трусики женские украина

На головну

 Біологічна функція нуклеїнових кислот - Біологія

Курсова робота з біохімії рослин

Тема: Біологічна функція нуклеїнових кислот

Воронеж 2011р.

Введення

Термін нуклеїнові кислоти був запропонований німецьким хіміком Р. Альтманом в 1889р після того, як ці сполуки були відкриті в 1868р. швейцарським лікарем Ф. Мішером. Він екстрактіровал клітини гнійного пневмокока розведеною соляною кислотою протягом декількох тижнів і отримав в залишку майже чистий ядерний матеріал, назвавши його нуклеін (від лат. Nucleus - ядро). За своїми властивостями нуклеін різко відрізнявся від білків: він був кислим, не містив сірки, було багато фосфору. Нуклеін добре розчинявся в лугах, але не розчинявся в розбавлених кислотах.

Згодом з тварин, рослинних об'єктів і мікроорганізмів були виділені різні нуклеїнові кислоти. Їх найкращим джерелом виявилися клітини, що мають великі ядра.

Хімічно нуклеїнові кислоти являють собою біополімери, що складаються з мономерних ланок - нуклеотидів. Кожен нуклеотид містить три різних компонента: азотисте (пуриновое або пиримидиновое) підстава, моносахарид пентозу (рибозу або дезоксирибози) (Rb), залишок фосфорної кислоти (P). Як показав специфічний гідроліз (кислотний, лужний), а також гідроліз ферментами-нуклеазами, ці компоненти з'єднані один з одним в такій послідовності: азотна основа - пентоза - фосфат. Сусідні нуклеотиди пов'язані один з одним за допомогою ефірного зв'язку між моносахаридом і фосфатом іншого нуклеотиду.

Оскільки залишок пентози і фосфат з'єднані ефірним зв'язком, то при утворенні полінуклеотидних ланцюга зв'язок Rb-P-Rb називається фосфодіефірних.

Азотисті основи не беруть участь в утворенні ніяких інших ковалентних зв'язків, крім зв'язує їх із залишками пентози сахарофосфатний ланцюга. Саме послідовність азотистих основ у полінуклеотидних ланцюга визначає унікальну структуру і специфічну функцію молекул нуклеїнових кислот.

Гідроліз нуклеїнових кислот, виділених з ядер клітин, показав, що вони складаються з пуринових (аденіну, гуаніну) і піримідинових (цитозину, тиміну) підстав, 2-дезоксирибози і фосфорної кислоти. Ця нуклеїнова кислота була названа дезоксирибонуклеїнової кислотою (ДНК). З дріжджів була отримана інша за хімічним складом нуклеїнова кислота, яка містить замість тиміну урацил і замість дезоксирибози рибозу. Її назвали рибонуклеїнової кислоти (РНК).

Біологічна функція нуклеїнових кислот залишалася невідомою протягом майже століття. Тільки в 40-х рр. ХХ ст. О.Т. Евері, К. Мак-Леод і М. Мак-Карті встановили, що ці біополімери відповідальні за зберігання, реплікацію (відтворення), транскрипцію (передачу) і трансляцію (відтворення на білок) генетичної (спадкової) інформації. У 1953р., Коли Дж. Уотсон і Ф. Крик повідомили про розшифрування молекулярної структури ДНК, біохімія і взагалі біологія почала відлік нової ери пізнання живої матерії.

1. Огляд літератури 1.1. Структура нуклеотидів

Пуринові основи мають наступну будову

Сам пурин не входить до складу нуклеотидів, а входять його похідні - аденін (А), або 6-амінопурин, і гуанін (G), або 2-аміно-6-оксипуринов.

Піримідинові азотисті основи мають наступну будову

Піримідин також не входить до складу нуклеотидів, а входять його похідні - урацил (U), або 2,4-діоксіпірімідін, тимін (Т), або 5-метилурацил, цитозин (С), або 2-окси-4-амінопіримідин.

У складі ДНК і РНК зустрічаються більш рідкісні азотисті основи, наприклад, 5-метілцітозін, 4-тиоурацил і дігідроураціл; вони отримали назву мінорних підстав.

До складу ДНК входять-D-2-дезоксирибоза, до складу РНК --D-рибоза. І в тому, і в іншому випадку ці монози є пентози (п'ять вуглецевих атомів), відмінності стосуються лише другого вуглецевого атома. У рибозе вуглець-2 пов'язаний з ОН-групою, тоді як в дезоксирибози на місці ОН-групи перебуває Н, звідси префікс "дезокси". Буквиі D відображають специфічну конфігурацію при атомах С-1 'і С-4' фуранозной циклу:

Нуклеозиди - сполуки, в яких пуринові або піримідинові підстави пов'язані з рибозой (рибонуклеозид) або дезоксирибозою (дезоксирибонуклеозид). Нуклеозиди відносяться до N-глікозидів: атом С-1 'рибози або дезоксирибози пов'язаний з N-9 пуринового або N-1 пиримидинового заснування:

Аденозин 2'-дезоксиаденозин

До складу ДНК і РНК входять наступні нуклеозиди.

ДНК

Аденін + дезоксирибоза = дезоксиаденозин.

Гуанін + дезоксирибоза = дезоксигуанозину.

Цитозин + дезоксирибоза = дезоксіцітідін.

Тимін + дезоксирибоза = дезокситимидина.

РНК

Аденін + рибоза = аденозин.

Гуанін + рибоза = гуанозин.

Цитозин + рибоза = цітідін.

Урацил + рибоза = уридин.

Крім вище перерахованих головних нуклеозидов зустрічаються і мінорні нуклеозиди, з яких найбільш поширені дігідроурідін, псевдоуридин; в останньому відсутня звичайна N-гликозидная зв'язок: у ньому атом С-1 'рибози з'єднаний з атомом С-5 урацила.

