20)Структурная организация олигонуклеотидов, полинуклеотидов. Характеристика первичной структуры днк.
Структур единицами нуклеиновых ки-т явл мономерные молекулы – мононуклеотиды.Нуклеиновые ки-ты представ собой полинуклеотиды. Это продукты полимеризации мононуклеотидов, число и последов-ть располож которых в цепях ДНК и РНК опред в строгом соответствии с программой, залож в молекуле матрицы.Мононуклеотиды состоят из 3-х спец компонентов: азотистого основания, углевода и фосфорной ки-ты. Соединения азотис основания и углевода(рибозы или дезоксирибозы), получившие наз нуклеозидов, легко образ из мононуклеотида при гидролитич отщеп фосфорной ки-ты в присутствии щелочи или при участии специфич ферментов – нуклеотидаз. Кажд нуклеотид содерж 3 хим различ компонента: гетероциклич азотистое основание, моносахарид (пентозу) и остаток фосфорной кислоты. В зависимости от числа имеющихся в молекуле остатков фосфорной ки-ты различ нуклеозидмонофосфаты(НМФ),нуклеозиддифосфаты(НДФ),нуклеозидтрифосфаты (НТФ).В состав нуклеиновых кис-т входят азотистые основания двух типов: пуриновые - аденин (А),гуанин (G) и пиримидиновые - цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U).Пентозы в нуклеотидах представлены либо рибозой (в составе РНК), либо дезоксирибозой (в составе ДНК). Пентозу соед с основанием N-гликозидная связь, образованная С1-атомом пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и N1 -атомом пиримидина или N9-aтомом пурина.Нуклеотиды, в котор пентоза представ рибозой, наз рибонуклеотидами, а нуклеиновые ки-ты - РНК. Нуклеиновые ки-ты, в мономеры котор вход дезоксирибоза, наз дезоксирибонуклеиновыми кис-ми, или ДНК.
Первич стру-ра ДНК - порядок черед дезоксирибонуклеозидмонофосфатов (дНМФ) в полинукпеотид цепи. Кажд фосфатная группа в полинукпеотидной цепи, за исключ фосфорного остатка на 5'-конце молекулы, участ в образ 2-х эфирных связей с участием 3'- и 5'-углеродных атомов 2-х соседних дезоксирибоз, поэтому связь между мономерами обозначают 3', 5'-фосфодиэфирной.Концевые нуклеотиды ДНК различ по структуре: на 5'-конце наход фосфатная группа, а на 3'-конце цепи - свободная ОН-группа. Эти концы называют 5'- и 3'-концами. Линейная послед-ть дезоксирибонуклеотидов в полимерной цепи ДНК сокращённо запис с помощью однобуквенного кода, например -A-G-C-T-T-A-C-A- от 5'- к 3'-концу.В каждом мономере нуклеиновой ки-ты присут остаток фосфорной ки-ты.Остатки пентоз тоже прояв гидрофиль свойства. Азотистые основан почти нерастворимы в воде, но некотор атомы пуринового и пиримидинового циклов способны образ водород связи.
