Дезоксирибонуклеиновая кислота

Химический состав: азотистые основания (А, Г, Т, Ц), углевод - дезоксирибоза. Биологическая роль: хранение и реализация генетической информации. В отличие от РНК в ДНК две ПНЦ. Молекулярная масса: 10⁹. ПНЦ объединяются по принципу комплементарности. Эти принципы впервые были сформулированы в 1939 году как «правила Чаргафа»:

1. Количество остатков аденина = количеству остатков тимина (А=Т). Количество Г=Ц

2. Сумма пуриновых оснований (А+Г) равна сумме пиримидиновых (Т+Ц)

3. Количество оснований с аминогруппой равно количеству оснований с кетогруппой в комплементарных позициях. Г+Т = А+Ц

4. Для всех видов ДНК существует коэффициент видовой специфичности – отношение Г+Ц/А+Г<1

На основании этих правил Уотсон и Крик создали модель структуры ДНК, согласно которой в молекуле ДНК две ПНЦ располагаются антипараллельно и соединяются водородными связями между комплементарными азотистыми основаниями А=Т (2 Н-связи), Г=Ц (3 Н-связи).

Вторичная структура это правозакрученная двойная спираль, в одном витке которой содержится 10 пар нуклеотидов, а шаг спирали 3,4 нм. Кроме такой формы в фагах присутствует Z (зигзагообразная) и кольцевая формы ДНК.

Для ДНК характерна более компактная укладка в виде суперспирали. ДНК формирует надмолекулярную структуру, объединяясь с ядерными белками, формируя полинуклеосомы.

Свойства ДНК: Вязкие растворы с двойным лучепреломлением, поглощают УФ в интервале 260-280 нм. Возможна денатурация ДНК под действием концентрированных растворов кислот, мочевины, физических факторов. При денатурации происходит разрыв водородных связей и расхождение цепей ДНК. Денатурация может носить обратимый характер и переходить в ренаативацию – восстановление водородных связей и структуры ДНК после удаления денатурирующего фактора. При ренативации возможно явление гибридизации – объединение комплементарных молекул ДНК из разных организмов, если они комплементарны на продолжительных участках молекулы. Возможна гибридизация нитей ДНК+РНК.

Биосинтез днк - репликация

Возможны 2 пути биосинтеза ДНК в организме: репликация, репарация

Репликация: самовоспроизведение молекулы ДНК с целью передачи генетической информации. В репликации ДНК участвует сложный репликационный комплекс, который включает в себя:

1. нуклеотиды в виде трифосфатов (АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ). Они являются одновременно и структурным материалом и источником энергии.

2. ДНК-матрица – программа, по которой ДНК будет синтезироваться

3. Праймер (затравка-маленькая РНК, к которой присоединяются нуклеотиды ДНК)

4. Ферменты:

• ДНК-полимеразы - соединяют нуклеотиды в полинуклеотидную цепь.

• ДНК-рестриктазы – разрывают полинуклеатидную цепь ДНК.

• ДНК-лигазы – соединяют фрагменты ДНК

• Хеликазы – ферменты, раскручивающие молекулы ДНК

• Топоизомеразы –осуществляют кратковременные разрывы ДНК в процессе синтеза и контролируют конформацию вновь синтезированной ДНК.

• Праймазы – осуществляют синтез затравки

5. Белковые факторы

6. Ионы металлов

Репликация ДНК происходит в S-фазу клеточного цикла. Важную роль в чередовании циклов выполняют белки - циклины.

Сущность репликации сводится к соединению нуклеотидов в комплементарную анти-параллельную дочернюю цепь ДНК. В репликации выделяют 3 стадии:

• Инициация – начало синтеза

• Элонгация – удлинение цепи

• Терминация – окончание синтеза

Матрицей для синтеза ДНК являются обе ПНЦ материнской ДНК. Репликация начинается в нескольких участках материнской ДНК (точки репликации, точки Ориджины). В этих точках происходит частичный разрыв водородных связей с формированием репликационных утолщений (узелков). В последующем, при участии ферментов ДНК-рестриктаз происходит разрезание молекулы ДНК, Под действием ферментов хеликаз происходит расплетание (раскручивание) двух ПНЦ и при участии топоизомераз формируется репликационная вилка, в которой одна цепь имеет направление 5-3, А вторая 3-5. Затем на каждой из ПНЦ синтезируются дочерние нити ДНК по принципу комплементарности. Поскольку ДНК полимераза замыкает связь только в направлении 5’-3’, то на одной цепи ДНК идет синтез непрерывной (лидирующей) нити ДНК в направлении 5→3. При синтезе лидирующей цепи праймазы синтезируют праймер, а затем ДНК- полимераза присоединяет к праймеру первый ДНК-овый нуклеотид и затем по принципу комплкментрности происходит удлинение ПНЦ.

Н

а второй материнской нити ДНК синхронно синтезируется отстающая нить ДНК, которая синтезируется в виде небольших фрагментов в направлении 5-3. В последующем эти фрагменты (фрагменты Оказаки) соединяются между собой ДНК-лигазами. Праймеры при этом расщепляются.

Таким образом, биосинтез ДНК проходит по полуконсервативному типу, при котором в новой ДНК одна цепь материнская, а другая - дочерняя.

Репарация происходит при появлении в молекуле ДНК, повреждений, искажений. Вначале распознается место повреждения, Затем ферменты рестриктазы вырезают дефектный участок, ДНК-полимеразы синтезируют отсутствующий участок, по принципу комплементарности, а ДНК-лигазы прикрепляют его к сохранившимся участкам неповреждённой ДНК.

Биосинтез РНК - транскрипция

Транскрипция – синтез молекулы РНК по матрице ДНК. Биологическая роль: перенос генетической информации с ДНК на РНК. Для транскрипции необходимы:

• Матрица (программа) – кодирующая нить ДНК

• Субстраты – АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ

• Ферменты – РНК-полимеразы

• Белковые факторы

• Ионы магния, марганца

Выделяют 3 стадии транскрипции:

• Инициация

• Элонгация

• Терминация

На молекуле ДНК есть особый участок промотор, с которым связывается РНК-полимераза. Промотор иногда называют ТАТА участком (преобладает тимин, аденин, между которыми 2 Н-связи). Рядом с промотором имеются сигнальные участки, определяющие скорость транскрипции. Далее располагаются кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) участки гена. Участок сайт - терминации свидетельствует об окончании синтеза.

РНК-полимераза - это олигомерный фермент, состоящий из нескольких субъединиц.

Инициация заключается в воздействии иницирующих белков на промотор и расхождении нитей ДНК, раскручивании их и формировании транскрипционной вилки. РНК-полимераза связывается с промоторным участком и по принципу комплементарности соединяет нуклеотиды цепи РНК в направлении от 5 конца к 3. РНК-полимераза не требует затравки. При достижении участка терминации этот участок ДНК связывается с белками терминации, что сопровождается отсоединением РНК-полимеразы от ДНК и диссоциацией ее на субъединицы. Это приводит к окончанию транскрипции. Синтезированная РНК переписывает с кодирующей нити ДНК как кодирующие участки, так и некодирующие участки гена и поэтому является про-РНК (незрелой РНК).

Про-РНК в последующем подвергается созреванию процессингу. Существует несколько механизмов процессинга:

• Сплайсинг – вырезание копий интронов и соединение копий экзонов, а в последующем петля отрезается, а экзоны сшиваются.

• Присоединение к про-РНК добавочных нуклеотидов.

• Модификация азотистых оснований в про-РНК