Biológia (speciális „gyógyszer”) - a biológia és a genetika általános
A szerkezet és a nukleinsavak funkciójának
Nukleinsav - természetes nagy polinukleotidok, amelyek tárolása, szállítása és végrehajtása a genetikai információt. Ezeket először 1869-ben a svájci biokémikus Friedrich Miescher (1844-1895). A magok a leukociták foglalt genny, azonosította a szerves anyag, amely áll a nitrogén és a foszfor. A tudósok nevezték ezt az anyagot nukleina (a latin «nucleus» -. Core), azt hiszik, hogy az benne van csak a sejtmagokban. Később nem-fehérje Ebből az anyagból nevezték nukleinsav; annak sav tulajdonságainak jelenléte miatt a molekulában a foszforsav-maradékokkal.
Nukleinsav monomerek nukleotidok. Ezek közé tartozik a foszforsav maradék, egy nitrogéntartalmú bázis és a cukor - pentóz (ribóz vagy dezoxiribóz). Dezoxiribóz által ribóz azzal jellemezve, hogy a második szénatom úgy kapcsolódik hidrogénatom, hidroxilcsoport, és nem úgy, mint a ribóz.
A maradékot nitrogéntartalmú bázis nukleotid-molekula kapcsolódik az első szénatomjához a pentóz, és foszforsav maradék - egy ötödik szénatom. Részleges hidrolízis nukleotidok lehasítjuk a fennmaradó foszforsav és a képződött nukleozidok. amely egy nitrogéntartalmú bázis és a maradékot egy monoszacharid - ribóz vagy dezoxiribóz.
Nukleotid nitrogéntartalmú bázisokból nukleinsav származékok képviselik purin - adenin (A) és guanin (G), a pirimidin - timin (T), citozin (C) és uracil (U).
Attól függően, hogy milyen típusú, nitrogéntartalmú bázis és piramidinovye megkülönböztetni purin nukleotidok. Név nukleotid típusa határozza meg a nitrogéntartalmú bázis és pentóz, az összetételében. Például, adenilsav ribonukleotid, dezoxiribonukleotid-timidilsavvá stb
Kétféle nukleinsavak összetételében különbözik, szerkezet és funkció. Egyikük tartalmaz szénhidrát-összetevőt - dezoxiribóz nevezett dezoxiribonukleinsav (DNS).
Egyéb tartalmaz ribóz úgynevezett ribonukleinsav (RNS). Mindkét típusú nukleinsavak polimer molekulák, amelyek monomerek nukleotidok. A monomereket kovalens foszfodiészter összekötő kötésekre 5. szénatomján a pentóz egy nukleotid a 3 szénatommal szomszédos nukleotid pentóz. Ebben az esetben az egyik végén a polinukleotid lánc egy olyan monomert, amely foszforsav maradék (az úgynevezett 5 „vég) és a másik végén - monomert tartalmazó nem észterezett 3'-hidroxil-csoport (a 3” - vége).
Így, nukleinsav - fontos biopolimerek meghatározni alapvető tulajdonságait az élő.
1.Stroenie és funkciója a DNS
DNS egyik fő hordozója a genetikai információt.
DNS tartalmazza az összetétel:
1. kromoszómák a vírusok és baktériumok
2. extrakromoszómális (citoplazmás) genetikai szerkezetek prokarióta (bakteriális plazmid)
3. Az eukarióta kromoszómák
4. transzpozon (migrációs) genetikai elemek (transzpozonok közbeeső szekvenciákat és a baktériumok, sejtalkotók és diszpergáljuk szatellit-DNS eukarióták).
DNS Cellular Lokalizáció:
1) egy prokarióta - citoplazmában;
2) egy eukarióta - magot organellumok (mitokondriumok, plasztidok, sejt központ).
A primer szerkezetét DNS - szekvencia egy lineáris elrendezése nukleotidok polinukleotid láncon. Nukleotidokat foszfodiészter kötések. Jellemző az elsődleges szerkezete a nukleotidok számának, a sorrendben azok elrendezése és típusú nitrogéntartalmú bázisok, amely tartalmazza a nukleotidokat.
A másodlagos szerkezete DNS - jelentése kettős által alkotott csavarvonal két polinukleotid, antiparalel áramkörök csatlakoztatva hidrogénkötések között komplementer nitrogéntartalmú bázisok. Komplementaritást (a kölcsönös megfelelő) határozza meg a képességét, nitrogéntartalmú bázisok alkotják az azonos számú hidrogénkötések. A - T; Ts T-
A kompozíció a nukleotidok DNS szabályait követi, E. Chargaff:
1) az összeget nukleotidok tartalmazó purin nitrogéntartalmú bázis az összege pirimidin nitrogéntartalmú bázisok, azaz
3) minden egyes készlet molekulák és a molekulák a sejttípus egy organizmus fajlagos aránya
együtthatója fajspecificitást.
A leggyakoribb formája egy spirál - In-formában. A biológiai értelemben a B-forma legmegfelelőbb a replikációs folyamatban, és a penész - a transzkripció folyamatát, a C-alak - csomagolására DNS kromatin álló szupramolekuláris struktúrák és egyes vírusok. Z-forma vesz részt crossing over.
Ily módon a szekunder szerkezetét DNS-molekulák, úgy tűnik, végrehajtásához kapcsolódó információs folyamatok a természetben, azaz az A-formájú DNS-t - az információk átadását a DNS RNS-sé, B-forma - megszorozzuk az információ mennyiségét a C-alak - a tárolási információkat.
A DNS tercier szerkezetének - a térbeli konfigurációját a molekula; DNS lehet lineáris vagy cirkuláris formában. Minden ilyen forma jellemzi a-hélix és szuper (szuper) hélix.
A negyedik DNS szerkezete - DNS komplexbe fehérjékkel.
A denaturálási és renaturációját DNS
A hidrogén-kötések közötti komplementer bázisok is tört (ha a hőmérséklet emelkedik, az alkohol és a hozzá al.); egyszálú DNS-kialakítva eredményeként ez a rés. Ezt a folyamatot nevezik denaturáció (olvadás). Fordított helyreállításának folyamata a kettős spirál - renaturáláshoz. Olvadáspont növekszik az aránya a G-C párok; az emlős DNS, amely átlagban körülbelül 40% G-C párok, az olvadási hőmérséklet 85-90 ° C-on
A biológiai jelentősége DNS az, hogy szolgálja, mint a hordozó genetikai információ, hogy biztosítsa a folytonosságot az élet számos generáció. A program alapján, megtestesülő egy DNS-molekula, a fehérjék szintézisét felelős az összes életfolyamat a cella.
1.2. Szerkezete és funkciója RNS
A legfontosabb szerepe az RNS fordításának genetikai információ, fehérjék. Ez a folyamat több szintből áll, amelyek mindegyike által hordozott különböző RNS. A cellában, több típusú RNS: riboszomális RNS (r-RNS) tájékoztató, vagy messenger RNS-t (m-RNS vagy m-RNS), transzfer RNS (tRNS), kis nukleáris RNS (ER-RNS), RNS primereket (primerek), heterogén nukleáris RNS-t vagy RNS-t - prekurzorok (RG-RNS, vagy pro-RNS), RNS-vírusok, stb
Riboszóma RNS - az egyik legnagyobb RNS molekula 3-5 ezer ezer nukleotid ... Szintetizálják a nucleolus. Ezután ötvözi protein alkot nagy és kis riboszomális alegységek. Ennek része a riboszóma RNS végez szerkezeti funkció, és szintén részt vesz a polipeptidek szintézise. Tét p-RNS 85% teljes sejt RNS-t.
Mátrix, vagy információ, RNS - templátként szolgál szintézis a polipeptid a fordítás során. Ez tartalmazza a sejtmagban, a citoplazma és a mitokondrium és plasztiszokban. MRNS-molekulák tartalmazhatnak 100-10,000 nukleotidok és lehet lineáris szerkezetű. Ez 5% -át a teljes RNS-tartalmát a cella.
Transzfer RNS - a legrövidebb álló lánc 70-100 nukleotid. Tartalmazza a sejtek citoplazmájában, mitokondriumok és plasztiszokban. Minden tRNS kialakulása miatt a hidrogén-kötések közötti komplementer nitrogéntartalmú bázisokkal különböző áramköri részeket, szerez egy szekunder struktúrát egy kétdimenziós kép hasonlít egy lóhere. A tRNS két aktív központ: aminoacil a 3'-végén a antikodon és a antikodont hurok. A maximális száma tRNS a sejtben - 61, de a szokásos mennyiségként 20 és 40. A fő funkciója a tRNS át a aminosavnak a helyén a fehérjeszintézis riboszóma. RNS-át körülbelül 15% az össz-RNS tartalmazott egy sejtben.
Kis nukleáris RNS - egy rövid stabil RNS-molekulák, amelyek többsége az összetétel nukleoprotein részecskék vannak jelen a magban. Ezek megtalálhatók az összetétel Spliceosome emlősök. Ezen RNS-ek úgynevezett U RNS miatt a szokatlanul magas tartalma uracil és módosított formáit. Így a fő funkciója a ER-RNS - részt vesznek splicing.
Heterogén nukleáris RNS - az előfutára az érett RNS a sejtmagban. Ezeket az RNS átiratok eredeti és ugyanolyan hosszú, mint a gének, amelyekhez másolni.
A vírus-RNS - a funkciója a genetikai anyag a vírusok. Ellentétben a sejt lehet kettős szálú.
1.3. DNS-replikáció
A genetikai programja celluláris szervezetek rögzítik a DNS nukleotidszekvenciája. Ahhoz, hogy megőrizze az egyedülálló tulajdonságai a szervezet kell lennie pontos reprodukciója a szekvencia minden egymást követő generáció. A folyamat a duplájára DNS-molekulák az úgynevezett replikáció.
Középpontjában ez a folyamat alapja a következő elvek alapján:
7) A gének szabályozására a replikációs folyamatban.
Replikáció kezdődik specifikus helyeken - replekatsii startpontok (ori - angol Eredeti.). Ezen a ponton, a lánc egymástól, amely egy replikációs villa. Replikáció megy két irányba, hogy minden pontot az ori-ig replikációs villa szomszédos replikonokra nem bontja.
genom replikáció sebessége szabályozza alapfrekvenciáját kiváltó események. Például E .c oli másolási sebesség az egyes replikációs villa 1500 bp másodpercenként. A mozgás sebessége a replikációs villa eukarióta sejtekben lényegesen alacsonyabb (10-100 bp másodpercenként).
1) iniciációs (képzés mátrix letekerése a kettős spirál).
2) nyúlás (DNS-szintézis leányvállalata áramkörök).
3) megszüntetése (befejezése DNS-szintézis leányvállalata áramkörök).
A fő enzim szintézisét DNS a DNS - polimeráz. A jellemzője ennek az enzimnek az, hogy csak a szintézis az 5 „- 3” végén, azaz a szüksége van egy alapozó, ami jár a 3 „végén egy meglévő polinukleotid.
Replikációs folyamatban prokarióták
Fehérjék és enzimek replikációjában vesz részt:
1) Fehérje elismerve egy replikációs origót;
2) enzim helikáz biztosít kettős spirál letekerő megtöri hidrogénkötések.
3) topoizomeráz enzimek - eltávolított superpiralizatsiyu előtt replikációs villát.
4) SSB proteinek, - stabilizálja a DNS egyszálú állapotban.
5) primáz enzim (RNS-polimeráz) - szintetizál egy RNS primerrel.
6) Enzimek DNS-polimeráz.
a) DNS polimerazaIII - elsődleges replikáció enzimet; végzi nyúlása az 5 '- 3' a 3'-OH primer.
B) DNS - polimerazaII - nagyon alacsony aktivitása a polimeráz; a fő funkciója érvénytelen részletekben bővítményt a DNS-molekula, azaz a DNS-javítás. A rosszul csatlakozik a egyszálú DNS, de tökéletesen foglal töréspontokkal az egyik a DNS-szálak.
B) DNS polimerazaI - kiegészítő enzim végzi nyúlása az 5 '- 3' a 3'-OH primerrel zastraivanii lyukak, 3 '- 5' és 5 - 3 „exonukleáz aktivitása.
7) A DNS-ligáz enzimmel - végez „térhálósító” Okazaki töredékek.
8) DNS-giráz - részt kanyargó spirál
Az eljárás megindítása. A kromoszóma tartalmaz egy prokarióta replikációs origót (ori C). Az Ori C öt devyatinukleotidnyh konszenzus kötőhelyet megindítására irányuló fehérjét kódoló DNS B. Ez a fehérje felismeri a replikációs origót, és vonzza ori C a többi fehérje alkatrészek a megindításához replikáció.
Ezek járulékos fehérjék segítik pörögni, és csavarja DNS-t.
1) fehérjét kódoló DNS-B (helikáz) reagáltatunk egy részlegesen egyszálú DNS-régiók letekerjük. Ebben a bonyolult helikáz-aktivitást DNS blokkolt. A transzlokáció származó DNS a helyére a kezdeti lépésének a komplex a kezdetét a replikációs villa, amely egy ATP-függő felszabadulását a fehérje komplex DNS C, okozza az aktiválás a helikáz. További helikáz fehérje kölcsönhatásba lép a DNS-sel G (primáz), és ez a komplex kulcsszerepet játszik a megindításához replikációs DNS S. Mindkét enzim biztosítja kettős működtetésére két replikációs villa, hogy ellentétes irányban mozognak: helikáz kezd szétcsavar DNS primáz szintetizálja az első magot. A komplex fehérjék végző replikációs iniciációs, úgynevezett primosome. Primosome viszont komponense egy még összetettebb - replisome teljesítő teljes replikációs folyamatot.
A formáció a replisome bekövetkezik ATP-függő képződését dimer komplex holoenzim DNS - polimeráz III. kapcsolódik a 3 „láncindítók végeire.
2) megszűnése. Ez akkor fordul elő, amikor két replikációs villa találkozik megduplázva cirkuláris DNS-molekulák.
Replikációs folyamatban eukariótákban.
Replikációs mechanizmusa eukarióták kevésbé vizsgálták, mert a nagyobb komplexitás.
Replikációs funkciók az eukarióták.
1) DNS - polimeráz eukariótákban:
A) DNS pol α - legfontosabb enzim végzi nyúlása az 5 „# 8213; 3 „a 3'-OH primer. Egyesíti a polimeráz aktivitás és primáz.
B) DNS pol β - javító enzim (rés épít).
B) DNS pol γ - biztosítja a szintézisét mitokondriális DNS-t.
D) DNS pol δ - dolgozik együtt a DNS pol α. 5 végez korrekciót „# 8213; 3 „exonukleáz aktivitása.
2) Az enzim telomeráz - vesz részt a telomer replikációs helyeket.
specifikus szekvenciák nagyszámú ismétlődések találhatók a területen telomerek. Mielőtt replikáció, telomeráz kiterjeszti a 3'-végén a DNS. Ebben a részben a nukleotid még elveszett.
A telomerek a legtöbb sejtben lerövidíti a korral, és ez is fontos tényezője a várható élettartam az egyén. Ezért a tanulmány a munka telomeráz szabályozás és annak kifejezése egy sejtben segít megérteni a molekuláris alapját az öregedés folyamatait és rosszindulatú átalakulását élő sejtben.
3) Sok Replikon. Replikációs ráta alacsonyabb, mint a prokarióták.
4) A hossza a Okazaki-fragmenteknek 100-200 bp
5) A vírus replikációja a S-időszakban a mitotikus sejtciklus.
A pontosság a DNS-replikáció nagyon magas - az egyik hibát 10¹º nukleotidiltraferaznyh reakciók. De még ha hibázik, akkor lehet korrigálni során reparatív folyamatokat.
1.4. Polimeráz láncreakció
Polimeráz láncreakció (PCR) - egy sor molekuláris genetikai módszerekkel, amely lehetővé teszi, hogy megkapjuk az in vitro nagy példányszámban egy adott DNS-darab segítségével egy specifikus enzim - a termostabil DNS polimeráz (Taq - pol). Ezt a módszert fejlesztette 1983-ban az amerikai tudós Myullisom.
A reakcióelegy összetétele:
1. Két szintetikus oligonukleotid primereket (a hossza körülbelül 20 nukleotid) komplementer DNS-részek