Молекулярні основи спадковості. Характеристики нуклеїнових кислот

ДНК і РНК, просторова організація, властивості.
3. Реплікація ДНК.
4.

Самокорекція і репарація ДНК.
5. Генетичний код, його властивості.
6. Трансляція (ініціація, елонгація, термінація).

План лекції:

нова речовина отримала назву нуклеїн, а пізніше, коли Мішер визначив,

що ця речовина володіє кислотними властивостями, речовина отримала назву нуклеїнова кислота. Біологічна функція нововідкритої речовини була неясна, і довгий час ДНК вважалася запасником фосфору в організмі. Більш того, навіть на початку 20 століття багато біологів вважали, що ДНК не має ніякого відношення до передачі інформації, оскільки будова молекули, на їхню думку, була дуже одноманітною і не могла містити закодовану інформацію.

Історія

передавати свої ознаки й особливості розвитку потомкам.

Матеріальним носієм цієї інформації

є молекула ДНК

ДНК – це біополімер, мономером якого є нуклеотид

Нуклеотид ДНК складається з трьох частин: азотистої основи , дезоксирибози та залишку фосфорної кислоти

(А),гуанін (Г), тимін (Т), цитозин (Ц)

Назва нуклеотиду залежить від азотистої

основи: (А - аденіловий, Т- тимідиловий , Г – гуаніловий , Ц- цитидиловий)

ДНК – два полінеклеотидних ланцюга, закручених у спіраль відносно один одного - дволанцюгова спіраль (згідно з моделлю Уотсона –Кріка)

фосфорної кислоти, рибоза (на відміну від ДНК, що містить дезоксирибозу) і азотисті основи — аденін, цитозин, гуанін і урацил(на

відміну від ДНК, що замість урацила містить тимін).

клітинах всіх клітинних живих організмів, а також містяться в віроїдах та деяких вірусах.
Основні

функції РНК в клітинних організмах — шаблон для трансляції генетичної інформації в білки та поставка відповідних амінокислот до рибосом.
В вірусах є носієм генетичної інформації (кодує білки оболонки та ферменти вірусів). Віроїди складаються з кільцевої молекули РНК та не містять в собі інших молекул.

Торберна Оскара Касперсона, Жана Брачета і Джека Шульца. Джерард Маірбакс

виділив першу матричну РНК, що кодує гемоглобін кролика і показав, що при її введені в ооцити утворюється той же самий білок.

РНК. мРНК виконують функцію переносників генетичної інформації від геному (ядерної

ДНК) до білоксинтезуючої системи клітини.

Інформаційні (матричні) РНК

це полірибонуклеотидні ланцюги, довжина яких — 70-90 нуклеотидів.
Усього в клітинах

знаходиться не менше 20 типів тРНК, що відповідає кількості природних L-амінокислот, з якими тРНК взаємодіють у ході трансляції.
Вторинна структура молекул тРНК у двомірному просторі має конформацію“листка конюшини”, що утворюється за рахунок специфічної взаємодії комплементарних азотистих основ упродовж полірибонуклеотидного ланцюга.

Транспортні РНК

складу рибосом прокаріотичних та еукаріотичних клітин. На рРНК припадає до

90 % загальної кількості клітинних РНК.
рРНК разом із специфічними білками становлять основу структури та функції рибосом (рибонуклеопротеїнових часточок), в яких відбувається процес трансляції

Рибосомні РНК

використовуються в утворенні нуклеотидів нуклеїнових кислот ДНК та РНК. У

ДНК, аденін зв’язується з тиміном через два водневі зв'язки, що допомагає стабілізувати структуру нуклеїнової кислоти.

Аденін

кодує спадкову інфрмацію. Також відомий як 5-метилурацил, піримідинова азотиста основа.

Тимін

складі нуклеїнових кислот ДНК і РНК (решта: аденін, цитозин, тимін

і урацил). Гуанін має хімічну формулу C5H5N5O, це похідна пурину.

Гуанін

в зберіганні і транспортуванні генетичної інформації в межах клітини як

складова частина нуклеїнових кислот. Це похідна піримідину, з гетероциклічним ароматичним кільцем і двома замісниками

Цитозин

(РНК) і, як правило, відсутнія в дезоксирибонуклеїновій кислоті (ДНК)

цьому явищу ДНК людини подвійне.

Комплементарність

Т,
Г напроти Ц, які з’єднуються за допомогою водневих зв’язків певним

чином, а саме:а денін із тиміном (два водневих зв’язки), гуанін із цитозином (три водневих зв’язки)

– 0,34 нм;
відстань між протилежними ланцюгами – 2нм;
виток спіралі

– 10 пар нуклеодитів;
крок спіралі дорівнює – 3,4нм,
діаметр подвійної спіралі становить близько 20 нм;

такий ланцюг може кодовувати ряд амінокислот.
Послідовність із трьох букв

у генетичній послідовності називається триплетом. Один триплет може кодувати лише одну амінокислоту. Всього в організмі людини їх 20.

та рекомбінацій;
Здатність до самовідновлення (репарації).
Властивості ДНК

подвійна спіраль є матрицею для синтезу двох нових ланцюгів. Нова

спіраль будується повністю з нового матеріалу, існуюча спіраль залишається незмінною.

Гіпотези реплікації ДНК

ланцюзі комплементарно будується новий. Таким чином нова подвійна спіраль є

«гібридом» старого та нового ланцюгів

фрагментації. Синтез нових ланцюгів проходить на фрагментах, які потім хрест-нахрест

зливаються з відрізками нового матеріалу. Кожний полінуклеотид ний ланцюг складається з відрізків старого та нового матеріалу, які чергуються.

Дисперсивний механізм

потребує багато часу та великих енергетичних витрат клітини. 

молекулу ДНК та до неї приєднуються білки, які не дають молекулі

знов згорнутись.
Фермент хеліказа розриває водневі зв'язки між азотистими основами, внаслідок чого ділянка подвійної молекули ДНК розпадається на два ланцюги, утворюється так звана «виделка реплікації».
До ланцюга приєднується ДНК-праймаза — фермент який розпочинає синтез ДНК — власне реплікацію. Вона синтезує праймер — послідовність нуклеотидів від якої наступний фермент — ДНК-полімераза будує новий ланцюг, використовуючи наявний як матрицю. Праймером слугує фрагмент РНК, він потрібний, тому що ніяка ДНК-полімераза не може почати синтез нового ланцюжка «з нуля», а може тільки додати нуклеотиди до існуючого ланцюжка.

пусте місце, яке виникло. Також ДНК-полімераза здатна виправляти можливі помилки реплікації

та перевіряти комплементарність.
Синтез нових ланцюгів відбувається асиметрично, тобто один з них синтезується безперервно, по ходу роз'єднання молекули ДНК хеліказою, інший ланцюг будується в протилежному напрямку — проти напрямку дії хелікази, тому відбувається короткими фрагментами, довжиною 1000-2000 нуклеотидів, які називаються фрагменти Окадзакі, на честь японського вченого що їх відкрив. Фрагменти Окадзакі з'єднує між собою фермент ДНК-лігаза.
Таким чином з однієї молекули ДНК утворюються дві ідентичні, які після закінчення процесу реплікації спіралізуються.
У еукаріот реплікація відбувається перед поділом клітини, у прокаріот — протягом всього життєвого циклу.

яких комплементарна певній ділянці матриці (ДНК—> РНК). На ДНК-матрицях утворюються

всі три типи РНК — мРНК, рРНК, тРНК.

Біосинтез РНК (транскрипція)
 

транспозиція ДНК.
1. Репарація — ферментативне видалення і повторний синтез ділянок ДНК,

що отримали пошкодження під дією фізичних та хімічних агентів.
 
2.Рекомбінація — обмін генетичним матеріалом між різними молекулами ДНК. За цих умов утворюються так звані рекомбінантні ДНК.

3.Транспозиція — переміщення гена чи групи генів із одного місця геному в інше. Такі гени називаються транспозонами, або стрибаючи­ми генами.
Вони можуть викликати перебудову тих ділянок ДНК, поряд з якими вони розміщуються, впливають на мінливість організмів і їх еволюцію.

ланцюжку ДНК, листується на молекулу РНК, звану попередницею матричної РНК

(пре-мРНК). У молекулі пре-мРНК є ділянки, що кодують білок (екзонів), і ділянки, що не містять інформації про білку (інтрони). Молекулярна «машина», звана Сплайсосома, вирізає інтрони і зшиває разом Екзони. Утворюється молекула матричної РНК (мРНК), яка містить інформацію про білок. Через пори в мембрані ядра молекули мРНК виходять в цитоплазму і потрапляють в рибосому, де відбувається синтез білка.

живим організмам можливість кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів.

Генетичний код

амінокислот, які разом утворюють триплет, або кодон.
Безперервність — кодони не розділяються між

собою, тобто інформація зчитується безперервно. Кожний з кодонів не залежить один від одного і під час біосинтезу зчитується повністю.
Дискретність — один і той же нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більш кодонів.
Специфічність — кожний кодон може кодувати лише одну амінокислоту. Завдяки цьому генетичний код не перекривається.
Виродженість — одна і та ж амінокислота може кодуватися декількома різними кодонами.

поліпептиді
Наявність термінальних кодонів — беззмістовних, або стоп-кодонів, які не здатні кодувати

амінокислоти. Вони виконують функцію роздільника між двома ланцюгами кодонів та переривають синтез поліпептиду.
Універсальність — єдиний генетичний код є, практично, однаковим в організмах різного рівня складності — від вірусів до людини (хоча існують кілька інших, менш поширених варіантів генетичного коду, див. список на сайті NCBI Taxonomy)

Властивості генетичного коду

саме амінокислоту кодує певний триплет. Перший нуклеотид у триплеті беруть

із лівого вертикального стовпчика, другий - з верхнього горизонтального і третій - з правого вертикального. В місці перетину ліній знаходиться інформація про амінокислоту, яку слід визначити. Зазначимо, що в таблиці наведено триплети іРНК, а не ДНК.