Структура и синтез на РНК

Лекция № 5. Молекулярни основи на наследствеността.

Конспект на лекцията: 1. Доказателства за ролята на ДНК в наследствеността.

2. Структура на ДНК.

3. Структура и синтез на РНК.

4. Генетичен код и неговите свойства.

Доказателство за ролята на ДНК в наследствеността.

За първи път бяха изолирани нуклеинови киселиниF. Misher през1869 (веществото е изолирано от клетъчните ядра и е нареченонуклеин ), а описанието на структурата на ДНК молекулата се извършва едва през1953, благодарение на усилията наD.Watson и F.Crick.

Ето няколко примера, доказващи ролята на ДНК в наследствеността.

  1. Експерименти с едноклетъчни водорасли acetobularia:

- Разделянето на ацетобуларията на две части води до това, че се възстановява само частта, която съдържа ядрото.

– Ако ядрата на два вида ацетобулария се отстранят и взаимно разменят, тогава след известно време е възможно да се наблюдава промяна в характеристиките на всяка от ацетобуларията в съответствие с вида на трансплантираното ядро.

  1. Трансформация в бактерии.

– През 1928 г. Ф. Грифит провежда експеримент за заразяване на мишки със смес от два щама пневмококи, единият от които (капсулен) не причинява заболяване при мишки, а вторият (капсулен) причинява пневмония. Щамът на капсулата е предварително убит чрез топлина. Заразяването на мишки с такава смес доведе до смъртта на мишките. От тях са изолирани живи капсулни пневмококи. Феноменът на прехода на даден признак от един щам към друг се нарича трансформация.

– През 1944 г. О. Ейвъри и неговите сътрудници повтарят експеримента на Ф. Грифит, но използват предварително изолирана и пречистена ДНК в експеримента. Резултатите бяха абсолютно същите. Феноменът на трансформацията се превърна в едно от основните доказателства за какво точноДНК, а не протеините, е носител на генетична (наследствена) информация.

ДНК структура.

Структурата на ДНК молекулата е дешифрирана отD.Watson и F.Crick през1953. Според тях пространствената структура на ДНК молекулата едвуверижна дясна спирална нишка, във всяка нишка от която се побират (разположени) 10 двойки последователно свързани нуклеотиди.

ДНКе гигантски полимер, чийто мономер е нуклеотид.

Четири вида нуклеотиди участват във формирането на ДНК. Две са производни напурин. Това сааденин и гуанин (A и G).Тимин и цитозин (Т и С) са производни напиримидин.

Всекинуклеотид се състои оттри части : пет-въглеродна захардезоксирибоза, остатък отфосфорна киселина и една от четириазотни бази.

Принцип на свързване. Нуклеотидите на паралелните вериги са свързани помежду си чрез слаби водородни връзки съгласно принципа на комплементарност: аденинът винаги е свързан с тимина (A–T) чрез двойна връзка, гуанинът с цитозин (G–C) чрез тройна връзка. По дължината на всяка верига съседните нуклеотиди са свързани помежду си с фосфодиестерни връзки. Краищата на всяка ДНК верига са обозначени като 5´ и 3´ (съкращението е дадено в съответствие с общоприетата номенклатура за подреждането на въглеродните атоми в захарна молекула): ако една верига започва със стойност 5´, тогава тя завършва със стойност 3´, докато паралелната верига има обратната последователност (3´–5´).

Синтез (репликация) на ДНК.

Преди началото на какъвто и да е вид клетъчно делене (митоза или мейоза) в синтетичния период на интерфаза (S), настъпва удвояване на целия генетичен материал. Този процеснареченорепликация. Репликацията, осъществявана съгласно принципа накомплементарност, осигурява най-високаточност на възпроизвеждане на наследствената информация по време на нейния преход от едно поколение клетки (или организми) към друго.

Репликацията на ДНК се извършва с помощта на ензимаДНК полимераза (ако разгледаме опростена схема на синтез). Първо,двуверижна нишка под действието на ензими се разделя надве едноверижни. Появява се така нареченатарепликационна вилица. В репликационната вилка ензимите започват да работят отделно върху всяка верига, допълвайки нуклеотидите според принципа накомплементарност. Първо започва да се завършва една верига, а след известно време друга верига в обратна посока. Това се дължи на факта, чесинтезът винаги се извършвав посока 5´-3´ и тъй като веригите наДНК веригата иматобратната посока, тогава синтезът се извършва в съответствие с химическата ориентация на молекулата. Веригата, която започва да се синтезира първа, се наричаводеща, ензимът я изгражда от началната точканепрекъснато (в посока 5´–3´). Втората верига се наричазабавена, тъй като започва да се синтезира след кратъкинтервал от време (по отношение на водещата верига),фрагменти (тези фрагменти се наричат ​​фрагменти на Оказаки ),в обратна посока. След завършване на процеса на репликация се образуват две двойноверижни вериги с една и съща нуклеотидна последователност.

Структура и синтез на РНК.

МолекулатаРНК (рибонуклеинова киселина ) имаедноверижна структура.Четири вида нуклеотиди участват в образуването на РНК:A -аденин, G - гуанин,C - цитозин, U - урацил. От горнотоследва, че нуклеотидите на молекулата на РНК съответстват на нуклеотидите на молекулата на ДНК, с единствената разлика, чевместо тимин в РНК се използваурацил. Освен това, при изграждането на РНК молекулатавместо дезоксирибоза се използва захартарибоза. Дължината на молекулата на РНК е много по-къса от тази на ДНК.

Функционално иматри вида РНК :информационна (mRNA) илиинформационна (i-RNA),транспортна (t-RNA), рибозомна (rRNA).

Матричната РНК (или информационната) участвав преноса на информация относно протеиновата структура от ДНК към рибозомите.

Рибозомната РНК е структурен компонент на рибозомите и следователнонасърчава протеиновия синтез от рибозомите.

Транспортната РНК участва впреноса на аминокиселини до мястото на протеиновия синтез (до рибозомите).

Всички видовеРНК се синтезират в ядрото (при еукариотните организми), при прокариотните организми в цитоплазмата.Матрица за техния синтез са съответнитеДНК области. Процесът се осъществява под действието на ензимаРНК - полимераза (в опростен вариант).

Материалната (информационна) РНК се появява в резултат на процеса натранскрипция (пренаписване). Транскрипцията се извършва самос една от ДНК веригите. Под действието на ензимаРНК полимераза първо се изгражда5´ край, а след това ензимът отива в посока3´, замествайки нуклеотидитеспоред принципа на комплементарността: ако имааденин (A ) в ДНК веригата, тов РНК срещу него,в РНК ензимът включваурацил (U ), в други случаи нуклеотидите са включени в РНК по същия начин, както при конструкцията на ДНК (аденинът е включен срещу ДНК тимин в РНК, цитозинът е включен срещу ДНК гуанин в РНК и цитозинът е включен срещу ДНК цитозингуанинът е включен в РНК).

Благодарение на процеса на транскрипция, за прехвърляне на наследствена информация от ядрото към цитоплазмата, в клетката се появява посредник под формата на копие на гена - матрична (информационна) РНК. При еукариотите иРНК първоначално е незряла. Узряването наmRNA (обработка ) се състои в премахване от него на участъци, които не са свързани със структурата на протеините (интрони ) и зашиване на останалите участъци (екзони ) в една нишка.

Транслацията на нуклеотидната последователност на ДНК (или РНК) молекула в аминокиселинната последователност на протеинова молекула се извършва при определени условия, наречени генетичен код.