Третичная структура днк
Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекула ДНК образует правозакрученную спираль диаметром 2 нм; длиной шага – 3,4 нм. В каждый виток входит 10 п.н.
ДНК эукариот неоднородна по функциональной значимости и может быть подразделена на 3 класса:
1. Повторяющиеся последовательности (не транскрибируются) встречаются в геноме до 1млн. раз.
2. Умеренно повторяющиеся последовательности (встречаются в геноме 10² - 10³ раз). Это гены тРНК и белков, входящих в состав рибосом, хроматина и рРНК.
3. Уникальные участки с неповторяющимися сочетаниями нуклеотидов.
У человека уникальные участки ДНК составляют не более 10-15% от общей длины молекулы ДНК.
Уникальные участки ДНК являются структурной основой большинства генов человека, в которых закодирована информация о первичной структуре полипептида. Отсюда следует, что жизнедеятельность организма обусловлена, в основном, функциональной активностью уникальных участков, т.е. генов.
Главная функция ДНК заключается в том, что она предназначена для хранения и передачи наследственной информации в клетках про- и эукариот. У вирусов эту функцию выполняет РНК.
Основные отличия днк от рнк
В молекула ДНК – двухцепочечная, молекула РНК - одноцепочечная.
2. По строению она сходна с одной из цепей ДНК, только вместо Тимина, входящего в состав молекулы ДНК в молекуле РНК присутствует Урацил (У) (пиримидиновый нуклеотид).
3. Между ДНК и РНК существуют различия в характере углевода: в ДНК- дезоксирибоза, в РНК – рибоза. В отличие от ДНК, содержание которого в клетке постоянно, содержание в них РНК сильно колеблется и зависит от интенсивности синтеза белка.
Виды рнк
1.Транспортная (тРНК). Состоит из 75-95 нуклеотидов. Осуществляет перенос аминокислот в рибосомы, т.е. к месту синтеза полипептида.
2.Рибосомная (рРНК). Включает 3-5 тысяч нуклеотидов. р РНК составляет существенную часть структуры рибосомы.
3.Информационная, или матричная (иРНК, или мРНК) – осуществляет перенос информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах.
Важно отметить, что все виды рнк синтезируются по матрице днк!
Нуклеиновые кислоты отличают от всех других макромолекул два удивительных свойства.
Во-первых, это способность к самовоспроизводству, самокопированию или размножению - репликации.
Во-вторых, в нуклеиновых кислотах в виде генов записана информация о структуре полипептидов, белков, отвечающих за те или иные признаки и развитие организма. Недаром ДНК сравнивают с энциклопедией жизни!
Рассмотрим эти два свойства молекулы ДНК.
Самовоспроизводство - репликация молекулы днк
Артур Корнберг в 1956 провел уникальные опыты. Он синтезировал ДНК in vitro, т.е. в пробирке. Репликация (удвоение) ДНК происходит в S-периоде клеточного цикла (S - sinthesis). В результате из одной молекулы ДНК образуются две идентичные двойные спирали. Каждая из двух цепей материнской молекулы служит матрицей для «дочерей». После репликации в обеих двойных спиралях одна цепочка – материнская, другая- дочерняя. Такой способ удвоения молекул ДНК называется полуконсервативным.
Репликация ДНК начинается в строго определенных точках, имеющих уникальные последовательности длиной около 300 п.н., которую узнают специальные инициирующие белки. Эти участки называются точками начала репликации - (Ori – Origine - источник). У прокариот имеется одна точка Ori, у эукариот их много (рис. 4.3).
Двойная спираль ДНК раскручивается и образуется репликационная вилка.
Участок молекулы ДНК от точки начала одной репликации до точки начала другой репликации называется репликоном.
В процессе репликации ДНК принимает участие множество ферментов (рис.4.4).
1. ДНК-геликаза разрывает водородные связи и двойная спираль расплетается.
2. Дестабилизирующие белки соединяются с одноцепочечной ДНК и фиксируют ее.
3. В результате раскручивания цепи ДНК возникает суперспирализация. ДНК-топоизомераза – фермент, который разрывает одну из цепей ДНК и дает ей возможность свободно вращаться вокруг другой цепи. Это снимает напряжение в спирали ДНК.
4. Начало репликации активируется короткими фрагментами РНК (100-200 нуклеотидов), которые называются РНК – затравкой или РНК-праймерами.
5.ДНК- полимераза синтезирует цепь ДНК от места присоединения РНК- затравки. Новая цепь синтезируется в направлении от 5’ к 3’ , т.к. 5 конец последующего нуклеотида с остатком фосфорной кислоты присоединяется к 3’ОН-концу (гидроксильная группа) уже синтезированного участка ДНК.
Синтез ДНК происходит полунепрерывно, поскольку различают лидирующую (ведущую цепь) и отстающую цепь. На отстающей цепи синтезируются фрагменты Оказаки длиной 1000-2000 нуклетидов.
6. ДНК-лигаза соединяет (сшивает) отдельные фрагменты Оказаки.
За один митотический цикл ДНК клетки полностью реплицируется только один раз. Пока полностью не закончится репликация ДНК, не происходит деления клетки.
Репликация ДНК и про- и эукариот в основных чертах протекает сходно. Однако скорость репликации у эукариот составляет около 100 нуклеотидов в секунду, что на порядок ниже, чем у прокариот (1000 н/сек). Это необходимо для высокой точности репликации ДНК (1 ошибка на 100.000 нуклеотидов). Но благодаря наличию множества точек Ori репликация ДНК у эукариот происходит достаточно быстро.