Нуклеиновые кислоты

1.

Нуклеиновые кислоты

2.

3.

Открытие ДНК
• В 1869 году Мишер занимался изучением животных
клеток – лейкоцитов. Для получения лейкоцитов он
использовал гнойные повязки, которые ему доставлялись
из больниц. Он брал гной, отмывал лейкоциты и выделял
из них белок.
• В процессе исследований Мишеру удалось установить,
что кроме белков, в лейкоцитах содержится ещё какое-то
неизвестное вещество.
• Оно выделялось в виде нитевидного или хлопьевидного
осадка при создании кислой среды. При добавлении
щелочи этот осадок растворялся.
• Исследуя препарат лейкоцитов под микроскопом, Мишер
обнаружил, что в процессе отмывания лейкоцитов
соляной кислотой от них остаются ядра. Он сделал вывод,
что в ядрах имеется неизведанное вещество, то есть
новое вещество, которое он назвал нуклеином, от слова
nucleus – ядро.
• Кроме этого, по данным химического анализа Мишер
установил, что это новое вещество состоит из углерода,
водорода, кислорода и фосфора. Фосфорорганических
соединений в то время было известно очень мало,
поэтому Мишер пришел к выводу, что открыл новый класс
соединений в ядре.

4.

Изучение ДНК
• В 1953 году Джеймс
Уотсон и Френсис
Крик предложили
пространственную модель
структуры ДНК

5.

Строение нуклеиновых кислот
Строение нуклеотида
• Нуклеиновые кислоты —
биологические полимеры,
мономерами которым
служат нуклеотиды. Каждый
нуклеотид состоит из остатков
углевода, фосфорной кислоты и
азотистого основания
• Остаток фосфорной кислоты
образует сложноэфирную связь с
гидроксилом при 5-м атоме
углерода в сахаре

6.

Нуклеотид нуклеиновой кислоты
• Углеводный компонент
представлен пентозами —
рибозой (в РНК)
или дезоксирибозой (в ДНК), у
которой отсутствует кислород
при втором атоме углерода

7.

Нуклеотид нуклеиновой кислоты
По структуре гетероциклов
азотистые основания делятся на
две группы.
Пиримидиновые
азотистые основания: урацил,
тимин и цитозин. Тимин
отличается от урацила только
наличием метильной группы, что
незначительно меняет его
свойства. В РНК встречаются
урацил и цитозин, а в ДНК —
тимин и цитозин.

8.

Нуклеотид нуклеиновой кислоты
Пуриновые основания: аденин
и гуанин. Во всех нуклеиновых
кислотах присутствуют оба
пурина

9.

Строение полинуклеотидов
нуклеотиды образуют
нуклеиновую кислоту,
соединяясь друг с другом с
помощью фосфодиэфирной
связи.
Фосфодиэфирная связь между отдельными нуклеотидами в
цепочке нуклеиновой кислоты

10.

11.

Первичная структура ДНК
С одной стороны имеется не
занятое связью пятое
положение рибозы, этот конец
называют 5’-концом. С
противоположной стороны не
занят связью третий гидроксил
сахара, этот конец обозначают
как 3’-конец. 5’-конец считается
началом цепи, а 3’-конец — ее
окончанием

12.

Трехмерная структура ДНК
• При анализе содержания азотистых оснований в
ДНК из различных организмов Эрвин Чаргафф
обнаружил определенные закономерности,
позднее названные правилами Чаргаффа.
• Молярное содержание аденина всегда равно
молярному содержанию тимина, а молярное
содержание гуанина — молярному содержанию
цитозина.
• Количество пуринов равнялось количеству
пиримидинов, а отношение А+Т/Г+Ц было
различным у разных видов живых организмов.
• Это указывало на возможные взаимодействия
оснований в ДНК между собой.
• На основании правил Чаргаффа и
предварительных результатов
рентгеноструктурного анализа Джеймс
Уотсон и Френсис Крик в 1953 г.
предложили двуспиральную модель структуры
ДНК.

13.

Трехмерная структура ДНК
Согласно этой модели молекула
ДНК состоит из двух
полинуклеотидных цепей,
соединенных между собой
азотистыми основаниями. При
этом аденин одной цепи всегда
взаимодействует с тимином в
другой, и наоборот. Точно так
же гуанин одной цепи всегда
связан с цитозином в другой

14.

Трехмерная структура ДНК
• Такие пары оснований удерживаются за счет
образования между основаниями водородных
связей:
• пара А–Т образует 2 водородные связи;
• пара Г–Ц образует 3 водородные связи.
• Главной особенностью пар А–Т и Г–Ц является
их одинаковая геометрия. Это позволяет
построить двуспиральную молекулу с
постоянным расстоянием между цепями,
построенными остатками сахара и фосфорной
кислоты. Образование любых других пар
приводит к нарушению правильной структуры.
• Такое взаимодействие оснований, при котором
они дополняют друг друга до определенной
структуры, одинаковой для всех пар, получило
название принципа комплементарности.

15.

Трехмерная структура ДНК
Пары аденин и тимин, гуанин и
цитозин
называются комплементарным
и парами, а две цепочки
нуклеиновых кислот, в которых
все основания образуют
комплементарные пары —
комплементарными цепочками.
Таким образом, каждая
молекула ДНК состоит из двух
комплементарных цепочек
полинуклеотидов

16.

Трехмерная структура ДНК
• Важной особенностью структуры
двойной спирали ДНК является то, что
комплементарные цепи направлены в
противоположные стороны, т. е. 5’конец одной цепи связан
комплементарными основаниями с 3’концом другой цепи, и наоборот.
Основания плотно слипаются своими
плоскостями, что делает связь между
цепочками еще более прочной.
• В центре молекулы ДНК находится как
бы стержень, построенный из
азотистых оснований, а по краям он
обвит двумя нитями, состоящими из
чередующихся остатков дезоксирибозы
и фосфорной кислоты.

17.

Сверхплотная упаковка ДНК с
белками-гистонами образует
хромосому

18.

19.

Строение РНК
Строение нуклеотида РНК
• Мономеры РНК в составе
нуклеотидов содержат
пятиуглеродный сахар (пентоза),
фосфорную кислоту (остаток
фосфорной кислоты) и азотистое
основание
• Азотистые основания РНК –
урацил, цитозин, аденин и
гуанин.
• Моносахарид нуклеотида РНК
представлен рибозой
• Молекула РНК содержит от 75 до
10 000 нуклеотидов.

20.

21.

и-РНК
Информационная РНК
составляет 3-5 % от общего
содержания РНК в клетке. Это
одноцепочная молекула,
которая образовывается в
процессе транскрипции на
одной из цепей молекулы ДНК.
Матричная РНК передает
информацию о структуре белка
из ядра клеток, где находится
ДНК, к рибосомам, где эта
информация реализуется

22.

р - РНК
Рибосомные РНК составляют
80 % от всех рибосом,
присутствующих в клетке. Эти РНК
синтезируются в ядрышке, а в
клетке они находятся в
цитоплазме, где вместе с белками
образуют рибосомы. На
рибосомах происходит синтез
белка. Здесь «код», заключенный в
матричную РНК, транслируется в
аминокислотную
последовательность молекулы
белка.

23.

т - РНК
• Транспортные РНК образуются в
ядре на ДНК, а затем переходят в
цитоплазму
• На долю таких РНК приходится
около 10 % от общего
содержания РНК в клетке. Они
имеют самые короткие молекулы
из 80-100 нуклеотидов.
• Транспортные РНК присоединяют
к себе аминокислоту и
транспортируют ее к месту
синтеза белка, к рибосомам.

24.

т-РНК
Все известные транспортные РНК
за счет комплементарного
взаимодействия между
азотистыми основаниями
образовывают вторичную
структуру, по форме
напоминающую лист клевера. В
молекуле тРНК есть два активных
участка – триплет антикодон на
одном конце и акцепторный
участок, присоединяющий
аминокислоту, на другом.

25.

т- РНК
• Кодирующие аминокислоты триплеты –
кодоны ДНК – передаются в виде информации
триплетов (кодонов) мРНК. У верхушки
клеверного листа тРНК располагается триплет
нуклеотидов, который комплементарен
соответствующему кодону мРНК. Этот триплет
различен для тРНК, переносящих разные
аминокислоты, и кодирует именно ту
аминокислоту, которая переносятся данной
тРНК. Он получил название антикодон.
• Акцепторный конец является «посадочной
площадкой» для определенной аминокислоты.
• Таким образом, различные типы РНК
представляют собой единую функциональную
систему, направленную на реализацию
наследственной информации через синтез
белка.

26.

• В начале 1980-х годов в
лаборатории ученых Чека и
Олтмена (обладатели
нобелевской премии по
химии) в США была открыта
каталитическая способность
РНК. РНК-катализаторы были
названы рибозимами

27.

Сравнение ДНК и РНК
Нуклеиновая
кислота
ДНК
Строение
азотистое основание:
аденин (А)
тимин (Т)
гуанин (Г)
цитозин (Ц)
углевод:
дезоксирибоза
остаток фосфорной
кислоты
Функции
Особенности
хранение и передача
наследственной
информации
двойная спираль (по
принципу
комплементарности);
способность к
репликации
(самоудвоению)

28.

Сравнение ДНК и РНК
Нуклеиновая
кислота
РНК
Строение
азотистое
основание:
аденин (А)
урацил (У)
гуанин (Г)
цитозин
(Ц)
углевод:
рибоза
остаток
фосфорной
кислоты
Функции
биосинтез белка
Особенности
одинарная цепочка
нуклеотидов