Nukleinsavak előadása
Előadás 4. Nukleinsavak. ATP
Ábra. A DNS felépítése
A nukleinsavak közé tartoznak a magas polimer vegyületek, amelyek a purin és a pirimidin nitrogénbázisai, a pentóz és a foszforsav hidrolízisében lebomlanak. A nukleinsavak tartalmaznak szén, hidrogén, foszfor, oxigén és nitrogén. Két nukleinsavcsoport létezik: ribonukleinsavak (RNS) és dezoxiribonukleinsavak (DNS).
A DNS felépítése és funkciói. A DNS-molekula egy heteropolimer. amelyek monomerjei dezoxiribonukleotidok. Modell a térszerkezet a DNS-molekula formájában egy kettős spirál javasoltak 1953-ban, és Dzh.Uotsonom F.Krikom (Nobel), az építési ez a modell általuk használt munka M.Uilkinsa, R.Franklin, E.Chargaffa.
A DNS-molekulát két polinukleotidlánc képezi, amelyek spirálisan egymás köré csavarodnak, és együtt egy képzeletbeli tengely körül, azaz E. egy kettős hélix (kivétel - egyes DNS-tartalmú vírusok egyszálú DNS-t tartalmaznak). A DNS kettős hélixének átmérője 2 nm, a szomszédos nukleotidok közötti távolság 0,34 nm és 10 pár nukleotid per helix forgalomban. A molekula hossza elérheti a néhány centimétert. A molekulasúly tíz és több száz millió. Az emberi sejtmag teljes DNS-hossza körülbelül 2 m. Eukarióta sejtekben a DNS komplexeket képez a fehérjékkel és specifikus térbeli konformációval rendelkezik.
Monomer DNS - nukleotid (dezoxiribonukleotid) - áll, maradványainak három anyag: 1) egy nitrogén-bázist, 2) egy öt szénatomos monoszacharid (dezoxiribóz) és 3) foszforsav. A nukleinsavak nitrogén bázisai a pirimidinek és purinok osztályaihoz tartoznak. A DNS pirimidinbázisai (molekulák egy gyűrűvel rendelkeznek) - timin, citozin. Purinbázisok (két gyűrű) - adenin és guanin.
Ábra. A nukleotid DNS kialakulása
A nukleotid-nukleáció két lépésben történik. Az első szakaszban a kondenzációs reakció eredményeként létrejön egy nukleozid, egy cukor nitrogénbázisú komplex. A második lépésben a nukleozid foszforilezésen megy keresztül. A cukor-maradék és a foszforsav közötti foszfo-éter kötés keletkezik. Így a nukleotid egy foszforsav-maradékhoz kapcsolódó nukleozid (ábra).
A nukleotid neve a megfelelő bázis nevéből származik. A nukleotidokat és a nitrogénbázisokat nagybetűkkel jelöljük.
A nukleotidok egy láncával szemben a második lánc. A nukleoidok helyzete ebben a két láncban nem véletlen, hanem szigorúan definiált: az egyik láncon lévő adenin ellen a másik láncban mindig van timin és guanin - mindig citozin.
Ábra. DNS
Két adenin és timin jelenik meg, két hidrogénkötés, valamint guanin és citozin - három hidrogénkötés. Az a mintázat, amely szerint a különböző DNS láncok nukleotidjait szigorúan elrendeljék (adenin - timin, guanine - citozin) és egymással szelektíven összekapcsolva, a komplementaritás elvének nevezzük. Meg kell jegyezni, hogy J. Watson és F. Crick megértették a komplementaritás elvét, miután ismerkedtek E. Chargaff munkáival.
A = T; Г = Ц vagy --- = 1
A komplementaritás elvéből következik, hogy az egyik lánc nukleotidjainak szekvenciája meghatározza a másik nukleotidjainak szekvenciáját.
A DNS láncai antiparallelok (eltérő irányúak), vagyis a különböző láncok nukleotidjai ellentétes irányban helyezkednek el, ezért az egyik lánc 3'-végével ellentétben a másik 5'-vége van. A DNS-molekulát néha egy spirál lépcsőhöz hasonlítják. A lépcső "korlátja" egy cukor-foszfát gerinc (váltakozó dezoxiribóz és foszforsavmaradékok); A "lépések" egymást kiegészítő nitrogénbázisok.
A DNS funkciója az örökletes információk tárolása.
„Szerkezeti anyag”, és energiaforrás a replikációhoz a dezoxiribonukleozid-trifoszfátok (ATP, TTP, GTP, CTP) tartalmazó három maradékát foszforsav. Ha a polinukleotid a dezoxiribonukleozid-trifoszfátok lánc két végén foszforsav maradék hasadnak le és energiát használnak a kialakulását foszfodiészter kötés a nukleotidok közötti.
