Нуклеиновые кислоты. ДНК.
• 1869 – нуклеиновые кислоты впервые выделены из ядер клеток гноя (Ф. Мишер) • 1935 - ДНК – универсальная нуклеиновая кислота для растений и животных (А. Н. Белозерский)
1953 г. Открытие структуры ДНК Джеймс Уотсон Френсис Крик
• Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные соединения (полимеры), при гидролизе распадающиеся на пуриновые и пиримидиновые основания, пентозу и фосфорную кислоту • Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной информации, а также реализацию этой информации в клетке
Азотистые основания Пиримидиновые основания Пуриновые основания
Минорные азотистые основания Обнаружено около 60 минорных оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот (большей частью в РНК) У позвоночных высокий уровень метилирования цитозина – до 1%
Углеводная составляющая нуклеиновых кислот β-рибоза β-дезоксирибоза
Образование нуклеозидов
Нуклеотид – основная структурная единица нуклеиновых кислот
Первичная структура ДНК
1977 г. Открытие реакции Секвенирования Реакция секвенирования позволяет прочесть первичную структуру ДНК Фредерик Сэнгер
Правила Чаргаффа • Количество аденина равно количеству тимина, а количество цитозина равно количеству гуанина А=Т, Г=Ц • Количество пуринов равно количеству пиримидинов А+Г=Т+Ц • Отношение молярных концентраций суммы Г+Ц к сумме А+Т у обоих видов нуклеиновых кислот сильно варьирует
Вторичная структура ДНК. Комлементарность оснований Между парами оснований аденин/тимин и гуанин/цитозин возникают водородные связи
Вторичная структура ДНК А-форма В-форма
Третичная структура ДНК соленоид нуклеосома
Репликация ДНК топоизомераза
• Число нуклеотидов в одной полинуклеотидной цепи варьирует в широких пределах. ДНК кишечной палочки содержит 4, 7 х106 п. н. , ДНК человека – 3, 2 х109 п. н. • Количество ДНК в клетке измеряется пикограммами (10 -12 г) • В зависимости от места локализации в клетке различают ДНК: ядерную, митохондриальную, хлоропластную, центриольную и эписомальную
Электрофорез ДНК в агарозном геле
Полимеразная цепная реакция Три стадии: 1. 2. 3. Денатурация Отжиг праймеров Элонгация
Полимеразная цепная реакция Электрофорез после ПЦР Кэрри Мюллис – в 1987 г. открыл ПЦР
Химическая структура РНК • РНК состоит из мономеров в состав которых входят: рибоза азотистое основание остаток фосфорной кислоты
Химическая структура РНК Шпилька (Hairpin) – часто встречающийся вариант вторичной структуры РНК
Транспортные РНК
Информационные РНК
Разнообразие малых РНК • микро. РНК (micro. RNA, mi. RNA) – короткие (1825 н. ) некодирующие РНК • короткие (малые) интерферирующие РНК (si. RNA, ки. РНК) – короткие (20 -25 п. н. ) двуцепочечные РНК • pi. RNA (piwi. RNA) – сравнительно длинные малые РНК (длина 26 -32 п. н. ), самый многочисленный класс малых РНК
Транскрипция • Процесс транскрипции протекает в направлении от 5’ к 3’ концу и катализируется ДНКзависимыми РНКполимеразами • Транскрипция состоит из стадий инициации, элонгации и терминации
Процессинг РНК 1. Кэпирование пре-м. РНК. 2. Полиаденилирование – присоединение поли-А хвоста. Местом присоединения служит сигнальный участок 5'- AAUAAA-3‘ (за присоединение отвечает поли(А)-полимераза. 3. Сплайсинг. Регулируется сплайсосомой, состоящей из ряда белков и малых РНК. 4. Редактирование РНК – изменение радикалов оснований. 5. Метилирование РНК (по мере необходимости)
Альтернативный сплайсинг
Альтернативный сплайсинг Сaenorhabditis elegans 15 % генов подвергаются альтернативному сплайсингу Homo sapiens 95% мультиэкзонных генов подвергаются альтернативному сплайсингу
Свойства генетического кода Генетический код был расшифрован в 60 -х гг. XX в. учеными М. Ниренбергом, У. Холлом и Х. Кораной Генетический код: Триплетен Не перекрывается Вырожден Универсален
Трансляция Трасляция - процесс синтеза белка из аминокислот на матрице , м. РНК, осуществляемый рибосомой.
Инициация трансляции • Старт-кодон AUG, кодирующий метионин и инициаторная последовательность: • У прокариот: последовательность Шайна. Дальгарно – AGGAGG • У эукариот: последовательность Козак GCCRCCAUGG (R – аденин или гуанин) - млекопитающие. У растений - A(A/C)AAAUGGC (у двудольных) ARCCAUGGC (у однодольных)
Этапы трансляции 1. Связывание аминокислоты с т. РНК с образованием аминоацил т. РНК. 2. Малая субъединица р. РНК связывается с инициаторной т. РНК, несущей молекулу метионина. 3. Комплекс т. РНК+метионин+малая субъединица т. РНК связывается с инициаторным кодоном м. РНК (AUG). 4. К малой субъединице рибосомы присоединяется большая. 5. Начинается синтез белка, когда подходит вторая т. РНК и образуется первая пептидная связь. 6. Синтез белка терминируется стоп-кодоном.
Трансляция. Образование аминоацил-т. РНК За присоединение аминокислот к т. РНК отвечают аминоацил-т. РНК-синтетазы
ПЦР в реальном времени (Real-time PCR)
