Вторичная структура ДНК. Правила Чартгоффа

Вторичная структура ДНК характеризуется правилом Э. Чаргаффа (закономерность количественного содержания азотистых оснований):

1. У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны:

А+ Г = Ц + Т или (А + Г)/(Ц + Т)=1.

2. В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +Ц) равно количеству оснований с кетогруппами (Г + Т):

А +Ц= Г + Т или (А +Ц)/(Г + Т)= 1

3. Правило эквивалентности, т.е. А=Т, Г=Ц; А/Т = 1; Г/Ц=1.

4. Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности:

(Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных он меньше 1, колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98 (АТ-тип ДНК), у микроорганизмов он больше 1 (ГЦ-тип ДНК).

На основании данных рентгеноструктурного анализа и правил Чаргаффа, в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф.Криком предложена модель вторичной структуры ДНК в виде двойной спирали

28.Основные функции т РНК, м РНК, р РНК. Структура и функции РНК.

В отличие от ДНК, молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи, которая спирализована сама на себя, т.е. образует всевозможные «петли» и «шпильки» за счет взаимодействий комплементарных азотистых оснований (вторичная структура). У некоторых вирусов встречаются двуцепочечные РНК, которые несут генетическую информацию аналогично ДНК.

Существуют:

1 – матричные РНК (мРНК);

2 – рибосомные РНК (рРНК);

3 – транспортные РНК (тРНК).

Рибосомные РНК. На долю рРНК приходится 80-90% клеточной РНК. Локализованы в рибосомах, в комплексе с рибосомными белками. Рибосомы состоят из двух частей и представляют собой нуклеопротеины, состоящие из рРНК и белка в соотношении 1:1 (для эукариот) и 2:1 (для прокариот).

Биологическая роль рРНК – являются структурной основой рибосом, взаимодействует с мРНК и тРНК в процессе биосинтеза белка, принимает участие в процессе сборки полипептидной цепи.

У эукариот обнаружено 4 типа рРНК с различным коэф. седиментации: 18S(в малой части рибосомы), а 28S, 5,8S и 5S (сведбергов) – в большой части рибосомы.. Они различаются молекулярной массой (35 000-1 600 000) и локализацией в рибосомах.

Вторичная структура рРНК характеризуется спирализацией цепи самой на себя, третичная – ее компактной укладкой.

Матричные РНК. Матричная РНК составляет 2-3% от всей клеточной РНК, синтезируется мРНК в ядре клетки на матрице ДНК (процесс транскрипции), переписывая с нее генетическую информацию по принципу комплементарности.

ДНК -А-Т-Г-Ц-

ДНК -Т-А-Ц-Г-

мРНК -А-У-Г-Ц-

Затем мРНК поступают в цитоплазму, соединяются с рибосомой и выполняют роль матрицы для биосинтеза белка. Каждой аминокислоте соответствует в мРНК определенная тройка (триплет) нуклеотидов, называемая кодоном этой аминокислоты. Последовательность кодонов в цепи мРНК определяет последовательность аминокислот в белке. Всего может быть 64 кодона. Из них 61 кодон кодирует аминокислоты, а 3 кодона – кодоны терминаторы (терминирующие), которые обозначают окончание белкового синтеза. Существуют также инициирующие кодоны, которые соответствуют первой аминокислоте в белке и чаще всего соответствуют аминокислоте метионину.

Поскольку мРНК несет наследственную информацию о первичной структуре белка, нередко ее называют информационной РНК (иРНК). Каждый отдельный белок, синтезируемый в клетке, кодируется определенной «своей» мРНК или ее участком. мРНК образует несколько двуспиральных «шпилек», на концах которых располагаются знаки (например, ААУААА) инициации (начала синтеза белка) и терминации (окончания синтеза белка).

Т.о. информация о строении белка закодирована в ДНК с помощью генетического кода, который является линейным, непрерывным, триплетным, выражденным. Он является универсальным.

Молекулярный вес мРНК варьирует в широких пределах от 35 000 до нескольких млн. мРНК ранее считались короткоживущими РНК. Для микроорганизмов время жизни мРНК несколько секунд или минут. Но для эукариот – оно может составлять от нескольких часов до нескольких недель.

Транспортная РНК. Составляют 10-20% клеточной РНК.

Функции тРНК:

1 - связывают аминокислоты и транспортируют их в рибосому, где происходит синтез белка;

2 – кодируют аминокислоты;

3 – Расшифровывают генетический код.

Содержатся в цитоплазме. Молекулярный вес от 22 000 до 27 000. Всего существует свыше 60 тРНК.

Каждая тРНК может переносить только 1 строго определенную аминокислоту.

тРНК именуются по названию аминокислот. Например, аланиновая тРНК. тРНК, связывающие одну и ту же аминокислоту, называют изоакцепторными и нумеруют: тРНК₁^вал, тРНК₂^вал и т.д.

тРНК содержат много минорных нуклеиновых остатков (около 10%). Они обеспечивают защиту тРНК от действия рибонуклеаз (ферментов), специфичность взаимодействия с переносимой аминокислотой и т.д.

Вторичная структура всех тРНК имеет форму «клеверного листа». В его составе различают:

1. акцепторный стебель – к нему присоединяется аминокислота.

2. Псевдоуридиловая петля – используется для связи тРНК с рибосомой.

3. Дополнительная петля – назначение неизвестно.

4. Антикодоновая петля – содержит антикодон (триплет нуклеиновых остатков, которые комплементарны кодону мРНК, с его помощью тРНК соединяется с мРНК);

5. Дигидроуридиновая петля – обеспечивает связывание тРНК со специфическим ферментом (аминоацил-тРНК-синтетазой), который соединяет аминокислоту с тРНК .

Стабилизируется вторичная структура водородными связями между комплементарными основаниями.

Третичная структура тРНК имеет неправильную Г-образную форму. стабилизирована водородными и др. связями.

Этапы репликации:

1) инициация,

2) элонгация,

3) терминация.

Субстратами и источниками энергии, необходимы­ми для репликации, являются д-АТФ, д-ГТФ, д-ЦТФ, д-ТТФ, матрицей — двухспиральная молекула ДНК.

Ферментами репликативного комплекса являются ДНК-полимераза, ДНК-лигаза, эндонуклеаза, ДНК-раскручивающие белки.

Кофакторами служат Mg²⁺.

Репарация (в ядре клетки) — устранение повреж­дений молекулы ДНК, вызванных эндогенными и экзо­генными факторами. Для репарации необходима одна неповрежденная цепь ДНК. Этапами репарации явля­ются:

1) узнавание места повреждения и разрыв 3'-5'-фосфодиэфирных связей,

2) удаление поврежденных мононуклеотидов,

3) биосинтез нового фрагмента по принципу комплементарности,

4) связывание нового участка ДНК со старой цепью.

Ферменты репарации: эндонуклеаза, экзонуклеаза, ДНК-полимераза репарирующая, ДНК-лигаза.

Субстратами и источниками энергии являются д-АТФ, д-ГТФ, д-ТТФ, д-ЦТФ.

Репарация не происходит, если:

1) отсутствуют ферменты репарации или имеются в не­достаточном количестве,

2) повреждаются комплементарные азотистые основа­ния во второй цепи ДНК.

При нарушении репарации возникают наследствен­ные заболевания, онкозаболевания, происходит преждев­ременное старение клетки.

Транскрипция

Транскрипция — биосинтез молекул РНК на матри­це ДНК, локализован в ядре клетки, идет постоянно, не­зависимо от цикла клетки.

Субстратами и источниками энергии для биосинтеза РНК являются: АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ.

Ферментом транскрипции является РНК-полимераза ДНК-зависимая.

Кофакторами являются Mg²⁺.

Этапы транскрипции:

1) инициация,

2) элонгация,

3) терминация.

Транскрипция осуществляется по правилу комплементарности в направлении 5'-3' со скоростью 40—50 нуклеотидов в 1 сек.

Созревание РНК (процессинг) происходит в ядре вне матрицы под действием РНК-аз, затем зрелая РНК выхо­дит из ядра с помощью транслоказ.