НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.
СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ
ЛЕКЦИЯ 2
План лекции
КемГУ
LOGO
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРОЕНИЯ НУКЛЕИНОВЫХ
КИСЛОТ
2. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ДНК
3. СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ, РАЗНООБРАЗИЕ РНК
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
Рекомендуемая литература
УРОВНИ ТОНКОЙ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ХРОМАТИНА
СПб., 2013
http://www.cytspb.rssi.ru/education/chikhirzhina_structure_chromatine_2013.pdf
ЖИМУЛЕВ И.Ф. Общая и молекулярная генетика.
Издатель: Сибирское университетское издательство, 2007
http://biblioclub.ru/index.php?page=book_view&book_id=57409
ГЛАВА 6.2
МАТЕРИАЛЫ САЙТА КАФЕДРЫ ГЕНЕТИКИ
genetics.kemsu.ru
Учебно-методические материалы/ Список дисциплин/
Молекулярная биология для магистров/ Слайд-лекция 2
кафедра
генетики
Your
company slogan
Словарь
КемГУ
LOGO
Хроматин – это вещество хромосом – комплекс ДНК и белков
Нуклеиновые кислоты – это линейные биополимеры
(полинуклеотиды), построенные из мононуклеотидов,
соединенных фосфодиэфирными связями
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота
РНК – рибонуклеиновая кислота
Нуклеозиды – содержат азотистое основание и рибозу или
дезоксирибозу
Нуклеотиды – это фосфаты нуклеозидов
кафедра
генетики
Your
company slogan
СТРОЕНИЕ НУКЛЕИОНЫХ
КИСЛОТ
Лекция 2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ
Нуклеотид
КемГУ
LOGO
Мономеры НК
Состоят из гетероциклического
азотистого основания, моносахарида
(пентозы) и остатка фосфорной
кислоты
фосфатная группа присоединена к 5’-атому углерода моносахаридного
5'-фосфоэфирной связью
основание – к 1’-атому N-гликозидной связью
остатка
кафедра
генетики
Your
company slogan
Номенклатура
нуклеотидов
Азотистое Нуклеозид
основание
Нуклеотид
КемГУ
LOGO
ОдноТрёхбуквенное буквенный
обозначение
код
Аденин
Аденозин Аденозинмонофосфат
АМФ
А
Гуанин
Гуанозин Гуанозинмонофосфат
ГМФ
G
Цитозин
Цитидин
Цитидинмонофосфат
ЦМФ
С
Урацил
Уридин
Уридинмонофосфат
УМФ
U
Тимин
Тимидин
Тимидинмонофосфат
ТМФ
T
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
В зависимости от числа
остатков фосфорной кислоты
различают:
нуклеозидмонофосфаты (НМФ),
нуклеозиддифосфаты (НДФ),
нуклеозидтрифосфаты (НТФ)
кафедра
генетики
Your
company slogan
Азотистые основания
КемГУ
LOGO
кафедра
генетики
Your
company slogan
Сахара
КемГУ
LOGO
кафедра
генетики
Your
company slogan
ДНК
Лекция 2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ
Первичная структура ДНК
КемГУ
LOGO
Одноцепочечная –
чередование
дезоксирибонуклеозидмонофосфатов (дНМФ), связанных
фосфодиэфирными связями
кафедра
генетики
Your
company slogan
Вторичная структура ДНК
КемГУ
LOGO
Двухцепочечная –
две комплементарные,
антипараллельные цепи
ДНК, связанные
водородными связями
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
кафедра
генетики
Your
company slogan
Формы
вторичной структуры
КемГУ
LOGO
В зависимости от рН среды,
ионной силы, концентрации воды и
т.п. конфигурация двойной спирали
может меняться.
Существует более 10 форм ДНК,
которые различаются:
1. количеством пар оснований
приходящихся на один виток
2. углом наклона оснований к
вертикальной оси
при
транскрипции
основная
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
Форма SBS (side by side)
лишена взаимозакрученности в двойную спираль,
важна для биосинтеза ДНК
при репликации
кафедра
генетики
Your
company slogan
Третичная структура ДНК
КемГУ
LOGO
ХРОМАТИН – комплекс белков и ДНК
Укладка, обеспечивающая компактизацию и
функционирование молекул
кафедра
генетики
Your
company slogan
Третичная структура ДНК
КемГУ
LOGO
ЭУКАРИОТЫ
УРОВНИ:
1. Нуклеосомный
(гистоны Н2а,Н2b, Н3, Н4)
2. Соленоидный
(гистон Н1)
3. Петлевой
(негистоновые белки)
4. Метафазная хромосома
кафедра
генетики
Your
company slogan
Негистоновые белки
КемГУ
LOGO
кафедра
генетики
Your
company slogan
Третичная структура ДНК
μ – микрометр (10-6)
кольцевая ДНК
КемГУ
LOGO
ПРОКАРИОТЫ
2
3
УРОВНИ
1. Изгиб ДНК (гистонподобные белки HU, H-NS)
2. Супервитки ( белок SMС)
3. Суперспирализация (топоизомеразы)
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
ДНК как базовая структурная единица наследственности,
является основополагающим ключевым звеном генома,
первичным носителем наследственной информации
кафедра
генетики
Your
company slogan
Функции ДНК
КемГУ
LOGO
Сохранение наследственной
информации
Передача наследственной
информации потомкам
Реализация генетической
информации
кафедра
генетики
Your
company slogan
РНК
Лекция 2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ
Особенности строения РНК
КемГУ
LOGO
1.Одноцепочечная
молекулы
2. Сахар – рибоза
3. Нуклеотиды – А, Г, Ц, У
4. Молекулы линейные
кафедра
генетики
Your
company slogan
Нуклеотиды, сахара
В урациле отсутствует
метильная группа,
которая есть в тимине
КемГУ
LOGO
Замена атома водорода
на гидроксильную группу
кафедра
генетики
Your
company slogan
Минорные нуклеотиды
КемГУ
LOGO
Известно более 60 минорных оснований.
Особенно они разнообразны в молекуле тРНК
кафедра
генетики
Your
company slogan
Вторичная структура РНК
КемГУ
LOGO
структура, образуемая спаренными основаниями
на однонитевой молекуле РНК
для образования вторичной структуры необходимо
наличие палиндромных последовательностей,
специальных обращенных повторов
-АГАЦТГАГТЦТ-ТЦТГАЦТЦАГА-
Спираль, петля
Петля: шпилька, псевдоузел
кафедра
генетики
Your
company slogan
Вторичная структура РНК
КемГУ
LOGO
Биологическая роль
вторичной структуры:
1. структурная
(рРНК, тРНК)
2. регуляторная
(sРНК, рибозимы)
3. поддержание
стабильности РНК
кафедра
генетики
Your
company slogan
Третичная структура РНК
КемГУ
LOGO
Обеспечивается белками и
отдаленными комплементарными
взаимодействиями нуклеотидов.
При этом возникают большие
внутриклеточные частицы –
рибосомы, информосомы
третичная структура
кафедра
генетики
Your
company slogan
LOGO
Тип
Размер в
нуклеотидах
Доля в общей
структуре РНК
Функция
м РНК
матричная
100-100 000
5%
Перенос информации о
структуре пептида
т PHK
транспортная
70-95
15%
Транспорт аминокислот к
месту трансляции
р РНК
рибосомальная
100-500 000
80%
Формирование рибосом,
участие в синтезе белка
2%
Регуляция процессинга,
экспрессии генов,
транспорта мРНК и др.
малые РНК
20-300
Your company slogan
КемГУ
LOGO
Вторичная и третичная
структуры рРНК
Пространственная
укладка третичной
структуры 40Sсубъединицы
Молекула рРНК имеет вторичную структуру в виде спиральных
участков, соединенных изогнутой одиночной цепью
Третичная структура рРНК имеет форму палочки или клубка и
составляет скелет рибосомы: снаружи на нее нанизываются
рибосомные белки
кафедра
генетики
Your
company slogan
Функции рРНК
КемГУ
LOGO
1. Участие в образовании рибосом
2. Регуляция трансляции через
взаимодействие с тРНК, мРНК,
факторами трансляции и ферментными
системами
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
Вторичная и третичная
структура тРНК
вторичная структура
клеверный лист
третичная структура
бумеранг
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
Акцепторный участок – последовательность CCA на 3'-конце одинакова
для всех тРНК. К концевому аденозину (А) присоединяется
аминокислота.
Антикодоновая петля – несет триплет нуклеотидов комплементарный
кодону в мРНК
Петля дигидроуридина – обеспечивает связь с аминоацил-тРНКсинтетазой
Петля псевдоуридина – содержит последовательность 5 '-TΨЦГ-3',
этой петлей тРНК взаимодействует с рибосомой
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
Характерная особенность т РНК – наличие минорных нуклеотидов:
тимина (T), псевдоуридина (Ψ), дигидроуридина (ДГУ) необходимы для
узнавания ферментами и для защиты от действия рибонуклеаз
поэтому тРНК долгоживущие, в отличие от мРНК
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
Функции т РНК
1. активирование и перенос аминокислот к месту
трансляции белка
2. адапторная функция – позволяет перевести
«язык» генетического кода
(последовательность нуклеотидов) в «язык»
структуры белковой молекулы
(аминокислотная последовательность)
кафедра
генетики
Your
company slogan
мРНК прокариот и эукариот
КемГУ
LOGO
OFR (open reading frame) – открытые рамки считывания генов
UTR (untranslated region ) – нетранслируемый регион
AUG – инициаторный кодон трансляции
UAA, UAG, UGA – стоп-кодоны трансляции
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
мРНК эукариот
первичная структура
cap (шапочка) – модифицированный гуанозиновый нуклеотид,
который добавляется на 5'- конец mРНК. Необходим для узнавания
мРНК при инициации трансляции, а также для защиты от 5'-нуклеаз
5’UTR, 3’UTR – нетранслируемые области расположенные до старткодона и после стоп-кодона, которые не кодируют белок. Регулируют
стабильность мРНК, локализацию мРНК и эффективность трансляции.
CDS – кодирующие участки, начинаются со старт-кодона и
заканчиваются одним из трёх стоп-кодонов
Poly-А – длинная (до 300 нуклеотидов) последовательность
адениновых оснований, на 3'-«хвосте» мРНК, защищает молекулу от
деградации.
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
кафедра
генетики
Your
company slogan
Вторичная структура мРНК
КемГУ
LOGO
Формируются за счет внутримолекулярных взаимодействия
комплементарных нуклеотидов
Линейная молекула «складывается», водородные связи возникают
между разными участками одной молекулы.
Назначение: замедление деградации mРНК, регуляция трансляции.
Псевдоузлы служат для программированного изменения рамки
считывания генов.
стебель-петля
псевдоузел
кафедра
генетики
Your
company slogan
Третичная структура мРНК
КемГУ
LOGO
Представляет собой нить, намотанную на информоферы,
белковые глобулы, состоящие из информатинов
кафедра
генетики
Your
company slogan
Функции мРНК
КемГУ
LOGO
перенос информации из ядра клетки в цитоплазму
для синтеза белков
мРНК является комплементарной копией генов, кодирующих белки
кафедра
генетики
Your
company slogan
Малые РНК. Типы, функции
КемГУ
LOGO
snoРНК (small nucleolar RNAs) – малые ядрышковые РНК
scaРНК (small Cajal-body specific RNAs) – малые РНК из
телец Кахаля
snРНК (small nuclear RNAs) – малые ядерные РНК
miРНК (microRNAs) – микро-РНК
siРНК (small interfering RNAs) – малые интерферирующие
РНК
tasiРНК transacting siRNAs) – трансдействующие siРНК;
piРНК (Piwi-interacting RNAs) – РНК, ассоциированные с
белками семейства Piwi
rasiРНК (repeat-associated siRNAs) – малые
интерферирующие РНК, ассоциированные с повторами
кафедра
генетики
Your
company slogan
snoРНК
КемГУ
LOGO
(малые ядрышковые РНК)
Локализованы в ядрышке
Принимают участие в
процессинге (созревании)
рРНК
кафедра
генетики
Your
company slogan
snРНК
(малые ядерные РНК)
КемГУ
LOGO
Сплайсинг – вырезание интронов
из мРНК
Функции:
1. Участвуют в процессинге
пре-мРНК
2. Расщепление
полицистронных мРНК
3. Поддержание целостности
теломер
4. Регуляция транскрипции
Your company slogan
КемГУ
LOGO
scРНК
(малые цитоплазматические РНК)
Работают в цитоплазме
Типы:
miРНК (микроРНК) – вызывают трансляционную репрессию
или деградацию мРНК
рiРНК (пахитенные РНК) – экспрессируются в генеративных
клетках млекопитающих, образуют комплексы с белками piwi
(piRC), участвуют в сайленсинге транскрипции генов в клетках
зародышевого пути при сперматогенезе, принимают участие в
сайленсинге РНК путем образования RISC (RNA-induced
silencing complex, или siRNP).
кафедра
генетики
Your
company slogan
КемГУ
LOGO
1
2
3
4
1. Белок Dicer разрезает
двуцепочечную РНК.
2. Образуются siРНК.
3. siРНК связываются с
каталитически
активными белками
(нуклеазами, RISC).
4. Комплекс RISC и siRNA
специфически
разрушает мРНК и
предотвращает
трансляцию
siRNA (малые интерферирующие РНК) – осуществляют деградацию
мРНК (запуская РНК-интерференцию)
Your company slogan
Функции scРНК
КемГУ
LOGO
кафедра
генетики
Your
company slogan