Ábra. DNS-replikáció.
a replikáció a következő enzimeket foglalja magában: 1) helicázok ("kicsinyít" DNS); 2) destabilizáló fehérjék; 3) DNS topoizomeráz (DNS-t vágunk); 4) DNS polimeráz (kiválasztjuk a deoxiribonukleozid-trifoszfátokat és komplementer módon a DNS templátláncához kapcsoljuk); 5) RNS primáz (forma RNS láncindítók, primerek); 6) DNS-ligázok (térhálósító DNS-fragmensek).
A DNS egyes területein helikáz segítségével a DNS egyszálú régiói destabilizáló fehérjékkel kötődnek, egy replikációs villa alakul ki. 10 pár nukleotid (a helix egyik tekercsének) eltérése esetén a DNS-molekulának teljes tengelye körül forognia kell. Ennek a rotációnak a megakadályozása érdekében a DNS topoizomeráz egy DNS-szálat vág, ami lehetővé teszi, hogy a második lánc körül forogjon.
DNS-polimeráz csak akkor tulajdonítanak nukleotidok az 3'-szénatomja az előző dezoxiribóz nukleotidból, így az enzim képes mozogni a templát DNS-t csak az egyik irányban: a 3'-végén, hogy az 5'-terminálisához e templát DNS. Mivel a szülő DNS-szálak, antiparalel, majd annak különböző áramkörök összeszerelési leányvállalata polinukleotid láncok különböző és ellentétes irányban.
A "3'-5" láncon a leánypolinukleotid lánc szintézise megszakítás nélkül folytatódik, ez a lánylánc lesz a vezető. Az "5'-3 '" láncban - szakaszosan, fragmensek (okaukázia töredékek), amelyek a replikáció befejezése után a DNS-ligázok egy lánchoz kapcsolódnak; ezt a lányláncolatot késleltetni fogják (lemaradva).
A DNS-polimeráz egyik jellemzője, hogy csak egy primerrel kezdheti meg működését. A primerek szerepét RNS rövid szekvenciákkal végzik, amelyek az RNS primáz enzim részvételével jönnek létre, és párosulnak a templát DNS-sel. A polinukleotidláncok összeszerelése után az RNS-láncindító oligonukleotidokat eltávolítjuk és DNS-nukleotidokkal egy másik DNS polimerázzal helyettesítjük.
A replikáció hasonló a prokariótákban és az eukariótákban. A prokariótákban a DNS-szintézis sebessége nagyságrenddel magasabb (1000 nukleotid másodpercenként), mint az eukariótákban (100 nukleotid másodpercenként). A replikáció egyidejűleg kezdődik a DNS-molekula több részében, amelyek specifikus nukleotidszekvenciával rendelkeznek, és eredetüknek nevezzük (angol eredet - a kezdet). A DNS egy fragmense a replikáció egyik kiindulási pontjától a másikig replikációs egységet alkot - egy replikon.
Ábra. DNS replikációs enzimek:
1 - helicázok; 2 - destabilizáló fehérjék; 3 - vezető DNS-lánc; 4 - Okaukasi fragmentum szintézise; 5-primert a DNS nukleotidjai helyettesítik, és a fragmenseket ligázzal ligáljuk; 6 - DNS polimeráz; 7 - RNS primáz, szintetizálja az RNS-primert; 8 - RNS láncindító; 9 - Okaukasi fragmentum; 10 - ligáz, az Okaucasi töredékének varrása; 11 - topoizomer, a DNS láncok egyikének levágásával.
Ábra. DNS replikonok
Az elhárítás a sejtosztódás előtt történik. Ennek a DNS-képességnek köszönhetően örökletes információt továbbítanak az anya sejtről a lányra.
Javítás ("javítás") - a DNS nukleotidszekvenciájának károsításának megszüntetése. Ezt a sejt speciális enzimrendszerei (javító enzimek) hajtják végre. A DNS-struktúra helyreállítása során a következő lépéseket lehet megkülönböztetni: 1) a DNS-javító nukleáz felismeri és eltávolítja a sérült helyet, ami a DNS-láncban rést eredményez; 2) a DNS polimeráz kitölti ezt a rést, másolja a második ("jó") láncból származó információt; 3) DNS ligáz "öltés" a nukleotidok, kitöltve a javítást.
Ábra. Az RNS felépítése
RNS - heteropolimerek molekulái, amelyek monomerjei ribonukleotidok. A DNS-vel ellentétben az RNS nem két, hanem egy polinukleotidlánccal van kialakítva (kivéve néhány RNS-tartalmú vírus kettős szálú RNS-t tartalmaz). Az RNS-nukleotidok képesek hidrogénkötéseket alkotni egymás között, de ez intra-, nem interchain kötések.
