Трансляция идет постоянно, усиливаясь во время митоза. Лекция № 10
Тема « ХИМИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ».
План изложения.
1.Биологическая роль ДНК и РНК в организме человека.
2.Свободные нуклеотиды, Роль в организме.
3.Матричные биосинтезы в организме человека и их регуляция.
4.Биохимические основы молекулярной генетики. Регуляция биосинтеза белка.
5.Мутации. Биологическое значение мутаций.
Через 70 лет со времени открытия Ф. Мишером (1868) вещества из ядер клеток, которое он назвал нуклеином, была открыта роль этого вещества как носителя наследственных свойств живых организмов. С конца 50-х годов нашего столетия представления о строении и роли нуклеопротеинов выросли настолько, что было создано несколько направлений биологической науки: молекулярная биология, биотехнология, молекулярная генетика и т. д. Стали понятны причины многих болезней, сделаны первые шаги в исправлении генетических дефектов, изучаются механизмы деления клеток, ведется поиск средств лечения опухолей.
Как полисахариды и белки, нуклеиновые кислоты состоят из мономеров. Их мономерами являются мононуклеотиды, которые, соединяясь друг с другом, формируют цепи олиго- и полинуклеотидов. К полинуклеотидам относятся и нуклеиновые кислоты.
Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК являются полимерами нуклеотидов, соединенных 3-5- фосфодиэфирными связями. Их мономерные звенья (нуклеотиды) состоят из азотистого основания, рибозы (или дезоксирибозы) и фосфорной кислоты.
Первичная структура НК – это последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи, возникающая за счет 3-5- фосфодиэфирных связей.
Вторичная структура ДНК – согласно модели Уотсона и Крика (1953 г.) молекула ДНК состоит из двух правозакрученных вокруг общей оси спиралей. Направление фосфодиэфирных связей (3-5) в двух цепях антипараллельно. Пуриновые и пиримидиновые основания направлены внутрь двойной спирали и образуют пары А= =Т, ГºЦ, стабилизированными водородными связями.
Третичная структура ДНК – это суперспираль, кольцо (бактерии, вирусы).
Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной информации и непосредственно участвуют в механизмах реализации этой информации путем программирования синтеза всех клеточных белков.
Биологические функции ДНК
1.Молекула ДНК служит матрицей в процессе транскрипции – перекодирования информации в структуру молекул РНК, что необходимодля синтеза белковых молекул.
2.Молекула ДНК служит матрицей в процессе репликации – копирования информации в дочерних молекулах ДНК.
3.Молекула ДНК хранит генетическую информацию в ядре клетки.
Биологические функции РНК
Известно 3 вида РНК: матричные РНК (м-РНК) рибосомальные РНК (р-РНК), транспортные РНК (т-РНК).
1.м-РНК выполняют функции матриц белкового синтеза, определяют аминокислотную последовательность белка.
2.р-РНК выполняют роль структурных компонентов рибосом.
3.т-РНК – адапторные молекулы, участвуют в трансляции информации м-РНК в последовательность аминокислот в белках.
Большая часть нуклеиновых кислот связана с белками, образуя нуклеопротеины, которые расположены в разных частях клетки.
Дезоксирибонуклеопротеины (ДНК) сосредоточены главным образом в ядре клетки и в очень небольших количествах встречаются в цитозоле, а рибонуклеопротеины (РНК) выполняют свои функции в цитозоле, и только небольшая их часть входит в состав ядер.
Олигонуклеотиды (НАД+, ФАД) участвуют в реакциях переноса водорода в системах ферментов тканевого дыхания.
Мононуклеотиды, кроме своего участия в образовании нуклеиновых кислот, являются участниками обмена энергии в клетке, мессенджерами в действии гормонов на клетки.
Мононуклеотид состоит из молекулы азотистого основания, пентозы и остатка фосфорной кислоты:
Основание – пентоза – фосфат.
Пентозами мононуклеотидов служат рибоза и дезоксирибоза, поэтому различают рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды.
Азотистые основания – это гетероциклические соединения с основными свойствами. В состав нуклеиновых кислот входят основания пуринового (аденин и гуанин) и пиримидинового (урацил, цитозин, тимин) ряда. Их называют также нуклеиновыми основаниями. Соединение основания и пентозы носит название нуклеозид.
Свободные нуклеотиды.
К свободным нуклеотидам относятся нуклеозидтрифосфаты: АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ, а также ц-АМФ, ц-ГМФ.
АТФ– универсальный аккумулятор энергии в живых организмах и субстрат для биосинтеза нуклеиновых кислот. В норме и тканях на долю АТФ приходится 75% адениновых нуклеотидов. В клетках энергия, накопленная в виде АТФ, используется в многочисленных процессах: различные формы движения, внутриклеточный транспорт ионов и других веществ, биосинтез белков, НК, жирных кислот, липидов, углеводов и т.д.
АТФ, АДФ и АМФ являются аллостерическими модуляторами многих ферментов.
Адениновые нуклеотиды в организме человека понижают кровяное давление, активируют мускулатуру матки, усиливают сократительную деятельность сердечной мышцы, поэтому находят применение при спазмах сосудов, миокардиоострофии, мышечной дистрофии и др.
В крови здорового человека содержание АТФ составляет 48,8 мг/100 мл.
При авитаминозах РР, В1,В2, К, при недостатке кислорода синтез АТФ в тканях уменьшается.
Падение уровня АТФ в крови наблюдается при циррозе печени, инфаркте миокарда, при травмах черепа и опорно-двигательного аппарата, при бронхиальной астме, пневмониях.
Ц -АМФ
Особую роль в организме играет ц-АМФ, который является посредником в осуществлении функций различных гормонов и других биологически активных соединений. Образуется ц-АМФ из внутриклеточной АТФ.
Адреналин, глюкагон, а также секретин, окситоцин, рилизинг-факторы гипоталамуса, АКТГ, меланостимулирующий гормон, простагландины изменяют активность аденилатциклазы и осуществляют свое действие с помощью образующейся ц-АМФ. ц-АМФ представляет собой универсальный эффектор, способный изменять активность разнообразных внутриклеточных ферментов, через протеинкиназу (например, фосфорилазы, гликогенсинтазы, липазы и др.) – вторичный посредник.
ц-АМФ действует как мощный активатор фосфорилирования гистонов, влияя на транскрипцию. Концентрация ц-АМФ в тканях в среднем составляет 10-9 моль/г.
Нуклеотиды входят в состав коферментов НАД+, НАДФ+, ФАД, ФМН, а также в состав ФАФС, УДФГК.
Матричные биосинтезы в организме человека и их регуляция
Матричные биосинтезы включают:
1.Репликацию (снятие «копии» с ДНК).
2.Репарацию («ремонт» ДНК).
3.Транскрипцию (биосинтез м-РНК, т-РНК, и-РНК).
4.Трансляцию (биосинтез белка)
Биосинтез белка (трансляция)протекает в полисомах и приводит к построению полипептидной цепи из аминокислот (первичной структуры белка).
Для процесса трансляции необходимы:
1.матрица (м-РНК),
2.субстраты – 20 видов активированных аминокислот,
3.энергия (1 молекула АТФ и 3 молекулы ГТФ для присоединения каждой аминокислоты),
4.ферменты,
5.факторы инициации, элонгации, терминации,
6.кофакторы Mg2+, К+,
7.адапторные молекулы т-РНК.
Трансляция идет постоянно, усиливаясь во время митоза.
Этапами трансляции являются:
1.инициация,
2.элонгация,
3.терминация.
Предварительный этап – образование активированных аминокислот с участием фермента аминоацил-т-РНК-синтетазы, 1 молекулы АТФ, Mg2+, 61 вида т-РНК.
Инициация требует наличия инициирующего кодона АУГ, 1 молекулы ГТФ, м-РНК, факторов инициации (IF1, IF2, IF3), Mg2+, малой и большой субъединиц рибосом, инициаторной аминоацил-т-РНК (мет-т-РНКмет).
Элонгация требует наличия инициирующего комплекса, 2 молекул ГТФ, активированной а-а-т-РНК, фактора элонгации (ЕF1, ЕF2, ЕG-транслоказа, ЕF-Tu, EF-Ts), Mg2+.
Для терминации необходимы терминирующие кодоны (УАА, УГА, УАГ) и рилизинг-факторы (RF1, RF2, RS).
|