Материал: Biokhimia_v_risunkakh

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

РАЗДЕЛ 8. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКИ

Генетическая информация (проекты жизни) живущих на Земле сохраняются в определенной последовательности нуклеотидов молекул ДНК, организованных в хромосомы.

5’ конец

азотистое

  Первичная структура

На 5’-конце

осн основание

находится

CH2

ДНК-

фосфатная

это определенная

группа

последовательность

дезоксирибонуклеотидов в

NН2

осн

полинуклеотидной цепи,

CH2

связанных 3’,5’-

фосфодиэфирными связями.

основание

CH2 O

Р O

(аденин)

осн

O CH2

рибоза или

нуклеозид (аденозин)

дезоксирибоза

На 3’-конце

нуклеотид (аденозинмонофосфат)

находится

3’ конец

ОН группа

рибозы

  Вторичная структура ДНК

Представляет собой двойную спираль, образованную

двумя полинуклеотидными цепями, закрученными вокруг

общей оси и расположенными

антипараллельно. Цепи

удерживаются за счет водородных связей между

комплементарными

нуклеотидами

А -Т

и G-C,

сидящих на спирализованном пентозо-фосфатном острове.

Спираль стабилизирована

гидрофобными

взаимодействиями между основаниями, лежащими в одной

плоскости (перпендикулярной оси).

Цепи комплиментарны, но не идентичны друг другу, их состав различен.

Длина молекулы достигает 8 см (в хромосоме “2”), ширина ~ 2 нм, вследсвие чего такая структура неустойчива.

120


Третичная структура ДНК :	Начальный элемент упаковки – нуклеосома:
сердцевину ее составляет октамер, состоящий из 4 димерных гистоновых белков,
обернутый отрицательно заряженной спиралью ДНК		(~2 оборота или 150 п.о.).

Начало и конец оборота фиксируется гистоном Н1. Участки двойной спирали между нуклеосомами называются линкерными. Такая укладка молекулы «укорачивает» ДНК в 7 раз и защищает от действия ферментов. Эта структура похожа на цепь бусинок. Она далее спирализуется и закрепляется на основе из негистонных (кислых) белков (ферменты, факторы). Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому, которая содержит также разнообразные белки, т.е. ДНК находится в клетке в комплексе с белками, образуя нуклеопротеин - хроматин или хромосомы. Таким образом, в каждой хромосоме находится одна гиганская ДНК, в среднем содержащая 150 млн нуклеотидных пар, длина молекулы 3-5 см. Величина хромосомы - 1нм, т.е. ДНК суперспирализована, при этом линейный размер каждой молекулы ДНК уменьшается в 8000 раз!

		  Состав хроматина:
Комплекс из 8 гистонов	  ДНК - 30-40%
Комплекс из 8 гистонов	  гистоны - 30-50%		- основные белки
четырех типов:	  гистоны - 30-50%		- основные белки

	небольшого размера с высоким содержанием
(Н2А, Н2В, Н3, Н4)2	небольшого размера с высоким содержанием
(Н2А, Н2В, Н3, Н4)2	положительно заряженных аминокислот				-
	положительно заряженных аминокислот				-
	аргинина и лизина.
линкерная	Имеется 5 типов гистонов:
последовательность	Н2А, Н2В, Н3, Н4 - образуют			нуклеосомы,
ДНК	которые состоят из 146 пар нуклеотидов ДНК
ДНК	(заряженных отрицательно) и восьми гистонов,
	(заряженных отрицательно) и восьми гистонов,
	имеющих положительный заряд,
гистон (Н1)	Н1 - связываются с ДНК в межнуклео-сомных
гистон (Н1)	участках (линкерных последовательностях) и
Упаковка ДНК	защищают их от действия нуклеаз
и гистонов	  негистоновые белки (кислые)-			4-33%	-это
в хроматине	  негистоновые белки (кислые)-			4-33%	-это
нуклеосома	регуляторные белки и ферменты
	  РНК - 1.5-10%
Гаплоидный геном каждой клетки
человека – совокупность всех молекул
ДНК - включает 3,5 миллиарда	пар
оснований (23 пары хромосом), что
достаточно для 1,5 миллионов пар

генов, а кодируется только 26,5 тысяч
белков. Для записи этой информации
используется только 25% общей
протяженности всей ядерной ДНК.
Полностью расшифрован геном
человека к 2001 году.	121
	121

Функциональный потенциал ДНК

Проект жизни вмещается в одной или нескольких молекулах ДНК, объединенных в понятие ГЕНОМ клетки или организма. Проект жизни переходит от поколения к поколению, для чего требуется точное копирование ДНК клетки. При этом ДНК распределяется между двумя дочерними клетками так, чтобы каждая получила точную копию всей информации о строении белковых молекул, специфичных для данного организма.

Функции ДНК двуедины:

1. Хранение наследственной информации и безошибочная ее передача при смене

поколений. Это	обеспечивается дублированием информации (репликации)
каждой молекулы	ДНК при делении клетки.

