Реферати українською » Биология » Молекули генетичного апарату


Реферат Молекули генетичного апарату

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Зміст

Молекули генетичного апарату

1. Структура і поведінку ДНК

а. Компоненти молекули ДНК і що з'єднують їх хімічні зв'язку

б.Спиральная структура ДНК

в. Альтернативні форми подвійної спіралі ДНК

р. Розмір молекул ДНК

буд. Розмаїття форм ДНК

е.Денатурация іренатурация ДНК

ж. Упаковка ДНК в хромосомах

2. Структура і поведінку РНК

а. Типи РНК та його поширеність

б. Компоненти молекули РНК і що з'єднують їх хімічні зв'язку

в. Структура РНК

р.Денатурация іренатурация РНК

буд.Гибридние спіраліДНК-РНК

3. Структура білків

а. Компоненти білків і що з'єднують їх хімічні зв'язку

б. Розмір і форма білків

в. Чим визначається конформація білка


Молекули генетичного апарату

Генетична інформація в усіх клітин закодована як послідовності нуклеотидів в дезоксирибонуклеїнової кислоті. Перший етап реалізації цієї інформації полягає у освіті спорідненої ДНК молекули -рибонуклеиновой кислоти, що у своє чергу бере участь у синтезі специфічних білків.Фенотипические ознаки будь-якого організму зрештою виявляється у розмаїтті й кількості білків, кодованих ДНК. Інформаційна зв'язок між молекулами генетичного апарату - ДНК, РНК і білками.

Щоб генетична інформація могла передаватися від однієї покоління клітин до іншого, має відбуватися реплікація ДНК - процес, під час якого батьківські молекули ДНК подвоюються і далі розподіляють між нащадками. Цей процес відбувається має здійснюватися з великою точністю, а ушкодження чи випадкові помилки, які виникли у ДНК під час циклів реплікації чи торгівлі між ними, необхідно виправити колись, що вони потраплять в геноми нащадків. З іншого боку, на формування фенотипу генетична інформація повиннаекспрессироваться. В усіх клітинних організмів експресія генів включає копіювання ДНК із заснуванням РНК і подальшу трансляцію РНК в білки. При транскрипції утворюється кілька типів РНК. Окремі, матричні РНК, кодують білки, інші беруть участь у різних процесах, необхідні складання повноцінного білка. ДНК як кодує ферментативний апарат клітини; бере участь у процесах репарації, а за певних умов у ній можуть відбуватися перебудови.Репликация, репарація і перебудови ДНК - ключові процеси, з допомогою яких організми підтримують властивий їм фенотип і змінюють його.

В багатьох вірусів генетична інформація також закодована в ДНК. Механізми реплікації, репарації, перебудови і джазової експресії вірусної ДНК аналогічні механізмам, що використовуються клітинами інших організмів. Геном деяких вірусів представлений не ДНК, а РНК.Геномная РНК таких вірусів або безпосередньо транслюється в білки, або має генетичної інформацією, яка потрібна на синтезу молекул РНК, які у своє чергу транслюються в білки. Ті віруси, які мають геном представлений РНК протягом усього життєвого циклу, повинні саміреплицировать батьківську РНК щоб одержати потомства вірусних частинок. Існує клас ретровірусів, репродуктивний цикл яких починається сіло, що й генетична інформація під час так званої зворотної транскрипції перекладається мову ДНК. Отримані копії ДНК, чи провіруси, здатні до реплікації й експресією тільки після інтеграції в хромосомну ДНК клітини. У такій інтегрованої формі вірусні геномиреплицируются разом із ДНКклетки-хозяина, й у освіти нової генерації вірусних геномів імРНК, потрібної для синтезу вірусних білків, вони використовуютьтранскрипционний апарат клітини.

Ключовим моментом у передачі генетичної інформації між нуклеїновими кислотами, чи це реплікація, транскрипція чи зворотна транскрипція, і те, що молекула нуклеїнової кислоти використовують у ролі матриці в спрямованої складанні ідентичних чи родинних структур. Як відомо, інформація, що зберігається у білках, немає для складання відповідних нуклеїнових кислот, тобто. зворотна трансляція не виявлено. Проте, білки грають ключову роль процесах передачі як між нуклеїновими кислотами, і від нуклеїнових кислот до білків.

 


1. Структура і поведінку ДНК

а. Компоненти молекули ДНК і що з'єднують їх хімічні зв'язку

З допомогою хімічних і фізичних методів встановлено, що ДНК - це полімер, що з чотирьох різних, але родинних мономерів. Кожен мономер -нуклеотид - містить одна з чотирьохгетероциклических азотистих підстав: аденін, гуанін,цитозин читимин, що здезоксирибозофосфатом. Довгіполинуклеотидние ланцюга утворюються шляхом сполукидезоксирибозних залишків сусідніх нуклеотидів з допомогоюфосфодиефирних зв'язків. Кожен фосфат з'єднуєгидроксильную групу при3-углеродном атомідезоксирибози одногонуклеотида зОН-группой при5-углеродном атомідезоксирибози сусідньогонуклеотида.

Частота народження у певному сусідстві будь-яких двох підстав в ДНК-бактерій, бактеріофагів і дріжджів залежить від кількісного утримання цих підстав в ДНК. Частота народження5'-CG-3' і5'-GC-3' в ДНКпрокариот майже однакова і близька до випадкової; той самий можна згадати ідинуклеотидах5'-GA-3' і5'-AG-3'. Однак у ДНК тварин, вірусів тварин і звинувачують рослин частоти народження5'-CG-3' сягають від 1/2 до 1/5 частот5'-GC-3'. Отже, послідовність5'-CG-3' є у ДНК вищихеукариот нечасто; це пов'язано з здатністю даногодинуклеотида служити мішенню приметилировании і з його роллю в регуляції експресії генів.

Після закінчення циклу синтезу ДНК деякіпуриновие іпиримидиновие підстави можуть піддаватися хімічної модифікації. У результаті деяких ДНК містяться5-метилцитозин,5-гидроксиметилцитозин,5-гидроксиметилурацил іN-метиладенин. У ДНК деяких бактеріофагів догидроксиметильной групігидроксиметилцитозина приєднано з допомогоюгликозидной зв'язку моно - чидисахариди. ДНК більшості нижчихеукариот і безхребетних містять щодо мало5-метилцитозина іN'-метиладенина. Проте в хребетнихметилирование підстав - поширене явище, причому найпоширеніший5-метилцитозин. Показано, що як 95%метильних груп у ДНК хребетних міститься у залишкахцитозина рідко можна зустрітиCG-динуклеотидов і більше 50% такихдинуклеотидовметилировано. Існують чіткі свідчення про те, що ступінь метилування деякихCG-содержащих послідовностей є важливий чинник регуляції експресії певних генів. У рослин5-метилцитозин можна знайти удинуклеотидахCG ітринуклеотидахCNG.

б.Спиральная структура ДНК

З допомогою фізико-хімічних, електронно-мікроскопічних і рентгеноструктурних методів показано, більшість молекул ДНК є довгі, гнучкі, ниткоподібні структури. Ці ж методами встановлено, що молекула ДНК має майже постійний діаметр і складається з регулярно розташованих повторюваних ланок, причому її структура залежить від нуклеотидного складу. Отже, на відміну білків, двох - і тривимірна структура яких обов'язково залежить від складу і близько розташування амінокислот, молекула ДНК у звичайних обставинах незалежно віднуклеотидном складі - й порядку розташування чотирьох нуклеотидів є абсолютно регулярну практично ідентичну у всій довжині структуру. Такі певною мірою парадоксальні хімічні і її фізичне властивості ДНК народжуються особливостями її структури.

Молекула ДНК звичайно знаходиться у вигляді подвійної спіралі,образуемой двомаполинуклеотидними ланцюгами,обвивающимися одна навколо інший. Двадезоксирибозофосфатних остова, розташовані на периферії молекули, маютьантипараллельную орієнтацію. У найчастіше трапляється структурної форміпуриновие іпиримидиновие підстави у кожної ланцюга покладені в стоси з інтервалом 0,34 нм і передано всередину спіралі; площині кілець приблизно перпендикулярні оптичної осі спіралі. Спіраль робить повний оборот кожні 3,4 нм, тобто. через кожні 10 підстав. На зовнішньої його поверхні єжелобка - великий малий.

>Азотистие підстави чотирьох нуклеотидів ДНК не між собою у кількісному співвідношенні 1:

1. Навпаки,молярние відносини двохпуринов, Проте й G, і двохпиримидинов, Т і G, різні для ДНК різних організмів. У той самий час співвідношення міжпуринами іпиримидинами постійно зростає і залежить від джерела ДНК, саме: змістпуринових нуклеотидів завжди одно зміступиримидинових нуклеотидів; число А одно числу Т, і аналогічно для G і З. Ці факти і що стали основою припущення, щопуриновие іпиримидиновие нуклеотиди в ДНК спарені, а подвійна спіраль стабілізується з допомогою водневих перетинів поміжпуринами ланцюжка ДНК іпиримидинами інший.

Два зазначених типу пар підстав, AT іGC, зазвичай званих комплементарними парами, переважають переважно ДНК. УАТ-паре підстави з'єднані двома водневими зв'язками: одне з них утворюється міжамино-икето-группами, іншу - між двома атомами азоту пурину іпиримидина відповідно. УGC-паре є три водневі зв'язку: дві їх утворюються міжамино- ікето-группами відповідних підстав, а третя - між атомами азоту. Освіта пар між двомапуринами, двомапиримидинами чинекомплементарними підставамистерически утруднено, оскільки цьому що неспроможні утворюватися підходящі водневі зв'язку й, отже, порушується геометрія спіралі. Модифікованіпурини іпиримидини, з низькою частотою які в ДНК, утворюють таку ж водневі зв'язку, що їїнемодифицированние аналоги; цим правило спарювання не порушується. Відповідно до цих правилам, послідовність підстав лише у ланцюга визначає їх послідовність на другий.Комплементарность послідовності підстав у двохполинуклеотидних ланцюгах - ключове властивість ДНК.

Додаткова стабілізація подвійної спіралі забезпечуєтьсямежплоскостними взаємодіями ароматичних кілець сусідніх підстав. Розмірикомплементарних пар підстав практично однакові; приблизно однакові також куток і напрям зв'язкудезоксирибоза-основание. Відстань між сусідніми підставами одно 0,34 нм, а кут, який вони повернені друг щодо друга, - 36°. З усіх цих даних слід, що діаметр спіралі постійний, а число пар підстав на виток спіралі одно 10. Точних даних розташування, орієнтації у просторі і розмірах різних складових ДНК отримано методом рентгеноструктурного аналізу волокон ДНК.

в. Альтернативні форми подвійної спіралі ДНК

Усі, про що ми говорили, стосувалося найпоширенішої, так званоїВ-форми подвійної спіралі ДНК. Відомі також дві іншіизомерних типу подвійної спіралі. Вони тому, щовалентние кути між підвалинами будівель та цукром можуть змінюватися, адезоксирибозное каблучку йсахарофосфатний остов досить гнучкі, щоб могли сформуватися альтернативні конфігурації. Рідко яка трапляєтьсяА-форма, існуюча лише за зниженою вологості, відрізняється відВ-форми тим, що площині підстав складають із перпендикуляром до осі спіралі кут 20°. Тому відстань між парами підстав за вертикаллю зменшується до 0,29 нм, а число пар на виток збільшується до 11-12. Яка біологічна функціяА-формиДНК-пока неясно.

Характерною ознакоюВ-форми ДНК і те, щосахарофосфатние остови обох ланцюгів утворюють праву спіраль. Проте за певних умов ділянки ДНК, котрим характерно чергуванняпуринових іпиримидинових нуклеотидів, приймають форму лівої спіралі. У цьому відстань між сусідніми парами підстав збільшується до 0,77 нм, а число пар однієювиток-до 12.Остов молекули ДНК має зиґзаґоподібний вид, тому таку форму отримав назвуZ-ДНК. Питання, може бутиZ-ДНК у природних умовах й утворюється вона у певних ділянкахВ-спирали під впливом специфічних білків, здатних переводитиВ-форму вZ-форму, зараз інтенсивно досліджується.

р. Розмір молекул ДНК

Зазвичай розмір молекули ДНК виявляється у числі пар нуклеотидів, у своїй за одиницю береться тисяча пар нуклеотидів. Мовляв. маса однієї т.п. зв.В-ДНК дорівнює загалом 6,6"105, та її довжина становить 340 нм. Якщо прийняти це всіх заходів, ніж зруйнувати ДНК при виділенні, і використовувати м'які методи виміру довжини, з'ясуємо дивовижне відповідність між довжиною молекули ДНК та величезною кількістю однієї невеличкої хромосоми. Так, молекули ДНК єдиних хромосом, у тому числі складаються геноми бактеріофагів X іТ4, і навітьадено - ігерпесвирусов, мають довжину, відповідну числу пар підстав лише у хромосомі, складової геном кожного з цих вірусів. Повний геном E.coli також представлений єдиною молекулою ДНК і має довжину 1,4 мм. Є підстави вважати, що кожна з хромосом дріжджів, Drosophila і навіть людини складається з однієї молекули ДНК розміром від кількох основних десятків тисяч до багатьох пар нуклеотидів.


буд. Розмаїття форм ДНК

Існуюче донедавна думка у тому, щоВ-ДНК - це абсолютна подвійна спіраль, геометрія якої однакова незалежно від нуклеотидної послідовності, насправді недоречно. Докладнийрентгеноструктурний аналіз, побудова моделей ітермодинамические розрахунки показали, що площині сусідніх пар підстав не суворо рівнобіжні. Кожнакомплементарная пара підстав є хіба що клином,отклоняющим вісь спіралі щодо одного чи у якомусь напрямі. Найбільший "крен" спостерігається тоді, коли дві сусідні аденіну лише у ланцюга спарені з цими двоматиминами інший. Тут відбувається локальне викривлення спіралі. Якщо такі пари зустрічаються з періодичністю приблизно одного разу на 10 пар, то молекула ДНК набуває помітно спотворену форму.Искривленная, чи вигнута, структура була, наприклад, виявлено в лінійних фрагментах ДНКкинетопластовтрипаносомиLeishmanialtarentolae по аномально малої рухливості цих фрагментів приелектрофорезе вполиакриламидном гелі.Изгиби в молекулі ДНК спостерігаються у його ділянках послідовності, де з незвичайно високої частотою зустрічаються повтори 5-6, розділеніGC-богатими ділянками з чотирьох-шести нуклеотидів. Біологічна роль викривлення ДНК остаточно не встановлено.Предрасположенность до такогоизгибанию, що залежить від послідовності підстав, може мати значення принамативании молекули ДНК нагистоновиеоктамери вхроматине. Можливо, згинання ДНК істотно, і при специфічному зв'язуванні ДНК з білками у процесі регуляції експресії генів.

ДНК може у лінійної чи кільцевої формі.Бактериальние плазміди, хромосоми деяких бактерій, більшість мітохондріальних іхлоропластних ДНК, геноми вірусів ссавців представлені єдиноюковалентно замкнутої кільцевоїдуплексной молекулою ДНК.Хромосомабактериофага X різних стадіях життєвого циклу існує те, як лінійна молекула, те, як замкнута кільцева структура, те, як кільце з розривами. Очевидно, ніякого верхньої межі для розміру кільцевоїдвухцепочечной молекули ДНК немає.

ДНК у клітині звичайно знаходиться комплексно з білками. Пов'язаний білок злегка розкручує спіраль ДНК, й число витків спіралі на одиницю довжини дедалі менше, ніж в вільноїВ-ДНК. При видаленні білка відновлюється звичайне числоправозакрученних витків спіралі. У лінійної молекулі ДНК це відбувається досить легко, оскільки обидві ланцюга вільно обертаються одна навколо інший. У замкнутої ж кільцевої молекулі загальна кількість витків спіралітопологически фіксоване, і кількість оборотів ланцюжка навколо інший може бути змінено без компенсаторного освіти витків протилежного знака десь у іншому місці молекули. Отже, коли природні кільцевідуплекси звільняються й від білків, із якими часто бувають пов'язані invivo, відбувається таке:

1) числоправозакрученних витків спіралі зростає до величини, властивійВ-ДНК;

2) у самомудуплексе утворюється стільки ж витків протилежного знака, щоб компенсувати збільшенняскрученности спіралі. Про такі молекулах кажуть, що вони мають негативноюсверхспиральностью. При внесенні одного розриву всверхспиральную кільцеву ДНКсверхспиральность знімається і кільцева структура перетворюється нарелаксированное стан, у якому топологічні обмеження відсутні. Будь-які хімічні чи фізичні зміни, що призводять до зменшення числа витків спіралі на молекулу, зменшують чи взагалі знімають негативнусверхспиральность в замкнутої кільцевої ДНК.

Не все ДНК invivo єдвухцепочечними. Геноми деяких дрібних вірусів бактерій, рослин та тварин єковалентно замкнуті кільця, котрі перебувають тільки з ланцюжка. Усі відоміодноцепочечние кільцеві ДНК щодо малі: ДНК бактеріофагівфХ174 і М13 містять приблизно 5300 і 6000 нуклеотидів й мають довжину 1,5-2мкм; довжина молекул ДНКпарвовирусов тварин і звинувачують деяких вірусів рослин

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація