РНК – рибонуклеиновая кислота.

Тема№5 «Нуклеиновые кислоты: ДНК, РНК»

Общее строение нуклеиновых кислот.

Материальной основой воспроизводства (наследственности) организмов являются нуклеиновые кислоты, которые хранят генетическую информацию и реализуют её путём синтеза белковых молекул.

Открыл нуклеиновые кислоты в 1869 г. Ф. Мишер. Он выделил их из лейкоцитов гноя, а затем из сперматозоидов конкретно из их ядер это и послужило их названию (nuc1eus-ядро) -нуклеиновая кислота. Но встречаться они могут и в цитоплазме, в митохондриях, пластидах.

Существует 2 типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.

Нуклеиновые кислоты – полимеры, с молекулярной массой от нескольких тысяч до миллиардов и состоит из многих тысяч мономеров → мононуклеотидов.

Каждый нуклеотид состоит из 3 компонентов: азотистое основание, углевод, остаток фосфорной кислоты.

А) Азотистые основания бывают:

пуриновые: Аденин (А) Гуанин (Г)

пиримидиновые: Урацил ( У) Тимин (Т) Цитозин (Ц)

Б) Углевод – пентоза (состоит из 5 атомов углерода): Рибоза С₅Н₁₀О_5,

ДезоксирибозаС₅Н₁₀О_4,

Соединение азотистого основания с пентозой называется нуклеозидом (связь между азотом в 9-м положении пуриновых или 3 –м положении пиримидиновых оснований и углеводом в 1-ом положении пентозы).

В) Остаток фосфорной кислоты – фосфат присоединяется к 5-му углеродному атому пентозы.

Таким образом нуклеотиды отличается только азотистым основанием Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов; адениловый (А), гуаниловый (Г), цитидиловый (Ц) и тимидиловый (Т), У (уридиловый)

Нуклеиновые кислоты организма: РНК и ДНК - различаются по составу, структуре, функциям и месторасположению.

2. ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота.

Строение: длинная цепь, состоящая из многих тысяч – мономеров, - дезоксирибомононуклеотидов. Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат углевод дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин.

Структура ДНК имеет 3 уровня организации:

Первичная. Нуклеотиды, входящие в состав одной цепи, последовательно соединяются за счет образования ковалентных связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида. Цепь ДНК может состоять из нескольких десятков тысяч и даже миллионов нуклеотидов.

Остаток фосфорной кислоты, связывает две пентозы между собой.

Благодаря реакции полимеризации нуклеотидов образуются нуклеиновые кислоты – 1 цепь.

Вторичная: установлена Уотсоном и Криком (1953г) и представляет собой спираль, состоящую из 2-х полинуклеотидных цепей (цепи направлены в противоположную сторону - антипараллельная спираль) → напоминает винтовую лестницу: перила – это дезоксирибозы, а ступени – пары азотистых оснований (1 пуриновый – 1 пиримидиновый) они внутри спирали. Полинуклеотидные цепи могут быть разделены только после раскручивания спирали на 2 цепи.

Очоа и Чаргаф показали, что азотистые основания разных цепей ДНК образуют пары по принципу комплементарности(дополняют друг друга, пространственное взаимное соответствие), т.е подходящие друг другу А=Т Г=Ц.

Комлементарные основания соединяются между собой при помощи водородных связей, между А Т (2 связи) Г Ц (3).

Следовательно, у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. А зная последовательность расположения нуклеотидов в одной цепи ДНК по принципу комплементарности, можно установить нуклеотиды другой цепи.

1 цепь А Т Г Г Ц А Г Г Т

2 цепь Т А Ц Ц Г Т Ц Ц А

Третичная - это расположение молекулы ДНК в пространстве. В ядре находится хроматин (глыбки, гранулы, нити)→ хромосомы.

В состав входят белок гистон и на него накручена молекула ДНК, а они ещё раз скручены в спираль, образуются толстые фибриоллы.→это и есть третья структура (плотная упаковка)

ДНК локализуется в ядре, в митохондриях (количество 5%) → здесь она имеет вид кольца, в пластидах.

Химические свойства: высокая кислотность, большая вязкость, способность к денатурации→под действием специфических факторов - молекул ферментов ДНК денатурирует → раскручивается на две цепи. Это имеет большое значение в процессе - репликации→ удвоение ДНК, т.е образовании новых дочерних ДНК при делении клеток. ДНК под влиянием ферментов раскручивается и на каждой старой цепочке строится новая, дочерняя. Образуется 2 ДНК, каждая состоит из одной старой и одной новой цепочки.

Структура каждой молекулы ДНК строго индивидуальна и специфична, так как представляет собой кодовую форму записи биологической информации (генетический код). Другими словами, с помощью четырех типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация об организме, передающаяся по наследству последующим поколениям.

РНК – рибонуклеиновая кислота.