Az RNS láncok jóval rövidebbek a DNS láncoknál. Monomer RNS - nukleotid (ribonukleotid) - áll, maradványainak három anyag: 1) egy nitrogén-bázist, 2) egy öt szénatomos monoszacharid (ribóz), és 3) foszforsav. Az RNS nitrogénbázisai szintén a pirimidinek és purinok osztályai közé tartoznak. Az RNS pirimidinbázisai az uracil, citozin. purinbázisok - adenin és guanin.
Ábra. tRNS
Háromféle RNS megkülönböztethető: 1) információ (mátrix) RNS - mRNS (mRNS), 2) transzport RNS - tRNS, 3) riboszomális RNS - rRNS. Az RNS minden típusa nem elágazó polinukleotid, specifikus térbeli konformációval rendelkezik, és részt vesz a fehérjeszintézis folyamatokban. Az RNS valamennyi típusának szerkezetére vonatkozó információ tárolódik a DNS-ben. Az RNS DNS-templáton történő szintézisének folyamatát transzkripciónak nevezzük.
Közlekedési RNS - általában 76-85 nukleotidot tartalmaz; A molekulatömeg 25 000-30 000. A tRNS-frakció a teljes RNS körülbelül 10% -át teszi ki a sejtben. Az aminosavaknak a protein szintézis helyére történő átvitelére, a riboszómákra reagál a tRNS-re. A sejtben körülbelül 30 féle tRNS található, mindegyiküknek csak egy nukleotidszekvenciája van, amely csak azokra jellemző. Azonban minden tRNS-nek több intramolekuláris komplementer helyzete van, aminek következtében a tRNS-ek hólyaglevélhez hasonlító konformációt kapnak.
TRNS-molekula egy lineáris polinukleotid, amely a primer szerkezet - a nukleotidok szekvenciáját, szekunder - képződése hurkok miatt a párosítás a komplementer nukleotidok, és tercier - a kialakulását egy tömör szerkezet kölcsönhatás miatt spiralizált parcellák másodlagos szerkezetét. Mindenesetre tRNS egy hurok az érintkező a riboszóma, a antikodon hurok antikodon hurok érintkezésbe egy enzim akceptor szárat. Az aminosav az akceptor szár 3 'végéhez van kötve. Az antikodon három nukleotid, amelyek "azonosítják" az mRNS kodont. Hangsúlyozni kell, hogy egy specifikus tRNS képes szállítani egy szigorúan meghatározott aminosavat, amely megfelel az antikodonnak. Az aminosav és a tRNS-vegyület specifitása az "aminoacil-tRNS szintetáz" enzim tulajdonságai miatt valósul meg.
Riboszómális RNS - 3 000-5 000 nukleotidot tartalmaz. Az rRNS aránya a sejt teljes RNS-tartalmának 80-85% -át teszi ki. Riboszómális fehérjékkel kombinálva az rRNS riboszómákat - organelleket állít elő, amelyek fehérjeszintézist termelnek. Eukarióta sejtekben az rRNS szintézise a nucleolusban fordul elő.
Az információs RNS-ek nukleotidtartalomban és molekulatömegben változatosak (legfeljebb 30 000 nukleotid). Az mRNS aránya a sejt teljes RNS-jének legfeljebb 5% -át teszi ki. Az mRNS funkciói - genetikai információ átadása a DNS-ről a riboszómákra; egy fehérje molekula szintézisére szolgáló mátrix; a fehérjemolekula elsődleges szerkezetének aminosavszekvenciájának meghatározása.
Az adenozin-trifoszforsav (ATP) univerzális forrás és az élő sejtekben található energia fő energiája. Az ATP megtalálható a növények és állatok összes sejtében. Az ATP mennyisége átlagosan 0,04% (a sejt nedves tömegéből), a legnagyobb mennyiségű ATP (0,2-0,5%) a vázizmokban található. Egy sejtben egy ATP molekulát fogyasztanak egy percen belül a képződést követően. Emberben a testtömeggel megegyező ATP mennyiséget 24 óránként képződnek és megsemmisítik.
Az ATP egy mononukleotid, amely egy nitrogén bázis (adenin), ribóz és három foszforsavmaradék maradékaiból áll. Mivel az ATP nem tartalmaz egyetlen, hanem három foszforsavmaradékot, ez ribonukleozid-trifoszfátokra utal.
A legtöbb fajta munka előforduló sejtek energiáját használják az ATP hidrolízis. Ahol amennyiben hasítása terminális maradékot foszforsavat bevételt ATP ADP (adenozin-sav), az eliminációs a második maradék a foszforsav - a AMP (adenozin Monofoszforsav). Hozam a szabad energia a hasítás mindkét terminál és a második maradék a foszforsav körülbelül 30,6 kJ / mól. Hasítás harmadik kíséri a kibocsátás a foszfát-csoportot csak 13,8 kJ / mól. Közötti kommunikáció a terminál és a második, a második és az első maradéka foszforsav nevezzük nagy energiájú (nagy energiájú).
Az ATP tartalékai folyamatosan fel vannak töltve. Az összes szervezet sejtjeiben az ATP szintézise a foszforiláció során fordul elő, azaz foszforsav adagolása az ADP-hez. A foszforiláció különböző intenzitással fordul elő a légzés során (mitokondriumok), glikolízis (citoplazma), fotoszintézis (kloroplasztok).
Ábra. ATP hidrolízise
Az ATP a folyamatok közötti legfontosabb kapcsolat, amelyet az energia felszabadulása és felhalmozódása kísér, valamint az energiaköltségekkel járó folyamatok. Ezenkívül az ATP más ribonukleozid-trifoszfátokkal (GTP, CTF, UTP) együtt az RNS szintézisének szubsztrátja.
Továbbá, vannak más ATP molekulát energiájú kötések - UTP (uridintrifosfornaya sav), GTP (guanozintrifosfornaya sav), CTP (tsitidintrifosfornaya sav), melynek energiát használják a fehérje bioszintézise (GTP), poliszacharidok (UTP), foszfolipidek (CTP). De még mindig vannak kialakítva rovására ATP energia.
Hozzáadása mononukleotidok, fontos szerepet metabolikus reakciók játszanak dinukleotidok (NAD +. + NADP. FAD) csoporthoz tartozó koenzimek (szerves molekulák, amelyek megtartják kötés az enzim csak a a reakció során). NAD + (nikotinamid-adenin-dinukleotid), NADP + (nikotinamid) - dinukleotidok amelynek a szerkezetében két nitrogéntartalmú bázisok - adenin és a nikotinsav-amid - származéka PP-vitamin), a két ribóz maradékot és a két aminosav foszforsavat (lásd az ábrát) .. Ha ATP - univerzális energiaforrás, a NAD + és a NADP + - univerzális akceptorok és azok redukált formáinak - NADH és NADPH - univerzális donor redukáló ekvivalensek (két elektron és egy proton). Része a maradékot nikotinsav-amid-nitrogénatom is négyértékű és pozitív töltést visel (NAD +). Ez a nitrogéntartalmú bázis könnyen tulajdonít két elektron és egy proton (azaz, helyreállított) azokat a reakciókat, amelyekben a részvételét enzimek dehidrogenáz elkülönül a hordozó két hidrogénatom (proton megy a második oldathoz):
Az ubstrat-H2 + NAD + szubsztráttal + NADH + H +
Ábra. A NAD + és NADP + dinukleotidok molekulájának szerkezete.
A - a foszfátcsoport hozzáadása a ribóz maradékhoz a NAD molekulában. B - két elektron és egy proton (anion H -) hozzáadása a NAD + -hoz.
Fordított reakciókban, enzimek, oxidáló NADH vagy NADPH. helyreállítsuk a szubsztrátokat, hozzájuk csatolva hidrogénatomokat (a második proton a megoldásból származik).
FAD - flavin-adenin-dinukleotid - származéka B2-vitamin (riboflavin) is egy kofaktora a dehidrogenáz, FAD de tulajdonít két proton és két elektron kinyerése FADN2.
Kulcsfogalmak és fogalmak
1. A DNS nukleotidja. 2. Purin és pirimidin nitrogénbázisok. 3. A DNS-nukleotidláncok párhuzamossága. 4. Kiegészítő jelleg. 5. A DNS-replikáció sem-konzervatív módja. 6. A nukleotidok vezető és elmaradott DNS lánca. 7. Replikon. 8. Javítás. 9. RNS-nukleotid. 10. ATP, ADP, AMP. 11. NAD +. NADP +. 12. FAD.
Az ismétlés kulcskérdései
A DNS-nukleotidok egy láncba történő kapcsolása.
A polinukleotid DNS-szálak kombinációja egymással.
DNS méretei: hossza, átmérője, egy forduló hossza, a nukleotidok közötti távolság.
A Chartaff szabályai, D. Watson és F. Krik munkájának jelentősége.
DNS-replikáció. Enzimek, amelyek biztosítják a replikációt: heliáz, topoizomeráz, primáz, DNS polimeráz; ligáz.
Az RNS szerkezete.
Az RNS típusai, száma, mérete és funkciója.
Jellemző az ATP.
A NAD + jellemzője. NADP +. FAD.