Структура и функции нуклеиновых кислот. Генетический код. Репликация ДНК. РУДН. Кафедра биологии и общей генетики Структура и функции нуклеиновых кислот. Генетический код. Репликация ДНК. РУДН. Кафедра биологии и общей генетики Азова Мадина Мухамедовна

Нуклеиновая кислота – это биополимер, мономерами которого являются нуклеотиды НК ДНК РНК дезоксирибонуклеиновая рибонуклеиновая дезоксирибонуклеиновая рибонуклеиновая кислота кислота кислота кислота

Сахар РНК ДНК Рибоза Дезоксирибоза

АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ Пуриновые Пуриновые Пиримидиновые Аденин (А) Гуанин (G) Тимин (Т) Цитозин (C) Урацил (U)

Нуклеозиды Рибонуклеозид Дезоксирибонуклеозид (A, G, C, U) (A, G, C, T)

Нуклеотид

Первичная структура НК Первичная структура нуклеиновых кислот – это последовательность нуклеотидов, соединенных ковалентными 3-,5- фосфодиэфирными связями. Первичная структура нуклеиновых кислот – это последовательность нуклеотидов, соединенных ковалентными 3-,5- фосфодиэфирными связями.

Правила Чаргаффа (Э. Чаргафф, 1950 г.) [ А ] = [T] [ А ] = [T] [G] = [C] [G] = [C] [ A + G] = [T + C ] [ A + G] = [T + C ] [A + T] [G + C] [A + T] [G + C]

Рентгенограмма ДНК (Р. Франклин, 1953 г.)

Вторичная структура ДНК двойная спираль (Д. Уотсон и Ф. Крик, 1953 г.) Это две антипараллельные, комплементарные полинуклеотидные цепи, соединенные водородными связями, закрученные в спираль относительно друг друга и воображаемой оси. Это две антипараллельные, комплементарные полинуклеотидные цепи, соединенные водородными связями, закрученные в спираль относительно друг друга и воображаемой оси.

Двойная спираль (В-тип) Большая бороздка Малая бороздка 1 оборот спирали = 3,4 нм (10 пар нуклеотидов) 2 нм

Типы двойных спиралей ФормаABCZ Спиральправаяправаяправаялевая Количество пар оснований на 1 витке спирали 10,710,09,312 Угол между соседними парами оснований +33,6° +36,0° +38,6° -30° Расстояние между соседними парами оснований 0,23 нм 0,34 нм 0,3 нм 0,38 нм Диаметр спирали 2,3 нм 2,0 нм 1,9 нм 1,8 нм

Третичная структура ДНК 1 – линейная, 2 – кольцевая одноцепочечная, 3 – кольцевая двухцепочечная молекулы.

Типы РНК м(и)РНК несут информацию о последовательности аминокислот в полипептидной цепочке. м(и)РНК несут информацию о последовательности аминокислот в полипептидной цепочке. рРНК входят в состав рибосом. рРНК входят в состав рибосом. тРНК переносят аминокислоты к месту синтеза белка; распознают кодоны на мРНК. тРНК переносят аминокислоты к месту синтеза белка; распознают кодоны на мРНК. мяРНК участвуют в сплайсинге. мяРНК участвуют в сплайсинге. микроРНК, siРНК регулируют активность генов. микроРНК, siРНК регулируют активность генов. праймеры участвуют в репликации праймеры участвуют в репликации вирусные РНК – носители наследственной информации РНК-содержащих вирусов вирусные РНК – носители наследственной информации РНК-содержащих вирусов

Структура тРНК Вторичная Вторичная Третичная «клеверный лист» L-форма

Функции нуклеиновых кислот Хранение наследственной информации Хранение наследственной информации Передача наследственной информации Передача наследственной информации Реализация наследственной информации Реализация наследственной информации

Генетический код Генетический код – это система записи последовательности аминокислот полипептидной цепи в виде последовательности нуклеотидов ДНК или РНК. Генетический код – это система записи последовательности аминокислот полипептидной цепи в виде последовательности нуклеотидов ДНК или РНК. Свойства генетического кода Триплетность Триплетность Вырожденность (избыточность) Вырожденность (избыточность) Однозначность Однозначность Неперекрываемость Неперекрываемость Непрерывность Непрерывность Универсальность Универсальность

Таблица генетического кода

Центральная догма молекулярной биологии (Ф.Крик) ДНК ДНК РНК БЕЛОК РНК БЕЛОК

Репликация ДНК Репликация ДНК – это синтез ДНК на ДНК-матрице (удвоение ДНК) (М. Мезелсон, Ф. Сталь, 1958 г.; А. Корнберг, 1959 г.) Принципы Матричность Матричность Комплементарность Комплементарность Антипараллельность Антипараллельность Полуконсервативность ПолуконсервативностьУсловия ДНК-матрица ДНК-матрица нуклеозидтрифосфаты нуклеозидтрифосфаты Ферменты Ферменты Энергия (ATP) Энергия (ATP) Среда (Mg, pH и т.д.) Среда (Mg, pH и т.д.)

