ЛЕКЦИЯ № 2
Биохимические основы наследственности
I. Химическое строение нуклеиновых кислот
После открытия физико-химической структуры ДНК стало понятно, как передача наследственной информации происходит посредством ДНК (1953 г. Уотсон и Крик).
Нуклеиновая кислота - это полинуклеотид, состоит из структурных единиц — нуклеотидов.
Нуклеотид состоит из азотистого основания, остатка фосфорной кислоты и сахара.
Азотистые основания принадлежат к производным двух классов химических соединений: пуринового и пиримидинового ряда.
Пуриновые: аденин (А), гуанин (Г). Пиримидиновые: тимин (Т), цитозин (Ц), урацил (У)
Сахар, входящий в состав нуклеотида содержит 5 углеродных атомов (пентоза).
В зависимости от вида сахара различают 2 типа нуклеиновых кислот: ДНК - сахар: дезоксирибоза и РНК - сахар: рибоза.
Фосфорная кислота. В нуклеотидах к молекуле дезоксирибозы (или рибозы) с одной стороны (к третьему атому углерода) присоединено азотистое основание, а с другой стороны (к пятому атому углерода) остаток фосфорной кислоты.
Таким образом, состав нуклеотидной цепи образует регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи – четыре группы нерегулярно чередующихся азотистых оснований.
Азотистые основания: ДНК - А, Г,Т,Ц.
РНК - А,Г,У,Ц.
Строение ДНК
Ф.КРИК 
Д.УОТСОН
 |
Молекула ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные 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 основаниями одной цепи и пиримидиновыми другой.
Молекулы ДНК могут быть линейными, лтбо замкнутыми в кольцо.
Эти основания составляют комплементарные пары: А-Т, Г-Ц.
Именно комплементарностью определяется точное воспроизведение последовательности оснований при копировании (репликации) молекул ДНК.
У человека большая часть ДНК находится в ядре, 5% ДНК локализованы в митохондриях.
Строение РНК
Состоит из одной полинуклеотидной цепи.
Виды РНК
1. РНК – транскрипты (информационная, матричная РНК) переносят информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам, т.е. являются копией (транскриптом) смысловой ДНК и матрицей для синтеза белка.
2. Гетерогенно-ядерная РНК – участвуют в процессе сплайсинга (вырезания последовательностей, комплементарных интронам, из первмчного РНК- транскрипта.
3. Рибосомные РНК – образуют в комплексе с белками рибосому
4. Транспортные РНК переносят аминокислоты в рибосомы,спецефичность такого переноса обеспечивается наличием 20 типов т-РНК, соответствующих 20 аминокислотам.
Гены и их структура
Ген – участок молекулы ДНК, характеризующийся специфической последовательностью нуклеотидов, которая определяет определенную функцию организма.
Экзон – интронная организация гена
Экзон – кодирующая часть
Интрон – некодирующая часть
Межгенные пространства – спейсеры
СХЕМА РЕПЛИКАЦИИ ДНК
Сохранение информации от поколения к поколению происходит в процессе репликации, при которой информация, закодированная в родительской ДНК, передается дочерней РНК.
Репликация — единственно возможный способ увеличения числа молекул ДНК, на который указывает сама структура этих молекул.
С помощью фермента ДНК- полимеразы разрываются слабые водородные связи, между двумя цепями ДНК, образуются одноцепочечные нити (цепи родительской ДНК расплетаются и каждая из них служит матрицей, определяющей последовательность оснований в новой, комплементарной цепи ДНК (дочерней). Затем к каждой цепочке достраиваются по принципу комплементарности нуклеотиды, образуя две двухцепочечные молекулы ДНК.
Реализация генетической информации
Согласно молекулярной догме, генетическая информация проходит через следующие этапы:
1) Транскрипция (переписывание) – перенос генетической информации от ДНК к РНК,который заключается в избирательном синтезе молекул мРНК, комплементарных определённым участкам ДНК, соответствующих одному или нескольким генам.
Транскрипция заключается в том, что на одной из нитей ДНК происходит матричный синтез нити мРНК.
Под действием фермента РНК – полимеразы, который прикрепляется к началу участка ДНК, расплетает двойную спираль ДНК и перемещаясь вдоль одной из нитей, последовательно строит комплиментарную нить РНК. Далее нить РНК отходит от матрицы ДНК и двойная спираль ДНК восстановливается.
Синтезированная нить РНК содержит информацию, точно переписанную с соответствующего участка ДНК, так как последовательность нуклеотидов в ней полностью предопределена последовательностью нуклеотидов в ДНК.
В зависимости от того, какие гены транскрибируются, продуктами трпнскрипции могут быть те или другие виды РНК: рибосомальные РНК, транспортные РНК, матричные РНК.
2) Процессинг – образование молекул матричной РНК, состоящей из нуклеотидов, комплементарных только экзонам — кодирующим участкам гена. Далее молекулы мРНК выходят из ядра в цитоплазму и соединяются с рибосомами, где происходит процесс трансляции — синтез полипептидной цепи по молекуле мРНК.
3) Трансляция (перевод) — процесс декодирования мРНК, в результате которого информация с языка последовательности оснований матричной РНК переводится на язык аминокислотной последовательности белка.
Аминокислоты, синтезированные клеткой, доставляются к месту сборки из них белка, то есть в рибосомы посредством транспортных РНК.
В цитоплазме 20 аминокислот и 20 транспортных РНК. Аминокислоты посредством фермента узнают свою транспортную РНК, которые и переносят их в рибосому.
т-РНК состоит из трех участков:
ü участок узнавания фермента (определяет какая аминокислота будет присоединена к данной РНК)
ü акцепторный участок, к которому прикрепляется аминокислота
ü участок из трех нуклеотидов — антикодон, определяющий то, место в синтезируемой молекуле белка, какое должна занять данная аминокислота.
Генетический код
1) Генетическая информация, содержащаяся в ДНК и м РНК заключена в последовательности расположения нуклеотидов в молекулах.
2) Перенос информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот осуществляется с помощью генетического кода.
3) Носитель генетической информации - ДНК.
4) Генетический код записан на язык РНК (так как она принимает участие в синтезе белка).
Генетический код обозначается четырьмя буквами (первыми буквами названий четырёх нуклеотидов) А,Т,Г,Ц. Каждые три нуклеотида образуют кодон. Триплетный код кодирует определенные аминокислоты, их 20. Число триплетных кодов нуклеотидов 64, из них 3 не кодируют аминокислоты.