Методичка по мол биологии (там не все)

УДК 54(075.8) ББК 24.1 Л12

Автор: В.И. Резяпкин

Рецензенты:

Рекомендовано Советом факультета биологии и экологии ГрГУ им. Я. Купалы

Л12

Основы молекулярной биологии / В.И. Резяпкин. – Гродно : ГрГУ, 2009. – с

ISBN

В книги рассмотрены фундаментальные вопросы организации генетического материала, а также особенности хранения, передачи и реализации генетической информации.

Пособие написано в соответствии с учебной программой по курсу «Молекулярная биология» для студентов специальностей 1- 310101-02 “Биология” и 1-330101 “Биоэкология”.

УДК 54(075.8) ББК 24.1

ISBN

ГрГУ им. Я.Купалы, 2009

2

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

3

ВВЕДЕНИЕ

Молекулярная биология в настоящее время является интенсивно развивающейся наукой. История ее развития получило начало с момента открытия Уотсоном и Криком двойной спирали ДНК. С тех пор в области этой науки сделано множество величайших открытий, позволяющих в настоящее время оперировать генетическим материалом.

Молекулярная биология, изучая фундаментальные вопросы организации генетического материала, хранения, передачи и реализации генетической информации, к настоящему моменту сформировала основополагающие представления о функционировании генетического аппарата живых организмов.

Молекулярная биология имеет весомые достижения не только в области теории, но и в практическом ее применении. К ним относятся разработка методов диагностики генетических и инфекционных заболеваний, идентификации личности, генетической инженерии прокариот, растений и животных.

Огромные надежды возлагаются на развитие и, в перспективе, на применение в лечебной практике генетической терапии. В настоящее время в этой области уже получены обнадеживающие результаты, позволяющие с надеждой смотреть в будущее.

Все вышесказанное свидетельствует об огромном значении молекулярной биологии для человечества и объясняет все возрастающий интерес к этой науке.

Пособие написано в соответствии с учебной программой по курсу «Молекулярная биология» для студентов специальностей

1-310101-02 – Биология, 1-330101 – Биоэкология.

4

Глава 1. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Существуют два вида нуклеиновых кислот (НК) – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты. НК бывают одноцепочечными и двухцепочечными, линейными и кольцевыми:

НК по своей природе являются полимерами, достигающих огромных размеров. Например, молекула ДНК E.coli имеет относительную массу 2,6 • 1010 и длину – 1,4 мм. Длина ДНК эукариот может составлять несколько см, а относительная масса – 1010 – 1011.

НК являются обязательными компонентами всех живых существ. Они всегда присутствуют в клетках эукариот и прокариот, входят также в состав вирусов. ДНК в клетках экариот сосредоточена главным образом в ядре клетки, кроме того, в меньших количествах эта НК содержится в митохондриях и хлоропластах. В клетках прокариот наряду с основной хромосомной ДНК существуют более мелкие молекулы ДНК – плазмиды. Многие вирусы в качестве генетической НК содержат в своем составе одноцепочечную (кольцевую или линейную) или двухцепочечную (кольцевую или линейную) ДНК. В состав других вирусов в качестве генетической НК входит одноцепочечная (кольцевая или линейная) или двухцепочечная линейная РНК.

РНК в клетках эукариот и прокариот играет важнейшую роль в синтезе белка. В связи с этим различают информационные, или мат-

5

ричные, РНК (иРНК или мРНК) – в них записана информация о первичной структуре белка; рибосомные РНК (рРНК) – входят в состав рибосом; транспортные РНК (тРНК) – обеспечивают расшифровку генетической информации и доставку аминокислот к месту синтеза белка.

Среди функций выполняемых НК выделяют три главные:

a)хранение генетической информации:

b)передача генетической информации;

c)реализация генетической информации.

НК также выполняют и другие функции: катализируют некоторые химические реакции, осуществляют структурные, регуляторные и др. функции.

Генетическая информация передается от родителей к потом-

кам, от материнской клетки дочерним. Дочерние клетки получают

генетическую информацию идентичную материнской. Это происхо-

дит вследствие того, что перед делением клетки осуществляется реп-

ликация ДНК, в результате этого образуются две идентичные моле-

кулы ДНК, которые и передаются дочерним клеткам.

Закодированная в ДНК генетическая информация в процессе ее

реализации переписывается на иРНК. Этот процесс носит название

транскрипция. иРНК используется в качестве матрицы для синтеза

закодированного в ней белка.

Существует поток информации и в направлении от РНК к ДНК,

этот процесс называется обратная транскрипция.

Описанные информационные взаимоотношения получили на-

звание основная догма молекулярной биологии и могут быть пред-

ставлены в виде схемы:

Обратная

транскрипция

6

СОСТАВ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

В состав НК входят остатки азотистого основания, пентозы и фосфорной кислоты.

Среди азотистых оснований выделяют пиримидиновые и пуриновые основания, которые называют также пиримидины и пурины.

Пиримидиновые основания являются производными пирими-

дина:

N

N

пуриновые основания – производными пурина:

N N

К пиримидинам относятся:

к пуринам:

В состав ДНК входят азотистые основания: тимин, цитозин, аденин и гуанин, в состав РНК – урацил, цитозин, аденин и гуанин.

7

В составе НК содержатся остатки пентоз: в ДНК остатки дезоксирибозы:

5'

HOCH2 O OH

РНК – рибозы:

5'

HOCH2 O OH

Азотистое основание, связываясь с пентозой, образует нуклеозид. Ниже представлены нуклеозиды, образованные рибозой и азо-

тистыми основаниями, входящие в состав РНК:

и нуклеозиды, образованные дезоксирибозой и различными азотистыми основаниями, входящие в состав ДНК:

Нуклеозид, связываясь с остатком фосфорной кислоты, образует нуклеотид:

8

Аналогично АМФ и дАМФ образуются названия и других нуклеотидов: гуанозинмонофосфат, дезоксигуанозинмонофосфат, цитидинмонофосфат, дезоксицитидинмонофосфат, уридинмонофосфат, дезокситимидинмонофосфат

К нуклеозидмонофосфатам и дезоксинуклеозидмонофосфатам могут присоединиться еще 1 или 2 остатка фосфорной кислоты, в результате образуются нуклеозиддифосфаты (НДФ) и дезоксинуклеозиддифосфаты (дНДФ), нуклеозидтрифосфаты (НТФ) и дезоксинуклеозидтрифосфаты (дНТФ):

9

НТФ и дНТФ служат субстратами для синтеза РНК и ДНК, соответственно.

ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают порядок чередования нуклеотидов в полинуклеотидной цепи (рис. 1.1). Нуклеотиды в молекулах ДНК и РНК связаны друг с другом посредством фосфодиэфирных мостиков между 3’- и 5’- углеродными атомами остатков пентоз.