Структура нуклеиновых кислот Нуклеиновые гетероциклические азотистые основания

Структура нуклеиновых кислот

Нуклеиновые (гетероциклические, азотистые) основания Пиримидин Пурин 7 4 6 5 1 5 3 4 2 6 2 8 9 1 Нуклеиновые основания, нуклеозиды и нуклеотиды 3 Аденин Ade Гуанин Gua (6 -аминопурин) (2 -амино-6 -оксопурин) Урацил Ura (2, 4 -диоксопиримидин) Тимин Thy (5 -метил-2, 4 диоксопиримидин; 5 -метилурацил) Цитозин Cyt (4 -амино-2 оксопиримидин) 2

Нуклеозид = нуклеиновое основание + углевод 5’ 5’ 4’ 4’ 1’ 3’ 2’ 1’ 3’ b-N-гликозидная связь рибонуклеозид β-Dрибофураноза (b-D-рибоза) N = гетероциклическое (нуклеиновое) основание 2’ 2 -дезокси-β-Dдезоксирибонуклеози д рибофураноза (b-D-2 -дезоксирибоза) Нуклеозиды b-N-гликозидная связь Аденозин (9 -β-Dрибофуранозиладенин) Тимидин (1 -β-2’-дезокси-D-рибофуранозил 5 -метилурацил) 3

Рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды Нуклеиновое основание Рибонуклеозид Дезоксирибонуклеози д Аденин (A, Ade) Аденозин (A, Ado) Дезоксиаденозин (d. A, d. Ado) Гуанин (G, Gua) Гуанозин (G, Guo) Дезоксигуанозин (d. G, d. Guo) Цитозин (C, Cyt) Цитидин (C, Cyd) Дезоксицитидин (d. C, d. Cyd) Урацил (U, Ura) Уридин (U, Urd) Дезоксиуридин (d. U, d. Urd) Тимин (T, Thy) Рибозилтимин (T, Thd) Риботимидин (r. T) Дезокситимидин (d. T, d. Thd) Тимидин (T) Пиримидин (Py, Pyr) Пурин (Pu, Pur) 4

Минорные компоненты нуклеиновых кислот 5 -оксиметилцитозин. Cyt) 5 -метилцитозин (m 5 (hm гипоксантин С-гликозидная связь Псевдоуридин (ψ) Инозин (I) 6 -(b-D-рибофуранозил)урацил 2’-метилнуклеозид (Nm) 7 -метилгуанозин (m 7 G) 4 -тиоуридин (s 4 U) 5 -(b-D-глюкопиранозилгидроксиметил)цитозин 5

Нуклеотид = нуклеозид + фосфат 5’-нуклеозидфосфат N = гетероциклическое (нуклеиновое) основание R = OH – рибонуклеотид R = H – дезоксирибонуклеотид 3’, 5’-нуклеозидциклофосфат 3’-нуклеозидфосфат Нуклеотиды Сложноэфирная связь g b 2’, 3’-нуклеозидциклофосфат a 5’-аденозинтрифосфат ppp. A, ATP 3’, 5’-нуклеозиддифосфат

Биологически активные нуклеотиды Аминоациладенилат Никотинамидадениндинуклеотид (NAD+) Флавинадениндинуклеотид (FAD) 7

СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Нуклеотиды соединяются друг с другом в полимерную цепочку с помощью фосфодиэфирных связей (3’ 5’). Азотистые основания не принимают участия в соединении нуклеотидов одной цепи. 8

Олиго- и полинуклеотиды Аденилил-(3’-5’)-цитидилил-(3’-5’)-гуанилил-(3’-5’)-уридин 5’ Ap. Cp. Gp. U r(ACGU) 5’-AGCTTGCA-3’ 3’ 9

Пространственная структура нуклеиновых кислот

11

Открытие двойной спирали ДНК – 1953 год Фрэнсис Крик Джеймс Уотсон 12

Морис Уилкинс Джеймс Уотсон Фрэнсис Крик Нобелевская премия 1962 года «За открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых клетках» 13

Большой желобок Малый желобок СПИРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ДНК 3. 4 нм 0. 34 нм Уотсон-Криковские взаимодействия 14

Принципы строения ДНК Правила Чаргаффа: В ДНК всегда А/Т=1; Г/Ц=1; (Г+Ц)/(А+Т)=К - коэффициент специфичности, постоянен для каждого вида. 1. Нерегулярность. Существует регулярный сахарофосфатный остов, к которому присоединены азотистые основания. Их чередование нерегулярно. 2. Антипараллельность. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, ориентированных антипараллельно. 3`-конец одной расположен напротив 5`-конца другой. 3. Комплементарность (дополнительность). Каждому азотистому основанию одной цепи соответствует строго определенное азотистое основание другой цепи. Соответствие задается химией. Пурин и пиримидин в паре образуют водородные связи. В паре A-Т две водородные связи, в паре Г-Ц - три. 4. Наличие регулярной вторичной структуры. Две комплементарные, антипараллельно расположенные полинуклеотидные цепи образуют правые спирали с общей осью. 15

Комплементарная пара оснований А-Т 16

Комплементарная пара оснований G-C 17

Двойная спираль ДНК • В основной - В-форме - на виток приходится 10 комплементарных пар. • Плоскости азотистых оснований перпендикулярны оси спирали. • Соседние комплементарные пары повернуты друг относительно друга на 36 o. • Диаметр спирали 20Å, причем пуриновый нуклеотид занимает 12Å, а пиримидиновый - 8Å. 18

В-Форма двойной спирали ДНК 19

20

Альтернативные формы двойной спирали ДНК (A-, B-, Z-формы) А-форма - 11 пар азотистых оснований на виток. Плоскости азотистых оснований отклонены от нормали к оси спирали на 20 o. Отсюда следует наличие внутренней пустоты диаметром 5Å. Высота витка 28Å. 21

A-, B-, Z-формы ДНК А-ДНК (правая) В-ДНК (правая) Z-ДНК (левая) 22

ЛИНЕЙНАЯ И КОЛЬЦЕВАЯ ДНК Электронные микрофотографии и схематическое представление линейной и кольцевой формы ДНК фага l 23

СУПЕРСПИРАЛИЗАЦИЯ ДНК Кольцо с разрывом в одной цепи Частично денатурированное кольцо Сверхспиральное кольцо Двухцепочечная кольцевая ДНК фага M 13 c разной степенью сверхспиральности. Цифрами обозначено число сверхвитков в каждой молекуле. 24

УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ 26

УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ 27

УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ. ГИСТОНЫ Типичные характеристики гистонов млекопитающих ТИП Число АК Мм, к. Да Число Lys/Arg Число основных кислых АК АК Н 1 (кролик) H 2 А(корова) Н 2 В(корова) HЗ (корова) Н 4 (корова) 213 129 125 135 102 23, 0 14, 0 13, 8 15, 3 11, 3 65 26 28 32 26 21 1, 2 2, 5 0, 7 0, 8 12 20 16 18 10 В такой структуре с одним гистоновым октамером и молекулой гистона Н 1 ассоциированы 168 пар оснований спиральной ДНК нуклеосома 28

СТРОЕНИЕ ХРОМОСОМ Центромера Фотография некоторых хромосом человека, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа Теломера Хроматида 29

Генетическая информация. . . Реализуется Синтез белка . . . Сохраняется Репарация ДНК . . . Воспроизводится Репликация ДНК . . . Совершенствуется Генетическая рекомбинация 32

33