Информационная структура ДНК




НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫИ МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗ. СТРУКТУРА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Запись 109

Нуклеиновые кислоты по своей химической природе представляют собой биополимеры, мономерными единицами которых являются мононуклеотиды, соединенные между собой фосфодиэфирными связями. В клетках присутствует два типа нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновык кислоты - ДНК и рибонуклеиновые кислоты – РНК

ДНК в живых системах выступает в качестве хранителя генетической информации,

РНК играет важную роль в реализации генетической информации, т.е. процессов использования генетической информации в ходе формирования различных биологических структур.

Химическая структура ДНК

Первичная структура ДНК

Первичная структура ДНК - это последовательность расположения остатков дезоксирибонуклеотидов в полинуклеотидной цепи. В последовательности дезоксирибонуклеотидных остатков цепи ДНК закодирована вся генетическая информация.

Молекулы ДНК построена из двух дезоксирибополинуклеотидных цепей. В составе ДНК главные нуклеотиды составляют 97%,

Мононуклеотидами являются:

· дезоксиАМФ (дезоксиадениловая кислота/ аденозилмонофосфорная кислота)

· цГМФ (дезоксигуаниловая кислота)

· дЦМФ (дезоксицитидиловая кислота/ цитидилмонофосфорная кислота)

· дТМФ (дезокситимидиновая кислота/ дезокситимидинмонофосфорная кислота)

 

Около 3% нуклеотидов приходится на так называемые минорные нуклеотиды (химическая модификация главных нуклеотидов (в основном, метилированное азотистое основание главных нуклеотидов))

Общая длина ДНК на нуклеосомах (?) человека составляет примерно 2 м.

При формировании нуклеотидной цепи один дезоксирибонуклеотид соединяется с другим при помощи фосфодиэфирной связи (3',5'- фосфодиэфирная связь).

 

 

Собственно остов полимерной структуры образован чередующимися остатками дезоксирибозы и фосфорной кислоты, причем к каждому дезоксирибозному остатку этого остова с помощью N-гликозидной связи присоединено то или иное азотистое основание

Началом является 5’конец, а окончанием 3’конец.


Вторичная структура ДНК

Вторичная структура ДНК представляет собой правозакрученную спираль, построенную из двух антипараллельных комплементарныех полинуклеотидных цепей.

Стабилизация такой структуры осуществляется, во-первых, за счет водородных связей между комплементарными парами азотистых оснований соседних цепей и, во-вторых, за счет так называемого стэкинг-взаимодействия - взаимодействия по типу монетных столбиков м/у делокализованными П(?)-молекулярными орбиталями азотистых основания выше или ниже расположенных вдоль нуклеотидной цепи

 

Пары:

· А=Т

· Ц=Г

Схема вторичной структуры ДНК

Известно несколько возможных вариантов вторичной структуры ДНК, обозначаемых буквами от А до Е. Все они представлены правозакрученными вариантами двойной спирали.

Наиболее стабильной и известной является В-форма, именно она была предложена в 1953 г. родоначальниками молекулярной биологии Ф.Криком и Д.Уотсоном.

На 1 виток или шаг спирали В-формы ДНК приходится 10 пар нуклеотидов, расстояние между плоскостями соседних пар оснований - О,338 нм, диаметр спирали - 1,9 нм. При физиологических условиях (низкая концентрация солей, высокая степень гидратации молекулы) преобладающей структурной формой ДНК является именно ее В-форма.

При более высоком содержании ионов в окружающей среде и меньшей степени гидратации молекула ДНК может переходить в А-форму, для которой характерны несколько иные параметры витка: на 1 виток приходится 11 пар нуклеотидов, расстояние между плоскостями соседних пар оснований - О,256 нм и диаметр спирали - 2,3 нм.

 

Третичная структура ДНК

Молекулы ДНК, размеры которых составляют несколько см, умещаются в ядре клетки, диаметр которого измеряется микрометрами. Молекула ДНК самостоятельно не может упаковываться, ее укладка идет путем взаимодействия с гистоновыми и негистоновыми белками

Третичная структура ДНК – способ упаковки молекулы ДНК в ядерном аппарате к-ки

 

Принято выделять три уровня компактизации молекул ДНК.

В формировании первого - нуклеосомного - уровня компактизации важную роль играет взаимодействие ДНК с молекулами белков гистонов. Восемь молекул гистонов: 2 молекулы Н2А, 2 молекулы Н2В, 2 молекулы Н3 и 2 молекулы Н4 - образуют гистоновый октамер, на который накручивается примерно на 1,75 оборота участок молекулы ДНК.

Этот гистоновый кор с намотанной на него ДНК получил название минимальной нуклеосомы.

 

Участки ДНК, соединяющие между собой минимальные нуклеосомы, получили название " линкеры ". В свою очередь минимальная нуклеосома вместе с линкером образует полную нуклеосому. На одну полную нуклеосому приходится в среднем 200 пар нуклеотидов (как правило, это длина фрагмента Оказаки). нуклеосомы имеют диаметр примерно 10 нм, и за счет этого уровня компактизации линейные размеры ДНК уменьшаются в 6-7 раз

 

В формировании второго уровня компактизации ДНК – образовании фибрилл ДНК - важная роль принадлежит белку гистону Н1. Своей глобулярной частью молекула гистона Н1 связывается с средней частью одной нуклеосомы, а с помощью своих "ручек" она взаимодействует с двумя соседними нуклеосомами, ибо эта молекула представляет собой своеобразный эллипсоид с 2-ми противоположно-ориентированными ручками.. При этом нуклеосомы стягиваются вместе, образуя регулярную повторяющуюся структуру, напоминающую спираль:

 

За счет формирования подобного рода фибриллярных структур длина молекул ДНК уменьшается еще в 6 - 7 раз. Толщина – 30 нм.

Дальнейшее уменьшение линейных размеров ДНК идет за счет третьего - петельного - уровня компактизации. Фибриллы ДНК образуют петлеобразные структуры, крепящиеся к элементам ядерного скелета в интерфазе клеточного цикла или к осевой нити хромосомы в делящейся клетке,

Осевая нить образована негистоновыми белками клеточного ядра. Эти петли или домены фибрилл ДНК включают в себя от 20 000 до 100 000 пар нуклеотидов.

Существует более 200 вариантов компактизации молекул ДНК, причем они существуют как в делящихся, так и в неделящихся клетках.

Информационная структура ДНК

 

Информационной единицей клеточного генома является ген,

Ген – участок молекулы ДНК, ответственный за хранение и реализацию генетической информации об одной полипептидной цепи белка или об одной молекуле структурной РНК (тРНК или рРНК)

 

Всю ДНК эукариотического генома можно разделить на два класса последовательностей.

o уникальные или неповторяющиеся последовательности (70%), они представлены одной или двумя копиями на диплоидный хромосомный набор. Именно они включают в себя основную массу генов. На долю этих уникальных последовательностей приходится до 70% всей клеточной ДНК.

o повторяющиеся последовательности ДНК.

§ Высокоповторяющиеся – 15% - это участки ДНК небольшой длины обычно от 5 до 500 пар нуклеотидов, повторенных от 1 до 10 миллионов раз

§ умеренно повторяющиеся последовательности – 10-20% - повторяются в геноме меньше 1 млн раз

 

Высокоповторяющиеся принимают участие в структурной организации хроматина (образуют теломеры и центромеру хромосомы)

Часть этих умеренно повторяющихся последовательностей представляют собой гены, кодирующие гистоны.

Часть этих умеренно повторяющихся последовательностей выполняют структурную ф-ию, например, входят в состав участков ДНК, разделяющих отдельные гены, т.е. на так называемые спейсеры.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2022-09-15 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: