Aruanne

Kehakultuuri ja Spordi Instituudi 13. rühma 1. kursuse õpilased

Tervisepuudega inimeste kehakultuuriteaduskond (adaptiivne kehakultuur)

Razmus Alena

Semenova Jekaterina

teemal: "Nukleiinhapped".

Nukleiinhapped. Definitsioon. Avamine. Liigid nukleiinhapped.

Nukleotiid. Ühend. Struktuur.

Chaargafi reegel

DNA. Watsoni ja Cricki mudel. Struktuur. Ühend. Funktsioonid.

RNA. Koostis ja selle mitmekesisus.

DNA on kandja pärilikku teavet.

Lühikokkuvõte.

Nukleiinhapped.

Nukleiinhapped (Nk) – biopolümeerid, mis tagavad päriliku (geneetilise) informatsiooni säilitamise ja edastamise elusorganismides.

NK-d kirjeldas esmakordselt 1868. aastal Šveitsi biokeemik Friedrich Miescher (1844-1895) .

Mädas sisalduvatest rakujäänustest eraldas ta aine, mis sisaldas N 2 ja P. Teadlane andis sellele ainele nime nukleiin(lat. tuum - tuum), uskudes, et see sisaldub ainult rakkude tuumades. Hiljem nimetati selle aine mittevalguline osa nukleiinhape.

Looduses on nukleiinhappeid kahte tüüpi, mis erinevad koostise, struktuuri ja funktsioonide poolest. Ühte nimetatakse DNA-ks (disoksüribonukliinhape) ja teist RNA-ks (ribonukliinhape).

Nukleiinhapped – need on kõige olulisemad biopolümeerid, mis määravad elusolendite põhiomadused.

Nukleotiidid. Ühend. Struktuur.

DNA– on polümeeri molekul, mis koosneb kümnetest tuhandetest või miljonitest monomeeridest – desoksüribonukleotiidid.

DNA molekulide suuruse määramine sai võimalikuks alles pärast spetsiaalsete meetodite väljatöötamist: elektronmikroskoopia, ultratsentrifuugimine, elektroforees. Täieliku hüdrolüüsi korral lagunevad need molekulid puriin- ja peürimidiini alusteks, viisnurkseks monosahhariidiks desoksüriboosiks ja fosforhappeks.

Puriini alused - puriini derivaadid. Nende hulka kuuluvad nukleiinhappeühendid adeniin Ja guaniin:

Pürimidiini alused nukleiinhapetes sisalduv - tsütosiin Ja tümiin DNA-s tsütosiin Ja uratsiil RNA-s on need pürimidiini derivaadid:

Tümiin erineb uratsiilist metüülrühma (-CH3) olemasolu poolest. Puriini ja pürimidiini aluseid nimetatakse lämmastikku sisaldavad alused.

Nukleiinhapete kerge hüdrolüüs andis ühendeid, mille desoksüriboos oli N2 aatomi kaudu seotud puriin- või pürimidiini alusega. Selliseid ühendeid nimetatakse nukleosiidid. Nukleosiidid, ühinedes ühe fosforhappe molekuliga, moodustavad keerukamaid aineid - nukleotiidid. Need on DNA ja RNA nukleiinhapete monomeerid.

Niisiis, Nukleotiid koosneb lämmastikaluse, suhkru-pentoosi ja fosforhappe jääkidest.

Erwin Chaargafi reegel.

DNA nukleotiidide koostist analüüsis esmakordselt kvantitatiivselt Ameerika biokeemik Erwin Chaargaf, kes 1951. aastal tõestas, et DNA sisaldab nelja alust. E. Chaargaf avastas, et kõigis tema uuritud liikides oli puriinaluse adeniini kogus (A) võrdne pürimidiinaluse tümiini kogusega (T), st. A=T.

Samamoodi puriini aluse guaniini kogus (G) alati võrdne tsütosiini pürimidiini aluse kogusega (C), st. G=C. Seega puriini DNA arv on alati võrdne pürimidiini DNA arvuga, st. adeniini kogus võrdub imiini kogusega ja guaniini kogus on võrdne tsütosiini kogusega. Seda mustrit nimetatakse Chaargafi reeglid.

DNA Watsoni ja Cricki mudel. Struktuur. Ühend. Funktsioonid.

1950. aastal inglise füüsik Maurice Hugh Wilkins sai DNA röntgenpildi. Ta näitas, et DNA molekulil on teatud sekundaarne struktuur, mille dekodeerimine aitaks mõista DNA toimimismehhanismi. Lubatud on kõrgelt puhastatud DNA-ga saadud röntgenpildid Rosalind Franklin, Wilkinsi kolleeg, vaata selget ristikujulist mustrit – topeltspiraali tunnusmärki. Samuti sai teatavaks, et nukleotiidid asuvad üksteisest 0,34 nm kaugusel ja neid on spiraali pöörde kohta 10. DNA molekuli läbimõõt on umbes 2 nm. Röntgendifraktsiooni andmete põhjal jäi aga ebaselgeks, kuidas ahelaid DNA molekulides koos hoiti.

Pilt sai täiesti selgeks 1953. aastal, kui Ameerika biokeemik James Watson ja inglise füüsik Francis Crick jõudsid DNA struktuuri kohta teadaolevate andmete totaalset kaalutledes järeldusele, et suhkrufosfaadi karkass asub DNA perifeerias. DNA molekul ning puriini ja pürimidiini alused on keskel. Veelgi enam, viimased on orienteeritud nii, et vastasahelate aluste vahele võivad tekkida vesiniksidemed. Nende ehitatud mudelist selgus, et ühes ahelas olev puriin on alati vesinikuga seotud teise ahela vastassuunalise pürimidiiniga.

Sellised paarid on kogu molekuli pikkuses ühesuurused. Sama oluline on see, et adeniin saab paarituda ainult tümiiniga ja guaniin ainult tsütosiiniga. Sel juhul moodustub adeniini ja tümiini vahel kaks vesiniksidet ning guaniini ja tsütosiini vahel kolm.

Igas DNA ahelas võivad alused vahelduda kõigil võimalikel viisidel. Kui aluste järjestus ühes ahelas on teada (näiteks T – C – G – C – A – T), siis paaritumise spetsiifilisuse tõttu ( täiendamise põhimõte, need. täiendavus) muutub identseks ja tema partneri aluste jada - teine ​​ahel ( A – G – C – G – T – A). Nimetatakse vastandlikke järjestusi ja vastavaid polünukleotiidahelaid täiendavad. Kuigi aluspaare stabiliseerivad vesiniksidemed on suhteliselt nõrgad, sisaldab iga DNA molekul nii palju paare, et füsioloogilistes tingimustes (temperatuur, pH) ei eraldu komplementaarsed ahelad kunagi iseenesest.

50ndate alguses suur teadlaste rühm inglise teadlase juhtimisel A. Todd tegi kindlaks ühe ahela nukleotiide ühendavate sidemete täpse struktuuri. Kõik need sidemed osutusid ühesugusteks: ühe nukleotiidi desoksüriboosijäägi 5" asendis olev süsinikuaatom (numbrid tähistavad süsinikuaatomeid viieliikmelises suhkrus - riboos või desoksüriboos) on ühendatud fosfaatrühma kaudu. naabernukleotiidi 3'-asendis olevale süsinikuaatomile. Ebatavaliste seoste märke ei leitud. A. Todd ja tema kolleegid jõudsid järeldusele, et DNA polünukleotiidahelad, aga ka valgu polüpeptiidahelad , on rangelt lineaarsed Regulaarselt paiknevad sidemed suhkrute ja fosfaatrühmade vahel moodustavad polünukleotiidahela skeleti.

Ühe ahela 5' otsa vastas on komplementaarse ahela 3' ots. Sellist ahelate orientatsiooni nimetatakse nn. antiparalleelne.

Kõigis Maal elavates organismides on DNA-d esindatud kaheahelaliste spiraalsete molekulidega. Erandiks on mõne üheahelalised DNA molekulid faagid- viirused, mis nakatavad bakterirakke. Need üheahelalised DNA-d on alati ringikujulised. Kaheahelaline DNA võib olla kas ringikujuline või lineaarne. Bakterid sisaldavad ainult DNA ringikujulisi vorme. Taimedel, seentel ja loomadel on nii lineaarsed (raku tuumas) kui ka ringikujulised (kloroplastides ja mitokondrites) molekulid.

DNA funktsioonid:

Andmekogu

Ülekandmine ja paljundamine põlvkondade kaupa geneetiline teave

DNA määrab, millised valgud ja millistes kogustes tuleb sünteesida

Desoksüribonukleiinhapped (DNA) on lineaarsed (või tsüklilised), hargnemata polüdeoksüribonukleotiidid. DNA struktuuriüksus on desoksüribonukleotiidid, nimelt desoksüribonukleosiidmonofosfaadid (DNMP).

DNMP-d on puriinist või pürimidiinist koosnevad ühendid lämmastikalus, desoksüriboos ja üks fosforhappe jääk.

DNMF-i puriinaluste hulka kuuluvad adeniin ja guaniin; pürimidiini aluseid esindavad tümiin ja tsütosiin. Puriini ja pürimidiini hüdroksüderivaatide oluline omadus on nende tautomeerse (laktiim-laktaam) transformatsiooni võimalus. DNA-s esinevad kõik lämmastikaluste hüdroksüderivaadid laktaamide kujul (ketovorm).

Desokribonukleosiidmonofosfaadid.

Deoksüadenosiinmonofosfaat Deoksüguanosiinmonofosfaat

dAMP dGMP

Deoksütsütidiinmonofosfaat Deoksütümidiinmonofosfaat

dCMF dTMF

DNA koostises koos näidatud DNMP-dega leidub väikestes kogustes väikeste (eksootiliste) alustega DNMP-sid. Väiksemad lämmastiku alused on metüülitud, hüdroksümetüülitud või glükosüülitud alused, mis tekivad DNA töötlemise (küpsemise) käigus polüdeoksüribonukleotiidis olevate peamiste aluste modifitseerimise tulemusena. Väiksemate lämmastikualuste näited on:

puriini alused pürimidiini alused

N6-metüüladeniin-5-mitüültsütosiin

1 (või 3 või 7)-metüülguaniin 5-hüdroksümetüültsütosiin-uranüül

N2-metüül (või dimetüül)-guaniin hüdroksümetüüluratsiil

DNA nukleotiidse koostise uurimiseks kasutatakse DNA hüdrolüüsi, millele järgneb kromatograafia ning lämmastikualuste kvalitatiivne ja kvantitatiivne määramine. Lisaks klassikalistele analüüsimeetoditele saab DNA nukleotiidide koostist määrata ka DNA sulamistemperatuuri järgi (GC paaride sisaldus on otseselt võrdeline sulamistemperatuuriga) ja DNA ujuvustiheduse järgi, kui seda ultratsentrifuugitakse tihedusgradiendis. tseesiumkloriid (GC paaride sisaldus on otseselt võrdeline ujuvustihedusega).

DNA nukleotiidse koostise analüüsimisel erinevad tüübid organismide puhul tehti kindlaks hulk seaduspärasusi, mis iseloomustavad lämmastikaluste kvantitatiivset suhet (Chargaffi reeglid).

1. Adeniini molaarne sisaldus võrdub tümiini molaarsisaldusega ja guaniini molaarne sisaldus on võrdne tsütosiini molaarsisaldusega.

A = T või A: T = 1.

G = C või G: C = 1.

2. Puriini aluste summa on võrdne pürimidiini aluste summaga.

A + G = T + C või (A+G) : (T+C) = 1.

puriinid = pürimidiinid.

3. DNA nukleotiidide koostis erinevad rakud mitmerakulised organismid on samad.

4. Igat bioloogilist liiki iseloomustab DNA konstantne spetsiifiline nukleotiidne koostis, mis kajastub spetsiifilisuse koefitsiendis.

K = -----------;

Sõltuvalt AT või GC ülekaalust eristatakse vastavalt AT ja GC DNA tüüpe. AT-tüüp on iseloomulik eelkõige koore- ja selgrootutele loomadele, kõrgematele taimedele ja pärmseentele. Erinevat tüüpi bakterites on nukleotiidide koostis varieeruv tugevalt ekspresseeritud GC tüübist AT tüübini. Spetsiifilisuse koefitsiendi põhjal on välja töötatud taimestiku ja loomastiku objektide geenisüstemaatika põhimõtted.

3.3 DNA ESMANE STRUKTUUR.

Desoksüribonukleiinhapped (DNA) on lineaarsed

(või tsüklilised) polüdeoksüribonukleotiidid.

DNA esmane struktuur on polüdeoksüribonukleosiidmonofosfaadi (DNMP) vahelduvate jääkide järjestus polüdeoksüribonukleotiidahelas.

DNA primaarne struktuur on kovalentne struktuur, kuna polüdeoksüribonukleotiidahelas olevad DNMP jäägid on omavahel ühendatud 3", 5" fosfodiestersidemetega.

Polüdeoksüribonukleotiidi karkass (karkass, karkass) koosneb monotoonselt vahelduvatest desoksüriboosi jääkidest ja fosfaatrühmadest, mis on kinnitatud selgroo külge üksteisest võrdsel kaugusel. DNA suhkru-fosfaadi karkass, millel on suur negatiivne laeng, esindab molekuli väga polaarset osa, samas kui lämmastiku alused on mittepolaarsed hüdrofoobsed komponendid.

Polüdeoksüribonukleotiidahel on vektoriaalne, selle suund on 5" otsast (ahela algusest) 3" otsani (ahela lõpp), st. 5"---->3". 5" ots (fosfaatots) ja 3" ots (hüdroksüülots) on otsad, kus vastavalt 5" ja 3" desoksüriboosi aatomid on vabad internukleotiidsidemetest. Vektoreerimine määratakse polüdeoksüribonukleotiidahela kokkupaneku suuna järgi.

DNA polükondensatsioonikoefitsient varieerub vahemikus 0,5. 10 4 viirustes kuni 10 8 kõrgemate eukarüootide tuuma DNA-s. Vastavalt sellele varieerub ka DNA molekulmass laias vahemikus, ulatudes kõrgemates eukarüootides mitmekümne miljardi daltonini. Samal ajal erineb kodeeritud valkude arv prokarüootides ja eukarüootides mitte rohkem kui suurusjärgu võrra. Seda seletatakse nii geenide keerulise korraldusega kui ka korduvate DNA lõikude olemasoluga eukarüootides.

Prokarüootides esindab DNA-d üks molekul. Kui liigid muutuvad keerukamaks, suureneb erinevate DNA-de suurus ja arv. Eukarüootides on DNA arv võrdne kromosoomide arvuga. Seega sisaldavad inimese rakud 46 erinevat DNA-d.

Igal DNA-l on ainulaadne primaarstruktuur ja nende esmane struktuur mitmerakulise organismi kõigis rakkudes on ilmselt täpselt sama.

DNA nukleotiidjärjestus on tähistatud alates 5" otsast, kasutades nukleosiidide jaoks ühetähelisi sümboleid A, G, C ja T

(nukleotiidid) ja f - fosfaatrühma jaoks, näiteks: fAfTfGfGfC või fATGGC.

DNA primaarse struktuuri uurimise raskus on tingitud polüdeoksüribonukleotiidahela väga pikast pikkusest ja ainult nelja tüüpi nukleotiidide olemasolust. DNA primaarse struktuuri dešifreerimiseks kasutati varem kaudseid meetodeid:

puriini ja pürimidiini nukleotiidühikute blokeerimise teel, määrates üksikute nukleotiidifraktsioonide (nn isopliidid) arvu ja struktuuri;

DNA reassotsiatsioonikineetika järgi (korduvate järjestuste olemasolu);

väiksemate aluste levitamise teel;

DNA-s tuvastamise ja palindroomide järjestuse määramise kohta.

Praegu kasutatakse laialdaselt otseseid meetodeid, mida kasutatakse järgmises järjestuses:

lõhustamine erinevate restriktsiooniensüümidega, et saada kattuvaid järjestusi;

DNA fragmentide elektroforeetiline eraldamine polüakrüülamiidgeelis vastavalt neis sisalduvate nukleotiidide arvule;

nukleotiidjärjestuse dešifreerimine fragmentidena;

nukleotiidifragmentide paiknemise järjekorra kehtestamine kattuvates piirkondades.

POLÜDEOKSÜRIBONUKLEOTIIDIDE TEKKE.

Riis. Polüdeoksüribonukleoidahela fragment

Nukleiinhapped on kõrgmolekulaarsed ühendid, mille molekulmass on vahemikus 25 tuhat kuni 1 miljon või rohkem.

Nukleiinhapete polümeersed ahelad on üles ehitatud monomeersetest ühikutest - nukleotiididest ja seetõttu nimetatakse nukleiinhappeid polünukleotiidideks.

Tavaliselt on "jagamatu" monomeerüksus (näiteks aminohappejääk valkudes) nukleotiidides kolmekomponendiline moodustis, sealhulgas heterotsükliline alus, süsivesikute jääk ja fosfaatrühm.

Süsivesikute komponendid on pentoosid – D-riboos ja 2-desoksü-e-riboos. Sõltuvalt sellest jagunevad nukleiinhapped ribonukleiinne(RNA), mis sisaldab riboosi ja desoksüribonukleiinhape(DNA), mis sisaldab desoksüriboosi.

DNA-d leidub peamiselt rakkude tuumades, RNA-d leidub peamiselt ribosoomides, samuti rakkude protoplasmas. RNA-d on otseselt seotud valkude biosünteesiga.

14.1. Nukleotiidid

14.1.1. Nukleosiidid

Nukleiinhapete keemias nimetatakse tavaliselt nende koostisesse kuuluvaid pürimidiini ja puriini seeria heterotsüklilisi ühendeid. nukleiinalused.

Nukleiinalused asendajatena heterotsüklis võivad sisaldada:

Või oksorühm, nagu uratsiilis ja tümiinis;

Kas aminorühm, nagu adeniinis;

Või mõlemad need rühmad korraga, nagu tsütosiini ja guaniini puhul.

Hapnikku sisaldavaid aluseid esindavad laktaamtautomeersed vormid, mille aromaatsus ei ole kahjustatud (vt 13.4). Kõigi aluste puhul kasutatakse kolmetähelisi lühendeid, mis koosnevad nende ladinakeelsete nimede esitähtedest.

Nukleiinhapped erinevad neis sisalduvate heterotsükliliste aluste poolest: uratsiili leidub ainult RNA-s ja tümiini -

DNA-s:

Nukleiinalused moodustavad ühe lämmastikuaatomi kaudu sideme pentoosi anomeerse tsentriga (D-riboos või 2-desoksü-D-riboos). Seda tüüpi side sarnaneb tavalise glükosiidsidemega ja on tuntud kui N-glükosiidside, ja glükosiide endid nimetatakse N-glükosiidideks. Nukleiinhapete keemias nimetatakse neid nukleosiidid.

Looduslikud nukleosiidid sisaldavad pentoose furanoosi kujul (nendes olevad süsinikuaatomid on nummerdatud algarvuga). Glükosiidside viiakse läbi pürimidiini lämmastikuaatomiga N-1 ja puriini aluste N-9.

Looduslikud nukleosiidid on alatiβ-anomeerid.

Sõltuvalt süsivesikute jäägi iseloomust on ribonukleosiidid Ja desoksüribonukleosiidid. Nukleosiidide puhul kasutatakse nimesid, mis on tuletatud vastava nukleiinaluse triviaalsest nimest koos järelliidetega -idin pürimidiinis ja -osiin puriinnukleosiidides.

Erandiks on nimi "tümidiin" (mitte deoksütümidiin), mida kasutatakse desoksüribosiidi tümiini kohta, mis on osa DNA-st. Harvadel juhtudel, kui tümiin esineb RNA-s, nimetatakse vastavat nukleosiidi ribotümidiiniks.

Nukleosiidide kolmetähelised sümbolid erinevad aluste sümbolitest viimase tähe poolest. Ühetähelisi sümboleid kasutatakse ainult keerukamate struktuuride nukleosiidijääkide (radikaalide) puhul.

Nukleosiidid on hüdrolüüsi suhtes nõrgalt vastupidavad aluseline keskkond, kuid hüdrolüüsitakse happes. Puriinnukleosiidid on kergesti hüdrolüüsitavad, samas kui pürimidiini nukleosiide on raskem hüdrolüüsida.

