Головин: вводная лекция о структуре нуклеиновых

Нуклеиновые кислоты.
Нуклеиновые кислоты (НК) – это
высокомолекулярные линейные полярные
биополимеры, полинуклеотиды, которые
построены из нуклеотидных остатков.
2 типа нуклеиновых кислот
1. дезоксирибонуклеиновая кислота – ДНК
2.
рибонуклеиновая кислота – РНК
ДНК.
Расшифровка аббревиатуры ДНК.
•
ДНК – открытие и выделение «нуклеина» из ядер
(нуклеус) лейкоцитов Ф. Мишером 1869 г.
•
ДНК – линейный сополимер на основе
ортофосфорной кислоты.
•
ДНК – линейный сополимер ортофосфорной кислоты
и дезоксирибозы.
Дезоксирибоза и
ортофосфорная кислота.
HO
O
4
2
O
OH
5
1
3
HO
P
OH
2
OH
Дезоксирибоза
Ортофосфорная
кислота
OH
HO
OH
5
O
4
1
3
2
O
O
P
OH
O
OH
5
O
4
1
3
OH
2
Основания.
O
8
N 5
7
NH
6
N
1
2
4
N
9
3
Purine
N
NH
NH2
N
NH
N
NH
NH2
Guanine
O
4
N
5
6
2
NH
1
Pyrimidin
H3C
N
NH
O
Cytosine
N
Adenine
NH2
3
N
O
NH
NH
O
Thymine
NH
NH
Uracil
O
Основания.
HO
OH
5
HO
O
4
3
2
основание
O
4
1
3
B
5
1 N-гликозидная
связь
2
+ 2В
O
O
O
P
OH
O
OH
5
O
4
1
3
OH
2
O
P
OH
Ортофосфорная
кислота
O
B
5
O
1
4
3
2
OH
Дезоксирибоза
Нуклеотид ДНК.
NH2
основание
4
3
Ортофосфорная
кислота
OH
O
P
OH
NH
5
6
2
O
5*
4*
3*
HO
N
O
O
1
1* N-гликозидная
2*
связь
Дезоксирибоза
Нуклеотид РНК.
O
основание
4
3
Ортофосфорная
кислота
OH
O
P
OH
NH
5
6
2
O
5*
4*
3*
HO
N
O
O
1
1* N-гликозидная
2*
OH
связь
рибоза
Псевдоуридин.
O
основание
6
HN
Ортофосфорная
кислота
O
NH
5
4
OH
1
2
3
O
P
OH
O
5*
O
4*
3*
1*
гликозидная связь
2*
HO HO
рибоза
ДНК
O
H3C
NH
5'
OH
O
P
T
O
N
O
O
NH2
OH
N
O
O
P
C
O
N
O
O
NH2
OH
N
N
O
O
P
A
N
O
N
O
O
OH
N
O
O
P
NH
G
O
O
OH
OH
3'
N
N
NH2
ДНК.
3'
OH
N
H2N
OH
N
O
O
N
H3C
O
A
N
O
NH
5'
OH
O
P
N
T
O
N
O
O
O
O
HN
G
N
O
P
N
O
O
NH2
HN
OH
N
O
A
N
O
T
N
O
N
O
P
O
O
H2N
O
N
N
O
P
O
O
OH
O
O
O
H2N
O
N
P
P
N
OH
O
O
CH3
C
O
OH
N
NH2
OH
O
O
P
NH
O
OH
N
N
OH
N
O
G
O
C
O
NH2
O
P
HO
5'
OH
3'
O
Неканонические
взаимодействия.
N
H2N
O
N
G
NH
N
O
NH
NH
O
A
N
N
HN
N
NH
U
NH
G
NH2
NH
O
NH
HN
U
O
O
NH
U
NH
O
N
O
NH2
Структура ДНК.
Структура ДНК.
Структура ДНК впервые была предложена
Watson и Crick в 1953 на основе результатов РСА
низкого разрешения.
Основные свойства.
1. Две антипараллельные цепи.
2. ДНК это двойная спираль.
3. Имеет две оси симметрии.
Взаимодействия в ДНК.
Два типа взаимодействий гетероциклических
оснований в ДНК.
1. Копланарные взаимодействия (в одной плоскости).
В основном реализуются как водородные связи.
2. Стопочные взаимодействия основаны на Ван-дерваальсовых взаимодействиях.
Спираль ДНК.
Большая бороздка
Малая бороздка
Виток
Атомы принадлежащие
большой и малой бороздкам .
Большая бороздка
Малая бороздка
•Adenine
C6, N6, C5, N7, C5
C2, N3, C4, N9
•Guanine
C6, O6, C5, N7, C8
C2, N2, N3, C4, N9
•Cytosine
C6, C5, C4, N4
O2, N1, C2
•Thymine
C6, C5, C4, O4, C5M
O2, C2, N1, C6
N
N
H2N
O
N
H3C
O
NH
A
NH2
HN
N
G
N
NH
C
T
NH
NH
O
NH
H2N
O
N
Регулярные формы спирали
ДНК.
В-форма
А-форма
Регулярные формы спирали
ДНК.
В-форма
А-форма
Торсионные углы НК.
Конформация дезоксирибозы.
В-форма ДНК
С2`
С3`
C2'-endo
А-форма ДНК
С3`
С2`
С3`-endo
Условия существования
различных форм
Разные формы ДНК переходят друг в друга при
изменении условий внешней среды:
•В-форма стабильна при нормальных физиологических
условиях
•Дегидратация, понижение относительной влажности
до 75% инициирует переход BA
Пример: смеси вода-этанол(метанол) при росте доли
спирта > 75% , переход BA
Переход ДНК из А в В
форму в солевом растворе
Переход ДНК из А в В
форму в солевом растворе
Структура РНК.
Структура РНК.
Основные свойства.
1. Одно-цепочечная молекула.
2. В клетке найдено множество видов РНК и
каждый из них имеет специфичную функцию.
Основные типы: рРНК, мРНК, тРНК.
РНК и ДНК.
Почему важна структура РНК?
1. Структура РНК определяет её функцию:
А) Регуляторная.
Б) Структурная.
В) Каталитическая (рибозимы).
2. Некоторые вирусы имеют РНК геном (HIV,грипп).
Вторичная структура РНК.
Вторичная структура.
Петля (loop)
Внутренняя Петля
(Internal loop)
Стебель
(stem)
мультипетля
(junction)
Выпетливание
(Bulge)
Псевдоузел
(Pseudoknot)
Возможность предсказания
вторичной структурой.
GGCGACUGGUGAGUACGCC
GGCGACUGGUGAGUACGCC
Расчёт энергии структуры по
алгоритму Зукера.
UU
Петля +5.9 Ккал/моль
A A
G C Стэкинг+Пара –2*2.9 Ккал/моль
GC
A
Выпетливание + 3.3 Ккал/моль
G C Стекинг+Пара –1.8 Ккал/моль
UA
-0.9 Ккал/моль
AU
-1.8 Ккал/моль
CG
-2.1 Ккал/моль
A U 3’
A
Неструктурированный 5` конец 0 Ккал/моль
A
5’
DG = -3.2 Ккал/моль
РНК, которые трудно
предсказать алгоритмом Зукера.
 РНК связанная с белками.
 Длинные РНК.
 Псевдоузлы.
Моделирование структуры
Вопросы?