Сообщение о нуклеиновых кислотах: Нуклеиновые кислоты – строение, виды структуры (химия, 10 класс)

Нуклеиновые кислоты (структура и функции)

Нуклеиновые кислоты — важнейшие природные полимеры, которые обеспечи­вают передачу наследственных свойств организмов.

Нуклеиновые кислоты впервые были обнаружены в ядрах клеток, в связи с чем и получили своё название (лат. nucleus — «ядро»), т. е. их можно именовать «ядерными кислотами». Различают два ви­да нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (сокращённо ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Нуклеиновые кислоты — это длинные полимерные цепоч­ки (тяжи), состоящие из множества мономеров, которыми являются нук­леотиды. Что представляет собой нуклеотид? Каждый нуклеотид является трёхзвенным соединением, которое содержит по одной молекуле фосфорной кис­лоты и сахара (дезоксирибозу или рибозу), а также одно из четырёх азоти­стых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин у ДНК (урацил у РНК).

Схематично строение нуклеотида можно пред­ставить так:

Молекула ДНК состоит из двух разнонаправленных полинуклеотидных це­пей, спирально закрученных одна вокруг другой в виде двойной спирали.

Молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи (рис. 60).

Рис. 60. Строение нуклеиновых кислот: 1 — РНК, 2 —ДНК

Азотистые основания, участвующие в образовании нуклеотидов и нуклеиновых кислот, относятся к группам пуриновых и пиримидиновых соединений. Пуриновые основания — это группа природных соединений пурина (аденин, гуанин). Пиримидиновые основания (цитозин, урацил и тимин) — группа природных соедине­ний пиримидина. Пуриновых оснований (аденин, гуанин) в ДНК столько же, сколько и пиримидиновых оснований, а в РНК пуриновых обычно больше, чем пиримидино­вых. Пуриновые основания и пиримидиновые основания осуществляют кодирование генетической информации и её реализацию в процессе биосинтеза белка.

Состав нуклеиновых кислот показан в таблице.

Таблица. Состав ДНК и РНК

Кислота	Сахар (пентоза)	Азотистые основания
		пуриновые	пиримидиновые Материал с сайта http://doklad-referat.ru
РНК	Рибоза	Аденин (А) Гуанин (Г)	Цитозин (Ц) Урацил (У)
ДНК	Дезоксирибоза	Аденин (А) Гуанин (Г)	Цитозин (Ц) Тимин(Т)

Нуклеиновые кислоты выполняют важнейшую биологическую роль в клетке: ДНК является хранителем наследственной информации, а РНК обеспечивает передачу этой информации жизнедеятельным процессам клетки.

На этой странице материал по темам:

• Метаболизм нуклеиновых кислот биохимия презентация

• Доклад по теме аденин

• Реферат на тему основные ткани и виды паренхимы

• Реферат по теме нуклеиновые кислоты

• Реферат-конспект по статье о кислотах

Вопросы по этому материалу:

• Опишите строение нуклеиновых кислот.

• Какова роль нуклеиновых кислот в передаче наследствен­ных свойств живых организмов?

• В чём отличие ДНК от РНК?

Ученые считают ДНК лишь одной из миллиона возможных генетических молекул

https://ria.ru/20191111/1560808909.html

Ученые считают ДНК лишь одной из миллиона возможных генетических молекул

Ученые считают ДНК лишь одной из миллиона возможных генетических молекул — РИА Новости, 11.11.2019

Ученые считают ДНК лишь одной из миллиона возможных генетических молекул

РИА Новости, 11.11.2019

2019-11-11T14:48

2019-11-11T14:48

2019-11-11T16:51

наука

открытия — риа наука

биология

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/155163/40/1551634008_0:148:2048:1300_1920x0_80_0_0_ebb82e93161b60d9465c95a42a8335ad.jpg

МОСКВА, 11 ноя — РИА Новости. Ученые нашли более миллиона возможных молекулярных носителей генетической информации помимо ДНК и РНК. Открытие поможет при разработке новых лекарств и поисках внеземной жизни. Результаты опубликованы в журнале Journal of Chemical Information and Modeling. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — молекулярная структура, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов.Некоторые ученые считают, что жизнь на Земле не могла существовать до появления нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), так как с помощью этих макромолекул кодируется вся наследственная информация.Ученые из Токийского технологического института, Университета Эмори (США) и Немецкого аэрокосмического центра решили выяснить, являются ли нуклеиновые кислоты единственно возможной формой хранения наследственной молекулярной информации или их роль могли бы сыграть другие подобные нуклеиновой кислоте полимерные молекулярные структуры.Используя сложные вычислительные методы, они провели моделирование возможных аналогов нуклеиновых кислот, которые при другом сценарии развития на нашей или других планетах могли бы взять на себя роль носителей генетической информации. К удивлению ученых, они нашли более миллиона возможных вариантов макромолекул в пределах формул BC3–7H5–15O2–4 и BC3–6H5–15N1–2O0–4, где B — элемент распознавания, например нуклеиновая основа. В общей сложности — 706 568 вариантов соединений типа ВСНО и 454 422 ВСНNО.»В биологии существуют два вида нуклеиновых кислот и, может быть, 20 или 30 эффективных аналогов, связывающихся с ними. Мы хотели узнать, найдется ли еще хотя бы один. Оказалось, что их намного, намного больше, чем ожидалось», — приводятся в пресс-релизе Токийского технологического института слова первого автора исследования, Джеймса Кливса (Henderson James Cleaves, II).Ученые обнаружили целую вселенную теоретически возможных соединений, которые после дополнительной модификации могут стать основой для разработки лекарств нового поколения. Синтетические молекулы, имитирующие нуклеиновые кислоты, составляют основу многих методов лечения вирусных заболеваний. Вирусы также используют нуклеиновые кислоты для хранения своей наследственной информации, хотя некоторые вирусы используют сокращенный вариант ДНК — РНК. Уничтожение наследственности организма или вируса — отличный способ его ликвидации. Нуклеотиды — строительные блоки, из которых состоит ДНК, могут избирательно воздействовать на ВИЧ, герпес, вирусный гепатит и многие другие вирусы. Большинство важных противовирусных препаратов, используемых сегодня, так же как и лекарства от рака, представляют собой нуклеотидные аналоги ДНК.Интересно исследование и с точки зрения поисков жизни на других планетах. Поскольку большинство ученых считают, что основой биологии является наследственная информация, ученые ищут на других планетах соединения, которые могли бы выполнять там роль, которую сыграли РНК и ДНК на Земле.Один из авторов исследования Джей Гудвин (Jay Goodwin) из Университета Эмори говорит: «Интересно рассмотреть потенциал альтернативных генетических систем, основанных на аналогичных нуклеозидах, которые могли возникнуть и развиваться в разных средах, возможно, даже на других планетах».Ученые планируют на следующем этапе работ попробовать создать уже в лаборатории некоторые из теоретически смоделированных полимерных молекул.

https://ria.ru/20190816/1557571788.html

https://ria.ru/20190628/1555973869.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn23.img.ria.ru/images/155163/40/1551634008_59:0:1990:1448_1920x0_80_0_0_0c286ecb0ce25fe5b53788f11facdbee.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

открытия — риа наука, биология

МОСКВА, 11 ноя — РИА Новости. Ученые нашли более миллиона возможных молекулярных носителей генетической информации помимо ДНК и РНК. Открытие поможет при разработке новых лекарств и поисках внеземной жизни. Результаты опубликованы в журнале Journal of Chemical Information and Modeling.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — молекулярная структура, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов.

Некоторые ученые считают, что жизнь на Земле не могла существовать до появления нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), так как с помощью этих макромолекул кодируется вся наследственная информация.

Ученые из Токийского технологического института, Университета Эмори (США) и Немецкого аэрокосмического центра решили выяснить, являются ли нуклеиновые кислоты единственно возможной формой хранения наследственной молекулярной информации или их роль могли бы сыграть другие подобные нуклеиновой кислоте полимерные молекулярные структуры.

16 августа 2019, 15:00НаукаУченые создали модель ДНК человека для исследования генетических патологий

Используя сложные вычислительные методы, они провели моделирование возможных аналогов нуклеиновых кислот, которые при другом сценарии развития на нашей или других планетах могли бы взять на себя роль носителей генетической информации. К удивлению ученых, они нашли более миллиона возможных вариантов макромолекул в пределах формул BC_3–7H_5–15O_2–4 и BC_3–6H_5–15N_1–2O_0–4, где B — элемент распознавания, например нуклеиновая основа. В общей сложности — 706 568 вариантов соединений типа ВСНО и 454 422 ВСНNО.

«В биологии существуют два вида нуклеиновых кислот и, может быть, 20 или 30 эффективных аналогов, связывающихся с ними. Мы хотели узнать, найдется ли еще хотя бы один. Оказалось, что их намного, намного больше, чем ожидалось», — приводятся в пресс-релизе Токийского технологического института слова первого автора исследования, Джеймса Кливса (Henderson James Cleaves, II).

Ученые обнаружили целую вселенную теоретически возможных соединений, которые после дополнительной модификации могут стать основой для разработки лекарств нового поколения.

Синтетические молекулы, имитирующие нуклеиновые кислоты, составляют основу многих методов лечения вирусных заболеваний. Вирусы также используют нуклеиновые кислоты для хранения своей наследственной информации, хотя некоторые вирусы используют сокращенный вариант ДНК — РНК. Уничтожение наследственности организма или вируса — отличный способ его ликвидации.

Нуклеотиды — строительные блоки, из которых состоит ДНК, могут избирательно воздействовать на ВИЧ, герпес, вирусный гепатит и многие другие вирусы. Большинство важных противовирусных препаратов, используемых сегодня, так же как и лекарства от рака, представляют собой нуклеотидные аналоги ДНК.

28 июня 2019, 09:00НаукаМазь против рака: ученые хотят лечить меланому частицами искусственной ДНК

Интересно исследование и с точки зрения поисков жизни на других планетах. Поскольку большинство ученых считают, что основой биологии является наследственная информация, ученые ищут на других планетах соединения, которые могли бы выполнять там роль, которую сыграли РНК и ДНК на Земле.

Один из авторов исследования Джей Гудвин (Jay Goodwin) из Университета Эмори говорит: «Интересно рассмотреть потенциал альтернативных генетических систем, основанных на аналогичных нуклеозидах, которые могли возникнуть и развиваться в разных средах, возможно, даже на других планетах».

Ученые планируют на следующем этапе работ попробовать создать уже в лаборатории некоторые из теоретически смоделированных полимерных молекул.

В Новосибирске пройдет симпозиум, посвященный конструированию препаратов на основе нуклеиновых кислот

С 29 июня по 1 июля 2019 г. в новосибирском Академгородке пройдет симпозиум «Терапевтические нуклеиновые кислоты», участие в котором примут ведущие российские, британские и корейские учёные, аспиранты и студенты из разных регионов РФ и других стран. Конструирование препаратов на основе нуклеиновых кислот – весьма многообещающий подход к созданию высокоизбирательных средств терапии. Можно с уверенностью утверждать, что в ближайшее время на основе нуклеиновых кислот будут созданы эффективные противовирусные и противоопухолевые препараты, иммуномодулирующие препараты и вакцины.

Симпозиум «Терапевтические нуклеиновые кислоты» позволит мировым и российским ученым поделиться новейшими научными открытиями, обменяться опытом, скоординировать работы по созданию средств генотерапии для лечения наследственных заболеваний, таких, например, как иммунодефицитные состояния, эндокринные нарушения. Cоздание базы для быстрой разработки и синтеза противовирусных препаратов необходимо для защиты от вновь возникающих опасных вирусов.

Организаторы симпозиума:

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ), САЕ «Синтетическая биология»,

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАН),

Технопарк Новосибирского Академгородка (Академпарк).
 

Программа симпозиума: http://conf.nsc.ru/files/conferences/bmf2019/524700/BMF2019-1_TNA.pdf

Симпозиумы «Бактериофаги. Управление микробиотой», «Биомедицинские технологии», школа-конференция «Терапевтические нуклеиновые кислоты» объединены под эгидой мультиконференции «Биотехнология – медицине будущего», приуроченной к 35-летию Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.

Минздрав сообщил о расшифровке генома коронавируса российскими учеными :: Общество :: РБК

Российским ученым удалось выделить последовательность нуклеиновых кислот в геноме вируса и описать его генотип. Это должно помочь в создании вакцины против COVID-19 и изучить эволюцию вызывающего заболевание коронавируса

Фото: Егор Алеев / ТАСС

Российские ученые сумели полностью расшифровать из материала от пациента с COVID-19 первый полный геном коронавируса SARS-CoV-2. Об этом говорится в сообщении Минздрава, поступившем в РБК.

Успеха удалось добиться специалистам из ФГБУ «НИИ гриппа им. А.А. Смородинцева». И.о. директора НИИ Дмитрий Лиознов сообщил, что секвенирование генома поможет понять эволюцию вируса и динамику распространения.

Самоизоляция Путина. Самое актуальное о пандемии на 14 сентября

«Этот коронавирус новый для нас, поэтому критически важно иметь возможность определить путь его распространения и попадания на территорию нашей страны, его изменения. Эта информация поможет в разработке вакцин и противовирусных препаратов для лечения коронавируса», — сказал он.

Полученная российскими учеными информация направлена в базу данных ВОЗ для того, чтобы к ней получили доступ прочие исследовательские группы.

Доклад Нуклеиновые кислоты 10 класс по биологии сообщение

Нуклеиновая кислота представляет собой органическое соединение с остатками нуклеотидов. Делятся на дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. Эти элементы носят генетический характер клеточной структуры. То есть они являются хранителями и передающими по наследству информации.

История открытия нуклеиновой кислоты

Химик из Швейцарии Ф. Мишер в 1868г исследовал некую субстанцию и случайно обнаружил ранее никому не известное вещество. Материал содержал фосфор, который не распадается под воздействием катализатора и владеет свойством кислоты. Вот такую субстанцию и назвали нуклеиновая кислота. Соединение носит химическую сложную формулу C29h59N9O22P3.

Способы выделения

Основная работа нуклеиновой кислоты, это отделение белка. Стенку клеточной структуры разрушают и обрабатывают анионом. Таким образом, белковый продукт осаждается, а нуклеиновая кислота остается.

Физические свойства

ДНК и РНК хорошо растворяются в h3O, но не расщепляется в растворителе протоплазмы. Очень чувствительны кислоты к перепадам температур.

Строение в 4 этапа

1. Фосфорная кислота соединяющая в виде цепи называется первичной структурой

2. Соединение двух водородных связей в цепь считается вторичной структурой

3. Третичное происхождение формирует спираль из радикала азотистых соединений, таким образом образуют дополнительную водородную связь и служит прочной цепью

4. Четвертая структура образует комплекс гистона с нитью хроматина

Типы

1. Матричная РНК. Содержит память о первичной структуре и транслирует себя для синтеза белка, как матрица

2. Рибосомная РНК. Осуществляет процесс трансляции и считывания информации с м РНК. Адаптером служат т РНК

3. Транспортная РНК. Ее функция заключается в доставке аминокислоты в синтез белка. Также принимает участие в образовании полипептидной цепи. Для каждой аминокислоты существует своя т РНК. Эта молекула является одно цепочечной РНК

4. Некопирующие РНК. Это молекула ген. Выполняет абсолютно все перечисленные выше функции.

Доклад №2

Нуклеиновые кислоты являются важнейшими биополимерами. Стоит отметить, что они содержатся в каждом живом организме, служат источником генетической информации, а также принимают участие в ее хранении.  Их существует два вида: молекулы ДНК и РНК.

По сути, они представляют собою остатки нуклеотидов, образующих цепочки, не имеющие разветвления. Открыты данные соединения были Ф. Мишером в лейкоцитах, входящих в состав гноя.

Да-да, звучит довольно таки непрезентабельно, но это неопровержимый факт.

ДНК – это дезоксирибонуклеиновые кислоты. К слову, подобные молекулы имеют наибольший размер и количество нуклеотидов.  Масса их находится в клеточном ядре и связана с белками (если речь идет об эукариотах), а в  прокариотических клетках ДНК являются плазмидами

Что же касается РНК, они имеют информативные, рибосомные и транспортные функции. Мало кто знает, что данные молекулы даже входят в состав вирусов. Допустим, СПИД содержит в себе именно рибонуклеиновые кислоты.

ДНК бывают двухцепочными и одноцепочными, оба этих вида также подразделяются на линейные и кольцевые. То же самое и у РНК, с тем лишь отличием, что двухцепочные РНК  бывают только лишь линейными.

Стоит также добавить, что РНК, как правило, расщепляются щелочами, а ДНК – нет, что также является еще одним различием, которое невозможно не упомянуть. Между гетероциклом и остатком рибозы, как правило, формируются гликоидные связи.

Относительно функций данных кислот, следует также отметить, что помимо хранения и  реализации генетической информации, они выполняют также структурные функции, участвуют в катализе определенных химических реакций и так далее.

В биологии нуклеиновые кислоты играют огромнейшую роль, поскольку именно генетическая информация, передаваемая от родительских генов детям, во многом формирует последующее развитие нового живого организма. Мало того, генетически могут передаваться как внешние сходства, так и черты характера, некие внутренние склонности.

То есть, ДНК и РНК имеют непосредственное влияние на жизнедеятельность   новой клетки и несут наследственную информацию. Еще нуклеиновые кислоты есть в ядрах практически всех живых организмов.

Говоря более простым языком, это то, из чего мы состоим. Поэтому, довольно сложно отрицать их поистине глобальное влияние, как на свойства живого организма, так и на последующие ему поколения.

10 класс в химии

Нуклеиновые кислоты

Популярные темы сообщений

• Дерево Груша

  Груша это плодоносное дерево, которое активно используется для декора. Примерно пять веков назад плод этого дерев назывался «хруша». Историки считают, что груша получила такое название, потому что при укусе создавался хруст.

• Видоизменение корней

  Основными функциями корней является удерживание растения и закрепление его в почве, а также снабжение его минеральными солями и водой. Иногда у корня появляются дополнительные функции, происходит видоизменение корневища.

• Город Королёв

  Все знают великого самого первого космонавта из СССР, Гагарина Юрия Алексеевича, который на корабле Восток-1 совершил первый в мире полёт в такое неизвестное на то время пространство как космос. Действительно, имя этого человека было,

Различные типы вакцин против COVID-19

Данная статья входит в серию публикаций, посвященных разработке и распределению вакцин. Узнайте больше о вакцинах, о принципах их действия и о том, как обеспечивается их безопасность и справедливое распределение, в серии публикаций ВОЗ  «Все о вакцинах». 

По состоянию на декабрь 2020 г. разрабатывается более 200 вакцин-кандидатов против COVID-19. Из них по меньшей мере 52 вакцины-кандидата проходят исследования с участием людей. Несколько других вакцин в настоящее время находятся на этапах I/II и в ближайшие месяцы перейдут на этап III (для получения дополнительной информации об этапах клинических исследований см. третью часть нашего обзора  Как разрабатывают вакцины?).  

Зачем разрабатывать так много вакцин?

Как правило, все многочисленные вакцины-кандидаты, прежде чем какие-либо из них будут признаны безопасными и эффективными, должны пройти тщательные клинические исследования. Например, из всех вакцин, которые исследуются в лабораториях и испытываются на лабораторных животных, достаточно эффективными и безопасными для того, чтобы перейти к их клиническим исследованиям с участием людей, будут признаны примерно семь из ста. Из вакцин, которые достигают стадии клинических исследований, успешной оказывается только одна из пяти. Наличие большого количества различных вакцин в разработке повышает вероятность того, что одна или несколько вакцин будут признаны безопасными и эффективными для иммунизации приоритетных групп населения.

Различные типы вакцин

Различают три основных подхода к разработке вакцин в зависимости от того, что используют для иммунизации: цельный вирус или бактерию; фрагменты микроорганизма, вызывающие иммунный ответ; только генетический материал, содержащий код для синтеза конкретных белков, а не цельный вирус.  

Инактивированная вакцина

В первом способе создания вакцины используются болезнетворные вирус или бактерия, или очень похожие на них микроорганизмы, которые инактивируют (убивают) с помощью химических реагентов, тепла или радиации. Этот метод основывается на технологиях, которые, как было доказано, эффективно защищают человека, – они применяются для изготовления вакцин против гриппа и полиомиелита – и позволяет наладить достаточно масштабное производство вакцин.

Однако для его применения требуются специальные лабораторные помещения, в которых можно безопасно выращивать вирус или бактерию, цикл производства может быть относительно длительным, а для иммунизации, скорее всего, потребуется введение двух или трех доз.  

Живая ослабленная вакцина

В живой вакцине используется ослабленный или очень похожий вирус. Примеры вакцин этого типа – вакцина против кори, эпидемического паротита и краснухи (КПК) и вакцина против ветряной оспы и опоясывающего лишая. В этом способе используется технология, аналогичная получению инактивированной вакцины, и он может применяться для массового производства. Однако вакцины этого типа могут оказаться неприемлемыми для людей с ослабленной иммунной системой. 

Вирусная векторная вакцина

В этом виде вакцины используется безопасный вирус, который доставляет специфические субэлементы (белки) соответствующего микроорганизма, благодаря чему вакцина способна активировать иммунный ответ, не вызывая болезни. С этой целью в безопасный вирус вводится код для формирования определенных частей соответствующего патогена. Такой безопасный вирус затем используется в качестве платформы или вектора для доставки в клетки организма белка, который активирует иммунный ответ. Примером этого типа вакцин, которые могут быть разработаны в короткие сроки, является вакцина против Эболы. 

Субъединичные вакцины

В субъединичных вакцинах используются только специфические фрагменты (субъединицы) вируса или бактерии, которые иммунная система должна распознать. Они не содержат цельных микроорганизмов или безопасных вирусов в качестве вектора. В качестве субъединиц могут использоваться белки или сахара. Большинство вакцин, применяемых в календаре детских прививок, являются субъединичными и защищают от таких болезней, как коклюш, столбняк, дифтерия и менингококковый менингит. 

Вакцины на основе генетического материала (нуклеиновых кислот)

В отличие от вакцин на основе ослабленных или нежизнеспособных цельных микроорганизмов или их фрагментов, в вакцине на основе нуклеиновых кислот используется участок генетической структуры, содержащий программу для генерации специфических белков, а не цельный микроорганизм. ДНК и РНК содержат код, который используется клетками нашего организма для выработки белков. При этом ДНК сначала превращается в информационную РНК, которая затем используется в качестве программы для продуцирования специфических белков.

Вакцина на основе нуклеиновой кислоты доставляет в клетки нашего организма определенный набор инструкций в виде ДНК или мРНК, побуждая их синтезировать нужный специфический белок, который иммунная система нашего организма должна распознать и дать на него иммунный ответ. 

Технология с использованием генетического материала представляет собой новый способ получения вакцин. До пандемии COVID-19 ни одна из них еще не прошла через все стадии процесса одобрения для введения людям, хотя некоторые ДНК-вакцины, в том числе для определенных видов рака, проходили исследования с участием людей. Из-за пандемии исследования в этой области продвигались очень быстро, и на некоторые вакцины против COVID-19 на основе мРНК выдаются разрешения для использования в чрезвычайных ситуациях; а это означает, что теперь они могут вводиться людям, а не только использоваться в клинических исследованиях.   

Общая характеристика нуклеиновых кислот

111 :: 112 :: 113 :: 114 :: 115 :: 116 :: 117 :: Содержание

ГЛАВА 4

БИОХИМИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро) — важнейшие органические вещества, с которыми связаны все основные процессы существования живой материи. Открыты Ф. Мишером в 1868 г. в ядрах клеток гноя. В дальнейшем выявлены во всех клетках человека, животных и растений, в микробах и вирусах.

Нуклеиновые кислоты — простетические группы нуклеопротеидов. Конечные продукты гидролиза их — пуриновые и пиримидиновые основания, пентозы и фосфорная кислота. По химическому составу различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. В состав ДНК входит дезоксирибоза, в состав РНК — рибоза. Различаются между собой

Ф. Мишер (1844-1895)

111

азотистыми основаниями, структурой молекул, клеточной локализацией и функциями (см. ниже).

Соединения, молекула которых образована пуриновым или пиримидиновым основанием и пентозой (рибозой или дезоксирибозой), называют нуклеозидами. Название нуклеозида определяется содержащимся в нем азотистым основанием. Так, нуклеозид, имеющий в составе молекулы аденин, называют аденозином, гуанин — гуанозином, тимин — тимидином, цитозин — цитидином, урацил — уридином. В зависимости от входящих в состав молекул углеводов различают рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды.

Нуклеотиды — фосфорные эфиры нуклеозидов. В молекулу нуклеотида входят пуриновое или пиримидиновое основание, пентоза (рибоза или дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты, который связывается пятым или третьим атомом углерода пентозы. Если в состав нуклеотида входит

дезоксирибоза, то перед его названием обычно ставится буква «д».

Название нуклеотида обычно производят от входящего в его состав нуклеозида, порядкового номера атома пентозы, к которому присоединен остаток фосфорной кислоты, или называют, как кислоту, по азотистому основанию.

Многие свободные нуклеотиды осуществляют функции коферментов (НАД, НАДФ, ФАД и др.) или являются макроэргическими соединениями (АТФ, АДФ, УДФ, УТФ, ГТФ, ГДФ и др.). цАМФ выполняет функции посредника при действии гормонов.

112

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). ДНК-химическая основа генов,

в которых сконцентрирована наследственная информация организма. Локализирована в основном в ядрах клеток, преимущественно в хромосомах. При гидролизе ДНК образуются нуклеотиды: дезоксиадениловая (А), дезоксигуаниловая (Г), дезоксицитидиловая (Ц) и тимидиловая (T) кислоты. Иногда в составе нуклеотидов выявляются в небольших количествах другие производные пуринов и пиримидинов — минорные основания: 5-метилцитозин (ткани тимуса), 5-оксиметилцитозин (бактериофаги) и т. д.

Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепь (ДНК) кислородными мостиками, образованными за счет гидроксила — остатка фосфорной кислоты одного нуклеотида и гидроксильной группы возле третьего углеродного атома остатка дезоксирибозы второго нуклеотида.

Число остатков нуклеотидов в составе молекулы ДНК составляет 2500035000 и больше, а молекулярная масса — от нескольких миллионов до 2-5 млрд. Молекулы ДНК можно «видеть» в электронном микроскопе (рис. 7). Абсолютное количество четырех видов нуклеотидов (А, Г, Ц и T) в молекулах ДНК различного происхождения колеблется в широких диапазонах. Однако между количеством пуриновых и пиримидиновых оснований в молекуле ДНК

есть соответствие, или комплементарностъ, установленная Э. Чаргаффом в 1952 г. и обобщенная в виде правил:

1)молярное содержание аденина в молекуле ДНК равно молярному содержанию тимина — А:Т=1;

2)молярное содержание гуанина в молекуле ДНК равно молярному содержанию цитозина — Г:Ц=1;

3)сумма пуриновых оснований в молекулах различных ДНК независимо от их происхождения равна сумме пиримидиновых оснований — А+Г:Т+Т=1;

4)количество аминогрупп в пуриновых и пиримидиновых основаниях ДНК равно количеству кето-групп — 6.

Ф. Крик и Д. Уотсон в 1953 г. установили, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг одной оси (цвет. табл. 1). Эта спираль напоминает винтовую лестницу, у которой перила образованы остатками дизоксирибозы, соединенными между собой

113

Рис. 7. Электронная микрофотография молекулы ДНК бактериофага (по Д. Лангу)

Рис. 8. Соединение нуклеотидов в молекуле ДНК

фосфорноэфирными связями по типу 3-5, а ступени — азотистыми основаниями. Аденин соединен водородными связями с тимином, гуанин — с цитозином, причем между аденином и тимином имеются две, между гуанином и цитозином — три водородные связи (рис. 8). Каждый виток спирали имеет 10 пар нуклеотидов, межнуклеотидные расстояния равны 0,34 нм, один виток спирали (шаг) — 3,4 нм, длина спирали в среднем 1500-2000 нм, иногда 100000 нм и больше. Конфигурация спирали ДНК может быть сжатая и растянутая. У некоторых бактериофагов найдена односпиральная молекула ДНК.

Содержание ДНК в различных клетках организма сравнительно постоянно. Так, в клетках костного мозга крысы содержится 6,7 пг ДНК, легких — 6,5, миокарда — 6,3 пг.

Рибонуклеиновые кислоты. Молекула РНК представляет собой линейную спираль, состоящую из остатков рибонуклеотидов. Принцип соединения нуклеотидов в полинуклеотидную цепь здесь такой же, как и в молекуле ДНК: остаток рибозы одного нуклеотида соединяется кислородным мостиком с остатком фосфорной кислоты следующего нуклеотида (рис. 9). В

114

Рис. 9. Схема строения полинуклеотидной цепи РНК

образовании каждого нуклеотида участвуют пуриновое или пиримидиновое основание, рибоза и фосфорная кислота. В составе РНК выявлены минорные основания: 6-метилгуанин, 2-метиламино-6-оксипурин, 5-метилцитозин и др.

Молекула РНК представляет собой односпиральную нуклеотидную цепь, которая в некоторых участках может быть двуспиральной с образованием водородных связей между комплементарными основаниями (А-У, Г-Ц). РНК большинства вирусов двуспиральная, каждая спираль содержит 20 000-25 000 нуклеотидных остатков. В отличие от ДНК, имеющей жесткую структуру молекулы, РНК представляет собой биополимер, молекула которого может

изменить форму и конфигурацию в зависимости от условий среды: рН, ионной силы растворителя, температуры и др. Около 90% РНК сосредоточено в цитоплазме и 10% — в ядре клеток. Эти соотношения между ядерной и цитоплазматической РНК в различных клетках неодинаковы.

Различают рибосомальную, транспортную и информационную рибонуклеиновые кислоты.

Р и б о с о м а л ь н а я Р Н К (рРНК, или гРНК) составляет основу рибосом (50-65% общей массы) и 75-85% всей РНК клетки. Почти вся рРНК находится в виде магниевой соли. После удаления ионов магния рибосома диссоциирует на две субъединицы — большую и малую (см. рис. 25). Каждая субъединица имеет одну молекулу РНК (большая субъединица состоит из 2500-4000, малая — из 1500-2000 нуклеотидных остатков). Молекулярная масса рРНК — 0,5-2 млн. Для молекулы рРНК характерно чередование спиральных (60-65%) и неспиральных участков. Спиральные участки молекулы РНК содержат до 10 нуклеотидов.

Т р а н с п о р т н у ю Р Н К (тРНК, или sPHK) иногда называют так: растворимая РНК, РНК-переносчик, акцепторная или адапторная РНК. Она

115

составляет около 15% всей РНК клетки. Молекулярная масса — 23-30 тыс. Молекула состоит из 75-90 моно-нуклеотидных остатков. Каждая из 20 аминокислот имеет свои тРНК (не менее одной). В тРНК содержится до 10% минорных мононуклеотидов. Известно свыше 80 тРНК. Молекулы тРНК обычно находятся в свободном состоянии. Все тРНК имеют форму кленового или клеверного листа. На одном конце молекулы размещается тринуклеотидный остаток, который связывается с соответствующей аминокислотой, образуя аминоацил-тРНК: фГ (фН)75-90 фЦфЦфА — O-CO-CH-(Nh3)-R. B таком виде аминокислотный остаток переносится к концу пептидной цепочки на поверхность рибосомы, где и включается в молекулу синтезируемого белка. В молекуле тРНК есть участок, с помощью которого она присоединяется к рибосоме, — антикодон, триплет нуклеотидных остатков, «узнающая группа». В аланиновой тРНК антикодоном является МГЦ, валиновой — ИАЦ (рис.10), фенилаланиновой — ГmАА, тирозиновой — ГψА.

Информационная РНК (иРНК, или тРНК) — РНК-посредник, матричная РНК, трансляционная РНК. Составляет от 1 до 5% всей клеточной РНК. Быстро синтезируется (синтез одной молекулы происходит за 20-30 с) и распадается (одна молекула распадается в течение 3-5 мин). Имеет строение цепи, близкое по структуре к ДНК (отличие — вместо T в молекулу РНК включается У, вместо дезоксирибозы — рибоза). иРНК копирует информацию с молекулы ДНК чередованием нуклеотидных остатков и участвует в контроле синтеза молекулы соответствующего белка. Молекула иРНК содержит от 100 до 6000 остатков нуклеотидов, ее молекулярная масса — 500 тыс. — 2 млн. Известно

Рис. 10. Структура тРНК, переносящей валик: ψ — псевдоуридин; И — инозин

116

несколько иРНК. Синтез каждого белка клетки (а их число нередко превышает 1000) кодируется своей иРНК или ее определенным участком.

С о с т о я н и е н у к л е и н о в ы х к и с л о т в к л е т к.е Нуклеиновые кислоты в клетке находятся в связанном и свободном состояниях. В частности, ДНК с белками ядра образует дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП), РНК с белками ядра и цитоплазмы — рибонуклеопротеиды (РНП). ДНП составляет основу вещества клеточного ядра — хроматина. Во время деления клеток ДНК концентрируется в виде хромосом. В хромосоме выделяют субъединицы — нуклеосомы. Каждая нуклеосома представляет собой изогнутый участок ДНК, содержащий 150-200 пар нуклеотидов и комплекс из восьми молекул гистонов. В хроматине в среднем содержится 30-40 %ДНК, 60-70% гистонов, негистоновых белков, РНК и других веществ. Негистоновые белки обычно представлены протаминами, иногда — альбуминами и глобулинами.

Молекулы нуклеиновых кислот и простых белков соединяются между собой с помощью ионных связей. Установлено, что полипептидные цепочки молекул белков в виде нитей окутывают спираль молекулы ДНК, стабилизируют ее третичную структуру и регулируют метаболическую активность.

117

111 :: 112 :: 113 :: 114 :: 115 :: 116 :: 117 :: Содержание

Раскрытие скрытого сообщения РНК

Подходы к маркировке РНК in vitro и метаболической РНК и их применение.

Согласно центральной догме биологии, генетическая информация хранится в ДНК, а затем передается в РНК-мессенджер, однонитку гена, служащую матрицей для производства белков, рабочих лошадок клетки.

Как показали недавние исследования, важность мРНК выходит далеко за рамки ее роли в качестве матрицы.Естественные модификации мРНК могут регулировать трансляцию или изменять стабильность, влияя на жизненный цикл мРНК. Субклеточный транспорт и локализация отдельной мРНК обеспечивают средства для регуляции генов с точным пространственно-временным контролем. Однако на сегодняшний день точные эндогенные функции этих модификаций и динамика этих процессов полностью невозможны, отчасти из-за того, что доступная методология все еще недостаточно развита.

Универсальный набор инструментов для исследования движения, локализации и взаимодействия РНК в живых клетках необходим для изучения того, как молекулы РНК организуют экспрессию генов и понимания неисправностей при болезни.

Схематическое изображение различных стратегий маркировки РНК.

В недавнем обзоре РНК WIREs освещаются ковалентные современные стратегии модификации РНК и их разнообразные применения. К ним относятся визуализация определенного транскрипта или возникающей РНК в живых клетках, а также идентификация внутренних модификаций. Исследование объединяет взаимосвязанные концепции, которые использовались в различных приложениях и, следовательно, не собирались ранее в одном месте, обеспечивая критический анализ различных подходов.

В случаях мечения привлекает внимание перехват РНК-модифицирующих ферментов для сайт-специфической передачи химических указателей, которые впоследствии могут быть связаны с флуорофором. Другие стратегии ковалентного мечения включают включение модифицированных нуклеотидов вместо одного из четырех канонических строительных блоков РНК, которые можно использовать для визуализации конкретной РНК.