Onkoloogias kasutatakse ravimitena pürimidiini ja puriini seeria sünteetilisi derivaate, mille struktuur sarnaneb looduslike metaboliitidega (antud juhul nukleiinalustega), kuid ei ole nendega täielikult identsed, st nad on antimetaboliidid. Näiteks, 5-fluorouratsiil seisab

uratsiili ja tümiini antagonistina, 6-merkaptopuriin- adeniin. Metaboliitidega konkureerides häirivad nad nukleiinhapete sünteesi organismis erinevatel etappidel.

14.1.2. Nukleotiidid

Nukleotiide nimetatakse nukleosiidide fosfaatideks. Fosforhape esterdab tavaliselt alkoholi hüdroksüülrühma riboosi (ribonukleotiidid) või desoksüriboosi (desoksüribonukleotiidid) jäägis C-5" või C-3" juures.

Nukleotiidide struktuuri üldpõhimõtet illustreerib adenosiinfosfaatide näide. Nukleotiidmolekulis kolme komponendi sidumiseks kasutatakse ester- ja N-glükosiidsidemeid.

Nukleotiide võib pidada ühelt poolt nukleosiidide (fosfaatide) estriteks ja teiselt poolt hapeteks (fosforhappejäägi olemasolu tõttu).

Fosfaadijäägi tõttu on nukleotiididel kahealuselise happe omadused ja nad on füsioloogilistes tingimustes pH ~7 juures täielikult ioniseeritud.

Nukleotiidide jaoks kasutatakse kahte tüüpi nimetusi (tabel 14.1). Üks sisaldab nukleosiidi nimetust, mis näitab fosfaadijäägi asukohta selles, näiteks adenosiin-3"-fosfaat, uridiin-5"-fosfaat; teine ​​on ehitatud kombinatsiooni lisamisega -üülhape pürimidiinaluse jäägi nimetuse juurde, näiteks 5"-uridüülhape või puriinaluse, näiteks 3"-adenüülhape.

Nukleosiidide jaoks kasutatava ühetähelise koodi abil kirjutatakse 5"-fosfaadid, millele on lisatud ladina täht "p" enne nukleosiidi sümbol, 3"-fosfaadid - pärast nukleosiidi sümbol. Adenosiin-5"-fosfaat on tähistatud pA, adenosiin-3"-fosfaat - Ap jne. Neid lühendeid kasutatakse nukleiinhapete nukleotiidijääkide järjestuse kirjutamiseks. Seoses vabade nukleotiididega biokeemilises kirjanduses

Tourid kasutavad laialdaselt oma nimetusi monofosfaatidena, kusjuures see omadus kajastub lühendatud koodis, näiteks AMP (või AMP) adenosiin-5"-fosfaadi jaoks jne (vt tabel 14.1).

Tabel 14.1.Olulisemad nukleotiidid, mis moodustavad nukleiinhapped

Tsüklofosfaadid.Nende hulka kuuluvad nukleotiidid, milles üks fosforhappe molekul esterdab samaaegselt süsivesikujäägi kahte hüdroksüülrühma. Peaaegu kõik rakud sisaldavad kahte nukleosiidtsüklofosfaati - adenosiin-3",5"-tsüklofosfaati (cAMP) ja guanosiin-3",5"-tsüklofosfaati (cGMP).

14.2. Nukleiinhappe struktuur

14.2.1. Esmane struktuur

Polünukleotiidahelates on nukleotiidühikud seotud fosfaatrühma kaudu. Fosfaatrühm moodustab kaks estersidet: eelmise nukleotiidühiku C-3" ja järgnevate nukleotiidühikute C-5"-ga (joonis 14.1). Ahela selgroog koosneb vahelduvatest pentoosi- ja fosfaadijääkidest ning heterotsüklilised alused on pentoosijääkide külge kinnitatud "külgmised" rühmad. Vaba 5"-OH rühmaga nukleotiidi nimetatakse 5"-terminaalseks ja vaba 3"-OH rühmaga nukleotiidi 3"-terminaalseks.

Joonisel 14.2 on kujutatud DNA ahela suvalise lõigu struktuur, mis sisaldab nelja nukleiinalusega. Lihtne on ette kujutada, kui palju kombinatsioone on võimalik saada nelja nukleotiidijäägi järjestuse muutmisel. RNA ahela konstrueerimise põhimõte on sama, mis DNA oma, välja arvatud kaks erandit: RNA pentoosijääk on D-riboos ja heterotsükliliste aluste komplektis kasutatakse pigem uratsiili kui tümiini.

Nukleiinhapete esmase struktuuri määrab seotud nukleotiidühikute järjestus kovalentsed sidemed pidevaks polünukleotiidahelaks.

Põhistruktuuri kirjutamise hõlbustamiseks on mitmeid lühendeid. Üks neist on kasutada eelnevalt antud nukleosiidide lühendatud nimetusi. Näiteks näidatud joonisel fig. 14.2 saab kirjutada DNA ahela fragmenti

Riis. 14.1.Polünukleotiidahela struktuuri üldpõhimõte

Riis. 14.2.DNA ahela sektsiooni esmane struktuur

nagu d(ApCpGpTp...) või d(A-C-G-T...). Sageli jäetakse d välja, kui on ilmne, et sellega on seotud DNA.

Nukleiinhapete oluline omadus on nukleotiidide koostis, st nukleotiidikomponentide komplekt ja kvantitatiivne suhe. Nukleotiidide koostis määratakse reeglina nukleiinhapete hüdrolüütilise lõhustamise saaduste uurimisega.

DNA ja RNA erinevad oma käitumise poolest leeliselise ja happelise hüdrolüüsi tingimustes. DNA on leeliselises keskkonnas hüdrolüüsi suhtes vastupidav. RNA hüdrolüüsitakse kergelt leeliselises keskkonnas kergetes tingimustes nukleotiidideks, mis omakorda on võimelised leeliselises keskkonnas fosforhappejäägi maha lõhestama, moodustades nukleosiide. Nukleosiidid happelises keskkonnas hüdrolüüsitakse heterotsüklilisteks alusteks ja süsivesikuteks.

14.2.2. DNA sekundaarne struktuur

Sekundaarne struktuur viitab polünukleotiidahela ruumilisele korraldusele. Watson-Cricki mudeli järgi koosneb DNA molekul kahest polünukleotiidahelast, mis on paremalt poolt keeratud ümber ühise telje, moodustades topeltheeliksi. Puriini ja pürimidiini alused on suunatud spiraali sisemuse poole. Ühe ahela puriinaluse ja teise ahela pürimidiini aluse vahel tekivad vesiniksidemed. Need alused moodustavad täiendavad paarid.

Vesiniksidemed tekivad ühe aluse aminorühma ja teise aluse karbonüülrühma vahel -NH...O=C-, samuti amiidi ja imiini lämmastikuaatomite vahel -NH...N- Näiteks nagu allpool näidatud, moodustub adeniini ja tümiini vahel kaks vesiniksidet ning need alused moodustavad komplementaarse paari, st adeniin ühes ahelas vastab tümiin teistes ahelates. Teine komplementaarsete aluste paar on guaniin ja tsütosiin, mille vahel on kolm vesiniksidet.

