Дезоксирибонуклеиновая кислота

(ДНК). Репликация ДНК

1. Строение и функции ДНК

2. Репликация ДНК

3. Репарация («ремонт»)

План:

• К нуклеиновым кислотам относят

высокополимерные соединения, распадающиеся при

гидролизе на пуриновые и пиримидиновые основания,

пентозу и фосфорную кислоту.

• Нуклеиновые кислоты содержат углерод, водород,

фосфор, кислород и азот.

• Различают два класса нуклеиновых кислот:

рибонуклеиновые кислоты (РНК) и

дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)

История открытия ДНК

Модель пространственного строения молекулы

ДНК в виде двойной спирали была предложена

в 1953 г. американским биологом Джеймсом

Дьюи Уотсоном и британским молекулярным

биологом Френсисом Криком, используя

Правила Чаргаффа и рентгенограммы

Розалинды Франклин и Мориса Уилкинса.

Результаты работы опубликовали 30 мая 1953

года в журнале Nature. В 1962 году стали

лауреатами Нобелевской премии по физиологии

и медицине «За открытия, касающиеся

молекулярной структуры нуклеиновых кислот и

их значения для передачи информации в живых

системах».

Открытие строения ДНК положило начало

работам по молекулярной генетике, генной

инженерии и биотехнологии.

Строение ДНК

Молекула ДНК образована двумя полипептидными

цепями, спирально закрученными друг около друга вокруг

воображаемой оси – двойная правозакрученная спираль

(исключение – некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют

одноцепочечную ДНК).

Диаметр двойной спирали – 1,8-2,0 нм, расстояние между

соседними нуклеотидами – 0,34 нм, На каждый виток спирали

приходится 10 пар оснований (9,7 и 10,6 в различных

кристаллах). Расстояние от оси спирали до атома фосфора

составляет 0,10 нм. Длина молекулы может достигать

нескольких сантиметров. Молекулярный вес – десятки и сотни

миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека –

около 2 м. В эукариотических клетках ДНК образует

комплексы с белками и имеет специфическую

пространственную конформацию.

Уровни пространственной укладки ДНК

Нуклеосомный уровень

Нуклеомерный уровень

Хромомерный уровень

Хромонемный уровень

Хроматидный уровень

Хромосомный уровень

Мономер ДНК – нуклеотид (дезоксирибонуклеотид) – состоит из остатков трех веществ:

1) азотистого основания,

2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы),

3) фосфорной кислоты.

Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов.

Пиримидиновые основания ДНК (имеют в составе своей молекулы одно кольцо) – тимин,

цитозин.

Пуриновые основания (имеют два кольца) – аденин и гуанин.

Моносахарид нуклеотида ДНК представлен дезоксирибозой.

Название нуклеотида является производным от названия соответствующего основания.

Нуклеотиды и азотистые основания обозначаются заглавными буквами.

Азотистое

основание

Название

нуклеотидаОбозначение

Аденин Адениловый А (A)

Гуанин Гуаниловый Г (G)

Тимин Тимидиловый Т (T)

Цитозин Цитидиловый Ц (C)

Название нуклеотида

Принцип комплементарности

5'

5'

3'

3'

1) Количество аденина равно количеству

тимина, а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.

2) Количество пуринов равно

количеству пиримидинов: А+Г=Т+Ц.

3) Количество оснований с аминогруппами в

положении 6 равно количеству оснований

с кетогруппами в положении 6: А+Ц=Г+Т.

вила ргаффа

(1949—1951 гг.)

Американский биохимик

Эрвин Чаргафф

(1905-2002 гг.)

Функция ДНК

Хранение и передача наследственной информации

Репликация (редупликация, синтез) ДНК

Репликация ДНК – процесс

самоудвоения, главное свойство молекулы

ДНК. Репликация относится к категории

реакций матричного синтеза, идет с участием

ферментов. Под действием ферментов

молекула ДНК раскручивается, и около

каждой цепи, выступающей в роли матрицы,

по принципам комплементарности и

антипараллельности достаивается новая цепь.

Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна

цепь является материнской, а вторая – вновь

синтезированной. Такой способ синтеза

называется полуконсервативным.

Ферменты, участвующие в репликации

1. хеликазы (разрывают водородные связи

между азотистыми основаниями);

2. дестабилизирующие белки (удерживают

репликативную вилку);

3. ДНК-топоизомеразы (расплетают ДНК);

4. ДНК-полимеразы (подбирают

дезоксирибонуклеозидтрифосфаты и

комплементарно присоединяют их к

матричной цепи ДНК);

5. РНК-праймазы (образуют РНК-затравки,

праймеры);

6. ДНК-лигазы (сшивают фрагменты ДНК –

фрагменты Оказаки)

У прокариот фрагменты Оказаки содержат

от 1000 до 2000 нуклеотидов, у эукариот –

100-200 нуклеотидов.

Эти фрагменты открыты японским

молекулярным биологом Рейдзи Оказаки в

1968 году.

Окадзакі Рейдзі

(яп. 岡崎令治, Okazaki Reiji

(1930—1975)

Репликация протекает сходно у прокариот и эукариот. Скорость

синтеза ДНК у прокариот на порядок выше (1000 нуклеотидов в

секунду), чем у эукариот (100 нуклеотидов в секунду).

Репликация начинается одновременно в нескольких участках

молекулы ДНК. Фрагмент ДНК от одной точки начала репликации до

другой образует единицу репликации – репликон.

Репликация происходит перед делением клетки в S-фазу клеточного

цикла. Благодаря этой способности ДНК осуществляется передача

наследственной информации от материнской клетки дочерним.

ДНК-лигаза,

осуществляющая

репарацию ДНК

Репарация («ремонт»)

Репарация − процесс устранения повреждений

нуклеотидной последовательности ДНК.

Ферменты репарации:

1. ДНК-хеликаза − фермент, «узнающий»

химически изменѐнные участки в цепи и

осуществляющий разрыв цепи вблизи от

повреждения;

2. экзонуклеаза − фермент, удаляющий

повреждѐнный участок;

3. ДНК-полимераза − фермент, синтезирующий

соответствующий участок цепи ДНК взамен

удалѐнного;

4. ДНК-лигаза − фермент, замыкающий

последнюю связь в полимерной цепи и тем

самым восстанавливающий еѐ непрерывность.

Изменения структуры ДНК происходят в

клетке постоянно под действием реакционно-

способных метаболитов, ультрафиолетового

излучения, радиации, тяжелых металлов и их солей

и др.