Лекция 6. Нуклеиновые кислоты • • • Первичная структура НК Правила Чаргаффа Двойная спираль ДНК Структура РНК Синтез пуринов и пиримидинов • Катаболизм НК
Нуклеиновые кислоты • Дезоксирибонуклеиновая (ДНК): ядро, митохондрии, хлоропласты, нуклеоид, плазмиды • Рибонуклеиновая (РНК): матричная (информационная) – м. РНК, рибосомная – р. РНК, транспортная – т. РНК, мя. РНК, гя. РНК, тм РНК. • РНК-овые вирусы Структура ДНК (РНК) – первичная, вторичная, третичная НК (ДНК, РНК) состоят из азотистого основания (А, Г, Т, Ц, У), сахара (рибоза, дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты
Минорные основания – специфические сигналы, играющие важную роль в реализации генетической информации или обеспечении ее сохранности в ДНК и РНК
Рибоза (дезоксирибоза) – углеводный компонент НК
Пиримидины – С 1` →N 1 Пурины - С 1`→N 9
Направление цепи НК от 5` → 3`концу
Правила Чаргаффа • Препараты ДНК, выделенные из разных тканей одного организма, имеют одинаковый нуклеотидный состав. • Нуклеотидный состав ДНК у разных видов различен. • Нуклеотидный состав ДНК у данного вида не меняется с возрастом организма, не зависит от его питания и от изменений окружающей среды. • А=Т Г=Ц А+Г=Т+Ц Г+Ц А+Т+Г+Ц
Структура ДНК
Джон Уотсон, Фрэнсис Крик, Морис Уилкинс – модель ДНК – «Nature» . 1953. (Нобелевская премия – 1962) • • Молекула ДНК состоит из двух правозакрученных спиральных полинуклеотидных цепей, переплетенных друг с другом и противоположно направленных. Структура двойной спирали (дуплекса) стабилизирована межцепочечными водородными связями между специфическими парами азотистых оснований. Они направлены от сахарофосфатного остова внутрь спирали перпендикулярно оси. Взаимодействие между азотистыми основаниями, находящимися напротив друга соответствует правилу Чаргаффа. Пурины всегда связаны с пиримидинами (Пу=Пи), аденин всегда связан с тимином (А=Т), а гуанин всегда связан с цитозином (Г=Ц). В соответствии с этим пары АТ и ГЦ называются комплементарными парами оснований. Полная последовательность одной из цепей полностью комплементарна последовательности другой. Сила взаимодействия ГЦ (3 водородные связи) больше, чем АТ (2 водородные связи). Цепи имеют противоположную направленность, одна из них ориентирована в направлении 3’ → 5’, другая 5’ → 3’. Каждый нить дуплекса имеет гидроксильный (3’) и фосфатный (5’) концы. На один полный виток приходится 10 пар оснований. Факторы стабилизации спирали: 1) водородные связи, 2) ДНК – полианион (-), электростатические взаимодействие с Mg+ и белками гистонами (содержат много лизина и аргинина), 3) гидрофильные и гидрофобные взаимодействия
Формы ДНК • B-форма – двойная спираль, диаметр 2. 0 нм, основания – ступеньки лестницы, каждая пара повернута вокруг оси спирали на 34. 60 относительно предыдущей, один виток – 10. 4 пар оснований, шаг спирали 3. 4 нм. Большая и малая бороздка. • A-форма – менее гидратированная, более компактная структура, плоскость оснований слегка наклонена, диаметр 2. 3 нм, на один виток – 11 пар оснований. • Z-форма – «in vitro» при высоких концентрациях солей, левоспиральная конформация, зигзагообразное расположение сахарофосфатного остова.
Локализация ДНК • Прокариоты Нуклеоид Плазмиды Транспозоны • Эукариоты Ядро Плазмиды Митохондрии Пластиды: хлоропласты и лейкопласты (крахмал) Транспозоны
Рибонуклеиновая кислота (РНК) Три основных компонента: Азотистые основания – пурины (аденин, гуанин) и пиримидины (цитозин, урацил), минорные компоненты (метилгуанин, тиоурацил, дигидроурацил, псевдоуридин) Углевод – рибоза Остатки фосфорной кислоты Молекулы РНК – длинные полимерные цепи, состоящие из рибонуклеотидов, молекулы короче, чем ДНК. Три основных класса (у прокариот и эукариот): Матричная (информационная) м РНК Транспортная т РНК Рибосомальная р РНК У эукариот есть еще – малая ядерная РНК – мя РНК и гетерогенная ядерная РНК – гя РНК Таблицы 28, 35, 136
Характеристика основных типов РНК Тип РНК Функция Структура Число молекул в клетке Число рибонуклеотидов м. РНК Матрица Линейная Более 10 тыс. 400 -6000 т. РНК Транспорт аминокислот «Клеверный лист» Более 20 тыс. 70 -100 р. РНК Синтез белка Сложная (полирибосома) Много 120 - более 3000
Рибосомы Эукариоты Прокариоты 80 S 70 S 40 S 60 S 18 S 28 S 5 S 5, 8 S 50 S 23 S 3000 5 S 120 30 S 16 S 1500
Вторичная структура т РНК
Структура р РНК
Синтез пуринов и пиримидинов ДНК – д АМФ, д ГМФ, д ЦМФ, д ТМФ РНК – АМФ, ГМФ, ЦМФ, УМФ Синтез пуринов (аденин, гуанин) был изучен Дж. Бьюкененом и Дж. Гринбергом в опытах с птицами.
Синтез пуринов (аденин, гуанин) синтез пуринов начинается с рибозо-5 фосфата, на котором последовательно в несколько стадий строится пуриновое ядро
Синтез пиримидинов (тимин, урацил, цитозин) биосинтез пиримидинов начитается с синтеза пиримидинового кольца, затем к нему присоединяется рибозофосфат
Дополнительное фосфорилирование ГМФ(НМФ) + АТФ → ГДФ(НДФ) + АДФ нуклеотидмонофосфаткиназа ГДФ(НДФ) + АТФ → ГТФ(НТФ) + АДФ нуклеотиддифосфаткиназа
Превращение рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды рибоза → дезоксирибоза (А, Т, Г, Ц) АДФ → д. АДФ ГДФ → д. ГДФ Н+ переносит белок тиоредоксин 1. НАДФН + тиоредоксин(окисл. форма) → → НАДФ + тиоредоксин (восст. форма) 2. АДФ(НДФ) + тиоредоксин(восст. форма) → →д. АДФ(д. НДФ) + тиоредоксин(окисл. форма) + Н 2 О
Синтез дезоксирибонуклеотидтрифосфатов (для синтеза ДНК) Ферменты: дезоксидинуклеотидфосфаткиназа и дезоксимононуклеотидфосфаткиназа д. АДФ + АТФ → д. АТФ + АДФ д. ЦДФ + АТФ → д. ЦТФ + АДФ д. ГДФ + АТФ → д. ГТФ = АДФ д. ТМФ + АТФ → д. ТДФ + АДФ д. ТДФ + АТФ → д. ТТФ + АДФ
Деградация нуклеотидов
Деградация нуклеотидов