Нуклеозиди краще розчиняються у воді, ніж вихідні азотисті основи. Їх легко можна розділити і ідентифікувати методом тонкошарової хроматографії. Вони стійкі до лугів, але легко гідролізуються кислотами, а також ферментом нуклеозідазой.

Нуклеотиди являють собою нуклеозиди з приєднаною ефірним зв'язком до залишку рибози або дезоксирибози фосфатной групою. В освіті зв'язку бере участь 5'-вуглецевий атом пентози. Залежно від будови пентози все нуклеотиди можна розділити на рибонуклеотиди і дезоксірібонуклеотіди:

Аденозин-5'-монофосфат 2'-дезоксіаденозіна-5'-монофосфат

Залежно від числа залишків фосфорної кислоти нуклеотиди поділяються на нуклеозид-5'-монофосфат, нуклеозид-5'-дифосфати і нуклеозид-5'-трифосфати. В принципі нуклеозид може бути фосфорильованій до тетрафосфат.

Нижче наводяться назви та скорочені позначення нуклеотидів:

Назви Скорочені позначення

Рибонуклеотиди

Аденозінмоно, ди-, трифосфат АМР, АDР, АТР

Гуанозінмоно-, ди-, трифосфат GМР, GDР, Gтр

Цітідінмоно-, ди-, трифосфат СМР, СDР, СТР

Урідінмоно-, ди-, трифосфат UМР, UDР, UТР

Дезоксірібонуклеотіди

Дезоксоаденозінмоно-, ди-, трифосфат dАМР, dАDР, dАТР

Дезоксігуанозінмоно-, ди-, трифосфат dGМР, dGDР, dGТР

Дезоксіцітідінмоно-, ди-, трифосфат dсмр, dCDР, dCТР

Дезоксітімідінмоно-, ди-, трифосфат dТМР, dTDР, dTTP

Дана номенклатура нуклеотидів розглядає їх як фосфорні ефіри. У той же час завдяки наявності кислотної фосфатної групи зручно розглядати нуклеозідмонофосфати як кислотні похідні вихідних нуклеозидов, наприклад, аденіловая, уріділовая, гуаніділовая, цітіділовая кислоти.

Нуклеотиди - сильні кислоти, так як залишок фосфорної кислоти, що входить до їх складу, сильно диссоциирован. При рН 7,0 вільні нуклеотиди в клітинах знаходяться головним чином у формі

R -рібоза-

де R-азотна основа.

Унікальні біохімічні функції нуклеотидів. В якості основних можна відзначити наступні:

1) є будівельними блоками нуклеїнових кислот (ДНК і РНК); беруть участь у молекулярних механізмах, за допомогою

яких генетична інформація зберігається, реплицируется і транскрибується;

2) виконують важливу роль в енергетичному (фосфорном) обміні, в акумулюванні і перенесення енергії;

3) служать агонії (коферментами і активними простетичної групами) в окисно-відновних ферментах;

4) відіграють важливу роль у синтезі олиго- і полісахаридів, жирів.

Таким чином, нуклеотиди - універсальні біомолекули, що грають фундаментальну роль в обміні речовин і енергії живої клеткі.1.2. Первинна структура полинуклеотидов

ДНК і РНК являють собою полінуклеотіди, що мають три рівні структури: первинну, вторинну, третинну.

Специфічність нуклеїнових кислот визначається не тільки їх нуклеотидним складом, але і послідовністю окремих нуклеотидів у ланцюзі нуклеїнових кислот. До складу ДНК входить всього 4 нуклеотиду, але, враховуючи дуже високу молекулярну масу ДНК, неважко уявити, що різноманітність її типів виражається воістину астрономічними цифрами. Наприклад, якщо ми візьмемо ланцюжок, що складається тільки з 100 нуклеотидів, то очевидно, що вона може бути побудована 4способамі.

Встановлено, що ДНК кожного певного виду характеризується тільки їй притаманною специфічною послідовністю нуклеотидів.

Рис.1 Схематичне зображення фрагмента полинуклеотида

Полінуклеотіди складаються з нуклеотидів, з'єднаних фосфорноефірнимі зв'язками з участю 3'- і 5'вуглецевих атомів пентодних залишків двох сусідніх нуклеотидів. Довгі полінуклеотидні ланцюги містять тисячі, мільйони нуклеотидних залишків. Фосфатні групи в ланцюгах володіють сільнокіслой властивостями і при рН 7,0 повністю іонізовані. Тому в живих клітинах нуклеїнові кислоти існують у вигляді полианионов. Нуклеїнові кислоти погано розчиняються в розчинах кислот. Вони екстрагуються із зруйнованих тканин і клітин розчинами нейтральних солей або фенолом.1.3. Вторинна і третинна структури ДНК

Розчини ДНК характеризуються аномальною (структурної) в'язкістю. У потоці мають подвійне променезаломлення, що пояснюється подовженою формою молекул ДНК.

В розшифровку структури ДНК великий внесок внесли дослідження Е. Чаргаффа і його співробітників (1945-1951 рр.). Для поділу підстав, отриманих при кислотному гідролізі ДНК, Е. Чаргафф використовував метод хроматографії. Кожне з цих підстав було визначено спектрофотометрически. Він вперше виразно заявив, що ДНК володіють вираженою видовою специфічністю. ДНК, виділені з різних джерел, відрізняються один від одного за співвідношенням входять до їх складу азотистих основ. Е. Чаргафф сформулював закономірності складу ДНК, відомі під назвою правил Чаргаффа. Незалежно від походження ДНК ці закономірності представляються наступним чином:

1) кількість молекул аденіну дорівнює кількості молекул тиміну (А = Т);

2) кількість молекул гуаніну дорівнює кількості молекул цитозину (G = С);

3) кількість молекул пуринових підстав дорівнює кількості молекул піримідинових основ (А + G = Т + С);

4) кількість підстав з 6-аминогруппами в ланцюгах ДНК дорівнює кількості підстав з 6-гідроксигрупу (А + С = G + Т);

5) ставлення (G + С) / (А + Т) різко відрізняється для різних видів ДНК, але постійно для клітини одного виду; це відношення називається фактором специфічності.

Фактор специфічності однаковий для ДНК різних органів і тканин одного організму і практично не відрізняється у різних видів тварин і рослин в межах одного класу. У вищих рослин і тварин його величина знаходиться в межах 0,55-0,93; у бактерій - 0,35-2,73.

Правила Чаргаффа зіграли вирішальну роль у розробці проблем молекулярної біології. Саме вони лягли в основу відкриття будови ДНК, її вторинної структури.

Перш ніж приступити до розгляду цієї структури, необхідно зазначити наступне. Інтерес до проблеми вивчення структури ДНК зріс у зв'язку з повною неясністю механізму відтворення (реплікації) ДНК, який відрізняється дуже високим ступенем точності. На підставі вже отриманих експериментальних даних передбачалося, що генетична інформація в живій клітині зашифрована (тобто записана за допомогою певного коду) у специфічній послідовності основ ДНК. Однак було неясно, як відтворюється така послідовність.

У 1953 р Дж. Уотсон і Ф. Крик запропонували модель структури ДНК (рис.2). Вона враховувала рентгеноструктурні дані Р. Франклін і М. Уїлкинса і "еквімолярної" підстав, відкриту Е. Чаргаффа. Модель Уотсона - Кріка не тільки пояснила фізико-хімічні властивості ДНК, але і дала підставу висловити припущення про можливий механізм реплікації ДНК. Згідно з їх висновку, молекула ДНК повинна бути двухцепочечной. Кожна основа одного ланцюга "СПАР" з лежачим в тій же площині підставою другий полінуклеотидних ланцюга. Це спарювання специфічно; оскільки кількість підстав з гідроксигрупу дорівнює кількості підстав з аміногрупами, то, за Вотсону і Крику, тільки певні пари основ входять в структуру так, що можуть утворювати один з одним водневі зв'язки. Так як аденін містить аміногрупу, а тимін - гідроксигрупу, цитозин і гуанін - відповідно ці ж групи і оскільки вони знаходяться в ДНК в еквімолекулярних кількостях, то дозволеними є тільки пари А-Т і G-С

Рис.2. З'єднання пар аденіну та тиміну, цитозину і гуаніну в молекулі ДНК за допомогою водневих зв'язків

Між А і Т утворюються дві водневі зв'язки, між G і С - три водневі зв'язки.

Дві полінуклеотидні ланцюга ДНК відрізняються одна від одної як послідовністю підстав, так і нуклеотидним складом. Однак підстави, які стоять в даному положенні в одного ланцюга, визначають природу заснування в інший ланцюга. Наприклад, якщо в одного ланцюга варто аденін, то навпроти нього в інший ланцюга буде розташовуватися тимін, і навпаки. Якщо в одного ланцюга варто гуанін, то в інший обов'язково буде цитозин, і навпаки. Дійсно, рентгеноструктурний аналіз ДНК показав, що пуринові і піримідинові підстави нуклеотидних залишків ДНК лежать в одній площині, перпендикулярній поздовжній осі молекули, тоді як цикли дезоксирибози знаходяться в площині, майже перпендикулярній тієї, в якій лежать цикли підстав.

Явище, при якому послідовність підстав одного ланцюга однозначно визначає послідовність підстав іншого ланцюга, отримало назву комплементарності. Таким чином, ланцюги молекул ДНК комплементарні по відношенню один до одного.

Сформульований Уотсоном і Криком принцип комплементарності з'явився універсальним принципом в біології. Він дав початок розвитку нових наукових напрямів - молекулярної біології, молекулярної генетики, генної інженерії. Водневі зв'язки забезпечують спосіб спарювання підстав, стабільність двухцепочечной системи. Підстави щільно упаковані, причому відстань між центрами підстав, що лежать один над одним, так само 0,34 нм. На кожний повний виток подвійної спіралі припадає 10 нуклеотидних пар. Упаковані всередині подвійної спіралі підстави гідрофобні і недоступні молекулам води. Іонізовані фосфатні групи і гідрофільні залишки дезоксирибози знаходяться на поверхні молекули і контактують з молекулами води. Таким чином, подвійна спіраль стабілізована не тільки водневими зв'язками між комплементарними підставами, а й гідрофобними взаємодіями між основами, розташованими вздовж довгої осі молекули ДНК. Через високу ступеня впорядкованості макромолекул ДНК її іноді називають апериодическим одновимірним кристалом.

Рис.3 Макромолекулярная структура ДНК

При рентгенографічних досліджень головок сперматозоїдів виходить така ж дифракційна картина, що і для зразків ДНК, тобто спіраль Уотсона-Кріка спостерігається безпосередньо в живих клітинах.

Модель будови ДНК в даний час є загальновизнаною. За розшифровку структури ДНК Дж. Уотсоном, Ф. Крику і М. Вілкінсу в 1962 р була присуджена Нобелівська премія.

Третинна структура ДНК утворюється в результаті додаткового скручування в просторі двухцепочечной молекули. Вона має вигляд суперспирали або зігнутою (зламаною) подвійної спіралі.

В даний час описані три форми структури ДНК: А-, В- і Z-форми (рис.4). Параметри моделі Уотсона-Кріка відповідають конформації ДНК у фізіологічних умовах (В-формі ДНК). Однак при зміні умов середовища подвійна спіраль може приймати інші форми. Так при зменшенні вологості (в препараті зразка для рентгеноструктурного аналізу) ДНК переходить в А-форму. Цей перехід пов'язаний зі зміною конформації в залишках дезоксирибози, зменшенням відстані між фосфатними групами сахарофосфатний остова. Відстань між парами нуклеотидів уздовж осі спіралі, рівне 0,34 нм в уотсон-кріковських моделі, зменшується (приблизно до 0,25 нм при 11 нуклеотидних залишках на один виток спіралі). Діаметр спіралі збільшується; змінюються ширина і глибина борозенок; комплементарні пари азотистих основ утворюють з віссю спіралі кут 20 ° і, головне, вони зміщуються до периферії спіралі. Тому подвійна спіраль схожа на пологу кручені сходи і всередині неї виникає порожнину діаметром 0,40 нм.

Перехід молекули ДНК з В- в А-форму можна здійснити при зниженні активності води в розчині (при внесенні до нього органічного розчинника, наприклад, етанолу). Існує думка, що В-форма являє собою якусь проміжну форму двох або більшої кількості конформацій. Однією з особливостей В-форми, званої В'-формою, є здатність змінювати в молекулі ДНК положення двох ланцюгів на зворотне. Більше того, В-форма може існувати у вигляді як правою, так і лівою спіралі.

Хоча більш стабільними в А- і В-формах є правозакрученной спіралі, існують досить стійкі і левозакрученной спіралі ДНК. Одна з таких спіралей була отримана в 1979 р А. Річем. Через нерегулярного зигзагоподібного вигину cахарофосфатного остова вона була названа Z-формою (рис.4). Повторювана одиниця в Z-формі ДНК включає дві пари нуклеотидів, а не одну, як у В- і А-формах. Внаслідок цього лінія, що з'єднує фосфатні групи, через кожні дві пари нуклеотидів має злам і приймає зигзагоподібний вигляд. У порівнянні з В-формою в лівій Z-формі різко змінений характер стекінг підстав: сильні та слабкі міжплощинні взаємодії також чергуються. Z-форма може переходити у В-форму при зниженні іонної сили розчину, додаванні етанолу. Однак питання про існування Z-форми ДНК in vivo та її біологічної ролі до кінця не з'ясований. Висловлюється думка, що перехід правозакрученной форми в левозакрученной може служити регуляторним сигналом, контролюючим експресію генів.

Рис.4. B- і Z-форми структури ДНК1.4. Фізико-хімічні властивості ДНК

ДНК - досить сильна багатоосновними кислота, повністю іонізована при рН 4,0. Фосфатні групи розташовані по периферії. Вони міцно пов'язують іони Саї Мg, аміни, гістони - позитивно заряджені білки. Стійкість комплементарних пар основ залежить від величини рН. Пари основ найбільш стійкі в інтервалі рН 4,0-11,0. За його межами дволанцюжкова спіраль ДНК втрачає стійкість і розкручується.

Молекулярна маса ДНК неоднакова і залежить від джерела її отримання. До того ж навіть при самих ретельних і щадних процедурах виділення ДНК піддається деякої деградації. Препарати, отримані сучасними методами з тканин тварин і рослин, мають молекулярну масу 6 10-10 10. Однак справжня молекулярна маса ДНК тварин і рослин, певна по в'язкості і по довжині молекул, значно вище і досягає десятків мільярдів.

У більшості вірусів ДНК являє собою подвійну спіраль, лінійну або замкнуту в кільце. У деяких вірусів вона являє собою одну полінуклеотидних ланцюг, замкнуту в кільце і має порівняно невелику молекулярну масу - 2 10. ДНК порівняно легко деполімеризується під дією деяких хімічних сполук, ультразвуку, іонізуючої та ультрафіолетової радіації. Нагрівання розчинів ДНК до температур 70-80 ° С, а також їх подщелачивание викликають денатурацію ДНК, яка полягає в плавленні подвійної спіралі (руйнування водневих зв'язків і гідрофобних взаємодій), і розбіжність полінуклеотидних ланцюгів. Денатурація супроводжується зниженням в'язкості розчину, підвищенням поглинання в ультрафіолетовій області, збільшенням негативного питомого обертання площини поляризації світла, збільшенням плавучої щільності зразків ДНК. Зростання светопоглощения світла при 260 нм називається Гіпохромна ефектом; це найважливіший критерій денатурації ДНК, за яким можна контролювати цей процес.

На відміну від багатьох глобулярних білків, денатурація яких відбувається поступово в широкому температурному інтервалі, нативні ДНК денатурують у вузькому інтервалі температур (~ 10 ° С), тому теплову денатурацію часто називають плавленням. Температура плавлення тим вище, чим більше в молекулі ДНК GС-пар; цей показник може використовуватися для визначення нуклеотидного складу ДНК. Встановлено, що температура плавлення лінійно пов'язана зі складом ДНК: її підвищення на 1 ° відповідає 2,5 молярних% GС-пар. Гомогенні препарати ДНК характеризуються плавленням з різким переходом спіраль-клубок, тоді як гетерогенні препарати дають порівняно широку зону плавлення, що може служити мірою гетерогенності ДНК. При швидкому охолодженні після теплової денатурації ДНК не відновлює своїх нативних властивостей; однак, при повільному охолодженні полінуклеотидні ланцюга реассіцііруются за принципом комплементарності, тобто відбувається ренатурація молекул ДНК. Це продемонстровано, зокрема, на препаратах ДНК пневмокока за допомогою методів електронної мікроскопії та градиентного ультрацентрифугирования в СsСl.1.5. Біологічні функції ДНК

Найважливіша біологічна функція ДНК - генетична, тобто зберігання і передача успадкованих ознак. У 1943 р О. Т. Евері,

К. Мак-Леод і М. Мак-Карті з Рокфеллерівського інституту виявили це вперше. Вони експериментально встановили, що невірулентние штам бактерії Pneumococcus може перетворитися на вірулентний простим додаванням ДНК, виділеної з вірулентних пневмококів. Дослідники зробили висновок, що ДНК може містити генетичну інформацію. Робота О. Т. Евері і його співробітників визнана видатною, що представляє собою важливу історичну віху в дослідженні генетичної функції ДНК. Зараз численними експериментами встановлено, що ДНК - основний компонент клітинних органел-хромосом. Трансформуються ДНК включається ковалентно в ДНК невірулентние клітини (клітини-реципієнта) і, таким чином, реплицируется разом з хромосомою реципієнта; властивість вірулентності успадковується. У той же час можливість передачі генетичної інформації бактеріальним клітинам в результаті введення РНК або білка не отримала експериментального підтвердження.

На питання, чому успадковані ознаки копіюються з дивовижною точністю, дає відповідь принцип комплементарності. Модель ДНК, розроблена Уотсоном і Криком, чітко пояснює механізм передачі інформації. У зв'язку з тим, що послідовність азотистих основ одного ланцюга однозначно визначає послідовність підстав в іншому ланцюзі, реплікація ДНК у клітині відбувається в результаті розбіжності двох полінуклеотидних ланцюгів і подальшого синтезу двох нових (дочірніх) ланцюгів на старих (батьківських) ланцюгах як на матрицях. В результаті утворюються дві дочірні дволанцюжкові молекули ДНК, ідентичні батьківської молекулі ДНК, що містять по одного ланцюга з батьківської молекули. Такий механізм реплікації був названий напівконсервативним. Він отримав блискуче підтвердження в експериментах із клітинами E.coli і міченим азотом N, проведених М. Мезелсоном і Ф. Сталем в 1957 р Отримані ними результати точно узгоджуються з напівконсервативним механізмом редуплікаціі макромолекул ДНК.1.6. Структура і фізико-хімічні властивості РНК

РНК (РНК) - однонітевиє молекули, тому на відміну від ДНК їх вторинна і третинна структури нерегулярні. Нуклеотидна ланцюг РНК володіє гнучкою структурою, її довжина в залежності від виду РНК може варіювати в дуже широких межах - від декількох десятків до десятків тисяч нуклеотидних залишків; молекулярна маса РНК перебуває в межах 10-10.

Послідовність нуклеотидних ланок, з'єднаних фосфодіефірних зв'язком в неразветвленную полінуклеотидних ланцюг, являє собою первинну структуру РНК. Вторинна і третинна структури РНК, що визначаються як просторова конформація полінуклеотидних ланцюга, формуються в основному за рахунок водневих зв'язків і гідрофобних взаємодій між азотистими підставами. Якщо для молекули нативної ДНК характерна стійка спіраль, то структура РНК більш різноманітна і лабильна. Рентгеноструктурний аналіз показав, що окремі ділянки полінуклеотидних ланцюга РНК, перегинаючись, навиваються самі на себе з утворенням внутріспіральних структур. Стабілізація структур досягається за рахунок комплементарних спаровувань азотистих основ антипаралельних ділянок ланцюга; специфічними парами тут є А - U, G - С і, рідше, G - U.

Освіта спіральних структур супроводжується гіпохромною ефектом - зменшенням оптичної щільності зразків РНК при 260 нм. Руйнування цих структур відбувається при зниженні іонної сили розчину РНК або при його нагріванні до 60-70 ° С; воно також називається плавленням і пояснюється структурним переходом спіраль - хаотичний клубок, що супроводжується збільшенням оптичної щільності розчину нуклеїнової кислоти.

Хоча РНК відноситься до однонитковим полинуклеотидами, разом з тим в її ланцюгах є ділянки різної довжини, що складаються з комплементарних один одному нуклеотиднихпослідовностей, що включають від десятків до тисяч нуклеотидних залишків, розташованих на невеликій відстані один від одного. Завдяки цьому в молекулі РНК виникають як короткі, так і протяжні біспіральні ділянки, що належать одного ланцюга; ці ділянки носять назву шпильок. Модель вторинної структури РНК зі шпількообразнимі елементами була створена наприкінці 50-х - початку 60-х рр. XX ст. в лабораторіях А. С. Спіріна (Росія) і П. Доті (США).

полинуклеотид нуклеозідфосфат тонкошаровий хроматографія

1.7. Типи РНК та їх біологічні функції

Клітини містять три основних типи РНК: рибосомну - рРНК, транспортну - тРНК і матричну (інформаційну) - мРНК. Кожна з цих РНК виконує специфічну роль у складному процесі біосинтезу білка, при якому послідовність амінокислот однозначно визначається нуклеотидної послідовністю ДНК.

В еукаріотичних клітинах існують також малі ядерні РНК (мяРНК), які є учасниками процесингу РНК, і гетерогенні ядерні РНК (гяРНК), що представляють собою попередників мРНК. Крім того, виявлена ??так звана Антисенсові РНК, що бере участь в регуляції процесу реплікації ДНК.

