Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Код и свойства кода.Word

Лекция № 4
Тема: Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Код и свойства кода.
В 1869 г. Швейцарский биохимик Ф. Мишер впервые описал вещество, содержащееся в
ядрах клеток, и назвал его нуклеином, а позже оно было переименовано в нуклеиновые
кислоты (от лат. nucleus – ядро). К ним относятся ДНК и РНК. Мономером нуклеиновых
кислот является нуклеотид.
Нуклеотид - химическое соединение трёх веществ: азотистого основания, углевода и
остатка фосфорной кислоты. Нуклеотиды в полинуклеотидные цепи соединяются через
углевод одного нуклеотида и фосфорную кислоту другого нуклеотида за счёт прочных
ковалентных связей.
В 1953 году английским и американским учёными Дж. Уотсоном и Ф. Криком была
открыта пространственная структура молекулы ДНК. Согласно предложенной ими
модели, молекула ДНК представляет две параллельные неразветвлённые
полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль.
Пространственная структура ДНК удерживается множеством водородных связей,
образуемых азотистыми основаниями, направленными внутрь спирали.
Водородные связи возникают между пуриновым основанием одной цепи и
пиримидиновым основанием другой цепи. Эти основания составляют комплементарные
связи. Образование водородных связей между комплементарными парами оснований
(А=Т; Г=Ц) обусловлено их пространственным соответствием. Вследствие такой
комплементарности азотистых оснований порядок чередования нуклеотидов в обеих
нитях ДНК оказывается взаимообусловленным.
Именно комплементарностью определяется точное воспроизведение последовательности
оснований при копировании (репликации) молекул ДНК.
Перед делением клетки ДНК способна удваиваться. Сначала с помощью фермента ДНКполимеразы разрываются слабые водородные связи между двумя цепями ДНК. Затем к
каждой уже отдельной цепочке достраиваются по принципу комплементарности
нуклеотиды (А-Т, Г-Ц). Образуются две двухцепочечные молекулы ДНК.
Репликация ДНК обеспечивает высочайшую точность воспроизведения генетической
информации в поколениях клеток и организма в целом.
В отличие от ДНК молекулы РНК однонитевые. Построены аналогично нитям ДНК,
только вместо тимина у них имеется другой пиримидин – урацил, а вместо
дезоксирибозы в составе нуклеотида – рибоза.
Виды РНК
И -РНК (информационная), или м-РНК (матричная), - переносит информацию о структуре
белка от ДНК к рибосомам. На её долю приходится около 1% от общего содержания РНК
клетки.
Т-РНК (транспортная) – переносит аминокислоты в рибосомы. На её долю приходится
около 10%.
Р-РНК (рибосомальная) – составляет существенную часть структуры рибосомы. На её
долю приходится около 90% от общего количества РНК клетки.
Ген – это участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида.
Известны гены, кодирующие белки-ферменты, структурные белки, Т-РНК (много копий),
Р-РНК (много копий.)
Регуляторные гены – включают и выключают другие гены.
Гены-модуляторы – усиливают или подавляют проявление других генов
Транскрипция (лат. Transcriptio – переписывание)
ДНК непосредственного участия в синтезе белка не принимает. В клетках молекулы ДНК
находятся в ядре, а синтез белка происходит в рибосомах. Информацию о структуре белка
несёт посредник – и-РНК, которая считывает её по принципу комплементарности с
участка ДНК (гена). По длине каждая из мол. И-РНК в сотни раз короче ДНК, так как
является копией одного гена. Готовая и-РНК отходит от ДНК и направляется к месту
синтеза белка.
Полисома – группа рибосом, которая одновременно уместилась на одной нити и-РНК
Трансляция (от лат. Translatio – передача) - это процесс перевода информации с и-РНК
на последовательность аминокислот в рибосомах. Информация о структуре белковой
молекулы закодирована в виде последовательности триплетов в и-РНК. Один кодон
кодирует место одной аминокислоты в белковой молекуле, а последовательность
триплетов кодирует последовательность аминокислот в белковой молекуле.
Наращивание аминокислот в белковой молекуле в процессе синтеза белка называется
элонгацией (удлинением). Синтез одной молекулы белка длится всего 3-4 сек.
Существует не менее 20 видов т-РНК. Молекулы т-РНК небольших размеров и состоят из
70-80 нуклеотидов, напоминают листочки клевера, в которых отдельные участки связаны
через комплементарные азотистые основания.
В молекуле т-РНК есть два активных центра: один расположен на переднем конце
молекулы – антикодон, или кодовый триплет; другой – на противоположном конце, к
нему прикрепляется аминокислота.
Свойства генетического кода ДНК
Триплетность – триплет нуклеотидов - единица генетического кода, одной аминокислоте
соответствует три нуклеотида, расположенные рядом в молекуле ДНК, это называется
триплет или кодон.
Избыточность или вырожденность - одна аминокислота может кодироваться несколькими
триплетами (кодонами) от 2 до 6, исключение составляют триптофан (УГГ) и метионин
(АУГ), которые кодируются одним триплетом.
Специфичность - один триплет кодирует только одно аминокислоту.
Универсальность – генетический код одинаков у всех видов животных, обитающих на
Земле.
Непрерывность при считывании – триплеты считываются один за одним.
Неперекрываемость – один нуклеотид входит в состав только одного триплета.
В конце каждого гена находятся триплеты, к которым нет аминокислот (УАА; УАГ;
УГА), это обозначает прекращение синтеза одной полипептидной цепи.
Строение гена эукариот
Ген эукариот прерывистый, состоит из нескольких обязательных элементов:
Регуляторная зона – оказывает сильное влияние на активность гена в той или иной ткани
организма.
Промотор – отрезок ДНК длиной до 80-100 пар нуклеотидов, ответственный за
связывание РНК-полимеразы, осуществляющей транскрипцию и-РНК;
Структурная часть гена состоит из экзона и интрона:
Экзон (транслируемый) – участок ДНК, несущий информацию о строении молекулы белка
и входящий в состав и-РНК.
Интрон (нетранслируемый) – участок ДНК, не кодирующий структуру белка и не
входящий в состав и-РНК.
Сплайсинг (сшивание) – процесс сращивания экзонов 1, 2, 3 при образовании и-РНК и
вырезание интронов «ненужных участков»
Геном – количество ДНК в гаплоидном наборе. Геном эукариот в 2-10 раз больше генома
прокариот. Количество структурных генов (кодирующих определённые белки) возрастает,
но не очень сильно по сравнению с бактериальными клетками. Реально имеющееся число
генов оценивается в 30-50 тысяч, а количество ДНК в геноме человека достаточно для
образования примерно 3 млн структурных генов. Избыточность генома объясняется тем,
что некоторые гены и последовательности нуклеотидов многократно повторены. В
геноме существует много генетических элементов, имеющих регуляторную функцию, а не
кодирующие белки. Часть ДНК вообще не содержит генов.