Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

Полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей. В состав нуклеотида входят дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований — аденин и гуанин (пуриновые) и цитозин и тимин (пиримидиновые).

Нуклеотиды соединяются в цепочку ковалентными фосфодиэфирными связями между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого, соседнего нуклеотида.

Обе цепочки объединяются в одну молекулу водородными связями между азотистыми основаниями нуклеотидов противоположных цепочек по правилу комплементарности: между аденином и тимином — две связи, а между гуанином и цитозином — три. Цепочки расположены антипараллелъно, напротив 3' конца одной цепочки располагается 5’ конец другой.

Функции: Хранение, воспроизведение и передача генетической информации

Репликация ДНК

Новая нить ДНК синтезируется только в направлении от 3'- к 5'- концу. Каждая из двух нитей ДНК служит матрицей для синтеза новой нити. Так как родительские нити антипараллельны, то непрерывная репликация ДНК происходит в направлении 3' -> 5' только на одной нити, которая называется ведущей (лидирующей). Синтез новой цепи на отстающей нити требует постоянного образования новых затравок для начала репликации и осуществляется небольшими сегментами по 1000—2000 нуклеотидов в каждом (фрагменты Оказаки).

Затравки представляют собой короткие последовательности РНК, которые синтезируются при участии РНК-полимеразы (праймазы). Затравки деградируют после завершения синтеза следующего фрагмента Оказаки. Образованные соседние фрагменты ДНК соединяются ДНК-лигазой.

При движение репликативной вилки, топоизомераза удаляет супервитки спирали, хеликаза обеспечивает раскручивание двойной спирали, белок SSB обеспечивает стабильность одноцепочечной ДНК. В процессе репликации синтез новых полинуклеотидных цепей осуществляется в соответствии с принципами комплементарности и антипараллельности. На каждой из двух ранее существовавших материнских полинуклеотидных цепей синтезируется комплементарная ей полинуклеотидная цепь. В результате репликации в дочерних молекулах ДНК одна полинуклеотидная цепь является вновь синтезированной, а другая - ранее входила в состав материнской молекулы ДНК. Такой способ синтеза называется полуконсервативным.

Строение РНК

В состав нуклеотидов РНК (рибонуклеотидов) входит пентоза (рибоза) и также одно из четырех азотистых оснований — А, У,Г, Ц).

Формирование линейной полинуклеотидной цепочки (первичной структуры молекулы нуклеиновой кислоты) происходит при соединении пентозы одного нуклеотида с фосфатом другого нуклеотида путем образования ковалентной фосфодиэфирной связи.   При этом в зависимости от порядкового номера углеродного атома (3'либо 5') концевой молекулы пентозы, участвующего в образовании фосфодиэфирной связи с фосфатом, такая цепочка имеет маркированный 3'-конец и 5'-конец.

Типы РНК:

Информационная или матричная РНК. Содержат от 300 до 3 тыс.рибонуклеотидов и имеет линейную структуру. В общей массе РНК она составляет 0,5-1 %. Функция: перенос информации к месту синтеза белка.

Рибосомная РНК. Содержат от 3 тыс. до 5 тыс. рибонуклеотидов и имеет петельную структуру. В общей массе РНК она составляет 90%. Функция: определяет структуру рибосом, ей принадлежит важная роль в инициации, окончании синтеза и отщеплении готовых молекул белка от рибосом.

Транспортная РНК. Содержат от 70 до 100 рибонуклеотидов и имеет форму клевера. В общей массе РНК она составляет 10-15%. Функция: транспорт АК к рибосомам. Имеет 2 активных центра: антикодон, аминоацильный.

Биосинтез белка

Протекает по схеме ДНК→РНК→белок.

Участок ДНК, содержащий информацию о структуре какого-либо одного белка называют геном.

Считывание наследственной информации с генов регулируется белками. Начало считывания генетической информации связано с освобождением определенного участка на цепи ДНК (гена) от гистонов. Освободившийся от гистонов ген раскручивается и с него начинается считывание наследственной информации. У эукариот- гены имеют мозаичное строение, они состоят из функционально различных чередующихся участков интронов и экзонов.

n Экзоны- участки гена(ДНК) эукариот, несущие генетическую информацию.

n Интроны -участки гена(ДНК) эукариот не несущие генетическую информацию, относящейся к синтезу белка, кодируемого данным геном.

Транскрипция- процесс переписывания информации с молекулы ДНК на молекулу про-иРНК.

Синтез молекул про-иРНК осуществляется под действием спец.фермента-РНК-полимеразы. Про-иРНК содержит интроны и экзоны. В процессе созревания иРНК специальные ферменты вырезают интроны и сшивают оставшиеся участки (сплайсинг).

Процессы, связанные с созреванием и-РНК, называются процессингом. Осуществляются они в ядре и во время перехода иРНК из ядра в цитоплазму.

Процесс переноса информации и ее реализации в виде синтеза белковых молекул носит название трансляции.

Этапы:

1-Инициации. Молекулы тРНК образуют комплексы с соответствующими аминокислотами-аминоацил-тРНК, что требует участия ферментов и затрат энергии. и-РНК входит в меньшую субъединицу рибосомы передним концом, на котором располагается стартовый кодон. С этим кодоном взаимодействует антикодон метиониновой тРНК (инициаторная тРНК), субъединицы рибосомы соединяются.

2-Элонгация или наращивание (удлинение) пептидной цепочки. Аминоацил-тРНК поступает на рибосому. Происходит присоединение кодона иРНК с антикодоном тРНК. Рибосома продвигается на один кодон вперед, и первая тРНК с аминокислотой оказывается в пептидильном центре. В освободившийся аминоацильный центр поступает вторая тРНК со своей аминокислотой. Соседние аминокислоты располагаются у активного центра большой субъединицы рибосомы, и между ними устанавливается пептидная связь. Затем разрушаются связи между первой тРНК и аминокислотой, и тРНК и иРНК, и тРНК уходит за следующей аминокислотой. Рибосома опять перемещается на один кодон, и процесс повторяется  .

3-этап Терминации - заключается в том, что фермент синтетаза присоединяет оторвавшуюся от тРНК аминокислоту к растущей полипептидной цепи. Когда на рибосоме в первом участке оказывается один из трех триплетов, являющихся знаками препинания междугенами, это означает, что синтез белка завершен. Готовая полипептидная цепь отходит от рибосомы. Процесс синтеза белковой молекулы требует больших затрат энергии. На соединение каждой аминокислоты с тРНК расходуется энергия одной молекулы АТФ, энергия нескольких молекул АТФ нужна для движения и-РНК по рибосоме.