Заняття 10. Нуклеопротеїны. Структура та функції нуклеїнових кислот - презентация до заняття

1. ННууккллееииннооввыыее ккииссллооттыы ии
ннууккллееооппррооттееиинныы

2. Многообразие и сложность
функций, выполняемых
белками, в ряде случаем
требует наличия, кроме
остатков аминокислот, и
других компонентов.
ССллоожжнныыее ббееллккии –– ээттоо ффууннккццииооннааллььнноо ааккттииввнныыее ккооммппллееккссыы ббееллккоовв сс
ннееббееллккооввыыммии ккооммппооннееннттааммии..
ВВ ззааввииссииммооссттии оотт ххииммииччеессккоойй ппррииррооддыы ннееббееллккооввооггоо
ккооммппооннееннттаа ссллоожжнныыее ббееллккии ппооддррааззддеелляяююттссяя ннаа::
ххррооммооппррооттееиинныы ((ссооддеерржжаатт ооккрраашшеенннныыйй ннееббееллккооввыыйй
ккооммппооннееннтт)),, ггллииккооппррооттееиинныы ((ссооддеерржжаатт ууггллееввооддыы ии иихх
ппррооииззввоодднныыее)),, ллииппооппррооттееиинныы ((ссооддеерржжаатт ллииппииддыы)),,
ффооссффооппррооттееиинныы ((ссооддеерржжаатт ффооссффооррннууюю ккииссллооттуу)),,
ммееттааллллооппррооттееиинныы ((ссооддеерржжаатт ррааззллииччнныыее ааттооммыы ммееттааллллоовв)),,
ии ннууккллееооппррооттееиинныы ((ккооммппллееккссыы ббееллккоовв ии
ннууккллееииннооввыыхх ккииссллоотт))..

3. Нуклеиновые кислоты в составе нуклеопротеинов
обеспечивают хранение, реализацию и передачу
наследственной информации.
В 1868 г. швейцарский химик Ф.Мишер
впервые из ядер лейкоцитов человека
выделил соединения нового типа до
этого времени не­известные
и назвал их
нуклеинами (от лат. nucleus – ядро).
Затем нуклеины были получены из
ядерного материала многих организмов.
Позднее Ф.Мишер установил, что
нуклеин является сложным
соединением, состоящим из кислого
компонента, содержащего около 10%
фосфора, который назвали
нуклеиновой кислотой, и белкового
компонента. Так были открыты
нуклеиновые кислоты и новая группа
сложных белков – нуклеопротеины.

4. К середине 80­х
годов XIX в.
нуклеины были найдены в
составе хромосом, в связи с чем
сформировалось первое
представление об их важной
роли в передаче наследственных
свойств. Однако эти
представления не получили
дальнейшего развития, так как
передачу генетических свойств
связывали с белками. И только в
50­х
годах XX в. были получены
убедительные
экспериментальные
доказательства важнейшей роли
нуклеиновых кислот (ДНК) в
передаче наследственности. Так
было доказано, что нуклеиновые
кислоты содержатся во всех
клетках организмов и являются
материальными носителями
генетической информации.

5. Нуклеиновые кислоты – это
линейные направленные
гетеробиополимеры,
мономерными звеньями которых
являются нуклеотиды.
• Нуклеотид - сложное
соединение, состоящее из
азотистого основания,
углеводного компонента и
остатка фосфорной кислоты.

6. 1. Азотистые основания (смысловой компонент)
– четыре из пяти гетероциклических соединений,
являющихся производными пурина или
пиримидина.
Цитозин Урацил
(в РНК)
Тимин
(в ДНК)
6 5 7
3 4
Пурин
1
3 4
2
5
1 6
2
8
9
Пиримидин
СОСТАВ НУКЛЕОТИДОВ

7. СОСТАВ НУКЛЕОТИДОВ
2. Углевод (функция – придание
гидрофильности): одна из двух пентоз –
рибоза (в РНК) или дезоксирибоза (в ДНК)
3. Остаток фосфорной кислоты Н3РО4 (функции –
шарнир, соединяющий циклические структуры;
придание равномерного отрицательного
заряда)

8. Нуклеозид=азотистое основание+углевод
Пуриновые основания через 9 атом азота, а пиримидиновые – через 1‑й –
образуют N-гликозидную связь с рибозой или 2'-дезоксирибозой. При этом
образуется b-гликозидная связь.
В зависимости от природы пентозы нуклеозиды делятся на
рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Названия нуклеозидов строят
из тривиального названия соответствующего азотистого основания
прибавлением суффикса идин у пиримидиновых, озин – у пуриновых
цитидин
аденозин
N-
гликозидная
связь
N-
гликозидная
связь
нуклеозидов:
Название нулеозида = название основания + -ОЗИН (пурины)
-ИДИН (пиримидины)

9. Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеозидов.
Обычно в нуклеозидах этерифицируется гидроксильная группа у С-5'
или у С-3' пентозного остатка. В зависимости от строения пентозы
различают рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды.
Нуклеотиды можно рассматривать, с одной стороны, как сложные
эфиры нуклеозидов (фосфаты), а с другой – как кислоты, в связи с
наличием в их составе остатка фосфорной кислоты.
Название нуклеотида = название нуклеозида + количество фосфатов
Аденозинмонофосфат (АМФ),
адениловая кислота
Тимидинмонофосфат (ТМФ),
тимидиловая кислота

11. При образовании
полинуклеотидной
цепи нуклеотиды
соединяются путем
образования
3’-5’-
фосфодиэфирных
связей
Фосфодиэфирная
связь

12. Фрагмент цепи ДНК

13. Типы нуклеиновых кислот
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) –
функция хранения и передачи наследственной
информации
Рибонуклеиновая кислота (РНК) – функция
реализации наследственной информации

14. Отличия ДНК от РНК
1. По составу:
1.1. В азотистых
основаниях:
в РНК – урацил,
в ДНК – тимин.
• Эволюционная замена
урацила на тимин
исключает ошибки,
связанные с
окислительным
дезаминированием
цитозина

15. Отличия ДНК от РНК
1.По составу:
1.2. В углеводном
компоненте:
в РНК – рибоза,
в ДНК – дезоксирибоза.
•Эволюционная
замена
рибозы на
дезоксирибозу
исключает
образование, кроме
3’-5’, 2’-5’
фосфодиэфирных
связей

16. Отличия ДНК от РНК
2. По строению: большинство молекул РНК –
одноцепочечные, ДНК- всегда двуцепочечные
Двуцепочечность ДНК увеличивает надежность
хранения информации, но приводит к необходимости
существования РНК для ее реализации.

17. Отличия ДНК от РНК
3. По локализации в клетке: большинство
ДНК сосредоточено в ядре, большинство РНК – в
цитоплазме.

18. ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА (ДНК)
Правила Чаргаффа (1949 г.):
[A] = [T]; [C] = [G];
[A] + [G]=[T]+[C] ([пурины] =
[пиримидины]).
[A] + [G]=[T]+[C] [аминогруппы] =
[оксогруппы].

19. В 1953 г. Дж.Уотсон и Ф.Крик, обобщив работы многих
ученых (М.Уилкинс, Ф.Фраклин, Э.Чаргафф, А.Тодд,
Р.Гослинг, Л.Полинг и др.), описали вторичную
структуру ДНК, представив ее в виде
двойной спирали.

20. Специфическое спаривание ааззооттииссттыыхх оосснноовваанниийй
ооббууссллооввллииввааеетт ккооммппллееммееннттааррннооссттьь,,
тт..ее.. ддооппооллннииттееллььннооссттьь ии ввззааииммооззааввииссииммооссттьь ццееппеейй ДДННКК ддрруугг
ддррууггуу..
ППооссллееддооввааттееллььннооссттьь ннууккллееооттииддоовв вв оодднноойй ппооллииннууккллееооттиидднноойй
ццееппии ааввттооммааттииччеессккии ооппррееддеелляяеетт ппооссллееддооввааттееллььннооссттьь
ннууккллееооттииддоовв вв ддррууггоойй,, ккооммппллееммееннттааррнноойй ццееппии..
Цепи ДНК
направлены
антипараллельно-
противоположно
друг к другу: в
одной цепи
направление
51→ 31,
в другой – 31→ 51.

21. Между
плоскостями
этих пар
оснований,
расположенных
друг над другом
– гидрофобные
стэкинг-
взаимодействия
(от англ.
stacking –
укладывание в
стопки).

22. Спираль ДНК – обычно
правозакрученная

23. Суммарный
материал
хромосом –
хроматин –
содержит ДНК,
гистоновые и
негистоновые
белки,
небольшое
количество РНК
и ионы
металлов.

24. Белковые компоненты нуклеопротеинов
1. Структурные белки – положительно
заряженные, богатые
диаминокислотами
1.1. Гистоны: крупные (масса 15-20 тыс)
Классы : Н1- богатые лизином,
Н2А - богатые аргинином и
лизином,
Н2В – умеренно богатые
аргинином и лизином,
Н3 – богатые аргинином
Н4 – богатые аргинином и
глицином.
Функции: гистоны Н2А-Н4
образуют гистоновый октамер,
на который
накручивается ДНК, формируя
нуклеосому;
Гистон Н1 соединяет
отдельные нуклеосомы вместе

25. Белковые компоненты нуклеопротеинов
1.2 Протамины – маленькие (М 4-12
тыс) белки, в которых до 80%
аминокислот составляет аргинин.
Функция – входят в состав
нуклеосом, заполняя пространство
между гистонами
2. Регулятроные белки –
отрицательно заряженные, богатые
дикарбоновыми аминокислотами –
кислые негистоновые белки –
белковые факторы транскрипции и
трансляции (инициации, элонгации,
терминации)

27. РИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (РНК)
Рибосомальные РНК
- самые крупные – структурный и функциональный компонент рибосом

28. РИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (РНК)
ТТррааннссппооррттннааяя РРННКК ((ттРРННКК)).. ССааммыыее ннииззккооммооллееккуулляяррнныыее ммооллееккууллыы
РРННКК.. ООннии ввккллююччааюютт вв ссееббяя оотт 7755 ддоо 9900 ннууккллееооттииддоовв..
ФФууннккцциияя ттРРННКК ссооссттооиитт вв ттоомм,, ччттоо ооннии ттррааннссппооррттииррууюютт a--ааммииннооккииссллооттыы
иизз ццииттооппллааззммыы кк ммеессттуу ссииннттееззаа ббееллккаа,, тт..ее.. кк ррииббооссооммаамм,, ии ссттааввяятт иихх вв
ооппррееддееллеенннныыее ууччаассттккии ппооллииппееппттиидднноойй ццееппии ппррии ееее ббииооссииннттееззее..

29. .
Необычные основания в составе тРНК

30. РИБОНУКЛЕИНОВЫ. Е КИСЛОТЫ (РНК)
Матричная РНК (мРНК) – комплементарная
копия определенного участка ДНК, несущего
информацию об определенном белке