4. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. Нуклеиновые кислотынуклеиновые кислоты
 Скачать 462.23 Kb.
|
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ Нуклеиновые кислоты — полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из: 1. Азотистого основания 2. Сахара 3. Остатка фосфорной кислоты Всего типов нуклеотидов 5: адениловый (нуклеотид с азотистым основанием Аденин), тимидиловый ( с Тимином), гуаниловый (с Гуанином), цитидиловый (с Цитозином), урациловый (с Урацилом) Аденин и Гуанин – пуриновые основания (производные пурина, имеют циклическое строение из двух колец), Тимин, Цитозин, Урацил – пиримидиновые основания (производные пиримидина, имеют циклическое строение из одного кольца). Правило Чаргаффа: количество пуриновых оснований (А и Г) равно количеству пиримидиновых (Т и Ц). Нуклеотиды двух цепочек ДНК соединяются между собой по принципу комплементарности (свойству азотистых оснований объединяться только в определенные пары из-за соответствия друг другу по химическому составу): (А – Т, Г –Ц) адениловый нуклеотид соединяется только с тимидиловым, а цитидиловый с гуаниловым если смотреть сразу на две цепочки ДНК, то в них кол-во А = Т, кол-во Г = Ц так как в РНК вместо тимидилового (Т) нуклеотида присутствует урациловый (У), то для взаимодействия цепи ДНК и РНК правило комплементарности: (А – Т, Г –Ц) Важно: в ДНК две цепочки между собой соединены водородными связями – между нуклеотидами А и Т - 2 водородные связи, между Г и Ц – 3 водородные связи когда на базе одной из цепочек ДНК строится РНК, то к адениловому (А) нуклеотиду комплементарно подстраивается не тимидиловый (Т) , а урациловый (У) внутри одной цепочки нуклеотиды соединяются друг с другом в цепь через остатки фосфорной кислоты и углевода. Фосфодиэфирная связь между 3’- углеродом (гидроксильной группой молекулы дезокисрибозы/рибозы ( 3’-ОН)) одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты в 5’положении сахара (5’-фосфатной группой (5’-РО3)) другого нуклеотида Из последнего пункта вытекает принцип антипараллельности: противоположная направленность двух нитей двойной спирали ДНК; одна нить имеет направление от 5' к 3', другая - от 3' к 5'. Так как ферменты, синтезирующие новые нити ДНК (ДНК-полимеразы), могут передвигаться вдоль матричных цепей лишь в одном направлении от 3'-конца к 5'-концу, в процессе репликации синтез новых цепей ДНК идет антипараллельно: первая (лидирующая, имеющая направление от 3'-конца к 5'-концу) дочерняя цепочка синтезируется непрерывно по мере раскручивания молекулы ДНК, а вторая (отстающая, имеющая направление - от 5' к 3') синтезируется фрагментами, которые затем сшиваются между собой специальным ферментом. После репликации каждая молекула ДНК содержит одну "материнскую" цепочку и вновь синтезированную "дочернюю" – это принцип полуконсервативности. РНК (рибонуклеиновая кислота) – одна полинуклеотидная цепь нуклеотидов (может иметь прямые и спиральные участки, образовывать петли). Масса РНК в несколько сот раз меньше чем масса ДНК ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – две спиральные полинуклеотидные цепи, соединенные друг с другом водородными связями и состоящие из десятков тысяч или миллионов мономеров РИБОнуклеотид ДЕЗОКСИнуклеотид 1. Один из четырех типов азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и урацил (У) 2. Пятиуглеродный моносахарид (углевод) - рибоза 3. Молекула фосфорной кислоты Внутри РНК нуклеотиды отличаются только азотистыми основаниями 1. Один из четырех типов азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) 2. Пятиуглеродный моносахарид (углевод) – дезоксирибоза 3. Молекула фосфорной кислоты Внутри ДНК нуклеотиды отличаются только азотистыми основаниями Функции РНК: Функции ДНК: 1. РНК - хранитель генетической информации у ретровирусов, выполняют у них функцию хромосом 2. Информационная/матричная (и-РНК/м- РНК) – 5% от всех РНК клетки - "копирует" и переносит информацию о первичной структуре белка (последовательности аминокислот) и следовательно функциях белков от ДНК к месту синтеза белков на рибосомах в цитоплазме 3. Транспортная (т-РНК) – 10% от всех РНК клетки - переносит аминокислоты из цитоплазмы к месту синтеза белка на рибосомы и осуществляет точную ориентацию аминокислоты (по принципу комплементарности) 4. Рибосомная (р-РНК) – 85% от всех РНК клетки - синтезируется на участках ДНК хромосом, расположенных в ядрышке, а содержится в рибосомах. В комплексе с белками образует рибосомы (органоиды клетки, на которых синтезируются белки) 1. Хранение наследственной информации (в форме хроматина – деспирализованная цепь ДНК в комплексе с белками-гистонами, после спирализации образует хромосомы; наследственная информация закодирована в генетическом коде – последовательности нуклеотидов) 2. Воспроизведение наследственной информации ( биосинтез белка (транскрипция и трансляция) – это и есть воспроизведение генетической информации). Последовательность нуклеотидов ДНК определяет (кодирует) первичную структуру белков организма 3. Передача наследственной информации следующим поколениям (при делении клеток происходит репликация ДНК, так, что у дочерних клеток получаются копии генетического материала). Эти последовательности индивидуальны и для каждого вида организмов и для отдельных особей Реакции матричного синтеза – "старая" цепочка нуклеиновой кислоты является матрицей для синтеза "новой" = порядок нуклеотидов в "старой" цепочке определяет порядок нуклеотидов в "новой". Матричные реакции: репликация ДНК (матрица – одна из цепочек ДНК (называется материнской), строится на матрице дочерняя цепочка ДНК) транскрипция (матрица – транскрибируемая цепочка ДНК, строится на матрице РНК (тРНК, рРНК, иРНК) обратная транскрипция (матрица РНК вируса, строится на матрице ДНК вируса) трансляция (матрица иРНК, строится на матрице молекула белка) Репликация (удвоение/редупликация) ДНК Принципы: антипараллельности полуконсервативный комплементарности Что это? Синтез дочерней ДНК на матрице исходной молекулы ДНК (материнской) Зачем? Перед делением клетки содержащаяся в её ядре ДНК удваивается, чтобы генетического материала хватило на две дочерние клетки Процесс репликации: 1. Двойная спираль ДНК раскручивается и водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями А-Т и Г-Ц разрываются. 2. Образуется репликационная вилка. 3. Цепочки нуклеотидов расходятся и к каждой из них по принципу комплементарности подстраиваются нуклеотиды (ферментом ДНК-полимеразой). 4. После этого происходит спирализация - образование двух молекул ДНК из одной. В итоге после репликации каждая молекула ДНК содержит одну "материнскую" цепочку и вновь синтезированную "дочернюю" АТФ (аденозинтрифосфат) — нуклеотид (не полимер!!!) АТФ как нуклеотид состоит из: 1. азотистого основания (аденина) 2. моносахарида (рибозы) 3. трех фосфорных кислот (это отличие от нуклеотидов ДНК и РНК, там по одной фосфорной кислоте) АТФ имеет две макроэргические связи, которые обозначаются волнистой чертой (). Если энергия простой связи примерно 13 кДж, то макроэргической 30,6 кДж! АТФ – универсальный источник энергии в клетке. При расщеплении выделяется энергия на процессы жизнедеятельности и биосинтеза в клетке. При гидролизе: 1. Отделяется один остаток фосфорной кислоты (Н3РО4): аденозинтрифосфат АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ) и от разрыва одной макроэргической связи выделяется 30,6 кДж энергии 2. Если расщепление продолжается и отрывается еще один остаток, то получается аденозинмонофосфат (АМФ) и также выделяется еще 30,6 кДж энергии 3. Так как макроэргических связей только две, при отрыве еще одного остатка фосфорной кислоты выделяется только 13 кДж Сравнение энергетической ценности. При расщеплении 1 грамма: 1. АТФ 40 - 60 кДж 2. Углеводов выделяется 17,6 кДж 3. Жиров выделяется 38,9 кДж энергии 4. Белков - 17,6 кДж Наследственность – способность организма передавать свои признаки из поколения в поколение Изменчивость – приобретение организмом (дочерним) новых признаков и свойств, отличных от признаков родительских форм. Наследственная (генотипическая) изменчивость НАСЛЕДУЮТСЯ Ненаследственная (модификационная) изменчивость НЕ НАСЛЕДУЮТСЯ Связана с изменениями генотипа. Генотип – совокупность генов, кодирующих все признаки организма определенного вид. Возникают у отдельных особей. Связана с изменениями фенотипа. Под влиянием среды (температура, влажность, освещение, пища). Возникает из-за смены условий существования вида, она затрагивает изменения только фенотипа, поэтому по наследству не передается. При возвращении прежних условий среды, вновь приобретенные признаки исчезают. Фенотип – совокупность всех внешних признаков организма (морфологических, физиологических, биохимических, гистологических, анатомических, поведенческих). Обладает НОРМОЙ РЕАКЦИИ (смотри ниже) Мутационная Комбинативная Обусловлена мутациями (про мутации смотри ниже) Из-за кроссинговера в профазе мейоза 1, случайного расхождения хромосом в анафазе 1 и случайного сочетания хромосом при оплодотворении Норма реакции – это предел проявления модификационной изменчивости организма при неизменном генотипе. Широкая норма реакции имеет место в том случае, когда под влиянием факторов внешней среды признак изменяется в широких пределах. Это большинство количественных признаков: удойность молока, урожайность пшеницы, масса тела человека, высота тополя. Узкая норма реакции имеет место в том случае, когда под влиянием факторов внешней среды признак изменяется в узких пределах. Это большинство качественных признаков (цвет глаз, шерсти, расовая принадлежность, группа крови), а также такие стабильные количественные признаки, как количество пальцев на руках у человека, количество и строение глаз, ушей, окраска и форма крыльев Мутации – изменения генетического материала: внезапные, приводящие к изменению тех или иных признаков организма стойкие и наследуемые (то есть такие, которые могут быть унаследованы дочерними клетками и потомками организма), естественные или вызванные искусственно. Классификации мутаций По отношению к типу клеток По причинам возникновения По степени приспособленности По характеру изменений в генотипе Генеративные Соматические Спонтанные (естественные) Индуцированные (искусственные) Полезные Вредные Нейтральные Генные Хромосомные Геномные Расшифровка классов мутаций: 1. Генеративные – мутации в половых клетках, наследуются 2. Соматические – мутации в соматических клетках, не наследуются (за исключением организмов, размножающихся вегетативно частями тела 3. Спонтанные (естественные) – возникающие в природе без вмешательства человека (например, ошибки при репликации ДНК)\ 4. Индуцированные (искусственные) – вызываемые специальным химическим или радиационным воздействием 5. Генные (точечные) – изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК (самые распространенные) Это влияет на синтез аминокислот и на структуру белков: Замена Выпадение Добавление нуклеотидов в молекуле ДНК Примеры таких мутаций: муковисцидоз, гемохроматоз, адреногенитальный синдром, фенилкетонурия, нейрофиброматоз, миопатии Дюшенна-Беккера, альбинизм, серповидно-клеточная анемия 6. Хромосомные – перестройка хромосом. Можно обнаружить в микроскоп: Делеция – утрата участка хромосомы Дупликация – удвоение участка хромосомы Инверсия – поворот отдельного участка хромосомы на 180 градусов Транслокация – обмен участками между негомологичными хромосомами. В результате изменяются группы сцепления и нарушается гомологичность хромосом Транспозиция – перемещение участка внутри одной хромосомы Примеры таких мутаций: синдром Вольфа-Хиршхорна, синдром «кошачьего крика», болезнь частичной трисомии по короткому плечу хромосомы 7. Геномные – связаны с изменением числа хромосом: Полиплоидия – кратное увеличение гаплоидного набора хромосом в клетке. Возникает из-за: разрушение веретена деление во время митоза или мейоза, выпадении цитокинеза, отсутствия редукционного деления во время мейоза Анеуплоидия – увеличение числа хромосом, не кратное гаплоидному.Избыток или недостаток хромосом в одной гомологичной паре. Возникают из-за: нарушения конъюгации (хромосомы не расходятся и в одну гамету попадают обе гомологичные хромосомы, а в другую ни одной. Например, появление лишней хромосомы в 21-ой паре - синдром Дауна (слабоумие). Почему возникают мутации? Мутагены – факторы, вызывающие мутации у живых организмов Мутагенные факторы среды: 1. Физические (излучения, температура) 2. Химические (токсичные вещества): формальдегид, свинец, бензапирен 3. Биологические (вирусы) Общие свойства мутагенов: 1. Универсальность – способность вызывать мутации во всех живых организмах 2. Отсутствие нижнего порога – способность вызывать мутации даже при очень малых дозах 3. Спонтанность – ненаправленность возникновения мутации |