Нуклеиновые кислоты. Строение и функции

Содержание

Слайд 2

Функции нуклеиновых кислот Основная функция нуклеиновых кислот - хранение и передача

Функции нуклеиновых кислот

Основная функция нуклеиновых кислот - хранение и передача наследственнойнаследственной

информации, а также непосредствен-ное участие в механизмах реализации этой информации путем програм-мирования синтеза всех клеточных белков.
Слайд 3

Составные элементы ДНК и РНК Нуклеиновые кислоты построены из трех элементов:

Составные элементы ДНК и РНК

Нуклеиновые кислоты построены из трех элементов:
1)гетероциклические

азотистые основания;
2) пятичленный углевод: рибоза или дезоксирибоза;
3) фосфорная кислота.
Кислотами ДНК и РНК являются из-за остатков фосфорной кислоты.
Слайд 4

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ Фридрих Мишер (1869) (Швейцария) Нуклеиновые основания Пиримидин Пурин рКв = 2,3 рКв= 1,3

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ

Фридрих Мишер (1869) (Швейцария)

Нуклеиновые основания

Пиримидин

Пурин

рКв =

2,3

рКв= 1,3

Слайд 5

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ Нуклеиновые основания (в лактамной форме) Пиримидиновые Урацил Ura

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ

Нуклеиновые основания (в лактамной форме)

Пиримидиновые

Урацил Ura
(2,4-диоксопиримидин)


Тимин Thy
(5-метил-2,4-диоксопиримидин, 5-метилурацил

Цитозин Cyt
(4-амино-2-оксопиримидин)

Слайд 6

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ Нуклеиновые основания (в лактамной форме) Пуриновые Аденин Ade (6-аминопурин) Гуанин Gua (2-амино-6-оксопурин)

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ

Нуклеиновые основания (в лактамной форме)

Пуриновые

Аденин Ade
(6-аминопурин)


Гуанин Gua
(2-амино-6-оксопурин)

Слайд 7

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ Нуклеиновые основания (в лактамной форме) Лактим-лактамная таутомерия

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ

Нуклеиновые основания (в лактамной форме)

Лактим-лактамная таутомерия

Слайд 8

Лактам - лактимная таутомерия нуклеиновых оснований

Лактам - лактимная таутомерия нуклеиновых оснований

Слайд 9

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ Нуклеиновые основания (в лактамной форме) Плоское строение молекул пиримидина и пурина

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ

Нуклеиновые основания (в лактамной форме)

Плоское строение молекул

пиримидина и пурина
Слайд 10

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ R=OH β-D-рибофураноза R=H 2-Дезокси-β-D-рибофураноза

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ

R=OH β-D-рибофураноза R=H 2-Дезокси-β-D-рибофураноза

Слайд 11

Углеводы в структуре нуклеиновых кислот (рибоза и дезоксирибоза) D- рибоза β- D-рибофураноза D-2-дезоксирибоза β- D-2-дезоксирибоза

Углеводы в структуре нуклеиновых кислот (рибоза и дезоксирибоза)

D- рибоза

β- D-рибофураноза

D-2-дезоксирибоза

β- D-2-дезоксирибоза


Слайд 12

НУКЛЕОЗИДЫ Общая структура нуклеозида R=OH Рибонуклеозид R=H Дезоксирибонуклеозид

НУКЛЕОЗИДЫ

Общая структура нуклеозида R=OH Рибонуклеозид R=H Дезоксирибонуклеозид

Слайд 13

НУКЛЕОЗИДЫ НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

НУКЛЕОЗИДЫ

НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

Слайд 14

НУКЛЕОЗИДЫ НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

НУКЛЕОЗИДЫ

НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

Слайд 15

НУКЛЕОЗИДЫ НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

НУКЛЕОЗИДЫ

НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

Слайд 16

НУКЛЕОЗИДЫ НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

НУКЛЕОЗИДЫ

НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

Слайд 17

НУКЛЕОТИДЫ

НУКЛЕОТИДЫ

Слайд 18

АТФ – аденозинтрифосфат- является нуклеотидом и представляет собой одну из наиболее

АТФ – аденозинтрифосфат- является нуклеотидом и представляет собой одну из наиболее

важных биологически активных молекул, вовлеченных в энергетическую систему клетки.
Слайд 19

АТФ АДФ + Н3РО4 АТФ является универсальным энергоносителем для всех биологических

АТФ АДФ + Н3РО4
АТФ является универсальным энергоносителем для всех биологических процессов,

которые идут с затратой энергии. АТФ сравнивают с универсальной валютой – т.к. расходуется она счетно – гидролиз одной молекулы АТФ в сопряженном процессе обеспечивает энергией химическое превращение одной молекулы любого вещества.
Слайд 20

ЦИКЛИЧЕСКИЕ НУКЛЕОТИДЫ Циклофосфаты

ЦИКЛИЧЕСКИЕ НУКЛЕОТИДЫ

Циклофосфаты

Слайд 21

Первооткрывателем цАМФ считается американский биохимик Эрл Сазерленд (1957 г.) . Нобелевская

Первооткрывателем цАМФ считается американский биохимик Эрл Сазерленд (1957 г.) . Нобелевская

премия 1971 года за «за открытие ключевой роли циклической аденозинмонофосфорной кислоты (цАМФ) в передаче гормонального сигнала».

Одним из первооткрываелей роли цАМФ был русский врач –
проф. Казанского университета Андрей Дмитриевич Адо (1953 г.)

Слайд 22

В тканях животных и человека цАМФ и цГМФ осуществляют функции внутриклеточного

В тканях животных и человека цАМФ и цГМФ осуществляют функции внутриклеточного

посредника (вторичного мессенджера) в осуществлении многообразных функций гормонов, медиаторов (передатчиков) нервного возбуждения, например, ацетилхолина.
Участвуют также в регуляции обмена углеводов и липидов, клеточного роста, мембранного транспорта.
В клетках высших организмов цАМФ и цГМФ активируют фермент протеинкиназу , который катализирует перенос остатка фосфорной к-ты с АТФ на белок. Протеинкиназа может катализировать фосфорилирование некоторых ферментов, а также ряда регуляторных и структурных белков (до 30 %), что приводит к изменению их свойств.

Роль циклических нуклеотидов

Слайд 23

Механизм передачи информации в клетку ПРОТЕИНКИНАЗЫ

Механизм передачи информации в клетку

ПРОТЕИНКИНАЗЫ

Слайд 24

Протеинкина́зы — подкласс ферментов киназ (фосфотрансфераз). Протеинкиназы модифицируют другие белки путем

Протеинкина́зы — подкласс ферментов киназ (фосфотрансфераз).

Протеинкиназы модифицируют другие белки путем

фосфори-лирования остатков аминокис-лот, имеющих гидроксильные группы (серин, треонин и тирозин) или гетероцикли-ческой аминогруппы гистидина.
Слайд 25

Механизм действия протеинкиназ Протеинкиназа АТФ -АДФ Протеинкиназа АТФ -АДФ Протеинкиназа АТФ -АДФ Серин Треонин Тироксин

Механизм действия протеинкиназ

Протеинкиназа
АТФ
-АДФ

Протеинкиназа
АТФ
-АДФ

Протеинкиназа
АТФ

-АДФ

Серин

Треонин

Тироксин

Слайд 26

СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Первичная структура нуклеиновых кислот

СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Первичная структура нуклеиновых кислот

Слайд 27

Расшифровка структуры ДНК и РНК связана с именами американца Френсиса Крига,,

Расшифровка структуры ДНК и РНК
связана с именами американца Френсиса Крига,,


англичанина Мориса Уилкинса и Джеймса Уотсона.
Слайд 28

Фрагмент структуры ДНК

Фрагмент структуры ДНК

Слайд 29

На одном конце полинуклеотидной цепи находится свободная фосфатная группа при 5/

На одном конце полинуклеотидной цепи находится свободная фосфатная группа при 5/

атоме дезоксирибофу-ранозы, на другом – дезоксирибофура-ноза со свободным гидроксилом у 3/ атома.
Так что принято говорить о 5/- и 3/-кон-цах молекулы, причем 5/-конец считается началом цепочки ДНК или РНК, а 3/- окончание полинуклеотидной цепи.
Слайд 30

Слайд 31

Вторичная структура нуклеиновых кислот Образование водородных связей между парами нуклеиновых оснований (комплементарные пары оснований) тимин-аденин, цитозин-гуанин

Вторичная структура нуклеиновых кислот Образование водородных связей между парами нуклеиновых оснований (комплементарные

пары оснований) тимин-аденин, цитозин-гуанин
Слайд 32

Слайд 33

Слайд 34

Слайд 35

Вторичная СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Вторичная СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Слайд 36

Структура фермента ДНК-полимеразы

Структура фермента ДНК-полимеразы

Слайд 37

Четыре принципа строения молекул ДНК Нерегулярность чередования К регулярному сахарофосфатному оставу

Четыре принципа строения молекул ДНК
Нерегулярность чередования
К регулярному сахарофосфатному оставу нерегулярно

присоединены азотистые основания. Азотистые основания в связывании нуклеотидов одной цепи участия не принимают.
Антипараллельность
Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, ориентированных антипараллельно. 3'-конец одной расположен напротив 5'-конца другой.
Комплементарность (дополнительность)
Каждому азотистому основанию одной цепи соответствует строго определенное азотистое основание антипараллельной цепи. Соответствие определяется химическим строением оснований. Пурины и пиримидины в парах образуют водородные связи. Паре A-Т соответствуют две водородные связи, паре Г-Ц - три.
Наличие регулярной вторичной структуры
Молекула ДНК имеет вторичную структуру в виде двойной спирали с общей осью. Разные азотистые основания ориентированы в большую и малую борозды, в которых структурные группы азотистых оснований доступны для модификации.
Слайд 38

«Это слишком красиво, чтобы быть правдой» - Френсис Криг –первооткрыватель структуры

«Это слишком красиво, чтобы быть правдой» - Френсис Криг –первооткрыватель структуры

ДНК (соавторы Джеймс Уитсон и Морис Уилкинс).
Нобелевская премия по физиологии и медицине 1967 г.
Слайд 39

Розалинд Франклин была в двух шагах от открытия структуры ДНК

Розалинд Франклин была в двух шагах от открытия структуры ДНК

Слайд 40

Диаметр ДЕК в сотни раз меньше длины волны света (диаметр двойной

Диаметр ДЕК в сотни раз меньше длины волны света (диаметр двойной

спирали – 2 нм, длина волны света – сотни нм). ДНК можно увидеть только в электронном микроскопе, где вместо световых волн используется поток электронов, ведущих себя как волны с гораздо меньшей длиной. И максимум, что можно увидеть таким образом – это вот такая бесструктурная ниточка (это фотография бактериальной плазмиды – короткой кольцевой ДНК):
Слайд 41

1. Структура одной цепи может быть полностью и однозначно восстановлена по

1. Структура одной цепи может быть полностью и однозначно восстановлена по

другой, за счет того, что цепи однозначно комплиментарны.

 

Слайд 42

По сути ДНК- очень длинное наследственное письмо, в котором в строчку

По сути ДНК- очень длинное наследственное письмо, в котором в строчку

в определенном порядке записаны буквы четырехбуквенного алфавита.
Через ДНК можно передать очень много информации почти любого содержания. В русском алфавите 33 буквы, в английском 28, компьютер пользуется двухбуквенным или двоичным кодом, и при этом компьютер способен воспроизвести любое сообщение на русском и английском языке. То есть для передачи любого сообщения достаточно двух букв.
Чем больше букв в алфавите, тем короче будет длина сообщения, но тем больше времени нужно на обучение, и более тонкие программы нужны для распознавания (например, китайская грамота, 1 иероглиф несет в себе целое сообщение, но обучиться этому языку очень сложно, трудно распознавать иероглифы).
Жизнь остановилась на четырех буквах – большее их количество, видимо, потребовало бы гораздо более сложных молекул и, соответственно, более громоздкого носителя.
Слайд 43

ДНК находится в хромосомах. Каждая хромосома представлена одной линейной молекулой ДНК.

ДНК находится в хромосомах. Каждая хромосома представлена одной линейной молекулой

ДНК. В самой большой хромосоме человека находится 2,5 миллиона нуклеотидов, а сама молекула достигает в длину около 10 см.
Для реализации информации происходит три важнейших процесса с участием нуклеиновых кислот: репликация, транскрипция и трансляция. Это означает – копирование, переписывание и перевод.
Все эти процессы являются вариантами матричного биосинтеза – синтеза сложных нерегулярных полимеров по некоей матрице.
Слайд 44

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В форме ДНК хранится генетическая информация, затем

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

В форме ДНК хранится генетическая информация, затем она

переписывается в форму мРНК.
Информационная, или матричная РНК (ее обозначают мРНК) считывает и переносит генетическую информацию от ДНК, содержащейся в хромосомах, к рибосомам, где происходит синтез белка со строго определенной последовательностью аминокислот.
Слайд 45

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ 3. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

3. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам,

где они соединяются пептидными связями в определенной последовательности, которую задает мРНК.
4. Рибосамная РНК (рРНК) непосредственно участвует в синтезе белков в рибосомах.
Рибосомы — это сложные надмолекулярные структуры, которые состоят из четырех рРНК и нескольких десятков белков.
Слайд 46

СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК C. Трехмерная структура рРНК малой субъединицы. Домены (разного

СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК

C. Трехмерная структура рРНК малой субъединицы. Домены (разного

цвета) образуют отдельные блоки укладки. D. Трехмерная структура рРНК большой субъединицы. В процессе укладки (фолдинга) домены сильно переплетаются друг с другом.
Слайд 47

Транскрипция (переписывание), как и репликация (считывание), включает денатурацию - расплетание двойной

 Транскрипция (переписывание), как и репликация (считывание), включает денатурацию - расплетание двойной

цепочки ДНК и построение по одной из цепочек комплементарной цепочки РНК. Транскрипция идет в том же направлении, что и репликация – от 5’ к 3’. Все это делает сложный фермент РНК-полимераза. При этом цепочка РНК по мере своего построения сходит с ДНК, обе цепочки которой снова образуют двойную спираль –ренатурируют. Ниже приведена грубая схема транскрипции:
Слайд 48

Вид рибосомы бактериальной клетки

Вид рибосомы бактериальной клетки

Слайд 49

Процесс перевода с языка нуклеотидов на язык аминокислот называется трансляцией и

Процесс перевода с языка нуклеотидов на язык аминокислот называется трансляцией и

происходит в рибосомах. Рибосома –, состоящий из нескольких десятков специальных белков и нескольких специальных РНК. Рибосома – сложный молекулярный агрегат - это целый конвейер, который состоит из двух частей (так называемых субъединиц). Перед началом трансляции матричная РНК должна встретиться с рибосомой. У бактерий рибосомы находятся поблизости от РНК. На рисунке показано, как прямо на синтезируемую цепь м-РНК нанизываются многие рибосомы, в которых синтезируется белок.  
Слайд 50

Между матричной РНК и синтезируемым белком существуют посредники – транспортные РНК,

Между матричной РНК и синтезируемым белком существуют посредники – транспортные РНК,

или тРНК. Они транспортируют аминокислоты в рибосомы. Это короткие молекулы РНК, включающие одноцепочечные участки и участки, комплементарные друг другу, которые сворачиваются в 4 отрезка двойной спирали, образуемые той же самой цепочкой (напоминает клеверный лист).
Слайд 51

Флавиннуклеотиды

Флавиннуклеотиды

Слайд 52

Флавиннуклеотиды

Флавиннуклеотиды

Слайд 53

Никотинамиднуклеотиды Энантиотропные атомы Hа (про-R) и Нб (про-S) в молекуле НАДН

Никотинамиднуклеотиды

Энантиотропные атомы Hа (про-R) и Нб (про-S) в молекуле НАДН

Слайд 54

Последовательность из трех букв (нуклеиновых оснований) называется триплетом, поэтому генетический код является триплетным. .

Последовательность из трех букв (нуклеиновых оснований) называется триплетом, поэтому генетический код

является триплетным.

.

Слайд 55

Генетический код –вырожденный, поскольку одна аминокислота может быть закодирована несколькими триплетами

Генетический код –вырожденный, поскольку одна аминокислота может быть закодирована несколькими триплетами

Слайд 56

Френсис Криг - первооткрыватель структуры ДНК- 1953 г. Нобелевские премии по

Френсис Криг - первооткрыватель структуры ДНК- 1953 г. Нобелевские премии по

физиологии и медицине присуждена в 1968 году. Расшифровка генетического кода. Нобелевская премия по физиологии и медицине 1968 г. (Холл, Ниренберг, Корана) Френсис Криг ( скончался в июле 2007 г.) За 2 месяца до этого ему были вручены 2 сидерома с записью его персональной ДНК.
Слайд 57

Гипотеза мутаций и теория химического канцерогенеза

Гипотеза мутаций и теория химического канцерогенеза

Слайд 58

Возможные модификации структуры нуклеиновых оснований в результате действия неблагоприятных факторов окружающей среды

Возможные модификации структуры нуклеиновых оснований в результате действия неблагоприятных факторов окружающей

среды
Слайд 59

Возможные модификации структуры нуклеиновых оснований в результате действия неблагоприятных факторов окружающей среды

Возможные модификации структуры нуклеиновых оснований в результате действия неблагоприятных факторов окружающей

среды
Слайд 60

Слайд 61

Производные пиримидина и пурина Тимин, урацил, цитозин – производные пиримидина разрушаются

Производные пиримидина и пурина

Тимин, урацил, цитозин – производные пиримидина разрушаются в

организме с образованием низкомолекулярных метаболитов СО2, NH3, H2O.
Структура пурина не разрушается, продукты окисления пурина могут накапливаться в организме, приводя к заболеваниям (подагра, мочекаменная болезнь).
Нарушения пуринового обмена называют метаболическим синдромом, ухудшающим течение многих заболеваний.
Слайд 62

Превращение пуринов. Мочевая кислота

Превращение пуринов. Мочевая кислота

Слайд 63

Функции мочевой кислоты Является мощным стимулятором центральной нервной системы, ингибируя фосфодиэстеразу,

Функции мочевой кислоты

Является мощным стимулятором центральной нервной системы, ингибируя фосфодиэстеразу, которая

служит посредником действия гормонов адреналина и норадреналина. Мочевая кислота пролонгирует (продлевает) действие этих гормонов на ЦНС.
Обладает антиоксидантными свойствами - способна взаимодействовать со свободными радикалами.
Уровень мочевой кислоты в организме контролируется на генетическом уровне. Для людей с высоким уровнем мочевой кислоты характерен повышенный жизненный тонус.
Однако повышенное содержание мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) небезопасно. Сама мочевая кислота и, особенно, ее соли ураты (натриевые соли мочевой кислоты) плохо растворимы в воде. Даже при незначительном повышении концентрации они выпадают в осадок, образуя камни.
Кристаллы воспринимаются организмом как чужеродный объект. В суставах они фагоцитируются макрофагами, сами клетки при этом разрушаются, из них освобождаются гидролитические ферменты. Это приводит к воспалительной реакции, сопровождающейся сильнейшими болями в суставах. Такое заболевание называется подагра.
Другое заболевание, при котором кристаллы уратов откладываются в почечной лоханке или в мочевом пузыре, известно как мочекаменная болезнь.
Слайд 64

Антиметаболиты Антиметаболиты в химическом отношении напоминают естественные метаболиты, но не идентичны

Антиметаболиты

Антиметаболиты в химическом отношении напоминают естественные метаболиты, но не идентичны

им; тем самым они нарушают синтез нуклеиновых кислот.
Известные антагонисты пурина – 6- меркаптопурин (леупурин, пуринетол); антагонисты пиримидина - фторурацил (флуороурацил), фторафур (тегафур), цитарабин (цитозар).
Слайд 65

Формулы антагонистов нуклеиновых оснований 6-меркапто пурина и 5-фторурацила как пример молекулярной

Формулы антагонистов нуклеиновых оснований 6-меркапто пурина и 5-фторурацила как пример молекулярной модификации

с целью получения соединений, широко применяющихся в химиотерапии.