Тема 1 Биологические молекулы Уникальность функций белков

Тема 1. Биологические молекулы

Уникальность функций белков Есть ли другие вещества, выполняющие те же функции ? РЕГУЛЯТОРЫ ФЕРМЕНТЫ Другие гормоны, ц-АМФ, ионы РНК – рибозимы БЕЛКИ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ЗАЩИТА Углеводы, липиды ТРАНСПОРТ т-РНК ДВИЖЕНИЕ Матрицы?

Белки выполняют все функции, кроме одной – ИНФОРМАЦИОННОЙ не способны к самовоспроизведению

Эту функцию выполняет ДНК главная и единственная ее функция

§ ДНК – самая большая молекула в клетке. Она намного больше белков и РНК § Каждая хромосома = одна молекула ДНК § 23 хромосомы человека = 23 молекулы ДНК ≈ 1 метр § Самые длинные из них ≈ 8 см § ДНК – это молекула-текст. В последовательности ее нуклеотидов записана вся наследственная программа организма

1 молекула ДНК ген ещё ген хромосома хромосомы в ядре ДНК клетка

Доказательства генетической роли ДНК § Открытие нуклеиновых кислот – Ф. Мишер, 1869. § 1944 г. - О. Эйвери, К. Мак-Леод и М. Мак. Карти доказали, что ДНК является генетическим материалом бактерий § 1952 г – А. Херши и М. Чейз доказали, что ДНК является генетическим материалом бактериофагов

1953 Открыта структура ДНК Дата рождения молекулярной биологии Джеймс Уотсон Фрэнсис Крик

James Dewey Watson Francis Harry Compton Crick

Рентгеноструктурный портрет ДНК – знаменитое фото 51 Розалинд Франклин 1920 - 1958

http: //www. bbc. co. uk/bbcfour/documentaries/features/rosalind-franklin. shtml

Молекулы ДНК и РНК можно увидеть в электронный микроскоп ДНК бактериальных плазмид

ДНК реовируса сканирующий электр. микроскоп

РНК ДНК, выделенная из одной хромосомы человека http: //users. rcn. com/jkimball. ma. ultranet/Biology. Pages/L/Laemmli. gif

ДНК и РНК – нерегулярные полимеры мономер – нуклеотид состоит из 3 частей 3. азотистое основание 2. фосфат Одинаковая часть 1. сахар

Сахар 2’ Рибоза

Сахар 2’ H 2’ - дезоксирибоза

Фосфат Азотистое основание 5’ 1’ 3’ H Следующий нуклеотид цепочки

Нуклеотид 5’ 1’ фосфат Азотистое основание – одно из 4 3’ Сахар (рибоза / дезоксирибоза)

Пурины и пиримидины аденин гуанин

ДНК Аденин, А Гуанин, Г Пурины Пиримидины Тимин, Т Цитозин, Ц

РНК ДНК Аденин, А Гуанин, Г Пурины Пиримидины Убрали метильную группу Тимин, У Урацил, Т Цитозин, Ц

Макроэргические связи

АТФ – аденозин трифосфат Аденин макроэргические связи рибонуклеотид

Синтез цепочки из нуклеотидов § Реакция конденсации – отщепление молекулы воды. HO 1 3 2 H Мономер Полимер Затрата энергии Е HO 1 H HO H 2 O 2 3 4 H

Ц 5’ 3’ ОН Т

Ц 5’ Фосфодиэфирная связь 3’ ОН Н 5’ 3’ ОН Т

5' конец цепи Ц Направление роста 5’ Фосфодиэфирная связь Т 3’ Фосфодиэфирная ОН связь 3' конец цепи 5’ 3’ ОН A

Растущий конец – всегда 3´ для всех нуклеиновых кислот – ДНК и РНК

Строение ДНК

1950 Правила Чаргаффа Эрвин Чаргафф

Правила Чаргаффа [ А ] + [ Г ] = [ Т ] + [ Ц ] = 50%

Объяснение правилам Чаргаффа дали Уотсон и Крик ДНК – это 2 цепочки, соединенные по принципу комплементарности

Принцип комплементарности: А ----- Т Г ------- Ц Прочнее Слабые водородные связи!

