Характеристика некоторых типов структур ДНК
Лекция 12.
Нуклеиновые кислоты: строение, свойства, функции.
Строение и свойства нуклеиновых кислот.
Функции нуклеиновых кислот.
| Краткое содержание | Конспект | |
| 1. Строение и свойства нуклеиновых кислот | ||
Нуклеиновые кислоты были впервые выделены швейцарским учёным Ф. Мишером в 1868 г.
Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные полимерные соединения со строго определённой линейной последовательностью мономеров (нуклеотидов).
Центральный постулат молекулярной генетики (центральная догма биологии)
В каждом живом организме присутствуют 2 типа нуклеиновых кислот:
1. Рибонуклеиновая кислота (РНК).
2. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).
Строение нуклеотидов
Каждый нуклеотид содержит 3 химически различных компонента:
• Гетероциклическое азотистое основание (пуриновой или пиримидиновой природы);
• Моносахарид (пентозу);
• Остаток фосфорной кислоты.
В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания двух типов:
1.Пуриновые основания – аденин (А) и гуанин (Г);
2.Пиримидиновые основания – цитозин (Ц), тимин (Т) и урацил (У).
Пентозы в нуклеотидах представлены либо рибозой (в составе РНК), либо дезоксирибозой (в составе ДНК).
Пуриновый и пиримидиновый нуклеотиды
Прямое доказательство того, что ДНК – носитель генетической информации, было получено в 1943 г. (Освальд Т.Эвери, Колин Мак-Леод, Маклин Мак-Карти).
В 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили модель вторичной структуры ДНК, получившую название двойной спирали.
Пурин-пиримидиновые пары оснований ДНК и вторичная структура ДНК (двойная спираль):
При изучении модели ДНК можно обратить внимание на наличие в структуре ДНК большой и малой бороздок, закрученных вокруг оси молекулы параллельно фосфодиэфирному остову. В этих бороздках белки могут специфически взаимодействовать с определенными атомами нуклеиновых оснований, а значит, и «узнавать» конкретные нуклеотидные последовательности, не нарушая комплементарных взаимодействий в структуре двойной спирали. |
Третичная структура ДНК
ДНК может формировать несколько типов двойных спиралей. В настоящее время уже известно шесть форм (от А до Е и Z-форма).
Характеристика некоторых типов структур ДНК
При физиологических условиях (низкая концентрация соли, высокая степень гидратации) доминирующим структурным типом ДНК является В-форма. Шаг спирали такой молекулы равен 3,4 нм. Виток ДНК можно представить в виде двух скрученных стопок «монет», по 10 в каждой. Стопки удерживаются водородными связями между двумя противолежащими «монетами» стопок, и «обмотаны» двумя лентами фосфодиэфирного остова, закрученными в правую спираль.
В условиях менее высокой гидратации и при более высоком содержании ионов Na+ или К+ возникает несколько иная структура – т.н. А-форма. Эта правоспиральная конформация имеет бóльший диаметр спирали, чем В-форма, и бóльшее число пар оснований на виток. Она сходна со структурой, характерной для двухцепочечной РНК или для РНК-ДНК-дуплексов. Формы С-Е также правоспиральные, их образование можно наблюдать только в специальных экспериментах, и, по-видимому, они не существуют in vivo.
Z-форма ДНК представляет собой левозакрученную двойную спираль, в которой фосфодиэфирный остов расположен зигзагообразно вдоль оси молекулы. Отсюда и название молекулы Z (zigzag)-ДHK. Z-ДНК – наименее скрученная (12 пар оснований на виток) и наиболее тонкая из известных в природе, она обладает только одним желобком. Z-ДНК выявляют в повторяющихся последовательностях чередующихся пуриновых и пиримидиновых дезоксинуклеотидов (GC или АС) при наличии ряда других стабилизирующих факторов.
ДНК в Z-форме может участвовать в регуляции экспрессии генов как близко расположенных, так и существенно удаленных от Z-участка. Некоторые белки, связывающиеся в большой или малой бороздках В-формы ДНК, вероятно, не способны связываться с Z-формой ДНК. Кроме того, реверсия участка ДНК из Z-формы в В-форму ДНК, которая происходит, например, в результате потери метальных групп 5-метилдезоксицитидином, может влиять на торсионный статус участков ДНК, расположенных на значительном расстоянии от области реверсии. Торсионное скручивание-раскручивание ДНК так же, как и метилирование дезоксицитидина, вероятно, влияет на активность генов.
Структура РНК
Первичная структура РНК – порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов (НМФ) в полинуклеотидной цепи.
Нуклеотиды связаны между собой 3´,5´-фосфодиэфирными связями.
Вторичная структура РНК – образование спирализованных петель («шпильки») отдельных участков цепи РНК. Подобные структуры формируются за счёт водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями А-У и Г-Ц.
Третичная структура РНК – компактная укладка одноцепочечной РНК, возникающая за счёт взаимодействия спирализованных элементов вторичной структуры (за счёт дополнительных водородных связей, стабилизирована ионами магния).
Основные типы (виды) РНК
Все виды РНК (мРНК, тРНК, рРНК) – одноцепочечные полинуклеотидные молекулы.
Свойства различных РНК E.coli представлены в таблице:
Фрагмент цепи РНК
Схема, иллюстрирующая различные уровни упаковки хроматина, по-видимому, отражают последовательные этапы формирования высококонденсированной метафазной хромосомы
|
Нормальное число хромосом у разных видов организмов:
Строение транспортных РНК
Спирализованные участки обозначены на рисунке пунктиром; «общие участки» одинаковы у всех тРНК; 1 – петля переменного размера; UH2 (дигидроурацил), (псевдоурацил) – минорные основания; антикодону всегда предшествует U (урацил), а после него всегда стоит минорное основание.