Подготовка ДНК-матрицы Ori -сайт - точка начала репликации (богатый АТ-парами участок ДНК, состоящий из п.н.) Ori -сайт - точка начала репликации (богатый АТ-парами участок ДНК, состоящий из п.н.) + инициаторный белок (Dna A) + инициаторный белок (Dna A) + Геликаза (Dna B) - АТФ-зависимый фермент, расплетающий двойную спираль + Геликаза (Dna B) - АТФ-зависимый фермент, расплетающий двойную спираль + Топоизомеразы I, II, снимающие топологическое напряжение разрезанием нити ДНК + Топоизомеразы I, II, снимающие топологическое напряжение разрезанием нити ДНК + SSB-белки, связывающиеся с однонитевыми участками ДНК-матрицы и препятствующие восстановлению двойной спирали + SSB-белки, связывающиеся с однонитевыми участками ДНК-матрицы и препятствующие восстановлению двойной спирали

ДНК-полимеразы прокариот: ДНК-полимераза I ДНК-полимераза I полимераза полимераза 5-экзонуклеаза 5-экзонуклеаза 3-экзонуклеаза 3-экзонуклеаза ДНК-полимераза II (участвует в репарации) ДНК-полимераза II (участвует в репарации) ДНК-полимераза III (основной фермент репликации) ДНК-полимераза III (основной фермент репликации) полимераза полимераза 3-экзонуклеаза 3-экзонуклеаза Особенности работы полимераз Катализируют реакцию Катализируют реакцию (dNMP) n + dNTP (dNMP) n PP Не могут осуществлять синтез de novo (с нуля). Не могут осуществлять синтез de novo (с нуля). Синтезируют ДНК в направлении 5-3. Синтезируют ДНК в направлении 5-3.

Ферменты Праймаза относится к РНК-полимеразам, синтезирует праймер (РНК-затравку). Праймаза относится к РНК-полимеразам, синтезирует праймер (РНК-затравку). ДНК-полимераза III синтезирует ведущую цепь и фрагменты Оказаки. ДНК-полимераза III синтезирует ведущую цепь и фрагменты Оказаки. ДНК-полимераза I удаляет праймер и заполняет брешь. ДНК-полимераза I удаляет праймер и заполняет брешь. ДНК-лигаза сшивает фрагменты Оказаки. ДНК-лигаза сшивает фрагменты Оказаки.

Особенности репликации у эукариот ДНК-полимеразы: ДНКП участвует в инициации репликации, работает в комплексе с праймазой. ДНКП β – фермент репарации. ДНКП δ синтезирует ведущую цепь и фрагменты Оказаки. ДНКП ε участвует в синтезе фрагментов Оказаки. ДНКП ζ возможно участвует в репарации. ДНКП γ реплицирует митохондриальный геном.

Особенности репликации у эукариот Молекулы ДНК эукариот полирепликонные (у прокариот - монорепликонные). Молекулы ДНК эукариот полирепликонные (у прокариот - монорепликонные). Длина фрагментов Оказаки – н.п. (у прокариот – н.п.). Длина фрагментов Оказаки – н.п. (у прокариот – н.п.). Скорость репликации 50 н.п./сек. (у прокариот – 500 н.п./сек). Скорость репликации 50 н.п./сек. (у прокариот – 500 н.п./сек). Удаление праймеров осуществляет РНКаза Н. Удаление праймеров осуществляет РНКаза Н. Наличие в хромосомах теломер, решающее проблему недорепликации линейных молекул. Наличие в хромосомах теломер, решающее проблему недорепликации линейных молекул. Репликация осуществляется в S-периоде митотического цикла. Репликация осуществляется в S-периоде митотического цикла.

Типы репликации 1. Θ-тип 2. σ -тип (механизм катящегося кольца) 3. Репликация линейных молекул