Komplementaarsete aluste vahelised vesiniksidemed on üks interaktsiooni liike, mis stabiliseerivad kaksikheeliksit. Kaks DNA ahelat, mis moodustavad topeltheeliksi, ei ole identsed, kuid on teineteisega komplementaarsed. See tähendab, et ühe ahela primaarstruktuur, st nukleotiidjärjestus, määrab teise ahela primaarstruktuuri (joonis 14.3).

Riis. 14.3.Polünukleotiidahelate komplementaarsus topeltheeliksis

DNA

14.3. Nukleotiidi koensüümid

Nukleotiididel on suur tähtsus mitte ainult kuidas ehitusmaterjal nukleiinhapete jaoks. Nad osalevad biokeemilistes protsessides ja on oma rollis eriti olulised koensüümid, st ained, mis on tihedalt seotud ensüümidega ja on vajalikud nende ensümaatilise aktiivsuse avaldamiseks.

14.3.1. Nukleosiidpolüfosfaadid

Kõik keha kuded sisaldavad nukleosiidide mono-, di- ja trifosfaate. Eriti laialt tuntud on adeniini sisaldavad nukleotiidid - adenosiin-5"-fosfaat (AMP), adenosiin-5"-difosfaat (ADP)

ja adenosiin-5"-trifosfaat (ATP) (nende ühendite puhul kasutatakse kodumaises kirjanduses koos antud lühendatud nimetustega ladina tähtedega ka vastavate venekeelsete nimetuste lühendeid - AMP, ADP, ATP).

Sisse fosforüülitud nukleotiidid erineval määral, on võimelised vastastikku muundama, suurendades või kõrvaldades fosfaatrühmi. Difosfaatrühm sisaldab ühte ja trifosfaatrühm kahte anhüdriidsidet, nn. makroergiline, sest neil on suur energiavaru. Sellise ühenduse tekkeks vajalikke energiakulusid täiendab süsivesikute ainevahetuse käigus vabanev energia. Kui suure energiaga P ~ O side (näidatud lainelise joonega) jaguneb, vabaneb ~32 kJ/mol. Sellega on seotud ATP kriitiline roll energia "tarnijana" kõigis elusrakkudes.

Allpool näidatud AMP, ADP ja ATP interkonversioonides vastavad nende ühendite valemid nende ioniseerimata olekule. Füsioloogilistes tingimustes pH ~7 juures on fosfaatrühmad peaaegu täielikult ioniseeritud, seetõttu on biokeemilises kirjanduses need ja kõik muud nukleotiidid vastavalt kirjutatud anioonidena.

Nukleosiidpolüfosfaadid biokeemilistes protsessides. ATP ja ADP osalusel toimub kehas kõige olulisem biokeemiline protsess - fosfaatrühmade ülekandmine. Näiteks estrite (fosfaatide) moodustumine on tüüpiline reaktsioon süsivesikute ainevahetuses. Kõik glükolüüsi etapid (glükoosi muundamine püruvaadiks) viiakse läbi ainult fosfaadi kujul. Hüdroksüülrühma sisaldavate ühendite fosfaatide valmistamist võib esitada üldskeemil.

Seega interakteerub laktoosi lagunemisel moodustunud galaktoos metaboolse glükoosiks muutumise algfaasis ATP-ga, moodustades monofosfaadi.

14.3.2. Nikotiinamiidi nukleotiidid

Selle ühendite rühma olulisemad esindajad on nikotiinamiidadeniini dinukleotiid(NAD ehk vene kirjanduses NAD) ja selle fosfaat (NADP ehk NADP). Need ühendused toimivad oluline roll koensüümid paljude rakendamisel

redoksreaktsioonid. Vastavalt sellele võivad need esineda nii oksüdeeritud (NAD +, NADP +) kui ka redutseeritud (NADH, NADPH) kujul.

NAD + ja NADP + struktuurne fragment on nikotiinamiidi jääk püridiiniumi katiooni kujul. NADH ja NADPH osana muudetakse see fragment 1,4-dihüdropüridiini jäägiks.

Bioloogilise dehüdrogeenimise käigus kaotab substraat kaks vesinikuaatomit ehk kaks prootonit ja kaks elektroni (2H+, 2e) või prootoni ja hüdriidiooni (H+ ja H -). NAD+ koensüümi peetakse tavaliselt H-hüdriidiooni aktseptoriks (kuigi pole lõplikult kindlaks tehtud, kas vesinikuaatomi ülekanne sellele koensüümile toimub samaaegselt elektronide ülekandega või toimuvad need protsessid eraldi).

NAD+-le hüdriidiooni lisamisega redutseerimise tulemusena muundatakse püridiiniumtsükkel 1,4-dihüdropüridiini fragmendiks. See protsess on pöörduv.

Oksüdatsioonireaktsioonis muudetakse aromaatne püridiiniumtsükkel mittearomaatseks 1,4-dihüdropüridiinitsükliks. Aromaatsuse kadumise tõttu suureneb NADH energia võrreldes NAD +-ga. Nii salvestab NADH energiat, mida seejärel kasutatakse teistes energiat nõudvates biokeemilistes protsessides.

Tüüpilised näited biokeemilistest reaktsioonidest, mis hõlmavad NAD+, on alkoholirühmade oksüdeerimine aldehüüdrühmadeks (näiteks retinooli muundamine võrkkestaks, vt 15.4) ja NADH osalusel karbonüülrühmade redutseerimine alkoholirühmadeks ( püroviinamarihape piimhappeks, vt 9.2. 3).

Igal liigil on oma spetsiifiline DNA nukleotiidide koostis.

Larson ja kaasautorid uurisid analüütilistes katsetes mikrokolonnis (0,15 x 10 cm) optimaalseid tingimusi DNA restriktsiooniensüümide fraktsioneerimiseks HOF-5 süsteemis keskmise rõhu (33 atm) ja elueerimiskiirusega 13 ml/ h. Parim 17 fragmendi, mille suurus on vahemikus 43 kuni 850 aluspaari, eraldamine saadi väga tasase lineaarse gradiendi (0,55–0,75 M K I) kasutamisel neutraalses puhvris temperatuuril 43 °C. . Temperatuuri tõus raskendab nende andmetel DNA elueerimist ja venitab selle profiili. Eraldada on võimalik 98 ja 102 aluspaari pikkuseid fragmente, mida ei ole alati võimalik elektroforeesiga saavutada. Restriktsiooniga kleepuvate otste pikkus ja nende koostis mõjutavad eraldamist, nagu ka DNA nukleotiidne koostis ja isegi aluste järjestus. Neo on rõhutatud -

Tänu sellele, et kogu eelmisel kümnendil Kirjanduses on ilmunud ettepanekud kasutada bakterite klassifitseerimiseks DNA nukleotiidide suhet üksikud liigid mikroobid, peaksime sellel teemal põgusalt peatuma. DNA nukleotiidide koostis sõltub suuresti organismi süstemaatilisest asukohast. Chargaffi labor tegi kindlaks liigispetsiifilisuse

Pesemist korratakse 5 minuti pärast sama koguse fosfaatpuhvriga. Need kaks pesu eemaldavad 90% DNA-st, mida saab antud temperatuuril elueerida. Seejärel korratakse tsüklit kõrgemal temperatuuril. Saadud fraktsioonide nukleotiidide koostist saab määrata.

Nukleotiidide koostis on NK üks olulisemaid omadusi, mis võib anda ülevaate RNA ja DNA olemusest, omadustest, tekkeloost ja funktsioonidest.

RNA nukleotiidide koostis määratakse tavaliselt pärast preparaadi leeliselist hüdrolüüsi, mille tulemusena saadakse vabade ribonukleotiidide segu. DNA nukleotiidide koostist hinnatakse ravimi süvahappelise hüdrolüüsi käigus moodustunud lämmastikualuste suhte järgi.

Lisaks saab Del määrata DNA nukleotiidse koostise. Puhastatud DNA lahustatakse 0,1 N. CH3COOH (25-50 t/ml). Lahuse optilist tihedust mõõdetakse 260 ja 280 mmk 0,1 u vastu. CH3COOH ja HC paaride sisaldus DNA molekulis arvutatakse empiirilise valemi abil

Erinevate liikide DNA-l on erinev nukleotiidide koostis

Vahetult pärast Watsoni ja Cricki hüpoteesi ilmumist 1953. aastal tehti ettepanek, et ribosomaalne RNA (rRNA), mis mõnes rakus moodustab kuni 90% RNA koguhulgast, on geneetilise informatsiooni kandja tuumadest tsütoplasma. 1960. aastaks näidati aga, et see oletus oli õige. Niisiis, vaatamata olulistele erinevustele DNA nukleotiidide koostises, osutus RNA suurus ja nukleotiidide koostis erinevate bakterite ribosoomides väga sarnaseks (2. peatükk, jaotis D, 8). Lisaks sai selleks ajaks selgeks, et teabeedastus toimub suhteliselt ebastabiilse, lühiealise RNA vormi abil, samas kui ribosomaalne RNA osutus väga stabiilseks.

DNA nukleotiidse koostise muutuste ulatus on üllatavalt lai. Tsütosiini ja guaniini koguprotsent (G-sisaldus) erinevates bakterites varieerub 22-74%. (G-sisaldus E. oli DNA-s on 51,7%). Eukarüootide puhul on see vahemik kitsam (28–58%). Asjaolu, et bakterite DNA nukleotiidide koostis varieerub palju laiemas vahemikus kui kõrgemate organismide oma, pole üllatav. Prokarüoote on Maal eksisteerinud peaaegu sama palju miljoneid aastaid kui meil. Kuid nende lihtsama struktuuri ja suure jagunemiskiiruse tõttu on loodus nende geneetilise materjaliga palju rohkem katsetanud ja teinud selles palju rohkem muudatusi kui meie omas.

Oluline samm prokarüootide loomuliku taksonoomia loomise suunas on seotud molekulaarbioloogia edusammudega. 60ndatel XX sajand Leiti, et organismi kõik omadused määravad unikaalsed keemilised molekulid – DNA, mistõttu saab baktereid klassifitseerida nende genoomide võrdlemisel. Sellise tunnuse, nagu geneetiline materjal, põhjal osutus võimalikuks sarnasuse astme tuvastamise põhjal teha järeldus organismidevahelise seose astme kohta. Algselt võrreldi taksonoomilistel eesmärkidel guaniini ja tsütosiini (GC) summa molaarset sisaldust protsendina DNA aluste koguarvust erinevates objektides. See näitaja prokarüootides on vahemikus 25 kuni 75%. GC-indikaator võimaldab aga genoomide hägust võrrelda. Kui organismidel on sama DNA nukleotiidne koostis, on võimalikud nendevahelised sarnasused ja erinevused, kuna geneetiline kodeerimine ei põhine mitte ainult teatud aluste sisaldusel kodeerivas üksuses (tripletis), vaid ka nende suhtelisel positsioonil.

Kasutades näiteid 1-5, tehti kindlaks, et nukleotiidide koostis mõjutab interkaleeruva värvaine etiidiumbromiidi fluorestsentsi intensiivsust. Seega värvuvad lahuste võrdse optilise tiheduse korral 1 uaniinivaesed oligonukleotiidid etiidiumbromiidiga palju halvemini. Ilmselt mõjutab guaniini olemasolu värvaine interkalatsioonivõimet. Kõiki sünteesitud oligonukleotiide kasutati DNA matriitsi vastavate lõikude amplifitseerimiseks.

Sõltumatult uurisid E. Volkin ja F. Astrachan (1956) RNA sünteesi bakterites, mis olid nakatunud DNA-d sisaldava bakteriofaagiga T2. Pärast nakatumist lõpetavad bakterid oma valkude sünteesi ja kogu raku valgusüntees lülitub faagivalkude tootmisele. Selgus, et põhiosa peremeesraku RNA-st ei muutu, vaid rakk hakkab tootma väikest osa metaboolselt ebastabiilset (lühiealist) RNA-d, mille nukleotiidne koostis on sarnane faagi DNA koostisega.

Raamatu Bergey's Key to Bacteria üheksandas väljaandes on kõik Prokaryotae kuningriiki klassifitseeritud avastatud organismid jagatud 33 rühma. Tunnused, mille järgi rühmadesse jagamine toimub, kuuluvad reeglina kergesti tuvastatavate kategooriasse ja sisalduvad rühmade nimetustes, näiteks gramnegatiivsed aeroobsed vardad ja kokid (rühm 4), anaeroobne gramm -negatiivsed kokid (8. rühm), grampositiivsed vardad ja endospoore moodustavad kokid (13. rühm), viljakehi moodustavad liugbakterid (24. rühm). Bergi klassifikatsiooni põhiidee on bakterite tuvastamise lihtsus. Selle saavutamiseks kasutatakse morfoloogiliste tunnuste komplekti (kehakuju, kapsli lipu olemasolu või puudumine, eoste tekkevõime, rakusisese struktuuri tunnused, Grami värvimine), kultuurilisi (puhaskultuuri laboris kasvatamisel ilmnenud tunnused), füsioloogiline ja biokeemiline (energia saamise meetodid, toitainete vajadus seoses keskkonnateguritega; nukleotiidide koostis ja nukleotiidide järjestus DNA molekulis; vähemtähtsate aluste olemasolu ja olemus DNA-s; ribosomaalse RNA nukleotiidne koostis; aminohapete järjestus sarnaste ensümaatilistes valkudes funktsioonid).

Leiti, et DNA nukleotiidne koostis on iga bakteritüübi jaoks nii tüüpiline, et vaatamata bakterite varieeruvusele vastavalt 5- ja H-variantideks lõhustumise tüübile on neil identne DNA koostis. Samuti on kindlaks tehtud, et erinevatesse süstemaatilisse rühma kuuluvatel bakteritel on sarnane DNA nukleotiidne koostis (Escherichia coli ja mõned korünebakterid 50-52% GC pseudomonas ja mükobakterid 57-70% GC). Sama DNA koostisega bakterite kultuurid ei pruugi olla sugulased. Nukleotiidide koostise ja antigeense struktuuri vahel on hästi teada korrelatsioon. Seni pole suudetud tuvastada seost DNA koostise ja bakterite grampositiivsesse rühma kuulumise vahel. DNA spetsiifilisuse indikaatoriteks osutusid patogeensete ja saprofüütiliste liikide lähedalt seotud bakterid, hemolüütilised ja mittehemolüütilised.

DNA molekuli valdavat osa esindavad m-RNA tsistronid. See seletab asjaolu, et koe m-RNA kogu nukleotiidide koostis on tavaliselt lähedane kogu DNA nukleotiidide koostisele.

RNA leeliseline hüdrolüüs. RNA nukleotiidide koostist saab määrata ilma eelneva NA ekstraheerimiseta taimedest ja pärast nende ekstraheerimist. Kui nukleotiidide koostise määramine toimub ilma NA-d ekstraheerimata

Nukleiinhapped on fosforit sisaldavad ebakorrapärased heteropolümeerid. Avas 1868. aastal G.F. Misher.

Nukleiinhappeid leidub kõigi elusorganismide rakkudes. Pealegi sisaldab iga organismitüüp oma nukleiinhapete komplekti, mis on iseloomulik ainult talle. Looduses on üle 1 200 000 liigi elusorganisme – bakteritest inimeseni. See tähendab, et on umbes 10 10 erinevat nukleiinhapet, mis on üles ehitatud vaid neljast lämmastikualusest. Kuidas saavad neli lämmastikualust kodeerida 10 10 nukleiinhapet? Umbes samamoodi, nagu me oma mõtteid paberile kodeerime. Me loome tähestiku tähtede jada, rühmitades need sõnadeks, ja loodus kodeerib pärilikku teavet, luues paljude nukleotiidide jada.

Nukleotiid - suhteliselt lihtne monomeer, millest ehitatakse nukleiinhappeid. Iga nukleotiid koosneb: lämmastikalusest, viiesüsinikulisest suhkrust (riboos või desoksüriboos) ja fosforhappe jäägist. Nukleotiidi põhiosa moodustab lämmastiku alus.

Lämmastikalustel on tsükliline struktuur, mis koos teiste aatomitega (C, O, H) sisaldab lämmastikuaatomeid. Tänu sellele said need ühendid nime lämmastikku sisaldav. Lämmastikuaatomitega on seotud ka lämmastikaluste olulisemad omadused, näiteks nõrgalt aluselised (leeliselised) omadused. Seetõttu said need ühendid nimetuse "alused".

Looduses sisaldavad nukleiinhapped ainult viit tuntud lämmastiku alust. Neid leidub igat tüüpi rakkudes, alates mükoplasmadest kuni inimese rakkudeni.

See puriin lämmastikku sisaldavad alused Adeniin (A) ja guaniin (G) ning pürimidiin Uratsiil (U), tümiin (T) ja tsütosiin (C) Puriini alused on puriini heterotsükli derivaadid ja pürimidiini alused on pürimidiini derivaadid. Uratsiili leidub ainult RNA-s ja tümiini DNA-s. A, G ja C leidub nii DNA-s kui ka DNA-s.

Nukleiinhapetes leidub kahte tüüpi nukleotiide: desoksüribonukleotiidid DNA-s ja ribonukleotiidid RNA-s. Desoksüriboosi struktuur erineb riboosi struktuurist selle poolest, et desoksüriboosi teisel süsinikuaatomil puudub hüdroksüülrühm.

Lämmastikaluse ja pentoosi kombinatsiooni tulemusena nukleosiid. Nukleosiid kombineerituna fosforhappe jäägiga - nukleotiid:

lämmastiku alus + pentoos = nukleosiid + fosforhappe jääk = nukleotiid

Lämmastikualuste suhet DNA molekulis kirjeldab Chargaffi reeglid:

1. Adeniini kogus võrdub tümiini kogusega (A = T).

2. Guaniini kogus võrdub tsütosiini kogusega (G = C).

3. Puriinide arv võrdub pürimidiinide arvuga (A + G = T + C), st. A + G/T + C = 1.

4. Kuue aminorühmaga aluste arv on võrdne kuue ketorühmaga aluste arvuga (A + C = G + T).

5. Aluste A + C/G + T suhe on konstantne väärtus, rangelt liigispetsiifiline: inimene – 0,66; kaheksajalg – 0,54; hiir – 0,81; nisu – 0,94; vetikad – 0,64-1,76; bakterid – 0,45-2,57.

Tuginedes E. Chargaffi andmetele puriini ja pürimidiini aluste suhte kohta ning M. Wilkinsi ja R. Franklini poolt 1953. aastal saadud röntgenstruktuurianalüüsi tulemustele, pakkusid J. Watson ja F. Crick välja DNA molekuli mudeli. Kaheahelalise DNA molekuli väljatöötamise eest pälvisid Watson, Crick ja Wilkins 1962. aastal Nobeli preemia.

DNA molekulil on kaks ahelat, mis asuvad üksteisega paralleelselt, kuid vastupidises järjekorras. DNA monomeerideks on desoksüribonukleotiidid: adenüül (A), tümidüül (T), guanüül (G) ja tsütosüül (C). Ahelusi hoiavad koos vesiniksidemed: A ja T vahel on kaks, G ja C vahel kolm vesiniksidet. DNA molekuli kaksikheeliks on keerdunud heeliksi kujul, kusjuures üks pööre sisaldab 10 paari nukleotiide. Heeliksi pöördeid hoiavad koos vesiniksidemed ja hüdrofoobsed vastasmõjud. Desoksüriboosi molekulis asuvad vabad hüdroksüülrühmad positsioonides 3' ja 5'. Nendes positsioonides võib desoksüriboosi ja fosforhappe vahel tekkida diesterside, mis ühendab nukleotiide üksteisega. Sel juhul kannab DNA üks ots 5'-OH rühma ja teine ​​ots 3'-OH rühma. DNA on suurim orgaanilised molekulid. Nende pikkus on vahemikus 0,25 nm bakteritel kuni 40 mm inimesel (suurima valgu molekuli pikkus ei ületa 200 nm). DNA molekuli mass on 6 x 10 -12 g.

DNA postulaadid

1. Iga DNA molekul koosneb kahest antiparalleelsest polünukleotiidahelast, mis moodustavad topeltheeliksi, mis on keerdunud (paremale või vasakule) ümber kesktelje. Antiparalleelsus saavutatakse, ühendades ühe ahela 5' otsa teise ahela 3' otsaga ja vastupidi.

2. Iga nukleosiid (pentoos + alus) paikneb spiraali teljega risti olevas tasapinnas.

3. Heliksi kahte ahelat hoiavad koos vesiniksidemed aluste A–T (kaks) ja G–C (kolm) vahel.

4. Aluste sidumine on väga spetsiifiline ja toimub komplementaarsuse põhimõttel, mistõttu on võimalikud ainult paarid A: T, G: C.

5. Aluste järjestus ühes ahelas võib oluliselt erineda, kuid nende järjestus teises ahelas on rangelt komplementaarne.

DNA-l on ainulaadsed replikatsiooni (isepaljunemise võime) ja parandamise (iseparanemise võime) omadused.

DNA replikatsioon– reaktsioon maatriksi süntees, DNA molekuli kahekordistamise protsess reduplikatsiooni teel. 1957. aastal pakkusid M. Delbrück ja G. Stent eksperimentaalsete tulemuste põhjal välja kolm DNA molekulide kahekordistumise mudelit:

TO konservatiivne: näeb ette algse kaheahelalise DNA molekuli säilitamise ja uue kaheahelalise molekuli sünteesi;

- poolkonservatiivne: hõlmab DNA molekuli dissotsieerumist monoahelateks kahe ahela lämmastikualuste vaheliste vesiniksidemete katkemise tulemusena, misjärel igale partnerit kaotanud alusele kinnitub komplementaarne alus; tütarmolekulid saadakse algmolekuli täpsete koopiatena;

- hajutatud: koosneb algse molekuli lagunemisest nukleotiidfragmentideks, mis replitseeritakse. Pärast replikatsiooni komplekteeritakse uued ja algfragmendid juhuslikult.

Samal 1957. aastal tõestasid M. Mezelson ja F. Stahl eksperimentaalselt Escherichia coli poolkonservatiivse mudeli olemasolu. Ja 10 aastat hiljem, 1967. aastal, dešifreeris Jaapani biokeemik R. Okazaki DNA replikatsiooni mehhanismi poolkonservatiivsel viisil.

Replikatsioon toimub mitmete ensüümide kontrolli all ja toimub mitmes etapis. Replikatsiooniüksus on replikon - DNA osa, mis muutub aktiivseks ainult üks kord igas rakutsüklis. Repliconil on lähtekohad Ja lõpp replikatsioon. Eukarüootides tekib igas DNA-s korraga palju replikoneid. Replikatsiooni alguspunkt liigub järjestikku mööda DNA ahelat ühes või vastassuunas. Liikuv replikatsioonifront tähistab kahvlit - replikatiivne või replikatsioonikahvel.

Nagu iga matriitsi sünteesireaktsiooni puhul, eristatakse replikatsioonis kolme etappi.

Algatus: ensüümi kinnitumine helikaasid (helikaasid) replikatsiooni alguspunktini. Helicase kerib lahti DNA lühikesed lõigud. Pärast seda kinnitatakse iga eraldatud ahela külge DNA-d siduv valk (DBP), mis takistab ahelate taasühendamist. Prokarüootidel on täiendav ensüüm DNA güraas, mis aitab helikaasil DNA-d lahti kerida.

Pikendamine: nukleotiidide järjestikune komplementaarne lisamine, mille tulemusena DNA ahel pikeneb.

DNA süntees toimub mõlemal ahelal korraga. Kuna ensüüm DNA polümeraas suudab nukleotiidide ahela kokku panna ainult 5' kuni 3' suunas, siis üks ahelatest replitseerub pidevalt (replikatsioonikahvli suunas) ja teine ​​katkendlikult (koos Okazaki fragmentide moodustumisega), replikatsioonikahvli liikumisele vastupidises suunas. Esimest ahelat nimetatakse juhtiv ja teine ​​- mahajäämine. DNA süntees toimub ensüümi DNA polümeraasi osalusel. Sarnasel viisil sünteesitakse mahajäänud ahelal DNA fragmendid, mis seejärel ensüümide - ligaasidega - ristseotakse.

Lõpetamine: DNA sünteesi peatumine, kui molekuli soovitud pikkus on saavutatud.

DNA parandamine– DNA molekuli võime "parandada" oma ahelates tekkinud kahjustusi. Selles protsessis osaleb üle 20 ensüümi (endonukleaasid, eksonukleaasid, restriktsiooniensüümid, DNA polümeraasid, ligaasid). Nad:

1) leida muutunud alad;

2) lõigata ja eemaldada need ketist;

3) taastada õige nukleotiidjärjestus;

4) õmble taastatud DNA fragment naaberlõikudega.

DNA täidab rakus erifunktsioone, mille määravad ära selle keemiline koostis, struktuur ja omadused: päriliku informatsiooni talletamine, paljundamine ja juurutamine uute rakkude ja organismide põlvkondade vahel.

RNA-d on levinud kõigis elusorganismides ning neid esindavad erineva suuruse, struktuuri ja funktsiooniga molekulid. Need koosnevad ühest polünukleotiidahelast, mille moodustavad nelja tüüpi monomeerid – ribonukleotiidid: adenüül (A), uratsiil (U), guanüül (G) ja tsütosüül (C). Iga ribonukleotiid koosneb lämmastikalusest, riboosist ja fosforhappe jäägist. Kõik RNA molekulid on DNA teatud osade (geenide) täpsed koopiad.

RNA struktuuri määrab ribonukleotiidide järjestus:

- esmane– ribonukleotiidide järjestus RNA ahelas; see on omamoodi geneetilise teabe salvestis; määrab sekundaarse struktuuri;

-teisejärguline– spiraaliks keerdunud RNA ahel;

- kolmanda taseme– kogu RNA molekuli ruumiline paigutus; tertsiaarstruktuur hõlmab sekundaarset struktuuri ja primaarstruktuuri fragmente, mis ühendavad sekundaarstruktuuri ühte sektsiooni teisega (transport, ribosomaalne RNA).

Sekundaarsed ja tertsiaarsed struktuurid tekivad tänu vesiniksidemetele ja hüdrofoobsetele interaktsioonidele lämmastikaluste vahel.

Messenger RNA (mRNA)– programmeerib rakuvalkude sünteesi, kuna iga valku kodeerib vastav i-RNA (i-RNA sisaldab infot sünteesitava valgu aminohapete järjestuse kohta); mass 10 4 -2x10 6; lühiealine molekul.

Transfer RNA (tRNA)– 70-90 ribonukleotiidi, kaal 23 000-30 000; geneetilise informatsiooni realiseerimisel toimetab aktiveeritud aminohapped polüpeptiidide sünteesikohta ja "tunneb ära" vastava mRNA piirkonna; tsütoplasmas on see kahel kujul: t-RNA vabas vormis ja t-RNA, mis on seotud aminohappega; rohkem kui 40 liiki; 10%.