21.Вторичная стр-ра днк, формы двойной спирали.Сввязи, стабилиз-щие стр-ру днк. Принцип комплементарности. Третичная стр-ра днк
В соотв-ии с моделью Дж. Уотсона и Ф. Крика мол-ла ДНК сос-ит из 2-х цепей, обр-уя правовращ-щую спираль, в кот-ую обе полинуклеотидные цепи закруч-ны вокруг одной и той же оси. Удерж-ся цепи благ-ря водор-ым связям, образ-имся между их азотистыми основ-ями . Обе цепи полинуклеотидов в биспирал-ой мол-ле ДНК имеют строго опред-ое пространс-ое распол-ие, при кот-ом азотистые основ-ия нах-ся внутри, а фосфорильные и углеводные комп-ты – снаружи. В биспиральной мол-ле ДНК основ-ия уложены парами: пурин из одной цепи и пиримидин из другой в соотв-ии с правилами Чаргаффа. Т.к.ориентация основ-ий на плоскости не явл-ся произв-ой, и основания в полинуклеотидах предст-ны в лактамной форме, наиболее вероят-ми были признаны пары аденин–тимин и гуанин–цитозин. Избират-сть взаим-вия пар А–Т и Г–Ц прин-то выр-ть термином «комплементарность», а соответ-щие азот-тые основания наз-ют комплемент-ми. Стабил-сть А–Т основ-ий обесп-ся 2-мя водор-ми связями, а пар Г–Ц – тремя. Длина водор-ых связей между основ-ми сост-ет около 0,3 нм. Обе цепи в мол-ле ДНК имеют противопо-ую полярность. Это озн-ет, что межнуклеотидная связь в одной цепи имеет направление 5'–>3', а в другой – 3'–>5'. Подобная направл-сть цепей имеет важное биол-ое значение при репликации и транскрипции молекулы ДН. Расст-ие между витками (шаг спирали) равно 3,4 нм. На этом участке уклад-ся 10 нуклеот-ых остатков, размер одного нуклеотида сост-ет 0,34 нм; d биспиральной мол-лы равен 1,8 нм. Важно знать, что конфигурация двойной спирали ДНК сильно мен-ся в зав-сти от колич-го сод-ия воды и ионной силы окруж-щей среды. Методами рентгеноструктурного анализа док-но суще-ие по крайней мере 6 форм ДНК, названных А-, В-, С-, D-, Е- и Z-формами. А- и В-формы пред-ют собой правозакруч-ую двойную спираль, а Z-форма (зигзагообразная) ДНК имеет левозакруч-ую конф-цию, в кот-ой фосфодиэфирный остов расп-ся зигзагообразно вдоль оси мол-лы. В стр-ре А- и В-форм ДНК имеются большая и малая бороздки (желобки) – сайты, где прис-ся белки, вып-щие, регулят-ые ф-ции при экспрессии генов. Предп-ют, что в А-форме ДНК вып-ет роль матрицы в пр-ссе транскрипции (синтез РНК на молекуле ДНК), а в В-форме – роль матрицы в пр-се репликации (синтез
ДНК на молекуле ДНК). В структуре ДНК открыты нуклеотидные послед-сти, получ-шие название «палиндромы», или перевернутые повторы. Они встр-ся как внутри одной цепи, так и в двойной спирали.. Подобные обратные повторы могут служить основой для обр-ия стр-ры шпилек или др-их вариаций. Эти палиндромные стр-ры имеют опр-ый биол-ий смысл в регуляции экспрессии отдел-х генов, выполняя роль сайтов для ДНК-связ-щих белков.
Третичная стр-ра:
Каждая мол-ла ДНК упакована в отд-ую хром-му. В дипл-ых кл-ках чел-ка сод-ся 46 хром-ом. Общая длина ДНК всех хром-ом кл-ки сост-ет 1,74 м, но она упако-на в ядре, d кот-го в миллионы раз меньше. Чтобы распол-ть ДНК в ядре кл-ки, должна быть сформир-на очень компактная стр-ра. Компактизация и суперспирал-ция ДНК осущ-ся с помощью разнообр-ых белков, взаимод-щих с опред-ми послед-стями в стр-ре ДНК. Все связ-щиеся с ДНК эукариотов белки можно разд-ть на 2 группы: гистоновые и негист-ые белки. Комплекс белков с ядерной ДНК клеток наз-ют хроматином.Гистоны - белки с мол-ной массой 11-21 кД, сод-щие много остатков аргинина и лизина. Благодаря «+» заряду гистоны обр-ют ионные связи с «-»заряж-ми фосфатными группами, распол-ми на внешней стороне двойной спирали ДНК.Сущ-ет 5 типов гистонов. Четыре гистона Н2А, Н2В, НЗ и Н4 обр-ют октамерный белк-ый комплекс (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)2, кот-ый наз-ют "нуклеосомный кор". Мол-ла ДНК накруч-ся" на пов-сть гист-го октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нукл-дов). Такой комплекс гисто-вых белков с ДНК служит основной стр-ой единицей хроматина, её наз-ют "нуклеосома". ДНК, связ-щую нуклеосомные частицы, наз-ют линкерной ДНК. В среднем линкерная ДНК сост-ет 60 пар нуклеот-ых остатков. В ядре каждой кл-ки прису-ет около 60 млн мол-л каждого типа гистонов, а общая масса гистонов прим-но = сод-ию ДНК.
Негистоновые белки хроматина:
К этой группе относят сем-во сайт-специфи-их белков типа "цинковые пальцы" .Каждый "цинковый палец" узнаёт опред-ый сайт, сост-щий из 5 нукл-ых пар. Другое семейство сайт-специфических белков - гомодимеры. Фрагмент такого белка, контактир-щий с ДНК, имеет стр-ру "спираль-поворот-спираль" К группе стр-ых и регулят-ых белков, кот-ые постоянно ассоциир-ны с хроматином, отн-ят белки высокой подвиж-сти (HMG-белки ). Они имеют мол-ую массу менее 30 кД и хар-ся высоким сод-ем заряже-ых аминок-т. К негист-ым белкам прин-ат также ферменты репликации, транскрипции и репарации.
22.Стр-ра, св-ва и ф-ции матричных, рибосом-ых и транспор-ых РНК.(по Березову и Северину)
Выд-ют 3 главных вида РНК: матричную (информ-ую) – мРНК, кот-ая сост-ет 2–3% от всей клет-ой РНК; рибосомную – рРНК, сост-щую 80–85% и трансп-ую – тРНК, кот-ой около 16%. Эти 3 вида различ-ся по первичной стр-ре, молекул-ой массе, конформации, продолжит-сти жизни и самое главное- по функ-ой активности.
Матричная РНК (мРНК) синтез-ся в ядре на матрице ДНК, затем поступ-ет в рибосому, вып-няя матрич-ую ф-цию при синтезе белка. По предпол-ию акад. А.С. Спирина, часто мРНК при поступл-ии из ядра в цитопл-му обр-ет со специф-ми РНК-связ-щими белками комплексы – так наз-ые информосомы, спос-ые к обратимой дисс-ации. Информосомы рассма-ся как трансп-ая форма мРНК, спос-щая образ-ию полирибосом в цитоплазме. Перв-ая стр-ра всех мРНК имеет одинаковое стр-ие 5'- и З'-концов. Так, на 5'- конце присут-ет модифицированный нуклеотид 7-метилгуанозин-5'-трифосфат (кэп). Неск-ко десятков нуклеот-ов отдел-ют кэп от инициир-щего кодона, обычно это триплет -AUG-. За код-щим участком следует один из термин-щих кодонов -UGA-, -UUA-, -UAG-. На 3'-конце бол-ва мРНК присутс-ет послед-сть нуклеотидов из 100-200 аденозинмонофосфатных остатков.
Транспортные РНК (тРНК) имеют небол-ую молек-ую массу и содержатся в раствор-ой фракции цитоплазмы, вып-няя ф-цию переноса аминок-т к месту белкового синтеза – рибосоме. Простран-ую стр-ру любых тРНК опис-ют универс-ой моделью "клеверного листа" В каждой мол-ле тРНК есть участки цепи, не учас-щие в образ-ии водор-ых связей между нуклеот-ми остатками. К ним относят участок, ответст-ый за связ-ие с аминок-той на 3'-конце мол-лы и антикодон – специф-ий триплет нуклеотидов, взаимод-щий комплем-но с кодоном мРНК.
В состав нуклеотидов тРНК входят минорные основ-ия (прим-но 10-12 основ-ий на мол-лу). Они предст-ны метилированными основ-ями, изомерами и аналогами пиримидинов Минорные осн-ия вып-ют 2 ф-ции: они делают тРНК устойч-ми к действию нуклеаз цит-мы и поддер-ют опред-ую третичную стр-ру мол-лы, т. К не могут участв-ть в обр-нии комплем-ых пар, и препят-ют спирал-ции опред-ых участков в полинуклеот-ой послед-сти тРНК.
Рибосомные РНК (рРНК имеют разную и знач-но большую молек-ую массу. ). рРНК обр-ют комплексы с белками, кот-е наз-ют рибосомами. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц - малой (40S) и большой (60S).. Субчастица 60S сод-ит 3 разных рРНК (5S, 5,8S и 28S рРНК), а субчастица 40S – 1 мол-лу 18S рPHK. Рибосомальные РНК имеют многочисленные спирализованные участки. Различают рРНК - 5S, 5,8S, 28S и 18S (S - коэффициент седиментации). рРНК сод-ат неск-ко модифиц-ых нуклеотидов, чаще всего это метилир-ые произв-ые азотистых основ-ий или рибозы (2'-метилрибоза). рРНК обр-ют комплексы с белками, кот-е наз-ют рибосомами. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц - малой (40S) и большой (60S).