Нуклеиновые кислоты и генетический код

1. Нуклеиновые кислоты.

2.

История создания нуклеиновых
кислот
ДНК открыта в 1868 г швейцарским врачом И. Ф. Мишером в
клеточных ядрах лейкоцитов, отсюда и название – нуклеиновая
кислота (лат. «nucleus» - ядро).
• В 20-30-х годах XX в. определили, что
ДНК – полимер (полинуклеотид),
в эукариотических клетках она
сосредоточена в хромосомах.
Предполагали, что ДНК играет структурную роль.
• В 1944 г. группа американских бактериологов из
Рокфеллеровского института во главе с О. Эвери показала, что
способность пневмококков вызывать болезнь передается от
одних к другим при обмене ДНК. ДНК является носителем
наследственной информации.

3.

Фридрих Фишер
Швейцарский биохимик.Из остатков
клеток,содержащихся в гное,он
выделил вещество,в состав которого
входят азот и фосфор.Учёный назвал
это нуклеином,полагая,что оно
содержится лишь в ядре клетки.
Позднее небелковая часть этого
вещества была названа нуклеиновой
кислотой

4.

Модель строения молекулы
ДНК предложили Дж. Уотсон
и Ф. Крик в 1953 г. Она
полностью подтверждена
экспериментально и сыграла
исключительно важную роль в
развитии молекулярной
биологии и генетики

5.

УОТСОН Джеймс
Дьюи
Американский биофизик, биохимик,
молекулярный биолог, предложил
гипотезу о том, что ДНК имеет форму
двойной спирали, выяснил
молекулярную структуру нуклеиновых
кислот и принцип передачи
наследственной информации. Лауреат
Нобелевской премии 1962 года по
физиологии и медицине (вместе с
Фрэнсис Харри Комптоном Криком и
Морисом Уилкинсом).

6.

КРИК Френсис Харри
Комптон
Английский физик, биофизик,
специалист в области молекулярной
биологии, выяснил молекулярную
структуру нуклеиновых кислот; открыв
основные типы РНК, предложил теорию
передачи генетического кода и показал,
как происходит копирование молекул
ДНК при делении клеток. в 1962 году
стал лауреатом Нобелевской премии по
физиологии и медицине

7.

Нуклеиновые кислоты являются
биополимерами, мономеры которых –
нуклеотиды.
Каждый нуклеотид состоит из 3-х частей:
азотистого основания,
пентозы – моносахарида,
остатка фосфорной кислоты.

8.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ
ДНК –
РНК
дезоксирибонуклеиновая
рибонуклеиновая
кислота
кислота
Состав нуклеотида в ДНК
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Остаток
Гуанин (Г) Дезокси-фосфорной
Цитозин (Ц) рибоза кислоты
Тимин (Т)
Передача и хранение
наследственной
информации
Информационная
(матричная)
РНК (и-РНК)
Транспортная
РНК (т-РНК)
Рибосомная РНК (р-РНК)
Состав нуклеотида в РНК
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Урацил (У):
Рибоза
Остаток
фосфорной
кислоты
8

9. Строение ДНК

ДНК
представляет
собой
двойную
спираль. Ее молекула образована двумя
полинуклеотидными цепями, спирально
закрученными друг около друга, и вместе
вокруг воображаемой оси.
Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм,
шаг
общей
спирали,
на
который
приходится 10 пар нуклеотидов — 3,4 нм.
Длина молекулы — до нескольких
сантиметров.
Молекулярный масса составляет десятки
и сотни миллионов. В ядре клетки
человека общая длина ДНК около 1-2 м.

10.

11.

Параметры ДНК
11

12.

• Полный оборот – через 10 пар нуклеотидов
• Длина: простейшие вирусы – несколько тысяч звеньев,
бактерии – несколько миллионов звеньев,
высшие организмы – миллиарды звеньев.
Если все молекулы ДНК одной клетки человека
вытянуть в одну линию, то получится нить длиной
около 2 метров!

13. Принцип комплементарности

Азотистые основания двух полинуклеотидных цепей ДНК
соединяются между собой попарно при помощи водородных
связей по принципу комплементарности. Пиримидиновое
основание связывается с пуриновым: тимин Т с аденином А (две
ВС), цитозин Ц с гуанином Г (три ВС). Таким образом,
содержание Т равно содержанию А, содержание Ц равно
содержанию Г. Зная последовательность нуклеотидов в одной
цепи ДНК, можно расшифровать строение (первичную структуру)
второй цепи.
Для лучшего запоминания принципа комплементарности
можно воспользоваться мнемоническим приемом: запомни
словосочетания
Тигр – Альбинос и Цапля - Голубая

14.

Эрвин Чаргафф ( 1905 – 2002г.) впервые обнаружил в
1950г, что количество пуринового основания аденина (А)
равно количеству пиримидинового основания тимина (Т),
т. е. А = Т. Сходным образом количество второго пурина
— гуанина (Г) всегда равно количеству второго
пиримидина—цитозина (Ц),т. е. Г = Ц. Таким образом,
число пуриновых оснований в ДНК всегда равно числу
пиримидиновых, количество аденина равно
количеству тимина, а гуанина — количеству цитозина.
Такая закономерность получила название
правило Чаргаффа.

15. Репликация ДНК

Удвоение молекулы ДНК называют репликацией или
редупликацией. Во время репликации часть молекулы
«материнской» ДНК расплетается на две нити с помощью
специального фермента , причем это достигается разрывом
водородных связей между комплементарными азотистыми
основаниями: аденином —тимином и гуанином – цитозином.
Далее к каждому нуклеотиду разошедшихся нитей ДНК
фермент ДНК-полимераза подстраивает комплементарный ему
нуклеотид.

16. Этапы процесса репликации:

Сначала молекула ДНК «расшнуровывается» —
цепи молекулы расплетаются (разрываются
достаточно
непрочные
водородные
связи)
специальным ферментом — хеликазой. Теперь
каждая цепочка будет служить своеобразной
матрицей, на которой будет синтезироваться
новая линия
Другой фермент — ДНК-полимераза
—
«прикрепляет» новые нуклеотиды к матрице по
принципу комплементарности — к аденину —
тимин, к цитозину — гуанин.
Как только процесс заканчивается, новые
дочерние молекулы расходятся и скручиваются
в спираль. Каждая «уезжает» в новую
дочернюю клетку.

17. Скорость репликации молекулы ДНК — 750 нуклеотидов в секунду!

18. Строение и функции РНК

РНК — полимер, мономерами которой являются
рибонуклеотиды. В отличие от ДНК, РНК образована не
двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой (исключение —
некоторые РНК-содержащие вирусы имеют двухцепочечную
РНК). Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные
связи между собой. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

19. Химическое строение азотистых оснований и углеводов

20.

ДНК
СТРУКТУРЫ ДНК И РНК
20

21. Состав и структура РНК. I этап биосинтеза белка

и-РНК
С помощью специального белка РНК-полимеразы молекула
информационной РНК строится по принципу
комплементарности по участку одной нити ДНК в процессе
транскрипции -процесс синтеза РНК с использованием ДНК
в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках.
Другими словами, это перенос генетической информации с
ДНК на РНК (первого этапа синтеза белка). Сформированная
цепочка и-РНК представляет точную копию второй
(нематричной) цепочки ДНК, только вместо тимина Твключен
урацил У.
Мнемоника: вместо Тигра – Альбиноса есть Утка – Альбинос!

22. Биосинтез белка

Трансляция – это перевод
последовательности
нуклеотидов молекулы и-РНК
(матричной) в
последовательность
аминокислот молекулы белка.
и-РНК взаимодействует с
рибосомой, которая начинает
двигаться по и-РНК,
задерживаясь на каждом ее
участке, который включает в
себя два кодона (т.е. 6
нуклеотидов). Главное
назначение этого процесса —
обеспечить организм белком.

23.

молекула и-РНК выходит из ядра в цитоплазму и
соединяется с рибосомой.
В
этот
момент
аминокислоты
цитоплазмы
активизируется, но есть одно «но» — напрямую и-РНК и
аминокислоты не могут взаимодействовать. Им нужен
«переходник»
Таким переходником становится т- РНК. Каждой
аминокислоте соответствует своя т-РНК. У т-РНК есть
специальная тройка нуклеотидов (антикодон), которая
комплементарна определенному участку и-РНК, и она
«пристраивает» аминокислоту к этому определенному
участку.
Рибосома, в свою очередь, с помощью специальных
ферментов образует полипептидную связь между
этими аминокислотами — рибосома движется вдоль иРНК
как
бегунок
вдоль
застежки-змейки.
Полипептидная цепь растет, пока рибосома не дойдет
до кодона (3 аминокислоты), который соответствует
сигналу «СТОП». Тогда цепь обрывается, белок выходит
из рибосомы.

24. Виды РНК

• В клетке имеется несколько видов РНК. Все они
участвуют в синтезе белка.
• Транспортные РНК (т-РНК) - это самые маленькие по
размерам РНК (80-100 нуклеотидов). Они связывают
аминокислоты и транспортируют их к месту синтеза
белка.
• Информационные РНК (и-РНК) - они в 10 раз больше
тРНК. Их функция состоит в переносе информации о
структуре белка от ДНК к месту синтеза белка.
• Рибосомные РНК (р-РНК) - имеют наибольшие размеры
молекулы(3-5 тыс.нуклеотидов), входят в состав
рибосом.

25. Биологическая роль и-РНК

и-РНК, являясь копией с определенного участка молекулы ДНК,
содержит информацию о первичной структуре одного белка.
Последовательность из трех нуклеотидов (триплет или кодон) в
молекуле и-РНК (первооснова –ДНК!) кодирует определенный
вид аминокислоты. Эту информацию сравнительно небольшая
молекула и-РНК переносит из ядра, проходя через поры в
ядерной оболочке, к рибосоме – месту синтеза белка. Поэтому иРНК иногда называют «матричной», подчеркивая ее роль в
данной процессе. Генетический код был расшифрован в 19651967 г.г., за что Х. Г. Корану была присуждена Нобелевская
премия.

26. Рибосомные РНК

Рибосомные РНК синтезируются в сновном
в ядрышке и составляют примерно 85-90%
всех РНК клетки. В комплексе с белками они
входят в состав рибосом и осуществляют
синтез пептидных связей между
аминокислотными звеньями при биосинтезе
белка. Образно говоря, рибосома – это
молекулярная вычислительная машина,
переводящая тексты с нуклеотидного языка
ДНК и РНК на аминокислотный язык белков.

27. Транспортные РНК

РНК, доставляющие аминокислоты к
рибосоме в процессе синтеза белка,
называются транспортными. Эти
небольшие молекулы, форма которых
напоминает лист клевера, несут на
своей вершине последовательность из
трех нуклеотидов. С их помощью т-РНК
будут присоединяться к кодонам и-РНК
по принципу комплементарности.
Противоположный конец молекулы
т-РНК присоединяет аминокислоту,
причем только определенный вид,
который соответствует его антикодону

28. Генетический код

• Наследственная информация записана в молекулах НК в
виде последовательности нуклеотидов. Определенные
участки молекулы ДНК и РНК (у вирусов и фагов)
содержат информацию о первичной структуре одного
белка и называются генами.
• 1 ген = 1 молекула белка
• Поэтому наследственную информацию, которую содержат
ДНК называют генетической.

29.

Одна аминокислота
закодирована тремя
нуклеотидами (один
кодон).
АЦТ
АГЦ
ГАТ
Триплет, кодон
ген
АК1
Пример: АК триптофан
закодирована в РНК
УГГ, в ДНК - АЦЦ.
АК2
белок
АК3

30.

Имеется 64 кодона:
А
Т
Ц
Г
43
61 кодон кодирует 20
(21) аминокислот, три
кодона являются
знаками препинания:
кодоны-терминаторы
УАА, УАГ, УГА (в РНК).

31.     Свойства генетического кода

Свойства генетического кода
Триплетность — значащей единицей кода является
сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).
Непрерывность — между триплетами нет знаков
препинания,
то
есть
информация
считывается
непрерывно.
Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не
может входить одновременно в состав двух или более
триплетов.
Однозначность (специфичность) — определённый
кодон соответствует только одной аминокислоте .
Вырожденность (избыточность) — одной и той же
аминокислоте
может
соответствовать
несколько
кодонов.
Универсальность — генетический код работает
одинаково в организмах разного уровня сложности —
от вирусов до человека

32.  Таблица «Генетического кода»

Таблица «Генетического кода»
Учебник, страница 60

33.

Проверка правильности заполнения таблицы
Признаки
СХОДСТВА
РАЗЛИЧИЯ:
1) Сахар
2) Азотистые
основания
ДНК
РНК
Полинуклеотиды, мономеры которых имеют
общий план строения.
дезоксирибоза
аденин - тимин,
цитозин - гуанин
рибоза
аденин – урацил,
цитозин – гуанин
3) Структура
двойная спираль
одноцепочечная молекула
4) Местонахождение
в клетке
ядро, митохондрии и
хлоропласты
цитоплазма, рибосомы
5) Биологические
функции
хранение наследственной
информации и передача ее
из поколения в поколение
участие в матричном
биосинтезе белка на
рибосоме, т.е. реализация
наследственной
информации

34. Биологическое значение нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты обеспечивают
• хранение наследственной информации в виде
генетического кода,
• передачу ее при размножении дочерним организмам,
• ее реализацию при росте и развитии организма в течение
жизни в виде участия в очень важном процессе –
биосинтезе белков.

35. Выводы

Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК
ДНК – полимер. Мономер – нуклеотид.
Молекулы ДНК обладают видовой специфичностью.
Молекула ДНК – двойная спираль, поддерживается
водородными связями.
• Цепи ДНК строятся по принципу комплиментарности.
• Содержание ДНК в клетке постояннно.
• Функция ДНК – хранение и пердача наследственной
информации.