Нуклеиновые кислоты

1.

Нуклеиновые кислоты
Открыты нуклеиновые кислоты швейцарским
биохимиком МИШЕРОМ в 1869 году в ядрах клеток
гноя и головках сперматозоидов

2.

Доказательства генетической роли ДНК
1) Опыты Гриффита - 1928г.
трансформирующий
фактор

3.

2) В 1944 году

4.

Вывод: трансформирующим
Вывод:
Трансформирующим фактором является ДНК

5.

3) Окончательно этот вопрос был решен в
экспериментах на бактериофагах (вирусах бактерий)
в 1952 году.

6.

7.

Строение бактериофага

8.

9.

10.

11.

Доказательством генетической функции
ДНК является:
1. Локализация ДНК почти исключительно в хромосомах.
2. Постоянство числа хромосом в клетке одного вида = 2n.
3. Постоянство количества ДНК в клетках одного вида = 2С или 4С,
в зависимости от клеточного цикла.
4. Уменьшенное вдвое количество ДНК в ядрах половых клеток
5. Влияние мутагенов на химическую структуру ДНК.
6. Явление генетической рекомбинации у бактерий при их
конъюгации – обмен генетической информацией, часть ДНК из
одной клетки переходит в другую.
7. Явление трансдукции – перенос генетического материала от
одного штамма бактерий в другой с помощью ДНК-фага.
8. Инфицирующая функция изолированной нуклеиновой кислоты
вирусов.

12.

Химическое строение нуклеиновых кислот
В их состав входят:

13.

б) Сахар – С5

14.

в) Остаток фосфорной кислоты

15.

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономером
которых является нуклеотид
20 годы 20века
американский б/х
русского происхождения
ФИБУС ЛЕВИН открыл
мономеры ДНК
нуклеозид
Нуклеотидмономер НК
нуклеиновая
кислота

16.

Виды нуклеотидов
Нуклеотиды ДНК:
дезоксиаденозинмонофосфат,
тимидинмонофосфат,
дезоксигуанозинмонофосфат,
дезоксицитидинмонофосфат.
Нуклеотиды РНК:
аденозинмонофосфат,
уридинмонофосфат,
гуанозинмонофосфат,
цитидинмонофосфат.
Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономером
которых является нуклеотид

17.

1950 г. – англ. группа Тоддa установила точную
структуру связей между нуклеотидам фосфодиэфирную связь

18.

ДНК
• Схема строения ДНК была предложена в 1953г. биохимиком
американцем Джеймсом Уотсоном и английским физиком,
переквалифицировавшимся в биохимика, Френсисом Криком
(они работали в Кавендишской лаборатории Кембриджского
университета).

19.

20.

21.

22.

Факты, которые использовали Уотсон и Крик при
построении молекулы ДНК
1950 г. – англ. биофизик Морис Уилкинс и его
ученица Розалинда Франклин на
рентгенограмме кристаллических волокон
ДНК получили четкое подтверждение 2-ой
спирали (крестообразный рисунок). Она
установила диаметр ДНК = 2 нм, а длина
одного витка 3,4 нм.

23.

1950 г. – англ. группа Тоддa установила точную
структуру связей между нуклеотидам фосфодиэфирную связь

24.

Правила Чаргаффа
•1950-51 гг. – Чаргафф . ОН
показал, что 1) количество А=Т,
а Г=Ц. 2) сумма пуриновых
оснований = сумме
пиримидиновых
А+Г=Ц+Т
3) Соотношение Г+Ц/A+T
(коэффициент специфичности)
отличается для ДНК разных
организмов.
Эти закономерности назвали
правилами Чаргаффа.

25.

26.

• Уотсон и Крик
показали, что ДНК
образована двойной
спиральной
полинуклеотидной
цепью, т.е. двумя
цепями
полинуклеотидов.

27.

Первичная структура

28.

Вторичная структура

29.

Принципы построения
вторичной структуры ДНК
1. Принцип
комплементарности
(комплемент –
взаимодополнение)
А=Т, Г=Ц - азотистому основанию
одной цепи строго соответствует
определенное азотистое основание
другой цепи.
Принцип комплементарности
позволяет:
а) заполнить максимально
водородные связи
б) сохранить по всей длине
молекулы ДНК одинаковое
расстояние между цепями, что
стабилизирует в целом молекулу
ДНК (1 нм)
в) обеспечить дублирование
наследственной информации,
что повышает стабильность ее
хранения

30.

