Ziņot

Fiziskās kultūras un sporta institūta 13.grupas 1.kursa studenti

Fiziskās kultūras fakultāte personām ar novirzēm veselības stāvoklī (adaptīvā fiziskā izglītība)

Razmuss Alena

Semenova Jekaterina

Prezentācija par tēmu: "Nukleīnskābes"

Nukleīnskābes. Definīcija. Atvēršana. Veidi nukleīnskābes.

Nukleotīds. Savienojums. Struktūra.

Čārgafa likums

DNS. Vatsona un Krika modelis. Struktūra. Savienojums. Funkcijas.

RNS. sastāvs un daudzveidība.

DNS ir nesējs iedzimta informācija.

Īss kopsavilkums.

Nukleīnskābes.

Nukleīnskābes (Hk) – biopolimēri, kas nodrošina iedzimtas (ģenētiskās) informācijas uzglabāšanu un pārraidi dzīvos organismos.

Hc pirmo reizi aprakstīja 1868. gadā Šveices bioķīmiķis Frīdrihs Mišers (1844-1895) .

No strutas ietvertajām šūnu atliekām viņš izdalīja vielu, kas ietvēra N 2 un P. Zinātnieks šo vielu nosauca nukleīns(lat. kodols - kodols), uzskatot, ka to satur tikai šūnu kodoli. Vēlāk tika nosaukta šīs vielas neolbaltumvielu daļa nukleīnskābe.

Dabā ir divu veidu nukleīnskābes, kas atšķiras pēc sastāva, struktūras un funkcijas. Vienu sauc par DNS (disoksiribonukleīnskābi), bet otru sauc par RNS (ribonukleīnskābi).

Nukleīnskābes ir svarīgākie biopolimēri, kas nosaka dzīvo būtņu pamatīpašības.

Nukleotīdi. Savienojums. Struktūra.

DNS ir polimēra molekula, kas sastāv no desmitiem tūkstošu vai miljoniem monomēru - dezoksiribonukleotīdi.

DNS molekulu lieluma noteikšana kļuva iespējama tikai pēc īpašu metožu izstrādes: elektronu mikroskopijas, ultracentrifugēšanas, elektroforēzes. Pēc pilnīgas hidrolīzes šīs molekulas tiek sadalītas līdz purīna un pirimidīna bāzēm, pentagonālajam monosaharīdam dezoksiribozei un fosforskābei.

Purīna bāzes - purīna atvasinājumi. No tiem nukleīnskābju sastāvā ietilpst adenīns Un guanīns:

Pirimidīna bāzes kas atrodas nukleīnskābēs - citozīns Un timīns DNS citozīns Un uracils RNS tie ir pirimidīna atvasinājumi:

Timīns atšķiras no uracila ar metilgrupas (-CH 3) klātbūtni. Par purīna un pirimidīna bāzes sauc slāpekļa bāzes.

Ar vieglu nukleīnskābju hidrolīzi tika iegūti savienojumi, kuru dezoksiriboze caur N 2 atomu bija saistīta ar purīna vai pirimidīna bāzi. Tādus savienojumus sauc nukleozīdi. Nukleozīdi, apvienojoties ar vienu fosforskābes molekulu, veido sarežģītākas vielas - nukleotīdi. Tie ir nukleīnskābju DNS un RNS monomēri.

Tātad, Nukleotīds sastāv no slāpekļa bāzes, pentozes cukura un fosforskābes.

Ervīna Čārgafa likums.

DNS nukleotīdu sastāvu vispirms kvantitatīvi analizēja amerikāņu bioķīmiķis Ervīns Čārgafs, kurš 1951. gadā pierādīja, ka DNS ir četras bāzes. E. Čargafs konstatēja, ka visās viņa pētītajās sugās adenīna purīna bāzes daudzums (A) vienāds ar timīna pirimidīna bāzes daudzumu (T), t.i. A=T.

Tāpat arī purīna bāzes guanīna daudzums (G) vienmēr vienāds ar citozīna pirimidīna bāzes daudzumu (C), t.i. G=C. Tādējādi purīna DNS skaits vienmēr ir vienāds ar pirimidīna skaitu, t.i. adenīna daudzums ir vienāds ar imīna daudzumu, un guanīna daudzums ir vienāds ar citozīna daudzumu. Šis modelis ir nosaukts Čaargafa noteikumi.

DNS. Vatsona un Krika modelis. Struktūra. Savienojums. Funkcijas.

1950. gadā angļu fiziķis Moriss Hjū Vilkinss saņēma DNS rentgenu. Viņa parādīja, ka DNS molekulai ir noteikta sekundārā struktūra, kuras atšifrēšana palīdzētu izprast DNS funkcionēšanas mehānismu. Ir atļauti rentgenstaru difrakcijas modeļi, kas iegūti no ļoti attīrītas DNS Rozalinda Franklina, Vilkinsa kolēģis, lai redzētu skaidru krustveida rakstu - dubultās spirāles identifikācijas zīmi. Kļuva zināms arī tas, ka nukleotīdi atrodas 0,34 nm attālumā viens no otra, un katrā spirāles apgriezienā to ir 10. DNS molekulas diametrs ir aptuveni 2 nm. Tomēr no rentgenstaru difrakcijas datiem nebija skaidrs, kā virknes tiek turētas kopā DNS molekulās.

Karte kļuva pilnīgi skaidra 1953. gadā, kad amerikāņu bioķīmiķis Džeimss Vatsons un angļu fiziķis Frensiss Kriks, izvērtējot zināmo DNS uzbūves datu kopumu, nonāca pie secinājuma, ka cukura-fosfāta mugurkauls atrodas DNS molekulas perifērijā, bet purīna un pirimidīna bāzes atrodas pa vidu. Turklāt pēdējie ir orientēti tā, ka starp pretējo ķēžu bāzēm var veidoties ūdeņraža saites. Viņu modelis atklāja, ka purīns vienā virknē vienmēr ir ar ūdeņradi saistīts ar pretējo pirimidīnu otrā virknē.

Šādiem pāriem ir vienāds izmērs visā molekulas garumā. Tikpat svarīgi ir tas, ka adenīns var savienoties tikai ar timīnu, un guanīns var savienoties tikai ar citozīnu. Šajā gadījumā starp adenīnu un timīnu veidojas divas ūdeņraža saites, bet starp guanīnu un citozīnu - trīs.

Katrā no DNS virknēm bāzes var mainīties visos iespējamos veidos. Ja ir zināma bāzu secība vienā ķēdē (piemēram, T - C - G - C - A - T), tad savienošanas pārī specifikas dēļ ( papildināšanas princips, tie. komplementaritāte) kļūst zināma un tā partnera bāzes secība, otrā daļa ( A — G — C — G — T — A). Tiek sauktas pretējās sekvences un atbilstošās polinukleotīdu ķēdes papildinoši. Lai gan ūdeņraža saites, kas stabilizē bāzu pārus, ir salīdzinoši vājas, katra DNS molekula satur tik daudz pāru, ka fizioloģiskos apstākļos (temperatūra, pH) komplementārie pavedieni nekad neatdalās atsevišķi.

50. gadu sākumā liela zinātnieku grupa angļu zinātnieka vadībā A. Tods noteica precīzu saišu struktūru, kas savieno vienas ķēdes nukleotīdus. Visas šīs saites izrādījās vienādas: viena nukleotīda dezoksiribozes atlikuma 5" pozīcijā esošais oglekļa atoms (skaitļi ar pirmskaitļiem norāda oglekļa atomus piecu locekļu cukurā - ribozē vai dezoksiribozē) ir savienots caur fosfātu grupu ar oglekļa atomu blakus esošās proteīna ķēdes 3'-pozīcijā. sakārtotas saites starp cukuriem un fosfātu grupām veido polinukleotīdu ķēdes skeletu.

Pretī vienas ķēdes 5" galam atrodas komplementārās ķēdes 3' gals. Šo ķēžu orientāciju sauc antiparalēli.

Visos uz Zemes dzīvojošajos organismos DNS attēlo divpavedienu spirālveida molekulas. Izņēmums ir dažu vienpavedienu DNS molekulas fāgi- vīrusi, kas inficē baktēriju šūnas. Šīs vienpavedienu DNS vienmēr ir apļveida. Divpavedienu DNS var būt gan apļveida, gan lineāra. Baktērijas satur tikai apļveida DNS formas. Augiem, sēnēm un dzīvniekiem ir gan lineāras (šūnas kodolā), gan apļveida (hloroplastos un mitohondrijās) molekulas.

DNS funkcijas:

Datu glabāšana

Nodošana un reproducēšana paaudzēs ģenētiskā informācija

DNS nosaka, kuras olbaltumvielas ir jāsintezē un kādos daudzumos

Dezoksiribonukleīnskābes (DNS) ir lineāri (vai cikliski), nesazaroti polidezoksiribonukleotīdi. DNS struktūrvienība ir dezoksiribonukleotīdi, proti, dezoksiribonukleozīdu monofosfāti (DNMP).

DNMF ir savienojumi, kas sastāv no purīna vai pirimidīna slāpekļa bāze, dezoksiriboze un viens fosforskābes atlikums.

Kā purīna bāzes DNMF ietver adenīnu un guanīnu, pirimidīna bāzes attēlo timīns un citozīns. Svarīga purīna un pirimidīna hidroksiatvasinājumu iezīme ir to tautomēru (laktima-laktāma) transformāciju iespēja. DNS sastāvā visi slāpekļa bāzu hidroksiatvasinājumi ir laktāmu veidā (keto forma).

Desokribonukleozīdu monofosfāti.

Deoksiadenozīna monofosfāts Deoksiguanozīna monofosfāts

dAMP dGMP

Deoksicitidīna monofosfāts Deoksitimidīna monofosfāts

dCMP dTMP

DNS sastāvā kopā ar norādītajiem DNMP nelielos daudzumos ir atrodami DNMP ar nelielām (eksotiskām) bāzēm. Nelielas slāpekļa bāzes ir metilētas, hidroksimetilētas vai glikozilētas bāzes, kas rodas no galveno bāzu modifikācijas polidezoksiribonukleotīda sastāvā DNS apstrādes (nogatavināšanas) laikā. Nelielu slāpekļa bāzu piemēri ir:

Purīna bāzes Pirimidīna bāzes

N6-metiladenīns 5-metilcitozīns

1(vai 3, vai 7)-metilguanīna 5-hidroksimetilcitozīna uranilgrupa

N 2 -metil (vai dimetil) -guanīna hidroksimetiluracils

Lai pētītu DNS nukleotīdu sastāvu, tiek izmantota DNS hidrolīze, kam seko hromatogrāfija un slāpekļa bāzu kvalitatīva un kvantitatīva noteikšana. Līdzās klasiskajām analīzes metodēm DNS nukleotīdu sastāvu var noteikt arī no DNS kušanas temperatūras (GC pāru saturs ir tieši proporcionāls kušanas temperatūrai) un no DNS peldošā blīvuma tās ultracentrifugēšanas laikā cēzija hlorīda blīvuma gradientā (GC pāru saturs ir tieši proporcionāls kušanas temperatūrai).

Analizējot DNS nukleotīdu sastāvu dažādi veidi organismiem, tika konstatēti vairāki modeļi, kas raksturo slāpekļa bāzu kvantitatīvo attiecību (Čargafa noteikumi).

1. Adenīna molārais saturs ir vienāds ar timīna molāro saturu, un guanīna molārais saturs ir vienāds ar citozīna molāro saturu.

A = T vai A: T = 1.

G = C vai G: C = 1.

2. Purīna bāzu summa ir vienāda ar pirimidīna bāzu summu.

A + G \u003d T + C vai (A + G) : (T + C) \u003d 1.

purīni = pirimidīni.

3. DNS nukleotīdu sastāvs dažādas šūnas daudzšūnu organisms ir tas pats.

4. Katrai bioloģiskajai sugai ir raksturīgs nemainīgs specifisks DNS nukleotīdu sastāvs, kas atspoguļojas specifiskuma koeficientā.

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

Atkarībā no AT vai GC pārsvara izšķir attiecīgi AT un GC DNS tipus. AT tips ir tipisks, jo īpaši hordātiem un bezmugurkaulniekiem, augstākiem augiem un raugiem. Dažādās baktēriju sugās nukleotīdu sastāvā ir izkliede no izteikti izteikta GC tipa uz AT tipu. Pamatojoties uz specifiskuma koeficientu, izstrādāti floras un faunas objektu gēnu sistemātikas principi.

3.3. DNS PRIMĀRĀ STRUKTŪRA.

Dezoksiribonukleīnskābes (DNS) ir lineāras

(vai cikliskie) polideoksiribonukleotīdi.

DNS primārā struktūra ir mainīgu dezoksiribonukleozīda monofosfāta (DNMP) atlikumu secība polidezoksiribonukleotīdu ķēdē.

DNS primārā struktūra ir kovalentā struktūra, jo DNMP atlikumi polideoksiribonukleotīdu ķēdē ir saistīti viens ar otru ar 3", 5" fosfodiestera saitēm.

Polidezoksiribonukleotīda skelets (mugurkauls, mugurkauls) sastāv no monotoni mainīgām dezoksiribozes un fosfātu grupām, kas piestiprinātas pie mugurkaula vienādā attālumā viena no otras. DNS cukura-fosfāta mugurkauls ar lielu negatīvu lādiņu ir ļoti polāra molekulas daļa, savukārt slāpekļa bāzes ir nepolāras, hidrofobas sastāvdaļas.

Polidezoksiribonukleotīdu ķēdei ir vektoritāte, tai ir virziens no 5'-gala (ķēdes sākuma) līdz 3'-galam (ķēdes galam), t.i. 5"---->3". 5' gals (fosfāta gals) un 3' gals (hidroksilgals) ir gali, kuros attiecīgi 5' un 3' dezoksiribozes atomi ir brīvi no starpnukleotīdu saites. Vektoritāti nosaka polidezoksiribonukleotīdu ķēdes montāžas virziens.

DNS polikondensācijas koeficients svārstās no 0,5 . 10 4 vīrusiem līdz 10 8 augstāko eikariotu kodola DNS. Saskaņā ar to arī DNS molekulmasa atšķiras plašā diapazonā, augstākajos eikariotos sasniedzot vairākus desmitus miljardu daltonu. Tajā pašā laikā kodēto proteīnu skaits prokariotos un eikariotos atšķiras ne vairāk kā par kārtu. Tas ir saistīts gan ar sarežģīto gēnu organizāciju, gan ar atkārtotas DNS klātbūtni eikariotos.

Prokariotos DNS attēlo viena molekula. Tā kā sugas kļūst sarežģītākas, palielinās dažādu DNS lielums un skaits. Eikariotos DNS skaits ir vienāds ar hromosomu skaitu. Tādējādi cilvēka šūnās ir 46 dažādas DNS.

Katrai DNS ir unikāla primārā struktūra, un šķiet, ka to primārā struktūra visās daudzšūnu organisma šūnās ir tieši tāda pati.

DNS nukleotīdu secība ir apzīmēta, sākot no 5 collu gala, izmantojot nukleozīdu viena burta simbolus A, G, C un T

(nukleotīdi) un f - fosfātu grupai, piemēram: fAphTfGfGfC vai fATHGC.

DNS primārās struktūras izpētes sarežģītība ir saistīta ar ļoti garo polidezoksiribonukleotīdu ķēdes garumu un tikai četru veidu nukleotīdu klātbūtni. Lai atšifrētu DNS primāro struktūru, iepriekš tika izmantotas netiešas metodes:

ar purīna un pirimidīna nukleotīdu vienību kohēziju, atsevišķu nukleotīdu frakciju (tā saukto izoplašu) skaita un struktūras noskaidrošana;

par DNS reasociācijas kinētiku (atkārtotu secību klātbūtne);

sadalot nelielas bāzes;

noteikšanai DNS un palindromu secības noteikšanai.

Pašlaik plaši tiek izmantotas tiešās metodes, kuras tiek izmantotas šādā secībā:

šķelšanās ar dažādiem restrikcijas enzīmiem ar pārklājošu secību veidošanos;

DNS fragmentu elektroforētiskā atdalīšana poliakrilamīda gēlā atbilstoši tajos esošo nukleotīdu skaitam;

nukleotīdu secības atšifrēšana fragmentos;

nukleotīdu fragmentu izkārtojuma secības noteikšana pārklāšanās zonās.

POLIDEZOZIRIBONUKLEOTĪDU VEIDOŠANĀS.

Rīsi. Polidezoksiribonukleoīdu ķēdes fragments

Nukleīnskābes ir lielmolekulārie savienojumi, kuru molekulmasa svārstās no 25 tūkstošiem līdz 1 miljonam vai vairāk.

Nukleīnskābju polimēru ķēdes ir veidotas no monomēru vienībām - nukleotīdiem, saistībā ar kuriem nukleīnskābes sauc par polinukleotīdiem.

Parasti "nedalāma" monomēra vienība (piemēram, aminoskābju atlikums olbaltumvielās) nukleotīdos ir trīskomponentu veidojums, kas ietver heterociklisku bāzi, ogļhidrātu atlikumu un fosfātu grupu.

Ogļhidrātu sastāvdaļas ir pentozes - D-riboze un 2-deoksi-e-riboze. Atkarībā no tā nukleīnskābes tiek sadalītas ribonukleīns(RNS), kas satur ribozi, un dezoksiribonukleīns(DNS), kas satur dezoksiribozi.

DNS atrodama galvenokārt šūnu kodolos, RNS galvenokārt atrodama ribosomās, kā arī šūnu protoplazmā. RNS ir tieši iesaistīta olbaltumvielu sintēzē.

14.1. Nukleotīdi

14.1.1. Nukleozīdi

Nukleīnskābju ķīmijā parasti tiek saukti to sastāvā iekļautie pirimidīna un purīna sērijas heterocikliskie savienojumi. nukleīna bāzes.

Nukleīnbāzes kā heterocikla aizvietotāji var saturēt:

Vai oksogrupa, piemēram, uracilā un timīnā;

Vai aminogrupa, piemēram, adenīnā;

Vai arī abas šīs grupas vienlaikus, kā citozīnā un guanīnā.

Skābekli saturošas bāzes attēlo laktāma tautomēru formas, kurās aromātiskums netiek ietekmēts (sk. 13.4.). Visām bāzēm tiek pieņemti saīsināti trīs burtu apzīmējumi, kas sastāv no to latīņu nosaukumu pirmajiem burtiem.

Nukleīnskābes atšķiras pēc to heterocikliskajām bāzēm: uracils ir iekļauts tikai RNS, bet timīns ir

DNS:

Nukleīnbāzes uz viena slāpekļa atoma rēķina veido saiti ar pentozes anomēru centru (D-ribozi vai 2-deoksi-D-ribozi). Šāda veida saite ir līdzīga parastajai glikozīdu saitei un ir pazīstama kā N-glikozīdiskā saite, un paši glikozīdi - kā N-glikozīdi. Nukleīnskābju ķīmijā tos sauc nukleozīdi.

Dabisko nukleozīdu sastāvā ietilpst pentozes furanozes formā (oglekļa atomi tajos ir numurēti ar skaitli ar gājienu). Glikozīdā saite tiek veikta ar pirimidīna un N-9 purīna bāzes N-1 slāpekļa atomu.

Dabiskie nukleozīdi vienmēr irβ-anomēri.

Atkarībā no ogļhidrātu atlieku rakstura ir ribonukleozīdi Un dezoksiribonukleozīdi. Nukleozīdiem parastie nosaukumi, kas iegūti no atbilstošās nukleīna bāzes triviālā nosaukuma ar sufiksiem -idīns pirimidīnos un -osīns purīna nukleozīdos.

Izņēmums ir nosaukums "timidīns" (nevis deoksitimidīns), ko izmanto timīna dezoksiribosīdam, kas ir daļa no DNS. Retos gadījumos, kad timīns parādās RNS, atbilstošo nukleozīdu sauc par ribotimidīnu.

Trīs burtu nukleozīdu simboli atšķiras no pamata simboliem ar pēdējo burtu. Viena burta simboli tiek izmantoti tikai nukleozīdu atliekām (radikāļiem) sarežģītākās struktūrās.

Nukleozīdi ir vāji izturīgi pret hidrolīzi sārmaina vide, bet hidrolizēt skābē. Purīna nukleozīdi ir viegli hidrolizējami, savukārt pirimidīna nukleozīdi ir grūtāk hidrolizēti.

Kā zāles onkoloģijā tiek izmantoti pirimidīna un purīna sērijas sintētiskie atvasinājumi, kas pēc struktūras ir līdzīgi dabiskajiem metabolītiem (šajā gadījumā nukleīnbāzēm), bet nav tiem pilnīgi identiski, tas ir, tie ir antimetabolīti. Piemēram, 5-fluoruracils runā

kā uracila un timīna antagonists, 6-merkaptopurīns- adenīns. Konkurējot ar metabolītiem, tie dažādos posmos traucē nukleīnskābju sintēzi organismā.

14.1.2. Nukleotīdi

Nukleotīdus sauc par nukleozīdu fosfātiem. Fosforskābe parasti esterificē spirta hidroksilu C-5" vai C-3" ribozes (ribonukleotīda) vai dezoksiribozes (dezoksiribonukleotīda) atlikumā.

Nukleotīdu struktūras vispārējais princips ir parādīts adenozīna fosfātu piemērā. Lai savienotu trīs komponentus nukleotīdu molekulā, tiek izmantotas esteru un N-glikozīdu saites.

Nukleotīdus var uzskatīt, no vienas puses, par nukleozīdu esteriem (fosfātiem), un, no otras puses, par skābēm (fosforskābes atlikuma klātbūtnes dēļ).

Fosfātu atlikuma dēļ nukleotīdi uzrāda divvērtīgās skābes īpašības un fizioloģiskos apstākļos pie pH ~ 7 ir pilnībā jonizētā stāvoklī.

Nukleotīdiem tiek izmantoti divu veidu nosaukumi (14.1. tabula). Viens ietver nukleozīda nosaukumu, norādot fosfāta atlikuma stāvokli tajā, piemēram, adenozīna-3'-fosfāts, uridīna-5'-fosfāts; cits ir uzbūvēts, pievienojot kombināciju -ilskābe pirimidīna bāzes atlikuma, piemēram, 5'-uridilskābes, vai purīna bāzes, piemēram, 3'-adenilskābes, nosaukumam.

Izmantojot nukleozīdiem pieņemto viena burta kodu, 5 "-fosfāti tiek rakstīti, pievienojot latīņu burtu "r" pirms tam nukleozīdu simbols, 3"-fosfāti - pēc nukleozīdu simbols. Adenozīna-5"-fosfātu apzīmē ar pA, adenozīna-3"-fosfātu - Ap utt. Šos saīsinājumus izmanto, lai reģistrētu nukleotīdu atlieku secību nukleīnskābēs. Saistībā ar brīvajiem nukleotīdiem bioķīmiskajā literatūrā,

tūrē plaši tiek izmantoti to nosaukumi kā monofosfāti ar šīs pazīmes atspoguļojumu saīsinātā kodā, piemēram, AMP (vai AMP) adenozīna-5"-fosfātam utt. (sk. 14.1. tabulu).

14.1. tabula.Svarīgākie nukleotīdi, kas veido nukleīnskābes

Ciklofosfāti.Tie ietver nukleotīdus, kuros viena fosforskābes molekula vienlaikus esterizē divas ogļhidrātu atlikuma hidroksilgrupas. Gandrīz visas šūnas satur divus nukleozīdu ciklofosfātus - adenozīna-3",5"-ciklofosfātu (cAMP) un guanozīna-3",5"-ciklofosfātu (cGMP).

14.2. Nukleīnskābju struktūra

14.2.1. Primārā struktūra

Polinukleotīdu ķēdēs nukleotīdu vienības ir saistītas ar fosfātu grupu. Fosfātu grupa veido divas estera saites: ar C-3 "iepriekšējo un C-5" no turpmākajām nukleotīdu vienībām (14.1. att.). Ķēdes mugurkaulu veido mainīgi pentozes un fosfāta atlikumi, un heterocikliskās bāzes ir "piekarinātās" grupas, kas pievienotas pentozes atlikumiem. Nukleotīdu ar brīvu 5"-OH grupu sauc par 5"-galu, un nukleotīdu ar brīvu 3"-OH grupu sauc par 3"-galu.

14.2. attēlā parādīta patvaļīgas DNS ķēdes posma struktūra, kas ietver četras nukleīna bāzes. Ir viegli iedomāties, cik daudz kombināciju var iegūt, mainot četru nukleotīdu atlikumu secību. RNS ķēdes veidošanas princips ir tāds pats kā DNS, ar diviem izņēmumiem: D-riboze kalpo kā pentozes atlikums RNS, nevis timīns, bet gan uracils tiek izmantots heterociklisko bāzu komplektā.

Nukleīnskābju primāro struktūru nosaka saistīto nukleotīdu vienību secība kovalentās saites nepārtrauktā polinukleotīdu ķēdē.

Primārās struktūras rakstīšanas ērtībai ir vairāki saīsinājumu veidi. Viens no tiem ir izmantot iepriekš dotos saīsinātos nukleozīdu nosaukumus. Piemēram, parādīts attēlā. 14.2 DNS ķēdes fragmentu var uzrakstīt

Rīsi. 14.1.Polinukleotīdu ķēdes struktūras vispārējais princips

Rīsi. 14.2.DNS ķēdes segmenta primārā struktūra

piemēram, d(ApCpGpTp...) vai d(A-C-G-T...). Bieži vien burts d tiek izlaists, ja ir acīmredzams, ka runa ir par DNS.

Svarīga nukleīnskābju īpašība ir nukleotīdu sastāvs, t.i., nukleotīdu komponentu kopums un kvantitatīvā attiecība. Nukleotīdu sastāvs parasti tiek noteikts, pētot nukleīnskābju hidrolītiskās šķelšanās produktus.

DNS un RNS atšķiras pēc to uzvedības sārmainas un skābes hidrolīzes apstākļos. DNS ir izturīga pret hidrolīzi sārmainā vidē. RNS viegli hidrolizējas sārmainā vidē līdz nukleotīdiem, kas, savukārt, spēj atdalīt fosforskābes atlikumus sārmainā vidē, veidojot nukleozīdus. Nukleozīdi skābā vidē tiek hidrolizēti par heterocikliskām bāzēm un ogļhidrātiem.

14.2.2. DNS sekundārā struktūra

Saskaņā ar sekundāro struktūru saprotiet polinukleotīdu ķēdes telpisko organizāciju. Saskaņā ar Watson-Crick modeli, DNS molekula sastāv no divām polinukleotīdu ķēdēm, kas atrodas labajā pusē ap kopēju asi, veidojot dubulto spirāli. Purīna un pirimidīna bāzes tiek virzītas spirāles iekšpusē. Ūdeņraža saites veidojas starp vienas ķēdes purīna bāzi un otras ķēdes pirimidīna bāzi. Šie pamati ir papildinošie pāri.

Ūdeņraža saites veidojas starp vienas bāzes aminogrupu un citas bāzes karbonilgrupu -NH...O=C-, kā arī starp amīda un imīna slāpekļa atomiem -NH ... N- Piemēram, kā parādīts zemāk, starp adenīnu un timīnu veidojas divas ūdeņraža saites, un šīs bāzes veido komplementāru pāri, t.i., adenīns vienā ķēdē atbildīs timīnam otrā ķēdē. Vēl viens komplementāru bāzu pāris ir guanīns un citozīns, starp kuriem veidojas trīs ūdeņraža saites.

Ūdeņraža saites starp komplementārām bāzēm ir viens no mijiedarbības veidiem, kas stabilizē dubulto spirāli. Divi DNS pavedieni, kas veido dubultspirāli, nav identiski, bet papildina viens otru. Tas nozīmē, ka vienas virknes primārā struktūra, t.i., nukleotīdu secība, nosaka otrās virknes primāro struktūru (14.3. att.).

Rīsi. 14.3.Polinukleotīdu ķēžu komplementaritāte dubultā spirālē

DNS

14.3. Nukleotīdu koenzīmi

Nukleotīdiem ir liela nozīme ne tikai kā celtniecības materiāls nukleīnskābēm. Viņi ir iesaistīti bioķīmiskos procesos un ir īpaši svarīgi lomā koenzīmi i., vielas, kas ir cieši saistītas ar fermentiem un nepieciešamas to fermentatīvās aktivitātes izpausmei.

14.3.1. Nukleozīdu polifosfāti

Visi ķermeņa audi satur nukleozīdu mono-, di- un trifosfātus. Īpaši plaši pazīstami ir adenīnu saturošie nukleotīdi - adenozīna-5'-fosfāts (AMP), adenozīna-5'-difosfāts (ADP)

un adenozīna-5'-trifosfāts (ATP) (šiem savienojumiem kopā ar saīsinājumiem, kas doti latīņu burtiem, krievu literatūrā tiek izmantoti atbilstošo krievu nosaukumu saīsinājumi - AMP, ADP, ATP).

Nukleotīdi, kas fosforilēti iekšā dažādas pakāpes, spēj savstarpēji pārveidoties, veidojot vai likvidējot fosfātu grupas. Difosfātu grupa satur vienu, bet trifosfātu grupa satur divas anhidrīdsaites, t.s. makroerģisks, jo viņiem ir daudz enerģijas. Šādas saites veidošanai nepieciešamās enerģijas izmaksas tiek papildinātas ar enerģiju, kas izdalās ogļhidrātu vielmaiņas procesā. Kad makroerģiskā P ~ O saite tiek sašķelta (apzīmēta ar viļņotu līniju), izdalās ~32 kJ/mol. Ar to ir saistīta vissvarīgākā ATP kā enerģijas "piegādātāja" loma visās dzīvajās šūnās.

AMP, ADP un ATP savstarpējās konversijās, kas parādītas zemāk, šo savienojumu formulas atbilst to nejonizētajam stāvoklim. Fizioloģiskos apstākļos pie pH ~ 7 fosfātu grupas ir gandrīz pilnībā jonizētas, tāpēc bioķīmiskajā literatūrā šie un visi citi nukleotīdi ir attiecīgi rakstīti kā anjoni.

Nukleozīdu polifosfāti bioķīmiskos procesos. Piedaloties ATP un ADP organismā, tiek veikts vissvarīgākais bioķīmiskais process - fosfātu grupu pārnešana. Piemēram, esteru (fosfātu) veidošanās ir tipiska ogļhidrātu metabolisma reakcija. Visi glikolīzes posmi (glikozes pārvēršana piruvātā) tiek veikti tikai fosfāta formā. Hidroksilgrupu saturošu savienojumu fosfātu sagatavošanu var attēlot kā vispārīgu shēmu.

Tādējādi galaktoze, kas veidojas laktozes sadalīšanās laikā, sākotnējā vielmaiņas pārvēršanās glikozē stadijā, mijiedarbojas ar ATP, veidojot monofosfātu.

14.3.2. Nikotinamīda nukleotīdi

Nozīmīgākie šīs savienojumu grupas pārstāvji ir nikotīnamīda adenīna dinukleotīds(NAD vai NAD krievu literatūrā) un tā fosfātu (NADP, vai NADP). Šie savienojumi to dara svarīga loma koenzīmi daudzu īstenošanā

redoksreakcijas. Attiecīgi tie var pastāvēt gan oksidētā (NAD+, NADP+), gan reducētā (NADH, NADPH) formā.

NAD + un NADP + strukturālais fragments ir nikotīnamīda atlikums piridīnija katjona formā. NADH un NADPH sastāvā šis fragments tiek pārveidots par 1,4-dihidropiridīna atlikumu.

Bioloģiskās dehidrogenēšanas laikā substrāts zaudē divus ūdeņraža atomus, t.i., divus protonus un divus elektronus (2H+, 2e) vai protonu un hidrīdjonu (H+ un H-). Koenzīms NAD+ parasti tiek uzskatīts par hidrīdjona H - akceptoru (lai gan nav pārliecinoši noskaidrots, vai ūdeņraža atoma pārnešana uz šo koenzīmu notiek vienlaikus ar elektrona pārnesi, vai arī šie procesi notiek atsevišķi).

Redukcijas rezultātā, pievienojot NAD+ hidrīdjonu, piridīnija gredzens tiek pārveidots par 1,4-dihidropiridīna fragmentu. Šis process ir atgriezenisks.

Oksidācijas reakcijā aromātiskais piridīna gredzens tiek pārveidots par nearomātisku 1,4-dihidropiridīna gredzenu. Aromātiskuma zuduma dēļ NADH enerģija palielinās salīdzinājumā ar NAD +. Tādā veidā NADH uzglabā enerģiju, kas pēc tam tiek patērēta citos bioķīmiskos procesos, kuriem nepieciešamas enerģijas izmaksas.

Tipiski bioķīmisko reakciju piemēri, kas ietver NAD+, ir spirta grupu oksidēšana par aldehīdu grupām (piemēram, retinola pārvēršana par tīkleni, skatīt 15.4.), un, piedaloties NADH, karbonilgrupu reducēšana par spirta grupām (pirovīnskābes pārvēršana pienskābē, skatīt 9.2.3.).

Katrai sugai ir savs specifisks DNS nukleotīdu sastāvs.

Larsons un līdzautori analītiskajos eksperimentos ar mikrokolonnu (0,15 x 10 cm) pētīja optimālos apstākļus ierobežojošās DNS frakcionēšanai HOF-5 sistēmā pie vidējā spiediena (33 atm) un eluēšanas ātruma 13 ml/h. Vislabākā 17 fragmentu atdalīšana no 43 līdz 850 bāzes pāriem tika iegūta, izmantojot ļoti maigu lineāro gradientu (0,55–0,75 M K I) ar tilpumu 40 ml (220 Fj) neitrālā buferšķīdumā 43 ° temperatūrā. Temperatūras paaugstināšanās, pēc viņu domām, apgrūtina DNS eluēšanu un izstiepj tā profilu. Ir iespējams atdalīt fragmentus, kuru garums ir 98 un 102 bāzes pāri, ko ne vienmēr ir iespējams panākt, izmantojot elektroforēzi. Ierobežojuma lipīgo galu garums un to sastāvs ietekmē atdalīšanu, tāpat kā DNS nukleotīdu sastāvs un pat bāzes secība. Neo tiek uzsvērts

Sakarā ar to, ka visā pēdējā desmitgade Literatūrā parādījās priekšlikumi baktēriju klasificēšanai izmantot nukleotīdu attiecību DNS sastāvā noteikti veidi mikrobiem, mums vajadzētu īsi pakavēties pie šī jautājuma. DNS nukleotīdu sastāvs lielā mērā ir atkarīgs no organisma sistemātiskā stāvokļa. Chargaff laboratorijā noteikta sugas specifika

Mazgāšanu atkārto pēc 5 minūtēm ar tādu pašu daudzumu fosfāta buferšķīduma. Šīs divas mazgāšanas noņem 90% DNS, ko var eluēt noteiktā temperatūrā. Pēc tam ciklu atkārto augstākā temperatūrā. Iegūtajās frakcijās var noteikt nukleotīdu sastāvu.

