Биология клетки. 1. Макромолекулярная структура днк. Модель УотсонаКрика. Днк это
 Скачать 148.33 Kb.
|
|
1. Макромолекулярная структура ДНК. Модель Уотсона-Крика. ДНК - это дезоксирибонуклеиновая кислота, которая обеспечивает сохранность и передачу генетической информации. ДНК состоит из нуклеотидов, в состав которых входят сахар — дезоксирибоза, фосфат и одно из азотистых оснований — пурин (аденин или гуанин) либо пиримидин (тимин или цитозин). Особенностью структурной организации ДНК является то, что ее молекулы включают две полинуклеотидные цепи, связанные между собой определенным образом. В соответствии с трехмерной моделью ДНК, предложенной в 1953 г. американским биофизиком Дж. Уотсоном и английским биофизиком и генетиком Ф. Криком, эти цепи соединяются друг с другом водородными связями между их азотистыми основаниями по принципу комплементарности. Аденин одной цепи соединяется двумя водородными связями с тимином другой цепи, а между гуанином и цитозином разных цепей образуются три водородные связи. Такое соединение азотистых оснований обеспечивает прочную связь двух цепей и сохранение равного расстояния между ними на всем протяжении.  Рис. 1 Схема строения молекулы ДНК. Стрелками обозначена антилараллельность целей Кроме того, установлено, что азотистые основания, имеющие ароматическую структуру, в водном растворе располагаются один над другим, формируя как бы стопку монет. Такой процесс формирования стопок из органических молекул называется стекинг. Полинуклеотидные цепи молекулы ДНК рассматриваемой модели Уотсона-Крика имеют аналогичное физико-химическое состояние, их азотистые основания располагаются в виде стопки монет, между плоскостями которых возникают ван-дер-ваальсовы взаимодействия (стекинг-взаимодействия). Другой важной особенностью объединения двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК является их антипараллельность: 5'-конец одной цепи соединяется с 3'-концом другой, и наоборот (рис. 1). Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекула ДНК, состоящая из двух цепей, образует спираль, закрученную вокруг собственной оси. Диаметр спирали составляет 2 нм, длина шага — 3, 4 нм. В каждый виток входит 10 пар нуклеотидов. Чаще всего двойные спирали 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 ее биологическое значение, пока не установлено (рис. 2).  Рис. 2 Пространственные модели левоэакрученной Z-формы (I) и правозакрученной В-формы (II) ДНК Таким образом, в структурной организации молекулы ДНК можно выделить первичную структуру —полинуклеотидную цепь, вторичную структуру—две комплементарные друг другу и антипараллельные полинуклеотидные цепи, соединенные водородными связями, и третичную структуру — трехмерную спираль с приведенными выше пространственными характеристиками. 3. Молекулярная организация генов прокариот. Гены прокариот состоят из двух основных элементов: регуляторной части и собственно кодирующей части (рис. 27). Регуляторная часть обеспечивает первые этапы реализации генетической информации, а кодирующая часть содержит информацию о структуре полипептида, тРНК, рРНК. У прокариот структурные гены, кодирующие белки одноо метаболического пути, часто бывают объединены и называются опероном. Так, например, в лактозном опероне E. coli содержится 3 структурных гена. Для биосинтеза аминокислоты гистидин требуется 9 ферментов и ее оперон содержит 9 структурных генов.  Гены, кодирующие белки, обычно содержат на 5'- и 3'- концах гена или оперона нетранслируемые последовательности (5' – НТП и 3' – НТП), которые играют важную роль в стабилизации иРНК. Гены тРНК и рРНК отделены друг от друга спейсерами (от англ. – spacer – распорка), т.е. последовательностями, которые вырезаются в ходе их созревания (процессинга)(рис. 27). В целом структура оперона включает: промотор, оператор, структурные гены, терминатор. П - Промотор – это регуляторный участок ДНК, который служит для присоединения РНК-полимеразы к молекуле ДНК. С- Оператор – это регуляторный участок ДНК, который способен присоединять белок-репрессор, который кодируется соответствующим геном. Если репрессор присоединен к оператору, то РНК-полимераза не может двигаться вдоль молекулы ДНК и синтезировать мРНК. Т- Терминатор – это регуляторный участок ДНК, который служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза мРНК. Транскрипция группы структурных генов, регулируется двумя элементами – геном-регулятором и оператором. Оператор часто локализуется между промотором и структурными генами; ген-регулятор может локализоваться рядом с опероном или на некотором расстоянии от него. Если продуктом гена-регулятора является белок-репрессор, его присоединение к оператору блокирует транскрипцию структурных генов, препятствуя присоединению РНК-полимеразы к специфичному участку – промотору, необходимому для инициации транскрипции. Напротив, если белком-регулятором служит активный апоиндуктор, его присоединение к оператору создает условия для инициации транскрипции. В регуляции работы оперонов участвуют также низкомолекулярные вещества – эффекторы, выступающие как индукторы либо корепрессоры структурных генов, входящих в состав оперонов. Опероны по количеству цистронов делят на моно-, олиго- и полицистронные, содержащие, соответственно, только один, несколько или много цистронов (генов). Тест 1: 1. Что такое ДНК? ДНК - это дезоксирибонуклеиновая кислота, которая обеспечивает сохранность и передачу генетической информации. 2. Что входит в состав нуклеотидов? сахар — дезоксирибоза, фосфат и одно из азотистых оснований — пурин (аденин или гуанин) либо пиримидин (тимин или цитозин). 3. Назовите особенности структурной организации ДНК молекула включает 2 полинуклеотидные цепи, связанные определенным образом; антипараллельность цепей ДНК 4. В каком году Уотсон и Крик предложили 3-мерную модель ДНК? в 1953 г. 5. Какими связями соединяются азотистые основания и по какому принципу? П. комплементарности, водородными связями и ванн-дер-вальсовыми. 6. В какой форме чаще всего находится молекула ДНК? в правозакрученной В-форме. 7.Какие структурные организации выделяют в ДНК? первичную, вторичную и третичную. 8._______располагаются в виде стопок монет, между плоскостями которых возникают ван-дер-ваальсовы взаимодействия. азотистые основания 9. Диаметр спирали составляет _____. 2 нм. 10. Верно ли утверждение: спирали ДНК всегда правозакрученные? Нет. Тест 2: 1. Из каких частей состоят гены прокариот? регуляторная и кодирующая части. 2. что обеспечивает Первые этапы реализации генетической информации? регуляторная часть. 3. Информация о структуре полипептида содержится в ____. в кодирующей части. 4. Что такое оперон? структурные гены, кодирующие белки одноо метаболического пути, часто бывают объединены. 5. Спайсер – это … участки нетранскрибируемой ДНК, расположенные между тандемно повторяющимися генами. 6. Верно ли утверждение: промотер - это регуляторный участок ДНК, который способен присоединять белок-репрессор, который кодируется соответствующим геном. Если репрессор присоединен к оператору, то РНК-полимераза не может двигаться вдоль молекулы ДНК и синтезировать мРНК? нет 7. Верно ли утверждение: Терминатор – это регуляторный участок ДНК, который служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза мРНК? да 8. Где локализуется оператор? между промотером и структурными генами 9. Если продуктом гена-регулятора является белок-репрессор, его присоединение к оператору, то…. блокируется транскрипция структ. генов 10. Низкомолекулярные вещества участвую в регуляции …. оперонов. |