Structura și funcțiile acizilor nucleici
Acizii nucleici sunt polinucleotide naturale înalte, care asigură stocarea, transmiterea și vânzarea de informații ereditare. Acestea au fost descrise pentru prima dată în 1869 de biochimistul elvețian Friedrich Mischer (1844-1895). Din nucleile leucocitelor conținute în puroi, el a izolat o substanță organică, care include azot și fosfor. Omul de știință a numit această substanță un nuclein (din nucleul latin - nucleul), crezând că este conținut doar în nucleele celulelor. Ulterior, partea non-proteică a acestei substanțe a fost numită acid nucleic; proprietățile sale acide se datorează prezenței reziduurilor de acid fosforic în moleculă.
Monomerii acizilor nucleici sunt nucleotide. Acestea constau în reziduuri de acid fosforic, bază azotată și zahar - pentoză (riboză sau deoxiriboză). Deoxiriboză diferă de riboză prin faptul că are un atom de hidrogen atașat la atomul de carbon 2 n, și nu o grupare hidroxil, ca în riboză.
Restul bazei azotate din molecula nucleotidică este legat de primul atom de carbon al pentozelor, iar restul de acid fosforic este legat la cel de-al cincilea atom de carbon. La hidroliza parțială din nucleotide, reziduul de acid fosforic este scindat și se formează nucleozide. constând dintr-o bază azotată și un rest de monozaharid-riboză sau deoxiriboză.
Nucleotidice baze azotate ale derivaților de acid nucleic reprezentat purina - adenina (A) și guanină (G), o pirimidină - timină (T), citozină (C) și uracil (U).
În funcție de tipul de bază azotată, se disting nucleotidele purinice și piramidale. Numele nucleotidului este determinat de tipul de bază azotată și de pentoză inclusă în compoziția sa. De exemplu, o ribonucleotidă adenil, o deoxiribonucleotidă timidil și altele asemenea.
Există două tipuri de acizi nucleici, care diferă în ceea ce privește compoziția, structura și funcțiile. Una dintre ele conține o componentă carbohidrat - deoxiriboză și se numește acid deoxiribonucleic (ADN).
Celălalt conține riboză și se numește acid ribonucleic (ARN). Ambele tipuri de acizi nucleici sunt molecule polimerice, ale căror monomeri sunt nucleotide. Monomerii sunt legate prin legături fosfodiesterice covalente care unește atomul de carbon 5 al pentozei de o nucleotidă cu 3 atomi de carbon pentozei nucleotidă adiacent. În acest caz, la un capăt al lanțului de polinucleotide este un monomer care conține un rest de acid fosforic (denumit capătul 5 „), iar la celălalt capăt - monomer conținând neesterifîcată grupare 3'-hidroxil (3“ - final).
Astfel, acizii nucleici sunt cei mai importanți biopolimeri care determină proprietățile de bază ale organismelor vii.
1.Construcția și funcția ADN-ului
ADN-ul este transportatorul principal al informațiilor ereditare.
ADN-ul face parte din:
1. Cromozomul de viruși și bacterii
2. Structurile genetice extrachromozomale (citoplasmatice) ale procariotilor (plasmide bacteriene)
3. Cromozomul eucariot
4. Elemente genetice transportabile (migratoare) (secvențe de intercalare și transpozoni ai bacteriilor, elemente dispersate mobile și ADN satelit de eucariote).
Localizarea ADN-ului în celulă:
1) în citoplasma procariotică;
2) în eucariote - nucleul, organelele (mitocondriile, plastidele, centrul celulelor).
Structura primară a ADN-ului este o secvență liniară a nucleotidelor în lanțul de polinucleotide. Nucleotidele sunt legate între ele prin legături de fosfodiester. Structura primară este caracterizată prin numărul de nucleotide, ordinea localizării lor și tipurile de baze azotate care alcătuiesc nucleotidele.
Structura secundară a ADN-ului este o dublă helix formată din două lanțuri polinucleotidice, antiparalerale, legate prin legături de hidrogen între bazele azotate complementare. Complementaritatea (corespondența reciprocă) este determinată de capacitatea bazelor azotate de a forma același număr de legături de hidrogen. A - T; Ts T
Compoziția nucleotidelor ADN respectă regulile lui E. Chargaff:
1) suma nucleotidelor care conțin baze de azot purinic este egală cu suma bazelor de azot ale pirimidinei, adică
3) pentru fiecare moleculă și un set de molecule într-o celulă a unui organism de un anumit tip,
coeficientul de specificitate a speciilor.
Cea mai obișnuită formă a spiralei este forma B. In sensul biologic al B-forma cea mai adecvată pentru procesul de replicare și mucegai - pentru procesul de transcriere, C-forma - pentru ambalarea ADN în cromatină constând din structuri supramoleculare și unele virusuri. Formularul Z participă la traversare.
Astfel, structura secundară a moleculelor de ADN, aparent, legate de punerea în aplicare a proceselor de informare în natură, și anume ADN-ul A-formă - transferul de informații de la ADN la ARN, B-formă - prin înmulțirea valorii informațiilor C-forma - cu stocare informații.
Structura terțiară a ADN-ului este configurația spațială a moleculei; ADN-ul poate fi într-o formă liniară sau circulară. Fiecare dintre aceste forme se caracterizează prin spiralizare și super- (super) spiralizare.
A patra structură a ADN-ului este ADN în complex cu proteine.
Denaturarea și renaturarea ADN-ului
Legăturile hidrogen dintre bazele complementare pot fi rupte (cu temperatură în creștere, adăugând alcool etc.); ca urmare a acestei rupturi, se formează ADN monovalent. Acest proces se numește denaturare (topire). Procesul invers al recuperării elicopterului dublu este renaturarea. Punctul de topire crește cu o creștere a fracțiunii de perechi Г-Ц; pentru ADN-ul de mamifere având o medie de aproximativ 40% perechi FH, punctul de topire este 85-90 ° C.
Semnificația biologică a ADN constă în faptul că ea servește ca un purtător de informații ereditare care asigură continuitatea vieții într-o serie de generații. Bazat pe programul, încorporat în moleculele de ADN, sinteza proteinelor care asigură toate procesele de viață ale celulei.
1.2. Structura și funcțiile ARN
Rolul principal al ARN-ului este traducerea informațiilor genetice cu formarea proteinelor. Acest proces constă din mai multe etape, fiecare realizându-se de diferite ARN-uri. În celulă, există mai multe tipuri de ARN: ARN ribozomal (r-ARN) informaționale sau ARN mesager (m-ARN sau m-ARN), ARN de transfer (ARNt), ARN nuclear mic (ER-ARN), ARN primeri (amorse), ARN nuclear eterogen sau ARN - precursori (rg-ARN, sau pro-ARN), virusuri ARN, etc.
ARN-ul ribozomal este una dintre cele mai mari molecule de ARN, conținând între 3000 și 5000 nucleotide. Este sintetizat în nucleol. Apoi, integrarea cu proteine, formează o subunitate mare și mică a ribozomilor. Ca parte a ribozomului, ARN-ul are o funcție structurală și, de asemenea, participă la sinteza polipeptidelor. R-RNA reprezintă 85% din ARN-ul total al celulei.
Matricea sau ARN-ul informațional servește ca șablon pentru sinteza polipeptidei în timpul traducerii. Conținut în nucleu, citoplasmă, precum și în mitocondrii și plastide. M-ARN moleculele conțin de la 100 la 100 nucleotide și au o structură liniară. Acesta reprezintă 5% din ARN-ul total în celulă.
Transport ARN - are cel mai scurt lanț, format din 70-100 nucleotide. Conținut în citoplasma celulelor, în mitocondrii și plastide. Toate ARN-t, datorită formării legăturilor de hidrogen între bazele azotate complementare ale diferitelor părți ale lanțului, dobândesc o structură secundară, asemănătoare cu o frunză de trifoi într-o imagine bidimensională. În tARN, două situsuri active: aminoacil la capătul 3 'și anticodon pe buclele anticodonale. Numărul maxim de ARNt in celula - 61, dar cantitatea obișnuită variază de la 20 la 40. Funcția principală a tARN este de a transfera aminoacidul la locul sintezei proteinelor în ribozom. ARN reprezintă aproximativ 15% din totalul ARN conținut în celulă.
ARN-urile nucleare mici sunt molecule ARN scurte scurte, majoritatea care sunt prezente în nucleul compoziției particulelor de nucleoproteină. Acestea se găsesc în compoziția splicozomilor de mamifere. Aceste ARN-uri se numesc U-ARN din cauza conținutului neobișnuit de ridicat de uracil și a formelor sale modificate. Astfel, funcția principală a ARN-ului mya este de a participa la îmbinare.
ARN nucleu heterogen este un precursor al ARN matur, localizat în nucleu. Aceste ARN-uri sunt transcripte originale și au aceeași lungime ca și genele de la care sunt copiate.
ARN-uri viral - îndeplinesc funcția de material genetic al virușilor. Spre deosebire de celulă, ele pot fi dublu-catenare.
1.3. Replicare ADN
Programul genetic al organismelor celulare este înregistrat în secvența de nucleotide a ADN-ului. Pentru a păstra proprietățile unice ale corpului, este necesar să reproducem cu exactitate această secvență în fiecare generație ulterioară. Procesul de dublare a moleculelor ADN se numește replicare.
Acest proces se bazează pe următoarele principii:
7) Genele care controlează procesul de replicare.
Replicarea începe în anumite zone - punctele de la începutul replicării (ori - de la originea engleză). În acest moment, lanțurile se diferențiază, formând furculițe replicative. Replicarea merge în două direcții din fiecare punct ori până când fuzionările replicative ale replicilor vecine se îmbină.
Rata de replicare a genomului este reglementată în principal de frecvența inițierii evenimentelor. De exemplu, în E.coli, viteza de copiere în fiecare fișier de replicare este de 1500 bp. pe secundă. Rata de mișcare a furcii replicative în celulele eucariote este mult mai mică (10-100 bp pe secundă).
1) inițierea (pregătirea matricei, descifrarea unei dublu helix).
2) alungirea (sinteza lanțurilor ADN fiice).
3) terminarea (finalizarea sintezei lanțurilor ADN fiice).
Principala enzimă a sintezei ADN-ului este ADN polimeraza. Particularitatea acestei enzime este aceea că efectuează sinteza numai în direcția capătului 5 '- 3', adică el are nevoie de o sămânță, care este capătul 3 'al polinucleotidei deja existente.
PROCESUL DE REPLICARE ÎN PROSECARIOS
Proteinele și enzimele implicate în replicare:
1) Proteine care recunosc originea replicării;
2) Enzima Helicase asigură dezintegrarea unei helixuri duble prin ruperea legăturilor de hidrogen.
3) Enzime ale topoizomerazei - îndepărtați supergilarea înainte de furculița replicativă.
4) Proteinele SSB stabilizează ADN-ul într-o stare cu un singur fir.
5) Enzima Primament (ARN polimeraza) - sintetizeaza primerul ARN.
6) Enzime ale ADN polimerazei.
a) ADN polimeraza III - principala enzimă de replicare; se extinde în direcția 5 '- 3' de la sămânța 3'-OH.
B) ADN polimeraza II - are o activitate polimerazică foarte scăzută; funcția principală este finalizarea zonelor afectate în molecula ADN, adică Repararea ADN-ului. Poate combina slab cu ADN-ul monocatenar, dar ocupa perfect punctele de ruptura dintr-una din componentele ADN.
B) ADN polimerazaI - enzimă auxiliare efectuează o alungire în direcția 5 '- 3' de primer 3'-OH la zastraivanii găuri, are 3 '- 5' și 5 - 3 „exonucleazică.
7) enzima ADN-ligază - efectuează "cusătura" fragmentelor de Okaucasia.
8) ADN-giraza - implicată în răsucirea spiralei
Inițiere. Cromozomul de procariote conține o singură regiune de origine a replicării (ori C). Ori C are cinci site-uri de legare devyatinukleotidnyh consens pentru inițierea proteinei Adn B. Această proteină recunoaște originea replicării și atrage C restul ori a componentelor proteice implicate în inițierea replicării.
Aceste proteine helper ajută la dezumflarea și îndoirea ADN-ului.
1) Protein Adn B (helicază) reacționează cu un parțial mono-catenare regiuni ale ADN-ului derulată. În acest complex, activitatea elicoidală a Dna B este blocată. Translocarea Adn de la locul intrării sale inițiale în complex la începutul furcii de replicare, care este o eliberare dependentă de ATP al proteinei complexe Adn C, determină activarea helicaza. proteică helicazei interactioneaza cu Adn G (primaza) și acest complex joacă un rol esențial în inițierea procesului de replicare Adn S. Ambele enzime asigura funcționarea duală a două furci de replicare care se deplasează în direcții opuse: helicaza începe să untwist primase ADN sintetizata prima sămânță. Un complex complex de proteine, care inițiază replicarea, a fost numit primimozomul. Primosome la rândul său, este o componentă a unui set chiar mai complex - replisome realizarea procesului de replicare completă.
În formarea replicomului, apare o formare dependentă de ATP a complexului dimer al holoenzimei ADN polimerazei III. legat la capătul 3 'al primerilor.
2) Terminarea. Se întâmplă atunci când două furculițe replicative se întâlnesc atunci când dublarea moleculelor de inel ADN.
PROCESUL DE PROCESARE ÎN EUCARIOT.
Mecanismele de replicare în eucariote sunt mai puțin studiate din cauza complexității lor mai mari.
Caracteristici ale replicării în eucariote.
1) ADN polimeraza de eucariote:
A) Pol pol pol α este principala enzimă alungită în direcția 5 '# 8213; 3 'din primerul 3'-OH. Combină activitatea polimerazei și primazei.
B) Enzima de reparare a pol pol pol-ului (construiește goluri).
B) ADN pol-γ - asigură o sinteză a ADN-ului mitocondrial.
D) DNA-pol δ - lucrează împreună cu pol pol pol α. efectuează corecții 5 '# 8213; Activitatea 3 'exonucleazei.
2) Enzima telomerază - este implicată în replicarea situsurilor telomerice.
În regiunea telomerilor se găsesc secvențe speciale cu un număr mare de repetări. Înainte de replicare, telomeraza prelungește capătul 3 'al ADN-ului. Cu toate acestea, o parte din nucleotide este încă pierdută.
Telomerii în majoritatea celulelor sunt scurtați odată cu vârsta și acest lucru poate fi un factor important care determină durata de viață a unui individ. În consecință, studierea activității telomerazei și reglarea expresiei sale într-o celulă va ajuta la înțelegerea bazei moleculare a proceselor de transformare îmbătrânită și malignă a unei celule vii.
3) Multe replicoane. Rata de replicare este mai mică decât cea a procariotelor.
4) Lungimea fragmentelor Okaaks este de 100-200 bp.
5) Replicarea apare în perioada S a ciclului mitotic al celulei.
Acuratețea replicării ADN-ului este foarte ridicată - o eroare la reacțiile de 10'º nucleotid-transferază. Dar chiar dacă eroarea este admisă, poate fi corectată în timpul proceselor de reparare.
1.4. Reacția în lanț a polimerazei
reacție în lanț a polimerazei (PCR) - un set de metode genetice moleculare, care permite obținerea in vitro număr mare de copii ale unui anumit fragment de ADN cu ajutorul unei enzime specifice - o ADN polimerază termostabilă (Taq - pol). Această metodă a fost dezvoltată în 1983 de către omul de știință american Müllis.
Compoziția amestecului de reacție:
1. Două primeri oligonucleotidici sintetici (aproximativ 20 nucleotide în lungime), complementari regiunilor ADN
Trimiteți-le prietenilor: