Nucleic acids information molecules Нуклеиновые кислоты нк

Nucleic acids: information molecules

Нуклеиновые кислоты (нк): • • Биологические полимеры • Составляют основу наследственности (ДНК, РНК) • Несут генетическую информацию (ДНК) Являются энергоносителями (АТФ) • • Обеспечивают синтез белка (ДНК, РНК) • • Активность и жизнедеятельность клеток не возможна без нуклеиновых кислот • • • Биополимеры – сложные органические вещества, которые образовались в результате соединения одинаковых по строению (гомополимеров) или разных (гетерополимеров) составляющих – мономеров. К биополимерам относят: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды Ген – участок нуклеиновой кислоты - ДНК, которая несет информацию о признаке При расщеплении молекулы АТФ выделяется 38 к. Дж энергии АТФ = АДФ+Р Для синтеза белка информация, закодированная в гене должна переписаться на и. РНК транскрипция

Где же нуклеиновые кислоты встречаются в организме? АТФ синтезируется в митохондриях При помощи специального фермента АТФ- синтазы

Где же нуклеиновые кислоты встречаются в организме? Основа хромосом - ДНК

Где же нуклеиновые кислоты встречаются в организме? РНК – молекулы, необходимые для синтеза белка

Нуклеиновые кислоты АТФ ДНК РНК т. РНК р. РНК и. РНК т. РНК – транспортная РНК (t. RNA) р. РНК – рибосомальна РНК (r. RNA) и. РНК или м. РНК – информационная или матричная РНК (i. RNA)

ДНК: история открытия • ДНК была открыта Иоганном Фридрихом Мишером в 1869 году. Вначале новое вещество получило название нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, вещество получило название нуклеиновая кислота. • Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. Более того, даже в начале XX века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию.

ДНК: история открытия • Постепенно было доказано, что именно ДНК, а не белки, как считалось раньше, является носителем генетической информации. Одно из первых решающих доказательств принесли эксперименты О. Эвери, Колина Мак-Леода и Маклин Мак. Карти (1944 г. ) по трансформации бактерий. Им удалось показать, что за так называемую трансформацию (приобретение болезнетворных свойств безвредной культурой в результате добавления в неё мёртвых болезнетворных бактерий) отвечают выделенные из пневмококков ДНК. • Эксперимент американских учёных Алфреда Херши и Марты Чейз (Эксперимент Херши—Чейз, 1952 г. ) с помеченными радиоактивными изотопами белками и ДНК бактериофагов показали, что в заражённую клетку передаётся только нуклеиновая кислота фага, а новое поколение фага содержит такие же белки и нуклеиновую кислоту, как исходный фаг.

ДНК: история открытия • • Вплоть до 50 -х годов XX века точное строение ДНК, как и способ передачи наследственной информации, оставалось неизвестным. Хотя и было доподлинно известно, что ДНК состоит из нескольких цепочек, состоящих из нуклеотидов, никто не знал точно, сколько этих цепочек и как они соединены. Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и «правил Чаргаффа» , согласно которым в каждой молекуле ДНК соблюдаются строгие соотношения, связывающие между собой количество азотистых оснований разных типов. Позже предложенная Уотсоном и Криком модель строения ДНК была доказана, а их работа отмечена Нобелевской премией по физиологии и медицине 1962 г. Среди лауреатов не было скончавшейся к тому времени Розалинды Франклин, так как премия не присуждается посмертно[4].

Строение молекулы ДНК • ДНК является биополимером, мономер которой представлен нуклеотидами. Сам нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистых оснований, моносахаридадезоксирибозы и фосфорного остатка.

Строение азотистых оснований

Строение ДНК • • Полимер ДНК обладает довольно сложной структурой. Нуклеотиды соединены между собой ковалентно в длинные полинуклеотидные цепи. Эти цепи в подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, обладающих одноцепочечными ДНК-геномами) попарно объединяются при помощи водородных связей в структуру, получившую название двойной спирали. Остов каждой из цепей состоит из чередующихся фосфатов и сахаров. Фосфатные группы формируют фосфодиэфирные связи между третьим и пятым атомами углерода соседних молекул дезоксирибозы в результате взаимодействия между 3'-гидроксильной (3'—ОН) группой одной молекулы дезоксирибозы и 5'-фосфатной группой (5'—РО 3) другой. Асимметричные концы цепи ДНК называются 3‘ и 5‘. Полярность цепи играет важную роль при синтезе ДНК (удлинение цепи возможно только путём присоединения новых нуклеотидов к свободному 3'-концу).

Характеристики спирали • Ширина двойной спирали составляет от 22 до 24 Å, или 2, 2 — 2, 4 нм, длина каждого нуклеотида 3, 3 Å (0, 33 нм). Подобно тому, как в винтовой лестнице сбоку можно увидеть ступеньки, на двойной спирали ДНК в промежутках между фосфатным остовом молекулы можно видеть рёбра оснований, кольца которых расположены в плоскости, перпендикулярной по отношению к продольной оси макромолекулы. • В двойной спирали различают малую (12 Å) и большую (22 Å) бороздки. Белки, например, факторы транскрипции, которые присоединяются к определённым последовательностям в двухцепочечной ДНК, обычно взаимодействуют с краями оснований в большой бороздке, где те более доступны. [14].

Образование связей между азотистыми основаниями • • • Каждое основание на одной из цепей связывается с одним определённым основанием на второй цепи. Такое специфическое связывание называется комплементарным. Пурины комплементарны пиримидинам (то есть, способны к образованию водородных связей с ними): аденин образует связи только с тимином, а цитозин — с гуанином. В двойной спирали цепочки также связаны с помощью гидрофобных связей и стэкинга, которые не зависят от последовательности оснований ДНК. Комплементарность двойной спирали означает, что информация, содержащаяся в одной цепи, содержится и в другой цепи. Так как водородные связи нековалентны, они легко разрываются и восстанавливаются. АТ связаны двумя, ГЦ — тремя водородными связями, поэтому на разрыв ГЦ требуется больше энергии.

Биологические функции • • • ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. С молекулами ДНК связаны два основополагающих свойства живых организмов — наследственность и изменчивость. Последовательность нуклеотидов «кодирует» информацию о различных типах РНК: информационных, или матричных (м. РНК), рибосомальных (р. РНК) и транспортных (т. РНК). Все эти типы РНК синтезируются на основе ДНК в процессе транскрипции. Роль их в биосинтезе белков (процессе трансляции) различна. Информационная РНК содержит информацию о последовательности аминокислот в белке, рибосомальные РНК служат основой для рибосом (сложных нуклеопротеиновых комплексов, основная функция которых — сборка белка из отдельных аминокислот на основе и. РНК), транспортные РНК доставляют аминокислоты к месту сборки белков — в активный центр рибосомы, «ползущей» по и. РНК.

Строение РНК • • Рибонуклеиновые кислоты (РНК) — нуклеиновые кислоты, полимеры нуклеотидов, в состав которых входят остаток ортофосфорной кислоты, рибоза (в отличие от ДНК, содержащей дезоксирибозу) и азотистые основания — аденин, цитозин, гуанин и урацил (в отличие от ДНК, содержащей вместо урацила тимин). Эти молекулы содержатся в клетках всех живых организмов, а также в некоторых вирусах. Азотистые основания в составе РНК могут образовывать водородные связи между цитозином и гуанином, аденином и урацилом, а также между гуанином и урацилом. Однако возможны и другие взаимодействия, например, несколько аденинов могут образовывать петлю, или петля, состоящая из четырёх нуклеотидов, в которой есть пара оснований аденин — гуанин.

РНК • • • р. РНК Рибосомальные РНК (р. РНК) — каталитическая составляющая рибосом. Эукариотические рибосомы содержат четыре типа молекул р. РНК: 18 S, 5. 8 S, 28 S и 5 S. Три из четырёх типов р. РНК синтезируются в ядрышке. В цитоплазме рибосомальные РНК соединяются с рибосомальными белками и формируют нуклеопротеин, называемый рибосомой. Рибосома присоединяется к м. РНК и синтезирует белок. р. РНК составляет до 80 % РНК, обнаруживаемой в цитоплазме эукариотической клетки. м. РНК • • Матричная (информационная) РНК — РНК, которая служит посредником при передаче информации, закодированной в ДНК к рибосомам, молекулярным машинам, синтезирующим белки живого организма. Кодирующая последовательность м. РНК определяет последовательность аминокислот полипептидной цепи белка

РНК р. РНК м. РНК

РНК • • т. РНК Транспортные (т. РНК) — малые, состоящие из приблизительно 80 нуклеотидов. Они переносят специфические аминокислоты в место синтеза пептидной связи в рибосоме. Каждая т. РНК содержит участок для присоединения аминокислоты и антикодон для узнавания и присоединения к кодонам м. РНК. Антикодон образует водородные связи с кодоном, что помещает т. РНК в положение, способствующее образованию пептидной связи между последней аминокислотой образованного пептида и аминокислотой, присоединённой к т. РНК.

АТФ: строение • • Аденозинтрифосфат (сокр. АТФ, англ. АТР) — нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ был открыт в 1929 году Карлом Ломанном, а в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.

АТФ – синтаза

Работа АТФ-синтазы в процессе фотосинтеза

Спасибо за внимание