13. Особенности строения днк. Свойства днк.
Структура ДНК. Модель структуры ДНК в виде двойной спирали была предложена Уотсоном и Криком в 1953 г (рис.7).
Согласно этой трехмерной модели, молекула ДНК состоит из двух противоположно направленных полинуклеотидных цепей, которые относительно одной и той же оси образуют правую спираль. Азотистые основания находятся внутри двойной спирали, и их плоскости перпендикулярны основной оси, а сахарофосфатные остатки экспонированы наружу. Между основаниями образуются специфические Н-связи: аденин — тимин (или урацил), гуанин — цитозин, получившие название уотсон-криковского спаривания. В результате более объемные пурины всегда взаимодействуют с пиримидинами, имеющими меньшие размеры, что обеспечивает оптимальную геометрию остова. Антипараллельные цепи двойной спирали не являются идентичными ни по последовательности оснований, ни по нуклеотидному составу, но они комплементарны друг другу именно благодаря наличию специфического водородного связывания между указанными выше основаниями.
Структуры ДНК:
1. Первичная – одиночная, вправозакрученная полинуклеотидная цепь (сахарно-фосфатный остов).
2. Вторичная – двойная вправозакрученная полинуклеотидная спираль (ширина – 2 нм, шаг – 3,4 нм)
3. Третичная – комплекс ДНК с белками-гистонами, -негистонами. Характерная суперспирализация при компактизации. А-, B-, Z-формы.
Свойства ДНК:
1. Универсальность
2. Специфичность. Зависи от: количества нуклеотидов, образующих ДНК; какие нуклеотды образуют; как распложены нуклеотиды в ДНК.
3. Репликация
4. Репарация
Репарация ДНК.
1. Световая – идет, если повреждения вызваны естественными условиями, восстановление происходит с участием видимого света (ферменты активируются квантами света, соединяются с повредленной ДНК, разъединяют пиримидиновые димеры, восстанавливает целостность).
2. Темновая – после дествия ионизирующей радиации и т.д. Необходима вторая комплементарная цепь. Ферменты: узнающий поврежденную цепь, ДНК-эндонуклеаза разрывает, экзонуклаза удаляет, ДНК-полимераза 1 синтезирует новую цепь, ДНК-лигаза сшивает.
3. SOS-репарация – после действия больших доз ионизирующей радиации. Склонная к неточному восстановлению первичной структуры ДНК. Главная цель – созранить жизнеспособность клетки.
Функции ДНК:
1. Передача, хранение, реализация наследственной информации
2. Контроль за процессами обмена веществ в клетке
3. Запись информации в виде генетического или биохимического кода
4. Восстановление поврежденных участков
Компктизация ДНК:
1. Первый этап: нуклеосомный – укорачивается нить (семикратное укорочение). Нуклеосома – повторяющаяся единица хроматина «бусины на нитке».
2. Нуклеосомы ассоциируются друг с другом. Толщина 30 нм.
3. Хромомерный d=300-400 нм. Взаимодействие между 3- нм фибриллами и ядерным матриксом.
4. Четвертый этап: хромонемный d=700.
5. Пятый этап: хроматидный d=1400 нм.
14. Днк и ее редупликация. Роль днк в передаче наследственной информации. Молекулярная структура генов эукариот и прокариот.
Репликация. Относится к реакциям матричного синтеза. Воспроизведение и передача новому поколению генетической информации.
Репликация начинается сразу в нескольких точках. Единица репликации – репликон.
Компоненты системы репликации у эукариот (более 30 фрементов).
1. ДНК-полимеразы: 3 штуки. Катализуют комплементарное копирование (определяют процесс считывания).
2. ДНК-праймазы: синтезируют затравку, которая замещается сегментами ДНК (+ определяет точку ОРИ), присоединяет ДНК-полимеразу для начала считывания.
3. ДНК-лигаза: соединяет фрагменты Оказаки за счет образования фосфодиэфирных связей, сшивает ДНК при повреждении (темновая репарация).
4. ДНК-хеликаза: расплетает цепь ДНК (разрывает водородные связи).
5. SSB-белки: связывают одноцепочечные ДНК и стабилизируют ее, т.е. создают условия для комплементарного спаривания.
Особенности репликации ДНК: 1. Всегда полуконсервативна (копирование)
2. Начинается с точки ОРИ
3. Синтез ДНК инициируется фрагментами РНК (праймеры)
4. Элонгация проходит от 5’-конца к 3’-концу
5. Репликация по инициирующей цепи непрерывна, по отстающей – прерывиста
6. Синтезируемая цепь комплементарна и антипараллельна своей матрице
Роль ДНК в передаче наследственной информации.
ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. С молекулами ДНК связаны два основополагающих свойства живых организмов — наследственность и изменчивость. В ходе процесса, называемого репликацией ДНК, образуются две копии исходной цепочки, наследуемые дочерними клетками при делении (дочерние клетки генетически идентичны).
Генетическая информация реализуется при экспрессии генов в процессах транскрипции (синтеза молекул РНК на матрице ДНК) и трансляции (синтеза белков на матрице РНК).
Последовательность нуклеотидов «кодирует» информацию о различных типах РНК: информационных, или матричных (мРНК), рибосомальных (рРНК) и транспортных (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на основе ДНК в процессе транскрипции. Роль их в биосинтезе белков (процессе трансляции) различна. Информационная РНК содержит информацию о последовательности аминокислот в белке, рибосомальные РНК служат основой для рибосом (сложных нуклеопротеиновых комплексов, основная функция которых — сборка белка из отдельных аминокислот на основе иРНК), транспортные РНК доставляют аминокислоты к месту сборки белков — в активный центр рибосомы, «ползущей» по иРНК.
Строение гена прокариот.
Общий план строения генов прокариот и эукариот не отличается. Содержат регуляторную область с промотором и оператором, единицу транскрипции с кодирующей и неткодирующей последовательностями, терминатор. Однако организация генов прокариот и эукариот отличается.
Для прокариот характерно объединение нескольких генов в единую функциональную единицу – оперон.
Работу оперона могут регулировать другие гены, которые могут быть заметно удалены от самого оперона – регуляторы. Белок, транслируемый с этого гена, называется репрессор. Он связывается с оператором оперона, регулируя экспрессию сразу всех генов, в нем содержащихся.
Для прокариот также характерно явление сопряжения транскрипции и трансляции. Такое сопряжение не встречается у эукариот из-за наличия у них ядерной оболочки, отделяющей цитоплазму, где происходит трансляция, от генетического материала, на котором происходит транскрипция. У прокариот во время синтеза РНК на матрице ДНК с синтезируемой молекулой РНК может сразу связываться рибосома. Таким образом, трансляция начинается еще до завершения транскрипции. Более того, с одной молекулой РНК может одновременно связываться несколько рибосом, синтезируя сразу несколько молекул одного белка.
Строение гена эукариот.
У эукариот практически не встречается объединение генов в опероны. Однако кодирующая последовательность гена эукариот чаще всего разделена на транслируемые участки – экзоны, и нетранслируемые участки – интроны.
С каждого гена сначала синтезируется незрелая, или пре-РНК, которая содержит в себе как интроны, так и экзоны. После этого проходит процесс сплайсинга, в результате которого интронные участки вырезаются, и образуется зрелая иРНК, с которой может быть синтезирован белок. Такая организация генов позволяет, например, осуществить процесс альтернативного сплайсинга, когда с одного гена могут быть синтезированы разные формы белка, за счет того, что в процессе сплайсинга экзоны могут сшиваться в разных последовательностях.