НО Ц 5’ 3’ A Т Т 3’ ОН A 5’ 3’ ОН Ц Г 5’

2 нм 1 виток – 10 н. п. 3. 4 нм На одну н. п. приходится 0. 34 нм

Принципы строения ДНК 5' 3' А Г Г Т Ц А А Ц 5' Нерегулярность Т Ц Ц А Двуцепочечность Г Т Антипараллельность Комплементарность Т Г 3'

Параметры двойной спирали ДНК § две цепи ДНК закручены в спираль вокруг общей оси § Цепи комплементарны и антипараллельны § основания находятся внутри молекулы ДНК, § снаружи находится сахарофосфатный скелет § диаметр спирали - 2 нм, каждые 10 п. н. составляют один виток спирали § Расстояние между нуклеотидами – 0, 34 нм

Химические связи, стабилизирующие вторичную структуру ДНК: § Водородные связи – образуются между комплементарными основаниями § Стэкинг-взаимодействия – это гидрофобные связи, которые образуются между плоскими основаниями, которые расположены друг над другом в одной цепи ДНК

Организация генетического материала 1. Молекула ДНК. 2. Нуклеосомная нить, ДНК закручена на нуклеосомы, состоящие из 8 белковых молекул (Н 2 А, Н 2 В, Н 3, Н 4 – по две молекулы каждого вида гистонов). 3. Хроматиновая фибрилла образуется в результате гистона Н 1, который спирально сближает нуклеосомы. 4. Хромонема, в образовании которой принимают негистоновые белки, образующие петли. Вероятно, каждая петля – функциональная единица генома. 5. Хроматида, образованная в результате спирализации хромонемы. 6. Хромосома из двух хроматид.

Организация генетического материала В зависимости от места положения центромеры различают: 1. 2. 3. 4. 5. Равноплечие хромосомы метацентрические; – Неравноплечие хромосомы – субметацентрические; Резко неравноплечие хромосомы – акроцентрические; Одноплечие – телоцентрические ; Спутничные.

Организация генетического материала 6 – хроматиды (две до деления, одна после деления); 7 – первичную перетяжку; 8 – теломеры. 9 – спутники (у спутничных хромосом); 10 – вторичную перетяжку (ядрышковый организатор); 11 – гомологичные хромосомы.

Какие черты в строении ДНК прямо указывают на ее функцию? (Сравните со строением белков)

Строение РНК

Отличия РНК от ДНК 1. Одноцепочечные молекулы 2. Сахар – рибоза вместо дезоксирибозы 3. У вместо Т 4. Намного меньше – сравнимы по размеру с белками.

Виды РНК 1. и-РНК = м-РНК информационная, матричная линейная до 10 тысяч нуклеотидов 2. т- РНК транспортная около 100 нуклеотидов 3. р-РНК рибосомная 2 -4 тысячи нуклеотидов как и белки, имеют 3 -мерную конформацию

Образование вторичной структуры РНК Г Ц Ц У У Ц Г Г А А А–У Г–Ц ГУАУ ЦАУА Принцип комплементарности для РНК

Схема образования петель в РНК за счет комплементарных участков

Транспортная РНК ~ 100 нуклеотидов «клеверный лист»

Рибосомная РНК Самая большая из всех видов РНК – 2 -3 тысячи нуклеотидов 16 S р-РНК

Функции РНК в порядке их открытия 1. Информационная: 1950 -e реализация информации Все виды РНК – посредники в передаче информации от ДНК к белку ДНК РНК белок Место встречи всех трех РНК – рибосома ?

Функции РНК в порядке их открытия 1. Информационная: хранение информации (у части вирусов) § Примерно 80% вирусов человека и животных использует для записи информации РНК § У них она выполняет ту же роль, что ДНК у всех остальных организмов

Функции РНК в порядке их открытия 2. Каталитическая 1982 Рибозимы – РНК-ферменты Не все РНК, а лишь некоторые: р-РНК рибосом, РНК некоторых вирусов РНК в составе сплайсосомы

Минимальный рибозим, способный расщеплять РНК Томас Чек

Функции РНК в порядке их открытия 3. Регуляторная 1990 -е Малые РНК регулируют работу генов в ядре и синтез белка в цитоплазме Аналогична функции белков, связывающихся с ДНК

РНК сочетает свойства § ДНК – принцип комплементарности, позволяющий матричное копирование молекулы § Белков – трехмерную структуру, позволяющую выполнять самые разные функции (катализ, регуляцию, транспорт)

3 -D форма и разнообразные функции Белок РНК Быть матрицей ДНК

всё!

Вопросы за пределами лекции § Почему молекулы РНК не могут быть такими длинными, как ДНК? § Почему вирусы используют РНК для хранения генетической информации? И почему только они?