У процесі транскрипції нуклеотидних послідовність локусу (місце в хромосомі, де знаходиться ген) в ДНК копіюється в молекулу РНК. Транскрибируются три види генів. Транскрипти генів рРНК використовуються в синтезі рибосом, нуклеотидних послідовність мРНК переписується в послідовність амінокислот при синтезі полипептида на рибосомі, а транскрипти генів тРНК зв'язуються з амінокислотами, які потім переносяться в рибосомні синтезирующий центр в послідовності, зашифрованою в мРНК; цей процес називається трансляцією.

Рибосомная РНК. Вона входить до складу клітинних органел -

рибосом. Біохімічна функція рРНК поки до кінця не вивчена. Передбачається, що вона виконує роль молекулярного каркаса, на якому кріпляться учасники процесу трансляції; рРНК має велику молекулярну масу (до 2 10), характеризується метаболічної стабільністю. На її частку припадає до 85-90% всіх клітинних РНК. Ступінь спіралізованності молекул рРНК знаходиться в межах 70-80%.

Передбачається, що в белоксинтезирующей системі клітини

функція рРНК не вичерпується роллю структурного компонента. У прокариотов виявлено, що в рРНК є невеликі ділянки, комплементарні ділянкам мРНК. Парування цих ділянок, мабуть, сприяє первісним зв'язуванню мРНК з рибосомою. Не виключено, що деякі ділянки рРНК відіграють певну роль у формуванні пептідтрансферазного центру рибосоми, відповідального за освіту пептидних зв'язків при синтезі білка.

Транспортні РНК. Це низькомолекулярні нуклеїнові кислоти; молекулярна маса коливається в межах 23 000-30 000, кожній з 20 білкових амінокислот відповідає, принаймні, одна тРНК. Проте деяким амінокислотам специфічні від 2 до 6 тРНК; передбачається їх загальна кількість близько 60. Вони складають приблизно 15% загальної кількості клітинних РНК. Багато тРНК отримані в гомогенному стані, деякі - в кристалічному вигляді.

Невелика молекулярна маса, наявність досить великої кількості (до 10%) мінорних підстав, які є прекрасними маркерами, істотно полегшують проблему визначення нуклеотидної послідовності тРНК. У 1965 р Р. Холлі і його співробітники встановили повну нуклеотидну послідовність аланиновой тРНК дріжджів; в 1967 р А.А. Баєв і співробітники встановили послідовність нуклеотидів валіновой тРНК дріжджів. А. Річ та ін. (1975-1977 рр.) Провели повну розшифровку просторової структури фенілаланіновой тРНК на основі рентгенограм з дозволом до 0,4 нм. Вторинна структура тРНК в плоскому зображенні має вигляд конюшини (рис. 3). тРНК містить 4 дволанцюжкових спіральних ділянки, 3 з яких є "шпильками", несучими петлі з неспарених нуклеотидів; 3'- і 5'-кінці полінуклеотидних ланцюга об'єднані в найбільш довгий спіральний ділянку, утворений водневими зв'язками між азотистими підставами і завершується неспареним трінуклеотідамі ССА, Крім чотирьох основних гілок, довші тРНК містять коротку п'яту, або додаткову, гілка. Дві з основних гілок безпосередньо забезпечують функцію тРНК як адалтора (між двадцатібуквенним кодом білків і чотирибуквений кодом нуклеїнових кислот). Антикодоновая гілка має антикодон, що представляє собою специфічний триплет нуклеотидів, комплементарний кодону мРНК і здатний утворювати з ним пари основ. Акцепторная гілка приєднує специфічну амінокислоту за рахунок утворення ефірного зв'язку між її карбоксильною групою і гідроксильною групою 3'-кінцевого залишку аденіну в тРНК, Дві інші головні гілки тРНК називаються Дигидроуридиловая гілку і ТС-ветв'. Перша містить незвичайний нуклеозид дігідроурідін, а друга - нуклеозиди псевдоуридин () і ріботімідін (Т), зазвичай не присутні у складі РНК.

Дослідження структури тРНК методом рентгеноструктурного аналізу показали, що їх нативні молекули мають компактну форму; окремі двоспіральні "шпильки" конюшини складаються в специфічну третинну структуру, яка є близькою для всіх тРНК.

Після ферментативної етерифікації вільної 3'-гідроксигрупи кінцевого залишку адениловой кислоти в послідовності ССА специфічної щодо тРНК амінокислотою утворюється активна форма, звана аміноацил-тРНК. Залишок цієї амінокислоти переноситься до кінця зростаючої поліпептидного ланцюга. Антикодон забезпечує специфічність взаємодії тРНК з мРНК. Бічні петлі, мабуть, грають важливу роль у зв'язуванні тРНК з аміноацил-тРНК-синтетазой і з комплексом рибосома-мРНК. Аддукти аміноціл-тРНК розташовуються в певній послідовності, пов'язаної з послідовністю кодонів мРНК.

Рис.5 Структура транспортної РНК

Матрична РНК складає незначну частину (3-10%) всіх клітинних РНК; молекулярна маса коливається в широких межах і доходить до 14 10. Вона програмує синтез всіх клітинних білків цитоплазми. Відносний вміст індивідуальної мРНК в сумарному препараті РНК може становити тисячні частки відсотка. Перші експериментальні докази існування мРНК отримали А.Н. Білозерський, А.С. Спірін та їх співробітники (1957-1960 рр.). Вони показали, що нуклеотідний складу загальної РНК бактерій E. coli корелює зі складом їх ДНК, і прийшли до висновку про наявність, принаймні, двох типів РНК, один з яких (велика фракція) має склад, який не відбиває складу ДНК, а другий (менша фракція) відтворює склад ДНК. Надалі з'ясувалося, що перша фракція - це рибосомная РНК, а друга - мРНК. Але це зробили в 1961 р Ф. Гросс і співробітники.

Якщо рРНК і тРНК метаболічно стійкі, то мРНК в більшості випадків, особливо у прокаріотів, є відносно короткоживущей. Її нуклеотидний склад близький до складу ДНК, виділеної з того ж організму. мРНК мають чітко виражену вторинну структуру; до складу дволанцюжкових ділянок включено до 75% всіх нуклеотидних послідовностей мРНК. Значна частина ділянок вторинної структури в мРНК ідентифікована "шпильками". Однак роль ділянок вторинної структури в реалізації матричних функцій поки точно не встановлена. Передбачається, що "шпильки" виконують роль специфічних структур, що обумовлюють впізнавання певних ділянок рибосом при їх зв'язуванні з мРНК.

Якщо рРНК і тРНК відносяться до обслуговуючого апарату белоксинтезирующей системи клітини, то мРНК є прямим посередником між ДНК і білками, грає роль матриці для синтезу останніх, тому вважають, що вона виконує роль месенджера. Сама мРНК синтезується в ядрі клітини в процесі транскрипції у в ході якої нуклеотидних послідовність однієї з ланцюгів хромосомної ДНК ферментативним шляхом "переписується" (транскрибується) з утворенням попередника пре-мРНК; остання має копії палиндромов ДНК, тому її вторинна структура містить шпильки і лінійні ділянки. При дозріванні пре-мРНК шпильки відсікаються ферментами і утворюється мРНК.

2. Матеріали та методи досліджень 2.1. Кислотний гідроліз нуклеопротеидов дріжджів і вивчення властивостей ДНК І РНК

Обладнання і реактиви: ваги технічні; ваги торзіонних; електроплитка; водяна баня; центрифуга; колба на 100 мл із зворотним холодильником; пробірки; піпетки на 1 і 20 мл. Концентрована і 10% -ва сірчана кислота; 10% -ний розчин NaOH; концентрований розчин аміаку; 1% розчин AgNO; бідистильована вода; розчин дифениламина (1 г дифениламина розчиняють в 50 мл крижаної оцтової кислоти, додають 2,75 мл концентрованої HSOі доводять крижаної оцтової кислотою до 100 мл); молібденовий реактив (18,75 г молібдату амонію розчиняють в 250 мл 32% -ного розчину HNO); 1% -ний розчин CuSO; 1% -ний розчин тимолу.

Матеріали: дріжджі сухі; препарати ДНК і РНК.

Хід роботи

1. Гідроліз нуклеопротеидов. У конічну колбу на 100 мл вносять 1 г сухих дріжджів, додають 20 мл 10% -ного розчину HSOі 20 мл бидистиллированной води. Колбу з'єднують із зворотним холодильником, нагрівають до кипіння і кип'ятять протягом 1 год, охолоджують і центрифугують 5 хв при 5000 об / хв.

2. Якісні реакції на пентози:

а) до 0,5 мл нейтралізованого лугом гідролізату додають 2 краплі 1% -ного спиртового розчину тимолу, перемішують і обережно прошаровують рівний обсяг концентрованої сірчаної кислоти. На дні пробірки утворюється червоне забарвлення в результаті конденсації тимолу з фурфуролом, що вийшов з пентози;

б) до 5-10 мг продажного препарату ДНК додають 1 мл 0,4% -ного розчину NaOH, перемішують. З отриманого розчину відбирають 0,3-0,5 мл розчину дифениламина і ставлять на киплячу водяну баню на 10 хв. Рідина набуває синій колір внаслідок взаємодії дезоксирибози, що утворилася в результаті гідролізу ДНК, з дефініламіном;

в) до 10 мг продажного препарату РНК додають 1 мл 0,4% -ного розчину NaOH, перемішують. До 0,5 мл лужного розчину РНК додають 0,5 мл розчину дифениламина і ставлять пробірку на киплячу водяну баню на 15 хв. Розвивається зелена окраскажідкості внаслідок взаємодії рибози з дефініламіном.

3. Срібна проба на пуринові основи. До 1 мл гідролізату дріжджів доливають 2 краплі концентрованого розчину аміаку і 5 крапель 1% -ного розчину азотнокислого срібла. Через 3-5 хв випадає бурий осад срібних з'єднань пуринових підстав.

4. Молібденова проба на фосфорну кислоту. До 1 мл гідролізату дріжджів додають 5 крапель молібденового реактиву і обережно кип'ятять кілька хвилин. Розвивається лимонно-жовте забарвлення рідини внаслідок утворення фосфорномолібденовокіслого амонію по реакції

HPO + 12 (NH) MoO + 21 HNO (NH) PO 12 MoO + + 21 NHNO + 12 HO2.2. Визначення нуклеозідфосфатов методом тонкошарової хроматографії

Обладнання і реактиви: СФ; хроматоскоп; ваги; рефрижераторна центрифуга; камера для тонкошарової хроматографії; пластинки Silufol uv 254; ножиці; порцелянові ступки; пробірки; микропипетки; градуйовані піпетки на 1 і 2 мл; мірний циліндр на 100 мл; препаровальная голка. Пропанол; 25% -ний розчин аміаку; рідкий азот; 5% -ний розчин ТХУ кислоти; 0,1 н. HCl; стандартні 0,01 М розчини АТФ, АДФ, АМФ.

Матеріали: проростки; тканини тварин.

Хід роботи

Наважку (0,5 - 1 г) рослинної або тваринної тканини подрібнюють ножицями на холоду, заливають рідким азотом і розтирають у ступці. Потім до розтертого порошку доливають 1 мл 5% -ної ТХУ кислоти, перемішують і центрифугують 5 хв при 5000 об / хв при 0 - 4 ° С. Надосадову рідину зливають в пробірку, до осаду доливають ще 1 мл 5% -ної ТХУ кислоти, перемішують і центрифугують. Супернатанти об'єднують і використовують для хроматографії. На пластинки Silufol uv 254 в нижній частині, відступивши 2 см, наносять у вигляді смуги 0,03 - 0,05 мл насадочной рідини. Після підсихання ставлять у посудину для висхідної хроматографії. Як розчинник використовують систему н-пропанол - 25% -ний аміак - вода (60: 30: 10). Час поділу близько 2 ч. Потім виймають хроматографічні пластинки, висушують на повітрі і переглядають в хроматоскопе (світлофільтр УФС-1).

Нуклеотиди розташовуються в порядку знизу вгору: АТФ, АДФ, АМФ. Зони, в яких виявляються нуклеотиди, обводять препаровальной голкою, соскабливают в пробірки і екстрагують 1,8 мл 0,1 н. HCl, інтенсивно струшують і центрифугують при 3000 об / хв протягом 5 хв. Надосадову рідину фотометрують в кюветі шириною 3 мм при довжині хвилі 257 нм проти контролю. Контролем служить соскобленную з платівки сорбент із золи, що не містить нуклеотидів; з них надходять надалі так само, як з золами, в яких виявлено нуклеотиди.

Зміст нуклеотидів розраховують за калібрувальним графіками, складеними для кожного нуклеотиду за формулою

C =

де D - оптична щільність; В - загальний обсяг екстракту, мл; К - коефіцієнт екстинкції (рівний для АТФ, АДФ, АМФ відповідно 14,6 10, 15,0 10, 14,7 10); А - обсяг завданої екстракту, мл; n - навішування, м

Висновок

В результаті виконаної курсової роботи можна зробити висновок, що структурними блоками гігантських молекул нуклеїнових кислот є нуклеотиди. Кожен нуклеотид містить три різних компонента: азотисте (пуриновое або пиримидиновое) підстава, моносахарид пентозу (рибозу або дезоксирибози), залишок фосфорної кислоти. Ці компоненти з'єднані один з одним в такій послідовності: азотна основа пентоза - фосфат. Сусідні нуклеотиди з'єднані один з одним за допомогою ефірного зв'язку між моносахаридом і фосфатом іншого нуклеотиду.

Гідроліз нуклеїнових кислот, виділених з ядер клітин, показав, що вони складаються з пуринових і піримідинових основ (аденіну, гуаніну, цитозину, тиміну), дезоксирибози і фосфорної кислоти. Ця кислота була названа дезоксирибонуклеїнової (ДНК). З дріжджів була отримана інша нуклеїнова кислота, яка містить замість дезоксирибози рибозу. Її назвали рибонуклеїнової кислоти (РНК). У неї входять підстави - аденін, урацил, цитозин і гуанін. ДНК і РНК відповідальні за зберігання, реплікацію (відтворення), транскрипцію (перенесення) і трансляцію (передачу) генетичної (спадкової) інформації.

Унікальні біологічні функції нуклеотидів. Крім того, що нуклеотиди входять до складу нуклеїнових кислот, вони виконують важливу функцію в енергетичному (фосфорном) обміні, в акумулюванні хімічної енергії і її перенесення; служать активними простетичної групами в окисно-відновних ферментах, відіграють важливу роль у синтезі жирів, олиго- і полісахаридів.

На основі правил Чаргаффа і даних рентгеноструктурного аналізу, Дж. Уотсон і Ф. Крик запропонували двухспіральной модель ДНК і розвинули важливу для біохімії концепцію комплементарності. Вони запропонували три рівні структури ДНК: первинну (послідовність нуклеотидів), вторинну (структура двох правозакрученной спіралей), третинну (додаткове закручування в просторі двухспіральной молекули). В освіті вторинної та третинної структур важливу роль грають водневі зв'язки, що виникають між парами підстав аденін - тимін і гуанін - цитозин, а також гідрофобні взаємодії між основами, спрямовані вздовж ланцюгів молекули ДНК. Руйнування цих зв'язків нагріванням або подщелачіваніем розчинів викликає денатурацію ДНК.

Точне копіювання молекули ДНК (її реплікацію) забезпечує так званий напівконсервативний механізм, що полягає в розбіжності двох ланцюгів материнської ДНК і використанні їх як матриць для синтезу двох нових (дочірніх) ланцюгів ДНК, Цей механізм доведений експериментально.

РНК - однонітевиє молекули, на відміну від ДНК; їх вторинна і третинна структури нерегулярні. За своїми біологічними функціями РНК поділяються на три типи: рибосомная - рРНК, транспортна - тРНК і матрична - мРНК. рРНК входить до складу клітинних органел - рибосом. Даний тип РНК бере участь у формуванні структури рибосом, на яких здійснюється синтез білка. тРНК виконують функцію переносника амінокислот до місця синтезу білка. мРНК передає зчитану нею інформацію з ДНК на білок, що синтезується, виконує роль матриці при синтезі поліпептидного ланцюга.

Список використаної літератури

1. Жеребцов Н. А., Попова Т. Н., Артюхов В. Г. Біохімія: Підручник. - Воронеж: Видавництво Воронезького державного університету, 2002.

2. Землянухін А.А. Практикум з біохімії: навч. пос - Воронеж: Видавництво Воронезького державного університету, 1993.

3. Зенгер В. Принципи структурної організації нуклеїнових кислот. - М: Світ, 1987.

4. Ленинджер А. Основи біохімії: Підручник. - М .: Світ, 1985.

5. Остерман Л. А. Методи дослідження білків і нуклеїнових кислот. - М .: Наука, 1981.

6. Плешков Б.П. Біохімія сільськогосподарських рослин: Підручник. - М .: Агропромиздат, 1987.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка