Днк схема нуклеотида – Нуклеотиды — Википедия

Типы нуклеиновых кислот — строение нуклеотида ДНК и РНК. Двойная спираль ДНК

Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК — являются важнейшими макромолекулами обеспечивающие непрерывность жизни. ДНК и РНК — несут генетический план строения и функционирования клетки.

Строение ДНК и РНК

Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК, DNA) и рибонуклеиновая кислота (РНК, RNA).

Мономер нуклеиновых кислот — нуклеотид

ДНК и РНК состоят из мономеров. Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. В результате синтеза ДНК или РНК нуклеотиды объединяются друг с другом с образованием полинуклеотида.

Строение нуклеотида

Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов:

1. азотистого основания
2. пентозного (пятиуглеродного) сахара
3. фосфатной группы

Азотистое основание присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к одной или нескольким фосфатным группам.

Каждый нуклеотид в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) содержит один из четырех возможных азотистых оснований:

1. аденин (A),
2. гуанин (G),
3. цитозин (C),
4. тимин (T).

Аденин и гуанин классифицируются как пурины. Первичная структура пуринового основания – два гетероциклических кольца содержащих углерод и азот.

Цитозин, тимин и урацил классифицируются как пиримидины, у которых в качестве первичной структуры одно гетероциклическое кольцо.

Сахар-пентоза в ДНК — дезоксирибоза, а в РНК — рибоза. Различием между сахарами в ДНК и РНК является присутствие гидроксильной группы на втором углероде рибозы или водорода на втором углероде дезоксирибозы.

Углеродные атомы молекулы сахара пронумерованы как 1′, 2′, 3 ‘, 4′ и 5’.

Фосфатный остаток присоединяют к гидроксильной группе 5′-углерода одного сахара и гидроксильной группе 3′-углерода сахара следующего нуклеотида, который образует

5′-3′-фосфодиэфирную связь.

Структура двойной спирали ДНК

ДНК имеет двухспиральную структуру.

Сахар и фосфат лежат снаружи спирали, образуя основу ДНК.

Азотистые основания уложены во внутреннюю часть.

Пары азотистых оснований связаны друг с другом водородными связями.

Каждая пара оснований в двойной спирали отделена от следующей пары оснований на 0,34 нм.

Две нити спирали движутся в противоположных направлениях — одна нить спирали имеет направление от 5′ к 3′, а другая – направление от 3′ к 5′.

Разрешены только определенные типы спариваний оснований. Например, определенный пурин может спариваться только с определенным пиримидином, т.е. аденин (A) может спариваться (комплементарен) с тимином (T), а гуанин (G) комплементарен цитозину (C).

РНК

Состав РНК

РНК обычно одноцепочечна и состоит из рибонуклеотидов, которые связаны фосфодиэфирными связями. Рибонуклеотид в цепи РНК содержит рибозу (пентозный сахар), один из четырех азотистых оснований (A, U (урацил), G и C) и фосфатную группу.

Виды и функции РНК

Четыре основных типа РНК — информационная РНК (мРНК), рибосомная РНК (рРНК), транспортная РНК (тРНК) и микро РНК (miRNA).

Статьи в категории

biology.reachingfordreams.com

Нуклеотиды: пентозы, азотистые основания, нуклеозиды и дезоксирибонуклеотиды. Нуклеиновые кислоты: РНК и ДНК

Нуклеотиды: пентозы, азотистые основания, нуклеозиды и дезоксирибонуклеотиды. Нуклеиновые кислоты: РНК и ДНК

Нуклеотиды: пентозы, азотистые основания, нуклеозиды и дезоксирибонуклеотиды. Нуклеиновые кислоты: РНК и ДНК

Нуклеотиды

Нуклеотиды состоят из пентозы (рибозы или дезоксирибозы), остатка фосфорной кислоты и одного из пяти азотистых оснований. Пентозы – это моносахариды с пятью атомами карбона. Азотистые основания – это производные пиримидина — цитозин, урацил, тимин или производные пурина – аденин и гуанин. Нуклеотиды являются фосфорными эфирами нуклеозидов.

Нуклеозиды – это соединения азотистых оснований с рибозой или дезоксирибозой. В природе не встречается нуклеозид, который состоял бы из тимина и рибозы.

В природе более распространены нуклеотиды, фосфорилированные по пятому углеродному атому пентозы. Рибонуклеотиды имеют название в зависимости от азотистого основания: уридиловая (УМФ), гуаниловая (ГМФ), цитидиловая (ЦМФ), адениловая (дАМФ) кислоты.

Дезоксирибонуклеотиды – дизоксиадениловая (дАМФ), дезоксигуаниловая (дГМФ), дезоксиуридиловая (дУМФ), дезоксицитидиловая (дЦМФ), дезокситимидиловая (дТМФ) кислоты.

Наиболее известным соединением является АМФ (аденозинмонофосфорная кислота), которая может присоединять еще два остатка фосфорной кислоты и образовывать АТФ–аденозинтрифосфорную кислоту. Это богатое энергией соединение. При образовании связей между остатками фосфорной кислоты в нуклеотидах накапливается много энергии. При разрыве этой связи выделяется много энергии, значительно больше, чем при разрыве обычной ковалентной связи. Такая связь называется макроэргической (от греч. макрос – большой, эргон – работа) и обозначается ~. Именно макроэргические связи используются для накапливания в нуклеотидах энергии в ходе метаболизма. В молекуле АТФ две макроэргические связи. АТФ гидролитично расщепляется до АДФ (аденозиндифосфорной кислоты) или АМФ с выделением энергии. Восстанавливается из АДФ путем присоединения остатка фосфорной  кислоты, и сопровождается это аккумулированием энергии. Отщепление 1 молекулы фосфорной кислоты сопровождается выделением почти 42 кДж энергии.

Источником энергии для деятельности рибосом – синтеза белка – является также гуанозинтрифосфат.

Нуклеотиды способны соединяться в полинуклеотиды – нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты

Впервые были описаны в 1869 году швейцарским биохимиком Ф. Мишером (1844-1895 гг.). Выявлены в ядре клеток, откуда происходит название (от лат. nucleus–ядро). Нуклеиновых кислот особенно много в клетках меристемы, регенерирующих тканях, железах секреции, клетках злокачественных опухолей. Это сложные высокомолекулярные вещества, мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

В зависимости от пентозы различают два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновую (РНК, входит рибоза) и дезоксирибонуклеиновую (ДНК, входит дезоксирибоза). Азотистые основания– это производные пиримидина–цитозин, урацил, тимин или производные пурина–аденин и гуанин. В нуклеотидах РНК содержатся азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У). В нуклеотидах ДНК содержатся азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). Таким образом, в состав как ДНК, так и РНК, входят по четыре типа нуклеотидов. Три типа азотистых оснований в них общие, а по четвертому ДНК (тимину) и РНК (урацилу) – различаются.

Основу нуклеиновых кислот составляют цепи из пентоз, которые чередуются с фосфатами (каждый остаток фосфорной кислоты связан фосфодиэфирной связью с пятым атомом углерода одного остатка пентозы и третьим атомом углерода второго остатка пентозы). Концы цепей нуклеотидов, соединенных в нуклеиновую кислоту, разные. На одном конце расположен фосфат, связанный пятым атомом пентозы. Этот конец называется 5′-концом (5-штрих концом). На другом конце остается не связанная с фосфатом ОН-группа возле третьего атома пентозы – 3′-конец.

Нуклеиновые кислоты имеют пространственную первичную структуру (линейную), а также более сложное (вторичное, третичное) пространственное строение, которое формируется за счет водородных связей. Это – определенная последовательность расположения нуклеотидов.

Молекулы ДНК в организме стабильные (постоянное количество), молекулы РНК – лабильные (количество изменяется).

xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai

Строение ДНК — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Важнейшим процессом происходящим во всех клетках является синтез белка. Информация о последовательности аминокислот, составляющих первичную структуру белка, заключена в ДНК. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток (ядерная ДНК), небольшое количество ДНК содержится в митохондриях и пластидах (внеядерная ДНК).

ДНК — полинуклеотид. Каждый нуклеотид (мономер) ДНК содержит:

• пятиуглеродный сахар — дезоксирибозу,
• остаток фосфорной кислоты,
• одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин.

 

 

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) состоит из двух спирально закрученных цепей. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания одной цепи располагаются в строго определенном порядке напротив азотистых оснований другой (правило комплементарности).

 

Обрати внимание!

Напротив аденина одной цепи всегда располагается тимин другой цепи, напротив гуанина — цитозин.

 

 

Между аденином и тимином всегда возникают две, а гуанином и цитозином — три водородные связи.

Пара А — Т соединена двумя водородными связями, а пара

Г — Ц — тремя.

 

Таким образом, пары нуклеотидов аденин и тимин, а также гуанин и цитозин строго соответствуют друг другу и являются комплементарными друг другу. Зная последовательность расположения нуклеотидов в одной цепи ДНК по принципу комплементарности можно установить нуклеотиды другой (второй) цепи.

 

Соотношение количества нуклеотидов разных типов и азотистых оснований в молекуле ДНК определяет правило Чаргаффа  (правило комплементарности). 

В молекуле ДНК количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина — количеству цитозину: А = Т, Г = Ц.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. 9 класс // ДРОФА
Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10-11 класс // ДРОФА

Лернер Г.И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель

http://distant-lessons.ru/nukleinovye-kisloty.html

www.yaklass.ru

Нуклеиновая кислота — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Нуклеи́новая кислота (от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярное органическое соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.

