Реферат: Химия наследственности. Нуклеиновые кислоты. ДНК. РНК. Репликация ДНК и передача наследственной информации

Министерство высшего и среднего специального образованияРоссийской Федерации

Волгоградский государственныйтехнический университет

Кафедра органической химии

КУРСОВАЯ РАБОТА

 по теме: «Химиянаследственности. Нуклеиновые кислоты. ДНК. РНК. Репликация ДНК и передачанаследственной информации.»

                                                  Выполнил: студентка ХХХХХ

Группа ХХХХХХ

Проверил: ХХХХХХ

Волгоград — 2003

СОДЕРЖАНИЕ

1.ВВЕДЕНИЕ

2

2.ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

3

2.1.Мир РНК как предшественник современной жизни

4

2.2.Возникновение биосинтеза белка

7

3.НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

10

3.1.Состав нуклеиновых кислот

10

3.2.Значение нуклеиновых кислот

12

4.ДНК

13

4.1.Состав ДНК

13

4.2.Макромолекулярная структура ДНК

14

4.3.Выделение дезоксирибонуклеиновых кислот

15

4.4.Фракционирование

16

4.5.Функции ДНК

17

5.РНК

18

5.1.Состав РНК

18

5.2.Макромолекулярная структура РНК

18

5.3.Мультифункциональность РНК

20

5.4.Выделение рибонуклеиновых кислот

21

5.5.Фракционирование

22

6.ПРИРОДА МЕЖНУКЛЕОТИДНЫХ СВЯЗЕЙ

25

6.1.Межнуклеотидная связь в ДНК

26

6.2.Межнуклеотидная связь в РНК

28

7.МАТРИЧНЫЙ СИНТЕЗ ДНК

30

7.1.ДНК-полимеразы

31

7.2.Точность синтеза  ДНК и механизм коррекции

31

8.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕПЛИКАЦИИ

33

8.1.Инициация цепей  ДНК

33

8.2.Расплетение двойной спирали ДНК

34

8.3.Прерывистый синтез ДНК

35

8.4.Кооперативное действие белков репликационной вилки

36

8.5.Согласованность процессов репликации ДНК и клеточного деления

36

9.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

38

10.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

39

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

         Мы рождаемся, взрослеем, у наспоявляются дети и внуки. Мы ни одни живые существа на этой планете, вокруг насежечасно, ежесекундно происходит зарождение новой жизни. Этот процесс непрерывается никогда.        Наши соседи по планете – это миллиарды живыхсуществ: растения, животные, микроорганизмы, вирусы. Нас радует цветущийвишневый сад и шорох желтеющей, отмирающей листвы под ногами, умиротворяетвыпрыгивающие из воды дельфины и прыгающая белка – летяга. Все мы когда — либоболели гриппом, краснухой и эти болезни вызваны нахождением в нашем организмеболезнетворных микробов и вирусов, а это тоже живые организмы. Как редко мызадумываемся, откуда такое разнообразие жизни, и ее форм, так не похожих другна друга! А между тем все живые организмы состоят из одних и тех же химическихэлементов, объединенных в макромолекы, такие как белки. Только у различныхживых существ белки различны по своей структуре. Но почему клетки определенногоорганизма синтезируют только свойственные им белки? Как происходит механизмпередачи наследственной информации, а главное – где она хранится?  Все эти вопросы перетекают в еще болееважный, интересный и глобальный: жизнь – как она появилась на этой планете икак происходит ее воспроизведение? Это вопросы, на которые я постараюсь найтиответы в этой работе.

2.ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

 Пожалуй,первая научная, хорошо продуманная теория происхождения жизни абиогенным путембыла предложена биохимиком А.И. Опариным еще в 20-х годах прошлого века. Теориябазировалась на представлении, что все начиналось с белков, и на возможности вопределенных условиях спонтанного химического синтеза мономеров белков — аминокислот — и белковоподобных полимеров (полипептидов) абиогенным путем.Публикация теории стимулировала многочисленные эксперименты в ряде лабораториймира, показавшие реальность такого синтеза в искусственных условиях. Теориябыстро стала общепринятой и необыкновенно популярной.

Основным ее постулатом было то, что спонтанновозникавшие в первичном «бульоне» белковоподобные соединенияобъединялись в коацерватные капли — обособленные коллоидные системы, плавающие в более разбавленном водномрастворе. Это давало главную предпосылку возникновения организмов — обособлениенекой биохимической системы от окружающей среды, ее компартментализацию. Таккак некоторые белковоподобные соединения коацерватных капель могли обладатькаталитической активностью, то появлялась возможность прохождения биохимическихреакций синтеза внутри капель — возникало подобие ассимиляции, а значит, ростакоацервата с последующим его распадом на части — размножением. Ассимилирующий,растущий и размножающийся делением коацерват рассматривался как прообраз живойклетки (рис. 1)

Все было хорошо продумано и научно обосновано втеории, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти всеспециалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайныхбезматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкциибелковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимуществоданному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться дляраспространения внутри коацервата, а тем более для передачикоацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить решение проблемыточного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях — единичных,случайно появившихся эффективных белковых структур.

<img src="/cache/referats/16176/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис. 1.Схематическое представление пути происхождения жизни
согласно белково — коацерватной теории А.И. Опарина

2.1. Мир РНК как предшественник современной жизни

         Накопление знаний о генетическом коде, нуклеиновыхкислотах и биосинтезе белков привело к утверждению принципиально новой идеи отом, что все начиналось вовсе не с белков, а с РНК. Нуклеиновые кислотыявляются единственным типом биологических полимеров, макромолекулярнаяструктура которых, благодаря принципу комплементарности при синтезе новых цепей,обеспечивает возможность копирования собственной линейной последовательностимономерных звеньев, другими словами, возможность воспроизведения (репликации)полимера, его микроструктуры. Поэтому только нуклеиновые кислоты, но не белки,могут быть генетическим материалом, то есть воспроизводимыми молекулами,повторяющими свою специфическую микроструктуру в поколениях.

По ряду соображений именно РНК, а не ДНК, моглапредставлять собой первичный генетический материал.

Во-первых, ив химическом синтезе, и в биохимических реакциях рибонуклеотиды предшествуютдезоксирибонуклеотидам; дезоксирибонуклеотиды — продукты модификациирибонуклеотидов.

Во-вторых, всамых древних, универсальных процессах жизненного метаболизма широкопредставлены именно рибонуклеотиды, а не дезоксирибонуклеотиды, включаяосновные энергетические носители типа рибонуклеозид-полифосфатов (АТФ и т.п.).

В-третьих, репликацияРНК может происходить без какого бы то ни было участия ДНК, а механизмредупликации ДНК даже в современном живом мире требует обязательного участияРНК-затравки в инициации синтеза цепи ДНК.

В-четвертых, обладаявсеми теми же матричными и генетическими функциями, что и ДНК, РНК способнатакже к выполнению ряда функций, присущих белкам, включая катализ химическихреакций. Таким образом, имеются все основания рассматривать ДНК как болеепозднее эволюционное приобретение — как модификацию РНК, специализированную длявыполнения функции воспроизведения и хранения уникальных копий генов в составеклеточного генома без непосредственного участия в биосинтезе белков.

Послетого как были открыты каталитически активные РНК, идея первичности РНК впроисхождении жизни получила сильнейший толчок к развитию, и быласформулирована концепция самодостаточногомира РНК, предшествовавшего современной жизни. Возможная схемавозникновения мира РНК представлена на рис.2.
 

<table cellpadding=«0» ">

<img src="/cache/referats/16176/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

Рис. 2.Схематическое представление
пути происхождения жизни
согласно современной концепции
первичности мира РНК

Абиогенный синтез рибонуклеотидов и их ковалентноеобъединение в олигомеры и полимеры типа РНК могли происходить приблизительно втех же условиях и в той же химической обстановке, что постулировались дляобразования аминокислот и полипептидов. Недавно А.Б. Четверин с сотрудниками(Институт белка РАН) экспериментально показали, что по крайней мере некоторыеполирибонуклеотиды (РНК) в обычной водной среде способны к спонтаннойрекомбинации, то есть обмену отрезками цепи, путем транс-эстерификации. Обменкоротких отрезков цепи на длинные, должен приводить к удлинениюполирибонуклеотидов (РНК), а сама подобная рекомбинация способствоватьструктурному многообразию этих молекул. Среди них могли возникать и каталитическиактивные молекулы РНК.

Даже крайне редкое появление единичных молекул РНК,которые были способны катализировать полимеризацию рибонуклеотидов илисоединение (сплайсинг) олигонуклеотидов на комплементарной цепи как на матрице,означало становление механизма репликации РНК. Репликация самих РНК-катализаторов(рибозимов) должна была повлечь за собой возникновение самореплицирующихсяпопуляций РНК. Продуцируя свои копии, РНК размножались. Неизбежные ошибки вкопировании (мутации) и рекомбинации в самореплицирующихся популяциях РНКсоздавали все большее разнообразие этого мира. Таким образом, предполагаемыйдревний мир РНК — это «самодостаточныйбиологический мир, в котором молекулы РНК функционировали и как генетическийматериал, и как энзимоподобные катализаторы».

2.2. Возникновениебиосинтеза белка

 Далее на основе мира РНК должно было происходитьстановление механизмов биосинтеза белка, появление разнообразных белков снаследуемой структурой и свойствами, компартментализация систем биосинтезабелка и белковых наборов, возможно, в форме коацерватов и эволюция последних вклеточные структуры — живые клетки.

Проблема перехода от древнего мира РНК к современномубелок-синтезирующему миру — наиболее трудная даже для чисто теоретическогорешения. Возможность абиогенного синтеза полипептидов и белковоподобных веществне помогает в решении проблемы, так как не просматривается никакого конкретногопути, как этот синтез мог бы быть сопряжен с РНК и подпасть под генетическийконтроль. Генетически контролируемый синтез полипептидов и белков должен былразвиваться независимо от первичного абиогенного синтеза, своим путем, на базеуже существовавшего мира РНК. В литературе предложено несколько гипотезпроисхождения современного механизма биосинтеза белка в мире РНК, но, пожалуй,ни одна из них не может рассматриваться как детально продуманная и безупречнаяс точки зрения физико-химических возможностей. Представленная ниже версиянаиболее точно отражает процесса эволюции и специализации РНК, ведущего квозникновению аппарата биосинтеза белка (рис. 3),  но и она не претендует на законченность.

Предлагаемая гипотетическая схема содержит двасущественных момента, кажущихся принципиальными.

1.Постулируется, что абиогенно синтезируемыеолигорибонуклеотиды активно рекомбинировали посредством механизма спонтаннойнеэнзиматической трансэстерификации, приводя к образованию удлиненных цепейРНК и давая начало их многообразию. Именно этим путем в популяцииолигонуклеотидов и полинуклеотидов и могли появиться как каталитически активныевиды РНК (рибозимы), так и другие виды РНК со специализированными функциями (см. рис. 3). Более того,неэнзиматическая рекомбинация олигонуклеотидов, комплементарно связывающихся сполинуклеотидной матрицей, могла обеспечить сшивание (сплайсинг) фрагментов,комплементарных этой матрице, в единую цепь. Именно таким способом, а некатализируемой полимеризацией мононуклеотидов, могло осуществляться первичныекопирование (размножение) РНК. Разумеется, если появлялись рибозимы, обладавшиеполимеразной активностью, то эффективность (точность, скорость и продуктивность)копирования на комплементарной матрице должна была значительно возрастать.

<img src="/cache/referats/16176/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

Рис. 3.Схема эволюции и специализации молекул РНК
в процессе перехода от древнего мира РНК к современному миру
генетически детерминированного биосинтеза белков

         2.Первичный аппаратбиосинтеза белка возник на базе нескольких видов специализированных РНК допоявления аппарата энзиматической (полимеразной) репликации генетическогоматериала — РНК и ДНК. Этот первичный аппарат включал:

ü<span Times New Roman"">  

каталитически активную прорибосомную РНК, обладавшуюпептидил-трансферазной активностью;

ü<span Times New Roman"">  

набор про-тРНК, специфически связывающих аминокислотыили короткие пептиды;

ü<span Times New Roman"">  

другую прорибосомную РНК, способную взаимодействоватьодновременно с каталитической прорибосомной РНК, про-мРНК и про-тРНК (см. рис. 3).

 Такая системауже могла синтезировать полипептидные цепи. Среди прочих каталитически активныхбелков — первичных ферментов (энзимов) — появились и белки, катализирующиеполимеризацию нуклеотидов — репликазы, или НК-полимеразы.

Впрочем, возможно, что гипотеза о древнем мире РНК какпредшественнике современного живого мира так и не сможет получить достаточногообоснования для преодоления основной трудности — научно правдоподобногоописания механизма перехода от РНК и ее репликации к биосинтезу белка. Имеетсяпривлекательная и детально продуманная альтернативная гипотеза А.Д. Альтштейна(Институт биологии гена РАН), в которой постулируется, что репликациягенетического материала и его трансляция — синтез белка — возникали иэволюционировали одновременно и сопряжено, начиная с взаимодействия абиогенносинтезирующихся олигонуклеотидов и аминоацил-нуклеотидилатов — смешанных ангидридоваминокислот и нуклеотидов. Но это уже следующая сказка… («И Шахразадузастигло утро, и она прекратила дозволенные речи».)

3. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

3.1. Состав нуклеиновых кислот

Нуклеиновыекислоты — это биополимеры, макромолекулыкоторых состоят из многократно повторяющихся звеньев — нуклеотидов. Поэтому ихназывают также полинуклеотидами. Важнейшей характеристикой нуклеиновых кислотявляется их нуклеотидный состав. В состав нуклеотида- структурного звена нуклеиновых кислот — входят три составные части:

·<span Times New Roman"">      

азотистое основание — пиримидиновое или пуриновое. Внуклеиновых кислотах содержатся основания 4-х разных видов: два из нихотносятся к классу пуринов и два – к классу пиримидинов. Азот, содержащийся вкольцах, придает молекулам основные свойства.

·<span Times New Roman"">      

моносахарид — рибоза или 2-дезоксирибоза. Сахар,входящий в состав нуклеотида, содержит пять углеродных атомов, т.е.представляет собой пентозу. В зависимости от вида пентозы, присутствующей внуклеотиде, различают два вида нуклеиновых кислот – рибонуклеиновые кислоты(РНК), которые содержат рибозу, и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащиедизоксирибозу.

·<span Times New Roman"">      

остаток фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислотыявляются кислотами потому, что в их молекулах содержится фосфорная кислота.

<img src="/cache/referats/16176/image006.jpg" v:shapes="_x0000_s1026">

Нуклеотид — фосфорный эфир нуклеозида. В составнуклеозида входят два компонента: моносахарид (рибоза или дезоксирибоза) иазотистое основание.

<img src="/cache/referats/16176/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1027">

В конце 40-х — начале 50-х годов, когда появилисьтакие методы исследования, как хроматография на бумаге и УФ-спектроскопия, былипроведены многочисленные исследования нуклеотидного состава НК (Чаргафф, А. Н.Белозерский). Полученные данные позволили решительно отбросить старыепредставления о нуклеиновых кислотах, как о полимерах, содержащих повторяющиесятетрануклеотидные последовательности (так называемая тетрануклеотидная теориястроения ПК, господствовавшая в 30—40-е годы), и подготовили почву для созданиясовременных представлений не только о первичной структуре ДНК и РНК, но и об ихмакромолекулярной структуре и функциях.

Метод определения состава ПК основан на анализе гидролизатов,образующихся при их ферментативном или химическом расщеплении. Обычноиспользуются три способа химического расщепления НК. Кислотный гидролиз вжестких условиях (70%-ная хлорная кислота, 100°С, 1ч или 100%-ная муравьинаякислота, 175 °C, 2 ч), применяемый для анализа как ДНК, так и РНК, приводит кразрыву всех N-гликозидных связей и образованиюсмеси пуриновых и пиримидиновых оснований. При исследовании РНК могут использоватьсякак мягкий кислотный гидролиз (1 н. соляная кислота, 1OO°C, 1 ч), в результатекоторого образуются пуриновые основания и пирамидиповыенуклеозид-2'(3')-фосфаты, так и щелочной гидролиз (0,3 н. едкий кали, 37 °С, 20ч), дающий смесь нуклеозид -2' (3') -фосфатов.

