Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Основы биохимии и токсикологии» для специальности 1-57 01 02 «Экологический менеджмент и аудит в промышленности»

Индуцированные мутации– вызваны мутагенами. Мутагены – факторы, вызывающие мутации.

Факторы, вызывающие мутации:

1.Физические факторы: излучение (УФ, СВЧ), радиация

2.Химические факторы:

Сильные восстановители: (гидриды металлов и др). Алкилирующие соединения (иприт и др.) Альдегиды (формальдегид)

Нитрозосоединения Некоторые антибиотики Пестициды и т. Д.

3.Биологические факторы (вирусы и бактерии)

Многие ксенобиотики вступают во взаимодействие с нукле-

иновыми кислотами, приводя к химической модификации или нарушению конформации кислот. К числу веществ, вступающих в химическое взаимодействие с нуклеиновыми кислотами, относятся нитриты, сернистый, азотистый, кислородный иприты, этиленоксид, этиленимид, гидразин и его производные, гидроксиламин, нитрозоамины, ареноксиды, полициклические углеводороды, метаболиты афлотоксинов, соединения мышьяка и многие другие вещества. Эти токсиканты образуют ковалентные связи с аминогруппами пуриновых и пиримидиновых оснований, входящих в структуру нуклеиновых кислот. Вещества с бифункциональными активными группами (иприты) могут образовывать с двунитевой молекулой ДНК перекрестные связи, при этом становится невозможным расхождение нитей двойной спирали, необходимое для обеспечения синтеза белков, клеточного деления. Токсиканты способны вступать во взаимодействие не только с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, но и с углеводно-фосфатной основой молекулы нуклеиновой кислоты. При этом происходит ее денатурация (например – формальдегид).

Многие ксенобиотики образуют нековалентные связи с ДНК, при этом меняется конформация макромолекул. Так, производные акридина, этидиумбромида, профлавина и др. которые, встраиваясь в молекулу ДНК между соседними парами оснований, изменяют ее структуру. Антрациклин, хлорахин, актиномицин и

некоторые другие антибиотики также изменяют конформацию нуклеиновых кислот, не образуя с ними ковалентных связей.

Основные типы генных мутаций:

•Замена нуклеотидов;

•Вставка или выпадение нуклеотидов

•Переворот нуклеотидов на 1800

Нарушение структуры ДНК под действием мутагенных факторов

1.Образование поперечных сшивок цепей ДНК (под действием алкилирующих соединений)

Рисунок 1.5.19.Алкилирование гуанина и тимина

2.Нарушение ароматичности и плоскостного строения гетероциклов азотистых оснований

Рисунок 1.5.21.Размыкание цикла гуанина 3.Нарушение комплиментарности цепей ДНК – затруднение

правильной репликации и транскрипции а) сдвиг равновесия в сторону лактимной формы

азотистого основания

Рисунок 1.5.22.Коплиментарность лактимной формы тимина гуанину

б) Дезаминирование азотистых оснований под действием азотистой кислоты и нитритов. Аденин превращается в гипоксатин,

гуанин – в ксантин, цитозин – в урацил

4. Образование оснований Шиффа (взаимодействие аминогруппы азотистых оснований с формальдегидом и другими альдегидами.

5.

Образование димеров пиримидиновых оснований (тимина и цитозина под действием УФ-излучения

РНК

Макромолекула РНК, как правило, представляет собой одну полинуклеотидную цепь, принимающую различные пространственные формы, в том числе и спиралеобразные.

Виды РНК

•транспортная РНК (т-РНК),

•информационная матричная) РНК (и-РНК),

•рибосомная РНК (р-РНК).

РНК. Строение

•Все рибонуклеиновые кислоты представляют собой полимеры рибонуклеотидов, соединенных как в молекуле ДНК фосфорнодиэфирными связями.

•В состав нуклеотидов РНК вместо дезоксирибозы входит сахар рибоза.

•Основание тимин замещено на урацил.

•Главное отличие от ДНК состоит в том, что РНК имеет лишь одну цепь. М-РНК обладают сложной вторичной структурой, тРНК имеют и компактную третичную структуру

•Химически РНК менее стабильна, чем ДНК: в водных растворах РНК быстрее подвергается расщеплению.

•РНК менее подходит для долговременного хранения информации.

•мРНК обладают сложной вторичной структурой, тРНК имеют и компактную третичную структуру.

•Содержатся в цитоплазме клеток

Функции РНК

1.Информационная, или матричная РНК (ее обозначают иРНК или мРНК) считывает и переносит генетическую информацию от ДНК, содержащейся в хромосомах, к рибосомам, где происходит синтез белка со строго определенной последовательностью аминокислот.

2.Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам, где они соединяются пептидными связями в определенной последовательности, которую задает мРНК.

3.Рибосамная РНК (рРНК) непосредственно участвует в синтезе белков в рибосомах. Рибосомы — это сложные надмолекулярные структуры, которые состоят из четырех рРНК и нескольких десятков белков.

Рисунок 1.5.22. Схема биосинтеза белка

Качественные реакции нуклеиновых кислот

1.Обнаружение пуриновых оснований в продуктах гидролиза нуклеотидов (серебряная проба)

Схема реакции:

Выпадет светлокоричневый осадок серебряных солей пуриновых оснований.

2.Обнаружение пентоз в нуклеотидах а) Качественная реакция на пентозу (проба Молиша) Схема реакции:

При взаимодействии концентрированной серной кислоты с пентозами происходит их деградация с образованием фурфурола, который дает с тимолом продукт конденсации красного цвета.

б)Качественная реакция на рибозу и дезоксирибозу Схема реакции:

. Дифениламин с дезоксирибозой дает синее окрашивание, а с рибозой – зеленое

3.Обнаружение фосфорной кислоты в продуктах гидролиза нуклеотидов

Схема реакции:

Выпадает кристаллический лимонно-желтый осадок фосформолибденовокислого аммония

Практическая работа № 4. Нуклеиновые кислоты.

Изучение структуры, физико-химических свойств ДНК и РНК является актуальным для понимания характера мутагенного воздействия ксенобиотиков, стабильности генома при воздействии экологически неблагоприятных факторов (токсических веществ, тяжелых металлов, радиации) внешней среды

2.1. Цель работы: изучить строение и классификацию, свойства нуклеиновых кислот

2.2. Порядок выполнения работы:

1. изучить теоретическую часть;

2.ответить на контрольные вопросы

2. выполнить практическую часть;

3. оформить отчет.

2.3 Практическая часть.

1.Написать уравнения образования нуклеозида, обозначить связь пентозы с азотистым основанием, назвать эту связь. Написать уравнения реакций кислотного гидролиза данных нуклеозидов (Таблица 4.П.1., задание1.)

2.Напишите возможные лактим-лактамные, амино-иминная, азольные таутомерные превращения. (Таблица 4.П.1., задание2)

3.Запишите уравнение реакции образования нуклеотидов, щелочного и кислотного их гидролиза. (Таблица 4.П.1., задание3)

4.Соедините сахарофосфатной связью в одну цепочку нуклеотиды, достройте ДНК по принципу комплементарности с указанием количества водородных связей между нуклеотидами разных цепей (Таблица 4.П.1., задание4)

5.Дан фрагмент одной цепи ДНК:

а) определите структуру другой цепочки ДНК, б) процентное содержание каждого вида нуклеотидов в целой

молекуле ДНК, (Таблица 4.П.1., задание5)

г) длину фрагмента, если известно, что длина одного нуклеотида

0,34 нм.,

6. Зная, молекулярную массу ДНК, массу отдельного нуклеотида (дезоксигуанозин- 5!-фосфат) , среднюю массу любого нуклеотида ДНК - 345 , длину одного нуклеотида 0,34 нм. определите:

а) число комплементарных нуклеотидов б)массовую долю дезоксигуанозиновых и комплементарных

нуклеотидов в молекуле ДНК в) длину этой молекулы ДНК. (Таблица 4.П.1., задание 6)

Таблица 4.П.1. – Варианты заданий

2.4.Контрольные вопросы

1.Состав и строение нуклеиновых кислот

2.Структура ДНК и РНК

3.Функции нуклеиновых кислот

4.Реакции с участием ДНК

5.Спонтанные и индуцированные мутации

6.Качественные реакции на структурные компоненты нуклеиновых кислот

1.6. Витамины

Определение, общая классификация витаминов. Определение понятий «авитаминоз», «гиповитаминоз», «гипервитаминоз»,