Воробьев Павел Евгеньевич
Основы молекулярной биологии
Нуклеиновые кислоты
Химическое строение
Азотистые основания
Азотистые основания
Моносахариды
Рибофуранозы
Нуклеозид
Межнуклеотидный фосфат
Двойная спираль
Методы исследования пространственной структуры нуклеиновых кислот
рентгеноструктурный анализ
карты электронной Плотности
Ключевые параметры эксперимента
Ядерный магнитный резонанс
Конформации моносахаридов
Конформации нуклеозидов
Изоморфизм пар оснований
Параметры Дикерсона
Пропеллерный твист
Торсионные углы
Параметры спиралей ДНК
B-форма ДНК
А-форма
Z-форма
Расположение пар оснований относительно оси спирали
Z
Комплексы нуклеиновых кислот
Спектры поглощения
Денатурация: плавление ДНК
Кривые термической денатурации
Зависимость температуры плавления дуплекса от концентрации катионов
Таутомерия
Кислотно-основные свойства
28.37M
Category: biologybiology

Основы молекулярной биологии

1. Воробьев Павел Евгеньевич

ВОРОБЬЕВ ПАВЕЛ ЕВГЕНЬЕВИЧ
• к.х.н., доцент КМБиБ НГУ
• н.с. ЛХРНК ИХБФМ СО РАН
[email protected]

2. Основы молекулярной биологии

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ
БИОЛОГИИ
Часть 1. Нуклеиновые кислоты,
белки, нуклеопротеиды

3. Нуклеиновые кислоты

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
• Строение
• Структура
• Методы исследования
• Химический синтез

4. Химическое строение

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
NH2
N
N
O
HO
P
O
N
O
OH
OH
N

5. Азотистые основания

АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ
6
5
7
N
6
N
1
5
N1
NH 4 N
2
8
4
N
3
2
пиримидин
9
3
пурин

6. Азотистые основания

АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ
O
NH2
N
NH
N
аденин
NH2
N
N
O
H
цитозин
N
N
NH
NH
N
гуанин
NH2
O
O
NH
N
O
H
тимин
NH
N
O
H
урацил

7. Моносахариды

МОНОСАХАРИДЫ
1
CHO
1
H
2
2
H
3
H
4
OH
OH
OH
5
CH2OH
D-рибоза
H
H
H
CHO
3
4
H
OH
OH
5
CH2OH
2-дезокси-D-рибоза

8. Рибофуранозы

РИБОФУРАНОЗЫ
HO
HO
5
OH
O
4
H
H
H
3
2
OH
5
1
H
OH
D-рибофураноза
OH
O
4
H
H
1
H3
OH
2
H
H
2-дезокси-D-рибофураноза

9. Нуклеозид

НУКЛЕОЗИД
Рибонуклеозиды:
NH2
7
HO
6
N
5
N1
9 N
4
2
8
5'
O
4'
H
H
2'
3'
H
OH
1'
H
OH
аденозин
N
3
A – аденозин (Ade)
G – гуанозин (Guo)
С – цитидин (Cyd)
rТ – риботимидин (rThd)
U – уридин (Urd)
Дезоксирибонуклеозиды:
dA – дезоксиаденозин (dAde)
dG – дезоксигуанозин (dGuo)
dС – дезоксицитидин (dCyd)
Т – тимидин (Thd)
dU – дезоксиуридин (dUrd)

10. Межнуклеотидный фосфат

МЕЖНУКЛЕОТИДНЫЙ
ФОСФАТ
NH 2
N
N
OH
O
H
H
H
O
H
O P
N
N
H
NH 2
O-
N
O
всегда ионизован
N
O
H
H
H
OH
H
H
O

11. Двойная спираль

ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ

12. Методы исследования пространственной структуры нуклеиновых кислот

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ
НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
• Рентгеноструктурный анализ:
• волокна ДНК
• кристаллы
• ЯМР
• Молекулярное моделирование

13. рентгеноструктурный анализ

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ
АНАЛИЗ
1,6 Å - кристалл
3,4 Å - волокно

14. карты электронной Плотности

КАРТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ
ПЛОТНОСТИ
0,9 Å
1,25 Å
• разрешение зависит от
максимального
регистрируемого
значения угла
дифракции при данной
длине волны
• r = λ/2sinΘ
1,5 Å
2,0 Å
2,5 Å

15. Ключевые параметры эксперимента

КЛЮЧЕВЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ЭКСПЕРИМЕНТА
• качество и размер кристалла
• мощность источника излучения

16. Ядерный магнитный резонанс

ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ
РЕЗОНАНС
• 1. Классический (одномерный ) ЯМР – двугранные углы
между соседними ядрами
• 2. Двумерный ЯМР (ядерный эффект Оверхаузера) –
расстояния между протонами короче 5Å.
Итог – набор параметров, который может быть использован для
восстановления полной структуры с использованием методов
молекулярной динамики.

17.

18. Конформации моносахаридов

КОНФОРМАЦИИ
МОНОСАХАРИДОВ
Циклопентан
твист
конверт
Нуклеозид

19. Конформации нуклеозидов

КОНФОРМАЦИИ НУКЛЕОЗИДОВ
O
O
N
NH
NH2
NH
OH
N
OH
N
O
H
H
N
NH2
N
O
H
H
OH
OH
анти
N
H
H
H
OH
H
OH
син

20.

21. Изоморфизм пар оснований

ИЗОМОРФИЗМ ПАР
ОСНОВАНИЙ

22. Параметры Дикерсона

ПАРАМЕТРЫ ДИКЕРСОНА

23. Пропеллерный твист

ПРОПЕЛЛЕРНЫЙ ТВИСТ

24. Торсионные углы

ТОРСИОННЫЕ УГЛЫ
H
CH
CH
H3 3
H
H
H
H
H
CH3
CH3
H
H
H
H
H
цис
H
H
гош(+)
CH3
H
H
H
CH3
H
H
гош(–)
H
CH3
H
H
H
H
CH3
транс

25. Параметры спиралей ДНК

ПАРАМЕТРЫ СПИРАЛЕЙ ДНК
Параметр
А-форма
В-форма
Z-форма
Направление
закрутки
правая
правая
левая
Число пар оснований 11–12
на один виток
10
12
Расстояние
между 2,3
основаниями, Å
3,3
3,8
Пропеллерный твист
18°
16°

Гликозидная связь
анти
анти
анти
син

26.

27. B-форма ДНК

B-ФОРМА ДНК

28.

29. А-форма

А-ФОРМА

30.

31. Z-форма

Z-ФОРМА

32. Расположение пар оснований относительно оси спирали

РАСПОЛОЖЕНИЕ ПАР ОСНОВАНИЙ
ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ СПИРАЛИ
В
А

33. Z

34.

35. Комплексы нуклеиновых кислот

КОМПЛЕКСЫ НУКЛЕИНОВЫХ
КИСЛОТ
• Стабилизация:
• H-связи
• Стэкинг-взаимодействие
• Дестабилизация
• Электростатическое отталкивание полианионов

36. Спектры поглощения

СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ

37. Денатурация: плавление ДНК

ДЕНАТУРАЦИЯ: ПЛАВЛЕНИЕ
ДНК

38. Кривые термической денатурации

КРИВЫЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ
ДЕНАТУРАЦИИ
Интегральная
Дифференциальная

39. Зависимость температуры плавления дуплекса от концентрации катионов

ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ
ДУПЛЕКСА ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ КАТИОНОВ
Tm , oC
100
90
72%
80
50%
70
33%
60
24%
50
-2.5
-2
-1.5
+
lg[Na ] -1
-0.5
0
Дуплексы с более высоким содержанием GC-пар (%) более
стабильны.

40. Таутомерия

ТАУТОМЕРИЯ
O
N
OH
NH
N
N
Rib
лактам
NH2
NH2
N
N
N
N
Rib
лактим
NH
N
N
Rib
енамин
NH
O
N
O
Rib
кетимин
NH2

41. Кислотно-основные свойства

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
Нуклеозид
Аденозин
Положение
N1
рКа
3.6
Цитидин
N3
4.2
Гуанозин
N7
1.6
Гуанозин
N1
9.2
Уридин
N3
9.5
Тимидин
N3
9.7
English     Русский Rules