МАКРОМОЛЕКУЛЫ Макромолекулы обладают сложной и точно детерминированной

МАКРОМОЛЕКУЛЫ

Макромолекулы обладают сложной и точно детерминированной структурой, имеют уникальные свойства и осуществляют большинство функций клетки l l l l Сборка клеточных мембран Катализ химических превращений Движение Клеточный метаболизм Наследственность Сообщение между клетками Клеточные контакты

Денатурация и ренатурация белков l Денатурация – это процесс утраты l трехмерной конформации, присущей данной белковой молекуле, и, вследствие этого, биологических функций. Факторы денатурации: нагревание, облучение, действие сильных кислот, щелочей и тяжелых металлов, органических растворителей и детергентов. l Ренатурация – это процесс восстановления утраченной структуры белка.

Функции белков Класс белков Функция Примеры каталитическая транспортная двигательная Актин, миозин Сигнальная, гормоны рецепторы, инсулин Ig, IFN регуляторная Структурные белки Hb, трансферин защитная Динамичные белки Протеазы, липазы, полимеразы, оксидазы. . Факторы транскрипции структурная Эластин, коллаген

Нуклеиновые кислоты Линейные биополимеры, состоящие из нуклеотидов l 2 типа: ДНК и РНК l Имеют несколько уровней организации, характеризующихся определенными связями и особенностями. l

Rosalind Franklin Maurice Wilkins James Watson şi Francis Crick 6

Нуклеотиды - мономеры нуклеиновых кислот

Нуклеотид состоит из трех элементов l l l Азотсодержащее основание Пентоза Фосфатная группа

Азотистые основания

5 -углеродный сахар - пентоза РНК ДНК

l Мономеры ДНК: l 4 типа дезоксирибонуклеотидов (d. NTP→d. NMP) l d. ATP → d. AMP l d. GTP → d. GMP l d. CTP → d. CMP l d. TTP → d. TMP l Мономеры РНК: l 4 типа рибонуклеотидов (NTP→NMP) l ATP → AMP l GTP → GMP l CTP → CMP l UTP → UMP

Мономер ДНК γ P β P α P O N 5’ C C 1’ C 4’ C 3’ C 2’

Первичная структура ДНК l Цепь нуклеотидов, соединенных прочной ковалентной фосфодиэфирной связью между 3‘атомом С одной пентозы и 5‘-С другой пентозы.

5' GCGT. . . 3‘ 14

Вторичная структура ДНК l Двойная спираль из двух антипараллельных цепей, соединенных водородными связями на уровне азотистых оснований l В основе лежит принцип комплементарности

Принцип комплементарности

Комплементарность определяет: l l l Стабильность молекулы ДНК Механизм репликации Механизм транскрипции Механизм рекомбинации Механизм репарации ДНК

Существует несколько типов спиралей ДНК, которые отличаются наклоном основания к центральной оси, количеством нуклеотидов в одном витке и направлением закрученности Отличия А-ДНК B-ДНК Z-ДНК Направление спирали Правое Левое Количество п. о. в витке 11 10, 4 12 Расстояние между основаниями 2, 9 23, 7 18, 4 Диаметр молекулы 25, 5 23, 7 18, 4

Третичная структура ДНК l Образуется при взаимодействии ДНК с белками при помощи водородных и электростатических связей.

Свойства ДНК l l l l Репликация Репарация Денатурация и ренатурация Спирализация, суперспирализация и деспирализация Гетерогенность последовательностей Гибкость (пластичность) молекулы Перемещение (миграция) в электрическом поле Гибридизация

Функции ДНК l Хранение генетической информации - 98% в ядре, 2% в митохондриях l Передача генетической информации - от клетке к клетке, от поколения к поколению (митоз, мейоз) l Реализация генетической информации ДНК → м. РНК → белок

Джеймс Уотсон, американский биолог, лауреат Нобелевской премии «Было принято считать, что наша судьба скрыта в наших звездах. Однако теперь мы точно знаем, что она записана в наших генах» 22

Особенности ДНК прокариот l Располагается в цитоплазме, в виде нуклеоида (1 центральная молекула и плазмиды) l Небольшая кольцевая молекула l Ассоциируется с основными белками l Прикрепляется к плазматической мембране l Реплицируется постоянно l Большинство последовательностей уникальные.

Особенности ДНК эукариот l l l В ядре (98%) и митохондриях (2%) Длинная линейная молекула Ассоциируется с гистоновыми и негистоновыми белками, образуя хроматин Много молекул (у человека 46) Реплицируется в фазе S клеточного цикла Характеризуется гетерогенностью (содержит уникальные и повторяющиеся последовательности)

Особенности митохондриальной ДНК l l l Располагается в митохондриях (по 210 молекул) Количество варьирует и зависит от типа и физиологического состояния клетки Кольцевая молекула Состоит из двух цепей: H (тяжелой) и L (легкой) Содержит 37 генов Геном компактный и состоит, в основном, из кодирующих последовательностей

Уровни организации РНК l Первичная структура – полинуклеотидная цепь, соединенных фосфорнодиэфирной связью; - определяется структурой ДНК, с которой транскрибирована р. РНК l Вторичная структура – пространственная конфигурация молекулы (характерна для т. РНК и р. РНК). т. РНК

Типы и функции РНК l l l м. РНК – перенос ГИ, матрица для синтеза белка т. РНК – транспорт аминокислот, декодирование ГИ р. РНК – входит в состав рибосом и обеспечивает синтез белка гя. РНК – промежуточный продукт созревания м. РНК мя. РНК – участвует в процессе созревания м. РНК

р. РНК Коэффициент седиментации 5 S Прокариоты РНК Тип клеток 16 S 23 S 5 S Эукариоты, ядро 5, 8 S 18 S 28 S Эукариоты, митохондрии 12 S 16 S 29

Критерий сравнения ДНК РНК Структура Двуцепочечная спираль Одна цепь Азотистые основания A, T, G, C A, U, G, C Пентоза Дезоксирибоза Рибоза Локализация В ядре и митохондриях В ядре, цитоплазме и митохондриях Место синтеза Ядро (репликация) Ядро (транскрипция) Функции Хранение, передача и реализация ГИ Перенос ГИ Транспорт аминокислот Декодирование ГИ Биосинтез белка

мя. РНК (sn. RNA) Малые ядерные РНК - oбнаруживаются в ядре; - всегда связаны с белками, формируя малые ядерные рибонуклеопротеиновые частицы (snurp). cодержат большое количество уридина (U 1, U 2, …U 12). pазмер от 90 -300 нуклеотидов. Функции: 1. Участвуют в процессинге пре-м. РНК. 2. Расщепление полицистронных м. РНК. 3. Поддержание целостности теломер. 4. Регуляция транскрипции.

мц. РНК (sc. RNA) Малые цитоплазматические РНК Различные по происхождению и функции малые РНК, размером от 20 -200 нуклеотидов, функционирующие в цитоплазме и участвующие в РНК-интерференции (si. RNA, mi. RNA, рiwi. RNA).

ми. РНК (si. RNA) малые интерферирующие РНК ми. РНК получаются из протяженной двуцепочечной РНК (ds. RNA), последняя возникает в клетке в результате: 1. Работа РНК-зависимых РНК-полимераз. 2. Двунаправленная транскрипция генов (транскрипция с обеих антипараллельных цепей). 3. Транскрипция регионов, содержащих инвертированные повторы. 4. РНК содержащие вирусы. 5. Искусственные генетические конструкции. Малые интерферирующие РНК осуществляют деградацию м. РНК (запуская РНК-интерференцию) и/или модификацию хроматина.

микро. РНК (mi. RNA) микро. РНК образуются из крупных первичных транскриптов, которые имеют частично комплементарные области (инвертированные повторы), образующие большое количество шпилечных структур. Микро. РНК вызывают трансляционную репрессию или деградацию м. РНК. По оценкам 1% генов представлен генами ми. РНК, которые регулируют до 30% структурных генов.

Функции мц. РНК (общая схема)

Эти удивительные микро. РНК… l l l Описаны впервые в 1993 году Состоят из 19 -24 нуклеотидов Не кодируют белки В 2002 было известно 218 микро. РНК, в 2007 – 5071… Точные функции неизвестны до сих пор, регулируют экспрессию генов ? ? ? В геноме человека – более 400 типов микро. РНК

Значение микро. РНК l Играют важную роль в развитии многих заболеваний (рак, болезни метаболизма, вирусные инфекции, аутоиммунные заболевания, аллергические болезни и др. ) l Биомаркеры в ранней диагностике l Мишени в генной терапии 37

l l l Микро. РНК ингибирует выработку инсулина Микро. РНК помогут в лечении онкологических заболеваний Микро. РНК помогает обнаружить рак поджелудочной железы (01. 02. 07) Микро. РНК помогут в лечении хронического лейкоза Белок р53 “заказывает” опухоль маленьким киллерам – микро. РНК (05. 06. 07) Микро. РНК спасает от кокаиновой зависимости (21. 01. 2012)

СТРУКТУРА СВОЙСТВА ФУНКЦИИ клетки Базируются на молекулярной основе ДНК– содержит информацию РНК– синтез белков Белки– обеспечивают жизнедеятельность 39

Взаимоотношения макромолекул в клетке ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белки Синтез - катализ Сахара Липиды 40

Связь: строение – среда - функции Первичная химическая структура Факторы среды – to, p. H, P, hν, др. Пространственная конформация (форма молекулы) Свойства молекулы Функции молекулы

Качество ДНК Качество внутриклеточных и внеклеточных белков Качество и продолжительность жизни человека Знание НК и белков – ключ к успеху медицины XXI века!!!

Тема следующей лекции: Биологические мембраны