Властивість днк: самоподвоєння днк (реплікація).

Принцип комплементарності лежить в основі здатності молекули ДНК до самоподвоєння (реплікації).

Важливим є те, що молекули ДНК складаються з двох полінуклеотидних ланцюгів. При підготовці клітини до поділу водневі зв’язки, що утримують комплементарні ланцюги руйнуються і ці ланцюги відокремлюються. І кожен з них слугує матрицею(шаблоном) для синтезу комплементарного йому ланцюга, а власне: за принципом комплементарності до нуклеотидів кожного материнського ланцюга приєднуються вільні нуклеотиди. Отже, відповідні поодинокі нуклеотиди розміщуються у певному порядку вздовж матричного ланцюга ДНК. Цей процес і називається реплікацією( з лат. відбивати).

В результаті утворюються дві одинакові молекули, причому кожна молекула містить один материнський ланцюг, а один «реплікований на ньому»-дочірний ланцюг. При клітинному поділі одна з цих молекул потрапляє до однієї дочірньої клітини, а інша – до другої.

Реплікаційна «виделка»

3' А = Т 5' ↓ ↑ 3'А = Т5'

| | | |

Т = А Т = А

| | | |

Г = Ц Г = Ц

| | | |

А = Т А = Т

| | | |

Т = А Т = А

| | | |

Г = Ц Г = Ц

\ \ / /

Ц = Г Ц= Г

\ 3' 5' /

А = Т

\ /

А = Т

| |

Т = А

| |

Г = Ц

| |

5' А = Т 3'

Ланцюг материнської молекули ДНК

Т 5'--- Г3 ' і 3'А ---- Ц5 ' –Фрагменти ланцюгів ДНК, які синтезуються на материнських ланцюгах.

Висока точність реплікації досягається завдяки комплементарності азотистих основ.

Таким чином процес реплікації напівконсервативний, оскільки кожна з двох молекул ДНК одержує один ланцюг від материнської молекули, а другий синтезується на першому.

Синтез нових ланцюгів каталізуються ферментом ДНК – полімеразою ( ДНК залежна ДНК – полімераза). Цей фермент рухається від 3'-кінця до 5'- кінця кожного ланцюга. Швидкість реплікації у ссавців приблизно становить 50 нуклеотидів в секунду. Реплікацію ДНК в еукаріот прискорюється тим, що вона починається водночас в багатьох частинах молекули (на ділянках еухроматину). Новий ланцюг ДНК синтезується у вигляді коротеньких фрагментів із близько 100 – 200 нуклеотидних залишків (у прокаріот майже 100), які потім «зшиваються» ковалентними зв’язками під дією певного ферменту.

Для початку реплікації дволанцюгова материнська молекула ДНК повинна розплестись у певній точці. Ця зона завдяки своїй Y – подібній формі дістала назву реплікаційної «виделки», що переміщується під час реплікації вздовж молекули ДНК.

Функції ДНК.

Основні функції ДНК – збереження і передача спадкової інформації.

А власне розміщення нуклеотидів ДНК визначає послідовність включення амінокислот у поліпептидному ланцюгу. Збереження і передача спадкової інформації – забезпечується такими процесами:

• напівконсервативний само подвоєнням ДНК під час синтетичного періоду інтерфази (реплікація);

• використанням молекули ДНК як матриці для синтезу інформаційної та інших видів РНК (транскрипція).

У полінуклеотидних ланцюгах ДНК, які містяться у хромосомах еукаріотів і нуклеоїдах бактерій, виділяють функціональні ділянки – гени. Гени можна роз приділити на такі групи:

- структурні, що містять інформацію про первинну структуру білка;

- контролюючі – промотор, ген – оператор, ген – регулятор;

- гени, які несуть інформацію для синтезу рРНК;

- гени, які кодують синтез різних тРНК, кожна з яких здатна переносити лише певну амінокислоту.

Рибонуклеїнові кислоти.

Роль переносників спадкової інформації виконують молекули рибонуклеїнових кислот – РНК.

РНК складаються з одного поліпептидного ланцюга. Як і ДНК вони складаються із нуклеотидів з’єднаних між собою за допомогою фосфодиефірний зв’язків, особливих «містків», які за участю залишків фосфорної кислоти виникають між залишками пентоз двох сусідніх нуклеотидів.

До складу РНК входять такі види нуклеотидів: А – аденіловий, Г –гуаніловий, Ц – цитидиловий та У – уридиловий. Проте до складу цих нуклеотидів ( на відміну від нуклеотидів ДНК) входить цукор - рибоза.

