Курс лекций по молекляргной биологии

реклама
Курс лекций по молекляргной биологии
Преподаватель к.б.н., доцент Г.И. Али-заде
Лекция 1. Структура нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты –это полимеры, состоящие из четырех различных
нуклеотидов,
каждый
из
которых
содержит
азотистое
основание,
соединенное N –гликозидной связью с пентозой (дезоксирибозой в ДНК и
рибозой в РНК), и фосфорную кислоту, которая этерифицирует одну из
спиртовых групп пентозы. В ДНК азотистыми основаниями являются два
пуриновых основания –аденин и гуанин и два пиримидиновых - цитозин и
тимин. В РНК три первых основания те же, а тимин заменен урацилом.
Нуклеотиды соединены между собой в полинуклеотидную цепь с помощью
фосфорнодиэфирных связей между 5/ и 3/ -положениями пентозы. Порядок,
в
котором
связаны
нуклеотиды,
составляет
первичную
структуру
нуклеиновой кислоты: на концах цепи расположены остатки пентозы, один
из которых имеет свободную или фосфорилированную спиртовую группу в
5/- положении, а другой – в 3/- положении.
Кристаллографическое изучение ДНК методом дифракции рентгеновских
лучей показало, что она состоит из двух цепей, обладающих спиральной
структурой, причем эти цепи соединены друг с другом водородными связями
между основаниями. Последние находятся внутри двойной спирали, а
остатки сахара и фосфата – снаружи, что делает эту структуру похожей на
винтовую лестницу, перилам которой соответствуют остатки пентозы и
фосфаты, а ступенькам - азотистые основания. Такова вторичная структура
ДНК. Спаривание оснований очень специфично: оно всегда происходит
между гуанином одной цепи и цитозином другой и соответственно между
аденином и тимином, причем два первых основания образуют между собой
три водородные связи, а аденин и тимин – две. Направление цепей в этой
двойной спирали, или, как ее еще называют, двухцепочечной структуре,
строго антипаралельно, так что на каждом из ее концов мы находим 5/ -конец
одной цепи и 3/ -конец другой. Водородные связи относятся к слабым связям
и могут быть разорваны или нагреванием до 100оС, или созданием
щелочного рН, или, наконец, воздействием химических агентов, которые
сами
способны
неспецифически
образовывать
водородные
связи
с
основаниями.
Доказательство комплементарного спаривания оснований в ДНК привело к
открытиям, которые следует считать наиболее фундаментальными для
биологии последних лет. Было показано,
что эта комплементарность
обеспечивает важнейшие свойства ДНК как носителя наследственной
информации. Действительно, как репликация ДНК в ходе клеточного
деления так и все механизмы, участвующие в проявлении генетической
информации, основаны именно на таком взаимодействии, причем характер
структуры ДНК и ее функция как носителя наследственной информации
одинаковы у всех живых организмов.
Рибонуклеиновые кислоты (РНК) редко выступают в качестве носителей
наследственной информации и чаще выполняют в клетке другие функции:
соответственно их вторичная структура гораздо менее единообразна, чем у
ДНК, и зависит от функции. Только в тех случаях, когда РНК служит
носителем наследственности ( у некоторых вирусов и бактериофагов ), она
обладает сходной с ДНК двухцепочечной структурой. Во всех других
случаях РНК структурирована гораздо слабее и состоит из одной цепи,
отдельные
участки
которой
способны
образовывать
двухцепочечные
фрагменты путем спаривания оснований, входящих в различные участки
одной и той же молекулы.
Пространственная
структура
нуклеиновых
кислот
может
быть
организована и более сложным образом за счет укладки двойных спиралей
самих на себя. Это состояние стабилизируется слабыми внутримолекулярными связями либо непосредственно между цепями ДНК, либо с участием
белков, как это имеет место в случае ДНК хромосом и вирусов или РНК – в
РНК- содержащих вирусах и рибосомах.
Молекулярный вес ДНК, полученный одним из общепринятых методов,
обычно лежит в диапазоне 5-20*106. Однако в настоящее время мы
располагаем убедительными доказательствами того, что такие препараты на
самом деле содержат лишь фрагменты молекул, присутствующих in vivo и
разрушенных в процессе выделения в результате ферментативного или
механического
воздействия.
Затруднение
возникает
при
попытках
использовать для определения молекулярного веса ДНК такие общепринятые
методы,
как
метод
светорассеяния,
седиментационного
равновесия,
определения скорости седиментации и ряд других. Поскольку большинству
этих методов либо присущи характерные внутренние ограничения, либо они
не могут быть прокалиброваны для молекулярных весов, лежащих в области
30-300*106. Очевидно, что молекулярный вес препаратов ДНК, приведенный
выше, далеко выходит за возможную область применения этих методов.
Здесь приходит на помощь электронная микроскопия: на электронных
микрофотографиях ДНК фага Т3, видны отдельные молекулы ДНК. Длина
этих неветвящихся молекул в среднем равна 14 мкм, диаметр – около 20 Ао, а
шаг (растояние между витками) 34 Ао.
Скачать