строение нуклеиновых кислот. Строение нуклеиновых кислот Нуклеопротеиды
 Скачать 1.24 Mb.
|
Строение нуклеиновых кислотНуклеопротеиды– сложные белки, небелковая часть которых представлена нуклеиновыми кислотами (РНК и ДНК); РНК и ДНК – полимеры, мономерами которых являются мононуклеотиды; белковую часть дезоксирибонуклеопротеидов составляют гистоны – специализированные основные белки Строение нуклеотидаазотистое основание + пентоза + РО43- нуклеозид нуклеотид N-гликозидная связь 3′5′-фосфодиэфирная связь Азотистые основаниянуклеотиды ДНК – аденин, гуанин, цитозин, тимин; нуклеотиды РНК – аденин, гуанин, цитозин, урацил Пентозынуклеотиды, в состав которых входит рибоза, называются рибонуклеиновыми нуклеотидами (мономер РНК); дезоксирибоза – дезоксирибонуклеиновые нуклеотиды (мономер ДНК) рибоза дезоксирибоза 3′5′-фосфодиэфирная связьв полинуклеотидах мононуклеотиды связаны 3′5′-фосфодиэфирной связью; между 3′-углеродным атомом пентозы одного мононуклеотида и фосфатным остатком другого мононуклеотида Водородные связивозникают между комплементарными азотистыми основаниями разных полинуклеотидных цепей: аденин и тимин гуанин и цитозин А = Т Г ≡ Ц Виды переноса генетической информацииДНК т-РНК и-РНК р-РНК белок репликация транскрипция трансляция Репликация ДНК– удвоение ДНК при участии ДНК-полимеразы; происходит в ядре в S-фазу клеточного цикла; предшествует делению клетки; ДНК-полимераза способна наращивать цепь ДНК только на 3´-конце; в репликации участвует около 20 различных ферментов; инициацию репликации регулируют факторы роста, гормоны, сигнальные молекулы Стадии репликации1) инициация – – разрушение водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями и расхождение нитей ДНК; 2) элонгация – – удлинение дочерних нитей, исключение праймеров; 3) терминация – – завершение образования двух дочерних нитей ДНК Инициацияначинается с расплетения участка ДНК → образуются репликативные вилки (с участием ДНК-хеликазы); у 3´-конца закрепляется РНК-праймер, на другой нити закрепляется несколько праймеров Элонгациясинтез дочерней нити ДНК начинается с участка РНК-праймера → → полимеризация мононуклеотидов, которые выстраиваются вдоль матрицы по принципу комплементарности с участием ДНК-полимеразы (активируется РНК-праймером); считывание информации идет от 3´-конца к 5´-концу (строится цепь 5´–3´) – лидирующая цепь (синтезируется на матричной нити ДНК); на генетической нити ДНК (отстающая цепь) синтезируются фрагменты ДНК-нити – фрагменты Оказаки Репликативная вилкаРепликативная вилкаТерминацияпроисходит отделение РНК-праймеров и ферментативное достраивание мононуклеотидами “брешей” в отстающей цепи ДНК; затем происходит ферментативная химическая модификация цепей ДНК (метилирование) и их укладка в хромосомы; одновременно репликация идет в нескольких участках “расплетенной” ДНК по всем направлениям – сайты репликации после отделения праймеров те последовательности обеих цепей ДНК с 3′-концов, с которыми были связаны праймеры, не могут быть реплицированы; поэтому при каждой репликации вновь образованная нить ДНК всегда короче исходной молекулы на длину теломеры (GGGTTA) – нереплицируемой последовательности мононуклеотидов (укорачивается при каждом репликативном цикле); при достижении критической длины цепей ДНК клетка перестает делится и наступает репликативная старость (в течение жизни клетка делится 50 – 60 раз); репликативная старость лежит в основе старения организма в эмбриональных клетках открыт фермент теломераза, который способен достраивать теломеры после репликации; стволовые клетки, вводимые в организм, обладают высоким репликативным потенциалом продолжительность клеточного цикла и его фаз зависит от типа клетки и регулируется белками циклинами; циклины инициируют и подавляют процессы через изменение скорости биосинтеза белков → → морфо – функциональная перестройка клетки; каждая фаза клеточного цикла управляется разными циклинами структура азотистых оснований и нуклеотидов может искажаться как в ходе репликации, так и вне ее (УФ-лучи, химические агенты); повреждения ДНК исправляются – репарация – с участием репаративных семейств ферментов, которые “вырезают” поврежденные участки → → образуются АП-сайты, в которых достраивается ДНК с “правильными” азотистыми основаниями и нуклеотидами; при недостаточности репаративных ферментов – мутации Механизмы защиты ДНК от поврежденийрепаративная система; кодирующая часть генома (несущая информацию о белке) составляет 10% от всего генома, что уменьшает вероятность реализации мутации через белки; не все мутации проявляются фенотипически; апоптоз мутированных клеток; мутации могут быть полезными Репаративная система включаетбелки – ферменты, распознающие ошибку; белки – ферменты, разрезающие в этом месте цепочку ДНК; ДНК-полимеразы, достраивающие нить; ДНК-лигазы, сшивающие нить и завершающие репарацию Апоптоз– процесс естественной смерти клетки вследствие усиления экспрессии ранее “молчавших” генов; морфологически проявляется прогрессирующей фрагментацией клеточных компонентов (включая ДНК) с образованием заключенных в мембраны апоптозных телец и их рецептор – опосредованный фагоцитоз; происходит гидролитический распад белков под действием протеаз (каспаз) и ДНК с помощью ДНКаз; эти ферменты не располагаются в лизосомах (в отличие от некроза, при котором функционируют лизосомальные ферменты) Апоптоз “включается”не только при нерепарируемых повреждениях ДНК, но и при: повреждении клеточных мембран (особенно митохондрий) (при оксидативном стрессе); потери связи эпителиоцита с базальной мембраной; репликативной старости высокодифференцированной клетки; действии на клетку негативного регулятора деления (действие ФНО на опухолевые клетки); ослаблении действия положительного регулятора (↓ продукции эстрогенов стимулирует апоптоз клеток эндометрия); Во всех этих случаях в клетке происходит активация белка Р53 белок Р53 – “молекулярный полицейский” (кодируется геном р53), который узнает “ошибки” в структуре ДНК; активирует ферменты, разрушающие циклины и задерживает переход клетки в S-фазу и репликацию и активирует ферменты репарации ДНК; если дефекты структуры ДНК не устранены, то вызывает гибель клеток, путем активации апоптоза: активирует биосинтез белков семейств Fos и Bax – активаторы каспаз усиливает биосинтез гликопротеида Fas/APO-1 – рецептор для макрофагов, фагоцитирующих апоптозные тельца; угнетает биосинтез белка Bcl-2 – ингибитор каспаз (препятствует входу в цитоплазму ионов Са2+, которые необходимы для активации каспаз); все эти белки – маркеры апоптоза; при мутации в гене р53 апоптоз не включается, происходит бесконтрольное деление клеток с поврежденной ДНК (онкология); противоопухолевая терапия (химиотерапия) направлена на активацию апоптоза в опухолевых клетках путем повреждения их ДНК Методы работы с генетическим материаломтрудности в изучении ДНК заключаются в следующем: молекулы ДНК животных и человека имеют большие размеры и их предварительно нужно “разрезать” с помощью рестриктаз (из бактерий); (рестриктазы “узнают” определенные последовательности и “разрезают” ДНК в определенных участках); количество ДНК невелико, поэтому необходим метод увеличения изучаемой ДНК in vitro – амплификация; таким методом является полимеразно-цепная реакция (ПЦР), которая позволяет амплифицировать ДНК и ее фрагменты в миллионы раз за несколько часов Метод ПЦР используют длядиагностики заболеваний (ВИЧ-инфекция, гепатиты А, В, С, D, ЦМВ-инфекция, токсоплазмоз, хламидиоз); ранней диагностики (до рождения) наследственных заболеваний; идентификации личности (в криминалистике); определения степени родства Метод ПЦРосуществляют в пробирке с помощью термостабильной ДНК-полимеразы при участии субстратов (нуклеотидов ДНК) и коротких олигонуклеотидных праймеров; праймеры – короткие, длиной 20 – 30 нуклеотидов одноцепочечные фрагменты РНК, комплементарные 3´-концевым последовательностям копируемой ДНК ПЦР протекает в несколько стадийденатурация – инкубационную смесь нагревают до 920С в термостате. Происходит разрушение слабых связей ДНК и из 1 двухцепочечной молекулы образуются 2 одноцепочечные; гибридизация – t0 снижают до 550С. Происходит гибридизация цепей ДНК с праймерами; полимеризация – инкубационную смесь нагревают до 720С. ДНК-полимераза удлиняет оба праймера с 3´-концов; Праймеры “дорастают” до размеров матрицы и в результате количество ДНК удваивается Метод ПЦРоснован на том, что первичная структура ДНК разных видов организмов различна; подбираются последовательности, характерные для ДНК возбудителей болезни и такие праймеры, которые будут гибридизоваться с ДНК возбудителя, а не с ДНК человека; в этом случае продуктом амплификации будет ДНК возбудителя, а не пациента |