Полинуклеотид, имеющий всего одну цепочку. В состав нуклеотидов входят : 4 азотистых основания: Г Ц А У, углевод– рибоза и фосфорная кислота. Размер РНК меньше ДНК (РНК содержит 75-10000 нуклеотидов), но количество РНК в клетке больше ДНК.

Все виды РНК синтезируется на матрице ДНК. Синтезируется в ядрышке (в ядре).

Первичная структура – последовательное соединение нуклеотидов в цепь.

Вторичная- частично спирализованная одинарная полинуклеотидная цепь (удерживается при помощи водородных связей как «шпильки» )

Третичная- пространственное расположение молекулы (клеверный лист, плотные тельца) .

Существует 3 типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям.

_Р-РНК – рибосомальная или рибосомнаясинтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно 85% всех РНК клетки. Они входят в состав рибосом, соединяя 2 субъединицы и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка.

_Т-РНК – транспортная. Образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму. Они составляют около 10% клеточной РНК и являются самыми небольшими по размеру РНК, состоящими из 70— 100 нуклеотидов. Каждая т-РНК присоединяет определенную аминокислоту и транспортирует ее к месту сборки полипептида в рибосоме. Их 20 (сколько аминокислот входящих в белки).

Все известные тРНК за счет комплементарного взаимодействия образуют вторичную структуру, по форме напоминающую лист клевера. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом (рис. 20).

Каждой аминокислоте соответствует комбинация из трех нуклеотидов — триплет. Кодирующие аминокислоты триплеты — кодоны ДНК — передаются в виде информации триплетов (кодонов) иРНК. У верхушки клеверного листа располагается триплет нуклеотидов, который комплементарен соответствующему кодону иРНК. Этот триплет различен для тРНК, переносящих разные аминокислоты, и кодирует именно ту аминокислоту, которая переносится данной тРНК. Он получил название антикодон.

Акцепторный конец является «посадочной площадкой» для аминокислоты.

_И-РНК (информационная, или матричные) составляют около 5% всей клеточной РНК. Они синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется, т.е. становится основой (матрицей) для синтеза спецефического белка т.е переводит генетическую информацию ДНК в аминокислотную последовательность белков. В зависимости от объема копируемой информации молекула иРНК может иметь различную длину.

Таким образом, различные типы РНК представляют собой единую функциональную систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка. Молекулы РНК находятся в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях и пластидах клетки. Все типы РНК, за исключением генетической РНК вирусов, не способны к самоудвоению и самосборке.

Понятие гена.

Полинуклеотидная последовательность ДНК практически у всех организмов (кроме вирусов) является первичным носителем генетической информации. Т.е. той суммой сведений, которая необходима для существования какого-либо организма в определенных условиях среды, а также для воспроизведения себе подобных.

В эукариотических клетках генетический материал распределён в нескольких хромосомах (23 пары у человека) 1 хромосома содержит 1 молекулу ДНК (хроматида).

Полинуклеотидная последовательность ДНК состоит из участков, кодирующих и не кодирующих макромолекулы (не кодирующие области ДНК играют структурную роль).

Структурными неделимыми единицами наследственной информации являются гены.

Ген – участок молекулы ДНК (РНК вирусы), кодирующий синтез 1 макромолекулы: белка, р РНК или тРНК (1 ген – 1белок) .

Гены находятся в определенных участках хромосом – локусах. Гены всегда парные 1 ген в 1 гомологичной хромосоме, 2 –ой во 2-ой (кроме 23 пары гетерохромосомы ХХ одинаковые, ХУ разные).

Набор генов (информация) клеточного ядра представляет собой генотип.

Совокупность генов гаплоидного набора хромосом получила название геном.

Ген человека имеет кодирующую часть – экзон, общей длиной в несколько тысяч пар оснований, но длина его гораздо больше, т.к ген имеет некодирующие участки - интроны.

У большинства генов кодирующая часть поделена на несколько экзонов, между которыми расположены интроны.

интрон интрон

Экзон Экзон

Между двумя генами в ДНК имеются промежутки – спейсеры (это тоже последовательность ДНК, но не несёт генетическую информацию, их функция не известна.

Молекула ДНК может содержать много генов. У человека по современным оценкам 30-40 тысяч генов.

Изменения молекулярной структуры ДНК (т.е генов) ведет к появлению новых форм генетической информации.

Такие изменения, как мутации, могут происходить в любых точках в пределах гена. Но в функциональном отношении ген представляет собой целостную единицу : всякое изменение нуклеотидов в гене или потеря его части либо полностью его инактивирует, либо изменяет его генетическую функцию.

5. Генетический код .

Это– принцип записи информации о последовательности аминокислот в белке, в виде последовательности нуклеотидов в молекулах РНК (информация с ДНК переписывается на РНК). В ДНК или РНК имеют по 4 нуклеотида, а молекулы белка состоят из 20 аминокислот. Одна аминокислота кодируется тремя рядом расположенными нуклеотидами. Число сочетаний по 3 из 4 -х = 4 ³ = 64 комбинации.

Три нуклеотида →это триплет или кодон, а комплементарный триплет молекулы тРНК → антикодон.

Три триплета из 64 это «стоп» или терминальные, они не кодируют аминокислоты.

Остальные 61 кодируют аминокислоты, причём триплет АУГ (метионин) является стартовым →с него начинается трансляция (биосинтез).

Многие аминокислоты кодируются не 1 триплетом, а несколькими :

лейцин-6 пролин-4 серин- 5

Это повышает биологическую надежность генетического кода (вырожденный), при повреждении 1 триплета, он может замениться другим, кодирующим ту же аминокислоту.

Свойства кода:

- триплетность - 1 аминокислота ↔3 нуклеотида (кодон).

- специфичность – 1 триплет кодирует лишь определённую аминокислоту.

- универсальность - у всех животных те же аминокислоты кодироваться одинаково с нами кодонами.

- неперекрываемость - считывание информации происходит последовательно по 3.

ААГЦТЦАГЦ (не может Г и в первый и во второй триплет входить).

- вырожденный (1 аминокислота может кодироваться несколькими кодонами)

- линейный порядок считывания.

Синтез белка.

Все признаки клеток и организма в целом – фенотип – обусловлены синтезируемыми специфическими структурными белками и ферментами (они ответственны за определенные этапы обмена веществ), т.е. ответственны за реализацию генетической информации.

Генетическая информация реализуется через несколько этапов.

а) Транскрипция – I этап.

Транскрипция («переписывание») - синтез РНК по матрице с какого-то участка ДНК. Процесс:

- фермент РНК – полимераза присоединяется к определенному участку ДНК (промотор) – где начнётся синтез РНК.

- РНК – полимераза раскручивает один виток спирали ДНК и движется по одной из цепей (матрица или кодогенная цепь) и связывает между собой нуклеозидтрифосфаты (ЦТФ, АТФ, ГТФ, УТФ), комплементарные нуклеотидам матричной цепи ДНК.

А Т Г Ц А А Ц Т Г ДНК

У У Г А Ц РНК

Т А Ц Г Т Т Г А Ц

Написать транскрипцию с участка: Г Ц Т А А Г Т Т А Ц А Г

РНК Ц Г А У У Ц А А У Г У Ц

- Фермент продолжает присоединять нуклеотиды к растущей РНК пока не встретит специфическую нуклеотидную последовательность «стоп сигнал» («терминал»).

ДНК АТТ АТЦ АЦТ

РНК УАА УАГ УГА

Значит транскрипция закончилась и РНК синтезировалась.

- На ДНК матрице образуется три вида РНК → и РНК или м РНК (матричная) → информация передаётся от ДНК → рибосомам;

т РНК – доставляет к рибосомам свободные аминокислоты (их 20 видов).

р РНК – входит в состав рибосом.

б) Второй этап: выход и- РНК из ядра→ к рибосомам. Белок синтезируется из свободных аминокислот (свободно в цитоплазме), но они неактивны и доставляют их к месту сбора белка- т РНК (происходит их соединение).

в) Третий этап – трансляция («перевод»)- сборка на рибосомах одной цепочки белка из свободных аминокислот на основе записанной информации на и-РНК, с участием т-РНК. У т-РНК есть два активных центра:

А- на переднем конце – это три рядом стоящие нуклеотида – антикодон (кодовый триплет), он соответствует определенной аминокислоте (узнаёт какое место занимает аминокислота).

Б – на противоположном конце молекулы к нему присоединяется молекула аминокислоты.

и-РНК встраивается в рибосому и становится м-РНК (матричная). Существует стартовый кодон АУГ (м-РНК) отвечает за метионин, с него начинается биосинтез – подходит соответствующая т-РНК (с УАЦ). Если подходят, то аминокислота входит в белок.

иРНК АЦГ ААА

тРНК УАЦ УУУ

Мет. ↔ Лиз.

Рибосома передвигается на следующий шаг ААА→подходит т РНК (УУУ)→ лизин (если всё подходит ), то между аминокислотами возникает пептидная связь, образуется дипептид: Мет- Лиз.

тРНК освобождается, следующим будет подходить и т.д

Процесс повторяется до тех пор, пока рибосома не пройдёт всю цепочку и РНК и не встретит на своём пути один из трёх «стоп сигналов». Тогда сборка молекулы белка закончится. Белок поступит в каналы эндоплазматической сети, а рибосома может вступить в связь с любой другой молекулой и РНК.

Упражнение:

ДНК: А- Т- А –Ц- Ц –Г –Т – А – Г- Г – Т- Т – А- А –Ц – Т –А _Т- А- А- А

РНК: У –А- У- Г- Г- Ц- А- У- Ц- Ц- А- А- У- У- Г- А- У- А- У- У- У

тир- гли изолей- глуатамин- лей- изолей- фен

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: