Слайд 2
(от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярные органические соединения, биополимеры
(полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов
с молекулярной массой
Нуклеиновые кислоты
от 25 тыс. до
1 млн дальтон и более
Слайд 3
История открытия
Фридрих Иоганн
Мишер (1844—1895) — швейцарский физиолог, гистолог и биолог, открыл
нуклеины в 1869 г.
в клеточных ядрах,
изолированных из гноя,
а также из спермиев лосося.
Слайд 4
Значение нуклеиновых кислот
Стабильность НК- важнейшее условие нормальной жизнедеятельности
клеток и целых организмов.
Биологическая роль
заключается:
в хранении, реализации и передаче наследственной информации, "записанной" в виде последовательности нуклеотидов — т. н. генетического кода;
В управлении процессом биосинтеза белка.
Слайд 6
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
ДНК –
дезоксирибонуклеиновая
кислота
РНК
рибонуклеиновая
кислота
сохраняют
генетическую
информацию
участвует в
передачи
генетической
информации
Слайд 7
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ
ДНК –
дезоксирибонуклеиновая
кислота
РНК
рибонуклеиновая
кислота
Состав нуклеотида в ДНК
Состав нуклеотида в РНК
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Гуанин
(Г)
Цитозин (Ц)
Урацил (У):
Рибоза
Остаток
фосфорной
кислоты
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Тимин (Т)
Дезокси-
рибоза
Остаток
фосфорной
кислоты
Информационная
(матричная)
РНК (и-РНК)
Транспортная
РНК (т-РНК)
Рибосомная РНК (р-РНК)
Слайд 8
Нуклеиновые основания
Пиримидин
Слайд 9
Пурин
Нуклеиновые основания
Слайд 10
Пиримидиновые основания
Урацил Ura
(2,4-диоксопиримидин)
Тимин Thy
(5-метил-2,4-диоксопиримидин,
5-метилурацил
Цитозин Cyt
(4-амино-2-оксопиримидин)
Слайд 11
Пуриновые основания
Аденин Ade
(6-аминопурин)
Гуанин Gua
(2-амино-6-оксопурин)
Слайд 17
Плоское строение молекул
пиримидина и пурина
Слайд 21
R=OH β-D-рибофураноза
R=H 2-Дезокси-β-D-рибофураноза
2
НУКЛЕОЗИДЫ
Общая структура нуклеозида
R=OH Рибонуклеозид
R=H Дезоксирибонуклеозид
Слайд 24
Цитозин + Рибоза Цитидин
Цитозин +
Дезоксирибоза Дезоксицитидин
Аденин + Рибоза Аденозин
Аденин + Дезоксирибоза Дезоксиаденозин
Тривиальные
названия
Слайд 25
НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
1
Слайд 26
НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
9
Слайд 27
НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
Тимидин
(dT)
тимин
Слайд 28
НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
Слайд 29
Необычные НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
Слайд 40
Циклофосфаты
нуклеозидов
участвуют вместе с соответствующими протеинкиназами
в фосфорилировании внутриклеточных белков (ферментов), изменяя их конформацию и
активность.
являются вторичными
посредниками в
действии
полипептидных
гормонов,
катехоламинов
и простагландинов.
Слайд 42
Общее строение полинуклеотидной цепи
Слайд 43
Первичная структура участка цепи ДНК
d(…A—С—G—Т...)
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ
КИСЛОТ
Первичная структура
нуклеиновых кислот
Слайд 45
Первичная структура нуклеиновых кислот
Слайд 46
Вторичная структура ДНК
это пространственная организация полинуклеотидных цепей
в ее молекуле.
Слайд 47
Вторичная структура ДНК
1953 г. Джеймс Уотсон и Френсис
Крик
(М. Уилкинс, Э. Чаргафф, А. Тодд, Л. Полинг)
Слайд 48
Вторичная структура ДНК
молекула ДНК состоит из двух
полинуклеотидных цепей, правозакрученных вокруг общей оси с образованием двойной
спирали, имеющей диаметр 1,8 - 2,0 нм. Эти две полинуклеотидные цепи антипараллельны друг другу, т.е. направления образования фосфодиэфирных связей в них противоположны: в одной цепи 5' - 3', в другой 3' - 5'.
Слайд 50
Вторичная структура нуклеиновых кислот
Вертикальные взаимодействия между соседними
основаниями, располагающимися друг над другом в виде стопок- стэкинг-взаимодействия
два типа электронных эффектов – лондоновские дисперсионные силы (обусловленные индуцированными диполями) и взаимодействие между постоянными диполями дают весьма заметный эффект.
Слайд 51
Гидрофобные силы
Если
растворенные молекулы агрегируют друг с другом, то суммарная поверхность,
контактирующая с водой, уменьшается. Это приводит к высвобождению молекул структурированной воды, к увеличению ее энтропии и к стабилизации агрегатов.
Слайд 52
Водородные связи
Пурин
Пиримидин
Данный
вид взаимодействия называют "поперечным"
Слайд 53
Комплементар-ность
(от лат. complementum — дополнение) — пространственная взаимодополняемость
молекул или их частей, приводящая к образованию водородных связей.
Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ к замку. Комплементарный — дополняющий.
Слайд 54
Водородные связи между
комплементарными основаниями
Слайд 55
Водородные связи
пара ГЦ связана несколько прочнее и более
компактна
Слайд 56
Правила Чаргаффа
1) количество пуриновых оснований равно количеству
пиримидиновых оснований;
2) количество аденина равно количеству тимина; количество гуанина
равно количеству цитозина;
3) количество оснований, содержащих аминогруппу в положениях 4 пиримидинового и 6 пуринового ядер, равно количеству оснований, содержащих в этих же положениях оксогруппу. Это означает, что сумма аденина и цитозина равна сумме гуанина и тимина.
Слайд 57
Угол вращения - 36°
Оснований на виток – 10
Правозакручена
Классическая
двойная спираль Уотсона-Крика
получила название В-формы ДНК.
Слайд 58
Угол вращения - 32°
Оснований на виток
– 11
Правозакручена
При дегидратации В-формы образуется А-форма
ДНК-правозакрученная двойная спираль, содержащая в одном витке ок. 11 остатков нуклеотидов, плоскости гетероциклич. оснований повернуты примерно на 20° относительно перпендикуляра к оси спирали.
Слайд 59
Угол вращения - 60°
Оснований на виток –
12
Левозакручена
При изменении ионной силы и состава растворителя двойная
спираль изменяет свою форму и даже может превращатьтся в левозакрученную спираль (Z-форма)
Слайд 62
Мутации под воздействием
химических факторов
Слайд 64
У человека ДНК клетки организовано в 23
пары хромосом. Средняя протяженность ДНК хромосомы, включающая 130 млн.
пар оснований, имеет среднюю длину 5 см.
Многократная спирализация ДНК, сопровождающаяся образованием комплексов с белками, и представляет собой ее третичную структуру
Фибриллы хроматина представляют собой структуры, напоминающие бусы на нитке: небольшие, около 10 нм глобулы, связанные друг с другом отрезками ДНК длиной около 20 нм. Эти глобулы получили название нуклеосом
Слайд 65
нить плотно упакованных нуклеосом диаметром 10 нм, образует
в свою очередь спиральные витки с шагом спирали около
10 нм. На один виток такой суперспирали приходится 6-7 нуклеосом.
Такие 25-30-нанометровые глобулы получили название нуклеомеров или «сверхбусин». Нуклеомерный уровень укладки хроматина обеспечивает 40-кратное уплотнение ДНК.
Слайд 66
встречаются положительные и отрицательные супервитки, образованные за счет
скручивания по часовой или против часовой стрелки двойной спирали
,
специфическое связывание с белками
приводитк дальнейшему формированию
в этих участках больших петель или доменов
Слайд 68
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Модель нити ДНК толщиной 30
миллионных частей миллиметра.
Изображение Nature
Слайд 69
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Нуклеосома, первый уровень упаковки.
Двойная
спираль ДНК дважды огибает комплекс гистонных протеинов. Точное положение
уплотнительного протеина H1 требует еще уточнения.
Иллюстрация Матиас Бадер (Mathias Bader)
Слайд 70
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Второй уровень упаковки. Вопреки тому,
что полагали до сих пор, структура «жемчужного ожерелья» ДНК
закручивается не в форме спиралевидной структуры (а), а в форме зигзага (b). Изображения Science
Слайд 71
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Структура тетрануклеосомы, определенная командой Тима
Ричмонда, показывает, что две нуклеосомы, сложенные одна в другую,
соединены с двумя другими нуклеосомами, расположенными напротив, посредством прямой нити ДНК. Эти две кипы соответственно сложены в противоположном направлении.
Слайд 72
Репликация – процесс самоудвоения молекулы ДНК на основе
принципа комплементарности.
Значение репликации: благодаря самоудвоению ДНК, происходят процессы деления
клеток.
Слайд 74
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
Таблица. Параметры некоторых молекул ДНК
Слайд 75
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
Таблица. Параметры молекул РНК бактерии Е. соli
Слайд 76
ВИДЫ РИБОНУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
транспортная РНК (т-РНК), информационная РНК
(и-РНК), рибосомная РНК (р-РНК).
Слайд 77
т-РНК
На долю приходится 10-20% от суммы клеточных РНК;
их молекулярная масса 30.000, цепь включает 75-90 нуклеотидных звеньев.
Основная роль т-РНК состоит в том, что они транспортируют аминокислоты из цитоплазмы к месту синтеза белка − в рибосомы. Число т-РНК превышает число α-аминокислот, участвующих в построении белков.
Слайд 80
СТРУКТУРА РНК
Схема двухцепочечного участка РНК
Слайд 81
СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК
А. Вторичная структура и доменная
организация рибосомальной 16S РНК T.Thermophilus. 5'-домен обозначен синим цветом,
центральный — фиолетовым, 3'-major — красным и 3'-minor — желтым. Спиральные участки пронумерованы от 1 до 45.
Слайд 82
СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК
B. Вторичная структура и доменная
организация 16S и 5S РНК T.Thermophilus. Шесть доменов обозначены
разными цветами. спиральные участки пронумерованы от 1 до 101.
Слайд 83
СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК
C. Трехмерная структура рРНК малой
субъединицы. Цвет доменов соответствует рис. А. Домены образуют отдельные
блоки укладки.
D. Трехмерная структура рРНК большой субъединицы. Цвет доменов соответствует рис.В. В процессе укладки (фолдинга) домены сильно переплетаются друг с другом.
Слайд 85
При расщеплении макроэргической связи Р~О выделяется ~32 кДж/моль.
С этим связана важнейшая роль АТФ как «поставщика» энергии
во всех живых клетках. Нуклеозидная часть молекулы важна для узнавания и связывания с различными ферментами, использующими АТФ или ГТФ.
Слайд 86
Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах
Слайд 87
Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах
Слайд 88
Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах
Слайд 89
Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах
Слайд 90
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
1. Информационная, или матричная РНК
(ее обозначают мРНК) считывает и переносит генетическую информацию от
ДНК, содержащейся в хромосомах, к рибосомам, где происходит синтез белка со строго определенной последовательностью аминокислот.
Слайд 91
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Слайд 92
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
2. Транспортная РНК (тРНК) переносит
аминокислоты к рибосомам, где они соединяются пептидными связями в
определенной последовательности, которую задает мРНК.
3. Рибосамная РНК (рРНК) непосредственно участвует в синтезе белков в рибосомах.
Рибосомы — это сложные надмолекулярные структуры, которые состоят из четырех рРНК и нескольких десятков белков.
Слайд 95
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Таблица. Генетический код
Слайд 96
Передача наследственной информации от ДНК к и-РНК и
к белку
ДНК
Г Т Г Г Г А Т Т Т Ц Г Т
(фрагмент) Ц А Ц Ц Ц Т А А А Г Ц А
и- РНК Г У Г Г Г А У У У Ц Г У
(фрагмент)
Антикодоны
т- РНК Ц А Ц Ц Ц У А А А Г Ц А
Полипептид
(фрагмент) Валин Глицин Фенилаланин Аргинин
*
Слайд 97
Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии – матричный
синтез.
Этапы биосинтеза белка:
ДНК репликация ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок
*
Слайд 98
Николай Константинович
Кольцов (1872-1940)
Отечественный зоолог, цитолог, генетик.
Выдвинул идею
о том, что синтез белка идет
по матричному принципу.
*
Слайд 99
Строение рибосомы: 1 — большая субъединица, 2
— малая субъединица
Рибосомы - очень мелкие органоиды клетки,
образованные рибонуклеиновыми кислотами и белками.
Каждая рибосома состоит из двух частиц - малой и большой.
Основной функцией рибосом является синтез белков.
*
Слайд 101
Трансляция– перевод последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот белка.
мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Слайд 102
Антикодон– триплет нуклеотидов на верхушке тРНК.
Кодон– триплет нуклеотидов
на и-РНК.
мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Водородные связи между
комплементарными нуклеотидами
Слайд 103
мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Пептидная
связь
а/к
Слайд 105
На одной и-РНК «работают» несколько рибосом. Такой комплекс
называется полисома. После завершения синтеза иРНК распадается на нуклеотиды.
Весь цикл процессов, связанных с синтезом одной белковой молекулы, занимает в среднем 1-3 с.
Полисома из печени содержит 12 рибосом, которые выглядят темными пятнами. А цепочка иРНК на снимке не видна.
*
Слайд 107
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Слайд 108
Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах
Слайд 109
Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах
Слайд 112
Никотинамиднуклеотиды
Энантиотопные атомы Hа
(про-R) и Нб (про-S) в
молекуле НАДН
Слайд 114
Никотинамиднуклеотиды
Стереоспецифичность окислительно-восстановительной реакции с участием кофермента.