Тема 9. Строение и функции днк

Цель: изучить строение и функции дезоксирибонулеиновой кислоты.

Задачи обучения:

изучить химическую организацию ДНК, способы записи генетической информации и организации генетического материала в клетке

Основные вопросы темы:

1. Структурная организация ДНК.

2. Указать структурные особенности ДНК.

3. Комплементарность цепей ДНК.

4. Строение дезоксинуклеопротеида.

5. Уникальные свойства ДНК

6. Типы хроматинового вещества в клетке

Информационный блок:

Известны два класса нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Среди прочих химических веществ ДНК была выделена в отдельную группу в 1 869 г. Однако строение и трехмерную структуру ДНК удалось расшифровать английскому ученому Ф.Крику и американскому Дж.Уотсону только в 1 953 г. Ими была построена модель ДНК. Она представляет собой двойную спираль, оба тяжа которой скручены вокруг воображаемой оси. Боковыми сторонами этой спирали являются остатки фосфорной кислоты и сахара дезоксирибозы, а поперечными перекладинами - 4 азотистых основания: пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (цитозин и тимин)

Расположение их в обеих цепях комплементарно: пуриновое основание - аденин (А) одной цепи соединено с пиримидино-вым - тимином (Т), а гуанин (Г) соединен с цитозином (Ц) . Поэтому количество аденина в ней всегда равно тимину, а гуанина - цитозину: А+Г = Т+Ц. Остатки молекулы фосфорной кислоты, сахара дезоксирибозы и азотистого основания в совокупности составляют нуклеотид. Основная масса ДНК находится в ядре в связи с ядерными белками, часть же ее локализуется в митохондриях. Длина молекулы ДНК измеряется в нуклеотидах или парах оснований. В человеческом организме молекула ДНК представлена 3,2 миллиарда пар оснований (нуклеотидов). Данные рентгеноструктурного анализа, показали, что молекула ДНК, состоящая из двух цепей, образует спираль, закрученную вокруг собственной оси. Диаметр спирали составляет 2 нм, длина шага- 3,4 нм, в каждый виток входит 10 пар нуклеотидов. Чаще двойные спирали являются правозакрученными – β – форма.

Таким образом в структурной организации молекулы ДНК выделяют 3 структуры:

1. Первичная структура – полинуклеотидная цепь;

2. Вторичная структура – две комплементарные друг другу и антипараллельные полинуклеотидные цепи, соединенными водородными связями;

3. Третичная структура – трехмерная спираль с приведенными выше пространственными характеристиками;

Физическая длина ДНК составляет примерно два метра, и вызывает удивление громадная суперспирализация этой молекулы в ядре каждой клетки человеческого организма. В покоящихся клетках ДНК деспирализована, и это состояние является наиболее функциональным. Для процесса самовоспроизводства ДНК необходимо, чтобы ее нити находились в свободном, а не в суперупакованном состоянии. При работе генов также происходит локальное раскручивание ДНК. Каждый ген отвечает за производство только одного белка или даже субъединицы белка или, реже, за различные типы рибонуклеиновых кислот (тРНК, рРНК, мРНК).

Сохранение генетической информации в ДНК в виде определенной последовательности нуклеотидов обеспечивается за счет особого процесса, предшествующего делению любой клетки человеческого организма, который называется репликацией. Сущность этого процесса состоит в том, что в делящихся клетках ДНК в особый период интерфазы (S) фермент нуклеза разрывает водородные связи, которые удерживают нуклеотиды обеих цепей. В результате этого процесса цепи на концах ДНК разъединяются на две половины (две одноцепочечные нити) и образуют вилку (вилки) репликации. При этом в репликационной вилке как бы освобождаются зубцы азотистых оснований. В цитоплазме ядра всегда имеются свободные нуклеотиды. При помощи водородных связей под действием ферментного комплекса ДНК-полимеразы они комплементарно подстраиваются к азотистым основаниям этих однонитевых цепей, образуя вначале фрагменты, а затем и две двуспиральные нити ДНК, совершенно похожие на материнскую ДНК. В клетках человека ДНК связана с белками, образуя дезоксинуклеопротеид.

Этот комплекс с входящими в него и другими компонентами (РНК, липиды, полисахариды и др.) обозначается как хроматин. В хромосоме различают генетически активные (эухроматин) и неактивные (гетерохроматин) участки, которые соответствуют по-разному спирализованным участкам дезоксинуклеопротеида.

Самостоятельная работа студентов:

Раб 1. Зарисуйте фрагмент этой молекулы в альбом с обозначением всех ее компонентов:

Раб 2. Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующий состав нуклеотидов: 3^/..... ТАААГААТАЦГГТТАТААТГАГГА..... 5^/. Напишите последовательность нуклеотидов второй цепи.

Раб.3. Запишите правило Чаргаффа.

Виды контроля:

1. Контроль исходного уровня знаний

2. Разбор результатов самостоятельной работы студентов

3. Контроль итогового уровня знаний

Методы обучения и преподавания: проведение практических занятий, работа с компьютерными моделями и микропрепаратами.