Лекция 7: Нуклеиновые кислоты

Лекция 7: Нуклеиновые кислоты

• Нуклеиновые кислоты — это линейные полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
• Последовательность нуклеотидов в ДНК или РНК определяет первичную структуру этих нуклеиновых кислот.
• ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — линейный полимер, состоящий из нескольких сотен миллионов нуклеотидов, являющийся носителем генетической информации и основой формирования хромосом.
• Молекула ДНК двутяжная, состоящая из двух полимерных цепей, соединённых водородными связями и стэкинг-взаимодействиями, закрученных в правостороннюю спираль (вторичная и третичная структура).
• Молекула ДНК содержит гены и межгенные области.
• Гипотеза: один ген кодирует один белок (Бидл и Татум, 1940).
• Современное определение: ген — это вся ДНК, которая кодирует первичную последовательность конечного продукта гена, который может быть либо полипептидом, либо РНК.
• РНК (рибонуклеиновая кислота) — обычно однотяжная молекула, длина которой колеблется от 70-90 до многих тысяч нуклеотидов.
• Имеет вторичную и третичную структуры.
• Выделяют три типа РНК: информационная (иРНК или мРНК), рибосомная (рРНК) и транспортная (тРНК).

Структура нуклеотидов и азотистых оснований

• Нуклеотиды состоят из азотистого основания, пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и фосфатной группы.
• Азотистые основания бывают пуриновые (аденин, гуанин) и пиримидиновые (цитозин, тимин, урацил).
• Рибоза входит в состав РНК, дезоксирибоза — в состав ДНК.
• В ДНК основаниями являются аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК тимин заменён урацилом.

Реакции матричного синтеза

• Репликация ДНК: синтез молекулы ДНК с использованием в качестве матрицы молекулы ДНК.
• Транскрипция: синтез молекулы иРНК с использованием в качестве матрицы части цепи ДНК (гена).
• Трансляция (синтез белка): синтез белка в рибосомах с использованием в качестве матрицы молекулы иРНК.

Полуконсервативная репликация ДНК

• Две цепи исходной ДНК разделяются, и каждая цепь служит матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. В результате образуются две новые ДНК с одной старой и одной новой цепью.

Белки, участвующие в репликации

• Хеликазы
• Топоизомеразы
• ДНК-связывающие белки
• ДНК-полимеразы
• РНК-полимеразы
• ДНК-лигазы

Репликационная вилка

• Место, где ДНК раскручивается и реплицируется.

Химия биосинтеза ДНК

• Биосинтез ДНК происходит в направлении 5'→3'
• Нуклеозид-5'-трифосфаты присоединяются к праймеру ДНК-полимеразой.

Ферменты обмена нуклеиновых кислот

• Экзонуклеазы: гидролизуют нуклеиновую кислоту с одного конца.
• Эндонуклеазы: гидролизуют нуклеиновые кислоты в определённых местах.
• Обратная транскриптаза: синтезирует ДНК с использованием РНК в качестве матрицы.

Лактам-лактимная таутомерия

• Таутомерия лактама и лактима — взаимопревращения различных таутомерных форм молекулы, например, урацила.

Правильное и неправильное спаривание оснований

• Соответствующее спаривание оснований (А-Т, Г-Ц) в ДНК.
• Неправильное спаривание оснований может привести к ошибкам в генетической информации.

Исправление ошибок в репликации ДНК

• ДНК-полимераза имеет способность исправлять ошибки в репликации.
• Активный центр ДНК-полимеразы избирательно отбирает правильные пары оснований.
• Быстрый сдвиг в исходный таутомер не нарушит спаривания.
• Если нуклеотид "неправильный", то ДНК-полимераза удаляет его.

Структура ДНК

• ДНК имеет двойную спираль.
• Спираль ДНК имеет два желоба: малый и большой.
• Диаметр спирали ДНК составляет 20Å.
• Расстояние между витками спирали ДНК 36Å.