2. Принцип антипараллельности
обеспечивает компактную
укладку цепей
• Цепи ДНК
антипараллельны

31.

32.

Третичная структура

33.

Уровни компактизации ДНК в ядре
Длина ДНК в 2n наборе
человека – 174см.
В геноме человека
содержится 3*109
пар нуклеотидов.
Диаметр ядра = 3-10
микрон.
Двойная спираль
d=2нм, длина=5см

34.

I уровень компактизации - нуклеосомный:
НУКЛЕОСОМА – повторяющаяся структурная единица хроматина –
«бусины на нитке»
7-кратное укорочение длины хромосом
Участок ДНК длиной 20-100 п.н
Диаметр
нуклеосомы

35.

H2A, H2B, H3 , H4 –
основные гистоны
H1 – связующий
гистон

36.

II уровень компактизации –нуклеомерный.
Нуклеосомы ассоциируют друг с другом, формируя более
компактную структуру – спираль толщиной
30 нм
Длина нити ДНК сокращается в 50 раз
соленоид
3-D зигзаг

37.

III уровень компактизации- хромомерный.
Взаимодействие между 30 нм фибриллами и ядерным матриксом
(негистоновые белки - ламины, ядерной мембраны или белковым
каркасом хромосом (scaffold)
хроматиновые (радиальные) петли (25 000-200 000 п.н.)
Районы
прикрепления к
матриксу или к
scаffold

38.

3. Хромомерный, d=300-400нм

39.

4. Хромонемный, d=700нм

40.

4. Хроматидный, d=1400нм

41.

Свойства ДНК
1) Универсальность.
2) Специфичность – т.е. соотношение оснований
специфично для каждого вида. У человека
=1,35, у бактерий = 0,39.
Специфичность зависит от:
• Сколько нуклеотидов образуют ДНК
• Какие нуклеотиды образуют ДНК
• Как расположены нуклеотиды в цепи
3) Способность к самоудвоению, репликации .

42.

43.

44.

45.

46.

Репликация ДНК

47.

Единица репликации – репликон – участок
молекулы ДНК способный к самостоятельной
репликации. У прокариот только 1 репликон.

48.

49.

50.

Этапы репликации – инициация, элонгация,
терминация.
Инициация репликации

51.

52.

Элонгация репликации .
Белки репликации ДНК
• Хеликаза и топоизомераза
• Связывающие белки SSB
• Праймаза
• ДНК-полимеразы
(в клетках эукариот около 13 типов)
• Лигаза

53.

54.

• Хеликаза связывается с ориджином репликации и
разделяет цепи
• Праймаза синтезирует короткую РНК на ДНК- матрице
(затравку или праймер)

55.

Праймаза синтезирует короткую РНК на ДНК- матрице
(затравку или праймер)

56.

57.

• ДНК –полимераза добавляет нуклеотиды к РНКпраймеру
• ДНК-полимераза проверяет правильность
присоединения нуклеотидов

58.

59.

По одной из цепей синтез идет
непрерывно, по другой – прерывисто (
фрагменты Оказаки)-нижняя дочерняя
цепь.

60.

61.

РНК - праймеры удаляются, лигаза
сшивает бреши в ДНК

62.

63.

64.

65.

Репликация ДНК
• Всегда полуконсервативна
• Начинается с области, которая называется ориджин
• Синтез ДНК инициируется фрагментами РНК, которые называются
праймерами
• Элонгация всегда проходит в направлении 5’
3’.
• Репликация по лидирующей цепи непрерывна,
• по отстающей цепи- прерывиста
• Синтезируемая цепь комплементарна и антипараллельна своей матрице

66.

Ежедневно в молекулах ДНК человека около
100000 звеньев повреждаются за счет
разнообразных эндо- и экзогенных факторов. Это
может привести к:
1. появлению мутаций;
2. гибели и старению клетки;
3. злокачественному перерождению клеток.
Для предотвращения этих последствий в
клетке есть репарационная система ДНК, которая
обеспечивает точность воспроизведения и
сохранения генетической информации.
Благодаря системе репарации из 1000
повреждений ДНК различного типа лишь 1
приводит к мутации.

67.

