Лекция 9 Нуклеиновые кислоты

1. Органические вещества клетки. Нуклеиновые кислоты

Лекция 9

2. История открытия

1868 г. - открытие Ф.Мишером вещества “нуклеотин” из ядер погибших
лейкоцитов.
1889 г. - А.Коссель выделил “нуклеиновые кислоты” аденин, цитозин,
гуанин, тимин, урацил.
Фридрих Мишер
Альбрехт Коссель

3. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты – нерегулярные
которых являются нуклеотиды.
биополимеры, мономерами
Нуклеиновые
кислоты
ДНК
РНК
(дезоксирибонуклеиновая
кислота)
(рибонуклеиновая
кислота)

4. Расположение ДНК

У эукариот (растения и животные) ДНК
находится в ядре, а также в
митохондриях и хлоропластах у
растений. ДНК эукариот обычно
разделена
на
ряд
линейных
фрагментов - хромосом.
У прокариот (бактерии) ДНК не
заключена в отдельную мембранную
оболочку, хотя она расположена в
специализированной
клеточной
области, называемой нуклеоидом и
имеет кольцевую структуру.

5. Расположение РНК

В клетке молекулы РНК находятся в ядре, цитоплазме, а также в
органоидах, в которых происходит синтез белка: рибосомах, митохондриях,
хлоропластах.

6. Строение нуклеиновых кислот

Каждый нуклеотид состоит из остатков углевода, фосфорной кислоты
и азотистого основания.

7. Азотистые основания

Пиримидиновые:
урацил, тимин и цитозин.
Пуриновые:
аденин и гуанин.

8. Углеводы

Нуклеотиды ДНК и РНК также имеют немного различающиеся молекулы
сахара. Пятиуглеродный сахар в ДНК называется дезоксирибоза, а в РНК —
рибоза. Атомы углерода в сахарах пронумерованы (1′ читается как «один
штрих»).

9. Фосфат

Нуклеотиды могут иметь одну фосфатную группу или цепочку из трёх
фосфатных групп, присоединённых к 5’-атому углерода сахара. Когда
нуклеотид присоединяется к растущей цепи ДНК или РНК, он теряет две
фосфатные группы. Поэтому, в цепочке ДНК или РНК каждый нуклеотид
имеет только одну фосфатную группу.

10. Строение нуклеотида ДНК

Аденин
Тимин
Цитозин
Гуанин
Остаток
фосфорной
кислоты
Дезокси
рибоза

11. Строение нуклеотида РНК

Аденин
Урацил
Цитозин
Гуанин
Остаток
фосфорной
кислоты
Рибоза

12. Соединение нуклеотидов в полимер

Фосфат образует фосфодиэфирную
(ковалентную) связь между двумя
соседними сахарами.
Азотистые основания образуют между
собой водородные связи по принципу
комплементарности.

13.

Соединение нуклеотидов в полимер
Цепи ДНК разнонаправлены, или антипараллельны. Каждая цепь содержит 5 OP и 3 -OH концы. Нуклеотиды находятся внутри, а сахарофосфатные группы
снаружи.

14. Комплементарность – правило Чаргаффа

Содержание аденина всегда равно молярному содержанию тимина, а
молярное содержание гуанина — молярному содержанию цитозина.
Количество пуринов равно количеству пиримидинов, а отношение
А+Т/Г+Ц различается у разных видов живых организмов.

15. Комплементарность – правило Чаргаффа

Информационная РНК (иРНК, матричная РНК, мРНК) синтезируется в ядре в ходе
процесса транскрипции по принципу комплементарности с ДНК. Исходя из
данного принципа, гуанин (Г) в молекуле ДНК соединяется с цитозином (Ц) в РНК.

16.

Свойства ДНК
Таким
образом,
каждая
молекула ДНК состоит из двух
комплементарных
цепочек
полинуклеотидов.
Комплементарность – принцип
взаимного
соответствия
нуклеотидов.

17.

Свойства ДНК
Антипараллельность
разнонаправленность
ДНК.
–
цепочек
Из-за размеров и функциональных
групп
оснований
нуклеотиды
образуют строго определённые
пары: A может соединяться только
с T, а G может соединяться только
с C, как показано ниже.

18.

Свойства ДНК
Это означает, что две нити двойной спирали ДНК связаны друг с другом очень
предсказуемым образом.
Например, если вы знаете, что в одной цепи встречается последовательность 5’AATTГГЦЦ-3 ’, то во второй цепи в этом же месте должна быть
последовательность 3’-TTAAЦЦГГ-5’. Благодаря этому каждое основание в
спирали соответствует парному ему основанию:

19.

Свойства ДНК
• Репликация
–
процесс
копирования ДНК;
• Полуконсервативность – при
репликации в основе новой
ДНК всегда находится одна
материнская нить, и одна
достроенная;
• Репарация
–
процесс
устранения повреждений ДНК;

20. Репликация ДНК

1. Инициация – начало репликации
2. Элонгация – процесс построения новых цепочек
3. Терминация – окончание репликации

21. Репликация ДНК

1. Участок двойной спирали ДНК расплетается (ферменты топоизомераза, геликаза).
Образуется репликативная вилка. К -3 ̒- концу присоединяется РНК-праймер (затравка).
Начинается синтез.

22. Репликация ДНК

2. ДНК-полимераза движется по направлению от -3 ̒- конца к -5 ̒- концу, достраивая
нуклеотиды дочерней цепочки по принципу комплементарности.

23. Репликация ДНК

3. Одновременно достраиваются 2 дочерние цепочки – лидирующая и отстающая.
По лидирующей идет непрерывный синтез, на отстающей формируются фрагменты
Оказаки.

24. Репликация ДНК

4. РНК-праймер удаляется РНКазой Н с отстающей цепочки, после того, как фрагменты
Оказаки будут завершены. Фрагменты сшиваются между собой ДНК-лигазой.

25. Репликация ДНК

5. После удаления всех затравок и залечивания всех брешей новая ДНК полностью готова.

26. Репарация ДНК

Некомплементарная
пара нуклеотидов
Предмутационное
состояние ДНК
Точечная
наследуемая мутация
Система
репарации
Точная копия
материнской
ДНК

27.

28. Функции ДНК

Хранение, воспроизведение и передача наследственной информации.

29. Уровни спирализации ДНК

1. Двойная спираль
Цепи закручиваются друг вокруг
друга, а также вокруг общей оси
и образуют правозакрученные
объемные спирали по 10 пар
оснований в каждом витке.

30.

2. Нуклеосомная нить.
Соединяясь с белками — гистонами, молекула еще сильнее
спирализуется, утолщается и укорачивается.

31.

3. Хроматиновая фибрилла.
Нуклеосомная нить, закручиваясь вокруг своей оси, образует
петлистую структуру. Молекула еще сильнее укорачивается и
утолщается.

32.

4. Суперспираль.
Спирализация молекулы ДНК становится максимальной. Молекула
стала видимой в световой микроскоп и называется — хромосомой.
Хромосома — тельце вытянутой формы, имеет первичную перетяжку
— центромеру и плечи.

33.

34. Типы РНК и их функции

1. Информационная (и-РНК) или матричная (м-РНК) — передача информации
о структуре белка из ядра клеток (ДНК) в цитоплазму к рибосомам.
2. Рибосомная (р-РНК) - входит в состав рибосом и участвует в синтезе белка.
3. Транспортная (т-РНК) - переносит аминокислоты к рибосомам и участвует в
синтезе белка.

35. Особенность формы т-РНК

Транспортная РНК имеет форму
трилистника:
на вершине 3
нуклеотида
(антикодон),
на
противоположной
стороне
«посадочное площадка»
для
аминокислоты (акцепторный конец).
Аминокислота

36. Типы РНК и их функции

4.
Каталитические
РНК
(рибозимы)
специфические катализаторы биохимических
реакций, чаще всего связаны с превращениями
самих РНК.
5. Регуляторные РНК — обеспечивают регуляцию
синтеза белков (процессы транскрипции и
трансляции).
Они
связываются
с
соответствующими молекулами мРНК (частично
или
полностью
комплементарными
последовательностями)
и
снижают
их
стабильность или вмешиваются в их трансляцию,
таким образом точно регулируя их количество.

37. ДНК и РНК вирусов

Вирус состоит из генома ДНК или РНК, а также внешней белковой
оболочки, называемой капсидом.
Около
80
%
вирусов
человека
и
животных
содержит РНК-геном.
Способность РНК хранить
наследственную
информацию - уникальная
особенность вирусов.

38.

НК вирусов
ДНК
Двуцепочечные
Линейные
Кольцевые
РНК
Одноцепочечные
Линейные
Кольцевые
Двуцепочечные
Линейные
Одноцепочечные
Линейные
Кольцевые

39. Задание 1:

Составить сравнительную таблицу по НК;
ДНК
Функции
Сахара
Азотистые основания
Структура
РНК

40. Задание 2:

1. Достройте вторую цепочку ДНК по принципу комплементарности:
-А-А-А-Т-А-Г-Ц-Г-Г-А-Т-А-Ц-Г-А-А-А-А-

41. Спасибо за внимание!