Особенности строения и уровни организации ДНК.
Структура дезоксирибонуклеиновой кислоты
Нуклеиновые кислоты имеют первичную, вторичную и третичную структуру.
Первичная структура ДНК
Первичной структурой ДНК называют линейную полинуклеотидную цепь, в которой мононуклеотиды соединены 3', 5'-фосфодиэфирными связями. Азотистые основания не принимают участия в соединении нуклеотидов одной цепи.
Линейная цепь ДНК, длина которой зависит от числа входящих в цепь нуклеотидов, имеет два конца: один называется 3'-концом и содержит свободный гидроксил, а другой - 5'-концом, содержит остаток фосфорной кислоты. Цепь полярна и может иметь напрвление 5'->3' и 3'->5'. Исключением являются кольцевые ДНК.
Генетический "текст" ДНК составлен с помощью кодовых "слов" - триплетов нуклеотидов, называемых кодонами. Участки ДНК, содержащие информацию о первичной структуре всех типов РНК, называют структурными генами.
Полинуклеодитные цепочки ДНК достигают гигантских размеров, поэтому в клетке они упакованы определенным образом.
Изучая состав ДНК, Чаргафф (1949) установил важные закономерности, касающиеся содержания отдельных оснований ДНК. Они помогли раскрыть вторичную структуру ДНК. Эти закономерности называют правилами Чаргаффа.
Правила Чаргаффа
1. Количество аденина (А) равно количеству тимина (Т), а ко- личество гуанина (Г) – количеству цитозина (Ц): А = Т, Г = Ц;
2. Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А+Г = Т+Ц.
|
|
|
Нуклеотидный состав РНК подобным правилам не подчиняется.
На основании этих правил в том числе, в 1953 г. Уотсон и Крик предложили модель вторичной структуры ДНК, получившую название двойной спирали.
Вторичная структура ДНК
Вторичная структура ДНК - это двойная спираль, модель которой была предложена Д.Уотсоном и Ф.Криком в 1953 году.
Вторичная структура ДНК представляет собой двухцепочечную спираль, из двух длинных полинуклеотидных цепей, закрученных относительно общей оси. Сахарофосфатный скелет обеих цепей обращён наружу от оси спирали, а азотистые основания обращены внутрь спирали.
Две цепи удерживаются вместе с помощью водородных связей между азотистыми основаниями (аденин образует две связи с тимином, а гуанин — три связи с цитозином), гидрофобных связей,стэкинг-взаимодействий и ионных связей. Одна цепь ДНК комплементарна другой, при этом цепи антипараллельны.
ДНК обладает структурной гибкостью и существует в нескольких формах:
В-форма- основная форма ДНК (10 комплементарных пар). Плоскости азотистых оснований в В-форме перпендикулярны оси симметрии. Соседние комплемнтарные пары в В-форме повернуты, друг относительно друга на 36 градусов.
|
|
|
А-форма 11 пар оснований на один виток. Плоскости азотистых оснований отклонены от оси на 20 градусов, есть пустоты.
С-форма 9,3 пар оснований.
А, В, С-формы правозакрученные.
Z-форма левозакрученная-шаг спирали больше 12 пар.
В двойной спирали различают большую и малую бороздки — это расстояния между сахарофосфатными остовами обеих цепей в двойной спирали.
Химические связи, стабилизирующие вторичную структуру ДНК:
1.Стэкинг-взаимодействия:пары оснований, уложенные в спирали «стопками» удерживаются силамиВан-дер-Ваальса. И несмотря на то, что связи между 2 парами оснований крайне слабые, их большое количество во всей молекуле ДНК является важным фактором её стабилизации.
2.Гидрофобные связи: гидрофобные азотистые основания «погружены» внутрь спирали и взаимодействуют друг с другом, это придаёт спирали дополнительную стабильность.
3.Водородные связи образуются между азотистыми основаниями цепей. Между аденином и тимином — 2 водородных связи, а между гуанином и цитозином — 3.
4.Электростатические взаимодействия: электростатическое отталкива-
ние между отрицательно заряженными остатками фосфорной кислоты дестабилизирует спираль ДНК, однако эти эффекты минимизированы присутствием ионов Mg2+ и катионных белков (богатых лизином и аргинином).
|
|
|
Oсновные функции ДНК:
-ДНК является носителем генетической информации, что обеспечивается фактом существования генетического кода.
-Воспроизведение и передана генетической информации в поколениях клеток и организмов. Эта функция обеспечивается процессом репликации.
-Реализация генетической информации в виде белков, а также любых других соединений, образующихся с помощью белков-ферментов. Эта функция обеспечивается процессами транскрипции и трансляции.
Формы ДНК:
1)Суперспирализированная форма - отмечается при выделении из ядра клетки без повреждения пентозо-фосфатного остова. Имеет форму сверхскрученных замкнутых колец. В сверхскрученном состоянии двойная спираль ДНК хотя бы один раз "перекручена сама на себя", т. е. содержит хотя бы один супервиток (принимает форму восьмерки).
2)Релаксированное состояние ДНК - наблюдается при одиночном разрыве (разрыве одной нити). При этом супервитки исчезают и ДНК принимает форму замкнутого кольца.
3)Линейная форма ДНК - наблюдается при разрыве двух нитей двойной спирали.
Третичная структура
Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. В диплоидных клетках человека содержится 46 хромосом. Общая длина ДНК всех хромосом клетки составляет 1,74 м, но она упакована в ядре, диаметр которого в миллионы раз меньше. Чтобы расположить ДНК в ядре клетки, должна быть сформирована очень компактная структура. Компактизация и суперспирализация ДНК осуществляются с помощью разнообразных белков, взаимодействующих с определёнными последовательностями в структуре ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы: гистоновые и негистоновые белки. Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином.
|
|
|
Гистоны - белки с молекулярной массой 11-21 кД, содержащие много остатков аргинина и лизина. Благодаря положительному заряду гистоны образуют ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами, расположенными на внешней стороне двойной спирали ДНК.
Существует 5 типов гистонов. Четыре гистона Н2А, Н2В, НЗ и Н4 образуют октамерный белковый комплекс (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)2, который называют "нуклеосомный кор". Молекула ДНК "накручивается" на поверхность гистонового октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нуклеоти-дов). Такой комплекс гистоновых белков с ДНК служит основной структурной единицей хроматина, её называют "нуклеосома". ДНК, связывающую нуклеосомные частицы, называют линкерной ДНК. В среднем линкерная ДНК составляет 60 пар нуклеотидных остатков. Молекулы гистона H1 связываются с ДНК в межнуклеосомных участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от действия нуклеаз.
В ядре каждой клетки присутствует около 60 млн молекул каждого типа гистонов, а общая масса гистонов примерно равна содержанию
ДНК. Аминокислотные остатки лизина, аргинина и концевые аминогруппы гистонов могут модифицироваться: ацетилироваться, фосфорилироваться, метилироваться или взаимодействовать с белком убиквитином (неги-стоновый белок). Модификации бывают обратимыми и необратимыми, они изменяют заряд и конформацию гистонов, а это влияет на взаимодействие гистонов между собой и с ДНК. Активность ферментов, ответственных за модификации, регулируется и зависит от стадии клеточного цикла. Модификации делают возможными конформационные перестройки хроматина.
Негистоновые белки хроматина
В ядре эукариотической клетки присутствуют сотни самых разнообразных ДНК-связывающих негистоновых белков. Каждый белок комплементарен определённой последовательности нуклеотидов ДНК. К негистоновым белкам принадлежат ферменты репликации, транскрипции и репарации. При участии структурных, регуляторных белков и ферментов, участвующих в синтезе ДНК и РНК, нить нуклеосом преобразуется в высококонденсированный комплекс белков и ДНК.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 514; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!