шпаргалка по био. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. Нуклеиновые кислоты. Структура и функции рнк и днк справочный материал нуклеиновые кислоты
![]()
|
1 2
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ РНК И ДНК СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ Это гетерополимеры, мономерами которых служат нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты, пятиуглеродпого сахара (рибозы или дезоксирибозы) и азотистого основания. Азотистые основания могут быть производными пурина (пуриновые основания - аденин и гуанин) или пиримидина (пиримидиновые основания - цитозин, тимин и урацил). В молекуле пуринов имеется два кольца, в молекуле пиримидинов - одно. В молекуле азотистого основания атомы углерода пронумерованы, в молекуле пентозы они обозначены цифрами с одним штрихом. В рибозе, в отличие от дезоксирибозы, с атомом 2’ связана ОН-группа. В результате присоединения азотистого основания к атому 1’ пентозы образуется нуклеозид. При присоединении к атому 5’ пентозы остатка фосфорной кислоты формируется нуклеотид. Адениловый нуклеотид содержит аденин, гуаниловый - гуанин, тимидиловый - тимин, цитидиловый - цитозин, уридиловый - урацил. Между пуриновыми и пиримидиновыми азотистыми основаниями могут образовываться водородные связи. Пары нуклеотидов с такими азотистыми основаниями называются комплементарными. Аденин комплементарен тимину и урацилу, гуанин - цитозину. Между гуанином и цитозином образуются три водородные связи, аденином и тимином или урацилом - две связи. Благодаря комплементарному взаимодействию азотистых оснований удерживаются вместе две нити ДНК и образуются петли в молекулах РНК. Нуклеотиды не только служат мономерами нуклеиновых кислот, но и входят в состав коферментов (НАД", НАДФ+, ФАД, ко-А, цАМФ), АТФ и сходных с ней производных нуклеотидов (ГТФ, ЦТФ). АТФ АТФ - аденозинтрифосфат. Молекула АТФ состоит из пуринового азотистого основания аденина, пятиуглеродного сахара рибозы и трех фосфатных групп. Богатую энергией связь между остатками фосфорной кислоты называют макроэргической. Под влиянием специфических ферментов АТФ может гидролизоваться с образованием АДФ и остатка фосфорной кислоты Фн. При этом выделяется около 30.6 кДж энергии на моль АТФ. Отщепление второй фосфатной группы дает столько же энергии, отщепление третьей - только 13.8 кДж/моль. Значение АТФ. АТФ - стандартная единица, в виде которой запасается энергия, высвобождаемая при окислении органических веществ. АТФ - постоянный источник энергии для клетки. Он мобилен и может доставлять химическую энергию в любую часть клетки. АТФ содержится во всех живых клетках и является универсальным носителем энергии. АТФ действует как связующее звено между процессами расщепления и синтеза. Из АДФ путем присоединения остатка фосфорной кислоты снова синтезируется АТФ, при этом, конечно, поглощается энергия ( 40 КДж/моль). РНК. РНК (рибонуклеиновая кислота) - это полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Нуклеотиды РНК состоят из пятиуглеродного сахара рибозы, остатка фосфорной кислоты и азотистого основания - цитозина, гуанина, аденина или урацила. Транспортную (т-РНК), состоящую из 80 - 100 нуклеотидов, содержащуюся в основном в цитоплазме клетки. Функция - перенос аминокислот к месту синтеза белка (в рибосомы). Полинуклеотидная цепь т-РНК образует три петли. т-РНК имеет два активных центра - один из них соединяется с определенной аминокислотой, другой находится на вершине средней петли, состоит из 3 нуклеотидов и служит для комплементарного соединения с молекулой и-РНК (антикодон). Рибосомную (р-РНК), состоящую из 3-5 тысяч нуклеотидов, составляющих основу рибосомы Информационную (и-РНК), содержащуюся в ядре и цитоплазме. Функция - перенос информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Размер и-РНК зависит от длины участка ДНК, на котором они синтезированы (от 300 до 30 000 нуклеотидов). фермент эндонуклеаза "узнает" поврежденный участок ДНК; эндонуклеаза разрезает одну нить молекулы ДНК вблизи повреждения; фермепт окзонуклеаза вырезает поврежденный участок нити ДНК; фермент ДНК-полимераза проводит матричный синтез новой цепи (репаративную репликацию); фермент лигаза соединяет новообразованный участок с нитью ДНК. Пострепликативная репарация. Часть поврежденной ДНК не успевает репарироваться путем фотореактивации или эксцизии до репликации. В этом случае происходит пострепликативная репарация. При репликации поврежденный участок не может использоваться в качестве матрицы. Репликация вынуждена пропустить этот участок, оставляя брешь в дочерней нити. Таким образом, образующиеся дочерние молекулы ДНК различны по природе. Одна из них содержит неповрежденную родительскую цепь и нормальную дочернюю комплементарную цепь. Другая имеет родительскую цепь, несущую повреждение, и дочернюю цепь с брешью. Пострепликативная репарация происходит путем рекомбинации (обмена фрагментами) между дочерней, имеющей брешь, нитью и соответствующей ей нормальной материнской нитью другой молекулы. Образовавшийся в материнской цепи пробел может быть застроен обычным путем репаративного синтеза на комплементарной ей нормальной дочерней цепи. Поврежденный участок далее может быть исправлен путем фотореактивации или эксцизионной репарации. ![]() Задание 1. Задание 2. Нарисуйте схему строения молекулы АТФ. ![]() ![]() СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Синтез белка осуществляется в два этапа: Транскрипция Трансляция Транскрипция - это синтез РНК на матрице ДНК. У эукариот происходит в ядре, у прокариот - в цитоплазме. В процессе транскрипции строится |^комплементарная копия одной из нитей ДНК (смысловой нити). В результате транскрипции синтезируются информационные (матричные), рибосомные и транспортные РНК. Транскрипцию осуществляет фермент РНК-полимераза. У эукариот транскрипцию осуществляют 3 разные РНК-полимеразы. , / РНК-полимераза I синтезирует рРНК, V РНК-полимераза II синтезирует иРНК, РНК-полимераза III синтезирует тРНК, 5SpPHK, малые ядерные РНК. РНК- полимераза связывается с молекулой ДНК в области промотора. Промотор - это участок ДНК, отмечающий начало транскрипции. Он расположен перед структурным геном. Присоединившись к промотору, РНК-полимераза раскручивает участок двойной спирали ДНК и разделяет комплементарные цепи. Одна из двух цепей - смысловая - служит матрицей для синтеза РНК. Нуклеотиды РНК комплементарны нуклеотидам смысловой цепи ДНК. Транскрипция идет от 5’-конца молекулы к ее З’-концу. РНК-полимераза отделяет синтезированный участок РНК от матрицы и восстанавливает двойную спираль ДНК. Тряцекри! 1лгист nprwin '[жяртгя до тех пор, пока РНК-полимераза не дойдет до терминатора. Терминатор - это участок ДНК, обозначающий конец транскрипции. Достигнув терминатора, РНК - полимераза отделяется и от матричной ДНК и от новосинтезированной молекулы РНК. Транскрипция делится на три этапа: инициацию, элонгацию и терминацию. 'Инициация - это присоединение РНК-полимеразы и помогающих ей белков- факторов транскрипции к ДНК и начало их работы. Элонгация - это наращивание полинуклеотидной цепи РНК. Терминация - окончание синтеза молекулы РНК. У прокариот новосинтезированные молекулы иРНК на 5’-конце имеют неинформативный участок, за которым следует инициирующий кодон АУГ, обозначающий начало трансляции. Далее находится информативный участок, на котором записана информация о структуре белка. За ним следует стоп-кодон (любой из трех: УАА, УАГ или УГА), определяющий конец трансляции. На 3’- коице находится концевая неинформативная последовательность. У эукариот новосинтезированная иРНК претерпевает посттранскрипционные изменения - процессинг. К 5’-концу пре-иРНК присоединяется кэп - метилированный гуанозинтрифосфат. К З’-концу присоединяется фрагмент, состоящий из 100-300 адениловых нуклеотидов - поли-А последовательность. Копирование (присоединение кэп) и полиаденилирование (присоединение поли-А последовательности) происходит в ядре в момент окончания синтеза иРНК. В результате образуется пре-иРНК, которая имеет следующее строение: на 5’-конце находится кэп, за ним неинформативная последовательность, инициирующий кодон АУГ, далее - отрезок, где информативные участки - экзоны - чередуются с неинформативными - нитронами. Этот отрезок заканчивается стоп-кодоном, за которым идет неинформативная последовательность и поли-А последовательность. У эукариот в ядре происходит сплайсинг - вырезание нитронов и сшивание экзонов. В результате процессинга формируется зрелая иРНК, которая через ядерные поры выходит из ядра в цитоплазму. В цитоплазме происходит трансляция. Трансляция - это процесс синтеза полипептидной цепи, проходящей на рибосоме. Трансляция происходит в цитоплазме. В эукариотических клетках рибосомы могут лежать в цитоплазме или могут прикрепляться к мембранам ЭПР. Рибосома состоит из двух субъединиц: большой и малой. Субъединицы построены из рРНК и белков. Прокариоты имеют рибосомы