Нуклеиновые кислоты

1.

Нуклеиновые кислоты (НК):
ДНК и РНК
Компоненты НК
•азотистые основания
•нуклеозиды
•нуклеотиды
•первичная структура
•вторичная структура

2.

Нуклеиновые кислоты - важнейшие
биополимеры, осуществляющие
хранение и передачу генетической
информации в живой клетке

3.

Компоненты НК
• азотистые основания
• углеводы - рибоза или дезоксирибоза
• фосфорная кислота

4.

Азотистые основания НК
Пуриновые основания
пурин
7
6
N
N
8
9
N
H
OH
1
Гуанин (G)
(ДНК, РНК)
2
N
N
N
H
N
N
NH2
H2N
3
N
N
H
N
N
Аденин (А)
(ДНК, РНК)

5.

Пиримидиновые основания
N
пиримидин
N
Урацил (U)
(РНК)
Тимин (Т)
(ДНК)
H2N
OH
OH
N
H3C
N
N
Цитозин (С)
(ДНК, РНК)
OH
N
N
N
OH
OH

6.

Таутомерия азотистых оснований
H
OH
N
С
O
N
C
Лактим- лактамная таутомерия

7.

!
!
Химические превращения азотистых
оснований могут быть причинами
мутаций

8.

Дезаминирование
NO3
-
[H]
NO2
-
N2+
N
HNO2
H2N
N
N
H
N
N
Аденин (А)
N
H
N
H2O
N
O
N
N
H
NH
N
Гипоксантин (Нх)

9.

Образование димеров
под действием радиации
O
O
H3C
NH
N
H
Тимин
O
h
CH3 H3C O
HN
O
NH
N
H
N
H
O
Тиминовый димер

10.

ДНК и РНК отличаются набором
азотистых оснований
ДНК
• Тимин Т
• Цитозин C
• Аденин A
• Гуанин G
РНК
• Урацил U
• Цитозин C
• Аденин A
• Гуанин G

11.

Нуклеозиды - N-гликозиды
азотистых оснований и рибозы (в РНК)
или дезоксирибозы (в ДНК)

12.

Рибонуклеозиды
G
O
N
CH2OH
O
OH
N
NH
N
NH2
Гликозидная связь
OH
Гуанозин - G
β- D-рибофураноза

13.

Номенклатура нуклеозидов
Пиримидиновые нуклеозиды
имеют окончание - идин
Цитозин + рибоза
Цитидин (C)
Цитозин + дезоксирибоза
Дезоксицитидин (dC)

14.

Номенклатура нуклеозидов
Пуриновые нуклеозиды
имеют окончание - озин
Аденин + рибоза
Аденозин (А)
Гуанин + дезоксирибоза
Дезоксигуанозин (dG)

15.

Нуклеозиды - антибиотики
Некоторые микроорганизмы
выделяют необычные
нуклеозиды, успешно
применяемые в качестве
антибиотиков
A
NH2
N
HO CH2
N
O OH
N
H
N
Арабинозиладенин
OH
D-арабиноза

16.

Дезоксинуклеотиды - сложные эфиры
дезоксинуклеозидов и фосфорной кислоты
NH2
N
5`
HO CH2
4`
3`
OH
N
N
O
N
1`
2`
Этерификация
дезоксирибонуклеозидов
может осуществляться
только по 3` или 5`
положениям
дезоксирибозы

17.

Дезоксирибонуклеотиды
NH2
NH2
N
HO CH2
N
O
N
N
HO CH2
N
dAMP-3`
O
N
O
N
O
O P OH
O P O
OH
O
3`-Дезоксиадениловая
кислота
N
Дезоксиаденозин-3`-фосфат

18.

АТР - энергетическая валюта организма
АТР + Н2О
АDP + Pi + H+
0
G = -7,3 ккал/моль
АDР + Н2О
АMP + Pi + H+
0
G = -7,3 ккал/моль

19.

Обозначение макроэргических
связей

20.

SH2 + NAD+
S + NADH
+ H+
O
H
S
C
+
H
NH2
+
N
Восстановленный
субстрат
R
O
H
C
S
Окисленный
субстрат
+
N
H
2
N
R
+
H+

21.

Первичная структура НК
o
5`
O P O CH2
O-
A
O
O
-
O P O
3`
O
CH2
3`O
G
O
НК - это полимерная цепь,
состоящая из нуклеотидов,
соединенных
3`-5`-фосфодиэфирными
связями
5`
Фрагмент цепи ДНК

22.

const
Вариабельная
часть

23.

А
С
3`
3`
Р
Р
5`
G
3`
Р
5`
OH
5`
p A p C p G или 5`-pA-C-G
(для РНК)
p dA p dC p dG или 5`-pdA-dC-dG (ДНК)

24.

Вторичная структура НК
ДНК
Правила Чаргаффа:
•А+G=Т+С
• А = Т; G = C
•A+C=G+T
Состав РНК не соответствует правилам Чаргаффа

25.

В 1953 г Д.Уотсон и Ф. Крик установили
трехмерную структуру ДНК
В 1962 г им была
присвоена
Нобелевская
премия
Двойная спираль,
М.,МИР, 1969 г

26.

Модель двухспиральной
молекулы ДНК
Фотография дифракции
рентгеновских лучей на нити ДНК (Р.Франклин)

27.

ДНК - это двойная спираль (дуплекс)
Важнейшее свойство двойной спирали ДНК специфичность спаривания оснований - к о м п л е м е н т а р н о с т ь оснований:
Аденин - Тимин
Гуанин - Цитозин
Пуриновые
основания
Пиримидиновые
основания

28.

Центры возникновения водородных связей
N
H
O C
N
H
N

29.

Комплементарная пара: А
Аденин (А)
Тимин (Т)
N
N
N
К цепи
H
Т
N
H
H
O
N
N
O
1,11 нм
CH3
N
К цепи

30.

Комплементарная пара: G
Гуанин (G)
H
O
N
N
К цепи
C
N
H
H
N
H
H
1,08 нм
CH3
N
N
N
Цитозин (С)
N
O
К цепи

31.

Комплементарные пары А - Т и G-C
совпадают по размерам
G-C
A-T

32.

Параметры двойной спирали

33.

Характеристики дуплекса ДНК:
• две спиральные полинуклеотидные
цепи закручены вокруг общей оси;
• цепи направлены в
противоположные стороны;
•основания расположены внутри спирали;
•сахарные и фосфорные группы - снаружи;
•плоскости оснований перпендикулярны оси;
•плоскости сахарных остатков расположены
почти перпендикулярно к основаниям;
•диаметр спирали ~ 2 нм;
•шаг спирали ~3,4нм
•на один виток спирали приходится 10 пар
оснований;
•две цепи удерживаются вместе
водородными связями
между парами оснований;

34.

Взаимодействия в ДНК,
удерживающие «дуплекс»
1. Водородные связи между
комплементарными парами
2. Гидрофобные
взаимодействия между
π-системами оснований
«STACKING»
3. Белки -ГИСТОНЫ- со
значительным содержанием
ЛИЗИНА и АРГИНИНА,
обеспечивают стабилизацию
полианиона ДНК

35.

Гидрофобная область
ДНК
Гидрофильная сторона
ДНК

36.

Суперспирализация ДНК
Релаксированная
форма
Суперспирализацию
осуществляют
специальные белки-ГИРАЗЫ
Суперспирализованная
форма

37.

Вторичная структура
тРНК имеет лишь
отдельные участки
в виде двойной
спирали
Антикодоновая петля

38.

Сравнение ДНК и РНК
1. Разный набор оснований:
ДНК -А,Т,G,C; РНК - А,U,G,C
2. Различные углеводы: ДНК - dRib, РНК - Rib
3. ДНК существует в одной форме;
РНК - в виде различных типов:
тРНК, мРНК, рРНК
4. ДНК содержится в ядре,
РНК и в ядре и в других органеллах клетки
5. ДНК -двойная спираль,
РНК спирализована лишь частично.