Nukleotīdu sastāvs ir viena no svarīgākajām NA īpašībām, kas var sniegt priekšstatu par RNS un DNS būtību, īpašībām, ģenēzi un funkcijām.

RNS nukleotīdu sastāvu parasti nosaka pēc preparāta sārmainas hidrolīzes, iegūstot brīvo ribonukleotīdu maisījumu. DNS nukleotīdu sastāvu vērtē pēc slāpekļa bāzu attiecības, kas veidojas zāļu dziļās skābes hidrolīzes laikā.

Turklāt DNS nukleotīdu sastāvu var noteikt saskaņā ar Del. Attīrīta DNS tiek izšķīdināta 0,1 N. CH3COOH (25-50 t/ml). Šķīduma optiskais blīvums tiek mērīts pie 260 un 280 mc pret 0,1 i. CH3COOH un GC pāru saturu DNS molekulā aprēķina, izmantojot empīrisko formulu

Dažādu sugu DNS ir atšķirīgs nukleotīdu sastāvs

Tūlīt pēc Vatsona un Krika hipotēzes parādīšanās 1953. gadā tika ierosināts, ka ribosomu RNS (rRNS), kas dažās šūnās veido līdz pat 90% no kopējā RNS daudzuma, ir ģenētiskās informācijas nesēja no kodoliem uz citoplazmu. Tomēr līdz 1960. gadam šis pieņēmums izrādījās pareizs. Tādējādi, jo īpaši, neskatoties uz ievērojamām atšķirībām DNS nukleotīdu sastāvā, RNS lielums un nukleotīdu sastāvs dažādu baktēriju ribosomās izrādījās ļoti līdzīgs (2. nodaļa, D sadaļa, 8). Turklāt līdz tam laikam kļuva skaidrs, ka informācijas pārsūtīšana tiek veikta, izmantojot salīdzinoši nestabilu, īslaicīgu RNS formu, savukārt ribosomu RNS izrādījās ļoti stabila.

DNS nukleotīdu sastāva izmaiņu diapazons ir pārsteidzoši plašs. Kopējais citozīna un guanīna (G saturs) procentuālais daudzums dažādās baktērijās svārstās no 22 līdz 74%. (G saturs E. oli DNS ir 51,7%). Eikariotiem šis diapazons ir šaurāks (no 28 līdz 58%). Tas, ka baktēriju DNS nukleotīdu sastāvs atšķiras daudz plašākā diapazonā nekā augstākiem organismiem, nav pārsteidzošs. Prokarioti uz Zemes ir bijuši gandrīz tikpat daudz miljonu gadu kā mēs. Taču to vienkāršākas struktūras un lielā dalīšanās ātruma dēļ daba ir veikusi daudz vairāk eksperimentu ar savu ģenētisko materiālu un ieviesusi tajā daudz vairāk izmaiņu nekā mūsējā.

Svarīgs solis ceļā uz dabiskas prokariotu taksonomijas izveidi ir saistīts ar molekulārās bioloģijas sasniegumiem. 60. gados. 20. gadsimts tika konstatēts, ka visas organisma īpašības nosaka unikālas ķīmiskās molekulas – DNS, tāpēc baktērijas var klasificēt, salīdzinot to genomus. Uz tāda pamata kā ģenētiskais materiāls izrādījās iespējams, pamatojoties uz līdzības pakāpes noteikšanu, izdarīt secinājumu par attiecību pakāpi starp organismiem. Sākotnēji taksonomijas nolūkos guanīna un citozīna (GC) summas molārais saturs tika salīdzināts procentos no kopējā DNS bāzu skaita dažādos objektos. Šis rādītājs prokariotiem svārstās no 25 līdz 75%. Tomēr HC indekss ļauj veikt tikai šauru genomu salīdzināšanu. Ja organismiem ir vienāds DNS nukleotīdu sastāvs, starp tiem ir iespējamas līdzības un atšķirības, jo ģenētiskā kodēšana balstās ne tikai uz noteiktu bāzu saturu kodēšanas vienībā (tripletā), bet arī uz to savstarpējo izvietojumu.

Izmantojot piemērus 1-5, tika konstatēts, ka nukleotīdu sastāvs ietekmē interkalējošās krāsvielas etīdija bromīda fluorescences intensitāti. Tātad pie vienādām šķīdumu optiskā blīvuma vērtībām oligonukleotīdi, kuriem ir slikts 1 uanīns, daudz sliktāk krāsojas ar etīdija bromīdu. Acīmredzot guanīna klātbūtne ietekmē krāsvielas interkalācijas spēju. Visi sintezētie oligonukleotīdi tika izmantoti, lai pastiprinātu atbilstošos DNS veidņu reģionus.

E. Volkins un F. Astrachans (1956) neatkarīgi pētīja RNS sintēzi baktērijās, kas inficētas ar DNS saturošo T2 bakteriofāgu. Pēc inficēšanās baktērijas pārstāj sintezēt savus proteīnus, un visa šūnas proteīnu sintēze pāriet uz fāgu proteīnu ražošanu. Izrādījās, ka galvenā saimniekšūnas RNS daļa nemainās, bet šūna sāk ražot nelielu daļu metaboliski nestabilas (īslaicīgas) RNS, kuras nukleotīdu sastāvs ir līdzīgs fāga DNS sastāvam.

Berģi Baktēriju atslēgas devītajā izdevumā visi atklātie organismi, kas iedalīti Prokariotae valstībā, ir sadalīti 33 grupās. Pazīmes, saskaņā ar kurām tiek veikta sadalīšana grupās, parasti tiek klasificētas kā viegli identificējamas un ievietotas grupu nosaukumos, piemēram, gramnegatīvās aerobās nūjiņas un koki (4. grupa), anaerobie gramnegatīvie koki (8. grupa), grampozitīvie nūjiņas un koki, kas veido endosporas, kas veido 13 augļu ķermeņus (grupas 4). Galvenā Berģi klasifikācijas ideja ir baktēriju identificēšanas vieglums. Lai to izdarītu, morfoloģisko pazīmju kombinācija (ķermeņa forma, kapsulas kauliņu esamība vai neesamība, spēja veidoties sporām, intracelulārās struktūras iezīmes, Grama iekrāsošanās), kultūras (pazīmes, kas konstatētas kultivēšanas laikā tīrkultūras laboratorijā), fizioloģisko un bioķīmisko (enerģijas iegūšanas metodes, barības vielu prasības, saistība ar vides faktoriem un nukleotīdu sastāvu, nukleotīdu dabu un nukleotīdu klātbūtni, bāzes DNS, ribosomu RNS nukleotīdu sastāvs atbilstoši aminoskābju secībai fermentu proteīnos ar līdzīgām funkcijām).

Tika konstatēts, ka DNS nukleotīdu sastāvs ir tik raksturīgs katram baktēriju veidam, ka ar baktēriju mainīgumu atkarībā no sadalīšanās veida 5 un H variantos tām ir identisks DNS sastāvs. Konstatēts arī, ka dažādām sistemātiskām grupām piederošām baktērijām ir līdzīgs DNS nukleotīdu sastāvs (E. coli un dažām korinebaktērijām 50-52% HC pseudomonas un mikobaktērijām 57-70% HC). Baktēriju kultūras ar vienādu DNS sastāvu ne vienmēr ir saistītas. Ir zināma korelācija starp nukleotīdu sastāvu un antigēnu struktūru. Līdz šim nav izdevies noteikt saikni starp DNS sastāvu un baktēriju piederību grampozitīvajai grupai. Cieši radniecīgas patogēno un saprofītu sugu baktērijas, hemolītiskās un nehemolītiskās, izrādījās DNS specifiskuma indikatori.

DNS molekulas dominējošo daļu attēlo mRNS cistroni. Tas izskaidro faktu, ka audu mRNS kopējais nukleotīdu sastāvs parasti ir tuvu kopējās DNS nukleotīdu sastāvam.

RNS sārmaina hidrolīze. RNS nukleotīdu sastāvu var noteikt bez iepriekšējas NA ekstrakcijas no augiem un pēc to ekstrakcijas. Ja nukleotīdu sastāva noteikšanu veic bez NA ekstrahēšanas no

Nukleīnskābes ir fosforu saturoši neregulāri heteropolimēri. Atvēra 1868. gadā G.F. Misher.

Nukleīnskābes ir atrodamas visu dzīvo organismu šūnās. Turklāt katram organisma veidam ir savs nukleīnskābju komplekts, kas raksturīgs tikai tam. Dabā ir vairāk nekā 1 200 000 dzīvo organismu sugu - no baktērijām un cilvēkiem. Tas nozīmē, ka ir aptuveni 10 10 dažādas nukleīnskābes, kas ir veidotas tikai no četrām slāpekļa bāzēm. Kā četras slāpekļa bāzes var kodēt 10 10 nukleīnskābes? Apmēram tas pats, ko mēs iekodējam savas domas uz papīra. Mēs izveidojam alfabēta burtu secību, grupējot tos vārdos, un daba kodē iedzimtu informāciju, izveidojot daudzu nukleotīdu secību.

Nukleotīds - salīdzinoši vienkāršs monomērs, no kura molekulām tiek veidotas nukleīnskābes. Katrs nukleotīds sastāv no: slāpekļa bāzes, piecu oglekļa cukuru (ribozes vai dezoksiribozes) un fosforskābes atlikuma. Nukleotīda galvenā daļa ir slāpekļa bāze.

Slāpekļa bāzēm ir cikliska struktūra, kas kopā ar citiem atomiem (C, O, H) ietver slāpekļa atomus. Sakarā ar to šos savienojumus sauc slāpeklis. Slāpekļa bāzēm svarīgākās īpašības ir saistītas arī ar slāpekļa atomiem, piemēram, to vāji bāzes (sārmainās) īpašības. Tāpēc šos savienojumus sauc par "bāzēm".

Dabā nukleīnskābes satur tikai piecas no zināmajām slāpekļa bāzēm. Tie ir atrodami visos šūnu veidos, sākot no mikoplazmas līdz cilvēka šūnām.

Šis purīns slāpekļa bāzes adenīns (A) un guanīns (G) un pirimidīns Uracils (U), timīns (T) un citozīns (C). Purīna bāzes ir purīna heterocikla atvasinājumi, un pirimidīna bāzes ir pirimidīna atvasinājumi. Uracils ir atrodams tikai RNS, bet timīns ir atrodams DNS. A, G un C ir atrodami gan DNS, gan DNS.

Nukleīnskābēs ir divu veidu nukleotīdi: dezoksiribonukleotīdi - DNS, ribonukleotīdi - RNS. Dezoksiribozes struktūra atšķiras no ribozes struktūras ar to, ka otrajā dezoksiribozes oglekļa atomā nav hidroksilgrupas.

Slāpekļa bāzes un pentozes kombinācijas rezultātā nukleozīds. Nukleozīds, kas saistīts ar fosforskābes atlikumu nukleotīds:

slāpekļa bāze + pentoze = nukleozīds + fosforskābes atlikums = nukleotīds

Ir aprakstīta slāpekļa bāzu attiecība DNS molekulā Chargaff noteikumi:

1. Adenīna daudzums ir vienāds ar timīna daudzumu (A = T).

2. Guanīna daudzums ir vienāds ar citozīna daudzumu (G = C).

3. Purīnu skaits ir vienāds ar pirimidīnu skaitu (A + G = T + C), t.i. A + G / T + C \u003d 1.

4. Bāžu skaits ar sešām aminogrupām ir vienāds ar bāzu skaitu ar sešām keto grupām (A + C = G + T).

5. Bāzu attiecība A + C / G + T ir nemainīga vērtība, stingri noteikta sugai: cilvēks - 0,66; astoņkājis - 0,54; pele - 0,81; kvieši - 0,94; aļģes - 0,64-1,76; baktērijas - 0,45-2,57.

Pamatojoties uz E. Čargafa datiem par purīna un pirimidīna bāzu attiecību un M. Vilkinsa un R. Franklina 1953. gadā iegūtajiem rentgenstaru difrakcijas analīzes rezultātiem, Dž. Vatsons un F. Kriks ierosināja DNS molekulas modeli. Par divpavedienu DNS molekulas izstrādi Vatsons, Kriks un Vilkinss 1962. gadā saņēma Nobela prēmiju.

DNS molekulai ir divas virknes, kas ir paralēlas viena otrai, bet apgrieztā secībā. DNS monomēri ir dezoksiribonukleotīdi: adenils (A), timidils (T), guanils (G) un citozils (C). Ķēdes tiek turētas kopā ar ūdeņraža saitēm: starp A un T divas, starp G un C trīs ūdeņraža saites. DNS molekulas dubultspirāle ir savīta spirāles formā, un vienā pagriezienā ir iekļauti 10 nukleotīdu pāri. Spirāles spoles satur ūdeņraža saites un hidrofobās mijiedarbības. Dezoksiribozes molekulā brīvās hidroksilgrupas atrodas 3' un 5' pozīcijās. Šajās pozīcijās starp dezoksiribozi un fosforskābi var veidoties diestera saite, kas savieno nukleotīdus savā starpā. Šajā gadījumā vienā DNS galā ir 5'-OH grupa, bet otrā galā ir 3'-OH grupa. DNS ir vislielākā organiskās molekulas. To garums svārstās no 0,25 nm līdz 40 mm cilvēkiem baktērijās (lielākās proteīna molekulas garums nav lielāks par 200 nm). DNS molekulas masa ir 6 x 10 -12 g.

DNS postulāti

1. Katra DNS molekula sastāv no divām antiparalēlām polinukleotīdu ķēdēm, kas veido dubultspirāli, kas savīta (pa labi vai pa kreisi) ap centrālo asi. Antiparalēlisms tiek nodrošināts, savienojot vienas dzīslas 5' galu ar otras daļas 3' galu un otrādi.

2. Katrs nukleozīds (pentoze + bāze) atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra spirāles asij.

3. Divas spirāles ķēdes satur ūdeņraža saites starp bāzēm A–T (divas) un G–C (trīs).

4. Bāžu savienošana pārī ir ļoti specifiska un notiek saskaņā ar komplementaritātes principu, kā rezultātā ir iespējami tikai pāri A: T, G: C.

5. Bāžu secība vienā ķēdē var ievērojami atšķirties, bet to secība citā ķēdē ir stingri komplementāra.

DNS ir unikālas replikācijas (spēja pašdubultoties) un labošanās (spēja pašatjaunoties) īpašības.

DNS replikācija- reakcija matricas sintēze, DNS molekulas divkāršošanas process ar reduplikāciju. 1957. gadā M. Delbriks un G. Stents, pamatojoties uz eksperimentu rezultātiem, ierosināja trīs modeļus DNS molekulas dubultošanai:

UZ konservatīvs: nodrošina sākotnējās divpavedienu DNS molekulas saglabāšanu un jaunas, arī divpavedienu molekulas sintēzi;

- daļēji konservatīvs: ietver DNS molekulas atdalīšanu monoķēdēs ūdeņraža saišu pārraušanas rezultātā starp abu ķēžu slāpekļa bāzēm, pēc kā katrai partneri zaudējušajai bāzei tiek pievienota komplementāra bāze; meitas molekulas ir precīzas mātes molekulas kopijas;

- izkliedēts: sastāv no sākotnējās molekulas sadalīšanas nukleotīdu fragmentos, kas tiek replicēti. Pēc replikācijas jaunie un vecākfragmenti tiek nejauši samontēti.

Tajā pašā 1957. gadā M. Meselsons un F. Stāls eksperimentāli pierādīja, ka pastāv daļēji konservatīvs modelis, kura pamatā ir Escherichia coli. Un 10 gadus vēlāk, 1967. gadā, japāņu bioķīmiķis R. Okazaki daļēji konservatīvā veidā atšifrēja DNS replikācijas mehānismu.

Replikācija tiek veikta vairāku enzīmu kontrolē un notiek vairākos posmos. Replikācijas vienība ir replikons - DNS daļa, kas katrā šūnu ciklā tikai 1 reizi nonāk aktīvā stāvoklī. Replicon ir sākuma punkti Un beigas replikācija. Eikariotos katrā DNS vienlaicīgi parādās daudzi replikoni. Replikācijas sākumpunkts secīgi virzās pa DNS virkni tajā pašā virzienā vai pretējos virzienos. Replikācijas kustīgā priekšpuse ir dakša - replikatīvs vai replikācijas dakša.

Tāpat kā jebkurā matricas sintēzes reakcijā, replikācijai ir trīs posmi.

Iniciācija: enzīmu piesaiste helikāzes (helikāzes) līdz replikācijas sākumam. Helicase atritina īsus DNS posmus. Pēc tam katrai no atdalītajām ķēdēm tiek pievienots DNS saistošais proteīns (DBP), kas novērš ķēžu atkalapvienošanos. Prokariotiem ir papildu enzīms DNS girāze, kas palīdz helikāzei atraisīt DNS.

Pagarinājums: secīga komplementāra nukleotīdu pievienošana, kā rezultātā tiek pagarināta DNS ķēde.

DNS sintēze notiek nekavējoties abās tās ķēdēs. Tā kā enzīms DNS polimerāze var salikt tikai nukleotīdu ķēdi virzienā no 5' līdz 3', viena no ķēdēm atkārtojas nepārtraukti (replikācijas dakšas virzienā), bet otra atkārtojas nepārtraukti (veidojot Okazaki fragmentus), pretējā virzienā replikācijas dakšas kustībai. Pirmo ķēdi sauc vadošais, un otrais ir atpaliek. DNS sintēze tiek veikta, piedaloties fermentam DNS polimerāzei. Līdzīgi DNS fragmenti tiek sintezēti uz atpalikušās virknes, kas pēc tam tiek šķērssavienoti ar enzīmu – ligāžu palīdzību.

Izbeigšana: DNS sintēzes pārtraukšana, sasniedzot vēlamo molekulas garumu.

DNS remonts- DNS molekulas spēja “izlabot” bojājumus, kas radušies tās ķēdēs. Šajā procesā piedalās vairāk nekā 20 enzīmi (endonukleāzes, eksonukleāzes, restrikcijas enzīmi, DNS polimerāzes, ligāzes). Viņi:

1) atrast mainītās zonas;

2) sagriež un noņem tos no ķēdes;

3) atjaunot pareizu nukleotīdu secību;

4) atjaunotais DNS fragments ir sapludināts ar blakus esošajiem reģioniem.

DNS šūnā veic īpašas funkcijas, ko nosaka tās ķīmiskais sastāvs, struktūra un īpašības: iedzimtas informācijas uzglabāšana, reproducēšana un realizācija starp jaunām šūnu un organismu paaudzēm.

RNS ir izplatītas visos dzīvajos organismos, un tās attēlo dažāda izmēra, struktūras un funkciju molekulas. Tie sastāv no vienas polinukleotīdu ķēdes, ko veido četru veidu monomēri – ribonukleotīdi: adenils (A), uracils (U), guanils (G) un citozils (C). Katrs ribonukleotīds sastāv no slāpekļa bāzes, ribozes un fosforskābes atlikuma. Visas RNS molekulas ir precīzas noteiktu DNS daļu (gēnu) kopijas.

RNS struktūru nosaka ribonukleotīdu secība:

- primārs– ribonukleotīdu secība RNS ķēdē; tas ir sava veida ģenētiskās informācijas ieraksts; nosaka sekundāro struktūru;

-sekundārais- RNS virkne, kas savīta spirālē;

- terciārais– visas RNS molekulas telpiskais izvietojums; terciārā struktūra ietver primārās sekundāro struktūru un fragmentus, kas savieno vienu sekundārās struktūras posmu ar citu (transports, ribosomu RNS).

Sekundārās un terciārās struktūras veido ūdeņraža saites un hidrofobā mijiedarbība starp slāpekļa bāzēm.

Messenger RNS (i-RNA)- programmē šūnu proteīnu sintēzi, jo katru proteīnu kodē atbilstošā mRNS (i-RNS satur informāciju par aminoskābju secību sintezējamajā proteīnā); svars 10 4 -2x10 6; īslaicīga molekula.

Pārnest RNS (t-RNS)- 70-90 ribonukleotīdi, svars 23 000-30 000; īstenojot ģenētisko informāciju, tā nogādā aktivētās aminoskābes uz polipeptīdu sintēzes vietu, “atpazīst” atbilstošo i-RNS sadaļu; citoplazmā to attēlo divas formas: t-RNS brīvā formā un t-RNS, kas saistīta ar aminoskābi; vairāk nekā 40 sugas; 10%.