Тема лекции № 16 Нуклеиновые кислоты. Строение и функции Открытие структуры

ДНК стало одной из тех революций, которые превратили молекулярную генетику

в одну из самых главных наук нашего времени.

наследственной информации, а также непосредствен-ное участие в механизмах реализации этой

информации путем програм-мирования синтеза всех клеточных белков.

элементов:
1)гетероциклические азотистые основания;
2) пятичленный углевод: рибоза или дезоксирибоза;
3) фосфорная кислота.

Кислотами ДНК и РНК являются из-за остатков фосфорной кислоты.

Ura
(2,4-диоксопиримидин)
Тимин Thy
(5-метил-2,4-диоксопиримидин, 5-метилурацил
Цитозин Cyt
(4-амино-2-оксопиримидин)

Ade
(6-аминопурин)
Гуанин Gua
(2-амино-6-оксопурин)

молекул пиримидина и пурина

углерода в азотистых основаниях принято нумеровать цифрами, а в пентозе

– цифрами со штрихом.

наиболее важных биологически активных молекул, вовлеченных в энергетическую систему клетки.

для всех биологических процессов, которые идут с затратой энергии. АТФ

сравнивают с универсальной валютой – т.к. расходуется она счетно – гидролиз одной молекулы АТФ в сопряженном процессе обеспечивает энергией химическое превращение одной молекулы любого вещества.

ферментов через фермент протеинкиназу С. цАМФ является универсальным агентом, опосредованно

регулирующим метаболизм клеток. (цАМФ называют вторичным мессинд-жером или посредником). Одним из первооткрываелей роли цАМФ был русский врач – проф. Казанского университета Андрей Дмитриевич Адо (1953 г.)

открыты в ядре человеческих клеток швейцарским исследователем Фридрихом Мишером в

1869 г.
В начале XX в. биологам и биохимикам удалось выяснить, что одна из нуклеиновых кислот, ДНК, содержит азотистые основания.
К 1944 г. американский биолог Освальд Авери доказал, что гены состоят из ДНК;
Эта гипотеза была подтверждена в 1952 г. Альфредом Херши и Мартой Чейз. Было показано, что ДНК контролирует основные биохимические процессы, происходящие в клетке. Структура и функция молекулы к тому времени не были известны.

Уотсона, англичанина Мориса Уилкинса и Френсиса Крига.
Джеймс Уотсон и

Морис Уилкинс встретились весной 1951 г. на симпозиуме в Неаполе и обсуждали результаты рентгеноструктурного анализа молекул ДНК, которые провела Розалин Франклин – коллега Уилкинса по Королевскому колледжу Кембриджского университета. Было ясно, что молекулы ДНК представляют собой двойную спираль, напоминающую винтовую лестницу. Уотсона задался целью исследовать химическую структуру нуклеиновых кислот. Национальное общество по изучению детского паралича выделило ему субсидию. В октябре 1951 г. Уотсон отправился в Кембриджский университет для исследования пространственной структуры белков.

интересовавшимся биологией. Уотсон и Крик в 1952 г. решили попытаться определить

структуру ДНК.
Было известно, что ДНК и РНК состоят из моносахарида группы пентоз, фосфата и четырех азотистых оснований: А, Т (в РНК У), Г, Ц. В течение последующих восьми месяцев Уотсон и Крик обобщили результаты химической структуры ДНК, в феврале 1953 г. сообщили о ее пространственной организации. Позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК.

5/ атоме дезоксирибофу-ранозы, на другом – дезоксирибофура-ноза со свободным гидроксилом

у 3/ атома.
Так что принято говорить о 5/- и 3/-кон-цах молекулы, причем 5/-конец считается началом цепочки ДНК или РНК, а 3/- окончание полинуклеотидной цепи.

(комплементарные пары оснований) тимин-аденин, цитозин-гуанин

нерегулярно присоединены азотистые основания. Азотистые основания в связывании нуклеотидов одной

цепи участия не принимают.
Антипараллельность
Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, ориентированных антипараллельно. 3'-конец одной расположен напротив 5'-конца другой.
Комплементарность (дополнительность)
Каждому азотистому основанию одной цепи соответствует строго определенное азотистое основание антипараллельной цепи. Соответствие определяется химическим строением оснований. Пурины и пиримидины в парах образуют водородные связи. Паре A-Т соответствуют две водородные связи, паре Г-Ц - три.
Наличие регулярной вторичной структуры
Молекула ДНК имеет вторичную структуру в виде двойной спирали с общей осью. Разные азотистые основания ориентированы в большую и малую борозды, в которых структурные группы азотистых оснований доступны для модификации.

структуры ДНК (соавторы Джеймс Уитсон и Морис Уилкинс).
Нобелевская премия по

физиологии и медицине 1967 г.

двойной спирали – 2 нм, длина волны света – сотни

нм). ДНК можно увидеть только в электронном микроскопе, где вместо световых волн используется поток электронов, ведущих себя как волны с гораздо меньшей длиной. И максимум, что можно увидеть таким образом – это вот такая бесструктурная ниточка (это фотография бактериальной плазмиды – короткой кольцевой ДНК):

по другой, за счет того, что цепи однозначно комплиментарны.

 

строчку в определенном порядке записаны буквы четырехбуквенного алфавита.
Через ДНК

можно передать очень много информации почти любого содержания. В русском алфавите 33 буквы, в английском 28, компьютер пользуется двухбуквенным или двоичным кодом, и при этом компьютер способен воспроизвести любое сообщение на русском и английском языке. То есть для передачи любого сообщения достаточно двух букв.
Чем больше букв в алфавите, тем короче будет длина сообщения, но тем больше времени нужно на обучение, и более тонкие программы нужны для распознавания (например, китайская грамота, 1 иероглиф несет в себе целое сообщение, но обучиться этому языку очень сложно, трудно распознавать иероглифы).
Жизнь остановилась на четырех буквах – большее их количество, видимо, потребовало бы гораздо более сложных молекул и, соответственно, более громоздкого носителя.

молекулой ДНК. В самой большой хромосоме человека находится 2,5 миллиона

нуклеотидов, а сама молекула достигает в длину около 10 см. Поскольку размер клеток много меньше миллиметра, она должна быть очень сложным образом упакована, так чтобы компактность сочеталась с возможностью быстрого извлечения информации.
Чтобы выяснять как именно информация ДНК хранится и считывается, рассмотрим три важнейших процесса с участием нуклеиновых кислот: репликация, транскрипция и трансляция. Это означает – копирование, переписывание и перевод.
Не совсем понятно, что такое переписывание – в нашем случае это будет перевод на другой диалект того же языка (с ДНК на РНК). Все эти процессы являются вариантами матричного биосинтеза – синтеза сложных нерегулярных полимеров по некоей матрице.

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.

рибосомам, где они соединяются пептидными связями в определенной последовательности, которую

задает мРНК.
4. Рибосамная РНК (рРНК) непосредственно участвует в синтезе белков в рибосомах.
Рибосомы — это сложные надмолекулярные структуры, которые состоят из четырех рРНК и нескольких десятков белков.

(разного цвета) образуют отдельные блоки укладки. D. Трехмерная структура рРНК большой

субъединицы. В процессе укладки (фолдинга) домены сильно переплетаются друг с другом.

двойной цепочки ДНК и построение по одной из цепочек комплементарной

цепочки РНК. Транскрипция идет в том же направлении, что и репликация – от 5’ к 3’. Все это делает сложный фермент РНК-полимераза. При этом цепочка РНК по мере своего построения сходит с ДНК, обе цепочки которой снова образуют двойную спираль –ренатурируют. Ниже приведена грубая схема транскрипции:

и происходит в рибосомах. Рибосома –, состоящий из нескольких десятков

специальных белков и нескольких специальных РНК. Рибосома – сложный молекулярный агрегат - это целый конвейер, который состоит из двух частей (так называемых субъединиц). Перед началом трансляции матричная РНК должна встретиться с рибосомой. У бактерий рибосомы находятся поблизости от РНК. На рисунке показано, как прямо на синтезируемую цепь м-РНК нанизываются многие рибосомы, в которых синтезируется белок.  

РНК, или тРНК. Они транспортируют аминокислоты в рибосомы. Это короткие

молекулы РНК, включающие одноцепочечные участки и участки, комплементарные друг другу, которые сворачиваются в 4 отрезка двойной спирали, образуемые той же самой цепочкой (напоминает клеверный лист).

код является триплетным.
.

триплетами

по физиологии и медицине присуждена в 1968 году. Расшифровка генетического кода.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 1968 г. (Холл, Ниренберг, Корана) Френсис Криг ( скончался в июле 2007 г.) За 2 месяца до этого ему были вручены 2 сидерома с записью его персональной ДНК.

модификации структуры ДНК можно будет совершенствовать человеческую природу.





Глупость также можно

будет лечить, поскольку это генетическое заболевание

ДНК, в области молекулярной биологии и медицины намечаются головокружительные

перспективы развития.
Принципиально изменятся не только подходы к лечению очень многих заболеваний, но и станет возможным предотвращать болезнь, изменять и улучшать геном человека.
Осваивать и создавать эти новейшие нанотехнологии сможет только высокообра-зованный врач.
Поэтому врач 21 века должен будет учиться всю жизнь

окружающей среды

окружающей среды

в организме с образованием низкомолекулярных метаболитов СО2, NH3, H2O.
Структура

пурина не разрушается, продукты окисления пурина могут накапливаться в организме, приводя к заболеваниям (подагра, мочекаменная болезнь).
Нарушения пуринового обмена называют метаболическим синдромом, ухудшающим течение многих заболеваний.

которая служит посредником действия гормонов адреналина и норадреналина. Мочевая кислота

пролонгирует (продлевает) действие этих гормонов на ЦНС.
Обладает антиоксидантными свойствами - способна взаимодействовать со свободными радикалами.
Уровень мочевой кислоты в организме контролируется на генетическом уровне. Для людей с высоким уровнем мочевой кислоты характерен повышенный жизненный тонус.
Однако повышенное содержание мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) небезопасно. Сама мочевая кислота и, особенно, ее соли ураты (натриевые соли мочевой кислоты) плохо растворимы в воде. Даже при незначительном повышении концентрации они выпадают в осадок, образуя камни.
Кристаллы воспринимаются организмом как чужеродный объект. В суставах они фагоцитируются макрофагами, сами клетки при этом разрушаются, из них освобождаются гидролитические ферменты. Это приводит к воспалительной реакции, сопровождающейся сильнейшими болями в суставах. Такое заболевание называется подагра.
Другое заболевание, при котором кристаллы уратов откладываются в почечной лоханке или в мочевом пузыре, известно как мочекаменная болезнь.

идентичны им; тем самым они нарушают синтез нуклеиновых кислот.

Известные антагонисты пурина – 6- меркаптопурин (леупурин, пуринетол); антагонисты пиримидина - фторурацил (флуороурацил), фторафур (тегафур), цитарабин (цитозар).

модификации с целью получения соединений, широко применяющихся в химиотерапии.