Четвертичная структура

Четвертичная структура (или субъединичная, доменная) — взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса. В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки. В стабилизации четвертичной структуры принимают участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации третичной. Надмолекулярные белковые комплексы могут состоять из десятков молекул.

11. Строение и функции нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты – фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Открыты они в 1869 г. швейцарским химиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов. В природе существуют два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК).ДНК локализуется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99 % всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК, кроме ядра, входит в состав рибосом, цитоплазмы, пластид и митохондрий.Нуклеиновые кислоты – сложные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. В состав каждого нуклеотида входит пятиуглеродный сахар (рибоза или дезоксирибоза), азотистое основание и остаток фосфорной кислоты.Существует пять основных азотистых оснований: аденин, гуанин, урацил, тимин и цитозин. Первые два являются пуриновыми – их молекулы состоят из двух соединенных между собой колец. Следующие три являются пиримидинами и имеют одно шестичленное кольцо.

Количество нуклеотидов в молекуле нуклеиновых кислот бывает разным – от 80 в молекулах транспортных РНК до нескольких десятков миллионов у ДНК.

ДНК

Молекула ДНК – это двухцепочечная спираль, закрученная вокруг собственной оси.

В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и З’-спиртовой группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З’-углеродом одного пентозного цикла и 5’-углеродом следующего. Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа». Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплементарностъю, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены, т. е., если одна цепь имеет направление от З’-конца к 5’-концу, то в другой цепи З’-концу соответствует 5’-конец и наоборот. Это свойство биспирали ДНК называется антипараллельностью. Молекулы ДНК эукариотических организмов линейны. У прокариот ДНК, напротив, замкнута в кольцо и не имеет ни 3’-, ни 5’-концов. Подобно белкам при изменении условий ДНК может подвергаться денатурации, которая называется плавлением. При постепенном возврате к нормальным условиям ДНК ренатурирует. Благодаря своему строению ДНК способна к репликации (полное копирование).

Функции ДНК -  хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация о всех белках данного организма, о том, какие белки и в какой последовательности будут синтезироваться.

РНК

Строение молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Однако имеется и ряд существенных отличий. В молекуле РНК вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов входит рибоза. Вместо тимидилового нуклеотида (Т) входит уридиловый (У). Главное отличие от ДНК состоит в том, что молекула РНК представляет собой одну цепь. Однако ее нуклеотиды способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах тРНК, рРНК), но в этом случае речь идет о внутрицепочечном соединении комплементарных нуклеотидов. Цепочки РНК значительно короче ДНК.

РНК принимают участие в синтезе белка клетки, например,транспортные РНК служат для узнавания кодонов и доставки соответствующих аминокислот к месту синтеза белка, а рибосомные РНК служат структурной и каталитической основой рибосом.

12. Репликация ДНК.

Репликация ДНК — процесс синтеза дочерней молекулы ДНК на матрице родительской молекулы. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Это является молекулярной основой с-ва живых организмов – наследственной изменчивости.

Ферменты (геликаза, топоизомераза) и ДНК-связывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК. Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований и активностью ДНК-полимеразы, способной распознать и исправить ошибку. Репликация у эукариот осуществляется несколькими разными ДНК-полимеразами. Далее происходит закручивание синтезированных молекул по принципу суперспирализации и дальнейшей компактизации ДНК. Синтез энергозатратный.

Цепи молекулы ДНК расходятся, образуют репликационную вилку, и каждая из них становится матрицей, на которой синтезируется новая комплементарная цепь. В результате образуются две новые двуспиральные молекулы ДНК, идентичные родительской молекуле.

Характеристики процесса репликации

·                    матричный — последовательность синтезируемой цепи ДНК однозначно определяется последовательностью материнской цепи в соответствии с принципом комплементарности;

·                    полуконсервативный — одна цепь молекулы ДНК, образовавшейся в результате репликации, является вновь синтезированной, а вторая — материнской;

·                    идёт в направлении от 5’-конца новой молекулы к 3’-концу;

·                    полунепрерывный — одна из цепей ДНК синтезируется непрерывно, а вторая — в виде набора отдельных коротких фрагментов (фрагментов Оказаки);

·                    начинается с определённых участков ДНК, которые называются сайтами инициации репликации.

В процессе репликации могут происходить ошибки. Принцип «слепого повара» - ДНК-полимераза выхватывает из окружающей среды нуклеотиды, если они подходят, то она подставляет их в цепь. Иногда ДНК-полимераза подставляет не тот нуклеотид. Частота: 1 ошибка на 105 нуклеотидов.  Существует целая система противодействию этих ошибок. Если случилась ошибка, то водородные связи образовываться не могут – пространственная ошибка, и ДНК-полимераза не может двигаться по цепи. Тогда ДНК-полимераза образует 3’–5’ – экзонуклеарную активность, т. е. способна отщеплять 3’ – концевой нуклеоид – корректорская активность.

Иногда ДНК-полимераза не распознает ошибки и идет дальше. Остается одна ошибка на 107 нуклеотидов. Существует система противодействия и этим ошибкам. Специальные белки маркируют место ошибки. Потом белок эндонуклеаза делает одноцепочесчный разрез и выбрасывает неверный участок (экзонуклеаза отщепляет концы, эндонуклеаза способна расщеплять ДНК по середине). Неисправный участок выбрасывается, потом достраивается исправные. Живые системы обладают специальными комплексами, которые могут отличить старые и новые цепочки ДНК (для выявления ошибок) – метилирование ДНК (присоединение метильных групп СН3, не влияют на ф-ции). Но и эта система может пропустить ошибки: одна ошибка на 1010 нуклеотидов.

Для нормальной репликации: геликаза, топоизомераза (разрыв и сшивание), праймаза (синтез ДНК-праймера), ДНК-полимераза (репликация от праймеразы), экзонуклеазы (разрушение ненужных праймеров), ДНК-лигазы (сшивание), корректорская ф-ция ДНК-полимеразы (исправление ошибок), молекулярные комплексы (метилирование ДНК).

Мутация – это следствие ошибки ДНК-полимеразы. Мутации неизбежны, значит, с течением времени мутация поведет за собой эволюцию. Мутация идет не в один прием.