Эти методы применимы не только для мечения РНК, но — с небольшими изменениями химического состава — позволяют обнаруживать небольшие модификации РНК.Если подходящие нуклеозиды или их метаболические предшественники вводятся в клетки, они превращаются в соответствующие нуклеотиды и затем статистически включаются во все вновь транскрибируемые или модифицированные РНК. Эта стратегия позволяет временное разрешение транскрипции.

Этот новый набор методов может значительно улучшить наше понимание динамики метаболизма РНК.

Что такое мРНК? Молекула-посланник, которая присутствует в каждой живой клетке в течение миллиардов лет, является ключевым ингредиентом некоторых вакцин против COVID-19

.

Удивительной звездой пандемического ответа на коронавирус стала молекула, называемая мРНК.Это ключевой ингредиент вакцин Pfizer и Moderna от COVID-19. Но сама мРНК — не новое изобретение лаборатории. Он возник миллиарды лет назад и естественным образом присутствует в каждой клетке вашего тела. Ученые считают, что РНК возникла у самых ранних форм жизни, еще до того, как появилась ДНК.

Вот краткий курс того, что такое мРНК и какую важную работу она выполняет.

Познакомьтесь с генетическим посредником

Вы, наверное, знаете о ДНК. Это молекула, которая содержит все ваши гены, обозначенные четырехбуквенным кодом — A, C, G и T.

Информационная РНК передает генетическую информацию от ДНК в сильно защищенном ядре к остальной части клетки, где структуры, называемые рибосомами, могут создавать белки в соответствии с планом ДНК. ttsz / iStock через Getty Images Plus

ДНК находится внутри клеток каждого живого существа. Он защищен частью клетки, называемой ядром. Гены — это детали в схеме ДНК для всех физических характеристик, которые делают вас уникальным.

Но информация от ваших генов должна поступать от ДНК в ядре к основной части клетки — цитоплазме, где собираются белки. Клетки полагаются на белки для выполнения многих процессов, необходимых для функционирования организма. Вот где на помощь приходит информационная РНК, или для краткости мРНК.

Разделы кода ДНК транскрибируются в сокращенные сообщения, которые представляют собой инструкции по созданию белков. Эти сообщения — мРНК — транспортируются в основную часть клетки.Как только мРНК прибывает, клетка может производить определенные белки по этим инструкциям.

Последовательность двухцепочечной ДНК транскрибируется в код мРНК, поэтому инструкции можно транслировать в белки. Алков / iStock через Getty Images Plus

Структура РНК похожа на ДНК, но имеет некоторые важные отличия. РНК представляет собой однонитку кодовых букв (нуклеотидов), а ДНК — двухцепочечную. Код РНК содержит U вместо Т-урацила вместо тимина.И РНК, и структуры ДНК имеют основу, состоящую из молекул сахара и фосфата, но сахар РНК — это рибоза, а ДНК — дезоксирибоза. Сахар ДНК содержит на один атом кислорода меньше, и это различие отражено в их названиях: ДНК — это прозвище дезоксирибонуклеиновой кислоты, РНК — рибонуклеиновая кислота.

Идентичные копии ДНК находятся в каждой отдельной клетке организма, от клетки легкого до мышечной клетки и нейрона. РНК вырабатывается по мере необходимости в ответ на динамическую клеточную среду и насущные потребности организма.Задача мРНК — помочь запустить клеточный аппарат для создания белков, кодируемых ДНК, подходящих для того времени и места.

Процесс преобразования ДНК в мРНК в белок является основой функционирования клетки.

[ Исследования коронавируса и другие новости науки Подпишитесь на информационный бюллетень The Conversation.]

Запрограммирован на самоуничтожение

Как посредник, мРНК является важным механизмом безопасности в клетке.Он не позволяет захватчикам захватить клеточный аппарат для производства чужеродных белков, потому что любая РНК вне клетки мгновенно подвергается разрушению ферментами, называемыми РНКазами. Когда эти ферменты распознают структуру и U в коде РНК, они стирают сообщение, защищая клетку от ложных инструкций.

мРНК также дает клетке возможность контролировать скорость производства белка, включая или выключая схемы по мере необходимости. Ни одна клетка не хочет производить каждый белок, описанный во всем вашем геноме, одновременно.

Инструкции

Messenger RNA рассчитаны на самоуничтожение, как исчезающий текст или сообщение Snapchat. Структурные особенности мРНК — буква U в коде, ее одноцепочечная форма, сахар рибоза и ее специфическая последовательность — гарантируют, что мРНК имеет короткий период полужизни. Сочетание этих функций позволяет «прочитать» сообщение, преобразовать его в белки, а затем быстро уничтожить — в течение нескольких минут для одних белков, которые необходимо строго контролировать, или до нескольких часов для других.

Когда инструкции исчезают, производство белка прекращается до тех пор, пока белковые фабрики не получат новое сообщение.

Использование мРНК для вакцинации

Все характеристики мРНК вызвали большой интерес у разработчиков вакцин. Цель вакцины — заставить вашу иммунную систему реагировать на безвредную версию или часть микроба, чтобы, столкнувшись с настоящей вещью, вы были готовы с ней бороться. Исследователи нашли способ ввести и защитить сообщение мРНК с кодом для части белка-шипа на поверхности вируса SARS-CoV-2.

Вакцины с матричной РНК заставляют организм реципиента производить вирусный белок, который затем стимулирует желаемый иммунный ответ. Trinset / iStock через Getty Images Plus

Вакцина обеспечивает ровно столько мРНК, чтобы синтезировать достаточное количество спайкового белка для иммунной системы человека, чтобы генерировать антитела, которые защищают его, если он позже подвергнется воздействию вируса. МРНК вакцины вскоре разрушается клеткой, как и любая другая мРНК. МРНК не может попасть в ядро ​​клетки и не может повлиять на ДНК человека.

Хотя это новые вакцины, основная технология была первоначально разработана много лет назад и постепенно улучшалась с течением времени. В результате вакцины прошли тщательную проверку на безопасность. Успех этих мРНК-вакцин против COVID-19 с точки зрения безопасности и эффективности предсказывает светлое будущее для новых вакцинных методов лечения, которые можно быстро адаптировать к новым возникающим угрозам. Клинические испытания на ранней стадии с использованием мРНК-вакцин уже были проведены против гриппа, вируса Зика, бешенства и цитомегаловируса.Конечно, творческие ученые уже рассматривают и разрабатывают методы лечения других заболеваний или расстройств, которые могут выиграть от подхода, аналогичного тому, который используется для вакцин против COVID-19.

Messenger RNA — обзор

Messenger RNA

мРНК состоят из трех частей: нуклеотиды на 5′-конце обеспечивают сайты связывания для белков, которые инициируют синтез полипептидов; нуклеотиды в середине указывают последовательность аминокислот в полипептиде; а нуклеотиды на 3′-конце регулируют стабильность мРНК (рис.1.1). В кодирующей белок области последовательные тройки из трех нуклеотидов, называемые кодонами , определяют последовательность аминокислот. Генетический код , связывающий триплеты нуклеотидов с аминокислотами, является, за некоторыми незначительными исключениями, универсальным. Каждую аминокислоту кодируют от одного до шести различных триплетных кодонов (рис. 12.2). Кодон инициации (AUG) определяет метионин, с которого начинаются все полипептидные цепи, но впоследствии он может быть удален. Кроме того, любой из трех кодонов терминации (UAA, UGA, UAG) останавливает синтез пептида.

МРНК эукариот и бактерий различаются по трем параметрам. Во-первых, мРНК эукариот кодируют один белок, тогда как бактериальные мРНК обычно кодируют более одного белка. Во-вторых, большинство мРНК эукариот (и эукариотических вирусов) кэпированы инвертированным остатком 7-метилгуанозина, присоединенным к 5′-концу мРНК 5′-трифосфат-5′-связью (см. Рис. 11.2 и рис. 12.3). Этот 5′-кэп стабилен на протяжении всей жизни мРНК. Он обеспечивает сайт связывания для белков и защищает 5′-конец от атаки нуклеазами.В-третьих, большинству мРНК многоклеточных животных требуется процессинг для удаления интронов (см. Рис. 11.4).

Большинство мРНК эукариот имеют 3′-хвост из 50-200 остатков аденина, посттранскрипционно добавленных к 3′-концу (см. Рис. 11.3). Этот поли (A) хвост связывает белок, который способствует экспорту из ядра и защищает мРНК от деградации в цитоплазме. 3′-поли (A) хвосты короче или отсутствуют на бактериальных мРНК. Многие одноцепочечные мРНК имеют некоторую двухцепочечную вторичную структуру (см.рис.3.19), который необходимо прервать во время трансляции, чтобы можно было прочитать каждый кодон.

Структура и функции РНК

Цели обучения

• Опишите биохимическую структуру рибонуклеотидов
• Опишите сходства и различия между РНК и ДНК
• Опишите функции трех основных типов РНК, используемых в синтезе белка.
• Объясните, как РНК может служить наследственной информацией

Структурно рибонуклеиновая кислота (РНК) очень похожа на ДНК.Однако, в то время как молекулы ДНК обычно длинные и двухцепочечные, молекулы РНК намного короче и обычно являются одноцепочечными. Молекулы РНК выполняют множество функций в клетке, но в основном участвуют в процессе синтеза (трансляции) белка и его регуляции.

Структура РНК

РНК

обычно одноцепочечная и состоит из рибонуклеотидов , связанных фосфодиэфирными связями. Рибонуклеотид в цепи РНК содержит рибозу (пентозный сахар), одно из четырех азотистых оснований (A, U, G и C) и фосфатную группу.Тонкие структурные различия между сахарами придают ДНК дополнительную стабильность, делая ДНК более подходящей для хранения генетической информации, тогда как относительная нестабильность РНК делает ее более подходящей для ее более краткосрочных функций. РНК-специфический пиримидин , урацил образует комплементарную пару оснований с аденином и используется вместо тимина, используемого в ДНК. Несмотря на то, что РНК является одноцепочечной, большинство типов молекул РНК демонстрируют обширное внутримолекулярное спаривание оснований между комплементарными последовательностями в цепи РНК, создавая предсказуемую трехмерную структуру, необходимую для их функции (Рисунок 1 и Рисунок 2).

Рис. 1. (a) Рибонуклеотиды содержат пентозную сахарную рибозу вместо дезоксирибозы, обнаруженной в дезоксирибонуклеотидах. (b) РНК содержит пиримидин-урацил вместо тимина, обнаруженного в ДНК.

Рис. 2. (а) ДНК обычно бывает двухцепочечной, а РНК — одноцепочечной. (b) Хотя это одноцепочечная РНК, она может складываться сама по себе, причем складки стабилизируются короткими участками комплементарного спаривания оснований внутри молекулы, образуя трехмерную структуру.

Подумай об этом

• Чем структура РНК отличается от структуры ДНК?

Функции РНК в синтезе белков

Клетки получают доступ к информации, хранящейся в ДНК, создавая РНК, чтобы направлять синтез белков через процесс трансляции . Белки внутри клетки выполняют множество функций, в том числе строят клеточные структуры и служат ферментными катализаторами клеточных химических реакций, которые придают клеткам их специфические характеристики.Три основных типа РНК, непосредственно участвующих в синтезе белка, — это матричная РНК (мРНК) , рибосомная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК) .

В 1961 году французские ученые Франсуа , Якоб и Жак Моно выдвинули гипотезу о существовании посредника между ДНК и ее белковыми продуктами, который они назвали информационной РНК. Вскоре после этого были собраны доказательства, подтверждающие их гипотезу, показывающие, что информация от ДНК передается на рибосому для синтеза белка с помощью мРНК.Если ДНК служит полной библиотекой клеточной информации, мРНК служит фотокопией конкретной информации, необходимой в определенный момент времени, которая служит инструкциями по созданию белка.

мРНК несет сообщение от ДНК, которая контролирует все клеточные активности в клетке. Если клетке требуется синтез определенного белка, ген этого продукта «включается», и мРНК синтезируется в процессе транскрипции (см. Транскрипция РНК).Затем мРНК взаимодействует с рибосомами и другими клеточными механизмами (рис. 3), чтобы направлять синтез белка, который она кодирует, в процессе трансляции (см. Синтез белков). мРНК относительно нестабильна и недолговечна в клетке, особенно в прокариотических клетках, поэтому белки производятся только тогда, когда это необходимо.

Рис. 3. Обобщенная иллюстрация того, как мРНК и тРНК используются в синтезе белка в клетке.

рРНК и тРНК являются стабильными типами РНК.У прокариот и эукариот тРНК и рРНК кодируются в ДНК, затем копируются в длинные молекулы РНК, которые разрезаются для высвобождения более мелких фрагментов, содержащих отдельные зрелые виды РНК. У эукариот синтез, разрезание и сборка рРНК в рибосомы происходит в области ядрышка ядра, но эти действия происходят в цитоплазме прокариот. Ни один из этих типов РНК не несет инструкций по управлению синтезом полипептида, но они играют другие важные роли в синтезе белка.

Рибосомы состоят из рРНК и белка. Как следует из названия, рРНК является основным компонентом рибосомы , составляя примерно до 60% рибосомы по массе и обеспечивая место, где связывается мРНК. РРНК обеспечивает правильное выравнивание мРНК, тРНК и рибосом; рРНК рибосомы также обладает ферментативной активностью ( пептидилтрансфераза ) и катализирует образование пептидных связей между двумя выровненными аминокислотами во время синтеза белка.Хотя долгое время считалось, что рРНК выполняет в первую очередь структурную роль, ее каталитическая роль в рибосоме была доказана в 2000 году. Ученые из лабораторий Томаса Стейтца (1940–) и Питера Мура (1939–) в Йельском университете были способен кристаллизовать структуру рибосомы из Haloarcula marismortui , галофильного архея, выделенного из Мертвого моря. Из-за важности этой работы Стейтц разделил Нобелевскую премию по химии 2009 года с другими учеными, которые внесли значительный вклад в понимание структуры рибосом.

Трансферная РНК является третьим основным типом РНК и одной из самых маленьких, обычно всего 70–90 нуклеотидов в длину. Он доставляет нужную аминокислоту к месту синтеза белка в рибосоме. Именно спаривание оснований между тРНК и мРНК позволяет вставить правильную аминокислоту в синтезируемую полипептидную цепь (рис. 4). Любые мутации в тРНК или рРНК могут привести к глобальным проблемам для клетки, потому что оба они необходимы для правильного синтеза белка (Таблица 1).

Рис. 4. Молекула тРНК представляет собой одноцепочечную молекулу, которая демонстрирует значительное спаривание внутриклеточных оснований, что придает ей характерную трехмерную форму.

Таблица 1. Структура и функция РНК
	мРНК	рРНК	тРНК
Структура	Короткая, нестабильная, одноцепочечная РНК , соответствующая гену, кодируемому в ДНК	Более длинные и стабильные молекулы РНК, составляющие 60% массы рибосомы	Короткая (70-90 нуклеотидов), стабильная РНК с обширным внутримолекулярным спариванием оснований; содержит сайт связывания аминокислот и сайт связывания мРНК
Функция	Служит посредником между ДНК и белком; используется рибосомой для прямого синтеза белка, который кодирует	Обеспечивает правильное выравнивание мРНК, тРНК и рибосомы во время синтеза белка; катализирует образование пептидной связи между аминокислотами	Переносит нужную аминокислоту к месту синтеза белка в рибосоме

Подумай об этом

• Каковы функции трех основных типов молекул РНК, участвующих в синтезе белка?

РНК как наследственная информация

Хотя РНК не служит наследственной информацией в большинстве клеток, РНК действительно выполняет эту функцию для многих вирусов, которые не содержат ДНК .Таким образом, очевидно, что РНК обладает дополнительной способностью служить генетической информацией. Хотя внутри клетки РНК обычно является одноцепочечной, вирусы весьма разнообразны. Риновирусы, вызывающие простуду; вирусы гриппа; и вирус Эбола — одноцепочечные РНК-вирусы. Ротавирусы, вызывающие тяжелый гастроэнтерит у детей и других лиц с ослабленным иммунитетом, являются примерами вирусов с двухцепочечной РНК и . Поскольку двухцепочечная РНК редко встречается в эукариотических клетках, ее присутствие служит индикатором вирусной инфекции.Последствия для вируса, имеющего геном РНК вместо генома ДНК, более подробно обсуждаются в разделе «Вирусы».

Основные понятия и краткое изложение

• Рибонуклеиновая кислота (РНК) обычно является одноцепочечной и содержит рибозу в качестве пентозного сахара и пиримидин-урацил вместо тимина. Нить РНК может подвергаться значительному спариванию внутримолекулярных оснований, чтобы принять трехмерную структуру.
• Существует три основных типа РНК, все участвующие в синтезе белка.
• Информационная РНК ( мРНК ) служит посредником между ДНК и синтезом белковых продуктов во время трансляции.
• Рибосомная РНК ( рРНК, ) — это тип стабильной РНК, которая является основным компонентом рибосом. Он обеспечивает правильное выравнивание мРНК и рибосом во время синтеза белка и катализирует образование пептидных связей между двумя выровненными аминокислотами во время синтеза белка.
• РНК переноса ( тРНК ) представляет собой небольшой тип стабильной РНК, которая переносит аминокислоту в соответствующий сайт синтеза белка в рибосоме.Именно спаривание оснований между тРНК и мРНК позволяет вставить правильную аминокислоту в синтезируемую полипептидную цепь.
• Хотя РНК не используется для долгосрочной генетической информации в клетках, многие вирусы действительно используют РНК в качестве своего генетического материала.

Множественный выбор

Какой из следующих типов РНК кодирует белок?

1. дцРНК
2. мРНК
3. рРНК
4. тРНК

Показать ответ

Ответ б.мРНК кодирует белок.

Нуклеиновая кислота очищается от смеси. Молекулы относительно малы, содержат урацил, и большинство из них ковалентно связано с аминокислотой. Что из следующего было очищено?

1. ДНК
2. мРНК
3. рРНК
4. тРНК

Показать ответ

Ответ d. тРНК очищали.

Какой из следующих типов РНК известен своей каталитической способностью?

1. дцРНК
2. мРНК
3. рРНК
4. тРНК

Показать ответ

Ответ c.рРНК известна своими каталитическими способностями.

Рибосомы состоят из рРНК и какого другого компонента?

1. белок
2. полипептиды
3. ДНК
4. мРНК

Показать ответ

Ответ а. Рибосомы состоят из рРНК и белка.

Что из следующего может использовать РНК в качестве генома?

1. бактерия
2. архей
3. вирус
4. эукариот

Показать ответ

Ответ c.Вирус может использовать РНК в качестве своего генома.

Соответствие

Сопоставьте правильную молекулу с ее описанием:

___tRNA	A. является основным компонентом рибосомы
___rRNA	Б. — это копия информации в гене
___ мРНК	C. переносит аминокислоту на рибосому

Показать ответ

1. (C) тРНК переносит аминокислоту на рибосому.
2. (A) рРНК является основным компонентом рибосомы.
МРНК
3. (B) — это копия информации в гене.

Верно / Неверно

Рибосомы состоят в основном из РНК.

Двухцепочечная РНК обычно находится внутри клеток.

Подумай об этом

1. В чем разница между нуклеотидами ДНК и нуклеотидами РНК?
2. Как информация, хранящаяся в базовой последовательности ДНК, используется для определения свойств клетки?
3. Как комплементарные пары оснований способствуют спариванию внутримолекулярных оснований в молекуле РНК?
4. Если антисмысловая РНК имеет последовательность 5ʹAUUCGAAUGC3ʹ, с какой последовательностью мРНК она будет связываться? Обязательно пометьте 5ʹ и 3ʹ концы нарисованной молекулы.
5. Почему двухцепочечная РНК (дцРНК) стимулирует РНК-интерференцию?
6. Почему имеет смысл, что молекулы тРНК и рРНК более стабильны, чем молекулы мРНК?
7. Определите расположение мРНК, рРНК и тРНК на рисунке.

---

Больше, чем просто посланник

Биология РНК — центральное направление исследований в Wistar, где ученые работают над углублением нашего понимания функций РНК и их значения для рака, инфекций и других типов заболеваний.

В то время как большинство людей знают о ДНК и ее функции как материала, несущего нашу генетическую информацию, меньшее количество людей знакомо с ее далекой родственницей РНК. Однако РНК была известна с конца 1800-х годов, и исследования ее функции были отмечены примерно 30 Нобелевскими премиями за эти годы.

Центральная догма биологии, сформулированная в 20-м веке после открытия ДНК, постулирует, что гены предоставляют клетке инструкции для построения белков или функциональных молекул, необходимых для выполнения различных функций в клетке, и что РНК служит промежуточным звеном. мессенджер для передачи потока генетической информации от ДНК к закодированным в ней белковым продуктам.Этот процесс включает два основных этапа: транскрипцию и перевод. На первом этапе последовательность ДНК гена «копируется» по аналогичной схеме, чтобы образовалась молекула РНК, называемая информационной РНК (мРНК). На втором этапе последовательность мРНК транслируется в комбинацию аминокислот для создания белкового продукта, и этот процесс требует переключения на другой «язык» (с нуклеиновой кислоты на аминокислоты), отсюда и название перевода.

Но разве это вся история?

Хотя это все еще верно, теперь мы знаем, что РНК — это гораздо больше, чем просто посланник, и ученые начали понимать сложность и универсальность функций различных популяций РНК.

Подавляющее большинство генома млекопитающих транскрибируется в РНК, но менее трех процентов его кодирует белки. Итак, какова функция всех тех других молекул РНК, которые не транслируются в белки?

Ученые обнаружили, что большинство транскриптов РНК играют регуляторные роли в экспрессии генов и архитектуре генома, контролируя, когда и как выражается генетическая информация, и добавляя совершенно новый уровень сложности в наше понимание жизни.

Термин некодирующая РНК (нкРНК) включает множество видов РНК, которые не действуют как посредники для производства белка, но выполняют не менее важные функции. Первыми, которые были открыты в конце 1950-х годов, были рибосомная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК), обе участвующие в процессе синтеза белка. Студенты-биологи изучали эти РНК в своих учебниках на протяжении десятилетий.

В 1980-х годах редактирование РНК было открыто как процесс, посредством которого клетки могут вносить дискретные изменения в последовательность нуклеотидов — «букв» в коде РНК, что в конечном итоге приводит к разнообразию белковых продуктов.

Наука Вистар сыграла ведущую роль в этом открытии, когда Казуко Нишикура, доктор философии, который в настоящее время работает профессором Программы экспрессии и регуляции генов, охарактеризовал семейство ферментов под названием ADAR (аденозиндезаминаза, действующая на РНК), которые отвечают за Редактирование РНК.

С 2000 года область биологии РНК переживает период возрождения благодаря открытию нескольких новых классов некодирующих РНК, и их функции имеют огромное значение для базовой биологии, а также медицины.Первыми были изучены небольшие некодирующие РНК. Эти небольшие молекулы РНК со странными названиями — миРНК, миРНК и пиРНК — представляют собой короткие регуляторные виды РНК, которые подавляют экспрессию генов, вызывая деградацию информационной РНК или препятствуя продукции белка. Малые РНК приобрели огромную популярность в качестве инструментов молекулярной биологии для изучения функции целевых белков в лаборатории. Кроме того, они были исследованы как новые классы терапевтических агентов для ряда заболеваний, включая рак и инфекции.

Длинные некодирующие РНК (днРНК) являются самым молодым дополнением к семейству некодирующих РНК. Их функция может влиять на несколько этапов, вовлеченных в экспрессию генов, приводя либо к ее подавлению, либо к ее стимулированию. С 1996 года, когда была открыта первая днРНК, были опубликованы тысячи научных статей о днРНК, и они быстро стали важной областью исследования их роли в физиологии клетки и болезнях. Значительная часть информации была добавлена ​​к загадке днРНК благодаря исследованиям, проведенным в Wistar в 2010 году, которые привели к идентификации более тысячи днРНК, экспрессируемых в нескольких тканях, и характеристике их роли в усилении экспрессии генов.

В соответствии с традициями новаторской работы в области биологии РНК, программа Wistar по экспрессии и регуляции генов уделяет основное внимание РНК-опосредованной регуляции генов, чтобы понять ее роль в развитии рака и как мишень для новых терапевтических подходов.

Что такое экспрессия гена? | Факты

Экспрессия гена — это процесс, с помощью которого инструкции в нашей ДНК преобразуются в функциональный продукт, такой как белок.

• Когда информация, хранящаяся в нашей ДНК, преобразуется в инструкции по созданию белков или других молекул, это называется экспрессией генов.
• Экспрессия генов — это строго регулируемый процесс, который позволяет клетке реагировать на изменяющуюся среду.
• Он действует как переключатель включения / выключения для управления производством белков, а также как регулятор объема, который увеличивает или уменьшает количество производимых белков.
• Есть два ключевых этапа создания белка: транскрипция и трансляция.

Транскрипция

• Транскрипция — это когда ДНК в гене копируется для получения транскрипта РНК, называемого информационной РНК (мРНК).
• Это осуществляется ферментом, называемым РНК-полимеразой, который использует доступные основания из ядра клетки для формирования мРНК.
• РНК — это химическое вещество, сходное по структуре и свойствам с ДНК, но оно имеет только одну цепь оснований, а вместо основания тимина (T) РНК имеет основание, называемое урацилом (U).

Иллюстрация, показывающая процесс транскрипции.
Изображение предоставлено: Genome Research Limited

Трансляция

• Трансляция происходит после того, как информационная РНК (мРНК) передала транскрибированное «сообщение» от ДНК к фабрикам по производству белка в клетке, называемым рибосомами.
• Сообщение, переносимое мРНК, считывается молекулой-носителем, называемой транспортной РНК (тРНК).
• МРНК считывается по трем буквам (кодону) за раз.
• Каждый кодон определяет определенную аминокислоту. Например, три основания «GGU» кодируют аминокислоту под названием глицин.
• Поскольку существует только 20 аминокислот, но 64 возможных комбинации кодонов, более одного кодона могут кодировать одну и ту же аминокислоту. Например, кодоны «GGU» и «GGC» кодируют глицин.
• Каждая аминокислота специфически прикреплена к своей собственной молекуле тРНК.
• Когда последовательность мРНК считывается, каждая молекула тРНК доставляет свою аминокислоту на рибосому и временно связывается с соответствующим кодоном на молекуле мРНК.
• Как только тРНК связывается, она высвобождает свою аминокислоту, и все соседние аминокислоты объединяются в длинную цепь, называемую полипептидом.
• Этот процесс продолжается до тех пор, пока не образуется белок.
• Белки выполняют большинство активных функций клетки.

Иллюстрация, показывающая процесс перевода.
Изображение предоставлено: Genome Research Limited

Эта страница последний раз обновлялась 21.07.2021

микробиология сети искусственной среды

Резюме / Ключевые моменты

• ДНК — это генетический материал всех клеточных организмов.
• РНК функционирует как носитель информации или «посланник».
РНК
• выполняет несколько ролей.
• Рибосомная РНК (рРНК) участвует в синтезе белка.

---

Введение

По своей сути, все организмы на планете имеют очень похожие механизмы, с помощью которых они обрабатывают свою генетическую информацию и используют ее для создания строительных блоков клетки. Организмы хранят информацию в виде ДНК, выделяют или переносят информацию в виде РНК и преобразуют информацию в белки, которые выполняют большинство функций клеток (например, некоторые белки также получают доступ к библиотеке ДНК и управляют ею).Эта «центральная догма» молекулярной биологии — чрезвычайно упрощенная модель, но полезная для отслеживания потока информации в биологических системах. Среди основных функций:

---

1. ДНК — это генетический материал всех клеточных организмов.

Цитозин, нуклеотид

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является материальной субстанцией наследования. Все клеточные организмы используют ДНК для кодирования и хранения своей генетической информации. ДНК — это химическое соединение, напоминающее длинную цепь, в которой звенья цепи состоят из отдельных химических единиц, называемых нуклеотидами.Сами нуклеотиды состоят из трех компонентов: сахара (дезоксирибоза), фосфата и азотистого основания (часто называемого просто основанием).

Основания бывают четырех химических форм, известных как аденин, цитозин, гуанин и тимин, которые часто просто сокращаются как A, C, G и T. Порядок или «последовательность» оснований кодирует информацию в ДНК.

Двойная спираль ДНК

Все живые организмы хранят ДНК в безопасной, стабильной дуплексной форме: знаменитая «двойная спираль», в которой две цепи (также известные как нити) ДНК обвивают друг друга.Две нити ДНК расположены так, что основания одной выстраиваются в линию с основаниями другой. Компоненты сахара и фосфата поднимаются снаружи, как изогнутые рельсы, а соответствующие основания образуют лестничные рельсы в центре. (Примечание — некоторые вирусы имеют свой генетический материал в виде одной нити ДНК).

Спаривание нуклеотидных оснований

Форма и заряд оснований заставляют A слабо связываться с T, а C — слабо связываться с G. когда в одной нити есть буква А, в другой есть буква «Т»; когда в одной нити есть буква С, в другой — буква G.Эти правила «спаривания оснований» являются ключом к пониманию того, как ДНК несет информацию и копируется в новую цепь ДНК (клетка должна скопировать свою ДНК, прежде чем она разделится на две клетки). Когда организмы копируют свои геномы, ферменты разделяют две нити двойной спирали, разделяя парные основания. Другие ферменты запускают новые цепи ДНК, используя правила спаривания оснований, чтобы создать новое зеркальное отображение каждой из исходных цепей. Ошибки в этом процессе могут привести к мутации (изменению геномной последовательности между поколениями).Многие организмы обладают механизмами проверки ошибок, которые просматривают вновь реплицированную ДНК на предмет ошибок и исправляют их, что значительно ограничивает количество мутаций, возникающих из-за ошибок репликации.

---

2. РНК «несет» информацию
ДНК хранит информацию, но обычно она не использует эту информацию активно. ДНК не делает вещей . Чтобы извлечь информацию и доставить ее к тому месту, где находится клеточный механизм, который может выполнять его инструкции (обычно это чертежи белка, как мы увидим ниже), код ДНК «транскрибируется» в соответствующую последовательность в молекуле-носителе. называется рибонуклеиновой кислотой или РНК.Части ДНК, которые транскрибируются в РНК, называются «генами».

ДНК транскрибируется в РНК

РНК очень похожа на ДНК. Он напоминает длинную цепочку, в которой звенья цепи состоят из отдельных нуклеотидов. Нуклеотиды в РНК, как и в ДНК, состоят из трех компонентов — сахара, фосфата и основания. Сахар в РНК — это рибоза, а не более стабильная дексойрибоза в ДНК, что помогает сделать РНК более гибкой и менее прочной.

Как и в ДНК, в РНК основания бывают четырех химических форм, и информация в РНК закодирована в последовательности, в которой эти основания расположены.Как и в ДНК, в РНК можно найти аденин (A), цитозин (C) и гуанин (G). Однако в РНК урацил (сокращенно U) занимает место тимина (T) (переключатель позволяет РНК иметь некоторые особые свойства, которые мы здесь не будем рассматривать, за счет того, что она станет менее стабильной, чем ДНК). Клетки создают сообщения РНК в процессе, аналогичном репликации ДНК. Нити ДНК разрываются в месте расположения транскрибируемого гена, и ферменты создают информационную РНК из последовательности оснований ДНК, используя правила спаривания оснований.

---

3. Молекулы РНК, образующиеся в клетке, используются по-разному.

Для наших целей здесь существует три ключевых типа РНК: информационная РНК, рибосомная РНК и транспортная РНК. Информационная РНК (мРНК) содержит инструкции по созданию белков. Как и ДНК, белки представляют собой полимеры: длинные цепи, собранные из сборных молекулярных единиц, которые, в случае белков, являются аминокислотами. Большая молекулярная машина *, называемая рибосомой, транслирует код мРНК и собирает белки.Рибосомы читают сообщение в мРНК в виде трехбуквенных «слов», называемых кодонами, которые переводятся в определенные аминокислоты, или инструкции о прекращении производства белка. Каждое возможное трехбуквенное расположение букв A, C, U, G (например, AAA, AAU, GGC и т. Д.) Представляет собой конкретную инструкцию, а соответствие этих инструкций аминокислотам известно как «генетический код». Хотя существуют исключения или вариации кода, стандартный генетический код сохраняется для большинства организмов.

Кодоны мРНК

Рибосомы обнаружены во всех клеточных организмах, и они невероятно похожи по своей структуре и функциям на протяжении всей жизни.Фактически, крайнее сходство рибосом во всех формах жизни — одна из линий доказательства того, что все живое на планете произошло от общего предка.

* Биологи часто называют белки, особенно большие комплексы белков, которые движутся, поворачиваются, рычажно или обычно используют энергию для выполнения работы, «машинами». Биологи не подразумевают, что такие молекулы созданы. «Машина» — полезная метафора для таких функций, и она проще и ярче, чем «комплекс больших молекул, который переводит химически накопленную энергию в движущиеся части».

---

4. Рибосомы производят белки с помощью рибосомальной РНК (рРНК).
Рибосома считывает инструкции, содержащиеся в молекулах информационной РНК в клетке, и строит белки из этих мРНК путем химического связывания аминокислот (это строительные блоки белков) в порядке, определенном мРНК. Молекулы информационной РНК длиннее, чем инструкции для кодируемых последовательностей белков, и включают инструкции для рибосомы «начать» и «остановить» построение белка.В любом конкретном организме могут быть от сотен, тысяч до десятков тысяч различных мРНК, которые приводят к различным белкам. Разнообразие форм и функций организмов в значительной степени определяется типами производимых белков, а также регулированием того, где и когда эти белки производятся.

Рибосома, преобразующая мРНК в белки, большая и сложная. Он состоит из более чем пятидесяти белков (точное количество зависит от вида) в двух основных субъединицах (известных как большая и малая субъединицы).Помимо белков, каждая субъединица включает особые молекулы РНК, известные как рибосомные РНК (рРНК) , поскольку они функционируют в рибосомах. Они не несут инструкции по созданию определенного белка (т.е.они не являются матричными РНК), а вместо этого являются неотъемлемой частью рибосомного механизма, который используется для создания белков из мРНК. Для получения дополнительной информации о рибосомальной РНК см. Здесь. Информацию о том, как мы используем последовательности рибосомной РНК в эволюционных исследованиях и отборе проб из окружающей среды, можно найти здесь.

Трансферная РНК (тРНК)

Рибосомы не читают инструкции, содержащиеся в мРНК, — им нужна помощь еще одного типа РНК в клетках. РНК переноса (тРНК) соединяют аминокислоты с их кодами РНК. Предполагается, что каждый кодон должен быть преобразован либо в конкретную аминокислоту в белке, либо в конкретную инструкцию для рибосомы (например, запуск, остановка, пауза и т. Д.). На одном конце транспортная РНК представляет собой трехосновный кодон. С другой стороны, он захватывает соответствующую аминокислоту. Трансферные РНК «читают» или «транслируют» информационную РНК посредством спаривания оснований, химического притяжения A для T и C для G, точно так же, как последовательность РНК «транскрибируется» из ДНК посредством спаривания оснований.Рибосома действует как гигантский зажим, удерживая всех игроков на месте и способствуя как спариванию оснований между матричной и транспортной РНК, так и химической связи между аминокислотами. Создание белков путем чтения инструкций в мРНК обычно известно как «трансляция».

мРНК транслируется в белок

---

Этот документ подготовлен microBEnet. Он был написан Джонатаном Эйзеном и отредактирован Дэвидом Койлом и Элизабет Лестер с отзывами Хэла Левина.

Авторские права на все рисунки включены в «Говорящий глоссарий генетических терминов» NHGRI.

Нравится:

Нравится Загрузка .