Вопрос 3. Структура днк. Уровни компактизации днк и их роль в выполнении функций хромосом в клеточном цикле. Виды рнк, их роль в реализации генетической информации.

Нуклеиновые кислоты – биологические полимеры, мономерами которым служат нуклеотиды.

Нуклеотиды – структурная единица нуклеиновых кислот, состоящая из 3-хкомпонентов: азотистого основания, углеводного остатка и остатка фосфорной кислоты.

Нуклеозид – нуклеотид без остатка фосфорной кислоты

Углеводный компонент представлен пентозами: рибозой – в РНК, дезоксирибозой – в ДНК.

Остаток фосфорной кислоты – образует 2 сложноэфирные связи: с С-3’ атома предыдущего нуклеотидного звена и с С-5’ последующего.

Азотистое основание – по структуре гетероциклов делятся на 2 группы:

• Пуриновые – аденин и гуанин

• Пиримидиновые – урацил, тимин, цитозин

Первичная структура ДНК – последовательность нуклеотидных звеньев, связанных ковалентными связями в непрервыную цепь

• В ДНК встречаются А, Т, Г, Ц азотистые основания

• Полимерная цепь состоит из чередующихся пентозных и фосфатных остатков, а азотистые основания являются боковыми группами, присоединенными к пентозному остатку

• Возникает за счёт 3’-5’ фосфодиэфирных связей

Вторичная структура ДНК – пространственная организация нуклеотидных цепей

• Представлена двумя правозакрученными (по часовой) полинуклеотидными цепями вокруг общей оси с образованием двойной спирали

• Цепи антипараллельны (у одной направление 3’-5’, а у другой – 5’-3’)

• Между пуриновыми основаниями одной цепи и пиримидиновыми основаниями другой цепи возникают водородные связи (А и Т 2 связи, Г и Ц 3связи)

• Основания двух цепей комплементарны (правило Чаргаффа)

  1. Количество пуриновых оснований = количеству пиримидиновых (А+Г=Ц+Т)

  2. А=Т, Ц=Г

  3. Количество оснований, содержащих аминогруппу в положении 4 пиримидинового и 6 пуринового ряда = количеству оснований, содержащих в этих же положениях оксогруппу (про минорные основания)

  4. Существует соотношение А+Т/Г+Ц, которое равно видовому индексу (у человека 1,53)

Третичная структура ДНК – способ укладки двойной полинуклеотидной спирали в единице объёма

• У ДНК – скручивание двойной спирали в суперспираль

• Нужно для более экономного хранения ДНК в хромосоме

Уровни компактизации ДНК (уровень-структура (размер, степень компактизации))

1. Нуклеосомный – нуклеосомная нить (11 нм, 6-7 раз)

   • Гистоны Н2А, Н2В, Н3 и Н4 образуют белковые тела (коры), с которыми ДНК комплексуется, спирально накручиваясь на них

   • Линкерная ДНК – свободная от контакта с корами

   • Нуклеосома – отрезок ДНК вместе с белковым кором

   • Нуклеосомы блокируют участки инициации транскрипции в промоторных участках ДНК. Для того, чтобы возник комплекс инициации, необходимо вытеснить нуклеосомы из соответствующих фрагментов ДНК

   • Напоминает нитку и бусы

2. Нуклеомерный – хроматиновая фибрилла из упакованных нуклеосом (30 нм, 40 раз)

   • Происходит с участием гистона Н1, который скручивает нуклеосомную нить в спираль по типу соленоида, связываясь с линкерной ДНК

3. Хромомерный или петельно-доменный – петли хроматиновой фибриллы (300 нм, 1000 раз)

   • Участвуют негистоновые белки

   • Инактивация генов сопровождается компактизацией петельного домена в суперсоленоид, а активация – декомпактизацией или «выпетливанием»

   • Хроматиновые фибриллы являются наиболее типичными структурами интерфазного ядра

4. Хромонемный – конденсированный участок метафазной хромосомы (одной из хроматид) (600-700 нм)

   • Этот этап компактизации происходит с хромосомным материалом клеток, вступающих в митоз

5. Хроматидный – целая метафазная хромосома из двух хроматид (хромосом дочерних клеток) (1400 нм, 7000 раз)

   • Максимальный уровень компактизации

   • ДНК выключена

   • Обеспечивает оптимальную транспортировку генетического материала в дочерние клетки в анафазе

В интерфазных хромосомах выделяют:

Эухроматин – хромосомный материал с низкой степенью компактизации, активно транскрибируемый, представлен в основном ДНК с уникальными последовательностями нуклеотидов

• Гены из эухроматинового участка хромосомы, оказавшись в гетерохроматизированном участке или рядом с ним, обычно инактивируются

Гетерохроматин – хромосомный материал с высокой степенью компактизации, представлен умеренно (Гены гистонов, рРНК и тРНК) или многократно повторяющимися нуклеотидными последовательностями ДНК.

Факультативный гетерохроматин - это временно транскрипционно неактивный тип хроматина, который на определённых этапах онтогенеза или в период жизни клетки может переходить в эухроматиновое состояние и становиться транскрипционно активным.

• Пример: инактивированная Х-хромосома у женских особей млекопитающих. В интерфазе она представлена в виде конденсированного гетерохроматина — тельца Барра. При гаметогенезе и на ранних стадиях эмбриогенеза обе Х-хромосомы являются эухроматиновыми и транскрипционно активными;

• Тканеспецифичные гены, которые переходят в эухроматиновое состояние и экспрессируются только в дифференцированных клетках определённых тканей

Конститутивный гетерохроматин – это участок хроматина, имеющий постоянную локализацию, который постоянно находится в конденсированном (компактном) состоянии и генетически неактивен

функции конститутивного гетерохроматина:

• поддержание общей структуры ядра

• прикрепление хроматина к ядерной оболочке

• взаимное узнавание гомологичных хромосом в мейозе

• разделение соседних структурных генов

• участие в регуляции активности генов

Виды РНК:

1. Информационная РНК (иРНК) (1-10% всей РНК) - переносит информацию о последовательности аминокислот от ДНК к рибосомам, где происходит синтез белка. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трёх нуклеотидов (кодоном) в мРНК. Последовательность кодонов определяет последовательность аминокислот в белке.

2. Рибосомальная РНК (рРНК) (80% всей РНК) – выполняет структурную функцию: Составляет основу рибосом — клеточных органелл, где происходит синтез белка. рРНК определяет размеры и форму рибосомных субъединиц, формирует структурный каркас для размещения рибосомных белков. Также рРНК катализирует образование пептидных связей между аминокислотами, присоединёнными к тРНК.

3. Транспортная РНК (тРНК) (10% всей РНК)- доставляет аминокислоты к рибосомам в соответствии с кодоном на иРНК. Каждая тРНК специфична для определённой аминокислоты и содержит антикодон, комплементарный соответствующему кодону иРНК. Это обеспечивает точность синтеза белка, связывая генетическую информацию иРНК с аминокислотной последовательностью полипептида

+ Другие виды РНК:

1. Малые ядерные РНК (мяРНК) участвуют в процессинге пре-иРНК — удалении интронов и сплайсинге экзонов, что формирует зрелую мРНК для трансляции.

2. МикроРНК (миРНК) и малые интерферирующие РНК (сиРНК) - регулируют экспрессию генов, связываясь с иРНК и разрушая её или подавляя её трансляцию.

3. Рибозимы — молекулы РНК с каталитической активностью, способны катализировать химические реакции без участия белков