Молекулярная организация нуклеиновые кислоты
1. Химический состав ДНК
Нуклеиновые кислоты состоят из мономерных единиц, называемых нуклеотидами. Из нуклеотидов строятся длинные молекулы — полинуклеотиды. Молекула нуклеотида состоит из трех частей — пятиуглеродного сахара, азотистого основания и фосфорной кислоты. Сахар, входящий в состав нуклеотида, содержит пять углеродных атомов, т. е. представляет собой пентозу. В зависимости от вида пентозы, присутствующей в нуклеотиде, различают два типа нуклеиновых кислот — рибонуклеиновые кислоты (РНК), которые содержат рибозу, и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие дезоксирибозу.
Первичная структура – последовательность нуклеотидов, образующая одну полипептидную цепочку, связанную фосфодиэфирными связями.
Вторичная структура – две полипептидные цепочки, связанных водородными связями по принципу комплементарности.
2. Правила Чаргаффа гласят, что в ДНК любого вида и любого организма количество гуанина должно быть равно количеству цитозина, а количество аденина должно быть равно количеству тимина. Кроме того, должно существовать стехиометрическое соотношение пуриновых и пиримидиновых оснований 1:1 (т.е. A + G=T + C). Этот паттерн обнаружен в обеих нитях ДНК.
Рентгеноструктурный анализ — метод изучения строения веществ на молекулярном и атомном уровне. Он предназначен для веществ, для структуры которых характерно многократное упорядоченное повторение определённого набора частиц. Молекулы ДНК формально являются подходящим объектом для рентгеноструктурного анализа, поскольку их атомы образуют повторяющийся паттерн.
Модель двойной спирали структуры ДНК была впервые опубликована в журнале Nature Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году на основе работ Розалинды Франклин и ее ученика Рэймонда Гослинга, которые получили важнейшее рентгеновское дифракционное изображение ДНК.
Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК удерживаются друг около друга благодаря возникновению водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов, располагающихся друг против друга, то есть аденин комплементарен тимину и между ними две водородные связи, а гуанин — цитозину (три водородные связи).
Комплементарностью называют способность нуклеотидов к избирательному соединению друг с другом. Антипараллельность цепей ДНК: противоположная направленность двух нитей двойной спирали ДНК; одна нить имеет направление от 5' к 3', другая - от 3' к 5'.
3. Репликация ДНК – удвоение цепочки ДНК. Существует три способа репликации ДНК: консервативная, полуконсервативная и дисперсная.
Консервативная репликация - это теоретическая модель репликации. В этой модели репликации родительские цепочки ДНК остаются вместе и работают как матрица для синтеза совершенно новой молекулы ДНК. Это гипотетическая модель, в которой образуются две дочерние молекулы ДНК. Из двух спиралей ДНК одна молекула ДНК содержит полностью старую или родительскую ДНК, а другая содержит полностью новую ДНК или дочернюю ДНК.
В результате полуконсервативной репликации образуются две копии исходной молекулы ДНК. Каждая копия сохраняет (реплицирует) информацию из одной половины исходной молекулы ДНК. Полуконсервативная репликация обеспечивает ДНК множество преимуществ: она быстрая, точная и позволяет легко восстанавливать ДНК.
При дисперсной репликации ДНК распадается на короткие фрагменты, используемые в качестве матриц для построения фрагментов двух новых молекул ДНК, которые затем каким-то образом соединяются между собой.
Этапы репликации:
Этап инициации: Начало репликации. Белки инициации DnaA связываются с точкой Ori и инициируют расплетание ДНК. Топоизомераза изменяет степень спирализации ДНК. Хеликаза разрушает водородные связи и образуются одиночные материнские цепочки, с которыми связываются ssb-белки.
Этап элонгации. Удлинение, образование дочерних цепочек. Сборка дочерних цепей начинается с 5’ до 3’ конца с помощью фермента ДНК-полимераза III. Т.к. сборка идет c 5’ до 3’, по скорости синтеза дочерние цепочки делятся на лидирующую и отстающую. Для синтеза отстающей цепочки с помощью праймазы синтезируются РНК-праймеры, на основе которых формируются фрагменты Оказаки. По мере образования отстающей цепи, с помощью ДНК-полимеразы I вырезаются РНК-праймеры и сшиваются лигазой, формируя единую дочернюю цепь.
Этап терминации. Остановка репликации. Формирование из одной материнской ДНК двух дочерних ДНК, идентичных друг другу.
Молекулы ДНК-полимеразы начинают двигаться вдоль материнских цепей, используя их в качестве матриц для построения из нуклеотидов новых дочерних цепей. При этом нуклеотиды включаются в растущие дочерние цепи ДНК по принципу комплементарности. В связи с этим репликацию ДНК относят к реакциям матричного синтеза.
3. Репликон – участок ДНК между двумя Ori. Механизм у эукариот полирепликонный. Точки Ori – небольшие участки ДНК с определённой специфической последовательностью нуклеотидов.
Ферменты, участвующие в репликации:
Белки инициации – DnaA. DnaB, DnaC, ssb-белки.
ДНК-топоизомераза – изменяет степень спирализации ДНК.
ДНК-хеликаза – разрушает водородные связи.
РНК-полимераза – синтез коротких фрагментов РНК (праймеров), с которого начинается матричный синтез дочерних цепочек.
ДНК-полимеразы – синтез дочерних цепей на матрице ДНК по принципу комплементарности.
ДНК-лигаза – сшивает фрагменты Оказаки.
4. Для исправления ошибок в ДНК в клетке существует специальная группа механизмов, называемых механизмами репарации .
5. Функции ДНК:
Хранение генетической информации.
Передача наследственной информации.
Реализация генетической информации.
6. Различия ДНК и РНК:
У ДНК сахар дизоксирибоза, а у РНК рибоза.
У ДНК 2’ – C-H, а у РНК 2’- C-OH
У ДНК – тимин, а у РНК – урацил.
ДНК двуцепочечная, а РНК одноцепочечная.
ДНК только 1 вид, а РНК 3 вида: тРНК, мРНК, рРНК.