Параграфы 73 и 74 Нуклеиновые кислоты

Автор текстов – Анисимова Е.С.
Продавать тексты нельзя (авторские права защищены).

Курсив не зубрите. Замечания можно присылать по посте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

См. также п.76-78, 80, 82.

Параграфы 73 и 74:
«Нуклеиновые кислоты: структура и функции».

Содержание параграфа:
1. Определение НК.
2. Типы НК:
3. ФДЭ-связи нуклеотидов
4. Состав нуклеиновых кислот.
Пентозы в составе ДНК и РНК.
Азотистые основания в составе ДНК и РНК.
Водородные связи между нуклеиновыми кислотами.
5. Структура нуклеиновых кислот.
6. Нуклеопротеины.
7. Функции НК и типы РНК.

Определение. Нуклеотиды – это
соединения, состоящие из:
1) остатка азотистого основания (аденина, гуанина, цитозина и тимина (в ДНК) или урацила (в РНК),
2) остатка пентозы (рибозы или дезоксирибозы)
3) и фосфата (остатка фосфорной кислоты). Подробнее в п.70.

Нуклеотиды (п.70) могут соединяться между собой, образуя полимеры.
Эти полимеры из нуклеотидов называются нуклеиновыми кислотами.
Примеры нуклеиновых кислот – ДНК и РНК.
Соединение происходит так:
к первому нуклеотиду присоединяется второй нуклеотид, ко второму третий и т.д. (подробнее – в.70 и 77, 78, 80), образуя «цепочки».
Число нуклеотидов в ДНК может достигать миллионов. В тРНК нуклеотидов – несколько десятков.

1. Определение НК.
Нуклеиновые кислоты (НК) – это полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды
(точнее, остатки нуклеотидов), связанные фосфодиэфирными связями (ФДЭ-связями).
2. Типы НК:
если в состав нуклеотидов НК входит рибоза,
то НК называется РНК (Рибо/Нуклеиновой Кислотой),
а если в состав нуклеотидов НК входит дезоксирибоза,
то НК называется ДНК (Дезокси/Рибонуклеиновой Кислотой).

3. ФДЭ-связи нуклеотидов
образованы между атомом кислорода в 3-м положении
пентозы одного нуклеотида (предыдущего в цепочке нуклеотидов)
и атомом фосфора фосфата в 5-м положении другого (следующего) нуклеотида.
ФДЭ-связи образуются ферментами, которые называются ДНК-полимеразами и ДНК-лигазами, РНК-полимеразами.

4. Состав нуклеиновых кислот.

Пентозы в составе ДНК и РНК.

Как уже говорилось, в состав РНК входят нуклетиды с рибозой (рибонуклеотиды),
а в состав ДНК входят нуклеотиды с дезоксирибозой (дезокси/рибонуклеотиды).

Азотистые основания в составе ДНК и РНК.

В состав нуклеотидов ДНК и РНК входят три одинаковых азотистых основания – аденин, гуанин и цитозин.
Кроме этих трех азотистых оснований,
в составе ДНК есть тимин,
а в составе РНК есть – урацил.
 В составе ДНК нет урацила, а в составе РНК нет тимина,  хотя при синтезе ДНК (п.78) используются рибонуклеотиды, в состав которых входит урацил.

Водородные связи между НК

Гунин и цитозин способны образовывать между собой три водородных связи,
а аденин способен образовывать по две водородные связи либо с тимином, либо с урацилом). –
За счёт этого азотистые основания одной нуклеиновой кислоты
могут соединиться (водородными связями)
с азотистыми основаниями другой нуклеиновой кислоты,
если напротив гуанина одной нуклеиновой кислоты окажется цитозин другой НК,
а напротив аденина одной кислоты окажется тимин (или урацил) другой кислоты.
В итоге две нуклеиновых кислоты окажутся соединёнными между собой водородными связями («через азотистые основания»).
При этом две цепочки нуклеиновых кислот образуют двойную спираль.

Пары гуанин-цитозин и аденин-тимин (или аденин-урацил)
называются КОМПЛЕМЕНТАРНЫМИ парами.
Говорят, что эти основания связываются комплементарно или взаимодополняющее.

5. Структура нуклеиновых кислот.

Первичная структура НК.

Последовательность нуклеотидов (их остатков), связанных ФДЭ-связями,
называется ПЕРВИЧНОЙ структурой НК.

Вторичная структура ДНК.

Две цепи ДНК способны соединиться между собой,
образуя двойные спирали (ДУПЛЕКСЫ),
если напротив азотистых оснований одной цепи находятся
комплементарные им азотистые основания другой цепи.

При этом две цепи удерживаются рядом за счет множества водородных связей
между комплементарными азотистыми основаниями:
азотистыми основаниями одной цепи
и комплементарными им азотистыми основаниями другой цепи
(по две связи между А и Т и по три связи между Г и Ц).

В дуплексе две цепи АНТИПАРАЛЛЕЛЬНЫ друг другу,
то есть около 3-конца одной цепи
находится 5-конец второй цепи и наоборот.
Дуплекс считается ВТОРИЧНОЙ структурой ДНК.
В молекулах РНК отдельные участки могут образовывать двойные спирали.

Третичная структура ДНК.

Дуплекс «наматывается» на комплексы из восьми глобул гистонов
(которые называются гистоновыми октамерами),
делая по 2 оборота на один октамер.
Эти гистоновые октамеры, на которые «намотан» участок дуплекса,
называются НУКЛЕОСОМАМИ.
(Можно сказать иначе:
нуклеосома – это участок ДНК, обвитый вокруг октамера гистонов).

В состав октамеров входит по 2 глобулы четырех типов гистонов – H2A, H2В, H3 и H4.
Участки ДНК, которые не связаны с гистоновыми октамерами
(находятся между нуклеосомами, «соединяют» нуклеосомы)
называются линкерными участками ДНК.
С линкерными участками ДНК связываются молекулы гистонов типа H1.
Роль гистонов.
Гистоны защищают ДНК от расщепления,
участвуют в регуляции работы генов (при этом гистоны подвергаются модификациям).
Последовательность нуклеосом образует СПИРАЛЬ –
около 6 нуклеосом на один оборот спирали.

Отдаленные участки этой спирали могут прикрепляться к специальному белку,
образуя ПЕТЛИ (петлевые домены).

Этот белок закручивается как бы вокруг оси,
что сверху выглядит как «ромашка» (петли – это края «лепестков»),
а сбоку – как «стопка ромашек».

Эта структура называется ХРОМОСОМОЙ,
а менее структурированные комплексы ДНК и белков называются хроматином.
Как бы «ромашка» называется минибэндом.

«Упаковка» ДНК до состояния хромосомы происходит перед делением клетки –
в это время хромосомы хорошо видны в микроскопе.

После деления клеток ДНК «распаковывается», и хромосомы выглядят  под микроскопом как тонкие нити.

Для использования в процессах транскрипции или репликации
хромосомы должны «распаковываться» до состояния дуплекса.
«Распаковка» хромосом осуществляется специальными ферментами, в том числе топоизомеразами.

6. Нуклеопротеины.

И ДНК, и РНК образуют комплексы с белками,
которые называются НУКЛЕОПРОТЕИНАМИ (НП).
Примеры НП – рибосома, сплайсосома, хроматин, хромосома.

Рибосома – это комплекс рибосомальной РНК с белками, участвует в трансляции (синтезе ППЦ – п.82).
Сплайсосома состоит из малой ядерной РНК и белка, участвует в сплайсинге (п. 80).
Хроматин – это разные комплексы ДНК с белками.

7. Функции НК и типы РНК.

– ДНК ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ СИНТЕЗА РНК (транскрипции) в ядре,
а РНК ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ПРИ СИНТЕЗЕ БЕЛКА (трансляции).
Поэтому говорят, что функции ДНК –
это хранение и передача информации (переписываемой при синтезе РНК).

Перед делением клетки ДНК почти всегда удваивается,
чтобы дочерние клетки при делении получили столько же ДНК, сколько было в материнской клетке.
Почти столько же – кроме теломеров ДНК – п.78.

Типы РНК.
Известно 4 типа РНК –
1) матричная или информационная РНК (мРНК или иРНК),
2) транспортная рНК (тРНК),
3) рибосомальная РНК (рРНК) и
4) малые РНК.

Функции РНК.

Малые РНК участвуют в регуляции,
в том числе в регуляции матричных синтезов.

Остальные РНК (мРНК, тРНК и рРНК)
участвуют в синтезе белка, а точнее, – в синтезе ППЦ при трансляции.

При этом иРНК «диктует» порядок,
в котором нужно соединять аминокислотные остатки, то есть выполняет функцию матрицы,
тРНК транспортируют определенные аминоацилы к мРНК,
а рРНК входит в состав рибосомы, осуществляющей синтез ППЦ.
О функциях рибосомы см. № 82.

Подтипы РНК.
Известно 4 типа рРНК
(1 тип – для малой субчастицы рибосомы и 3 типа рРНК – для большой субчастицы рибосомы).
тРНК есть не менее 20 типов – по числу белковых аминокислот.
Разные тРНК отличаются прежде всего тем, что транспортируют разные аминоацилы
и имеют разные антикодоны – триплеты иРНК, которые связываются с комплементарными им кодонами мРНК (иРНК).

тРНК с определенным антикодоном может транспортировать единственный аминоацил.
мРНК – несколько десятков тысяч (105) – по количеству ППЦ, которые нужно синтезировать.