2. Передача генетической информации системам, строящим белковые молекулы. Она реализуется путем синтеза молекулы РНК, комплементарной участку одной из

	цепей ДНК. Этот участок –			ген – несет информацию о структуре одной
	полипептидной цепи.				ДНК служит матрицей : в первом
Обе функции основаны на том, что молекула					ДНК служит матрицей : в первом
	случае					Нуклеиновые кислоты и белки
для						Нуклеиновые кислоты и белки
для						называют информационными
						называют информационными
						молекулами, так как в
						чередовании их мономеров
						заложен определенный смысл.
						Последовательность
						нуклеотидов в ДНК
						определяет структуру всех
						белков клетки. Участки ДНК
						(гены), кодирующие
						определенные белки,
						копируются
		Поток генетической информации				(транскрибируются) в виде
	(центральная догма молекулярной биологии)					полинуклеотидной цепи
						матричной РНК, которая затем
			рРНК			матричной РНК, которая затем
1			рРНК			служит матрицей для синтеза
1		2		3		белка. Таким образом,
ДНК		2	мРНК	3	белок	генетическая информация,
			тРНК			записанная в ДНК (в генотипе)
			тРНК			обеспечивает образование
1 – репликация - синтез ДНК на матрице ДНК						фенотипических признаков
1 – репликация - синтез ДНК на матрице ДНК						клетки, то есть	генотип
2 – транскрипция - синтез РНК на матрице ДНК						трансформируется в
	обратная транскрипция - синтез ДНК на					фенотип. Это направление
	матрице РНК (онковирусы)					потока информации включает
3 - трансляция - синтез белка на матрице РНК						три типа матричных синтезов.
							122

Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК. Он служит своеобразным словарем для перевода ( translation – перевод, англ.) генетической информации, записанной четырьмя буквами (А, У, Г, Ц) в молекуле м-РНК в последовательность 20 видов аминокислот в первичной структуре белка.

Свойства генетического кода   триплетность (43=64 кодона);

  специфичность (один кодон кодирует одну аминокислоту);   вырожденность (одну аминокислоту могут кодировать несколько кодонов);

  универсальность (характерен для всех живых организмов);
  однонаправленность (текст читается только в направлении 5’		3’);
		3’);
  непрерывность (отсутствуют знаки препинания);
  неперекрываемость;
  линейность

…ГГА ЦЦГ ГТА ААТ ТТГ ЦГА ГАЦ АТЦ ЦАТ ТАГ ГАТ ААГ… …АТЦ ААТ ТЦГ ТАА АТТ ГАГ АЦА ТЦЦ АТТ АГГ АТА АГГ …ААТ ТЦГ ТАА АТТ ТГЦ ГАГ АЦА ТЦЦ АТТ АГГ АТА АГГ…

транскрипция

…УАУ ГЦУ УУА АГЦ АУУ УАЦ ЦУЦ УГУ АГГ УАУ УЦЦ УАА…

трансляция

…-тир – ала – лей –сер –иле – тир – лей – цис – арг - тир – сер

фрагмент

ДНК

фрагмент

мРНК

фрагмент белка 123

I. Репликация (биосинтез ДНК)

РЕПЛИКАЦИЯ – процесс удвоения ДНК, суть которого состоит в образовании идентичных копий ДНК для передачи генетической информации в поколениях клеток и организмов. Синтез ДНК происходит по полуконсервировативному механизму, который позволяет точно копировать эти молекулы при делении клеток. При этом двойная спираль расплетается, позволяя цепям расходиться так, чтобы на них синтезировалась новая нить, полностью комплиментарная матрице. Каждая из копий содержит одну родительскую нить, а вторую – вновь синтезированную (дочернюю). При этом появляются 2 точные копии исходной ДНК.

Суммарное уравнение репликации:

n дАТФ	ДНК-матрица	дАМФn
n дГТФ		ДНК дГМФn + (n+n+n+n) ФФ
n дЦТФ	ДНК-полимеразы	дЦМФn
n дТТФ	(I,II,III) – у прокариот	дТМФn
n дТТФ	– у эукариот	дТМФn
	– у эукариот

Для репликации необходим ряд условий:

  наличие дезоксирибонуклеотидтрифосфатов (дАТФ, дГТФ, дЦТФ. дТТФ) в качестве структурного материала при сборке новых цепей ДНК и в качестве источников энергии   расплетение двойной спирали ДНК и формирование репликативной вилки   образование “затравки” – РНК-праймера   наличие ферментов и специфических белков, участвующих в репликации (реплисомы)

  наличие ионов магния, которые необходимы для действия всех полимераз

Все процессы биосинтеза ДНК (полимеризация) катализируются ДНК-полимеразами, в качестве матрицы (программы для чтения) они используют материнскую цепь ДНК;

в качестве субстратов (строительных блоков) они используют д-нуклеозидтрифосфаты (дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ). Синтез каждой дочерней цепи ДНК идет комплементарно и антипараллельно матричной цепи и всегда в направлении 5‘ 3'. Каждый раз фермент отщепляет от дНТФ группу Ф~Ф и соединяет

фосфатный конец дМНФ через 3’-ОН рибозы предыдущего нуклеотида. Быстрый гидролиз Ф~Ф завершает необратимость реакции.

Все ДНК-полимеразы нуждаются для своей работы в предварительно синтезированных олигонуклеотидах – РНК-затравках, 3’-ОН группа которых используется для удлинения

цепи. Затравка называется РНК-праймером (до	10 нуклеотидов), синтезируются
праймазой (ДНК-зависимой РНК-полимеразой).	124

Источник: https://studfile.net/preview/16440813/

Смотрите также:


ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
- Обратный порядок следования фаз 4
- Сопротивление изоляции 25
!_Лабораторные_работы_1_сем_ОУТС
!Контрольная работа (задание)
!Фармакология препаратов для терапии заболеваний дыхательных путей
'Electronics Workbench' – алгоритм инструмента моделирования электронных схем
'Новая экономика': российская специфика