Что такое 3 штрих и 5 штрих концы

Что такое 3 штрих и 5 штрих концы

Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь смысловая, нижняя транскрибируемая).

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5’ и 3’ концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5’ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

основаниеВторое основаниеТретье

основаниеУЦАГ

Правила пользования таблицей

Первый нуклеотид в триплете берётся из левого вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится искомая аминокислота.

Схема решения задачи включает:

1. Нуклеотидная последовательность участка тРНК (верхняя цепь по условию смысловая):

2. Нуклеотидная последовательность антикодона УГА (по условию третий триплет) соответствует кодону на иРНК УЦА;

1. По фрагменту молекулы ДНК, определяем нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте.

На ДНК с 3′ конца строится тРНК с 5′ — конца.

2. Определяем кодон иРНК, который будет комплементарен триплету тРНК в процессе биосинтеза белка.

Пояснение к строению ДНК в условии:

Двойная спираль ДНК. Две антипараллельные ( 5’- конец одной цепи располагается напротив 3’- конца другой) комплементарные цепи полинуклеотидов, соединенной водородными связями в парах А-Т и Г-Ц, образуют двухцепочечную молекулу ДНК. Молекула ДНК спирально закручена вокруг своей оси. На один виток ДНК приходится приблизительно 10 пар оснований.

Смысловая цепь ДНК — Последовательность нуклеотидов в цепи кодирует наследственную информацию.

Транскрибируемая (антисмысловая) цепь по сути является копией смысловой цепи ДНК. Служит матрицей для синтеза иРНК (информацию о первичной структуре белка), тРНК, рРНК, регуляторной РНК.

Источник

Нуклеиновые кислоты

Урок 12. Общая биология 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Нуклеиновые кислоты»

Нуклеиновые кислоты получили своё название исходя из места их наибольшей концентрации. В ядрах клеток их наибольшее количество. Ядро — от латинского «нуклеус». Поэтому и кислоты называют нуклеиновыми.

Помимо ядра, нуклеиновые кислоты также обнаружены в цитоплазме, митохондриях и пластидах.

Нуклеиновые кислоты состоят из мономеров нуклеотидов. А нуклеотиды состоят из фосфорной группы, пятиуглеродного сахара (пентозы) и азотистого основания.

Остаток фосфорной кислоты, связанный с пятым атомом С (углерода) в пентозе,

может соединятся ковалентной связью с гидроксильной группой возле третьего атома С (углерода) другого нуклеотида.

На одном конце нуклеотидной цепочки располагается фосфат, он связан с пятым атомом пентозы. Этот конец называют (пять штрих) конец.

На другом конце около третьего атома пентозы остаётся не связанная с фосфатом ОН

группа — это (три штрих) конец.

При соединении двух нуклеотидов между углеродом остатка сахара одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает сложноэфирная связь. Таким образом, остатки сахаров двух нуклеотидов оказываются связаны фосфодиэфирными мостиками.

Возникновение фосфодиэфирных мостиков между 3′ и 5’— углеродами остатков сахаров может происходить многократно. В результате образуются неразветвленные полинуклеотидные цепи.

В зависимости от углеводного компонента нуклеотидов различают два класса нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

Название кислот обусловлено тем, что молекула РНК содержит рибозу, а ДНК содержит дезоксирибозу.

Таким образом, нуклеиновые кислоты различаются по составу и строению молекул, а также по выполняемым в клетке функциям.

Молекулы ДНК — это полимеры, мономерами которых являются дезоксирибонуклеотиды, образованные:

· остатком пятиуглеродного сахара — дезоксирибозы;

· остатком фосфорной кислоты;

и остатком одного из азотистых оснований.

Азотистые основания, которые являются производными пурина, называют пуриновыми. К ним относят аденин и гуанин.

Азотистые основания, которые являются производными пиримидина, называют пиримидиновыми. К ним относят цитозин, тимин.

Азотистые основания определяют названия соответствующих нуклеотидов: адениловый, гуаниловый, тимидиловый и цитидиловый.

Структура молекулы ДНК

Она состоит из двух спирально закрученных полинуклеотидных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

Внешняя сторона спиральной молекулы образована чередующимися остатками дезоксирибозы и фосфатными группами. Азотистые основания находятся внутри спирали.

Структура спирали такова, что входящие в её состав полинуклеотидные цепи могут быть разделены только после раскручивания спирали.

Диаметр двойной спирали ДНК составляет 2 нм, шаг общей спирали, на который приходится 10 пар нуклеотидов, — 3,4 нм.

Между аденином и тимином всегда возникают две, а между гуанином и цитозином — три водородные связи.

В связи с этим обнаруживается важная закономерность: против аденина одной цепи всегда располагается тимин другой цепи, против гуанина — цитозин и наоборот.

Таким образом, пары нуклеотидов аденин и тимин, а также гуанин и цитозин строго соответствуют друг другу и являются дополнительными (пространственное взаимное соответствие), или комплементарными (от лат. complementum — дополнение).

Комплементарностью называют способность нуклеотидов к избирательному соединению друг с другом.

Комплементарность обеспечивается взаимодополнением пространственных конфигураций молекул азотистых оснований; а также количеством водородных связей, возникающих между азотистыми основаниями.

Состав молекулы ДНК был известен задолго до открытия её структуры. В 1950 году американский биохимик Эрвин Чаргафф, обследовав огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, выявил следующующие закономерности, названные впоследствии правилами Чаргаффа.

Первое правило. Количество адениловых нуклеотидов в молекуле ДНК равно количеству тимидиловых, а количество гуаниловых — количеству цитидиловых.

Второе правило. Количество пуриновых азотистых оснований равно количеству пиримидиновых.

Третье правило Чаргаффа. Суммарное количество адениловых и цитидиловых нуклеотидов равно суммарному количеству тимидиловых и гуаниловых нуклеотидов, что следует из первого правила.

Джеймс Дью́и Уо́тсон и Фрэнсис Крик воспользовались этим правилом при построении модели молекулы ДНК. В 1953 году учёными была предложена трёхмерная модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали. За свои исследования они были удостоены Нобелевской премии.

Последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой, поэтому две цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу.

Зная последовательность расположения нуклеотидов в одной цепи ДНК по принципу комплементарности, можно установить нуклеотиды другой цепи.

Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав: А—А—Г—Г—Ц—Ц—Ц—Т—Т—. Используя принцип комплементарности, достроим вторую цепь.

Репликация молекулы ДНК

Репликация — это сложный процесс самоудвоения молекулы ДНК, идущий с участием ферментов (ДНК— полимераз).

Это уникальное свойство молекулы ДНК — её способность к самоудвоению (воспроизведению точных копий исходной молекулы). Благодаря этой способности молекулы ДНК, осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления.

Репликация осуществляется полуконсервативным способом, то есть под действием ферментов молекула ДНК раскручивается.

Раскручивание молекулы происходит на небольшом отрезке (это несколько десятков нуклеотидов), называемом репликативной вилкой.

Около каждой цепи, выступающей в роли матрицы, по принципу комплементарности достраивается новая цепь.

В каждой дочерней ДНК одна цепь является материнской, а вторая вновь синтезированной (дочерней).

После окончания синтеза дочерних цепей ДНК раскручивается новый отрезок, и цикл репликации повторяется. Таким образом, репликативная вилка перемещается вдоль молекулы, пока не дойдёт до точки окончания синтеза.

ДНК— полимеразы способны двигаться в одном направлении — от 3’— конца к 5’— концу (от три штрих конца к пять штрих концу), строя дочернюю цепь антипараллельно — от 5′ к 3’— концу. Эта цепь называется лидирующей.

Другая ДНК— полимераза движется по другой цепи (5’—3′) в обратную сторону (тоже в направлении 3’к 5′), синтезируя вторую дочернюю цепь фрагментами (их называют фрагменты Оказаки). Фрагменты Оказаки после завершения репликации сшиваются в единую цепь. Эта цепь называется отстающей. Таким образом, на цепи 3’— 5′ репликация идёт непрерывно, а на цепи 5’— 3′ — прерывисто.

Строение молекулы РНК

В отличие от ДНК, она образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой. Обычно эта цепочка значительно короче цепей ДНК.

Рибонуклеиновые кислоты также является полимерами, мономерами которых служат рибонуклеотиды, образованные: остатком пятиуглеродного сахара — рибозы, остатком фосфорной кислоты и остатком одного из азотистых оснований. Три азотистых основания — аденин, гуанин и цитозин — такие же, как и у ДНК, а четвертым является урацил.

Нуклеотиды РНК, как и у ДНК, способны образовывать водородные связи между собой.

Информация о структуре молекулы РНК заложена в молекулах ДНК. Синтез молекул РНК происходит на матрице ДНК с участием ферментов РНК— полимераз и называется транскрипцией.

Если содержание ДНК в клетке относительно постоянно, то содержание РНК сильно колеблется. Наибольшее количество РНК в клетках наблюдается во время синтеза белка.

Выделяют три основных типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям.

Информационная РНК, (иногда её называют матричной), а сокращённо — иРНК;

Транспортная РНК, или тРНК;

Рибосомальная РНК — рРНК.

Информационная РНК — это наиболее разнообразный по размерам и стабильности класс.

Все они являются переносчиками генетической информации из ядра в цитоплазму. Они служат матрицей для синтеза молекулы белка, т. к. определяют аминокислотную последовательность первичной структуры белковой молекулы.

Другими словами, на информационную РНК списывается информация с ДНК. А потом уже с информационной РНК будет считываться информация для построения белков.

Транспортная РНК. В клетке этих молекул более 30 разновидностей.

Каждый вид тРНК имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Третичная структура тРНК напоминает по форме лист клевера.

Аминокислоты, которые плавают в цитоплазме поступают в рибосому для дальнейшего построения белка ─ именно при помощи транспортной РНК.

Одна т— РНК несёт 1 аминокислоту. Однако т— РНК может захватить не любую аминокислоту, а строго определённую.

На вершине тРНК имеется последовательность трёх нуклеотидов, их называют антикодоном. Данный антикадон взаимосоответствует, то есть ─ комплементарен кодону в информационной РНК, с которым он связывается, и соответствует той аминокислоте, которую он переносит.

Подобнее данный процесс (синтез белка) будет рассмотрен позднее, на следующих уроках.

Рибосомальные РНК синтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно 85% всех РНК клетки.

В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы — органеллы, на которых происходит синтез белка.

Рибосомы построены из двух субъединиц разного размера и формы. На определённых стадиях белкового синтеза в клетке происходит разделение рибосом на субъединицы.

Рибосомная РНК служит как бы каркасом рибосом и способствует первоначальному связыванию иРНК с рибосомой в процессе биосинтеза белка.

рРНК формирует активный центр рибосомы, в котором происходит образование пептидных связей между аминокислотами в процессе синтеза полипептидной цепи.

Таким образом, различные типы РНК представляют собой единую функциональную систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка.

Все типы РНК, за исключением генетической РНК вирусов, не способны к самоудвоению и самосборке.

В качестве генетического материала РНК входят в состав ряда вирусов.

Таким образом, нуклеиновые кислоты — это важнейшие биополимеры, которые содержатся во всех без исключения живых организмах.

Нуклеиновым кислотам присущи три важнейшие функции: хранение, передача и реализация генетической информации. Кроме этих, они выполняют и другие функции, например участвуют в катализе некоторых химических реакций, выполняют структурные функции и др.

Нуклеиновые кислоты могут быть линейными и кольцевыми. Они могут состоять из одной или двух цепей.

Роль хранителя генетической информации у большинства организмов (эукариот, прокариот, некоторых вирусов) выполняют двухцепочечные ДНК.

Только у некоторых вирусов хранителем генетической информации являются одноцепочечные ДНК или одноцепочечные РНК.

Источник

З’ конец 5′ конец

Конец З’ конец

Как видно из рис. 2, остов цепей образуется чередующимися остатками пентозы и фосфата. При этом фосфатные остатки расположены между 5′- и 3′-положениями пентоз соседних нуклеотидов. (В нумерации атомов углерода пентозы используются штрихи.)

Азотистые же основания цепей обращены друг к другу, спариваясь по принципу комплементарности: А с Т, Г сЦ.

Принципиальное значение для протекающих на ДНК процессов имеет полярностьцепей. На т. н. 5′-конце цепи свободно (5′атом углерода не участвует в образовании межнуклеотидной связи). Соответственно, на З’-конце в образовании межнуклеотидной связи не участвует этот З’атом углерода.

Из представленной схемы также видно, что цепи в молекуле ДНК являются антипараллельными.

При «горизонтальном» изображении ДНК принято располагать ее так, чтобы у верхней цепи слеванаходился 5′-конец; например:

(5)—-АТТГАЦАГГЦ—(3)

(3)—ТААЦТГТЦЦГ—(5)

В двойной спирали на 1 виток ДНК приходится 10 нуклеотидных пар. Длина витка — 3,4 нм.

Примерно 60-80 % хромосомных белков представлены гистонами. Последние обогащены аминокислотами с основными (аргинин, лизин) и гидрофобными (валин и т. п.) радикалами. Благодаря основным радикалам, гистоны взаимодействуют с ДНК, а благодаря гидрофобным радикалам — друг с другом. Эти взаимодействия приводят к образованию нуклеосом. Основа нуклеосомы — глобула из 8 белковых молекул (октамер): она включает по 2 молекулы гистонов четырех видов (Н2А, Н2В, НЗ и Н4). Вокруг одной такой глобулы молекула ДНК делает примерно 2 оборота, что и образует в итоге нуклеосому (рис. 3).

Рис. 3. Три последовательные нуклеосомы.

Нуклеосомы расположены на молекуле ДНК не вплотную: между ними имеются линкерные (соединительные) участки (iDNA) длиной 60 н. п. С каждым линкерным участком связана 1 молекула еще одного вида гистонов — HI.

Следовательно, всего в хромосомах встречаются гистоны 5 видов, а период нуклеосомной организации составляет 200 н. п.

Молекула ДНК участвует в образовании очень большого числа нуклеосом (в среднем 600 000). В результате на данном уровне организации каждая хромосома (не считая негистоновых белков) представляет собой длинную нить «бусинок» — нуклеосом диаметром 10 нм. По сравнению с молекулой ДНК, длина нуклеосомной нити примерно в 6,2 раза меньше.

В неделящемся ядре клетки хромосомы не различимы, а воспринимаются все вместе как хроматин.

При этом выделяют гетеро- и эухроматин.

В хроматине к нуклеосомному уровню добавляются последующие уровни укладки хромосомы. Считается, что нуклеосомная нить закручивается в спираль типа соленоида, а та, возможно, образует суперспираль. В этих процессах, видимо, ключевую роль играет гистон HI. В итоге формируется хроматиновая нить диаметром 30 нм.

Хроматиновая нить короче нуклеосомной примерно в 18 раз и короче упакованной в ней молекулы ДНК в 6,2 х 18=100 раз.

Рис. 4. Укладка нити ДНК в спирализованной хромосоме.

Дополнительная литература.

1. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3-х т. Т.1: Пер с англ. / Под ред. Р. Сопера.- М.: Мир, 1993. С.316-319.

2. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. М.: 2003 554 с.

Источник

Структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Тема: СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Цель работы:изучить химическую, структурную и пространственную организацию нуклеиновых кислот

Общая информация.В каждом живом организме присутствуют 2 типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Измерения размера генома приводятся в дальтонах, парах нуклеотидов (п. н.) или пикограммах (пг). Соотношение между этими единицами измерения следующие:

1 пг = 10 –9 мг = 0,6х10 12 дальтон = 0,9х10 9 п. н.

Строение нуклеотидов

Каждый нуклеотид содержит 3 химически различных компонента: гетероциклическое азотистое основание, моносахарид (пентозу) и остаток фосфорной кислоты. В зависимости от числа имеющихся в молекуле остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфаты (НМФ), нуклеозиддифосфаты (НДФ), нуклеозидтрифосфаты (НТФ) (рис. 1).

Таблица 1. Номенклатура нуклеотидов

Рисунок 2. Пуриновые и пиримидиновые основания.

Рисунок 4. Пуриновый и пиримидиновый нуклеотиды.

Рисунок 5. Фрагмент цепи ДНК.

Структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)

Каждая фосфатная группа в полинукпеотидной цепи, за исключением фосфорного остатка на 5′-конце молекулы, участвует в образовании двух эфирных связей с участием 3′- и 5′-углеродных атомов двух соседних дезоксирибоз, поэтому связь между мономерами обозначают 3′, 5′-фосфодиэфирной.

В каждом мономере нуклеиновой кислоты присутствует остаток фосфорной кислоты. При рН 7 фосфатная группа полностью ионизирована, поэтому in vivo нуклеиновые кислоты существуют в виде полианионов (имеют множественный отрицательный заряд). Остатки пентоз тоже проявляют гидрофильные свойства. Азотистые основания почти нерастворимы в воде, но некоторые атомы пуринового и пиримидинового циклов способны образовывать водородные связи.

Рисунок 6. Двойная спираль ДНК. Молекулы ДНК состоят из двух антипараллельных цепей с комплементарной последовательностью нуклеотидов. Цепи закручены относительно друг друга в правозакрученную спираль так, что на один виток приходится примерно 10 пар нуклеотидов.

Рисунок 7. Пурин-пиримидиновые пары оснований в ДНК.

При таком сочетании каждая пара содержит по три кольца, поэтому общий размер этих пар оснований одинаков по всей длине молекулы. Водородные связи при других сочетаниях оснований в паре возможны, но они значительно слабее. Последовательность нуклеотидов одной цепи полностью комплементарна последовательности нуклеотидов второй цепи. Поэтому, согласно правилу Чаргаффа (Эрвин Чаргафф в 1951 г. установил закономерности в соотношении пуриновых и пиримидиновых оснований в молекуле ДНК), число пуриновых оснований (А + G) равно числу пиримидиновых оснований (Т + С).

5΄ фосфат 3΄ гидроксильная группа

3΄ гидроксильная группа 5΄ фосфат

Рисунок 8. Из-за противоположной последовательности атомов в цепях обе цепи инвертированы относительно друг друга, т.е. направления от 3′-конца к 5′-концу в двух цепях, из которых состоит молекула ДНК, противоположны (цепи «антипараллельны» друг другу).

Комплементарые основания уложены в стопку в сердцевине спирали. Между основаниями двухцепочечной молекулы в стопке возникают гидрофобные взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль.

Водородные связи между основаниями двух нитей могут разрываться. Разрыв водородных связей может происходить под воздействием различных факторов, что приводит к денатурации молекулы. Например, нагревание ДНК до 95 0 С вызывает разрушение водородных связей. Это явление называется плавлением ДНК.

Цепочки двойной спирали могут расходиться как замок-молния и под действием ферментов (хеликазы). Причем, на разрыв ГЦ требуется больше энергии, чем на разрыв пары АТ. Процент ГЦ пар и длина молекулы ДНК определяют количество энергии, необходимой для диссоциации цепей: длинные молекулы ДНК с большим содержанием ГЦ более тугоплавки. Поэтому, части молекул ДНК, которые из-за их функций должны быть легко разделяемы, например, последовательности в бактериальных промоторах, обычно содержат большое количество А и Т.

Третичная структура ДНК (суперспирализация ДНК) определяется трехмерной пространственной организацией молекул и зависит от различных факторов. Компактизация и суперспирализация ДНК осуществляются с помощью разнообразных белков, взаимодействующих с определёнными последовательностями в структуре ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы: гистоновые и негистоновые белки. Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином.

Источник