Структурата и функцията на нуклеинови киселини
Нуклеинова киселина - естествени високи полинуклеотиди, които осигуряват съхранение, трансфер и прилагане на генетичната информация. Те са описани за първи път през 1869 г. от швейцарския биохимик Фридрих Miescher (1844-1895). От ядрата на левкоцити, съдържащи се в гной, той идентифицира органичната материя, която се състои от азот и фосфор. Учените са именувани това вещество nukleina (от латинското «ядро» -. Ядро), вярвайки, че той се съдържа само в ядрата на клетките. По-късно небелтъчен част от този материал се нарича нуклеинова киселина; неговите свойства киселина поради присъствието в молекулата на остатъци фосфорна киселина.
мономери нуклеинови киселини са нуклеотиди. Те се състоят от остатък на фосфорна киселина, азотна база и захар - пентоза (рибоза или дезоксирибоза). Деоксирибоза от рибоза характеризиращ се с това, че на втория въглероден атом е свързан водороден атом, хидроксилна група, а не, както в рибоза.
Остатъкът азотна база в нуклеотидна молекула е свързана с първия въглероден атом на пентоза, и остатък на фосфорна киселина - пети въглероден атом. Частична хидролиза на нуклеотиди отцепени от остатъка от фосфорна киселина и образуваните нуклеозиди. състояща се от азотна база и остатък от монозахарид - рибоза или дезоксирибоза.
Нуклеотидните азотни основи на производни на нуклеинови киселини, представени пурин - аденин (А) и гуанин (G), пиримидин - тимин (Т), цитозин (С) и урацил (U).
В зависимост от вида на азотна база и piramidinovye разграничи пуринови нуклеотиди. Име нуклеотидна определя от вида на азотна база и пентоза, в състава му. Например, adenylic рибонуклеотид, дезоксирибонуклеотид тимидилова т.н.
Има два вида на нуклеинови киселини, които се различават по състав, структура и функция. Един от тях съдържа въглехидрат компонент - деоксирибоза наречен дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК).
Други съдържа рибоза наречен рибонуклеинова киселина (РНК). И двата вида нуклеинови киселини са полимерни молекули, които мономери са нуклеотиди. Мономерите са свързани чрез ковалентни фосфодиестерни връзки присъединяват към петия въглероден атом на пентоза на един нуклеотид с 3 въглероден атом съседен нуклеотидна пентоза. В този случай в единия край на веригата на полинуклеотид е мономер, съдържащ остатък на фосфорна киселина (наречена 5 'края) и в другия край - мономер, съдържащ неестерифициран 3'-хидроксилна група (3' - края).
По този начин, нуклеинова киселина, - е важно биополимери определят основните свойства на живот.
1.Stroenie и функция на ДНК
ДНК е основен носител на генетичната информация.
ДНК, включена в състава:
1. хромозомите на вируси и бактерии
2. екстрахромозомен (цитоплазмен) генетични структури прокариотна (бактериален плазмид)
3. еукариотните хромозоми
4. приложимо (мигриращи) генетични елементи (транспозони встъпилите последователности и бактерии, клетъчни компоненти и диспергирани сателитна ДНК еукариоти).
ДНК клетъчната локализация:
1) в прокариотна - цитоплазмата;
2) в еукариотна - основни органели (митохондрии, пластиди, клетъчна център).
Първичната структура на ДНК - последователност е линейно подреждане на нуклеотиди в полинуклеотидна верига. Нуклеотидите са свързани фосфодиестерни връзки. Характеризира се с първичната структура на брой нуклеотиди, по реда на тяхното подреждане и видове азотни бази, съдържащи нуклеотиди.
Вторичната структура на ДНК - е двойна спирала, образувана от две полинуклеотидни, антипаралелни вериги свързани чрез водородни връзки между допълнителни азотни основи. Допълняемост (взаимното съвпадение) се определя от способността на азотни основи образуват същия брой водородни връзки. А - Т; Ц. T-
Съставът на нуклеотидите на ДНК следва правилата, Е. Chargaff:
1) сумата от нуклеотиди, съдържащи пурин азотна база е сумата на пиримидинови азотни основи, т.е.
3) за всеки комплект от молекули и молекули в клетъчния тип от специфично съотношение организъм
коефициент на видова специфичност.
Най-честата форма на спирала - В-форма. В биологичния смисъл на В-формата най-подходяща за процеса на репликация, и плесен - за процеса на транскрипция, С-форма - за опаковане на ДНК в хроматин, състояща се от супрамолекулни структури и някои вируси. Z-форма участва в пресичане.
По този начин, вторичната структура на ДНК молекули, очевидно, свързани с прилагането на информационните процеси в природата, а именно форма ДНК - трансфера на информация от ДНК РНК, В-форма - умножаване на количеството информация, С-форма - с съхранение информация.
Третичната структура на ДНК - пространствена конфигурация на молекулата; ДНК може да бъде линейна или кръгла форма. Всяка от тези форми се характеризира с спирала и супер (супер) спирала.
Четвъртият структурата на ДНК - ДНК е в комплекс с протеини.
Денатуриране и ренатуриране на ДНК
Водородните връзки между допълнителни бази могат да бъдат разделени (когато температурата се повишава, алкохол и добавяне др.); едноверижна ДНК образувана в резултат на тази разлика. Този процес се нарича денатурация (топене). Обръщане на процеса на възстановяване на двойната спирала - връщане на природата. Точка на топене увеличава с частта на G-C двойки; за ДНК бозайник, имащ средно от около 40% G-C двойки, температурата на топене е 85-90 ° С
Биологичното значение на ДНК е, че тя служи като носител на генетичната информация, за да се осигури непрекъснатост на живот в редица поколения. Въз основа на програмата, въплътени в ДНК молекула, синтез на протеини, отговорни за всички жизнени процеси в клетката.
1.2. Структурата и функцията на РНК
Основната роля на РНК е превода на генетична информация за производство на протеини. Този процес се състои от няколко фази, всяка от които се носи от различни РНК. В клетката, има няколко вида РНК: рибозомна РНК (R-РНК) информационни, или РНК (m-RNA или m-RNA), прехвърляне на РНК (тРНК), малък ядрен РНК (ER-РНК), РНК праймери (праймери), хетерогенна ядрена РНК или РНК - прекурсори (RG-РНК, или про-РНК), РНК вируси и т.н.
РИБОЗОМНА РНК - един от най-РНК молекулата, съдържа от 3 до 5 хиляди хиляди нуклеотиди ... Той се синтезира в ядърце. Тя след комбиниране с протеини образуват големи и малки рибозомни субединици. Като част от рибозом РНК извършва структурна функция и също участва в синтеза на полипептиди. Залогът р-РНК 85% от цялата клетъчна РНК.
Матрицата, или информация, РНК - служи като матрица за синтеза на полипептида по време на транслация. Той се съдържа в ядрото, цитоплазмата и митохондриите и пластидите. ИРНК молекули съдържат от 100-10,000 нуклеотиди и имат линейна структура. Тя възлиза на 5% от общото съдържание на РНК на клетката.
Транспортна РНК - е най-късата верига, състояща се от 70-100 нуклеотида. Съдържащите се в цитоплазмата на клетки, митохондрии и пластиди. Всички тРНК поради образуването на водородни връзки между допълнителни азотни основи на различни схеми порции придобие вторична структура в двуизмерен образ, наподобяващ детелина. На тРНК две активни центъра: аминоацил в 3'-края на антикодон и на антикодон контур. Максималният брой на тРНК в клетката - 61, но обикновено им размер в границите от 20 до 40. Основната функция на тРНК е за прехвърляне на амино киселина на мястото на синтеза на протеини в рибозом. РНК представлява около 15% от общата РНК, съдържаща се в клетка.
Малък ядрена РНК - кратък стабилни РНК молекули, повечето от които са в състава на нуклеопротеин частици са налични в ядрото. Те се намират в състава на Spliceosome бозайници. Тези РНК наречени U РНК поради необичайно високо съдържание на урацил и модифицирани форми. Така, основната функция на ER-РНК - участват в сплайсинг.
Хетерогенни ядрена РНК - предшественикът на зрялата РНК е локализиран в ядрото. Тези РНК транскрипти са оригинални и имат същата дължина като гените, с които те се копират.
Вирусната РНК - функцията на генетичния материал на вируси. За разлика от клетката може да бъде двуверижна.
1.3. ДНК репликация
Генетичната програмата на клетъчни организми, записани в нуклеотидната последователност на ДНК. За да се запазят уникалните свойства на организма трябва да бъде точно възпроизвеждане на последователността на всяко следващо поколение. Процесът на удвояване на ДНК молекули, наречени репликация.
В основата на този процес се основава на следните принципи:
7) гени, контролиращи процеса на репликация.
Репликация започва в конкретни сайтове - replekatsii стартови точки (Ори -. От английски произход). В този момент, по веригата от друг, образувайки репликация вилица. Репликация върви в две посоки от всяка точка на Ори, докато репликация вилката съседните репликони не разцепват.
скорост геном репликация е регламентирана в основната честота на изходни събития. Например, Е .c Oli копират скорост във всяка вилка репликация е 1500 бд в секунда. Скоростта на движение на вилката на репликацията в еукариотни клетки е значително по-ниска (10-100 бд в секунда).
1) започване (обучение матрица, развиване на двойната спирала).
2) удължение (ДНК синтез спомагателни вериги).
3) прекратяване (завършване на синтеза на ДНК спомагателни вериги).
Основната ензим синтеза на ДНК е ДНК - полимераза. Функцията на този ензим е, че тя е само в синтеза на 5 '- 3' края, т.е. той се нуждае от грунд, който действа като 3 'края на съществуваща полинуклеотидна.
процес репликация в прокариоти
Протеини и ензими, участващи в репликацията:
1) Протеинова признаване начало на репликация;
2) ензим хеликаза осигурява двойна спирала развиване чрез счупване водородни връзки.
3) топоизомеразни ензими - отстранява superpiralizatsiyu преди репликация вилица.
4) SSB -протеини - стабилизиране на ДНК в едноверижна състояние.
5) примазен ензим (РНК полимераза) - синтезира РНК праймер.
6) Ензимите ДНК полимераза.
а) ДНК polimerazaIII - Основни репликация ензим; извършва удължаване в 5 '- 3' от праймера 3'-ОН.
B) ДНК - polimerazaII - има много ниска активност на полимераза; основна функция е невалиден порции в продължение от ДНК молекулата, т.е. Възстановяване на ДНК. Слабо свързан към едноверижна ДНК, но напълно заема прекъсне точки в една от нишките на ДНК.
B) ДНК polimerazaI - спомагателен ензим изпълнява удължение в 5 '- 3' от праймера 3'-ОН zastraivanii отвори, има 3 '- 5' и 5 - 3 'екзонуклеазна активност.
7) ДНК лигаза Ензимната - изпълнява "омрежващи" Okazaki фрагменти.
8) ДНК гираза - участва в усукване спирала
Иницииране. В хромозомата съдържа един прокариотен произход на репликация (Ori С). Ори C има пет devyatinukleotidnyh свързване консенсусни места за започване на протеин ДНК Б. Този протеин признава произход на репликация и привлича Ори С останалата част от компонентите на протеин, включен в образуването на репликация.
Тези допълнителни протеини, които помагат да се върти и да се обърне ДНК.
1) Протеинова ДНК B (хеликаза) взаимодейства с частично едноверижни участъци на ДНК развива. В този комплекс хелииказа дейност ДНК в блокирано. Транслокацията на ДНК от мястото на първоначалното си влизане в комплекса началото на вилката на репликация, който е АТР-зависим освобождаване на протеина комплекс ДНК С, води до активиране на хеликаза. Освен хеликаза протеин взаимодейства с ДНК G (примазен) и този комплекс играе ключова роля в инициирането на репликация ДНК S. И двата ензима осигуряват двойна работа на две репликация вилици, които се движат в противоположни посоки: хеликаза започва да размотавам ДНК примазен синтезира първата семената. Комплекс от протеини, извършващи започване репликация, наречен primosome. Primosome от своя страна е част от един още по-сложен набор - replisome извършване на пълен процес репликация.
При образуването на replisome настъпва образуването на димерен комплекс холоензим на ДНК АТР-зависим - полимераза III. свързан с края на праймерите 3 '.
2) прекратяване. Това се случва, когато две репликация вилици отговарят на удвояване кръгови ДНК молекули.
процес репликация при еукариотите.
механизми за репликация в еукариотите по-малко проучени поради тяхната по-голяма сложност.
Репликация разполага в еукариоти.
1) ДНК - полимераза еукариоти:
А) ДНК Pol α - основен ензим изпълнява удължение в 5 '# 8213; 3 'от праймера 3'-ОН. Той съчетава полимеразна активност и Примазните.
B) ДНК Pol β - ремонт ензим (празнина е изграждане).
B) ДНК Pol γ - осигурява синтезата на митохондриална ДНК.
D) ДНК Pol δ - работа във връзка с а ДНК пол. корекция 5 изпълнява '# 8213; 3 'екзонуклеазна активност.
2) ензим теломераза на - участва в теломерите репликация сайтове.
специфични последователности с голям брой повторения намерени в областта на теломерите. Преди репликация, теломераза простира 3'-края на ДНК. В тази част на нуклеотида все още губи.
Теломерите в повечето клетки съкратят с възрастта, а това може да бъде важен фактор при определянето на продължителността на живота на индивида. Затова изучаването на работата на регулиране теломераза и нейното изразяване в клетка ще помогне да се разбере, молекулярната основа на процесите на стареене и злокачествена трансформация на жива клетка.
3) Много репликон. скорост репликация е по-ниска, отколкото в прокариоти.
4) Дължината на Okazaki фрагменти 100-200 т.к.
5) репликацията е в S-период на митотичния цикъл на клетката.
Точността на ДНК репликация е много висока - една грешка в 10¹º nukleotidiltraferaznyh реакции. Но дори и ако сте допуснали грешка, тя може да се коригира в хода на възстановителните процеси.
1.4. Полимеразна верижна реакция
Полимеразна верижна реакция (PCR) - набор от молекулярни генетични методи, което позволява да се получи ин витро голям брой копия на определена част от ДНК с помощта на специфичен ензим - термостабилна ДНК полимераза (Taq - Pol). Този метод е разработен през 1983 г. от американския учен Myullisom.
Състав на реакционната смес:
1. Два синтетични олигонуклеотидни праймери (дължината на около 20 нуклеотиди) комплементарна ДНК порции