Поскольку в НК число нуклеотидов каждого вида равночислу соответствующих оснований, для установления нуклеотидного состава даннойНК достаточно определить количественное соотношение оснований. Для этой цели изгидролизатов с помощью хроматографии на бумаге или электрофореза (когда врезультате гидролиза получают нуклеотиды) выделяют индивидуальные соединения.Каждое основание независимо от того, связано оно с углеводным фрагментом илинет, обладает характерным максимумом поглощения в УФ, интенсивность которогозависит от концентрации. По этой причине, исходя из УФ-спектров выделенныхсоединений, можно определить количественное соотношение оснований, аследовательно, и нуклеотидный состав исходной НК.

При количественном определении минорных нуклеотидов,особенно таких неустойчивых, как дигидроуридиловая кислота, пользуютсяферментативными методами гидролиза (ФДЭ змеиного яда и селезенки).

Использование описанных выше аналитических приемовпоказало, что ПК различного происхождения состоят за редким исключением изчетырех основных нуклеотидов и что содержание минорных нуклеотидов можетменяться в значительных пределах.

Как будет показано далее, при изучении нуклеотидногосостава ДНК были получены данные, которые помогли установить ее пространственнуюструктуру.

3.2. Значение нуклеиновых кислот

Значение нуклеиновых кислот очень велико. Особенностиих химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса вцитоплазму и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуребелковых молекул, которые синтезируются в каждой клетке. Белки обусловливаютбольшинство свойств и признаков клеток. Понятно поэтому, что стабильностьструктуры нуклеиновых кислот — важнейшее условие нормальной жизнедеятельностиклеток и организма в целом. Любые изменения строения нуклеиновых кислот влекутза собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов вних, влияя таким образом на жизнеспособность.

Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.

         РНК (рибонуклеиновая кислота), так жекак ДНК, представляет собой полимер мономерами которого служат нуклеотиды.Азотистые основания те же самые, что входят в состав ДНК (аденин, гуанин,цетозин); четвертое — урацил — присутствует в молекуле РНК вместо тимина.Нуклеотиды РНК содержат вместо дизоксирибозы другую пентозу — рибозу.

4. ДНК

      4.1. Состав ДНК

ДНК (дезоксирибонуклеиноваякислота) — биологический полимер,состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединенных друг с другом. Мономеры,составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органическиесоединения, включающие одно из четырех азотистых оснований: аденин (А) илитимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г); пятиатомный сахар пентозу — дезоксирибозу, по имени которой получила название и сама ДНК, а также остатокфосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов. В каждой цепинуклеотиды соединяются путем образования ковалентных связей междудезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты последующего нуклеотида.Объединяются две цепи в одну молекулу при помощи водородных связей, возникающихмежду азотистыми основаниями, входящими в состав нуклеотидов, образующих разныецепи.

Исследуя нуклеотидный состав ДНК различногопроисхождения, Чаргафф обнаружил следующие закономерности.

1. Все ДНК независимо от их происхождения содержатодинаковое число пуриновых и пиримидиновых оснований. Следовательно, в любойДНК на каждый пуриновый нуклеотид приходится один пиримидиновый.

2. Любая ДНК всегда содержит в равных количествахпопарно аденин и тимин, гуанин и цитозин, что обычно обозначают как А=Т и G=C. Из этих закономерностей вытекает третья.

3. Количество оснований, содержащих аминогруппы вположении 4 пиримидинового ядра и 6 пуринового (цитозин и аденин), равноколичеству оснований, содержащих оксо-группу в тех же положениях (гуанин итимин), т. е. A+C=G+T. Эти закономерности получили название правил Чаргаффа.Наряду с этим было установлено, что для каждого типа ДНК суммарное содержаниегуанина и цитозина не равно суммарному содержанию аденина и тимина, т. е. что(G+C)/(A+T), как правило, отличается от единицы (может быть как больше, так именьше ее). По этому признаку различают два основных типа ДНК: А<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Wingdings"> 

Т-тип с преимущественным содержанием аденина и тиминаи G<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Wingdings"> C-тип спреимущественным содержанием гуанина и цитозина.

Величину отношения содержания суммы гуанина и цитозинак сумме содержания аденина и тимина, характеризующую нуклеотидный составданного вида ДНК, принято называть коэффициентомспецифичности. Каждая ДНК имеет характерный коэффициент специфичности,который может изменяться в пределах от 0,3 до 2,8. При подсчете коэффициентаспецифичности учитывается содержание минорных оснований, а также заменыосновных оснований их производными. Например, при подсчете коэффициентаспецифичности для ЭДНК зародышей пшеницы, в которой содержится 6%5-метилцитозина, последний входит в сумму содержания гуанина (22,7%) и цитозина(16,8%). Смысл правил Чаргаффа для ДНК стал понятным после установления еепространственной структуры.

4.2. Макромолекулярная структура ДНК

               

В 1953 г. Уотсон и Крик, опираясь на известные данныео конформаци нуклеозидных остатков, о характере межнуклеотидной связи в ДНК изакономерности нуклеотидного состава ДНК (правила Чаргаффа), расшифровалирентгенограммы паракристаллической формы ДНК [так называемой В-формы,образующейся при влажности выше 80% и при высокой концентрации противоионов(Li+) в образце]. Согласно их модели, молекула ДНК представляет собойправильную спираль, образованную двумя полидезоксирибонуклеотидными цепями,закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Диаметр спиралипрактически постоянен вдоль всей ее длины и равен 1,8 нм (18 А).

<img src="/cache/referats/16176/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1028">

Макромолекулярнаяструктура ДНК.

(а)—Модель Уотсона—Крика;

(6)—параметры спиралей В-, С- и Т-форм ДНК (проекции перпендикулярно осиспирали);

(в)—поперечныйразрез спирали ДНК в В-форме (заштрихованные прямоугольники изображают парыоснований);

(г)—параметрыспирали ДНК в А-форме;

(д)—поперечныйраз­рез спирали ДНК в А-форме.

Длина витка спирали, который соответствует ее периодуидентичности, составляет 3,37 нм (33,7 А). На один виток спирали приходится 10остатков оснований в одной цепи. Расстояние между плоскостями оснований равно,таким образом, примерно 0,34 нм (3,4 А). Плоскости остатков основанийперпендикулярны длинной оси спирали. Плоскости углеводных остатков несколькоотклоняются от этой оси (первоначально Уотсон и.Крик предположили, что онипараллельны ей).

Из рисунка видно, что углеводофосфатный остов молекулыобращен наружу. Спираль закручена таким образом, что на ее поверхности можновыделить две различные по размерам бороздки (их часто называют также желобками)— большую, шириной примерно 2,2 нм (22 А), и малую —шириной около 1,2 нм (12А).Спираль — правовращающая. Полидезоксирибонуклеотидные цепи в ней антипараллельны:это означает, что если мы будем двигаться вдоль длинной оси спирали от одногоее конца к другому, то в одной цепи мы будем проходить фосфодиэфирные связи внаправлении 3'<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Wingdings">à

5', а в другой — в направлении 5'<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Wingdings">à3'. Иными словами, на каждом из концов линейноймолекулы ДНК расположены     5'-конецодной и 3'-конец другой цепи.

Регулярность спирали требует, чтобы против остаткапуринового основания в одной цепи находился остаток пиримидинового основания вдругой цепи. Как уже подчеркивалось, это требование реализуется в виде принципаобразования комплементарных пар оснований, т. е. остаткам аденина и гуанина водной цепи соответствуют остатки тимина и цитозина в другой цепи (и наоборот).

Таким образом, последовательность нуклеотидов в однойцепи молекулы ДНК предопределяет нуклеотидную последовательность другой цепи.

Этот принцип является главным следствием моделиУотсона и Крика, поскольку он в удивительно простых химических терминахобъясняет основное функциональное назначение ДНК — быть хранителем генетическойинформации.

Заканчивая рассмотрение модели Уотсона и Крика,остается добавить, что соседние пары остатков оснований в ДНК, находящейся вВ-форме, повернуты друг относительно друга на 36° (угол между прямыми,соединяющими атомы С1' в соседних комплементарных парах).

4.3. Выделение дезоксирибонуклеиновыхкислот

Живые клетки, за исключением сперматозоидов, в нормесодержат значительно больше рибонуклеиновой, чем дезоксирибонуклеиновойкислоты. На методы выделения дезоксирибонуклеиновых кислот оказало большоевлияние то обстоятельство, что, тогда как рибонуклеопротеиды и рибонуклеиновыекислоты растворимы в разбавленном (0,15 М) растворе хлористого натрия,дезоксирибонуклеопротеидные комплексы фактически в нем нерастворимы. Поэтомугомогенизированный орган или организм тщательно промывают разбавленным солевымраствором, из остатка с помощью крепкого солевого раствора экстрагируютдезоксирибонуклеиновую кислоту, которую осаждают затем добавлением этанола. Сдругой стороны, элюирование того же остатка водой дает раствор, из которого придобавлении соли выпадает дезоксирибонуклеопротеид. Расщепление нуклеопротеида,который в основном представляет собой солеподобный комплекс между полиосновнымии поликислотными электролитами, легко достигается растворением в крепкомсолевом растворе или обработкой тиоцианатом калия. Большую часть белка можноудалить либо добавлением этанола, либо эмульгированием с помощью хлороформа иамилового спирта (белок образует с хлороформом гель). Широко применялась такжеобработка детергентами. Позднее дезоксирибонуклеиновые кислоты выделяли спомощью экстракции водными n-аминосалицилат— фенольными растворами. При использовании этого метода были получены препаратыдезоксирибонуклеиновой кислоты, из которых одни содержали остаточный белок,тогда как другие были фактически свободны от белка, что указывает на то, чтохарактер связи белок — нуклеиновая кислота различен в различных тканях. Удобнаямодификация состоит в гомогенизировании животной ткани в 0,15 М растворефенолфталеиндифосфата с последующим добавлением фенола для осаждения ДНК(свободной от РНК) с хорошим выходом.

Дезоксирибонуклеиновые кислоты, каким бы способом онине выделялись, представляют собой смеси полимеров различного молекулярноговеса, за исключением образцов, полученных из некоторых видов бактериофагов.

4.4. Фракционирование

Ранний метод разделения заключался в фракционнойдиссоциации гелей дезоксирибонуклеопротеида (например, нуклеогистона)посредством экстракции водными растворами хлористого натрия увеличивающейсямолярности. Таким путем препараты дезоксирибонуклеиновой кислоты были разделенына ряд фракций, характеризующихся различным отношением содержания аденина стимином к сумме гуанина с цитозином, причем более легко выделялись фракции,обогащенные гуанином и цитозином. Сходные результаты были получены прихроматографическом отделении дезоксирибонуклеиновой кислоты от гистона,адсорбированного на кизельгуре, с применением градиентного элюированиярастворами хлористого натрия. В улучшенном варианте этого метода очищенныефракции гистона сочетались с n-аминобензилцеллюлозойс образованием диазомостиков от тирозиновых и гистидиновых групп белка. Описанотакже фракционирование нуклеиновых кислот на метилированном сывороточномальбумине (с кизельгуром в качестве носителя). Скорость элюирования с колонкисолевыми растворами увеличивающейся концентрации зависит от молекулярного веса,состава (нуклеиновые кислоты с высоким содержанием гуанина с цитозиномэлюируются легче) и вторичной структуры (денатурированная ДНК прочнееудерживается колонкой, чем нативная). Таким способом из ДНК морского крабаCancer borealis выделен природный компонент — полидезоксиадениловая-тимидиловаякислота. Фракционирование дезоксирибонуклеиновых кислот проводилось такжепосредством градиентного элюирования с колонки, наполненной фосфатом кальция.

4.5. ФункцииДНК

         В молекуле ДНК спомощью биологического кода зашифрована последовательность аминокислот впептидах. Каждая аминокислота кодируется сочетанием трех нуклеотидов, в этомслучае образуется 64 триплета, из которых 61 кодируют аминокислоты, а 3являются бессмысленными и выполняют функцию знаков препинания (АТТ, АЦТ, АТЦ).Шифрование одной аминокислоты несколькими триплетами получило название как вырожденность триплетного кода. Важнымисвойствами генетического кода является его специфичность (каждый триплетспособен кодировать только одну аминокислоту), универсальность (свидетельствуето единстве происхождения всего живого на Земле) и неперекрываемость кодонов присчитывании.

          ДНК выполняет следующие функции:

ü<span Times New Roman"">  

хранениенаследственнойинформации происходит с помощью гистонов. Молекула ДНК сворачивается, образуявначале нуклеосому, а после гетерохроматин, из которого состоят хромосомы;

ü<span Times New Roman"">  

передачанаследственного материала происходит п
еще рефераты
Еще работы по биологии. химии