 |
Нуклеосомная фибрилла. Хроматиновая фибрилла (соленоид). Петельно- доменная структура. Миникольцо. Метафазная хромосома. Рис. 14. Суперспирализация ДНК эукариот (цит. по Garrett, 1999)
|
|
|
|
ДНК
Нуклеосомная фибрилла
нуклеосома
30 нм
0. 25 мкм
Хроматиновая фибрилла (соленоид)
Петельно- доменная структура
ядерная пластинка (ламина)
0. 7-0. 84 мкм
0. 7-0. 84 мкм
Миникольцо
Метафазная хромосома
Рис. 14. Суперспирализация ДНК эукариот (цит. по Garrett, 1999)
Рис. 15. Пространственная структура ДНК (цит. по Северину, 2008)
Физико-химические свойства ДНК
· Растворы нативной ДНК вязкие из-за большого отношения длины молекулы к ее диаметру.
· Благодаря азотистым основаниям ДНК поглощает свет в ультрафиолетовой области спектра с максимумом ~ 260 нм. Поглощение для нативной двуспиральной ДНК на 40-50% меньше, чем поглощение смеси свободных нуклеотидов того же состава. Это явление - гипохромнымный эффект, обусловлено стэкинг-взаимодействием. Любое отклонение от двухспирального состояния сказывается в изменении величины этого эффекта.
· Денатурация (плавление) ДНК – изменение пространственного расположения цепей ДНК без разрыва ковалентных связей, т. е. происходит расхождение цепей ДНК. Такая ДНК называется денатурированной. Переход от нативной формы к расплетенной беспорядочно скрученной денатурированной форме можно обнаружить по увеличению поглощения ультрафиолетового света (гиперхромный эффект) или по уменьшению вязкости раствора ДНК. Таким образом, за денатурацией ДНК можно наблюдать, оценивая ее гиперхромность, по величине которой можно судить о нативности ДНК.
Денатурирующие агенты: высокая температура (выше 80˚ С), радиация, ультрафиолетовое излучение, изменение pH и ионной силы раствора, тяжелые металлы.
|
|
|
Среднюю точку температурного диапазона, при котором происходит разделение цепей ДНК, называют точкой плавления и обозначают Тпл. Для каждого вида ДНК характерна своя точка плавления. Чем выше содержание в ДНК Г-Ц пар, тем выше точка плавления. Это связано с тем, что пары Г-Ц более стабильны (содержат три водородных связи), следовательно, на их диссоциацию требуется больше энергии, чем на разрушение А-Т пар (две водородные связи).
Денатурация ДНК обратима. При определенных условиях две разделенные комплементарные цепи могут восстановить двойную спираль. Это явление называется ренатурацией (отжиг).
· Высокая реакционная способность. ДНК представляет собой сильную кислоту, таким образом, может образовывать прочные комплексы с положительно заряженными белками, ионами металлов.
Функции ДНК
1. Хранение наследственной информации и её передача из поколения в поколение при делении клеток.
2. Участвует в качестве матрицы в реализации генетической информации, регулирует во времени и пространстве биосинтез компонентов клетки.
3. Определяет деятельность клетки и организма в течение жизненного цикла.
4. Обеспечивает индивидуальность данного организма.
Эти функции ДНК обусловлены тем, что молекулы ДНК служат матрицей для репликации и транскрипции.
Структура и функции РНК
В цитоплазме клеток содержатся три основных вида РНК: транспортные (тPHK),
матричные (мРНК) и рибосомные (рРНК).
РНК локализована в ядре клеток эукариот и составляет 4 - 10% от суммарной клеточной РНК. Основная масса ядерной РНК представлена высокомолекулярными предшественниками рРНК и тРНК. 2-10% от суммарной ядерной РНК приходится на особую фракцию гетерогенной ядерной РНК (г-яРНК), молекулы которой являются предшественниками мРНК.
Важным функциональным типом ядерной РНК являются малые ядерные РНК (м- яРНК), содержащие от 90 до 300 нуклеотидов с уникальной нуклеотидной последовательностью, комплементарной последовательностям сайтов сплайсинга в г-яРНК. Благодаря этому м-яРНК регулирует созревание г-яРНК в зрелые молекулы мРНК.
|
|
|
У некоторых вирусов РНК является основным генетическим материалом.
Молекула РНК, в отличие от ДНК, состоит, за редким исключением, из одной полинуклеотидной цепи. Полинуклеотидная цепь РНК, закручиваясь на себя, может образовывать биспиральные структуры, являющиеся вторичной структурой РНК.
Матричная РНК (мРНК). Содержание мРНК в клетках составляет 2-6% от общего количества РНК. Так как каждая молекула мРНК является матрицей в синтезе соответствующего белка их количество соответствует числу белков в организме. мРНК разнообразны по первичной структуре и являются точной копией отдельного гена. Размер молекулы зависит от размера кодируемого ею белка.
мРНК обладают сложной вторичной структурой, обеспечивающей выполнение ими матричной функции в ходе трансляции. Показано, что в целом в линейной молекуле мРНК формируется несколько двухспиральных шпилек, на концах которых располагаются «сайты» инициации и терминации трансляции.
Транспортная РНК (тРНК) составляет 10-20% от общего количества РНК клетки. тРНК участвуют в синтезе белка, являясь посредниками (адапторами) в трансляции мРНК: переводят последовательность нуклеотидов мРНК в последовательность аминокислотных остатков белковой молекулы. Каждой из 20 аминокислот соответствует своя тРНК, а для некоторых аминокислот существует несколько тРНК.
Это самые мелкие молекулы РНК, построеные из 70-93 нуклеотидов с молекулярной массой 24000-31000Да.
тРНК содержат различные минорные модифицированные основания, многие из которых представляют собой метилированные пуриновые или пиримидиновые основания. Обязательными минорными нуклеотидами для всех тРНК являются псевдоуридин и нуклеотиды, содержащие дигидроуридин. У большинства тРНК на 5'-конце находится остаток гуаниловой кислоты, а на 3'-конце всех тРНК обязательным является тринуклеотид- ЦЦА.
Вторичная структура тРНК формируется за счет образования максимального числа водородных связей между внутримолекулярными комплементарными парами азотистых оснований (рис. 16). В результате образуются биспиральные ветви, заканчивающихся петлями из неспаренных нуклеотидов. Пространственное изображение вторичных структур всех тРНК имеет форму клеверного листа.
|
|
|
В «клеверном листе» различают четыре обязательные ветви, некоторые тРНК, кроме того, содержат короткую пятую (дополнительную) ветвь.
Адапторную функцию тРНК обеспечивают: акцепторная ветвь, к 3'-концу которой присоединяется эфирной связью аминокислотный остаток, и противостоящая акцепторной ветви антикодоновая ветвь, на вершине которой находится петля, содержащая антикодон. Антикодон представляет собой специфический триплет нуклеотидов, который комплементарен в антипараллельном направлении кодону мРНК, кодирующему соответствующую аминокислоту.
Т-Ветвь (тимидил псевдоуридиловая), содержащая псевдоуридин, обеспечивает взаимодействие тРНК с рибосомой. Д-ветвь (дигидроуридиловая), содержащая дигидроуридин, обеспечивает взаимодействие тРНК с соответствующей аминоацил-тРНК- синтетазой. Функции пятой дополнительной ветви пока мало исследованы, вероятнее всего она уравнивает длину разных молекул тРНК.
Третичная структура тРНК очень компактна и образуется путем сближения отдельных ветвей «клеверного листа» за счет дополнительных водородных связей и стэкинг- взаимодействий с образованием L-образной структуры, или «локтевого сгиба» (рис. 17). При этом акцепторная ветвь и Т-ветвь располагаются в одной плоскости, а антикодоновая и Д- ветви располагаются в другой плоскости на втором конце молекулы. Третичные структуры всех тРНК настолько похожи, что смесь различных тРНК образует кристаллы. В то же время имеющиеся в пространственной структуре незначительные отличия обеспечивают специфическое узнавание тРНК соответствующими аминоацил-тРНК-синтетазами.
 |
|
|
|
