Первинна структура РНК порядок чергування рібонуклеозідмонофосфатов в полінуклеотидних ланцюга. У РНК, як і в ДНК, нуклеотиди пов'язані між собою 3 ', 5'-фосфодіефірнимі зв'язками. Кінці полінуклеотидних ланцюгів РНК неоднакові. На одному кінці знаходиться фосфорілірованний ОН-група 5'-вуглецевого атома, на іншому кінці - ОН-група 3'-вуглецевого атома рибози, тому кінці називають 5'і 3'-кінцями ланцюга РНК.
Вторинна структура РНК
Молекула рибонуклеїнової кислоти побудована з однієї полінуклеотидних ланцюга. Окремі ділянки ланцюга РНК утворюють спіраль петлі - «шпильки», за рахунок водневих зв'язків між комплементарними азотистими підставами A-U і G-C. Ділянки ланцюга РНК в таких спіральних структурах антіпараллельни, але не завжди повністю комплементарні, в них зустрічаються неспарені нуклеотидні залишки або навіть одноцепочечниє петлі, які не вписуються в подвійну спіраль. Наявність спіраль ділянок характерно для всіх типів РНК.
Третинна структура РНК
Одноцепочечниє РНК характеризуються компактною і впорядкованої третинної структурою, що виникає шляхом взаємодії спіраль елементів вторинної структури. Так, можливе утворення додаткових водневих зв'язків між нуклеотидними залишками, досить віддаленими одна від одної, або зв'язків між ОН-групами залишків рибози і підставами. Третинна структура РНК стабілізована іонами двовалентних металів, наприклад іонами Mg2 +, які зв'язуються не тільки з фосфатними групами, але і з підставами.
Основні типи РНК
У цитоплазмі клітин присутні 3 типи рибонуклеїнових кислот - транспортні РНК (тРНК), матричні РНК (мРНК) і рибосомальні РНК (рРНК). Вони розрізняються по первинній структурі, молекулярної масі, конформації, тривалості життя і, найголовніше, з функціональної активності.
Методи визначення первинної і вторинної структури нуклеїнових кислот
Секвенірованіе- це загальна назва методів, які дозволяють встановити послідовність нуклеотидів в молекулі ДНК. В даний час немає жодного методу секвенування, який би працював для молекули ДНК цілком; всі вони влаштовані так: спочатку готується велике число невеликих ділянок ДНК (клонується молекула ДНК багаторазово і «розрізається» її в випадкових місцях), а потім читається кожну ділянку окремо.
Всі ці ефекти досягаються в основному за допомогою змін температури суміші з ДНК, праймерів і полімерази; для наших цілей важливо, що це досить точний процес, і помилки в ньому рідкісні, а на виході виходить велика кількість копій ділянок однієї і тієї ж ДНК. Різні методи секвенування відрізняються один від одного не методами клонування, а тим, як потім прочитати вийшов «суп» з численних копій однієї і тієї ж ДНК.
Метод ДНК-ДНК гібрідізацііоснован на тому факті, що стабільність ДНК-ДНК дуплексів при певній температурі залежить від числа нуклеотидів утворюють комплементарні пари. Очевидно, що число комплементарних нуклеотидів в дуплексі де обидві нитки походять з однієї і тієї ж молекули ДНК (тобто в гомодуплексах) дорівнює 100%. Якщо ж обидві нитки мають різне походження (гетеродуплекс), то, в залежності від числа що сталися мутацій, число комплементарних пар буде менше 100%. Соответсвенно гетеродуплекси повинні розпадатися (плавиться) при більш низькій температурі, ніж гомодуплекси. Причому, чим нижче температура плавлення, тим більше розходження в двох послідовностях. Температурна стабільність гібридної ДНК визначається температурою при якій 50% гібридної ДНК диссоциированного в одноцепочечную форму. Потім ця температура порівнюється із середньою температурою 50% -го плавлення гомодуплексов обох типів послідовностей беруть участь в утворенні гетеродуплекса, ця температура зазвичай позначається Tm. Різниця між медіанної температурою плавлення гетеро- і гомодуплексов позначається як dTm. Показана лінійна залежність dTm від числа неспарених підстав (Britten et. Al. 1974): p = cdTm. Константа c зазвичай визначається умовами проведення експерименту і звичайно варіює від 0.01 до 0.015. Визначення dTm вимагає великого числа повторень, тому що велика експериментальна помилка.
Основною властивістю ДНК є її здатність до реплікації.
1.9. Реплікація ДНК, транскрипція, трансляція, зворотна транскрипція. Ампліфікація ДНК. Біосинтез білка, амінокислотний код. Організація генів, будова генів у про- та еукаріот, поняття про клонування.
Реплікація- це процес самоудвоения молекул ДНК, що відбувається під контролем ферментів. Реплікація здійснюється перед кожним діленням ядра. Починається вона з того, що спіраль ДНК тимчасово розкручується під дією ферменту ДНК-полімерази. На кожній з ланцюгів, що утворилися після розриву водневих зв'язків, за принципом комплементарності синтезується дочірня ланцюг ДНК. Матеріалом для синтезу служать вільні нуклеотиди, які є в ядрі.
Схема реплікації ДНК
Таким чином, кожна полинуклеотидная ланцюг виконує роль матриці для нової комплементарної ланцюга (тому процес подвоєння молекул ДНК відноситься до реакцій матричного синтезу). В результаті виходить дві молекули ДНК, у кожної з яких один ланцюг залишається від батьківської молекули (половина), а інша - знову синтезована. Причому одна нова ланцюг синтезуються суцільний, а друга - спочатку у вигляді коротких фрагментів, які потім зшиваються в довгий ланцюг спеціальним ферментом - ДНК-лігази. В результаті реплікації дві нові молекули ДНК являють собою точну копію вихідної молекули.
Біологічний сенс реплікаціізаключается в точної передачі спадкової інформації від материнської клітини до дочірнім, що і відбувається при розподілі соматичних клітин.
1) Н. Грін, У. Стаут, Д. Тейлор - Біологія.
2) З.А. Шабарова і А.А. богданів - Хімія нуклеїнових кислот і їх полімерів.
3) А.П. Пехов - Біологія і загальна гінетіка.
4) А. Мікельсон - Хімія нуклеозидов і нуклеотидів.
5) З. Гауптман, Ю. Грефе, Х. Ремане - Органічна хімія
Транскріпція- це процес сінтезаРНКс іспользованіемДНКв як матрицю, що відбувається у всіх живих клітинах. Іншими словами, це перенесення генетичної інформації з ДНК на РНК.
ТранскріпціякаталізіруетсяферментомДНК-залежною РНК-полімеразою. Процес синтезу РНК протікає в напрямку від 5'до 3'кінця, тобто по матричної ланцюга ДНКРНК-полімеразадвіжется в напрямку 3'5 '.
Транскрипція складається з стадій ініціації, елонгації та термінації. Одиницею транскрипції є транскріптон, фрагмент молекули ДНК, що складається з промотора, транскрибируемой частини і термінатора.
Ініціація транскріпціі- це складний процес, який залежить від послідовності ДНК поблизу транскрибируемой послідовності (а уеукаріоттакже і від більш далеких ділянок геному -енхансеровісайленсеров) і від наявності або відсутності разлічнихбелкових факторів.
Момент переходу РНК-полімерази від ініціації транскрипції до елонгації точно не визначений. Три основних біохімічних події характеризують цей перехід в разі РНК-полімеразикішечной палички: відділення сигма-фактора, перваятранслокаціямолекулиферментавдоль матриці і сильна стабілізація транскрипційного комплексу, який крім РНК-полімерази включає зростаючу ланцюг РНК і транскрібіруемих ДНК. Ці ж явища характерні і для РНК-полімерази еукаріот. Перехід від ініціації до елонгації супроводжується розривом зв'язків між ферментом, промотором, факторами ініціації транскрипції, а в ряді випадків - переходом РНК-полімерази в стан компетентності щодо елонгації. Фаза елонгації закінчується після звільнення зростаючого транскрипта ідіссоціацііфермента від матриці (термінація).
На стадії елонгації вДНКрасплетено приблизно 18 парнуклеотідов. Приблизно 12 нуклеотидів матричної нитки ДНК утворює гібридну спіраль зі зростаючим кінцем ланцюга РНК. У міру руху РНК-полімерази по матриці попереду неї відбувається розплітання, а позаду - відновлення подвійної спіралі ДНК. Одночасно звільняється чергова ланка ланцюга, що росте РНК з комплексу з матрицею і РНК-полімерази. Ці переміщення повинні супроводжуватися відносним обертанням РНК-полімерази і ДНК.