11. Структура и биологическая роль нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты (НК) – высокомолекулярные линейные гетерополимеры, мономерами которых являются мононуклеотиды, соединенные между собой 3',5'-фосфодиэфирной связью.

Нуклеотид состоит из:

• азотистого основания (пуринового или пиримидинового),

• углеводного компонента (пентозы – рибозы или дезоксирибозы),

• остатка фосфорной кислоты (от 1 до 3).

В зависимости от типа пентозы НК подразделяются на ДНК или РНК. Название кислот «нуклеиновые»: от слова «nucleus» – ядро. НК находятся в цитозоле, ядре и митохондриях у эукариотов и в хлоропластах в растительных клетках.

Структура ДНК. ДНК состоит из последовательно соединенных нуклеотидов, две цепи которых образуют закрученную двухцепочечную молекулу.

Структура РНК. РНК, в основе своей, составляет последователь нуклеотидов (в отличии от ДНК в РНК вместо тимина урацил, а вместо дезоксирибозы обычная рибоза). РНК это однацепочечная молекула, но она может образовывать спирализованные петли – «шпильки», за счёт водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями.

Биологическая роль нуклеотидов:

• Мономер ДНК и РНК.

• Форма запасания энергии в клетке (например, АТФ, ГТФ).

• Источник фосфатной группы (например, при фосфорилиро-вании глюкозы).

• Коферментная функция (НАД, НАДФ, ФАД).

• Могут служить активаторами ферментов (это, в основном характерно для цАМФ и цГМФ).

Для активирования различных субстратов, в результате чего соединения с мононуклеотидом они приобретают макроэргическую связь и могут вступать в химические реакции:

а) для активирования глюкозы – необходим УТФ, получается УДФ-глюкоза;

б) для холина и других азотистых соединений, а также глицеролсодержащих соединений – ЦТФ, получается ЦДФ-холин и др.;

в) для аминокислот – АТФ, получается аминоацил-аденилат.

Некоторые ключевые функции нуклеиновых кислот:

1. Хранение генетической информации: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) содержит генетическую информацию, которая определяет все характеристики организма и передается от поколения к поколению.

2. Синтез белков: РНК (рибонуклеиновая кислота) играет важную роль в синтезе белков. Молекулы РНК переносят информацию от ДНК к рибосомам, где происходит сборка белков.

3. Регуляция генной активности: Некоторые типы РНК могут регулировать активность генов, влияя на то, какие белки и когда синтезируются в клетке.

4. Поддержание и стимулирование процессов активации и обновления клеток всех тканей и органов.

12. Биосинтез днк (репликация); условия, этапы, репарация.

Написано в 10

13. Биосинтез рнк (транскрипция); условия, этапы, обратная транскрипция.

Написано в 10

Обратная транскрипция – синтез ДНК на молекуле РНК – воспроизведение генетической информации онкогенных РНК-содержащих вирусов. Осуществляется с участием РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратной транскриптазы, ревертазы)

3 Этапа процесса:

1. На матрице вирусной РНК ревертаза синтезирует комплементарную цепь ДНК с образованием гибридной молекулы.

2. Вирусная РНК из комплекса гибридной молекулы разрушается по действием РНК-азы.

3. На матрице цепи ДНК комплиментарно синтезируется новая ДНК

14. Созревание и синтез транскрипта.

Синтез транскрипта

1. является ассиметричным и консервативным

2. синтез РНК протекает в направлении 5’ → 3’

3. Открытый участок ДНК, с которого начинается процесс – промотор. С определенной последовательностью нуклеотидов промотора (ТАТА) связывается фактор ТАТА. РНК-полимераза присоединяется к промотору и с участием факторов инициации раскручивает примерно один виток двойной спирали ДНК. К этому участку подходят АТФ и ГТФ, которые присоединяются к нуклеотиду матрицы ДНК водородными связями без отщепления пирофосфата.

4. Продвигаясь вдоль молекулы ДНК на один нуклеотид вперед в направлении 5’ → 3’, РНК-полимераза с участием факторов элонгации, облегчающих локальное расхождение нуклеотидных цепей, катализирует удлинение цепочных ДНК.

К открывающимся дезоксирибонуклеотидам РНК-полимераза присоединяет водородными связями комплементарные им НТФ, катализирует образование между НМФ фосфодиэфирную связь.

(НМФ)_n + НТФ_n → (НМФ)_n+1 + пирофосфат

(НМФ)_n – синтезируемая молекула РНК

НТФ_n - нуклеозидтрифосфат

(НМФ)_n+1 – молекула РНК удлиненная на 1 остаток

5. По мере продвижения РНК-полимеразы у ДНК впереди происходит расхождение. Скорость элонгациии 40-50 нуклеотидов в секунду.

6. Синтез продолжается до момента, когда фермент доходит до терминирующего кодона. Участок ДНК, ограниченный промотором и терминирующим кодоном, называется транскриптом.

Созревание транскрипта

Модификация матричной РНК (процессинг) – превращение пре-мРНК в функционально активные молекулы.

1. Удаление из первичного транскрипта лишних нуклеотидных последовательностей – интронов.

Ген содержит интроны и экзоны (несут генетическую информацию) интроны длиннее экзонов (900-2000 нуклеотидных пар)

Сплайсос – процесс вырезания интронов при участии мяРНК, соединенных с белком. Нуклеотидная последовательность мяРНК комплементарна последовательности нуклеотидов на концах каждого из интронов.

Между интронами и мяРНК образуются водородные связи, фрагмент первичного транскрипта не несущий генетическую информацию, вытесняется с образованием петли.

Сплайсинг – удаление интронов из мРНК (реакция расщепления 3’5’ фосфодиэфирных связей) и слияние экзонов.

мРНК становится в 4 раза короче первичного транскрипта.

2. модификация мРНК

на 3’ конце первичного транскрипта формируется полиадениловый сегмент (ААА), состоящий из 100-200 остатков АМФ, а на 5’ конце – «кэп»-7-метилгуанозин.

Наличие полиА последовательности на 3’ конце облегчает выход мРНК из ядра.

Кэпирование обеспечивает инициацию синтеза белка и необходимо для удлинения времени жизни мРНК.

В результате процессинга мРНК становится активной