Лекция №7 Нуклеиновые кислоты

1.

Лекция №7
Тема:
Строение и функции нуклеиновых кислот и
нуклеотидов. Биосинтез НК и белка.
(Количество часов – 2)

2.

Цель лекции:
Разобрать химическое строение основных структурных
компонентов нуклеиновых кислот (НК) и нуклеотидов
(НКТ); изучить строение и биологическую роль АТФ в
организме; рассмотреть этапы синтеза НК и белка.

3.

Основные вопросы:
1. Определение и функции НК, их виды и отличия.
История открытия нуклеиновых кислот.
2. Строение нуклеотидов и АТФ .
3. Первичная и вторичная структуры ДНК и РНК.
4. Строение и функции циклических мононуклеотидов –
ц-АМФ и ц-ГМФ.
5. Этапы и характеристика синтеза НК и белка.
6. Ингибиторы и усилители синтеза белка.

4.

Глоссарий по теме:
Нуклеиновая кислота, нуклеотид, азотистое
основание, пентоза, аденозинтрифосфат
(АТФ), ц-АМФ, ц-ГМФ, мессенджер,
посредник, транскрипция, трансляция,
инициация, элонгация, терминация

5.

Нуклеиновые кислоты - молекулы
наследственности
- это высокомолекулярные органические
соединения, или полимеры
мононуклеотидов АМФ, ГМФ, ЦМФ, ТМФ и
УМФ., соединенных 3'-5‘фосфодиэфирными и N- гликозидными
связями.

6.

Функции нуклеиновых кислот. Механизм хранения,
передачи и реализации генетической информации
ДНК-хранитель генетической информации.
РНК – носитель генетической информации.
Белок – реализатор генетической информации

7.

Виды и отличия НК
ДНК
РНК
Аденин
Гуанин
Цитозин
Тимин
Аденин
Гуанин
Цитозин
Урацил
Дезоксирибоза
Рибоза

8.

Виды и функции НК (повторение)

9.

История изучения НК
В 1868г швейцарский врач И. Ф. Мишер в
ядрах лейкоцитов обнаружил вещества,
обладающие кислотными свойствами,
которые он назвал нуклеином (nucleusядро).
В 1889г Р.Альтман эти вещества назвал
ядерными (нуклеиновыми) кислотами
Термин нуклеиновые кислоты предложен
А. Косселем в 1889 году

10.

Открытие структуры ДНК
91953г.
9

11.

Строительные компоненты НК
Мононуклеотиды – состоят из 3-х компонентов:
1. Азотистое основание (А, Г, Ц, Т, У)
2. Углевод (рибоза, дезоксирибоза)
3. Фосфорная кислота.
Мононуклеотиды – АМФ, ГМФ, ЦМФ, УМФ,
ТМФ

12.

Строение структурных компонентов НК
Строение пуриновых азотистых оснований:
Аденин и гуанин
Аденин
Гуанин
NH2
О
N
HN
N
N
N
NH
H2 N
N
NH

13.

Пиримидиновые- цитозин, урацил, тимин.
NH2
O
N
O
О
HN
НN
O
O
CH3
NH
NH
NH
Цитозин
Урацил
Тимин
Углеводы
Рибоза
Дезоксирибоза
О
О
Н
СН2-ОН
НО
Н
НО
ОН
Н
СН2-ОН
НО
ОН
НО
Н

14.

Пуриновые мононуклеотиды
АМФ – аденозинмонофосфат
ГМФ - гуанозинмонофосфат

15.

Пиримидиновые мононуклеотиды

16.

Взаимопревращения нуклеотидов в клетке
АМФ + Фн
АДФ + Фн
АТФ
ГМФ + Фн
ГДФ + Фн
ГТФ
ЦМФ + Фн
ЦДФ + Фн
ЦТФ
Другие также участвуют во взаимопревращении.

17.

Функции нуклеотидов
1. Мононуклеотиды – АМФ, ГМФ, ЦМФ, УМФ,
ТМФ – структурные компоненты ДНК и
РНК.
2. АДФ – структурные компоненты
коферментов НАД, ФАД, Коэнзим А.
3. АТФ – источник энергии.
4. УДФ – участвует в синтезе полисахарида
гликогена.
5. ЦТФ – участвует в синтезе фосфолипидов.

18.

Рибофлавин, В2
Флавинмононуклеотид FMN
Флавинадениндинуклеотид FAD
АДФ

19.

3- реакция
Глюкозо-1-фосфат + УТФ
УДФ-глюкоза + 2Фн
УДФ–глюкоза - переносчик глюкозы

20.

Схема синтеза гликогена

21.

Ветвление гликогена
Фермент амило-1,4- 1,6 гликозилтрансфераза

22.

Строение и функции АТФ

23.

АТФ – источник энергии в организме
С помощью энергии АТФ выполняется следующие
работы:
1. Химическая работа - все химические реакции.
2. Механическая работа – сокращение мышц,
движение.
3. Осмотическая работа- активный транспорт ионов
через клеточную мембрану.
4. Электрическая работа- проведение нервных
импульсов через нервные волокна.
5. Интеллектуальная деятельность человека.
1 АТФ дает в среднем 38 Кдж/моль

24.

Первичная структура ДНК и РНК
(схематическое изображение)
- фосфорная кислота
ДНК
и- РНК
-углевод
- азотистое основание
5′
5′
А
Т
Ц
3′
3′
А
У
Г

25.

Первичная структура
ДНК и РНК

26.

Вторичная структуры ДНК
(схематическое изображение)
– - Н3РО4
5ʹ
- углевод
Ф
У
Ф
_ _ _ _ _
А
̅ ̅ ̅ ̅ ̅ Т
Ф
У
3ʹ
- азотистое основание
3ʹ
У
Ф
Г
̲- ̲ - ̲ -̲ -̲
Ц
̅ ̅ ̅ ̅
У
5ʹ

27.

Вторичная структура ДНК (пространственное
строение)

28.

Вторичная структура РНК
(пространственное строение)
• Т-РНК – переносит аминокислоты к месту синтеза белка
(рибосоме).
Ала
Дигидроуридин
Антикодон
Псевдоуридин

29.

Виды и функции РНК

30.

Третичная структуры РНК
(рибосомная)
Малая субъединица
30S
Большая субъединица
50S

31.

Строение и функции циклических мононуклеотидов – ц-АМФ и ц-ГМФ

32.

ц-АМФ и ц-ГМФ- вторичные мессенджеры в передаче гормонального сигнала в клетку
Гормон (н: Инсулин)
Мембрана клетки
R
ГТФ
G
A
АТФ
Ц-АМФ - вторичный мессенджер, принимает
сигналы
гормонов. Здесь 10- и 100 кратно
усиливается сигнал гормона.
То есть синтезируется моментально от 10- до 100
молекул ц-АМФ и ц-ГМФ.
Запускается активация ферментной системы
Изменение обмена веществ и функции клетки.
обмена веществ

33.

Гормон инсулин
Мембрана клетки
ц-АМФ и ц-ГМФ
(10- 100 молекул)
Запускается активация ферментов гликолиза
(распад 100 мол. глюкозы)
1 мол. Глюкоза = 38 мол. АТФ (аэробное окисление).
100 мол. Глюкозы = 38х100 = 3800 мол. АТФ
(1 АТФ = в среднем 38 Кдж/моль)
3800х38 = 144400 Кдж/моль.

34.

Биосинтез нуклеиновых кислот
Основной постулат молекулярной биологии

35.

История изучения биосинтеза НК
Решение общебиологической проблемы
наследственности
1- этап.
1940-1950г.г. ХХ века. Проводились многие
эксперименты - на бактерий E. coli и
бактериофаг Т4. Доказали, что передача
наследственной информации
осуществляется молекулами ДНК.

36.

Роль ферментов в синтезе кольцевой
одноцепочечной ДНК фага Фх174 in vitro

37.

Общий механизм синтеза ДНК из
нуклеотидов

38.

Общий механизм синтеза РНК из
нуклеозидтрифосфатов

39.

Схема образования комплементарной
цепи ДНК

40.

Схема репликации ДНК

41.

Этапы репликации ДНК
(инициация, элонгация, терминация)

42.

Синтез праймера (затравки) и роль в
репликации ДНК

43.

Биосинтез РНК (транскрипция )

44.

Особенности репликации вирусного генома
• Синтез ДНК на матрице РНК (3 стадии):
• 1. Образование гибридной молекулы
• _________________Вирусная РНК- матрица
• _l___l_____l ____l Комплементарная цепь ДНК
• 2. Разрушение вирусной – РНК
• 3. Новая ДНК – матрица_____________________

45.

Синтез РНК на матрице РНК
1. Исходная вирусная РНК – матрица
комплементарная цепь РНК
комплементарная цепь РНК
комплементарная цепь РНК

46.

Генная инженерия
Цель генной инженерии:
Получение новых организмов - породы
животных, растений, микроорганизмов и
др. с новыми наследственными свойствами,
с помощью чисто лабораторных приемов.

47.

Пути введения генов в клетку
(трансформация и трансдукция)

48.

Введения генов в клетку путем
гибридизации

49.

Биосинтез белка

50.

Схема синтеза белка

51.

Компоненты белоксинтезирующей
системы (БСС)
1. Рибосома (70S)
2. т - РНК (70 видов)
3. р - РНК
4. м - РНК
5. 20 аминокислот
6. Около 70 рибосомальных белков.
7. Около 120 ферментов.
Всего: участвуют около 300 различных
молекул.

52.

Строение компонентов БСС
м (и)-РНК
А
триптофан
А
Г У
лизин
А
Ц
тирозин
Т-РНК
Ц
А
Г
У
Г Г
глутамин
Рибосома
30S
50S

53.

Этапы синтеза белка
1. Активация аминокислот.
2. Инициация – образование инициирующего
комплекса.
3. Элонгация–синтез и удлинение
полипептидной цепи.
4. Терминация – окончание синтеза белка.
5. Постсинтетическая модификация –
активация белка.

54.

1- этап. Активация аминокислот
Этот процесс протекает в две стадии:

55.

2-й этап. Инициация синтеза белкаобразование инициирующего комплекса

56.

Образование инициирующего комплекса
(активация рибосомы)
Диссоциация
3
м-РНК
F
F
30S
30S
30S
50S
50S
Ф-мет- т-РНК
F1
Ф-мет- т-РНК
30S
30S
2
объединение
50S
субъедини Инициирующий комплекс
F
30S

57.

3- й этап. Элонгация синтеза белка
1.Реакция связывания аа-т-РНК с рибосомой.
2.
3.
Пептидилтрансферазная
реакция
–
образование пептидов с помощью пептидной
связи.
Реакция транслокации – перемещение
рибосомы вдоль м-РНК.
4. Повторение этих 3-х реакций до окончания
синтеза белка.

58.

Синтез белка на полисоме

59.

4-й этап. Терминация- окончание синтеза
белка
Освобождение комплекса
+R- фактор
рибосома
м -РНК
т-РНК
Новосинтезированный белок вступает в стадию активации
(посттрансляционную модификацию
белок

60.

5-й этап. Процессинг или сворачивание
(активация белка)
1. Образование дисульфидной связи в третичной
структуре белка
S
S
S S
S
S
S
S
2. Присоединение коферментов
к ферментам.
S
Е
КоЕ

61.

3. Карбоксилирование (присоединение СО2) к факторам свертывания
крови в печени
Глутамат
Неактивный
препротромбин
СО2
-ООС-глу-СОО-
Активный протромбин
4. Гидроксилирование лизина и пролина в
белках мышечной и соединительной ткани.

62.

Регуляция синтеза белка
Регуляция синтеза путем индукции

63.

Регуляция синтеза белка путем репрессии

64.

Ингибиторы синтеза белка
Ингибиторы, действующие на уровне:
Транскрипции Трансляции
(ингибирует синтез РНК)
(ингибирует синтез белка)
Противоопухолевые и
Антибактериальные,
противотуберкулезные
противовирусные препараты
препараты - стрептомицин
- рифамицин
- хлорамфеникол
- актиномицин Д - линкомицин
- винкристин
- эритромицин
- винбластин
- тетрациклин

65.

Усилители синтеза белка (индукторы)
Анаболические средства
Негормональные
Гормональные
- оротат калия
- феноболин
(предшественник
- ретоболил
нуклеотидов)
метандростенолон
- инозин - предшественник
нуклеиновых кислот

66.

Домашнее задание
1. Уметь показать иллюстративно:
1. Строение и биологическую роль нуклеотидов
и нуклеиновых кислот.
2. Строение и биологическую роль АТФ.
3. Уметь объяснить механизм реализации
сигнала гормонов с помощью ц-АМФ и цГМФ.
4. Этапы биосинтеза НК и белка.
5. Ингибиторы и усилители синтеза белка.

67.

Благодарю за внимание!
Следующая лекция: Биохимия гормонов