меньшего размера, чем эукариоты. Прокариотические рибосомы имеют константу седиментации 70S, эукариотические - 80S. Эукариоты в митохондриях и в пластидах имеют рибосомы 70S. Неактивная рибосома находится в цитоплазме в диссоциированном виде. Активная рибосома собирается из двух субъединиц, и при этом в ней образуются активные центры, в том числе - аминоацильный и пептидильный. В аминоацильном центре происходит взаимодействие кодона иРНК и антикодона тРНК. По антикодону узнается транспортная РНК, которая несет аминокислоту, зашифрованную кодоном. В пептидильном центре происходит образование пептидной связи. Транспортные РНК, доставляющие аминокислоты в рибосомы, всегда специфичны, т.е. одна тРНК может переносить только одну определенную аминокислоту. Это аминокислота зашифрована кодоном, которому комплементарен антикодон тРНК. Фермент аминоацил-тРНКсинтетаза активирует свободные аминокислоты и катализирует процесс присоединения аминокислот к соответствующим тРНК с образованием комплексов— аминоацил тРНК. В процессе трансляции рибосома переводит последовательность нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи. Трансляция дёлится на три этапа: инициация, элонгация и терминация. Инициация - это сборка рибосомы на инициирующем кодоне иРНК и начало ее работы. Инициация начинается с того, что с иРНК соединяется малая субъединица рибосомы и тРНК, несущая метионин, который соответствует инициирующему кодону АУГ. Затем к этому комплексу присоединяется большая субъединица. В результате инициирующий кодон оказывается^ пептидильном центре риоосомы, а в аминоацильном центре находится первый значащий кодон. К нему подходят различные тРНК, а останется в рибосоме только та тРНК, антикодон которой комплементарен кодону. Между комплементарными нуклеотидами кодона и антикодона образуются водородные связи. В итоге в рибосоме с иРНК оказываются временно связаны две тРНК. Каждая тРНК принесла в рибосому аминокислоту, зашифрованную кодоном иРНК. Между этими аминокислотами образуется пептидная связь. После этого тРНК, принесшая метионин, отделяется от своей аминокислоты и от иРНК и уходит из рибосомы. Рибосома перемещается на один триплет от 5’-конца к З’-концу иРНК. Элонгация - это процесс наращивания полипептидной цепочки. В аминоацильный центр рибосомы будут подходить различные тРНК. Процесс узнавания тРНК и процесс формирования пептидной связи будет повторятся до тех пор, пока в аминоациальном центре рибосомы не окажется стоп-кодон. Терминация - это завершение синтеза полипептида и диссоциация рибосомы на две субъединицы. Существует три стоп-кодона: УАА, УАГ и У ГА. Когда один из них оказывается в аминоацильном центре рибосомы, с ним связывается белок - фактор терминации трансляции. Это вызывает распад всего комплекса. СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ПРОКАРИОТ. ГИПОТЕЗА ОПЕРОНА I У прокариот известно несколько механизмов регуляции экспрессии генов: изменение дозы генов, регуляция на уровне транскрипции, посттрансляционная модификация полипептидов и т.д. Наиболее распространена регуляция на уровне транскрипции, которая по сравнению с другими способами регуляции очень экономна. В 1961 французские ученые Франсуа Жакоб, Жак Люсьен Моно и Андре Мишель Львов предложили гипотезу оперона, объясняющую регуляцию синтеза белков на уровне транскрипции у прокариот. Оперон - это совокупность тесно сцепленных структурных генов прокариот вместе с участком-оператором, регулирующим их транскрипцию. Структурные гены несут информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции. К оперону также относятся регуляторные участки: промотор и терминатор, которые участвуют в управлении транскрипцией. Промотор - это участок ДНК, определяющий начало транскрипции. С промотором связывается РНК-полимераза, которая затем продвигается вдоль ДНК, синтезируя молекулу РНК. Терминатор - это участок ДНК, обозначающий окончание транскрипции. РНК- полимераза, дойдя до терминатора, заканчивает транскрипцию и покидает ДНК. Оператор - это участок ДНК, с которым может специфически связываться белок- репрессор. Информацию о белке-репрессоре содержит ген-регулятор, который не входит в состав оперона. Связавшись с оператором, репрессор останавливает транскрипцию, т.к. препятствует продвижению РНК-полимеразы вдоль ДНК. Когда оперон активен, РНК-полимераза транскрибирует все структурные гены на одну молекулу иРНК. Информационная РНК, содержащая несколько генов, называется полицистронной. 1 2 |