Модуль 3. МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ

Модульная единица 1. БИОСИНТЕЗ ДНК И РНК. РЕПАРАЦИЯ ОШИБОК И ПОВРЕЖДЕНИЙ ДНК

Цели изучения

Уметь:

1. Использовать знания о биосинтезе ДНК и РНК для понимания процессов роста и развития организма.

2. Интерпретировать сведения о работе репарирующих ферментов как об основе устойчивости генетического материала к повреждающим воздействиям внешней и внутренней среды.

3. Объяснять, что снижение эффективности репарации сопровождается накоплением ошибок в геноме и является причиной онкологических болезней и старения.

Знать:

1. Строение и функции ДНК и разных видов РНК.

2. Механизмы репликации и репарации ДНК.

3. Синтез и посттранскрипционные модификации разных видов РНК.

ТЕМА 3.1. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ДНК И РНК

1. ДНК и РНК представляют собой линейные полимеры, построенные из нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, являющегося производным пурина или пиримидина, пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. В состав любой из нуклеиновых кислот входят два производных пурина (аденин, гуанин) и два производных пиримидина: в РНК - цитозин и урацил, а в ДНК - цитозин и тимин (табл. 3.1 и 3.2).

Таблица 3.1. Строение нуклеотидов РНК

Таблица 3.2. Строение нуклеотидов ДНК

Первичная структура нуклеиновых кислот (НК) - это порядок чередования нуклеотидов в полинуклеотидной цепи, связанных между собой 3',5'-фосфодиэфирной связью. Образующиеся полимеры имеют фосфатный остаток на 5'-конце и свободную -ОН-группу пентозы на 3'-конце (рис. 3.1). Штрихами обозначают углеродные атомы пентозы для того, чтобы отличать их от атомов, входящих в азотистые основания.

Для краткого изображения последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах пользуются однобуквенным кодом. При этом запись осуществляют слева направо таким образом, что первый нуклеотид имеет свободный 5'-фосфатный конец, а последний -ОН-группу в 3'-положении рибозы или дезоксирибозы.

Рис. 3.1. Первичная структура нуклеиновых кислот.

Х = Н для ДНК, Х = ОН для РНК

Связи в молекуле нуклеиновых кислот:

1 - 5'-фосфоэфирная; 2 - N-гликозидная; 3 - 3' ,5'-фосфодиэфирная

2. Пространственная структура ДНК. Вторичная структура представляет собой правозакрученную спираль (рис. 3.2), в которой две полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно и удерживаются относительно друг друга за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями: А = Т и G ≡ С.

Цепи молекулы ДНК не идентичны, но комплементарны друг другу: если известна первичная структура одной цепи, то последовательность нуклеотидов другой цепи задается правилом комплементарности оснований: Т одной цепи соответствует А, а С - G в другой цепи. Поэтому в молекуле ДНК количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых нуклеотидов (А = Т), а количество гуаниловых равно количеству цитидиловых нуклеотидов (G = С). Соотношение А + Т / G + С - величина постоянная и является видоспецифической характеристикой организма. Основания нуклеотидов обращены внутрь молекулы и лежат в одной плоскости, которая практически перпендикулярна оси спирали. Между основаниями, расположенными друг под другом, возникают гидрофобные взаимодействия. Дезоксирибозофосфатные остатки образуют остов спирали. На один виток спирали приходится 10 нуклеотидных пар.

Рис. 3.2. Двойная спираль ДНК.

Аденин и тимин связывают две, а гуанин и цитозин - три водородные связи

Третичная структура ДНК формируется в результате ее взаимодействия с белками. Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому, в составе которой разнообразные белки связываются с отдельными участками ДНК и обеспечивают суперспирализацию и компактизацию молекулы. В период покоя комплексы ДНК с белками распределены равномерно по объему ядра, образуя хроматин. Белки хроматина включают две группы: гистоны и негистоновые белки.