Структура и функции нуклеиновых кислот

1.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ
НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Svetlana Protopop
doctor în științe medicale,
conferențiar universitar

2.

Нуклеиновые кислоты
• Высокомолекулярные соединения,
состоящие из нуклеотидов.
• Типы:
• ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)
• РНК (рибонуклеиновая кислота):
• мРНК
• рРНК
• тРНК

3.

Функции нуклеиновых кислот
• Хранение и передача генетической
информации.

4.

Нуклеотиды – мономеры
нуклеиновых кислот
3 компонента:
• Азотистое основание
• Пентоза
• Фосфорная кислота

5.

Азотистые основания
Пуриновые:
Аденин (А)
Гуанин (G)
Пиримидиновые:
Цитозин (C)
Урацил (U)
Тимин (T)

6.

Пуриновые азотистые основания
6
1
5
N
N7
8
2
N
4
3
NH2
N
O
Пурин
N
N
N9
H
N
H
Аденин (A)
N
HN
H2N
N
Гуанин (G)
N
H

7.

Пиримидиновые основания
4
N
3
2
5
6
N1
Пиримидин
NH2
N
O
Цитозин (C)
O
CH3
HN
HN
N
H
O
O
N
H
Урацил (U)
O
N
H
Тимин (Т)

8.

Пентозы
HO
H2C 5'
OH
O
4'
HO
H2C
O
OH
1'
3'
2'
OH
OH
Рибоза
OH
Дезоксирибоза

9.

Нуклеозиды
Азотистое основание + пентоза
N-гликозидная
связь
O
O
NH
N1
HO
H2C
N
O
HO
O
N9
H2C
OH
Уридин
N
O
1'
OH
NH
1'
OH
Дезоксигуанозин
NH2

10.

Нуклеотиды
Нуклеозид + 1, 2, 3 остатка фосфорной кислоты
NH2
N
-
O
P
O-
O
P
O-
АDP
АТР
O
O
O
N
N
O
P
O-
O
H2C
O
АМР
OH
OH
N

11.

Нуклеотиды
NH2
N
-
O
P
O-
O
O
O
O
P
O-
O
P
N
O
dCТР
O
O-
dCМР
dCDP
H2C
OH
O

12.

Номенклатура нуклеозидов и
нуклеотидов
Азотистое
основание
Аденин
Нуклеозид
Нуклеотид
Аденозин
Аденозин-моно-,
ди- или трифосфат
Гуанин
Гуанозин
Цитозин
Цитидин
Урацил
Уридин
Гуанозин-моно-,
ди- или трифосфат
Цитидин-моно-,
ди- или трифосфат
Уридин-моно-, диили трифосфат
Тимин
Тимидин
Тимидин-моно-,
ди- или трифосфат

13.

Функции нуклеотидов
• Предшественники (нуклеозид-трифосфаты) и
мономеры (нуклеозид-трифосфаты)
нуклеиновых кислот.
• Макроэргические соединения (нуклеозидтрифосфаты).
• Коэнзимы (примеры – НАД+, ФАД).
• Активаторы определенных веществ
(примеры – УДФ-глюкоза, ЦДФ-холин).
• Вторичные посредники (циклические
нуклеотиды – цАМФ, цГМФ).

14.

УДФ-глюкоза
O
HOH2C
H
OH
O
H
OH
OH
O
O
O
H
NH
H
P
O-
N
O
P
O
H2C
O
O
OOH
OH
УДФ-глюкоза является активной формой глюкозы,
которая участвует в синтезе гликогена.

15.

Циклические нуклеотиды
O
NH2
N
N
O H2C
P
HO
N
N
N
N
O H2C
O
O
O
OH
P
HO
NH
N
NH2
O
O
O
OH
АМРc – синтезируется из
GМРc – синтезируется из
АТР под действием фермента
аденилатциклаза.
GТР под действием фермента
гуанилатциклаза.

16.

Минорные азотистые основания и
нуклеозиды
O
O
NH
CH3 O
N
NH
+
N
H
N
N
HO
H2C
HN
O
5
HO
O
NH
H2C
O
NH2
OH
7-метилгуанин –
входит в состав
«кэп»-а мРНК.
OH
Дигидроуридин –
входит в состав
тРНК.
OH
OH
Псевдоуридин –
входит в состав
тРНК.
O

17.

Первичная структура ДНК
– последовательность
дезоксирибонуклеотидов в
полинуклеотидной цепи.
• Связи между нуклеотидами –
3´,5´-фосфодиэфирные связи.
• Направление
полинуклеотидной цепи – 5´→3´.
P
G
P
C
P
C
P
A
P
T
P
T

18.

Первичная структура ДНК

19.

Двойная спираль ДНК (модель Дж.
Уотсона и Ф. Крика, 1953 г.)
Две антипаралельные, комплементарные
полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг
общей оси.
Связи между цепями – водородные.
Антипаралельность – одна цепь 5´→3´,
вторая – 3´→5´.
Комплементарность:
А связывается с Т (2 водородные связи),
Г связывается с Ц (3 водородные связи).

20.

Двойная спираль ДНК

21.

22.

23.

Правила Чаргаффа
1) молярная доля пуринов равна молярной
доле пиримидинов: А+Г = Т+Ц.
2) 3) А = Т и Г = Ц.
4) коэффициент специфичности – отношение
Г+Ц/А+Т является важным для
характеристики вида.
• Для животных и большинства растений
этот коэффициент ниже 1 (от 0,54 до 0,94),
у микроорганизмов – от 0,45 до 2,57.

24.

Типы двойной спирали ДНК
Правозакрученные А, В.
Левозакрученная Z
Тип В двойной спирали ДНК:
Один виток (шаг спирали) –
10 пар нуклеотидов
• Высота – 3,4 нм
• Диаметр – 1,8 нм

25.

Типы двойной спирали ДНК

26.

• Следующий уровень компактизации и
суперспирализации ДНК осуществляется с
участием гистоновых и негистоновых
белков.
• Гистоны – основные белки (содержат много
Lys и Arg).
• 5 типов гистоновых белков – Н1, Н2А, Н2В,
Н3, Н4.

27.

Нуклеосомы
- 4 гистона образуют октамерный комплекс
(Н2А, Н2В, Н3, Н4)2, вокруг которого
накручивается двойная спираль ДНК,
совершая 1,75 оборота (146 пар
нуклеотидов).
• Между нуклеосомами имеется линкерная
ДНК (около 60 нуклеотидов), к которой
связывается гистон Н1.

28.

29.

Compactizarea
cromatinei
DNA
Firul de cromatină?
~ 1,000
30 nm Solenoid ~40 / 50
Nucleosoma
= оctamer de
histone
H2a, H2b, H3, H4
146 / 200 bp DNA
Compactizare
~10 ori
Cromosoma metafazică/
cromatina interfazică
~ 10,000

30.

Денатурация ДНК
• Обратимый процесс (ренатурация или
ренативация) – из-за комплементарности

31.

Гибридизация ДНК–ДНК

32.

Гибридизация ДНК–ДНК
используется для:
установления сходства или различия
первичной структуры разных образцов
ДНК:
• ДНК разных видов различаются.
• ДНК всех органов и тканей одного
вида идентичны.

33.

Гибридизация ДНК–РНК

34.

Типы и функции основных РНК
• транспортные РНК (тРНК) – транспорт
аминокислот.
• матричные РНК (мРНК) – являются матрицей
для синтеза белков.
• рибосомальные РНК (рРНК) – входят в
состав рибосом, участвуют в синтезе белка.

35.

Первичная структура РНК
– последовательность рибонуклеотидов в
полинуклеотидной цепи.
• Связи между нуклеотидами –
3´,5´-фосфодиэфирные связи.
• Направление полинуклеотидной цепи –
5´→3´.

36.

Различия в первичной структуре
РНК и ДНК
ДНК
Дезоксирибоза
A, G, C, T
РНК
Рибоза
A, G, C, U

37.

Транспортные РНК
Вторичная структура – «клеверный лист».
Короткие молекулы – 70-95 нуклеотидов.
Содержат много минорных оснований.
Образуют петли.
Третичная структура – буква «L».
Функция – транспорт и адаптация
аминокислот к соответствующему кодону
на мРНК в процессе биосинтеза белка.

38.

Транспортные РНК
• Акцепторный участок – содержит ЦЦАпоследовательность. Функция – связывание
аминокислоты.
• Антикодоновая петля – содержит триплет
нуклеотидов (антикодон), комплементарный
кодону на мРНК.
• Псевдоуридиловая петля – связывание к
рибосоме.
• Дигидроуридиловая петля – связывание
аминоацил-тРНК-синтетазы.

39.

Транспортные РНК
Акцепторный участок
Дигидроуридиловая
петля
Антикодоновая
петля
Псевдоуридиловая
петля

40.

Е.С. Северин, 2004; стр. 140-149