Структурная организация нуклеиновых кислот
Первичная структура – определенная последовательность нуклео-тидов в цепи. Образована фосфодиэфирными связями. Начало цепи – 5'-конец (на его конце фосфатный остаток), конец, завершение цепи, обозначается как 3'(ОН)-конец. Как правило, в образовании самой цепи азотистые основания не участвуют, но водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями играют важную роль в формировании вторичной структуры НК: · между аденином и урацилом в РНК или аденином и тимином в ДНК образуются 2 водородные связи, · между гуанином и цитозином – 3. Для НК характерна линейная, а не разветвленная структура. Кроме первичной и вторичной структуры для большинства НК характерна третичная структура – например, ДНК, тРНК и рРНК. РНК (рибонуклеиновые кислоты). РНК содержится в цитоплазме (90%) и ядре. По структуре и функции РНК делятся на 4 вида: 1) тРНК (транспортные), 2) рРНК (рибосомные), 3) мРНК (матричные), 4) яРНК (ядерные). Матричные РНК. На их долю приходится не более 5% всей РНК клетки. Синтезируется в ядре. Этот процесс называется транскрипцией. Представляет собой копию гена одной из цепей ДНК. Во время биосинтеза белка (этот процесс называется трансляцией) проникает в цитоплазму и связывается с рибосомой, где и происходит биосинтез белка. В мРНК содержится информация о первичной структуре белка (последовательности аминокислот в цепочке), т.е. последовательность нуклеотидов в мРНК полностью соответствует последовательности аминокислотных остатков в белке. 3 нуклеотида, кодирующие 1 аминокислоту, называются кодоном. Свойства генетического кода. Совокупность кодонов составляет генетический код. Всего в коде 64 кодона, 61 – смысловые (им соответствует определенная амино-кислота), 3 – нонсенс-кодоны. Им не соответствует какая-либо аминокислота. Эти кодоны называются терминирующими, так как подают сигнал о завершении синтеза белка. 6 свойств генетического кода: 1) триплетность (каждая аминокислота в белке кодируется последовательностью из 3 нуклеотидов), 2) универсальность (един для всех типов клеток – бактериаль-ных, животных и растительных), 3) однозначность (1 кодону соответствует только 1 аминокис-лота), 4) вырожденность (1 аминокислота может кодироваться несколькими кодонами; только 2 аминокислоты – метионин и триптофан имеют по 1 кодону, остальные – по 2 и более), 5) непрерывность (генетическая информация считывается по 3 кодона в направлении 5'®3' без перерывов), 6) колинеарность (соответствие последовательности нуклео-тидов в мРНК последовательности аминокислотных остатков в белке). Первичная структура мРНК Полинуклеотидная цепь, в которой выделяют 3 главные области: 1) претранслируемая, 2) транслируемая, 3) посттранслируемая. Претранслируемая область содержит 2 участка: а) КЭП-участок – выполняет защитную функцию (обеспе-чивает сохранение генетической информации); б) АГ-область – место прикрепления к рибосоме во время биосинтеза белка. Транслируемая область содержит генетическую информацию о структуре одного или нескольких белков. Посттранслируемая область представлена последовательностью нуклеотидов, содержащих аденин (от 50 до 250 нуклеотидов), поэтому называется поли-А-областью. Эта часть мРНК выполняет 2 функции: а) защитную, б) служит «проездным билетом» во время биосинтеза белка, так как после однократного использования от мРНК отщепляется несколько нуклеотидов из поли-А-области. Ее длина определяет кратность использования мРНК в биосинтезе белка. Если мРНК используется только 1 раз, то она не имеет поли-А-области., а ее 3'-конец завершается 1 или несколькими шпильками. Эти шпильки называются фрагментами нестабильности. Матричная РНК, как правило, не имеет вторичной и третичной структуры (по крайней мере, об этом ничего не известно). Транспортные РНК. Составляют 12-15% от всей РНК в клетке. Количество нуклеотидов в цепи – 75-90. Первичная структура – полинуклеотидная цепь. Вторичная структура – для ее обозначения используют модель Р. Холли, которая называется «листом клевера», имеет 4 петли и 4 плеча:
Акцепторный участок – место прикрепления аминокислоты, имеет у всех тРНК одну последовательность ЦЦА
Обозначения: I – акцепторное плечо, 7 пар нуклеотидов, II – дигидроуридиловое плечо (3-4 пары нуклеотидов) и дигидроуридиловая петля (D-петля), III – псевдоуридиловое плечо (5 пар нуклеотидов) и псевдоуридиловая петля (Tψ-петля), IV– антикодоновое плечо (5 пар нуклеотидов), V – антикодоновая петля, VI – дополнительная петля. Функции петель: · антикодоновая петля – распознает кодон мРНК, · D-петля – для взаимодействия с ферментом во время биосинтеза белка, · TY-петля – для временного прикрепления к рибосоме во время биосинтеза белка, · дополнительная петля – для уравновешивания вторичной структуры тРНК. Третичная структура – у прокариотов в виде веретена (D-плечо и TY-плечо сворачиваются вокруг и образуют веретено), у эукариотов в виде перевернутой буквы L. Биологическая роль тРНК: 1) транспортная (доставляет аминокислоту к месту синтеза белка, к рибосоме), 2) адапторная (распознает кодон мРНК), переводит шифр нуклеотидной последовательности в мРНК в последователь-ность аминокислот в белке. Рибосомные РНК, рибосомы. На их долю приходится до 80% от всей РНК клетки. Образуют «скелет», или остов рибосом. Рибосомы – нуклеопротеиновые комплексы, состоящие из большого количества рРНК и белков. Это «фабрики» по биосинтезу белка в клетке. Первичная структура рРНК– полинуклеотидная цепь. По молекулярной массе и количеству нуклеотидов в цепи различают 3 вида рРНК: · высокомолекулярную (около 3000 нуклеотидов); · среднемолекулярную (до 500 нуклеотидов); · низкомолекулярную (менее 100 нуклеотидов). Для характеристики различных рРНК и рибосом принято использовать не молекулярную массу и количество нуклеотидов, а коэффициент седиментации (это скорость оседания в ультрацентрифуге). Коэффициент седиментации выражается в сведбергах (S), 1 S = 10-13секунд. Например, одна из высокомолекулярных будет иметь коэффициент седиментации 23 S, средне- и низкомолекулярные соответственно 16 и 5 S. Вторичная структура рРНК – частичная спирализация за счет водо-родных связей между комплементарными азотистыми основаниями, образование шпилек и петель. Третичная структура рРНК – более компактная упаковка и наложе-ние шпилек в виде V- или U-образной формы. Рибосомы состоят из 2 субъединиц – малой и большой. У прокариотов малая субъединица будет иметь коэффициент седиментации 30 S, большая – 50 S, а вся рибосома – 70 S; у эукарио-тов соответственно 40, 60 и 80 S.
Состав, строение и биологическая роль ДНК. У вирусов, а также в митохондриях 1-цепочечная ДНК, в остальных клетках – 2-цепочечная, у прокариотов – 2-цепочечная кольцевая. Состав ДНК – соблюдается строгое соотношение азотистых оснований в 2 цепях ДНК, которые определяются Правилами Чаргафа. Правила Чаргафа: 1. Количество комплементарных азотистых оснований равно (А=Т, Г=Ц). 2. Молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов (А+Г=Т+Ц). 3. Число 6-кетооснований равно числу 6-аминооснований. 4. Соотношение Г+Ц/ А+Т – коэффициент видовой специфичности. Для животных и растительных клеток < 1, у микроорганизмов колеблется от 0,45 до 2,57. У микроорганизмов преобладает ГЦ-тип, АТ-тип характерен для позвоночных, беспозвоночных и растительных клеток. Первичная структура – 2 полинуклеотидные, антипараллельные цепочки (см. первичную структуру НК). Вторичная структура – представлена 2-цепочечной спиралью, внутри которой комплементарные азотистые основания уложены в виде «стопок монет». Вторичная структура удерживается за счет связей 2 типов: · водородных – они действуют по горизонтали, между комплементарными азотистыми основаниями (между А и Т 2 связи, между Г и Ц – 3), · силы гидрофобного взаимодействия – эти связи возникают между заместителями азотистых оснований и действуют по вертикали. Вторичная структура характеризуется: · количеством нуклеотидов в спирали, · диаметром спирали, шагом спирали, · расстоянием между плоскостями, образуемыми парой комплементарных оснований. Известно 6 конформаций вторичной структуры, которые обозначаются заглавными буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E и Z. А, В и Z конформации типичны для клеток, остальные – для бесклеточных систем (например, в пробирке). Эти конформации отличаются основными параметрами, возможен взаимный переход. Состояние конформации во многом зависит от: · физиологического состояния клетки, · рН среды, · ионной силы раствора, · действия различных регуляторных белков и др. Например, В- конфомацию ДНК принимает во время деления клетки и удвоения ДНК, А-конформацию – во время транскрипции. Z-структура является левозакрученной, остальные – правозакрученные. Z-струк-тура может встречаться и в клетке на участках ДНК, где повторяются динуклеотидные последовательности Г-Ц. Впервые вторичная структура математически была рассчитана и смоделирована Уотсоном и Криком (1953 г.), за что они получили Нобелевскую премию. Как оказалось впоследствии, представленная ими модель соответствует В-конформации. Основные ее параметры: · 10 нуклеотидов в витке, · диаметр спирали 2 нм, · шаг спирали 3,4 нм, · расстояние между плоскостями оснований 0,34 нм, · правозакрученная. При формировании вторичной структуры формируется 2 вида бороздок – большая и малая (соответственно шириной 2,2 и 1,2 нм). Большие бороздки играют важную роль в функционировании ДНК, так как к ним присоединяются регуляторные белки, имеющие в качестве домена «цинковые пальцы». Третичная структура – у прокариотов суперспираль, у эукариотов, и человека в том числе, имеет несколько уровней укладки: · нуклеосомный, · фибриллярный (или соленоидный), · хроматиновое волокно, · петельный (или доменный), · супердоменный (именно этот уровень можно видеть в электронном микроскопе в виде поперечной исчерченности). Нуклеосомный. Нуклеосома (открыта в 1974 г.) представляет собой частицу дисководной формы, диаметр 11 нм, которая состоит из гистонового октамера, вокруг которого двухцепочечная ДНК делает 2 неполных витка (1,75 витка). Гистоны – низкомолекулярные белки, содержат по 105-135 амино-кислотных остатков, в гистоне Н1 – 220 аминокислотных остатков, до 30% приходится на долю лиз и арг. Гистоновый октамер называют кором. Он состоит из центрального тетрамера Н32-Н42 и двух димеров Н2А-Н2В. Эти 2 димера стабилизируют структуру и прочно связывают 2 полувитка ДНК. Расстояние между нуклеосомами называется линкером, в котором может содержаться до 80 нукклеотидов. Гистон Н1 препятствует раскручиванию ДНК вокруг кора и обеспечивает уменьшение расстояния между нуклеосомами, т. е. участвует в формировании фибриллллы (2-го уровня укладки третичной структуры). При скручивании фибриллы формируется хроматиновое волокно (3-й уровень), при этом в одном витке обычно содержится 6-г нуклеосом, диаметр такой структуры увеличивается до 30 нм. В интерфазных хромосомах хроматиновые волокна организованы в домены, или петли, состоящие из 35-150 тыс пар оснований и заякоренные на внутриядерном матриксе. В формировании петель принимают участие ДНК-связывающие белки. Супердоменный уровень образуют до 100 петель, в этих участках хромосомы в электронном микроскопе хорошо заметны конденсированные плотно упакованные участки ДНК. Благодаря такой укладке ДНК компактно уложена. Ее длина сокращается в 10 000 раз. В результате упаковки ДНК связывается с гистонами и другими белками, образуя нуклеопротеиновый комплекс в виде хроматина. Биологическая роль ДНК: · хранение и передача генетической информации, · контроль деления и функционирования клетки, · генетический контроль запрограммированной гибели клетки. В состав хроматина входят ДНК (30% от всей массы хроматина), РНК (10%) и белки (гистоновые и негистоновые). 3. Примерные варианты контрольной работы по теме «Строение и биологическая роль нуклеотидов И нуклеиновых кислот» Вариант 1 1. Напишите формулу мажорного пиримидинового основания, которое входит в состав ДНК и не входит в РНК. 2. Напишите формулу гуанозина. 3. Напишите формулу цАМФ, участвующей в активировании ферментов и проведении гормонального сигнала. 4. Свойства генетического кода. 5. Аминокислота изолейцин кодируется кодоном ЦУА. Напишите последовательность нуклеотидов в антикодоновой петле её тРНК.
Вариант 2 1. Напишите формулу мажорного пиримидинового основания, которое входит в состав РНК и не входит в ДНК. 2. Напишите формулу тимидина. 3. Напишите формулу нуклеотида, используемого в клетке для активирования аминокислот. 4. Правила Чаргафа. 5. Аминокислота изолейцин кодируется кодоном АУЦ. Напишите последовательность нуклеотидов в антикодоновой петле её тРНК.
