13) Структура и биологическая роль нуклеопротеинов и нуклеиновых кислот
Нуклеопротеины являются комплексом нуклеиновых кислот с белками. При этом нуклеиновые кислоты являются простетической группой. Бывают двух типов- дезоксирибонуклеопротеины (ДНК+белок) и рибонуклеопротеины (РНК+белок)
Структура: как правило, нуклеопротеины состоят из высокого процента основных аминокислотных остатков (лизина, аргинина и гистидина). При физиологическом pH эти аминокислоты заряжены положительно, что способствует взаимодействию с молекулами генетического материала.
Нуклеиновые кислоты образованы скелетом сахаров и фосфатов, которые придают ему отрицательный заряд. Притяжение между положительными зарядами белков и отрицательными зарядами нуклеиновой кислоты приводит к взаимодействию неспецифического типа.
К нуклеопротеинам относят гистоны, протамины, рибосомы.
Гистоны. Структурно они являются основными белками хроматина. Существует 5 классов гистонов, различающихся по размерам, аминокислотному составу и величине положительного заряда (Всегда положительный!).
Н1- богатые лизином
Н2А- богатые аргинином и лизином
Н2В-умеренно богатые аргинином и лизином
Н3-ботагые аргинином
Н4-богатые глицином и аргинином
Гистоны обеспечивают компактизацию хроматина (наматывание цепи ДНК на гистоновые бусины).
Протамины. Представляют собой небольшие ядерные белки, характеризующиеся высоким содержанием аминокислотного остатка аргинина. Основная роль протаминов заключается в замене гистонов в гаплоидной фазе сперматогенеза. Было высказано предположение, что этот тип основных белков имеет решающее значение для упаковки и стабилизации ДНК в мужской гамете. Они отличаются от гистонов, так как они позволяют более плотную упаковку.
Рибосома. Они представляют собой очень сложный молекулярный механизм, образованный одной или несколькими рибосомными РНК и набором белков.
Биологическое значение нуклеопротеинов:
ДНП (дезоксирибонуклеопротеины): уплотнение ДНК, участие в регуляторных процессах репликации, транскприпции ДНК, гомологичной рекомбинации (кроссинговер)
РНП (рибонуклеопротеины): участие в репликации ДНК, регуляция экспрессии генов, регуляция метаболизма центральной РНК, защитная функция (ряд рибонуклеопротеинов связан с РНК в защитные комплексы, например в РНК вирусов)
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты– это полинуклеотиды, неразветвленные и нерегулярные, исключительно крупные биополимеры. Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов.
Нуклеотиды — это 3-х компонентные соединения, состоящие из азотистого основания (пуринового или пиримидинового), остатков пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты.
Нуклеозид — это соединение, состоящее из азотистого основания и пентозы (рибозы или дезоксирибозы)
! в состав ДНК входят только А (аденин), Т(тимин), Г(гуанин), Ц (цитозин)
В состав РНК входят А (аденин), У(урацил), Г(гуанин), Ц(цитозин)
Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды представлены в виде рибонуклеотидов и
дезоксирибонуклеотидов.
Биологическая роль нуклеотидов:
1) являются универсальными источниками энергии в клетке (АТФ, ГТФ и др.);
2) являются активаторами и переносчиками мономеров в клетке (например, УДФ-глюкоза, ЦДФ-холин);
3) являются аллостерическими регуляторами активности ферментов;
4) входят в состав коферментов (НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД, КоА- SH);
5) циклические мононуклеотиды (цАМФ, цГМФ) являются вторичными посредниками
действия гормонов и других сигналов на клетку;
6) являются мономерами в составе нуклеиновых кислот.
Строение ДНК
ДНК преимущественно сосредоточена в ядре, митохондриях и хлоропластах. Является
полинуклеотидом. В ДНК входят 4 типа нуклеотидов, включающих дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и различающихся азотистыми основаниями: А, Т, Г, Ц.
Связь между нуклеотидами 3´-5´-фосфодиэфирная. Связь образуется между 3´-ОН-группой остатка дезоксирибозы одного нуклеотида и 5´-остатком фосфорной кислоты другого. У молекулы есть 3´-конец и 5´-конец.
Первичная структура ДНК — это последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи. Соединены нуклеотиды 3´-5´-фосфодиэфирной связью.
Вторичная структура ДНК-это укладка 2-х полипептидных цепей в форме спирали. Две полинуклеотидные спирали расположены антипараллельно, связаны комплементарными взаимодействиями (водородными связями) между азотистыми основаниями. Между А, Т/ A, Y 2 водородные связи, между Г, Ц- 3 водородные связи.
Поверхность двойной спирали имеет две спиральные бороздки- большую и малую. Белки связываются с ДНК в области большой бороздки, куда выступают азотистые основания.
Азотистые основания в двойной цепи локализованы внутри спирали, сахарофосфатный остов снаружи.
Третичная структура ДНК- формируется только при связывании ДНК с белками-гистонами и служит для компактизации ДНК в ядре
Функции ДНК: хранение, воспроизводство и передача по наследству генетического материала, экспрессия генов, репликация и компактизация ДНК для передачи генетического материала
Строение РНК
Нуклеотиды РНК образованы одним из 4-х азотистых оснований: А, У, Г, Ц, рибозы и остаток фосфорной кислоты. Связь между нуклеотидами 3´-5´-фосфодиэфирная. Связь образуется между 3´-ОН-группой остатка рибозы одного нуклеотида и 5´-остатком фосфорной кислоты другого. У молекулы есть 3´-конец и 5´-конец. Как правило состоит из одной цепи.
Выделяют несколько видов РНК: тРНК, мРНК, рРНК
Особенности структуры мРНК: на 5'-конце – КЭП (шапочка) – определенная
последовательность нуклеотидов (7-метилгуанозинтрифосфат и 2'-О-метилпуриновый нуклеотид). На 3'-конце большинства мРНК – поли-адениловый хвост (50-400 А-нуклеотидов). Функция мРНК – перенос информации от ДНК на белок синтезирующую систему клетки
Особенности структуры рРНК: 1) Большая часть структуры рРНК – это
биспиральные участки.
2) У эукариот синтезируются кодируемые5S рРНК и 45S рРНК, последняя гидролизуется на три фрагмента – 28S рРНК, 18S рРНК и 5,8S рРНК.
3) В комплексе с белком образует рибосому.
Функции рРНК – аутокаталитическое созревание, обеспечение рибосомного
биосинтеза белков.
Особенности структуры тРНК
1) Самые маленькие из НК.
2) 60 % нуклеотидов – гуанин и цитозин.
3) 60 % нуклеотидов спарены и образуют шпильки и петли.
4) 5'-концом всегда является гуаниловая (редко цитидиловая) кислота со свободным
остатком фосфата у С-5'.
5) На противоположном конце – ЦЦА, к которому присоединяется активированная
аминокислота с образованием аминоацил-тРНК.
Функции тРНК – связывание аминокислоты, закодированной в структуре антикодона тРНК, доставка ее к месту синтеза.