Презентація " Нуклеїнові кислоти"

НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ2

Вперше їх виявлено в ядрі клітини, звідки й походить назва цих сполук (від лат. нуклеус — ядро). Молекула нуклеотиду складається із залишків нітрогеновмісного гетероциклу (азотистої основи), п'ятивуглецевого моносахариду (пентози) і фосфатної кислоти. Розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) і рибонуклеїнову (РНК). До складу ДНК входить залишок пентози дезоксирибози, до складу РНК — рибози. Нуклеїнові кислоти — складні високомолекулярні біополімери, що складаються з ланцюжків нуклеотидів. Природні нуклеїнові кислоти — ДНК і РНК — виконують у всіх живих організмах роль передачі і експресії генетичної інформації. Даний термін був введений Рихардом Альтманом.3 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Будова нуклеотиду Нуклеїнові кислоти – це біополімери, мономерами в яких є нуклеотиди. До складу нуклеотиду входять:1. Моносахарид - це може бути рибоза або дезоксирибоза2. Нітратні основи – аденін, гуанін, тимін(урацил), цитозин3. Залишок ортофосфатної кислоти.. Загальна формула нуклеотиду:а — ортофосфатна кислота, б — п’ятивуглецевий моносахарид (пентоза), в — нітратна основа4 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШНуклеотиди можуть відрізнятися не тільки за видом пентози, а і за залишками нітратних основ.{93296810-A885-4 BE3-A3 E7-6 D5 BEEA58 F35}Назва залишку нітратної основи. Позначення для відповідних нуклеотидів. Структурна формула нітратної (азотистої) основи. ПуриновіАденін. АГуанін. ГПіримідиновіЦитозин. ЦТимін. ТУрацил. У5

1. До складу нуклеотидів усіх РНК входить А, Г, Ц, У (урацил замість азотистої основи тимін).2. Кожен «крок» подвійної спіралі ДНК становить 3,4 нм і в ньому укладається 10 пар нуклеотидів. Довжина одного нуклеотиду становить 0,34 нм.3. Середня молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 у.о. Нуклеотиди з аденіном, гуаніном і цитозіном входять до складу як ДНК, так і РНК. Проте тимін міститься лише в нуклеотидах ДНК, а урацил — в РНК.6 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

ДНК та РНКУ природі існує два типи нуклеїнових кислот: Перший – тимонуклеїнова кислота (дезоксирибонуклеїнова кислота, ДНК), яку було одержано з тимуса теляти. Вуглеводним компонентом ДНК є дезоксирибоза, азотистими основами аденін, тимін, гуанін та цитозин. Другий - виділили з дріжджів (рибонуклеїнова кислота, РНК). Її вуглеводним компонентом є рибоза, а азотистими основами – аденін, гуанін, цитозин та урацил7 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Будова РНКМолекула РНК — це нерозгалужений ланцюг залишків нуклеотидів, які з’єднані один з одним послідовно ковалентним полярним зв’язком. Цей зв’язок утворюється між залишком пентози одного нуклеотиду і залишком ортофосфатної кислоти іншого нуклеотиду. РНК — нерегулярний полімер, тобто нуклеотиди різного виду чергуються нерегулярно.... АГЦГУАГЦЦАУ...8 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Молекула РНК являє собою лінійну спіраль, що складається з залишків рибонуклеотидів. Принцип сполучення нуклеотидів у полінуклеотидний ланцюг тут такий же, як і в молекулі ДНК: залишок рибози одного нуклеотиду з’єднується кисневим містком із залишком фосфорної кислоти наступного нуклеотиду. В утворенні кожного нуклеотиду бере участь пуринова чи піримідинова основа, рибоза і фосфорна кислота.9 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШРНК зустрічається в усіх живих організмах: вірусах, прокаріотах та еукаріотах. Існують декілька видів РНК, розглянемо їхню будову, функції та місцезнаходження у клітині.Інформаційна (або матрична) РНК (коротке позначення іРНК, або м. РНК) може знаходитись у цитоплазмі, ядрі, мітохондріях, хлоропластах, утворювати з рибосомами комплекс полісому. Основні функції іРНК — перенесення генетичної інформації від основного джерела (як правило, від ДНК) до місця синтезу білка та безпосередня участь у синтезі білкових молекул. Полісома:1 — іРНК, 2 — рибосома, 3 — поліпептид10

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШТранспортна РНК (т. РНК) міститься в цитоплазмі, мітохондріях і пластидах, має найменші розміри серед усіх молекул РНК (складається з 70—90 нуклеотидів). Основна функція т. РНК — переносити амінокислоти до рибосом, на яких відбувається синтез білкових молекул. Кожен вид т. РНК високо специфічний, тобто переносить тільки конкретну амінокислоту. Хоча до складу білка входить 20 амінокислот, існує 60 видів т. РНК (декілька видів т. РНК можуть переносити один вид амінокислот). Транспортна РНК має вторинну структуру, що підтримується водневими зв’язками і формою нагадує листок конюшини. Біля верхівки «листка» містяться три нуклеотиди, які відповідають певній амінокислоті за генетичним кодом. Вони називаються антикодоном. А з протилежного боку, біля основи молекули т. РНК, є ділянка, до якої приєднується амінокислота. Рибосомна РНК (р. РНК) є найбільшою (3—5 тис. нуклеотидів), вона є складовою рибосом і разом з білками забезпечує певне розташування іРНК і т. РНК під час синтезу білкової молекули. Вторинна структура т. РНК:1 — антикодон, 2 — місце приєднання амінокислот. Третинна структура т. РНК:1 — антикодон, 2 — місце приєднання амінокислоти. Молекула т. РНК може утворювати третинну структуру, що нагадує латинську літеру «L».11

входить до складу рибосоми, Функція: структурна. Містяться в цитоплазмі клітини Функція:перенесення амінокислот до місця синтезу білка – рибосоміРНКт. РНКр. РНКМіститься в ядрі і цитоплазміФункція іРНК:переносить інформацію про структуру білка від ДНК до місця синтезу білка(інформаційна або матрична РНК)(транспортна РНК)(рибосомна РНК)Класифікація РНК12 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Функції РНК 1. Трансляція РНК приєднують певні амінокислоти в цитоплазмі і направляються до місця синтезу білка на РНК, де зв`язуються з кодоном і віддають амінокислоту, яка використовується для синтезу білка. 2. Інформаційна У деяких вірусів РНК виконує подібні функції як ДНК в еукаріотів. Також інформаційну функцію виконує іРНК, яка переносить інформацію про білок і є місцем його синтезу. 3. Регуляція генів Деякі типи РНК беруть участь у регулюванні генів збільшуючи чи зменшуючи його активність. Це так звані РНК (малі інтерферуючі РНК) та мікро- РНК.4. КаталітичнаЄ так звані ферменти які відносяться до РНК вони називаються рибозами. Ці ферменти виконують різноманітні функції і мають своєрідну будову.13 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШБудова ДНКДезоксирибонуклеї́нова кислота́ (ДНК) — один із двох типів природних нуклеїнових кислот, що забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку й функціонування живих організмів. Основна роль ДНК в клітинах — довготривале зберігання інформації про структуру РНК і білків. З хімічної точки зору ДНК — це довга полімерна молекула, що складається з послідовності блоків — нуклеотидів. Кожний нуклеотид складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) і фосфатної групи. Зв'язки між нуклеотидами в ланцюгу утворюються дезоксирибозою й фосфатною групою. У переважній більшості випадків (окрім деяких вірусів, що містять одноланцюгові ДНК) макромолекула ДНК складається з двох ланцюгів, орієнтованих азотистими основами один проти одного. Ця дволанцюгова молекула утворює спіраль. У цілому структура молекули ДНК отримала назву «подвійної спіралі».14

До складу нуклеотидів ДНК входять чотири нітратні основи: аденін, тимін, гуанін, цитозин. В РНК містяться всі ті самі нітратні основи, але замість тиміну присутній урацил. Тимін відрізняється від урацилу наявністю метильної групи – СН3. Молекула РНК на відміну від молекули ДНК, є одноланцюговою. Відмінності в будові ДНК та РНК пов’язані з їхніми різними біологічними функціями. Основиний принцип формування двох спіралей ДНК. Фосфатний остов молекули тримає спіраль, тоді як азотисті основи за принципом комплементарності з'єднанують водневими зв'язками два ланцюги спіралі. При цьому ланцюги розміщуються антипаралельно: 3'-кінець молекули з одного боку розміщюється поруч з 5'-кінцем іншого ланцюга15 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШДНК подібна до РНК, але має більш складну будову. Вона складається з двох ланцюгів, кожен з яких принципово схожий на ланцюг РНК, з’єднаних між собою водневими зв’язками. Кожен нуклеотид одного ланцюга має водневі зв’язки з нуклеотидом другого ланцюга. Ці зв’язки виникають між азотистими основами нуклеотидів точно за правилом — залишок аденіну нуклеотиду одного ланцюга сполучається із залишком тиміну нуклеотиду іншого ланцюга, утворюючи три зв’язки, а залишок гуаніну — із залишком цитозину, утворюючи два зв’язки: Така закономірність називається принципом, або правилом, комплементарності. Принцип комплементарності — це закономірність розташування нуклеотидів у ДНК або під час синтезу РНК, згідно з якою гуаніну одного ланцюга завжди відповідає цитозин другого ланцюга, а аденіну одного ланцюга — тимін другого ланцюга ДНК або урацил РНК. Завдяки здатності утворювати водневі зв’язки аденіну з тиміном (урацилом), а гуаніну — з цитозином, нуклеотиди наче «доповнюють» один одного.16

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШпервинна структура ДНК — це певна послідовність нуклеотидів у двох ланцюгах. Причому, залишки пентози і ортофосфатної кислоти розташовані на периферії двох ланцюгів, а нітратні основи — усередині. Ланцюги прошиті водневими зв’язками і відповідають один одному згідно з правилом комплементарності. Водневі зв’язки слабкі, але у молекулі ДНК їх так багато, що комплементарні ланцюги зазвичай самостійно не розділяються. Молекула ДНК у первинній структурі не може існувати, тільки її фрагменти. Первинна структура ДНК:1 — залишки нуклеотиду; 2 — водневі зв’язки17

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШВторинна структура ДНК — це правогвинтова подвійна спіраль, утворена двома ланцюгами ДНК, які, обвиваючи один одного, закручуються вправо. Діаметр спіралі близько 2 нм, крок — 3,4 нм, у кожному витку розташовано по 10 пар залишків основ. Вторинна структура ДНК — подвійна спіраль18

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШПараметри подвійної спіраліДва комплементарні антипаралельні ланцюги закручені кругом однієї осі і пов’язані водневими зв’язками. Нуклеотиди у ланцюгу пов’язані ковалентним зв’язком. Азотисті основи знаходяться всередині спіралі, а залишки пентоз і ортофосфатної кислоти — зовні. Розмір витка (крок) спіралі становить 3,4 нм (10 пар нуклеотидів). Відстань між двома нуклеотидами — 0,34 нм. Діаметр спіралі — 2 нм.19

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШТретинна спіраль, або суперспіраль* — це компактна щільна структура, яка утворюється завдяки подальшій спіралізації вторинної структури. Вона існує завдяки взаємодії ДНК і спеціальних білків у хромосомах еукаріотів. Фрагмент суперспіралі (третинної структури ДНК), що утворює комплекс з білком гістоном у хромосомі:1 — ДНК, 2 — білки гістони. Суперспіраль кільцевої ДНК:а — схема, б — мікрофотографія, 1 — вторинна структура, 2 — третинна структура (суперспіралі)20

Вміст аденіну рівний вмісту тиміну, а вміст гуаніну — кількості цитозину: А=Т, Г=Ц. 2. Кількість пуринів дорівнює кількості піримідинів: А+Г=Т+Ц 3. Кількість основ з 6 аміногруп дорівнює кількості основ з 6 кетогруп: А+Ц=Г+Т (Це правило слідує з першого). 4. Разом з тим, співвідношення частка Г+Ц (вміст ГЦ) може бути різним у ДНК різних видів. У одних переважають пари АТ, в інших — ГЦ. Таким чином, хоча довжина ланцюгів ДНК може бути кілька сантиметрів, молекула завдяки вторинній і третинній структурам досить компактна, що сприяє збереженню і точному розподілу спадкового матеріалу при поділі клітин. Молекула ДНК досить лабільна, її конфігурація змінюється (частково «розкручується», стає більш або менш щільною). Це дозволяє їй ефективно функціонувати під час синтезу білка, процесів транскрипції та реплікації, про які розповімо пізніше. Кількісний вміст нуклеотидів в ДНК можна обчислити за правилом Чаргаффа (Е. Чаргафф, американський учений, та його колеги дослідили принцип комплементарності і виявили описані нижче закономірності у 1950 р.).21 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШСаме в ДНК знаходяться гени, що є одиницями спадковості. Ген — це ділянка молекули ДНК (у деяких вірусів — РНК), у якій закодовано інформацію про будову певного білка або нуклеїнової кислоти. Сукупність генетичної інформації про весь організм утворює геном. Геном є цілісною системою, в якій гени впливають один на одного та взаємодіють між собою.Є структурні гени, які кодують структуру білків і рибонуклеїнових кислот, вони несуть спадкову інформацію. Є регуляторні гени, які спадкової інформації не мають, а виконують інші функції — контролюють і направляють діяльність структурних генів — слугують місцем приєднання ферментів та інших біологічно активних сполук, які впливають на активність структурних генів і беруть участь у процесах реплікації ДНК і транскрипції. Розміри регуляторних генів, як правило, незначні — кілька десятків пар нуклеотидів, структурних — сотні й тисячі нуклеотидів. Масова частка регуляторних генів може сягати 80 %.22

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШДенатурація та ренатурація ДНКЯкщо зміни незворотні, молекула разом з інформацією, яку вона містить, припиняє існування. Цей процес називається деструкцією. Шкідливі фактори можуть викликати зміни у певній ділянці ДНК, що може викликати зміни структури і функцій організму. Цьому протидіє репарація (від лат. репаратіон — відновлення) — відновлення структури нуклеїнової кислоти. За участі специфічних ферментів ушкоджені «неправильні» ділянки ДНК вирізаються і замінюються на «правильні», які синтезуються з вільних нуклеотидів.23

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШОсобливо важливою властивістю ДНК, зважаючи на її біологічні функції, є здатність до реплікації, або самоподвоєння. Реплікація ДНК — це складний ферментативний процес утворення з однієї материнської ДНК двох дочірніх ДНК, які за кількісним і якісним складом ідентичні одна одній і вихідній материнській. Завдяки реплікації кожна дочірня клітина після поділу отримує такі самі молекули ДНК, які мала материнська клітина. Реплікація є важливою ланкою у процесі підготовки клітини до поділу і відбувається у ядрі клітині за таким алгоритмом: ДНК розплітається, водневі зв’язки між ланцюгами розшиваються. На кожному з двох материнських ланцюгів за принципом комплементарності синтезуються два нових дочірніх. Таким чином, з однієї материнської ДНК утворюються дві дочірні ідентичні ДНК.24

Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШПроцес реплікації ДНК називають матричним синтезом, бо синтез відбувається за правилом комплементарності, тому дочірній ланцюг утворюється не копіюванням, а за принципом відбитка з матриці. Процес реплікації називають напівконсервативним, бо новоутворені дочірні ДНК мають один ланцюг новосинтезований, а другий — незмінений, материнський. Процес реплікації забезпечує точну передачу спадкової інформації від материнської молекули ДНК дочірнім. Однією з властивостей ДНК є здатність до транскрипції — (від лат. transcriptio — переписування) — складного ферментативного процесу синтезу РНК на матриці ДНК. Транскрипція відбувається за таким алгоритмом: Фрагмент ДНК, що відповідає одному гену, розплітається, водневі зв’язки між ланцюгами розшиваються. На одному з ланцюгів із вільних нуклеотидів синтезується молекула РНК за принципом комплементарності (аденіну комплементарний урацил). Після закінчення синтезу водневі зв’язки руйнуються і новоутворена РНК залишає ланцюг ДНК, що був для неї матрицею. Якщо є потреба у таких РНК ще, синтез продовжується, якщо ні — зв’язки між двома ланцюгами фрагменту ДНК відновлюються.25

Порівняння ДНК та РНКОзнаки. ДНКРНКМономери. Нуклеотиди. Нуклеотиди. Відмінності у будові мономера:а) нітрогеновмісні основиб) пентоза. А, Г, Ц, Тдезоксирибоза. А, Г, Ц, Урибоза. Структура. Подвійна спіраль (еукаріоти)Один ланцюг. Місце знаходження. Ядро, мітохондрії, пластиди. Ядро, цитоплазма, рибосоми, мітохондрії, хлоропласти. Розташування у ядріХромосоми. Ядерце. Таким чином, головні функції нуклеїнових кислот — збереження, реалізація та точна передача спадкової інформації при відтворенні — тісно пов’язані з будовою та властивостями їхніх молекул.26 Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

27 Задача : Один з ланцюгів фрагмента молекули ДНК має наступну будову: Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т. Напишіть будову другого ланцюга. Вкажіть послідовність нуклеотидів в молекуле і-РНК, що побудована на ділянці ДНК. Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ

28 Розв'язання : I ланцюг ДНК Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т Ц-Ц-Ц-Т-А-Т-Т-Г-Т-Ц-Т-А (за принципом комплементарності) і-РНК Г-Г-Г-А-У-А-А-Ц-А-Г-Ц-У-Войтенко Н. О. Веселинівська ЗОШ