Нуклеиновые кислоты. Строение, свойства и синтез (тема 13)

1.

Нуклеиновые
кислоты
(строение,свойства и синтез)

2.

3.

В 1869 г. Фридрих Мишер, швейцарский врач-биохимик, выделил нуклеиновые кислоты из ядер
клеток гноя. Эти клетки содержали фосфоорганическое вещество, которое Мишер назвал
«нуклеином».
В 1889 г. Альтман обнаружил и выделил нуклеиновую кислоту из дрожжей, в ее составе он
обнаружил ортофосфорную кислоту.
В 1890-96 г. Пиккард открыл азотистое основание гуанин, позже были открыты остальные
(тимин, цитозин, аденин, урацил)
В 1905 г. Э. Чаргаф сформулировал правило соответствия пуриновых и пиримидиновых
основания в составе ДНК.
В 1912 г. Леви обнаружил, что в состав нуклеиновых кислот входит углевод пентоза.
Таким образом, в начале 20 века был полностью изучен состав всех нуклеиновых кислот,
однако вопрос об их строении оставался открытым до 50-х г. 20 века.
В 1936 г. советский ученый Белозерский доказал что в проростках конского каштана содержится
тимонуклеиновая кислота, которая относится только к животным кислотам.
В 1936 г. Дэвидсон и Брамс доказали что природа нуклеиновых кислот одинакова в животных и
растительных клетках. С этого времени стали различать РНК и ДНК.
В 1944 г. О. Эвери и сотрудники доказали, что наследственная информация у бактерий
передается посредством ДНК.
В 1950 г. Р. Франклин установила наличие дух цепей в ДНК с помощью ренгеноструктурного
анализа.
В 1953 г. американские биохимики Дж. Уотсон и Ф.Крик установили расположение частей
молекулы ДНК
В 1970 г. Гриффитс и Боннер при использовании электронного микроскопа доказали
двуспиральную структуру ДНК

4.

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК
В 1953 г. американский биохимик Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик
построили модель пространственной структуры ДНК; которая имеет
вид двойной спирали. Она соответствовала данным английских ученых Р.
Франклин и М. Уилкинса, которые с помощью рентгеноструктурного
анализа ДНК смогли определить общие параметры спирали, ее диаметр
и расстояние между витками. В 1962 г. Уотсону, Крику и Уилкинсу за это
важное открытие была присуждена Нобелевская премия.

5.

6.

Нуклеиновые кислоты
Дезоксирибонуклеиновая
кислота
ДНК (англ. DNA)
Рибонуклеиновая
кислота
РНК (англ. RNA)

7.

8.

9.

10.

11.

Хлоропласт
Митохондрия

12.

Длина ДНК ядра клетки человека если ее
вытянуть в виде нити составит 2 метра. Как же
она может поместиться в ядро и в клетку?

13.

14.

ДНК
В СОСТАВЕ ХРОМОСОМ

15.

16.

17. Сравнительная характеристика ДНК и РНК

ДНК
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Биологический полимер
Мономер – нуклеотид
4 типа азотистых оснований:
аденин, тимин, гуанин,
цитозин.
Комплементарные пары:
аденин-тимин, гуанин-цитозин
Местонахождение - ядро
Функции – хранение
наследственной информации
Сахар - дезоксирибоза
РНК
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Биологический полимер
Мономер – нуклеотид
4 типа азотистых оснований:
аденин, гуанин, цитозин,
урацил
Комплементарные пары:
аденин-урацил, гуанин-цитозин
Местонахождение – ядро,
цитоплазма
Функции –перенос, передача
наследственной информации.
Сахар - рибоза

18.

Нуклеиновые кислоты строятся из нуклеотидов
Нуклеотиды состоят из:
1. Азотистого основания
2. Углевода (рибозы или дезоксирибозы)
3. Остатка фосфорной кислоты

19.

Пуриновые и пиримидиновые основания, входящие в
состав нуклеотидов, представляют собой замещенные
производные пурина и пиримидина.

20.

21.

Сопряжение - электронных облаков обуславливает
плоскую структуру пуриновых и пиримидиновых
оснований.

22.

Нуклеозиды
построены
из
пуринового
или
пиримидинового основания, к которому присоединен
углевод (рибоза или дезоксирибоза).
Углевод присоединяется к пуриновым основаниям в
N9 – положении, к пиримидиновым основаниям – в N1 –
положении.
Если в состав нуклеозида входит рибоза, то он
называется рибонуклеозидом, а если дезоксирибоза,
то дезоксирбонуклеозидом.

23.

24.

Образование нуклеозида
NH2
N
O
N
H
5
HOCH2
цитозин
OH
O
1
4
3
OH
2
OH
нуклеозид
цитидин
активная OH-группа
рибоза

25.

Рибонуклеозиды, входящие в состав РНК

26.

Дезоксирибонуклеозиды,
входящие в
состав ДНК

27.

Нуклеотиды производные нуклеозидов
фосфорилированные по одной или более
гидрооксильным группам остатка углевода
(рибозы или дезоксирибозы).
Номера
атомов
углерода
рибозы
или
дезоксирибозы при описании структуры
нуклеотида обозначаются со штрихом, 5’, 3’, 2’.

28.

29.

ДНК – полимер дезоксирибонуклеотидов,
связанных
между
собой
3’,5’–
фосфодиэфирными связями.
Полимерная молекула ДНК полярна. На одном
конце находится 5’– гидроксил или 5’ –
фосфатная группа, на другом - 3’ – гидроксил
или 3’ – фосфатная группа.

30.

31.

32.

33.

Пары азотистых оснований

34.

Правило Чаргаффа: в молекуле ДНК всех
живых
организмов содержание остатков
Аденина (А) равно содержанию остатков
Tимина (Т), а содержание остатков Цитозина (Ц)
равно содержанию остатков Гуанина (Г).

35.

Пара оснований аденин – тимин

36.

Пара оснований гуанин - цитозин

37.

Наложение пар оснований
аденин-тимин и гуанин-цитозин

38.

5’
3’
3’
5’
Цепи ДНК в двойной спирали ДНК антипараллельны

39.

40.

Синтез ДНК

41.

Синтез ДНК в живых организмах
называется репликацией
Репликация = удвоение

42.

43.

Новая ДНК синтезируется на
матрице, в качестве которой
выступает молекула ДНК
ДНК
синтезируется
дезоксирибонуклеозид-5’трифосфатов
из

44.

45.

46.

Цепь
ДНК
синтезируется
в
направлении от 5’-конца к 3’-концу

47.

Синтезирующаяся цепь ДНК
комплиментарна
матричной
цепи.
3’-конец Матричная цепь 5’-конец
-А-Т-Т-Ц-Г- Г- А-Т-А-Т-Г-Т-А-А-Г-Ц-Ц-Т-А-Т-А-Ц5’-конец
Синтезированная
цепь
3’-конец

48.

Синтез ДНК осуществляется ферментом ДНКполимеразой.
Данный фермент не только катализирует
присоединение нуклеотидов, но и проверяет
правильность присоединения.
Для начала синтеза ДНК-полимераза требует
наличия «затравки». В роли затравки при
синтезе ДНК в организме выступает короткая
молекула
РНК,
которая
синтезируется
специальным ферментом – праймазой.

49.

50.

51.

Наглядная иллюстрация процесса репликации ДНК

52.

53.

Кольцевые молекулы ДНК, например
бактериальные
хромосомы,
реплицируются следующим образом: