Задачник Генетика

Раздел 1

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.

Нуклеиновые кислоты были впервые обнаружены швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером в 1869г. в ядрах клеток содержащихся в гное.

НК- природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.

В природе известно два вида НК, различающихся по составу, строению и функциям :

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

ДНК РНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота.	Рибонуклеиновая кислота.
Локализована в ядрах клеток, митохондриях, хлоропластах. Содержание в клетках постоянно и составляет 6,6 х 10( _12степени )г. в диплоидных соматических клетках представителей кл. позвоночных. ДНК имеет две спирально закрученные цепи . Молекула ДНК- полимер, состоящий из тысячи или миллионов мономеров- дезоксирибонуклеотидов. Постоянные величины ДНК: Ширина спирали-2нм; длина нуклеотида- 0,34нм.	Локализована в цитоплазме клеток, а также в зависимости от вида РНК в различных участках клетки(см. лекцию дальше). Содержание РНК в клетке не постоянно. РНК имеет одну цепь. Молекула РНК значительно короче молекулы ДНК.

Определение размеров молекул ДНК стало возможно только после разработки специальных методов

• электронной микроскопии;

• ультрацентрифугирования;

• электрофореза

Мономерами ДНК являются нуклеотиды

: С

Азотистое

Основание

(А, Т,Г, Ц)

троение мономеров НК.

.

Азотистые основания 4-х типов: А- аденин, Г- гуанин, Т- тимин, Ц- цитозин.

По азотистым основаниям называют Определение размеров молекул ДНК стало возможно только после разработки специальных методов

• электронной микроскопии;

• ультрацентрифугирования;

• электрофореза

Мономерами ДНК являются нуклеотиды

: С

Азотистое

Основание

(А, Т,Г, Ц)

троение мономеров НК.

.

Азотистые основания 4-х типов: А- аденин, Г- гуанин, Т- тимин, Ц- цитозин.

По азотистым основаниям называют нуклеотиды:

А- Адениновый нуклеотид, Г- гуаниновый, Т- тиминовый нуклеотид, Ц- цитозиновый нуклеотид. Азотистые основания бывают 2-х типов :

• ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ- это А , Г, их молекулы имеют двойное углеродно-азотное кольцо:

N H2

C N

C

N CH

C

H C

N N

АДЕНИН H ГУАНИН

• ПИРИМИДИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ:

ТИМИН ЦИТОЗИН

О

С

H N C CH3

C CH

N

O

H

Пиримидиновые основания Т и Ц - имеют одно углеродно- азотное кольцо. Соединения дезоксирибозы с азотистым основанием посредством атома азота , называют НУКЛЕОЗИДАМИ , а они соединяясь с одной молекулой фосфорной кислоты , образуют нуклеотиды.

Нуклеотидный состав ДНК впервые установил американский биохимик Эдвин Чаргафф, в 1951г. он доказал, что в составе ДНК имеются 4 нуклеотидных основания: А,Т,Г,Ц. Правило ЧАРГАФФА: Число пуриновых оснований в ДНК равно числу пиримидиновых, количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина.

Правило ЧАРГАФФА: ( А+Г)= (Т+Ц ); А+Г 1

Т+Ц

Причиной равенства пуриновых и пиримидиновых оснований в молекуле ДНК является ПРИНЦИП КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ ( от лат. «комплементум», что означает дополнение, соответствие). Причем, это соответствие двоякое:

• ХИМИЧЕСКОЕ, т. е. Между азотистыми основаниями образуется водородные связи, а именно, между А и Т – двойная водородная связь, между Г и Ц – тройная водородная связь.

• ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ СООТВЕТСТВИЕ, т. е азотистые основания соответствуют друг другу, как половинки разбитого стекла.

В соответствии с принципом комплементарности А в молекуле ДНК всегда комплементарен Т, а Г - Ц.

. В 1953г. американский биохимик Джеймс Уотсон и английский физик Френсис Крик разработали модель пространственной структуры ДНК. В молекуле ДНК цепи соединяются др. с др. водородными связями. Эти связи возникают между азотистыми основаниями нуклеотидов паралельно расположенных цепей. Соединяются нуклеотиды между собой по принципу комплементарности.

Рис.1 рис.2

Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекула ДНК, состоящая из 2-х цепей, образует спираль, закрученную вокруг собственной оси. Диаметр спирали = 2 нм, длина шага спирали составляет 3,4 нм. В каждый виток входит 10 пар нуклеотидов.

Важной особенностью объединения двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК является их антипараллельность : 5' – конец одной цепи соединяется с 3'- концом другой и наоборот (см. рис.1 и рис.2). Форма спирали молекулы ДНК очень выгодна в тесноте микромира, так, например, ДНК некоторых растений может достигать 40 метров, но благодаря, плотному закручиванию двойной спирали, где отдельные ветки её сцепляются как зубцы молнии, ДНК размещается в микроскопическом ядре клетки.

Чаще всего двойные спирали ДНК являются правозакрученными – при движении вверх вдоль оси спирали цепи поворачиваются вправо. Большинство молекул ДНК в растворе находится в правозакрученной – В- форме (В-ДНК). Однако встречаются также левозакрученные формы (Z-ДНК). Какое количество этой ДНК присутствует в клетках и каково её биологическое значение, пока не установлено.

Таким образом, в структурной организации молекулы ДНК можно выделить первичную структуру – полинуклеотидную цепь, вторичную структуру – две комплиментарные др. др и антипараллельные полинуклеотидные цепи, соединенные водородными связями, и третичную структуру- трехмерную спираль с приведенными выше пространственными характеристиками.

На основании своей модели Дж. Уотсон и Ф. Крик предположили, что гены отличаются др. от др. чередованием пар нуклеотидов и наследственная информация закодирована в виде последовательности нуклеотидов. В спирале ДНК может происходить изменение в чередовании нуклеотидов (мутации), в структуре ДНК заложена возможность так называемой конвариантной редупликации, т. е способность живых организмов воспроизводить себе подобных.