И ФУНКЦИИ
НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ ч. 2
Слайд 3
СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Хронология открытий,
подготовивших создание Уотсоном и Криком модели двойной спирали ДНК
1868г.
Обнаружен нуклеин. Современное название - хроматин. Фридрих Мишер
1889г. Нуклеин разделен на нуклеиновую кислоту и белок. Появился термин "нуклеиновая кислота". Рихард Альтман
1900г. Все азотистые основания были описаны химиками.
1909г. В нуклеиновых кислотах обнаружены фосфорная кислота и рибоза. Левин
1930г. Найдена дезоксирибоза. Левин
1938г. Рентгеноструктурный анализ показал, что расстояние между нуклеотидами в ДНК 3,4 Å. При этом азотистые основания уложены стопками. Уильям Астбюри, Флорин Белл
1947г. С помощью прямого и обратного титрования установлено, что в ДНК есть водородные связи между группами N-H и C=O. Гулланд
1953г. С помощью кислотного гидролиза ДНК с последующей хроматографией и количественным анализом установлены закономерности: А/Т=1; Г/Ц=1; (Г+Ц)/(А+Т)=К - коэффициент специфичности, постоянен для каждого вида. Эрвин Чаргафф
Слайд 4
Нуклеиновые кислоты являются нерегулярными полимерами, мономеры которых -
нуклеотиды.
Нуклеотид = нуклеозид + фосфорная кислота = азотистое основание+
пентоза+фосфорная кислота.
В РНК пентоза - рибоза. В ДНК - дезоксирибоза.
Слайд 5
Нуклеотиды соединяются друг с другом в полимерную цепочку
с помощью фосфодиэфирных связей. Азотистые основания не принимают участия
в соединении нуклеотидов одной цепи.
Слайд 6
Существует два класса азотистых оснований.
Пурины: аденин
(А) и гуанин (Г) - содержат два гетероцикла.
Пиримидины:
тимин (Т), цитозин (Ц) и урацил (У) - содержат один гетероцикл.
строения ДНК
1. Нерегулярность.
Существует регулярный сахарофосфатный остов, к которому присоединены
азотистые основания. Их чередование нерегулярно.
2. Антипараллельность.
ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, ориентированных антипараллельно. 3`-конец одной расположен напротив 5`-конца другой.
3. Комплементарность (дополнительность).
Каждому азотистому основанию одной цепи соответствует строго определенное азотистое основание другой цепи. Соответствие задается химией. Пурин и пиримидин в паре образуют водородные связи. В паре A-Т две водородные связи, в паре Г-Ц - три.
4. Наличие регулярной вторичной структуры.
Две комплементарные, антипараллельно расположенные полинуклеотидные цепи образуют правые спирали с общей осью.
Принципы строения ДНК
Нерегулярность, антипараллельность,комплементарность, наличие
регулярной вторичной структуры
ФУНКЦИИ ДНК
1. ДНК является
носителем генетической информации.
Функция обеспечивается фактом существования генетического кода.
2. Воспроизведение и передача генетической информации в поколениях клеток и организмов.
Функция обеспечивается процессом репликации.
3. Реализация генетической информации в виде белков, а также любых других соединений, образующихся с помощью белков-ферментов.
Функция обеспечивается процессами транскрипции и трансляции.
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
Процесс, осуществляемый комплексом ферментов и белков, выполняющих топологическую функцию, суть которого в образовании идентичных копий ДНК для передачи генетической информации в поколениях клеток и организмов, называют репликацией ДНК.
Принципы репликации
1. Комплементарность.
2. Антипараллельность.
3. Униполярность.
4. Потребность в затравке.
5. Прерывистость.
6. Полуконсервативность.
Слайд 11
Синтез каждой дочерней цепи ДНК идет комплементарно и
антипараллельно матричной цепи и всегда в направлении 5' →3'.
Полуконсервативность
означает, что каждая дочерняя ДНК состоит из одной матричной (материнской) цепи и одной вновь синтезированной.
Слайд 12
Синтез одной нити ДНК идет короткими фрагментами, которые
сшиваются с помощью ДНК-лигазы. У бактерий и высших организмов
одна цепь образуется непрерывно, а другая - прерывисто (лидирующая и запаздывающая цепи).
Слайд 13
ФЕРМЕНТЫ РЕПЛИКАЦИИ
ДНК-полимеразы
Эти ферменты присутствуют во всех прокариотических
и эукариотических клетках.
Сравнительные характеристики ДНК-полимераз E. Сoli
Слайд 14
К репликации имеют отношение полимеразы I и III.
Причем именно полимераза III является репликазой, т.е. она синтезирует
in vivo новые цепи ДНК.
Участие ДНК-полимеразы I необходимо. У нее вспомогательная, репаративная функция.
ДНК-полимераза II имеет отношение лишь к репарации
Геликазы
Геликазы - ферменты, денатурирующие ДНК.
Для начала
“работы” геликазы требуется одноцепочечный участок ДНК, т.е. геликаза не может начать плавление нативной ДНК без дефектов
Слайд 16
SSB (single strand
bind)
Они не денатурируют ДНК, а лишь фиксируют одноцепочечное состояние.
У
них повышенное сродство к одноцепочечной ДНК. Белок не связывается с двуцепочечной ДНК, не имеющей расплавленных участков.
Белки связываются с двуцепочечной ДНК, если в ней есть нарушения вторичной структуры.
Они избирательно
стимулируют работу
ДНК-полимеразы
Топоизомеразы
Топоизомеразы - ферменты, изменяющие топологию ДНК,
т.е. катализирующие переходы в молекулах ДНК, связанные с изменением степени сверхспирализации..
Топоизомеразы меняют число зацеплений одной цепи за другую. Делятся на два класса:
Тип I (релаксазы) - уменьшают число зацеплений.
Тип II (гиразы) - увеличивают число зацеплений
Слайд 19
Механизм действия топоизомеразы
В процессе репликации расплетание цепей ДНК
может приводить к образованию особых структур: суперскрученных (supercoils) и
катенанов (catenanes). Топоизомеразы препятствуют их образованию путем осуществления однонитевых разрывов, которые потом сшиваются лигазами
РНК-праймаза
Синтезирует РНК-затравки для
синтеза дочерних нитей ДНК
ДНК - лигазы
Необходимы для соединения цепей ДНК при репликации, репарации и рекомбинации
Слайд 21
ИНИЦИАЦИЯ РЕПЛИКАЦИИ У Е.coli
Белок-инициатор DnaA играет ключевую роль
в инициации репликации хромосомы у многих бактерий. Он последовательно
выполняет 3 главные функции:
Узнает область начала репликации оri, последовательно связываясь с наномерными повторами в ДНК
Способствует расплетанию легкоплавких АТ-богатых участков ДНК оri
Создает условия для привлечения ДНК-геликазы DnaВ на расплетенные участки оri
Слайд 23
Элонгация обеих нитей синтезирующейся ДНК
Слайд 26
Особенности репликации ДНК эукариот
Каждая эукариотическая хромосома -
полирепликон.
Слайд 28
Cхема репликации ДНК
Расплетенные нити
ДНК представляют собой “петлю”, растущую в одном направлении. Репликативный
участок называют “репликативным пузырем”.
Слайд 29
Репликация концов ДНК хромосом эукариот
3'-оверхенги, т.е. выступающие
3'-концы материнских цепей узнаются теломеразой - ферментом, содержащим помимо
белковой части еще и РНК, выполняющую роль матрицы для наращивания ДНК повторами. Теломераза вначале удлиняет более длинную цепь. Затем синтезируется удлиненная короткая цепь.