Існують три типи РНК, які відрізняються за:

• місцем локалізації в клітині;

• нуклеотидних складом;

• розмірами;

• функціональними властивостями.

Це інформаційна або матрична РНК ( іРНК або мРНК), транспортна (тРНК) та рибосомальна (рРНК).

Інформаційна або матрична РНК ( іРНК або мРНК) становить собою копію певної ділянки ДНК (одного чи декількох генів) і переносить генетичну інформацію від ДНК до місця синтезу білка (до рибосом), а також бере безпосередню участь у його збиранні. Її частка становить близько 5% загальної кількості РНК в клітині. Молекула іРНК складається з 300- 30 000 нуклеотидів відповідно до довжини ділянки ДНК, яку вона копіює. АДНК відповідає УРНК , ТДНК ----АРНК, ГДНК --- ЦРНК, ЦДНК – ГРНК,

Наприклад: Г = Ц

| |

Т = А ділянка «гетерохоматину»

| |

Т = А

/ \

Г Ц

/ \

Т А А

/ | \

3' А У 3'мРНК Т5'

| | |

Т А А

| | |

Г Ц Ц ділянка «еурохоматину»

| | |

А У Т

| | |

Т А А

| | |

Г Ц Ц

\ \ /

Ц Г5' Г

\ /

А = Т

\ /

А = Т

| |

Т = А

| | ділянка «гетерохоматину»

Г = Ц

| |

5' А = Т 3' Ланцюг матричної молекули ДНК

Для іРНК відома первинна структура( тобто певна нуклеотидна послідовність), а також вторинна і третинна структура, які формуються за допомогою водневих зв’язків, гідрофобних та електростатичних взаємодій.

Молекула іРНК відносно нестабільна і швидко розпадається на нуклеотиди. Так, у мікроорганізмів термін її життя становить декілька хвилин, а в клітинах еукаріот декілька годин чи днів.

Встановлено, що послідовність розміщення нуклеотидів у іРНК та ДНК визначає послідовність включення амінокислот у поліпептидному ланцюгу. Ця відповідність лінійної будови однієї хімічної системи будові іншої системи дістала назву генетичний код.

3' А – Т – Г – Ц – А – Т – Г – Ц – А – Т – Г – Ц – А – Т – Ц – Ц5'

|| || ||| ||| || || ||| ||| || || ||| ||| || || ||| ||| фрагмент ДНК

5' Т – А – Ц – Г – Т – А – Ц – Г – Т – А – Ц – Г – Т – А – Г – Г3'

3' А – У – Г – Ц – А – У Г – Ц – А – У – Г – Ц – А – У – Ц – Ц5' фрагмент іРНК

Кодони і РНК

Антикодони т РНК

У – А – Ц Г – У – А Ц – Г – У А – Ц – Г У – А – Г

♣ ♣ ♣ ♣ ♣

(МЕТ) ------- ( ГІС) ------- ( АЛА) ------- ( ТРЕ) ------- ( ІЛЕ)

АМІНОКИСЛОТНА ПОСЛІДОВНІСТЬ ПОЛІПЕПТИДНОГО ЛАНЦЮГУ

Генетичний код має такі характеристики:

• триплетність – одну амінокислоту кодують три нуклеотиди, розміщенні поруч (триплет в іРНК називають кодоном);

• вродженість – кожну амінокислоту (крім метіоніну і триптофану) кодує більше ніж один триплет;

• колінеарність – послідовність триплетів нуклеотидів точно відповідає послідовності амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюгу;

• неперехресність - два розміщених поруч триплети ( 6 нуклеотидів) кодують лише дві амінокислоти;

• універсальність - код практично є єдиним для неклітинних і клітинних форм життя.

Триплет АУГ в іРНК є стартовим кодоном, а кодони УАГ, УАА, УГА – кодонами – термінаторами (означають кінець синтезу поліпептидного ланцюга). Всього є 64 триплети, кожен з яких кодує певну амінокислоту.

Більшість структурних генів еукаріот (ділянки ДНК) є внутрішньо неоднорідними. Вони мають екзонні (інформативні) та ін тронні (неінформативні) фрагменти. Тому у ядрі спочатку синтезується (транскрибується) про- іРНК (незріла), яка містить як екзонні так і інтронні ділянки. Пізніше, завдяки дії комплексу ферментів, неінформативні ділянки вирізаються і руйнуються, а інформативні сполучаються в новий полінуклеотидний ланцюг – зрілу іРНК. Ця екзонна іРНК надходить до рибосоми, де бере участь у

складанні поліпептиду (трансляція).

Дозрівання іРНК в ядрі називається процесингом.

Транспортна РНК (тРНК) містить 70-90 нуклеотидів і становить 10% загальної кількості РНК, знаходиться в цитоплазмі.

тРНК має постійну вторинну структуру у вигляді «листка конюшини» (в певних ділянках тРНК між комплементарними нуклеотидами, 4-7 послідовних ланок, виникають водневі зв’язки).

Біля верхівки «листка конюшини» міститься триплет нуклеотидів, який за генетичним кодом відповідає певній амінокислоті (так званий антикодон), а біля його основи є ділянка, до якої завдяки ковалентному зв’язку ця амінокислота приєднується.

Існує більше 60 видів тРНК, кожна з яких транспортує специфічну амінокислоту до рибосоми. Три нуклеотиди тРНК , які називають антикодоном за принципом комплементарності розпізнають кодон іРНК, це й же кодон іРНК визначає яку саме амінокислоту транспортуватиме дана тРНК. Завдяки цьому відбувається трансляція, тобто складання закодованої амінокислотної послідовності.

Третинна структура тРНК досить компактна і має L- подібну неправильну форму.

Рибосомна РНК

У клітині РНК синтезується на молекулі ДНК за участі ферментів РНК – полімераз. У клітинах еукаріот синтезується в ядерці (ця частина ядерця називається ядерцевим організатором).

Вона комплементарна ділянці однієї з ниток ДНК, на якій синтезована, тобто послідовність нуклеотидів ділянки молекули ДНК визначає порядок розташування нуклеотидів у молекулі РНК.

Знаходиться в цитоплазмі, у складі рибосоми і становить 85% загальної кількості РНК клітини і 60%маси рибосоми. Її молекули складаються з 3 000 – 5000 нуклеотидів.

Кожна рибосома складається з двох субодиниць – великої і малої і по формі нагадує гриб. В рибосомі є особлива ділянка – функціональний центр, де і відбувається трансляція. Його розміри відповідають довжині двох триплетів, тому в ньому водночас перебувають два сусідніх триплети

Взаємодіючи з рибосомними білками, вона забезпечує певне просторове розташування іРНК та тРНК на рибосомі, виконуючи структурну функцію.

Функції.

рРНК не бере участі у передачі спадкової інформації.

Біосинтез білків.

Процес синтезу білка складається з двох етапів:

1. Транскрипція – це синтез мРНК на ДНК. При цьому певна ділянка ДНК (ген) копіюється з утворенням мРНК.

2. Трансляція – переведення послідовності основ в молекулі мРНК в послідовність амінокислот в молекулі білка.

І етап біосинтезу білка - транскрипція.

Транскрипцією називають процес синтезу попередника мРНК(про -мРНК),тобто процес за допомогою якого послідовність основ в одній із ділянок ланцюга ДНК «переписується» в комплементарну послідовність основ мРНК. Цей процес називають реакцією матричного синтезу, бо ДНК служить матрицею для синтезу мРНК.Процес транскрипції відбувається в ядрі.

Подвійна спіраль ДНК розкручується в результаті розриву відносно слабких водневих зв’язків між основами двох одноланцюгових ДНК. Тільки один з цих ланцюгів може бути вибраний у якості матриці для утворення одноланцюгової мРНК. Ця молекула утворюється в результаті зв’язування вільних рибонуклеотидів під дією РНК- полімерази у відповідності з правилами парування основ ДНК і РНК. А власне,

АДНК відповідає УРНК , ТДНК ----АРНК, ГДНК --- ЦРНК, ЦДНК – ГРНК,

Наприклад: Г = Ц

| |

Т = А ділянка «гетерохоматину»

| |

Т = А

/ \

Г Ц

/ \

Т А А

/ | \

3' А У 3'мРНК Т5'

| | |

Т А А

| | |

Г Ц Ц ділянка «еурохоматину»

| | |

А У Т

| | |

Т А А

| | |

Г Ц Ц

\ \ /

Ц Г5' Г

\ /

А = Т

\ /

А = Т

| |

Т = А

| | ділянка «гетерохоматину»

Г = Ц

| |

5' А = Т 3' Ланцюг матричної молекули ДНК

Після цього про-і РНК в результаті процесингу перетворюється в зрілу м РНК, яка із ядра надходить до цитоплазми клітини.