Структура и функции нуклеиновых кислот

1. Структура и функции нуклеиновых кислот

Выполнил: магистрант 1 года
обучения Ренфельд Ж. В.
Проверил: к.б.н. доц.
Поцелуева М. М.

2.

Нуклеиновые
кислоты
высокомолекулярные гетерополимеры,
мономерами
которых
являются
нуклеотиды. Они играют главную роль
в передаче наследственных признаков
(генетической
информации)
и
управлении процессом биосинтеза
белка.
Различают 2 типа нуклеиновых кислот
: дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и
рибонуклеиновые (РНК).
Фридрих Иоганн Мишер (1844-1895) ‒
швейцарский физиолог, гистолог и биолог,
открыл нуклеиновые кислоты.
2

3. Локализация ДНК в клетке

Локализация ДНК в клетке
1) в прокариотической клетке ДНК находится в цитоплазме и представлена нуклеоидом.
Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК,
в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид)
не образует комплекса с белками-гистонами. Кроме хромосомы в клетке прокариот могут
присутствовать плазмиды и эписомы.
2) в эукариотической клетке ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра
(99% всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. Эукариотические ДНК имеют
линейную двухцепочечную структуру. Кроме того, третичная структура ДНК у эукариотических
клеток отличается тем, что многократная спирализация ДНК сопровождается образованием
комплексов с белками гистонами. Митохондриальные ДНК – это двухцепочечные кольцевые
молекулы малого размера. Молекулы ДНК в хлоропластах значительно больше, чем в
митохондриях. ДНК митохондрий и хлоропластов не связана с гистонами.
3

4. Митохондриальная ДНК

Митохондриальная
ДНК (мтДНК) — ДНК,
находящаяся (в отличие от ядерной ДНК) в
митохондриях,
органоидах эукариотических
клеток. У млекопитающих каждая молекула
мтДНК содержит 15000-17000 пар и содержит
37 генов — 13 кодируют белки, 22 — гены тРНК,
2 — рРНК (по одному гену для 12S и 16S рРНК).
Особенности митохондриальной ДНК:
• кодон AUA кодирует в митохондриальном
геноме метионин
(вместо изолейцина
в
ядерной ДНК), кодоны AGA и AGG —
терминаторные кодоны (в ядерной ДНК
кодируют аргинин),
кодон
UGA
в
митохондриальном геноме кодирует триптофан
•Количество генов тРНК (22 гена) меньше, чем в
ядерном геноме с его 32 генами тРНК
•В человеческом митохондриальном геноме
информация настолько сконцентрирована, что
в последовательностях кодирующих мРНК, как
правило, частично удалены нуклеотиды,
соответствующие 3'-концевым терминаторным
кодонам.
4

5. Структурные элементы нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты состоят из последовательности
химически связанных структурных единиц ‒ нуклеотидов.
Каждый нуклеотид построен из трёх компонентов:
•Моносахарид пентоза (рибоза или дезоксирибоза);
•Азотистое основание ( производное пурина или
пиримидина);
•остаток фосфорной кислоты.
5

6.

6

7. Моносахарид пентоза

фосфатные группы:
7

8. Нуклеозиды

Нуклеозиды – это N-гликозиды, образованные нуклеиновыми
основаниями и рибозой или дезоксирибозой.
8

9. Нуклеотиды

Нуклеотиды– это эфиры
нуклеозидов и фосфорной
кислоты
(нуклеозидфосфаты).
Сложноэфирную связь с
фосфорной
кислотой
образует ОН группа в
положении
5/ или
3/ моносахарида.
В
зависимости от природы
моносахаридного остатка
нуклеотиды
делят
на рибонуклеотиды(структ
урные элементы РНК)
и дезоксирибонуклеотиды
(структурные
элементы
ДНК).
9

10. Первичная структура нуклеиновых кислот

Под первичной структурой
нуклеиновых
кислот понимают порядок,
последовательность
расположения
мононуклеотидов в
полинуклеотидной
цепи ДНК или РНК. Такая
цепь стабилизируется 3',5'фосфодиэфирными
связями.
10

11. Правило Э. Чаргаффа

Эрвин Чаргафф
Количество аденина равно
количеству тимина, а
гуанина — цитозину: А=Т,
Г=Ц.
Количество пуринов равно
количеству пиримидинов:
А+Г=Т+Ц.
Количество оснований,
содержащих аминогруппу в
положении 4
пиримидинового и 6
пуринового ядер, равно
количеству оснований,
содержащих в этом же
положении оксогруппу:
А+Ц=Г+Т.
11

12. Модель структуры ДНК Уотсона-Крика

Основные черты этой модели:
•Молекула ДНК построена из двух
полинуклеотидных цепей,
ориентированных антипараллельно и
связанных друг с другом водородными
связями.
•Водородные связи между цепями
образуются за счёт специфического
взаимодействия между
комплементарными основаниями
противоположных цепей.
• Первичная структура одной цепи
молекулы ДНК комплементарна первичной
структуре другой цепи. Это легко понять,
рассматривая следующую схему:
•Обе цепи закручены в спираль, имеющую
общую ось; цепи могут быть разделены
только путем раскручивания.
12

13. Вторичная структура ДНК

Структура ДНК стабилизируется следующими
связями:
1)Нуклеотиды в молекулах нуклеиновых
кислот соединены между собой посредством
3’,5’-фосфодиэфирной связи.
2)Навитые одна на другую
полинуклеотидные цепи удерживаются
вместе водородными связями,
образующимися между комплементарными
основаниями противоположных цепей.
3)Гидрофобные взаимодействия между
основаниями (стэкинг взаимодействия).
13

14. Формы двойных спиралей и их характеристики

ДНК может формировать несколько типов
двойных спиралей .
Формы спирали
Свойства
А
В
С
Z
Направление
скрученности
напр напр напр Нале
аво
аво
аво
во
Расстояние между
соседними парами
оснований (нм)
0,23
0,34
0,3
0,38
10,7
Число пар
оснований в одном
витке спирали
10,0
9,3
12
Диаметр спирали
(нм)
2,3
2,0
1,9
1,8
Угол наклона
оснований к оси
спирали (градусы)
+19
-1,2
-6
-9
Рис.1 Формы организации двухцепочечной ДНК.
I ‒ вид с торца, II ‒ вид сбоку, чёрно-белая спираль ‒
упрощённая схема .
14

15. Типы и структура РНК

Рибосомальная РНК – одна из самых крупных молекул РНК, содержит от 3 тыс. до 5 тыс.
нуклеотидов. Синтезируется в ядрышке. Затем она, объединяясь с белками, образует большую и малую
субъединицы рибосом. В составе рибосом РНК выполняет структурную функцию, а также участвует в
синтезе полипептидов. На долю р-РНК приходится 85% всей РНК клетки.
Матричная, или информационная, РНК – служит
матрицей для синтеза полипептида во время
трансляции. Содержится в ядре, цитоплазме, а также в
митохондриях и пластидах. Молекулы м-РНК содержат
от 100-10000 нуклеотидов и имеют линейную структуру.
На ее долю приходится 5%общего содержания РНК в
клетке.
Транспортная РНК– имеет наиболее короткие цепи,
состоящие из 70-100 нуклеотидов. Содержится в
цитоплазме клеток, в митохондриях и пластидах. Все тРНК вследствие образования водородных связей между
комплементарными азотистыми основаниями разных
участков цепи, приобретают вторичную структуру, в
двухмерном изображении напоминающую клеверный
лист. В т-РНК два активных центра: аминоацильный на
3’-конце и антикодон на антикодоновой петле.
Максимальное число т-РНК в клетке – 61, но обычное
их количество колеблется от 20 до 40. Основная
функция т-РНК состоит в переносе аминокислот к месту
синтеза белка в рибосомах. На долю т-РНК приходится
примерно 15% всей РНК, содержащейся в клетке.
15

16. Функции нуклеиновых кислот

Хранение (носители) генетической информации
Генетическая информация записана в генах. В них закодирована первичная
структура белков.
Передача генетической информации дочерним
клеткам при делении и организмам при их
размножении
Передача осуществляется посредством репликации.
Участие в реализации генетической информации
(синтез белка)
реализация наследственной информации в клетке осуществляется в два этапа:
сначала информация о структуре белка копируется с ДНК на иРНК (транскрипция), а
затем реализуется на рибосоме в виде конечного продукта — белка (трансляция).
ДНК → РНК → белок
16