Вариант 3 1. Напишите формулу минорного пиримидинового азотистого основа-ния, которое входит в состав псевдоуридиловой петли тРНК. 2. Напишите формулу аденозина. 3. Напишите формулу нуклеотида, используемого в клетке для активирования глюкозы и других углеводов. 4. Биологическая роль нуклеотидов. 5. Аминокислота метионин кодируется кодоном АУГ. Напишите последовательность нуклеотидов в антикодоновой петле её тРНК. Вариант 4 1. Напишите формулу минорного пуринового основания, которое входит в состав КЭП-участка мРНК. 2. Напишите формулу уридина. 3. Напишите формулу нуклеотида, используемого в клетке для активирования глицеролсодержащих соединений и других липидов. 4. Строение и биологическая роль ДНК. 5. Аминокислота валин кодируется кодоном ГУЦ. Напишите последовательность нуклеотидов в антикодоновой петле её тРНК.
Вариант 5 1. Какое пиримидиновое азотистое основание входит в состав любой нуклеиновой кислоты (ДНК и РНК)? 2. Напишите формулу дезоксирибозилтимидина. 3. Напишите формулу нуклеотида, используемого в клетке для активирования холина и других азотсодержащих соединений. 4. Строение и биологическая роль мРНК. 5. Аминокислота аланин кодируется кодоном ГЦА. Напишите после-довательность нуклеотидов в антикодоновой петле её тРНК.
Вариант 6 1. Приведите примеры мажорных пуриновых оснований. Напишите их формулы. 2. Напишите формулу цитидина. 3. Напишите формулу нуклеотида, являющегося самой распростра-нённой формой запасания энергии в клетке. 4. Строение и биологическая роль рРНК и рибосом. 5. Аминокислота аспартат кодируется кодоном ГАУ. Напишите последовательность нуклеотидов в антикодоновой петле её тРНК. Вариант 7 1. Приведите примеры мажорных пиримидиновых оснований. Напи-шите их формулы. 2. Напишите формулу дезоксирибозиладенозина. 3. Напишите формулу нуклеотида, участвующего в гормональной регуляции транспорта ионов через мембрану (цГМФ). 4. Строение и биологическая роль тРНК. 5. Аминокислота серин кодируется кодоном АГЦ. Напишите после-довательность нуклеотидов в антикодоновой петле её тРНК.
ТЕМА 5. ГОРМОНЫ (Перечень тем рефератов) Вариант 1 1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов. 2. Гормоны гипофиза. Метаболизм, механизм действия. Вариант 2 1. Классификация гормонов. 2. Гипоталамус, его роль в регуляции обмена веществ и физиологических функций. Вариант 3 1. Механизм действия гормонов. 2. Строение, синтез и биологическая роль вазопрессина и окситоцина. Вариант 4 1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов. 2. Паратгормоны: строение, биологическая роль, нарушения. Вариант 5 1. Классификация гормонов. 2. Гормоны щитовидной железы: строение, биосинтез, механизм действия, нарушение функции. Вариант 6 1. Механизм действия гормонов. 2. Инсулин: биосинтез, строение, механизм действия, нарушения. Вариант 7 1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов. 2. Контринсулярные гормоны: строение, биосинтез, механизм действия и биологическая роль. Вариант 8 1. Классификация гормонов. 2. Гормоны мозгового слоя надпочечников: химическое строение, биосинтез, механизм действия и биологическая роль. Вариант 9 1. Механизм действия гормонов. 2. Химическое строение, биосинтез и биологическая роль кортикостероидов. Нарушения. Вариант 10 1. Классификация гормонов. 2. Половые гормоны: строение, метаболизм, механизм действия. Вариант 11 1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов. 2. Эйкозаноиды (простагландины, лейкотриены и тромбоксаны). Вариант 12 1. Механизм действия гормонов. 2. Регуляция водно-солевого обмена. Вариант 13 1. Классификация гормонов. 2. Регуляция фосфорно-кальциевого обмена. Вариант 14 1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов. 2. Регуляция основных энергоносителей в абсортивный и постабсортивный период. Вариант 15 1. Механизм действия гормонов. 2. Регуляция углеводного обмена. Нарушения и причины их возникновения. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНАЦИОННЫМ БИЛЕТАМ
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1886)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |