Строение днк. Постулаты уотсона и крика. Авторепродукция днк.

ДНК - носитель генетической информации, находится в хромосомах ядра клетки, в митохондриях, хлоропластах эукариот, в клетках прокариот, во многих вирусах.

Мономером нуклеиновых кислот является нуклеотид, который состоит из азотистого основания, пентозы и остатка фосфорной кислоты. К первому атому углерода в молекуле пентозы С-1' присоединяется азотистое основание, а к пятому атому углерода С-5' с помощью эфирной связи - фосфат; у третьего атома углерода С-3' всегда имеется гидроксильная группа - ОН.

Соединение нуклеотидов в макромолекулу нуклеиновой кислоты происходит путем взаимодействия фосфата одного нуклеотида с гидроксилом другого. Между ними устанавливается фосфодиэфирная связь, в результате чего образуется полинуклеотидная цепь. Сборка полинуклеотидной цепи осуществляется при участии фермента полимеразы. Он обеспечивает присоединение фосфатной группы следующего нуклеотида к гидроксильной группе в положении 3' предыдущего нуклеотида. Поэтому наращивание полинуклеотидной цепи происходит только на одном конце, где находится свободный гидроксил в положении 3'. Начало цепи всегда несет фосфатную группу в положении 5', что позволяет выделить в ней 5'- и 3' - концы. Часть нуклеотида, состоящая из азотистого основания и пентозы, получила название нуклеозида. Азотистые основания бывают пуриновые - аденин и гуанин (А,Г) и пиримидиновые - тимин, цитозин и урацил (Т,Ц,У). ДНК состоит из 2  109 и более мононуклеотидов. На основании рентгеноструктурного анализа было показано, что диаметр спирали ДНК составляет 2 нм, длина шага - 3,4 нм. В каждый виток входит 10 пар нуклеотидов.

Основные постулаты Дж.Уотсона, Ф.Крика и М.Уилкинсона (1962) заключаются в следующем.

1) Каждая молекула ДНК состоит из двух длинных антипараллельных полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль, закрученную вокруг центральной оси.

2) Каждый нуклеозид (пентоза + основание без фосфорной кислоты) расположен в плоскости, перпендикулярной оси спирали.

3) Две цепи спирали скреплены водородными связями, образующимися между основаниями разных цепей.

4) Спаривание оснований высокоспецифично, пуриновые основания со- единяются с пиримидиновыми и возможны пары только А:Т и Г:Ц.

5) Последовательность оснований одной цепи может значительно варьировать, но последовательность их в другой цепи должна быть комплементарна ей. Таким образом, последовательность оснований в одной цепи определяет строго комплементарную ей последовательность в другой.

Антипараллельность полинуклеотидных цепей обеспечивается соединением одной цепи 5'-концом с 3'-концом другой цепи и наоборот.

В структурной организации молекулы ДНК можно выделить первичную структуру - полинуклеотидную цепь, вторичную структуру - две комплементарные друг другу и антипараллельные полинуклеотидные цепи, соединенные водородными связями, и третичную структуру - 3-х мерную спираль с приведенными выше пространственными характеристиками.

ДНК способна к удвоению (репликации). При этом молекула ДНК после деспирализации под влиянием фермента ДНК - полимеразы разделяется на две цепи, и каждая из них служит матрицей для синтеза двух комплементарных цепей. В результате образуются две молекулы ДНК, имеющие идентичную молекулярную структуру.  Области расхождения полинуклеотидных цепей в зонах репликации называются репликационными вилками. В этих областях при участии фермента ДНК-полимеразы синтезируются ДНК двух новых дочерних молекул.

Фрагмент ДНК от точки начала репликации до точки ее окончания образует единицу репликации - репликон.

Различают три основных вида репликации ДНК: консервативная, полуконсервативная и дисперсная. При всех трех способах репликации дочерняя ДНК состоит из равных количеств родительской и вновь синтезированной ДНК. Различно только распределение родительской ДНК в дочерних молекулах. При консервативной репликации половина дочерних молекул построена полностью из нового материала и половина - полностью из старого; при полуконсервативной и дисперсивной репликации каждая из дочерних молекул строится наполовину из старого материала, наполовину из нового. Однако полуконсервативную и дисперсивную схемы можно различить после репликации дочерних молекул: при полуконсервативной репликации 50% дочерних молекул второго поколения будет состоять наполовину из нового, наполовину из старого материала (как и молекулы первого поколения), а другие 50% - полностью из нового материала; при дисперсивной репликации все молекулы второго поколения будут содержать одну четверть старого материала и три четверти нового.

 

4. РНК, ее типы и строение. Синтез РНК, его этапы (первичный транскрипт, процессинг, сплайсинг).

РНК - служит для передачи и реализации генетической информации в клетках прокариот и эукариот. У многих вирусов РНК выполняет функцию первичного носителя генетической информации.

Молекула РНК - одноцепочная, в состав нуклеотидов входят азотистые основания аденин, гуанин, цитозин и вместо тимина - урацил. При петлеобразном складывании отдельные комплементарные участки могут спариваться, образуя спираль. Существует несколько видов РНК: информационная (и-РНК), транспортная (т-РНК) и рибосомная (р-РНК).

Все виды РНК (кроме вирусных) синтезируются на молекуле ДНК путем транскрипции. При этом сначала образуется более длинный предшественник - первичный транскрипт, который затем, благодаря процессингу (англ. processing - обработка), превращается в более короткую РНК. Первичный транскрипт и промежуточные продукты процессинга известны под названием про-РНК. При процессинге цепь РНК укорачивается, во-первых, за счет отщепления концевых отрезков или фрагмента из середины цепи и сплайсинга оставшихся частей (англ. gene splicing - сращивание гена), во-вторых, за счет присоединения новых концевых последовательностей нуклеотидов, в-третьих, происходит модификация нуклеотидов путем их метилирования, гидрирования.

Транспортная РНК. Число нуклеотидов Т-РНК не превышает 76-85 мол. масса равна 25-28 тыс. дальтон. Т-РНК составляет 10 % всей клеточной РНК.

В ней выделяют четыре части, выполняющие различные функции. Первая часть - акцепторный «стебель» образуется двумя комплементарно соединенными концевыми частями. К этому концу присоединяется транспортируемая аминокислота. Три остальные части представляют собой комплементарно спаренные последовательности нуклеотидов, которые заканчиваются неспаренными участками, образующими петли. Средняя часть состоит из пяти пар нуклеотидов и содержит в центре своей петли антикодон (три нуклеотида, комплементарные кодону и-РНК, который шифрует аминокислоту, транспортируемую данной т-РНК к месту синтеза пептида)..

Рибосомная РНК. Известно три вида р-РНК.

5S-РНК - число нуклеотидов 120-121. Ассоциирована с большой субчастицей рибосомы.

5,8S-РНК - число нуклеотидов 130-160,соединена в рибосоме водородными связями с r-РНК.

r-РНК - составляет 85 % всей РНК клетки. Бывает легкой (r-РНК1), и тяжелой (r-РНК2), Легкая находится в малой, а тяжелая РНК – в большой субчастице рибосомы.

Рибосомные РНК обеспечивают связывание их с определенной нуклеотидной последовательностью и-РНК.

. Информационная или матричная (и-РНК). Число нуклеотидов от 300 до 3 000, составляет около 5 % всей клеточной РНК. В зависимости от необходимого количества информации молекула может быть различной величины. Она одноцепочная, но имеет комплементарно спаренные петли. По обе стороны участка молекулы, несущего информацию, находятся неинформативные последовательности: начальная последовательность (лидер) на 5' - конце и концевая последовательность на 3' - конце. Синтез и-РНК начинается с обнаружения РНК-полимеразой участка в молекуле ДНК, который указывает место начала транскрипции - промотора. Две цепи ДНК в этом месте расходятся, и на одной из них фермент осуществляет синтез и-РНК. Сборка нуклеотидов в цепь происходит с соблюдением их комплементарности нуклеотидам ДНК. Поскольку РНК-полимераза способна собирать полинуклеотид лишь от 5'-конца к 3'-концу матрицей для транскрипции может служить только одна из двух цепей ДНК, которая обращена к ферменту своим 3'-концом (3'5'). Такая цепь называется кодогенной. РНК-полимераза, продвигаясь вдоль кодогенной цепи ДНК, осуществляет точное переписывание информации, пока не повстречает специфическую нуклеотидную последовательность - терминатор транскрипции, где фермент отделяется как от матрицы ДНК, так и от вновь синтезированной и-РНК. Фрагмент молекулы ДНК, включающий промотор, транскрибируемую последовательность и терминатор, образует единицу транскрипции - транскриптон.