Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002, страница 8

В ДНК моносахарид представлен 2'-дезоксирибозой, солержашей только одну гидро- Рис. 3.3. Модель двойной спирали з(Н К. Попара шыс перекладины — комплсментарныс пары оснований, вбоковииыа — сахарофосфатпы й остов. ксильную группу (ОН), а в РНК вЂ” рибозой, имеющей две гидроксильные группы. Нуклеотиды соединены друг с другом фосфолиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5 -углеродного атома одного нуклеотида связана с 3 -ОН- группой лезоксирибозы соседнего нуклеотида (рис. 3.2). На одном конце полинуклсотидгюй цепи находится 3'-ОН-группа (3-конец), а на другом — 5 -фосфатная группа (5'-конец).

В 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образуюших двойную спираль (рис. 3.3). Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водоролными связями, образузогциаиися зиежлу комплементарными основаниями противоположных цепей (рис. 3.4). При этом аденин образует пару только с тимином, а гуанин — с цитозином.

Пара оснований А — Т стабилизируется двумя водородными свя- о - Н ОН / н н Π— Р=О о СН2 сн, л- 'т О о О=Р— О н н / о н н / Π— Р=О н н о о 5' СН2 сн, с! о О н н о О=Р— О / о н о / Π— Р=О н н 3" о сн, СН2 О')С О о О= Р— О- н нн н / о н н / н н -Π— Р= О нн о о о„, сн2 7".л о ~ О= Р— ОО н нн н о Рис.

Зэй Фрагмент лвухцепочсчной ДН К. зями, а пара С вЂ” С вЂ” тремя. Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состояших из тысяч нли миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п,н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы ! человека представляет собой олну двойную спираль длиной 2б3 м.п.н.

Сахарофосфнгный остов молекулы, который состоит из фос2)хгтных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5' — 3 -фосфодиэфирными связями, образует как бы боковины винтовой лестницы, а пары оснований А — Т и б — С вЂ” ее ступеньки (рис. 3.4). Цепи молекулы Д Н К антипараллельны: одна из них имеет направление 3' — >5', другая ДНК, РНК и синтез белка 3! 5'-+3'.

В согпветствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5'-ТАС2ССАТ-3', то в комплементарной пепи в этом месте должна находиться последовательность 3'-АТСССТА-5'. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следуюшим образом: 5сТАООСАТ-3 3'-АТССОТА-5' . В такой записи 5 -конец верхней цепи всегда располагают слева, а 3 -конец — справа. Носитель генетической информации лсюжсн удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться !реплиг2ироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез 32 ГЛАВА 3 о о о 1р го О' — Р— Π— Р— Π— Р 1 Π— о о- ' сн, Основание ОН Рнс. 3.5. Структурная формула дезоксирибонуклеозидтрифосфата. Фосфатные группы обозначаются буквами, а„р, и у.

а-гРосфат связан с 5'-атомом углерода дезоксирибозы и при репликации учасгвует в образовании фосфодизфирной связи; ~3- и у-фосфатные группы отшеплвкпся в виде пирофосфата. папий в синтезируемой (растущей) цепи задается последовательностью комплементарных оснований цепи-матрицы. Каждая мономерная единица, присоединяющаяся к растущей цепи, находится в форме дезоксирибонуклеозид-5- / Π— Р=О О Новые / Н ОН 3 Приссеаиилющит1са -О Р О велоредвые ~ ~ нуклеозилтрифссфат связи н н н оо Р— Π— Р— Π— Р=О! о- о- / О Н / н он -О- Р=О н Н Н 3' 3' О о 2 о н о о/ н ж Π— Р=О нн О Растущая О Ьт цель сна л О О Н Н "О о н он н Матричная цепь белковых молекул.

Модель ДНК Уотсона — Крика попиостьк> отвечает этим требованиям. Во-первых, согласно принципу комплементарности, каждая цепь ДН К может служить матрицей для образования новой комплементарнай цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две доЧерние молекулы, каждая из которых имеет такую жс нуклеотидную послелователыюсть, как исходная молекула ДНК. Вовторых, нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает амннокислотную последователыюсть кодируемого ею белка.

Согласно модели Уотсона — Крика, каждая цепь ДНК служит матрицей при синтезе новой комплементарной цепи, а последовательность осно- Рис. З.б. Рспликация ДНК. А. Спари- вание очередного дезоксирибонукле- озидтрифосфата с комплементар- ным основанием ДНК-матрипы. ДНК, РНК и синтез белка трифосфнта (рис. 3.5); фосфатная группа, связанная с 5 -углеродным атомом дезоксирибозы, обозначается буквой и, к ней присоединены )3-фосфат и далее — у-фосфат. В ходе репликации р- и у-фосфатные группы апцепляются в виде пирофосфата, а а-фосфатная группа связывается с 3'- ОН-группой последнего нуклеотнда растущей цепи (рнс. 3.6).

Синтез ДНК как у про-, так и у эукариот осуществляется при участии множества разных ферментов. Основную роль играет ДНК- полимераза, которая последовательно присоединяет новые звенья к растущей полинуклеотидной цепи в соответствии с принципом комплиментарности и катализирует образование фосфодиэфирных связей. У бактерий репликация ДНК начинается в особой точке молекулы, которая называется точкой начала (или сайтом иниципнии) репли- о - / Π— Р=О 5' о о СН2 с;с Сз"2 о о он н х/ Р=О о н н о / -Π— Р= О н н з' ни з о о сн 2 сн, о оо х/ Р=О н н / н о о н н / Н н 3' Π— Р=О ни о о сн, л сн, о о он н о- Р 0 он н З-Взаз Рнс.

З.б. (Продолззеение) Ь'. Между аФосфатной группой прнсоеднняемопз нуклеотида н 3 -знарокснльной группой растуязей пепи образуется Фосфоднэфнрная связь. К комплементарному спарнванию гогов следующий дезокснрибонуклеозидтриФосфат. канин (оп', от англ.

опязп). В ДНК эукариот имеется несколько таких сайгон, н репликация может начинаться в каждом из них. Образующиеся при этом сегменты эукариотической ДНК ошиваются друг с другом с помощью особых ферментов. Кроме того, у эукариот есть специальный фермент теломераза, который достраивает концы (теломеры) хромосом. Расшифровка генетической информации: РНК и белок Подавляющее большинство генов содержит в закодированном виде информацию о синтезе белков. Белки — это биологические молекулы, участвующие практически но всех процессах, протекающих в живых системах.

Они служат катализаторами разнообразных биохимических ре- н он Н Н Н Н Новая 2)юсФоцизФнрная связь 34 ГЛАВА 3 Н ! +Н>Н вЂ” С вЂ” Соо ! й Б Н ! С вЂ” СОО ! й1 Н ! ни — с ! й1 Пептяднея связь Рис. 3.7. Обобщенная структурная формула аминокислоты и образование пептидиой связи. А. Аминокислота. К вЂ” боковая группа. Б.

Образование пептидиой связи моллу двумя аминокислотными остатками с боковыми группами К1 и К2. акций, осуществляют трансги>рт веществ внутри клеток н мсжлу клетками, регулируют проницаемость клеточных мембран, из них строятся различные структурные элементы. Белки участвуют в осуществлении двигательных функций, обеспечивают защиту от инфекций и токсинов, регулируют синтез остальных генных продуктов. Основной структурной единицей белков являются аминокислоты. Все аминокислоты имеют сходное химическое строение.

К центральному атому углерода (а-углерод) присоединены атом водорода (Н), аминогруппа (ХН>+), карбоксильная группа (СОО-) и К-группа (боковая цепь) (рис. 3.7, А). Существует 20 разных боковых групп и соответственно 20 аминокислот. Например, в аминокисл<пе аланине К-группой является метильная группа (СН ).

В табл. 3.1 даны одно- и трехбуквенные обозначения аминокислот. Соединяясьдруг с другом пептидными связями, аминокислоты образуют полипептидную цепь. Пептидная связь образуется между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой (рис. 3.7, б). Первая аминокислота белковой молекулы имеет свободную аминогруппу (1~-конец), а последняя — свободную карбоксильную группу (С-конец).

Длина белковых молекул варьирует от 40 до более ! 000 аминокислотных остатков, при этом Таблица 3. Л Аминокислоты и их обозначения Трелбуквеввое обозе вчеяве Одвобукееявое обозвячевяе в зависимости от их последовательности и от амннокислотного состава молекулы белков принимают разную форму (конфигурацию, конформацию). Многие функционально активные белки состоят из двух и более полипептидных цепей (субъединиц), как идентичных, так и несколько различающихся. Кроме того, многие белки, выполняющие ключевые функции, представляют собой сложные белковые комплексы, состоящие из множества разных субъединиц. Важным «передаточным звеном» при переводе генетической инфорлгации с языка нуклеотидов на язык аминокислот являются рибонуклеиновые кислоты (РНК), которые синтезируются на определенных участках ДНК как на матрицах в соответствии с их нуклеотидной последовательностью.

РНК вЂ” это линейная полинуклеотидная молекула, отличающаяся от ДНК в лвух отношениях. Во-первых, моносяхаридом в РНК является рибоза, содержащая не одну„а две гидроксильные группы; они связаны с 2'- и 3'-атомами углерода. Во-вп>рых, одним из четырех оснований в РНК является урацил ((>)„занимающий место тимина. Большинство молекул РН К одноцепочечные, хотя часто в них имеются вза- Адепян Аргипия Аеперегяя Аспарегяяоввя кислота Веяяп 1иетядяп Гдицин Гдутамг>я Глутамяцовея кислота Изояейция Лейцин Лизин Мотиопяп Продяп Серия Тирозия Треп>тяп Триптофап грепяде>геяия цвете ив Агя Ага Агп Аьр Лгвг Нге О>у Огп О>ц 1ео >.ец Ьут Мег Рго бег Туг Тат Тгр Рве Суь А и Х О Н С О Е.

1 К Р У Т С С С А — Ц С вЂ” С Ц вЂ” А С вЂ” С А сц С и С С С С С г С ц А С С С С С С и С и А С С А С А С А с А Си с с с ! ! С С цс— с— С— с— С— С— А 5' А Ряс. Зйй Вторичная структура гипотетической моле- кулы РНК. Комплемевтарные основания соединены между собой водородными связями. Сахарофосфат- яый остов нс изображен. имиокомплемен гарные участки, образующие двухцепочечные структуры — «шпилькил (рис. 3.8). Спаривание оснований происходит таким же образом, как и в ДНК, за исключением того, что вместо пары А — Т образуются А — (). Существуют три основных типа РНК: информационная (мРНК), рибосомная (рРНК) и транспортная (тРНК).