3 лекция

ТАШКЕНТСКАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ И БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ЛЕЧЕБНОГО И МЕДИКО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТОВ
Тема лекции: «Строение и функции нуклеиновых кислот»
для студентов 2 курса лечебного, медико-профилактического факультетов
Рассмотрена и одобрена на
учебно-методическом заседании
кафедры от 28 августа 2006 г.
протокол №1
Составитель:
проф. Собирова Р.А., Иноятова Ф.Х.
Ташкент - 2006 г.
1. Тема лекции: Строение и функции нуклеиновых кислот
2. Для студентов 2 курса лечебного, медико-профилактического
факультетов.
3. Ознакомить студентов с основными нуклеиновыми кислотами
клеток, их строение, структуру, роль в передаче наследственной
информации, механизмах их денатурации. Изучение данной темы даст
возможность
студентам
понять
основные
механизмы
развития
наследственных заболеваний. Нуклеиновые кислоты совместно белками
лежат в основе жизни, являются материальными субстратами жизни.
Согласно современному определению жизни: “Жизнь представляет собой
способ существования белковых тел и нуклеиновых кислот, содержанием
которого являются непрерывный обмен веществ между организмом и
окружающей средой, процессы отражения и саморегуляции, направленные
на самосохранение и самовоспроизводство организмов”.
4. Вопросы рассматриваемые на данной лекции:
4.1. Строение нуклеиновых кислот.
4.2. Структура нуклеиновых кислот (первичная, вторичная и
третичная). Коэффициент специфичности.
4.3. Денатурация и ренативация нуклеиновых кислот. ДНКДНК и ДНК-РНК гибридизации.
4.4. Строение хроматина, нуклеосом, рибосом, их роль в
синтезе белка.
•
•
•
•
•
•
•
10мин
30мин.
30мин.
20мин.
5. Текст лекции:
5.1. Строение нуклеиновых кислот.
Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные соединения,
состоящие из мононуклеотидов, соединенные 3‘,5‘-фосфодиэфирными
связями.
ДНК, РНК (мРНК, тРНК, рРНК)
Функции:
хранение
наследственной
информации,
передача
наследственной информации и реализация наследственной информации.
Молекулярная масса ДНК – 1000-1000000кД, тРНК – 25 кД.
Общее содержание ДНК и РНК в клетках
Сперматозоиды – 60% ДНК, в соматических клетках – 1-10% (в
мышцах – 0,2%) ДНК, внеядерная ДНК – 1,3%.
Содержание РНК в 5-10 раз больше, чем ДНК, соотношение РНК/ДНК
в клетках с активным синтезом белка 4-10, умеренным синтезом – 0,3-2,5.
Содержание РНК в эукариотических клетках: 11% - ядро, 15% митохондрии, 50% - рибосомы, 24% - цитоплазма.
1. Молекула ДНК представляет собой спираль, образованную 2
полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и
вокруг общей оси (рис. 3.1).
5.2. Структура нуклеиновых кислот (первичная, вторичная и
третичная). Коэффициент специфичности.
2. Первичная структура цепей ДНК — это порядок чередования
дезоксирибонуклеозидмонофосфатов ((ЖМР) в полинуклеотидной цепи.
Мононуклео-тиды связываются между собой 3',5'-фосфодиэфир-ными
связями. Концы полинуклеотидной цепи различаются по структуре: на 5'конце находится фосфатная группа, на З'-конце цепи — свободная ОНгруппа.
3. Полинуклеотидные цепи в двухцепочечной молекуле ДНК расположены
антипараллельно. Цепи удерживаются относительно друг друга за счет водородных связей между комплементарными азотисты ми основаниями А-Т и СС. Комплементарные основания лежат в одной плоскости, которая практически перпендикулярна главной оси спирали.
Между основаниями двухцепочечной молекулы возникают
гидрофобные взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль.
•
тРНК содержит 10-12 минорных оснований. Они защищают от
действия цитоплазматических нуклеаз и стабилизируют третичную
структуру.
•
В 5-конце мРНК содержит 7метилгуанозин 5'-трифосфат, в 3-конце –
100-200 АМФ. Они защищают инициирующие кодоны (АУГ, ГУГ) и
терминирующие кодоны (УГА, УАА и УАГ), придают устойчивость к
цитоплазматическим нуклеазам и стабилизируют третичную структуру.
•
Имеют сложную вторичную структуру, некоторые участки образуют
шпильки, другие беспорядочный клубочек, соединены водородными
связями.
Цепи комплементарны, но не идентичны друг другу,
нуклеотидный состав цепей различен.
4.Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. Хромосомы
содержат разнообразные белки, связанные с определенными последовательностями ДНК. Все связывающиеся с ДНК эука-риотов белки можно
разделить на 2 группы: гистоны и негистоновые белки. Комплекс белков с
ядерной ДНК клеток называют хроматином.
5.Вгстоны — это белки небольшого размера (мол. масса около 20 000) с
очень высоким содержанием положительно заряженных аминокислот
(лизина и аргинина). Хроматин содержит 5 типов гистонов: Н2А, Н2В, НЗ,
Н4 (нуклеосомные гистоны) и Н1. Суммарный положительный заряд
позволяет им прочно связываться с ДНК (рис. 3.2). Фрагмент ДНК (146 пар
нуклеотидов) взаимодействует с комплексом гистонов (нуклеосомный кор),
образуя нуклеосомы. Гистоны Н1 связываются с ДНК в межнуклеосомных
участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от
действия нуклеаз.
•
•
•
•
•
•
•
•
6.Негистоновые белки — это разные типы регуля-торных белков,
связывающихся со специфическими последовательностями ДНК, а также
ферменты, участвующие в матричных биосинтезах.
7.Первичная
структура
РНК
—
это
порядок
чередования
рибонуклеозидмонофосфатов
(ЫМР)
в
полинуклеотидной
цепи.
Мононуклеотиды связываются между собой 3',5'-фосфодиэфирными связями.
Различают тРНК, мРНК и рРНК; все типы РНК имеют одну
полинуклеотидную цепь.
Отдельные участки цепей РНК образуют спи-рализованные петли —
«шпильки» — за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями А-У и О-С.
Правила Чаргаффа
Сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых
А + Г = Ц + Т или А +Г / Ц + Т = 1
Сумма аденина равна сумме тимина.
А = Т или А / Т = 1
Сумма гуанина равна сумме цитозина.
Г = Ц или Г / Ц = 1
Сумма содержащих 6-аминогруппу азотистых оснований равна сумме
содержащих 6-кетогрупу азотистых оснований.
Г + Т = А+ Ц или Г + Т / А +Ц =1
Сумма А + Т не равна сумме Г + Ц.
5.3. Денатурация и ренативация нуклеиновых кислот. ДНК-ДНК и
ДНК-РНК гибридизации.
•
•
•
•
•
•
•
Гибридизация. Для изучения видовой специфичности нуклеиновых кислот
применяют метод гибридизации. Он основан на способности ДНК к
денатурации при нагревании (80—90 °С) и ренативации при последующем
охлаждении. Возможно использование метода для проведения гибридизации
ДНК-ДНК и ДНК-РНК.
Методом гибридизации можно установить сходство и различия
первичной структуры разных образцов нуклеиновых кислот. Коэффициент
специфичности нуклеиновых кислот
Соотношение молярной концентрации пиримидиновых оснований (Г +
Ц) к молярной концентрации пиримидиновый оснований (А + Т) в молекуле
ДНК называется коэффициентом специфичности (Г + Ц / А + Т).
Коэффициент специфичности у животных и большинства растений
меньше 1 (0,54-0,94), у микроорганизмов больше и доходит до 2,57.
Методом молекулярной гибридизации установлены:
Различные ДНК имеют схожие и различные строения
ДНК различных организмов отливаются между собой (ДНК человека
отличается от ДНК шимпанзе на 2-3%, на 10% от других приматов, на 100% от бактерий)
ДНК различных органов и тканей одного индивидуума одинакова.
5.4. Строение хроматина, нуклеосом, рибосом, их роль в синтезе
белка.
6.Примеры из практики.
6.1. Для того, чтобы данный материал был понятен для студентов
необходимо привести несколько примеров наследственных заболеваний,
встречающихся в детском возрасте: зайчья губа, волчья пасть и другие;
6.2. На примере развития мутаций объяснить механизм развития
наследственных заболеваний.
6.5. На примере универсальности кода разъяснить студентам о
единстве происхождения всех форм жизни на Земле.
7. Демонстрационный материл:
Модель ДНК, таблицы - кода, схема строения тРНК; этапы синтеза
РНК.
8. Заключение
На основание вышеизложенного нуклеиновые кислоты можно назвать
информационными молекулами. При биосинтезе новых молекул
нуклеиновых кислот носителями такой программы являются нуклеиновые
кислоты; в этой роли их называют матрицами. Матрица в ходе матричного
синтеза не расходуется и может использоваться многкратно.
9. Вопросы к аудитории:
- Какие 3 этапа передачи генетической информации различают?
- Что такое репликация?
- Что такое транскрипция?
- Какие изменения происходят при созревании РНК?
- Какова функция мяРНК?
- Какой белок переносит иРНК через ядерную мембрану?
10. Использованная литература:
1. Николаев А.Я. Биологическая химия. Москва, 1989.
2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. Москва, 1990.
1. Николаев А.Я. Биологическая химия. Москва, 1989.
2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. Москва, 1990.
3. Ленинжер А. Биохимия,1-3т, Москва, 1990
4. Мельцер Д. Биохимия, 1-3т, Москва, 1990
5. Срайер Л, Биохимия,1985
6. Строев Биохимия, 1981
7. Уайт и др. Биохимия, 1983
8. Хорст А. Молекулярные основы патогенеза болезней, 1982