• В 1847 из экстракта мышц быка было выделено^[1] вещество, которое получило название «инозиновая кислота». Это соединение стало первым изученным нуклеотидом. В течение последующих десятилетий были установлены детали его химического строения. В частности, было показано, что инозиновая кислота является рибозид-5′-фосфатом, и содержит N-гликозидную связь.
• В 1868 году швейцарским химиком Фридрихом Мишером при изучении некоторых биологических субстанций было открыто неизвестное ранее вещество. Вещество содержало фосфор и не разлагалось под действием протеолитических ферментов. Также оно обладало выраженными кислотными свойствами. Вещество было названо «нуклеином». Соединению была приписана брутто-формула C₂₉H₄₉N₉O₂₂P₃.
• Уилсон обратил внимание на практическую идентичность химического состава «нуклеина» и открытого незадолго до этого «хроматина» — главного компонента хромосом^[2]. Было выдвинуто предположение об особой роли «нуклеина» в передаче наследственной информации.
• В 1889 г Рихард Альтман ввел термин «нуклеиновая кислота», а также разработал удобный способ получения нуклеиновых кислот, не содержащих белковых примесей.
• Левин и Жакоб, изучая продукты щелочного гидролиза нуклеиновых кислот, выделили их основные составляющие — нуклеотиды и нуклеозиды, а также предложили адекватные структурные формулы, описывающие их свойства.
• В 1921 году Левин выдвинул гипотезу «тетрануклеотидной структуры ДНК»^[3], оказавшуюся впоследствии ошибочной^[4].
• В 1935 году Клейн и Танхаузер с помощью фермента фосфатазы провели мягкое фрагментирование ДНК, в результате чего были получены в кристаллическом состоянии четыре ДНК-образующих нуклеотида^[5]. Это открыло новые возможности для установления струк

ru.wikipedia.org

Лекция № 19 Нуклеозиды. Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты

Лекция № 19
НУКЛЕОЗИДЫ. НУКЛЕОТИДЫ. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
План

1. Нуклеиновые основания.
2. Нуклеозиды.
3. Нуклеотиды.
4. Нуклеотидные коферменты.
5. Нуклеиновые кислоты.

Лекция № 19

НУКЛЕОЗИДЫ. НУКЛЕОТИДЫ. НУКЛЕИНОВЫЕ
КИСЛОТЫ

План

1. Нуклеиновые основания.
2. Нуклеозиды.
3. Нуклеотиды.
4. Нуклеотидные коферменты.
5. Нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты – присутствующие в
клетках всех живых организмов биополимеры, которые выполняют важнейшие функции
по хранению и передаче генетической информации и участвуют в механизмах ее
реализации в процессе синтеза клеточных белков.

Установление состава нуклеиновых кислот путем их последовательного
гидролитического расщепления позволяет выделить следующие структурные
компоненты.

Рассмотрим структурные компоненты нуклеиновых
кислот в порядке усложнения их строения.

1. Нуклеиновые основания.

Гетероциклические основания, входящие в состав
нуклеиновых кислот (нуклеиновые основания), — это гидрокси- и
аминопроизводные пиримидина и пурина. Нуклеиновые кислоты содержат три
гетероциклических основания с пиримидиновым циклом (пиримидиновые
основания) и два — с пуриновым циклом (пуриновые основания). Нуклеиновые основания
имеют тривиальные названия и соответствующие однобуквенные обозначения.

В составе нуклеиновых кислот гетероциклические
основания находятся в термодинамически стабильной оксоформе.

Кроме этих групп нуклеиновых оснований,
называемых основными, в нуклеиновых кислотах в небольших количествах
встречаются минорные основания: 6-оксопурин (гипоксантин),
3-N-метилурацил, 1-N-метилгуанин и др.

Нуклеиновые кислоты включают остатки
моносахаридов – D-рибозы и 2-дезокси –D-рибозы. Оба моносахарида присутствуют в
нуклеиновых кислотах в b -фуранозной форме.

2. Нуклеозиды.

Нуклеозиды – это N-гликозиды, образованные нуклеиновыми основаниями и рибозой
или дезоксирибозой.

Между аномерным атомом углерода моносахарида и атомом азота в положении 1
пиримидинового цикла или атомом азота в положении 9 пуринового цикла образуется b -гликозидная
связь.

В зависимости от природы моносахаридного остатка
нуклеозиды делят на рибонуклеозиды (содержат остаток рибозы) и дезоксирибонуклеозиды (содержат остаток дезоксирибозы). Названия
нуклеозидов строят на основе тривиальных названий нуклеиновых оснований,
добавляя окончание –идин для производных пиримидина и -озин для
производных пурина. К названиям дезоксирибонуклеозидов добавляют приставку дезокси-. Исключение составляет нуклеозид, образованный тимином и
дезоксирибозой, к которому приставка дезокси- не добавляется, так как
тимин образует нуклеозиды с рибозой лишь в очень редких случаях.

Для обозначения нуклеозидов используются
однобуквенные обозначения, входящих в их состав нуклеиновых оснований. К
обозначениям дезоксирибонуклеозидов ( за исключением тимидина) добавляется буква
”д”.

Наряду с представленными на схеме основными
нуклеозидами в составе нуклеиновых кислот встречаются минорные нуклеозиды,
содержащие модифицированные нуклеиновые основания (см. выше).

В природе нуклеозиды встречаются также в
свободном состоянии, преимущественно в виде нуклеозидных антибиотиков, которые
проявляют противоопухолевую активность. Нуклеозиды-антибиотики имеют некоторые
отличия от обычных нуклеозидов в строении либо углеводной части, либо
гетероциклического основания, что позволяет им выступать в качестве
антиметаболитов, чем и объясняется их антибиотическая активность.

Как N-гликозиды, нуклеозиды устойчивы к действию
щелочей, но расщепляются под действием кислот с образованием свободного
моносахарида и нуклеинового основания. Пуриновые нуклеозиды гидролизуются
значительно легче пиримидиновых.

3. Нуклеотиды

Нуклеотиды – это эфиры нуклеозидов и фосфорной
кислоты (нуклеозидфосфаты). Сложноэфирную связь с фосфорной кислотой образует ОН
группа в положении 5^/ или
3^/ моносахарида. В зависимости от
природы моносахаридного остатка нуклеотиды делят на рибонуклеотиды (структурные элементы РНК) и дезоксирибонуклеотиды (структурные элементы
ДНК). Названия нуклеотидов включают название нуклеозида с указанием положения в
нем остатка фосфорной кислоты. Сокращенные обзначения нуклеозидов содержат
обозначение нуклеозида, остатка моно-, ди- или трифосфорной кислоты, для
3^/-производных указывается также
положение фосфатной группы.

Нуклеотиды являются мономерными звеньями, из
которых построены полимерные цепи нуклеиновых кислот. Некоторые нуклеотиды
выполняют роль коферментов и участвуют в обмене веществ.

4. Нуклеотидные
коферменты

Коферменты – это органические соединения
небелковой природы, которые необходимы для осуществления каталитического
действия ферментов. Коферменты относятся к разным классам органических
соединений. Важную группу коферментов составляют нуклеозидполифосфаты.

Аденозинфосфаты – производные
аденозина, содержащие остатки моно-, ди- и трифосфорных кислот. Особое место
занимают аденозин-5^/-моно-, ди- и
трифосфаты — АМФ, АДФ и АТФ — макроэргические вещества, которые обладают
большими запасами свободной энергии в подвижной форме. Молекула АТФ содержит
макроэргические связи Р-О, которые легко расщепляются в результате гидролиза.
Выделяющаяся при этом свободная энергия обеспечивает протекание сопряженных с
гидролизом АТФ термодинамически невыгодных анаболических процессов, например,
биосинтез белка.

Кофермент А. Молекула этого
кофермента состоит из трех структурных компонентов: пантотеновой кислоты,
2-аминоэтантиола и АДФ.

Кофермент А участвует в процессах
ферментативного ацилирования, активируя карбоновые кислоты путем превращения их
в реакционноспособные сложные эфиры тиолов.

Никотинамидадениндинуклеотидные коферменты. Никотинамидадениндинуклеотид (НАД⁺) и его фосфат (НАДФ⁺) содержат в своем составе катион пиридиния в виде
никотинамидного фрагмента. Пиридиниевый катион в составе этих коферментов
способен обратимо присоединять гидрид-анион с образованием восстановленной формы
кофермента — НАД  Н.

Таким образом никотинамидадениндинуклеотидные
коферменты участвуют в окислительно-восстановительных процессах, связанных с
переносом гидрид-аниона, например, окислении спиртовых групп в альдегидные
(превращение ретинола в ретиналь), восстановительном аминировании кетокислот,
восстановлении кетокислот в гидроксикислоты. В ходе этих процессов субстрат
теряет (окисление) или присоединяет (восстановление) два атома водорода в виде
Н⁺ и Н^—. Кофермент служит при этом акцептором
(НАД⁺) или донором
(НАД^.Н) гидрид-иона. Все процессы с
участием коферментов являются стереоселективными. Так, при восстановлении
пировиноградной кислоты образуется исключительно L-молочная кислота.

5. Нуклеиновые кислоты.

Первичная структура нуклеиновых кислот представляет собой линейную полимерную цепь, построенную
из мономеров – нуклеотидов, которые связаны между собой
3^/-5^/-фосфодиэфирными
связями. Полинуклеотидная цепь имеет 5′-конец и 3′- конец. На 5′-конце находится
остаток фосфорной кислоты, а на 3′- конце — свободная гидроксильная группа.
Нуклеотидную цепь принято записывать, начиная с 5′-конца.

В зависимости от природы моносахаридных остатков
в нуклеотиде различают дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые
кислоты (РНК). ДНК и РНК различаются также по природе входящих в их состав
нуклеиновых оснований: урацил входит только в состав РНК, тимин – только в
состав ДНК.

РНК	ДНК
Урацил	Тимин
Цитозин, аденин, гуанин	Цитозин, аденин, гуанин

Вторичная структура ДНК представляет собой комплекс двух полинуклеотидных цепей, закрученных вправо
вокруг общей оси так, что углевод-фосфатные цепи находятся снаружи, а
нуклеиновые основания направлены внутрь (двойная спираль Уотсона-Крика).
Шаг спирали — 3.4 нм, на 1 виток приходится 10 пар нуклеотидов. Полинуклеотидные
цепи антипараллельны, т.е.
напротив 3′-конца одной цепи находится 5′-конец другой цепи. Две цепи ДНК
неодинаковы по своему составу, но они комплементарны. Это выражается в
том, что напротив аденина (А) в одной цепи всегда находится тимин (Т) в другой
цепи, а напротив гуанина (Г) всегда находится цитозин (Ц). Комплементарное
спаривание А с Т и Г с Ц осуществляется за счет водородных связей. Между А и Т
образуется две водородные связи, между Г и Ц – три.

Комплементарность цепей ДНК составляет
химическую основу важнейшей функции ДНК – хранения и передачи генетической
информации.

Типы РНК. Известны три основных
вида клеточных РНК: транспортные РНК (тРНК), матричные РНК (мРНК) и рибосомные
РНК (рРНК). Они различаются по месторасположению в клетке, составу и размерами,
а также функциями. РНК состоят, как правило, из одной полинуклеотидной цепи,
которая в пространстве складывается таким образом, что ее отдельные участки
становятся комплементарными друг другу (”слипаются”) и образуют короткие
двуспиральные участки молекулы, в то время как другие участки остаются
однотяжевыми.

Матричные РНК выполняют функцию матрицы
белкового синтеза в рибосомах.

Рибосомные РНК выполняют роль структурных
компонентов рибосом.

Транспортные РНК участвуют в
транспортировке a -аминокислот из цитоплазмы в рибосомы и в переводе информации нуклеотидной
последовательности мРНК в последовательность аминокислот в белках.

Механизм передачи генетической информации. Генетическая информация закодированиа в нуклеотидной последовательности
ДНК. Механизм передачи этой информации включает три основных этапа.

Первый этап – репликация –копирование
материнской ДНК с образованием двух дочерних молекул ДНК, нуклеотидная
последовательность которых комплементарна последовательности материнской ДНК и
однозначно определяется ею. Репликация осуществляется путем синтеза новой
молекулы ДНК на материнской, которая играет роль матрицы. Двойная спираль
материнской ДНК раскручивается и на каждой из двух цепей происходит синтез новой
(дочерней) цепи ДНК с учетом принципа комплементарности. Процесс осуществляется
под действием фермента ДНК-полимеразы. Таким образом из одной материнской ДНК
образуются две дочерних, каждая из которых содержит в своем составе одну
материнскую и одну вновь синтезированную полинуклеотидную цепь.

Второй этап – транскрипция – процесс, в
ходе которого часть генетической информации переписывается с ДНК в форме мРНК.
Матричная РНК синтезируется на участке деспирализованной цепи ДНК как на матрице
под действием фермента РНК-полимеразы. В полинуклеотидной цепи мРНК
рибонуклеотиды, несущие определенные
нуклеиновые основания, выстраиваются в последовательности, определяемой
комплементарными взаимодействиями с нуклеиновыми основаниями цепи ДНК. При этом адениновому основанию в ДНК будет соответствовать урациловое основание в РНК. Генетическая информация о синтезе белка закодирована в ДНК с
помощью триплетного кода. Одна аминокислота кодируется
последовательностью из трех нуклеотидов, которую называют кодоном.
Участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь, называется геном.
Каждому кодону ДНК соответствует комплементарный кодон в мРНК. В целом молекула
мРНК комплементарна определенной части цепи ДНК – гену.

Процессы репликации и транскрипции происходят в
ядре клетки. Синтез белка осуществляется в рибосомах. Синтезированная мРНК
мигрирует из ядра в цитоплазму к рибосомам, перенося генетическую информацию к
месту синтеза белка.

Третий этап – трансляция – процесс
реализации генетической информации, которую несет мРНК в виде последовательности
нуклеотидов в последовательность аминокислот в синтезируемом белке. a -Аминокислоты, необходимые для
синтеза белка транспортируются к рибосомам посредством тРНК, с которыми они
связываются путем ацилирования 3^/-ОН группы на конце цепи тРНК.

тРНК имеет антикодоновую ветвь, содержащую
тринуклеотид — антикодон, который соответствует переносимой ею
аминокислоте. На рибосоме тРНК прикрепляются антикодоновыми участками к
соответствующим кодонам мРНК. Специфичность стыковки кодона и антикодона
обеспечивается их комплементарностью. Между сближенными аминокислотами
образуется пептидная связь. Таким образом реализуется строго определенная
последовательность соединения аминокислот в белки, закодированная в
генах.

studentik.net

Нуклеопротеиды (нуклеиновые кислоты)

Нуклеиновые кислоты – это ВМС, это саамы большие из известных на земле молекул – это молекулы ДНК. Это соединения с кислотными свойствами. При физиологических значениях pH они несут отрицательный заряд. Хроматин – образование ДНК и белков гистонов. Кроме белков, нуклеиновые кислоты могут образовывать соли с ионами магния.

Мономерные единицы нуклеиновых кислот.

Если нуклеиновую кислоту подвергнуть гидролизу, то на 1 моль фосфата приходится 1 моль азотистого основания и 1 моль пентозы.

Два типа азотистых оснований:

1. Пуриновые.

Пурин

Пирамидин

Основные, которые входят в состав нуклеиновых кислот:

— Аденини-6-аминопурин

— Гуанин-6-гидрокси-2аминоппурин.

— Для гуанина возможны таутомерные переходы лактамно-лактинные формы.

2. Пиримидиновые основания.

Именно таутомерному сдвигу обязаны мутации.

— Урацил-2,6-дигидроксиперимидин.

— Тимин (метилурацил).

— Цитозин

Кроме этих оснований очень часто в природе встречаются гетероциклические основания:

1,3,7-триметилксантин (кофеин).

В чае 3,7-диметилксантин.

Мочевая кислота 2,6,8-тригидроксипурин.

Углеводный компонент – рибоза и дезоксирибоза.

рибоза (β-D(рибофураноза))

дезоксирибоза (β-D(дезоксирибофураноза)

На один фосфат приходится одно азотистое основание и рибоза или дезоксирибоза.

Если проводить ферментативный гидролиз, под действием ферментов нуклеаз (ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты) можно получить нуклеотиды, либо нуклеозиды и остатки фосфатов. Это говорит о том, каким образом связаны азотистые основания с рибозой и кислотой. Рибоза является многоатомным спиртом и может образовывать гликозиды с азотистыми основаниями и эфиры с фосфорной кислотой.

Образование аденина и рибозы – аденозин.

У ДНК во втором положении гидроксилов нет, а образование всех связей в природных соединений является универсальным, можно предположить, что можем получить аденозин-3-фосфат или аденозин-5-фосфат. Так оно и есть, также можем получить синтетическим путем аденозин-2-фосфат.

аденозин-5-фосфат (адениловая кислота).

Это уже мононуклеотид, это мономерная единица нуклеиновой кислоты.

Основание – цитозин, нуклеотид – цитидин.

Цитидин взаимодействует с фосфорной кислотой образуется цитидиновая кислота или цитидин-5-фосфат, также мононуклеотид.

Нуклеотиды взаимодействуют между собой с образованием полинуклеотидов:

Динуклеотид читается с 5’ конца: фосфор-аденозин-фосфор-цитедин. Все нуклеиновые кислоты имеют два конца 5’ и 3’ конца.

В клетке всегда есть нуклеотиды. Могут образоваться соединения, содержание несколько кислотных остатков.

В митохондриях осуществляется синтез аденозинтрифосфата (АТФ). Макроэргические связи. Происходит запасание энергии. Это ангидридные связи. При расщеплении этих связей выделяется энергия, которая расходуется на синтетические процессы.

Эфирная магроэргическая связь: O-P (первая), остальные две связи O-P – ангидридные.

Лекция №7

Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК.

Отличаются структурой составом, нахождением и функциям.

По составу:

• При гидролизе РНК образуется углевод рибоза, азотистые основания аденин, гуанин, урацил и цитозин и фосфорная кислота.

• При гидролизе ДНК образуется углевод дезоксирибоза, аденин, гуанин, цитозин и тимин.

Нахождение:

• ДНК на 99,9% находится в ядре клетки.

• РНК может быть и в ядре клетки, где она образуется на соответствующем участке ДНК, в цитоплазме, в рибосомах.

Функции:

• ДНК – носитель информации клетки, на ней находится вся информация. Это хранительной информации о организме.

• РНК (транспортные – в цитоплазме транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка, матричные – является матрицей для синтеза белка, рибосомальные – являются составной частью рибосом).

ДНК.

ДНК была впервые открыта Фридрихом Мишером в 1869 г. Более подробно ДНК изучено ещё в XX веке.

Первые работы, которые приводят к решению Чаргаффом и его сотрудниками в колумбийком университете. Выводы:

• Нуклеотидный состав ДНК является характеристикой данного биологического вида.

• В различных клетках и тканях одного и того же организма ДНК имеет идентичный состав, на него не оказывает влияния ни стадия развития, ни возраст, ни рацион питания, ни другие факторы и условия.

• У близкородственных организмов близок и нуклеотидный состав ДНК.

• Относительное содержаний различных оснований в ДНК колеблется у разных организмов колеблется в широких пределах (речь идет об отношении A+T к Г+С, может быть от 0,9 до 1,7). Наименьшие колебания у высших организмов.

• Химический состав всех типов ДНК обнаруживает определенные закономерности, выраженные правилами Чагаффа

Правила Чаагаффа:

1. Сумма пуриновых оснований равна сумме перимидиновых.

2. А=Т, Ц=Г

3. A+C=Г+Т

• Если ДНК не соответствует правилам Чагаффа, то она должна обладать какими-то необычными структурными особенностями.

В 1953 году Уотсон и Григ и независимо от них Уилкинс (занимался рентгеноструктурными исследованиями ДНК), эти авторы сделали вывод, что ДНК это двухцепочечная молекула, представляет собой двойную правозакрученную спираль. Азотистые основания располагаются внутри спирали в виде стопки, причем две полинуклеотидные цепи антипараллельны. Фосфатные гидроксилы находятся снаружи спирали и сообщаются с окружающей средой. Азотистые основания с остатками дезоксирибозы располагаются внутри спирали. Комлементарные по отношению друг другу азотистые основания.

В силу пространственных ограничений соединяться водородными связями могут только вполне определенные основания А с Т и Г с Ц.

По модели Уотсона и Крига ось спирали находится перпендикулярно к плоскости азотистых оснований. Это жесткая спираль. Разрыв одной водородной вязи не приводит к разрушению структуры. Уилкенс на основании РСА пришел к выводу, что ДНК имеет такую структуру. В зависимости от условий выделения ДНК может бить и другая структура белка. Существует A, B, C, T и Z форма. B-форма – это структура Уотсона и Крига. При дегидратации образуется структура A, она предполагает длину витка 2,8 нм и 11 пар азотистых оснований. Угол между осью и азотистыми основаниями 20◦. Z(T)-форма это левозакрученная двойная спираль, предложена Александром Ритчем на основании изучения кристаллической ДНК.C-форма сходна с B-формой, только там 9 пар азотистых оснований. В зависимости от условий изучения структуры форма может быть разной.

Мутации ДНК.

Это изменение в последовательности оснований в ДНК. Мутации могут происходить либо в результате замещения одного основания на другое либо вставки других оснований. Наиболее распространено одной пары оснований на другую.

Ошибки могут быть вызваны изменением структуры оснований, например таутомерным сдвигом от кето- к енольной форме в момент спаривания. Измененное основание может присутствовать в матрице ДНК либо в поступающем для синтеза дезоксирибонуклиотиде.

Например, вследствие редкой лактимной форме Тимина давать пару не с аденином, а гуанином.

Денатурация ДНК.

Молекула представляет собой спираль. При определенных условиях (нагревании, действии агрессивных сред) происходит денатурация – расплетание двойной спирали, разрываются водородные связи. Происходит плавление ДНК, изменяется плотность раствора и свойства растворов. Процесс сплетания происходит очень медленно, но как только на каком-то фрагменте будет найдено соответствие, то восстановление структуры происходит очень быстро.

Процесс транскрипции – это расплетание молекулы ДНК в размерах определенного гена и снятие информации с цепочки при синтезе матричной (информационной) РНК. По принципу комплементарнойсти подходят азотистые основание за счет образования водородных связей. Фермент полимилаза сшивает эти нуклеотиды и получается информационная РНК. Информация в ней также, что и в цепочке ДНК, транскрипция гена с определенного участка ДНК, дальше в рибосомы.

По принципу комплементарности на каждой из материнских цепей строятся дочерние молекулы ДНК, новая цепь, которая содержит материнскую ДНК при делении клетки

В клетке человека в 600 раз больше ДНК, чем в бактерии кишечной палочки. Общая физическая длина человеческой ДНК составляет 2*10^(10) км. Вся ДНК больше, чем расстояние от земли до солнца. Вся информация находится в гена. Большая часть ДНК непонятно, что собой представляет.

Секвенирование – определение нуклеотидных последовательностей. К концу XX века полностью секвенированы геномы почти 50 видов живых организмов. Определены нуклеотидные последовательности во всех транспортных РНК. Полная нуклеотидная последовательность ДНК была определена в 1977 году для мелкого бактериофага ФX174 (баткриальный вирус) Сенджером. Это открытие знаменовало собой начало новой эры в биохимической генетике. Размер ДНК этого бактериофага 5386 аминокислотных остатков. ДНК фага содержит 9 генов, имеются перекрывающиеся гены и гены внутри генов.

В настоящее время можно определить последовательность нуклеотидов в любой ДНК. Для этого есть соответствующие методы, компьютерные программы. Роботы и особый изощренный математический аппарат.

Успехи были достигнуты в результате трех открытий:

1. Выделение особых рестриктирующих эндонуклеаз, т.е. ферменты, расщепляющие полинуклеотидные цепи в определенном месте, например между A и T, между пуриновым и перимидиновым основанием. Разная нуклеаза расщепляет в определенном месте, известно более 150 таких эндонуклеаз. Имея только две эндонуклеазы моно расщепить разными способами с образованием перекрывающихся последовательностей.

2. Усовершенствование электрофоретических методов разделения фрагментов ДНК в соответствии с числом содержащихся в них нуклеотидных остатков. Эти методы обладают настолько высоким разрешением, что позволяют разделить ДНК размером 200 нуклеотидов. Электрофоретическое разделение производят на пластинке полиакриламидного геля (РИС 5).

полиакриламид

Чем короче олигонуклеотид, тем быстрее он движется к положительному электроду, изменяя плотность полиакриламидного геля данную процедуру можно использовать для разделения длинных олигонуклеотидов.

3. Разработка методов клонирования ДНК. Эти методы сделали возможным получение достаточно больших количеств чистых генов, т.е. исходного материала для секвенирования. В настоящее время существует два метода (биологический (Сенджера) и химический (Максама-Гилберта)).

Принцип метода Максама-Гилберта.

Олигонуклеотид состоит из 10 нуклеотидов.

Г-А-Т-Ц-А-Г-Ц-Т-А-Г.

Вводим радиоактивную метку на 5’ конец (P³²):

Ф-Г-А-Т-Ц-А-Г-Ц-Т-А-Г.

Меченый олигонуклеотид разделяют на 4 порции: первую порцию подвергают химической обработке, в результате которой олигополинуклеотид распадается на небольшие куски со статистическим выщепленеим по С, при таком расщеплении можно получитьследующую цепь:

ФГ, АГЦ, АГЦ, ТАГ;

ГАГ ЦАГ, ГАГ, АГ.

Вторую порцию исходного плинуклеотида подвергают другой химической обработке, в результате которой расщепляються только остатки по гуанидину.

ГАТЦА, ГАТЦАГЦТА.

Третья порция – статистическое выщепление по А:

ГАТЦ, ГАТЦАГЦТ Г

Высщепление по Т

Имеем четыре различных смеси меченых фрагментом. Каждую из четырех этих смесей подвергают электрофорезу на пластинке геля. Обеспечивающей четкое разделение по количеству нуклеотидов в фрагменте независимо от качества.

№	Ц	Г	А	Т
10
9		*
8			*
7				*
6	*
5		*
4			*
3	*
2				*
1			*

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
		A	T	Ц	A	Г	Ц	T	A	Г

studfiles.net

Строение нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), схема

Общие сведения о строении нуклеиновых кислот

Электронное строение нуклеиновых кислот

Структура каждого нуклеотида включает остатки углевода, гетероциклического основания и фосфорной кислоты. Углеводными компонентами нуклеотидов являются пентозы: D-рибоза и 2-дезокси-D-рибоза.

По этому признаку нуклеиновые кислоты делятся на две группы:

— рибонуклеиновые кислоты (РНК), содержащие рибозу;

— дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие дезоксирибозу.

Важнейшими гетероциклическими основаниями служат производные пиримидина и пурина, которые называют нуклеиновыми основаниями. К числу важнейших нуклеиновых оснований относятся гидрокси- и аминопроизводные пиримидина – урацил, тимин и цитозин и пурина – аденин и гуанин (рис. 1).

Рис. 1. Структурные формулы нуклеиновых оснований.

РНК и ДНК имеют много общих черт в строении своих молекул:

— каркас их полинуклеотидных цепей состоит из чередующихся пентозных и фосфатных остатков;

— каждая фосфатная группа образует две сложноэфирные связи: с атомом С-3’ предыдущего нуклеотидного звена и с атомом С-5’ – последующего нуклеотидного звена;

— нуклеиновые основания образуют с пентозными остатками N-гликозидную связь.

Запись строения полинуклеотидов производится с использованием общепринятой формы однобуквенного обозначения нуклеозидов, входящих в состав нуклеотидных звеньев, с добавлением латинской буквы «p», кодирующей фосфатный остаток (рис. 2.).

Рис. 2. Двойная спираль ДНК.

Все вышеописанные характеристики входят в понятие первичной структуры нуклеиновых кислот (последовательность нуклеотидных звеньев, связанных фосфодиэфирными связями в непрерывную цепь полинуклеотида).

Под вторичной структурой нуклеиновых кислот пространственную организацию их полинуклеотидных цепей. Молекулы ДНК состоят из двух полинуклеотидных цепей правозакрученных вокруг общей оси с образованием водородные связи. Они образуются между аминогруппой одного основания и карбонильной группой другого (- NH₂….O=C=), а также между пиррольными и пиримидиновыми атомами азота (= NH…N≡).

Примеры решения задач

ru.solverbook.com