3) Прямое снятие метильных групп с
ДНК (в-ва способные к
метилированию ДНК содержатся
в копченных продуктах,
выхлопных газах и т.д.
Метилирование ДНК является
одной из причин мутаций по
замене азотистых оснований).
4) Пострепликативная репарация ДНК
(мисметч репарация – репарация
неправильно спаренных оснований) –
проверка полного соответствия
дочерней цепи материнской и
исправление ошибок.
5) Рекомбинационная репарция
-
4) Репарация ДНК Различают
несколько видов репарации ДНК:
1. фотореактивная или световая
репарация (только у прокариот и
растений, у млекопитающих не
обнаружена, ф-т фотолиаза)
2. эксцизионная репарация
а) нуклеотидов
б) оснований

68.

69.

70.

Наследственные болезни, обусловленные
нарушениями работы репарационных
механизмов ДНК
1. Пигментная ксеродерма
2. Синдром Блума
3. Атаксия-телеангиэктазия или синдром
Луи-Бар
4. Трихотиодистрофия
5. Анемия Фанкони
6. Синдром Хатчинсона-Гилфорда
7. Синдром Вернера

71.

72.

Синдром Блума
•Тип наследования – аутосомно-рецессивный
•Ген BLM (Bloom-mutated) Мутантный белок
сходен с RecQ-геликазой E.coli
15g26.1
•замедленная репликация ДНК и подавленный
репаративный синтез (мутация ДНК-лигазы)
•Дебют заболевания с рождения. Гипофизарная
карликовость. Повышенная чувствительность
кожи к ультрафиолету солнечных лучей. На коже
– множественные телеангиэктазии, эритема на
лице (в виде "бабочки"), ушных раковинах, тыле
кистей, участки кератоза и гиперпигментации на
туловище.
Задержка
интеллектуального
развития.
Иммунодефицит.
Предрасположенность
к
онкологическим
заболеваниям

73.

Пигментная ксеродерма
•Тип наследования – аутосомнорецессивный Нарушена эксцизионная
репарация (мутация репаросомы,которая
образована 30 белками. Удаляет тиминовые
димеры.возникающие в клетках кожи под
действием УФ-лучей). Дебют заболевания
от 6 месяцев до 3-х лет, иногда позже
Основные стадии заболевания: I стадия –
начальная : светобоязнь, стойкая
эритема,уплотнение и шелушение кожи,
телеангиэктазии II стадия –
прогрессирующая:атрофия
гиперпигментация, гиперкератоз кожи,
помутнение роговицы, атрофия края
зрачка,неврологи- ческие нарушения III
стадия - терминальная : новообразования
кожи, как доброкачественные (ангиомы,
папилломы, кератомы, фибромы и пр.), так и
злокачественной саркомы, меланомы и др,
метастазирования .

74.

75.

функции ДНК
1) Передача наследственной информации в поколения
2) Хранение наследственной информации
3) Запись генетической информации. Она записана в
виде генетического или биохимического кода.
Генетический код – система расположения нуклеотидов
в молекуле ДНК, контролирующая последовательность
расположения аминокислот в белке.
СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА:
• трехбуквенный
• универсален
• уникален
• вырожденный
• неперекрывающийся
АГА - ЦГА
х

76.

• эволюционно заморожен
4) Реализация наследственной информации
5) Контроль за процессами в клетке

77.

РНК
• РНК- полимер, состоящий из
нуклеотидов,
соединенных
фосфодиэфирными связями
• РНК отличается от ДНК по составу:
- -содержит рибозу вместо
дезоксирибозы,
- - содержит урацил вместо тимина
• Обычно это одноцепочечная
молекула
• Существуют различные классы
РНК

78.

и-РНК составляет 5% всей РНК
Функция – содержит информацию об аминокислотной
последовательности белка
Функции КЭП:
1) защита от разрушения
2) присоединение и-РНК к малой
субъединице рибосомы
Функции хвостика:
1) защита от разрушения
2) обеспечивает выход
и-РНК в цитоплазму
3) по его длине определя
ют время нахождения
и-РНК в цитоплазме

79.

(не активная и-РНК)

80.

• т-РНК – 10%. Состоит из
70-80 нуклеотидов, имеет
вид трилистика или
кленового листочка.
Антикодон
Аминоацильная зона
Функция т-РНК
1)акцепторная
2)адапторная

81.

82.

р-РНК составляет 85% от всей РНК клетки
Функции р-РНК – 1) структурный компонент
рибосом
2) обеспечивает взаимодействие рибосомы с
и-РНК и т-РНК

83.

рРНК