Pre podrobné pochopenie podstaty diagnostickej metódy PCR je potrebné urobiť krátku odbočku do kurzu školskej biológie.
Aj zo školských učebníc vieme, že kyselina deoxyribonukleová (DNA) je univerzálnym nositeľom genetickej informácie a dedičných vlastností u všetkých organizmov, ktoré na Zemi existujú. Výnimkou sú len niektoré mikroorganizmy, napríklad vírusy – ich univerzálnym nosičom genetickej informácie je RNA – jednovláknová ribonukleová kyselina.
Štruktúra molekuly DNA
K objavu molekuly DNA došlo v roku 1953. Francis Crick a James Watson objavili štruktúru dvojitej špirály DNA a ich práca bola následne ocenená Nobelovou cenou.
DNA je dvojvlákno skrútené do špirály. Každý reťazec sa skladá z "tehál" - sekvenčne spojených nukleotidov. Každý nukleotid DNA obsahuje jednu zo štyroch dusíkatých báz – guanín (G), adenín (A) (puríny), tymín (T) a cytozín (C) (pyrimidíny), spojené s deoxyribózou, s druhou fosfátom. skupina je pripojená. Susedné nukleotidy sú medzi sebou spojené do reťazca fosfodiesterovou väzbou tvorenou 3'-hydroxylovými (3'-OH) a 5'-fosfátovými skupinami (5'-PO3). Táto vlastnosť určuje prítomnosť polarity v DNA, t.j. opačný smer, konkrétne 5'- a 3'-konce: 5'-koniec jedného vlákna zodpovedá 3'-koncu druhého vlákna.
0Pole ( => Analýzy) Pole ( => 2) Pole ( =>.html) 2
štruktúra DNA
Primárna štruktúra DNA je lineárna sekvencia nukleotidov DNA v reťazci. Sekvencia nukleotidov v reťazci DNA je zapísaná vo forme vzorca písmena DNA: napríklad - AGTCATGCCAG, záznam je od 5'- po 3'-koniec reťazca DNA.
Sekundárna štruktúra DNA sa vytvára v dôsledku interakcií nukleotidov (väčšinou dusíkatých báz) medzi sebou, vodíkovými väzbami. Klasickým príkladom sekundárnej štruktúry DNA je dvojitá špirála DNA. Dvojzávitnica DNA je najbežnejšou formou DNA v prírode, ktorá pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov DNA. Konštrukcia každého nového reťazca DNA sa uskutočňuje podľa princípu komplementarity, t.j. každá dusíkatá báza jedného reťazca DNA zodpovedá presne definovanej báze druhého reťazca: v komplementárnom páre je oproti A T a oproti G. je C atď.
Syntéza DNA. replikácia
Jedinečnou vlastnosťou DNA je jej schopnosť duplikovať sa (replikovať). V prírode prebieha replikácia DNA nasledovne: pomocou špeciálnych enzýmov (gyrázov), ktoré slúžia ako katalyzátor (látky, ktoré urýchľujú reakciu), sa špirála v bunke rozkrúti v oblasti replikácie (zdvojnásobenie DNA). Ďalej sú vodíkové väzby, ktoré viažu vlákna, prerušené a vlákna sa rozchádzajú.
Pri konštrukcii nového reťazca pôsobí ako aktívny „staviteľ“ špeciálny enzým DNA polymeráza. Duplikácia DNA tiež vyžaduje stratum blok alebo "základ", čo je malý dvojvláknový fragment DNA. Tento štartovací blok, alebo skôr komplementárna časť reťazca rodičovskej DNA, interaguje s primérom, jednovláknovým fragmentom s 20 až 30 nukleotidmi. Replikácia alebo klonovanie DNA prebieha súčasne na oboch vláknach. Z jednej molekuly DNA sa vytvoria dve molekuly DNA, z ktorých jeden reťazec je z materskej molekuly DNA a druhý, dcérska, je novosyntetizovaný.
gastroenterológia diagnostický komplex - 5 360 rubľov
LEN V MARTEušetríte - 15 %
1000 rubľov Záznam EKG s interpretáciou
- 25%primárny
Návšteva lekára
víkendový terapeut
980 rubľov. počiatočné vymenovanie hirudoterapeuta
vymenovanie terapeuta - 1 130 rubľov (namiesto 1 500 rubľov) „Len v marci, v sobotu a nedeľu, termín u praktického lekára so zľavou 25 % - 1 130 rubľov namiesto 1 500 rubľov (diagnostické úkony sa platia podľa cenníka)
Proces replikácie DNA (zdvojenie) teda zahŕňa tri hlavné fázy:
- Rozvinutie špirály DNA a oddelenie vlákien
- Upevnenie primérov
- Vytvorenie nového reťazca DNA dcérskeho reťazca
Analýza PCR je založená na princípe replikácie DNA - syntézy DNA, ktorú moderný vedci dokázali umelo vytvoriť: v laboratóriu lekári spôsobujú zdvojenie DNA, ale nie celého reťazca DNA, ale jeho malého fragmentu.
Funkcie DNA
Molekula ľudskej DNA je nosičom genetickej informácie, ktorá je zapísaná vo forme sekvencie nukleotidov pomocou genetického kódu. V dôsledku vyššie opísanej replikácie DNA dochádza k prenosu génov DNA z generácie na generáciu.
Zmeny v sekvencii nukleotidov v DNA (mutácie) môžu viesť ku genetickým poruchám v tele.
Koncom 19. storočia došlo vo Švajčiarsku k udalosti, ktorá určila smer vedy na dlhé desaťročia: vedec F. Miescher v rámci svojho výskumu objavil v lymfocytoch dovtedy neznáme molekuly.
Izolované molekuly sa následne našli vo všetkých biologických druhoch a dostali názov, pod ktorým boli dnes známe: "nukleové kyseliny". Funkciou nukleových kyselín v bunke je uchovávať a prenášať dedičné informácie.
V kontakte s
Nukleové kyseliny sa klasifikujú podľa prítomnosti jednej z odrôd v ich zložení päťuhlíkový cukor (pentóza). Kyselina deoxyribonukleová alebo DNA obsahuje deoxyribózu, zatiaľ čo kyselina ribonukleová (RNA) obsahuje ribózu.
Stručne, ich interakcia môže byť vyjadrená takto: RNA sa syntetizuje z DNA a proteín sa syntetizuje z RNA. V štruktúre nukleových kyselín je veľa podobností.
Pozrime sa podrobnejšie, v ktorej časti bunky sa nukleové kyseliny nachádzajú, aké funkcie vykonávajú, aké sú vlastnosti ich štruktúry a aké typy nukleových kyselín existujú.
DNA
Molekula DNA sa dá prirovnať k rebríku, ktorý je skrútený do špirály smerom doprava. Stupne alebo „preklady“ na ňom tvorené dvojicami dusíkatých zásad:
- adenín (A);
- guanín (G);
- tymín (T);
- cytozín (C).
Každá báza sa páruje s druhou pomocou princípu komplementarity, kde sa adenín páruje výlučne s tymínom (AT) a guanín sa páruje s cytozínom (GC). Preto je náhodnosť väzieb medzi nimi len zdanlivá – štruktúra nukleových kyselín podlieha prísnym a nemenným zákonom.
V závislosti od kombinácií nukleotidov DNA a dusíkatých báz v nich sa objavujú naše individuálne vlastnosti (farba pokožky, očí, vlasov, výška atď.). Molekuly DNA sa nachádzajú v jadrách buniek, ako aj v chloroplastoch a (menej ako 1 %).
štruktúra molekuly DNA
Molekula DNA je biopolymér, v ktorom je hlavným monomérom alebo štruktúrnou jednotkou nukleotid. Nasledujúce zložky sú súčasťou nukleotidov: zvyšok kyseliny fosforečnej sa spája s päťuhlíkovým cukrom - deoxyribózou a je zabudovaný do dusíkatej bázy. Monoméry sa medzi sebou kombinujú do dlhých reťazcov a tvoria sa skončiť dvojitou špirálou.
Špirály sú navzájom spojené vodíkovými väzbami. Adenín sa spája s tymínom dvoma a cytozín s guanínom tromi vodíkovými väzbami. Dusíkatá báza, cukor a fosfátová skupina sú v nukleotidoch povinné.
Šírka molekuly sa pohybuje od 2,2 do 2,4 nm a dĺžka každého monoméru v reťazci je 0,33 nm.
Každý reťazec deoxyribonukleovej kyseliny má špecifickú orientáciu. Dve reťaze v opačnom smere sa nazývajú antiparalelné.
Kvôli princípu komplementarity sú všetky informácie v jednom reťazci duplikované v inom. Kombinácia adenínu a guanínu je purínová báza a tymín s cytozínom je pyrimidínová báza. V tomto prípade je potrebné vedieť, že v molekule DNA je počet purínových báz sa vždy rovná počtu pyrimidínov.
Spojenie DNA pri prenose génov
Často počujeme obvinenia voči génom, keď ide o zlé sklony a návyky človeka. Skúsme prísť na to, čo sú to gény a akú úlohu hrá DNA prenos dedičných údajovči nesie negatívne informácie. Aké sú funkcie nukleových kyselín v bunke?
Gén je špeciálna časť molekuly DNA vytvorená z jedinečných kombinácií nukleotidov. Každý typ génu sa nachádza v špeciálne určenom úsek špirály DNA bez migrácie niekam. Počet nukleotidov v génoch je konštantný. Napríklad gén zodpovedný za syntézu inzulínu má vo svojom zložení 60 párov báz.
V reťazci DNA sa nachádzajú aj tzv. „nekódujúce sekvencie“. Ich úloha pri prenose genetického materiálu nie je úplne stanovená. Predpokladá sa, že tieto sekvencie sú zodpovedné za poradie v práci génov a „krútia“ chromozómy.
Celý objem génov v tele je tzv. Na druhej strane je rovnomerne distribuovaný v 46 pároch molekúl DNA. Každý takýto pár sa nazýva chromozóm. teda Ľudské telo sa skladá zo 46 párov chromozómov., v ktorej je zakomponovaná všetka genetická informácia, od vzhľadu až po predispozície k rôznym chorobám.
Chromozómy sa líšia svojou morfológiou a veľkosťou. Existujú dve hlavné formy – X a Y. Ľudské telo obsahuje párové chromozómy, t.j. každý má svoju presnú kópiu. Teda normálne máme 23 párových chromozómov. Každý chromozómový pár plní svoju funkciu a je zodpovedný za špecifické vlastnosti. 22 párov chromozómov je zodpovedných za somatické vlastnosti a iba jeden za pohlavie. Kombinácia chromozómov XX znamená, že sa narodí dievča a kombinácia XY znamená chlapca.
mutácie DNA
Poškodenie molekúl DNA môže byť spôsobené mnohými faktormi, medzi ktoré patria najčastejšie majú mutagénny účinok nasledujúci:
- Žiarenie. Ide o röntgenové alebo ultrafialové žiarenie vo vysokých dávkach.
- Oxidant. Tieto typy mutagénov zahŕňajú všetky voľné radikály, oxid dusnatý a peroxid vodíka.
- Karcinogénne. Faktor je reprezentovaný rozsiahlym zoznamom látok, z ktorých najčastejšie sú benzopyrén, aflatoxín a etídiumbromid.
Prevažná väčšina mutagénov prenikajú medzi dva páry dusíkatých zlúčenín, čím narúšajú štruktúru molekuly nukleovej kyseliny. Najnebezpečnejšie inklúzie mutagénnych zložiek sú dvojvláknové. Takéto poruchy často vedú k smrti celých fragmentov chromozómov a rôznym translokáciám.
Dôležité!Ľudská DNA je denne atakovaná mnohými agresívnymi faktormi, ktoré poškodzujú štruktúru a lámu samotnú špirálu. Táto molekula sa však vyznačuje schopnosťou regenerácie, ktorá umožňuje predchádzať mutáciám už v štádiu ich vzniku.
RNA
Princíp štruktúry RNA je v zásade rovnaký ako štruktúra DNA, ale s tým rozdielom, že ribonukleová kyselina sa tvorí vo forme jedinej špirály, v jej zložení je tymín nahradený uracilom a ribóza nahrádza deoxyribózu.
Vďaka prísne sekvenčnému usporiadaniu nukleotidov sú molekuly RNA schopné kódovať dedičnú informáciu.
Na rozdiel od DNA sú však funkcie ribonukleových kyselín iné, širšie, a to vďaka tomu, že existujú tri podtypy molekúl.
Typy RNA
Existujú 3 typy ribonukleovej kyseliny:
- Transport (tRNA). tRNA, ktoré tvoria cytoplazmu, sú najmenšie molekuly ribonukleovej kyseliny. Ich tvar je podobný tvaru ďatelinového listu. tRNA je zodpovedná za transport špecifických aminokyselín priamo na miesto, kde prebieha syntéza proteínov, aby sa iniciovala tvorba peptidových väzieb.
- Informačné alebo matricové (mRNA, mRNA). Je súčasťou bunkového jadra a cytoplazmy. Prenáša informácie o štruktúre proteínu z DNA do ribozómov, ktoré sú miestom jeho biosyntézy.
- Ribozomálne (rRNA). Tvorí sa v jadierku a ako už názov napovedá, je hlavnou zložkou ribozómov. Najväčší typ RNA. Spája sa s messengerovou RNA za vzniku proteínu
Existuje aj špeciálny druh. Nachádza sa v niektorých vírusoch, baktériách a mikroorganizmoch. Pôsobí súčasne ako tRNA a mRNA. Jeho hlavnou funkciou je spracovanie bielkovín.
Štruktúra molekuly RNA
Štrukturálny vzorec RNA je charakterizovaný prítomnosťou hydroxylovej skupiny v polohe ribózy. Mnoho typov ribonukleovej kyseliny, ako je rRNA a mRNA, funguje v kombinácii s proteínmi. Takéto zlúčeniny sa nazývajú ribonukleotidy.
Štruktúra nukleotidu RNA je podobná štruktúre monoméru DNA. Dusíkaté zásady sa tiež navzájom kombinujú podľa princípu komplementarity. Namiesto tymínu je tu však prítomný uracil a päťuhlíkový cukor zastupuje ribóza.
Nukleotidy v reťazci RNA sú spojené cez fosfodiesterové väzby.
Syntézy bielkovín
Aké látky môžu uchovávať informácie o bunke, jej funkciách, biologických a chemických vlastnostiach? Samozrejme, veveričky. Sú jedinečnou súčasťou každého živého organizmu. Biochemická syntéza proteínov je pomerne zložitý mikroproces. Prechádza tromi hlavnými fázami:
- Prepis. Tento proces prebieha v jadre a je zaň zodpovedná informačná RNA. Transkripcia spočíva v prečítaní údajov o budúcom proteíne z génov umiestnených v DNA a prenose týchto údajov do messenger RNA. mRNA potom transportuje informáciu do cytoplazmy. Deoxyribonukleová kyselina priamo nesúvisí s biosyntézou bielkovín, ale iba uchováva a prenáša informácie. Počas transkripcie sa reťazce DNA „odvíjajú“ a genetický materiál sa číta do RNA, pričom sa berú do úvahy párové komplexy dusíkatých báz.
- Vysielanie. Toto je posledná fáza tvorby proteínovej molekuly. Messenger RNA sa cez cytoplazmu dostáva do ribozómov, kde prebieha samotná biochemická syntéza.
- Rôzne modifikácie polypeptidového reťazca. Vyskytujú sa v dôsledku dokončeného prekladu.
DNA a RNA
Rozdiely medzi DNA a RNA
Nukleové kyseliny sa vyznačujú nielen podobnými, ale aj výraznými znakmi. Bežné znaky zahŕňajú nasledujúce:
- Obsahuje dva páry báz.
- Zodpovedá za prenos informácií.
- „Postavené“ z nukleotidových väzieb, ktoré sa tvoria v súlade s princípom komplementarity.
- V zložení biologickej bunky hrajú obe kyseliny komplementárnu úlohu.
Ale vzhľadom na to obe tieto kyseliny možno nájsť značné rozdiely.
Zaujímavé fakty
- Jediný typ buniek, ktorý neobsahuje DNA, sú červené krvinky.
- Štruktúra nukleových kyselín je taká podobná, že západní vedci predložili teóriu, že v raných štádiách evolučnej histórie ľudstva bola zodpovednosť za uchovávanie informácií prenášaných cez dedičnosť, prenášaná RNA.
- Štrukturálny vzorec molekuly DNA vypočítali D. Utson a F. Crick už v roku 1953. A len o 9 rokov neskôr dostali títo vedci Nobelovu cenu za medicínu.
- Zodpovedný za rozdiely medzi ľuďmi menej ako 1 % všetkých molekúl DNA zahrnuté v ľudskom genóme. Preto výraz „všetci sme z jedného testu“ má vedecké opodstatnenie.
- Podobnosť medzi DNA človeka a šimpanza dosahuje 98% a DNA človeka a prasaťa sa zhoduje na 96%.
- Kompletný prepis ľudského genómu b bola dokončená v roku 2003.
- Napísať úplný písmenový kód ľudského genómu na klávesnici by vám trvalo 17 rokov, keďže na klávesy musíte klepať celé dni.
- ľudský genóm tvorí 100% génov, z toho 50 % pochádza od matky a 50 % od otca.
Štruktúra a funkcie nukleových kyselín, hodina biológie
Ako sa líšia DNA a RNA
Záver
Už takmer dve storočia sa vedci snažia odhaliť všetky tajomstvá malých špirál, aby úplne rozlúštili štruktúru nukleových kyselín. Dodnes však neboli urobené všetky objavy, ktoré by mohli osvetliť týchto strážcov genetickej informácie. Možno sa čoskoro dozvieme, čo ešte nie nám známu funkciu plní DNA.
Komu nukleových kyselín zahŕňajú vysokopolymérne zlúčeniny, ktoré sa počas hydrolýzy rozkladajú na purínové a pyrimidínové zásady, pentózu a kyselinu fosforečnú. Nukleové kyseliny obsahujú uhlík, vodík, fosfor, kyslík a dusík. Existujú dve triedy nukleových kyselín: ribonukleové kyseliny (RNA) a deoxyribonukleové kyseliny (DNA).
Štruktúra a funkcie DNA
DNA- polymér, ktorého monoméry sú deoxyribonukleotidy. Model priestorovej štruktúry molekuly DNA vo forme dvojitej špirály navrhli v roku 1953 J. Watson a F. Crick (na zostavenie tohto modelu použili prácu M. Wilkinsa, R. Franklina, E. Chargaff).
molekula DNA tvorené dvoma polynukleotidovými reťazcami, špirálovito stočenými okolo seba a spolu okolo pomyselnej osi, t.j. je dvojitá špirála (výnimka – niektoré vírusy obsahujúce DNA majú jednovláknovú DNA). Priemer dvojitej špirály DNA je 2 nm, vzdialenosť medzi susednými nukleotidmi je 0,34 nm a na jednu otáčku špirály pripadá 10 párov nukleotidov. Dĺžka molekuly môže dosiahnuť niekoľko centimetrov. Molekulová hmotnosť - desiatky a stovky miliónov. Celková dĺžka DNA v ľudskom bunkovom jadre je asi 2 m.V eukaryotických bunkách tvorí DNA komplexy s proteínmi a má špecifickú priestorovú konformáciu.
DNA monomér - nukleotid (deoxyribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. Dusíkaté zásady nukleových kyselín patria do tried pyrimidínov a purínov. Pyrimidínové bázy DNA(majú jeden kruh v molekule) - tymín, cytozín. Purínové základy(majú dva kruhy) - adenín a guanín.
Monosacharid nukleotidu DNA je reprezentovaný deoxyribózou.
Názov nukleotidu je odvodený od názvu zodpovedajúcej bázy. Nukleotidy a dusíkaté bázy sú označené veľkými písmenami.
Polynukleotidový reťazec vzniká ako výsledok nukleotidových kondenzačných reakcií. V tomto prípade medzi 3"-uhlíkom deoxyribózového zvyšku jedného nukleotidu a zvyškom kyseliny fosforečnej druhého, fosfoéterová väzba(patrí do kategórie silných kovalentných väzieb). Jeden koniec polynukleotidového reťazca končí 5" uhlíkom (nazýva sa to 5" koniec), druhý končí 3" uhlíkovým (3" koncom).
Proti jednému reťazcu nukleotidov je druhý reťazec. Usporiadanie nukleotidov v týchto dvoch reťazcoch nie je náhodné, ale striktne definované: tymín je vždy umiestnený oproti adenínu jedného reťazca v druhom reťazci a cytozín je vždy umiestnený oproti guanínu, medzi adenínom a tymínom vznikajú dve vodíkové väzby, tri vodíky väzby medzi guanínom a cytozínom. Vzorec, podľa ktorého sú nukleotidy rôznych reťazcov DNA striktne usporiadané (adenín - tymín, guanín - cytozín) a selektívne sa navzájom kombinujú, sa nazýva tzv. princíp komplementarity. Treba poznamenať, že J. Watson a F. Crick pochopili princíp komplementarity po prečítaní diel E. Chargaffa. E. Chargaff po preštudovaní obrovského množstva vzoriek tkanív a orgánov rôznych organizmov zistil, že v akomkoľvek fragmente DNA obsah guanínových zvyškov vždy presne zodpovedá obsahu cytozínu a adenínu tymínu ( "Chargaffovo pravidlo"), ale túto skutočnosť nevedel vysvetliť.
Z princípu komplementarity vyplýva, že nukleotidová sekvencia jedného reťazca určuje nukleotidovú sekvenciu iného reťazca.
Reťazce DNA sú antiparalelné (opačné), t.j. nukleotidy rôznych reťazcov sú umiestnené v opačných smeroch, a preto oproti 3 "koncu jedného reťazca je 5" koniec druhého. Molekula DNA sa niekedy prirovnáva k točitému schodisku. "Zábradlie" tohto rebríčka je cukor-fosfátová kostra (striedajúce sa zvyšky deoxyribózy a kyseliny fosforečnej); "kroky" sú doplnkové dusíkaté bázy.
Funkcia DNA- uchovávanie a prenos dedičných informácií.
Replikácia (reduplikácia) DNA
- proces sebazdvojenia, hlavná vlastnosť molekuly DNA. Replikácia patrí do kategórie reakcií syntézy matrice a zahŕňa enzýmy. Pôsobením enzýmov sa molekula DNA rozvinie a okolo každého vlákna fungujúceho ako templát sa dokončuje nové vlákno podľa princípov komplementarity a antiparalelnosti. V každej dcérskej DNA je teda jedno vlákno rodičovské a druhé vlákno je novo syntetizované. Tento druh syntézy sa nazýva polokonzervatívne.
„Stavebným materiálom“ a zdrojom energie na replikáciu sú deoxyribonukleozidtrifosfáty(ATP, TTP, GTP, CTP) obsahujúci tri zvyšky kyseliny fosforečnej. Keď sú v polynukleotidovom reťazci zahrnuté deoxyribonukleozidtrifosfáty, odštiepia sa dva terminálne zvyšky kyseliny fosforečnej a uvoľnená energia sa použije na vytvorenie fosfodiesterovej väzby medzi nukleotidmi.
Nasledujúce enzýmy sa podieľajú na replikácii:
- helikázy ("odvinúť" DNA);
- destabilizujúce proteíny;
- DNA topoizomerázy (rezaná DNA);
- DNA polymerázy (vyberú deoxyribonukleozidtrifosfáty a komplementárne ich naviažu na reťazec templátu DNA);
- RNA priméry (forma RNA primérov, primérov);
- DNA ligázy (zošité fragmenty DNA dohromady).
Pomocou helikáz je DNA v určitých oblastiach skrútená, oblasti jednovláknovej DNA sú viazané destabilizujúcimi proteínmi a replikačná vidlica. Pri nezrovnalosti 10 párov nukleotidov (jedna otáčka špirály) musí molekula DNA dokončiť kompletnú revolúciu okolo svojej osi. Aby sa predišlo tejto rotácii, DNA topoizomeráza štiepi jeden reťazec DNA, čo mu umožňuje otáčať sa okolo druhého vlákna.
DNA polymeráza môže pripojiť nukleotid iba k 3" uhlíku deoxyribózy predchádzajúceho nukleotidu, takže tento enzým je schopný pohybovať sa pozdĺž templátovej DNA iba jedným smerom: od 3" konca k 5" koncu tejto templátovej DNA. Keďže reťazce v materskej DNA sú antiparalelné, na jej rôznych reťazcoch dochádza k zostaveniu dcérskych polynukleotidových reťazcov rôznymi spôsobmi a v opačných smeroch. Na reťazci 3 "-5" prebieha syntéza dcérskeho polynukleotidového reťazca bez prerušenia. dcérska reťaz sa bude nazývať vedenie. Na reťazi 5 "-3" - prerušovane, v fragmentoch ( fragmenty Okazaki), ktoré sú po dokončení replikácie DNA ligázami fúzované do jedného vlákna; táto detská reťaz sa bude nazývať zaostávanie (zaostávajú).
Charakteristickým rysom DNA polymerázy je, že môže začať svoju prácu iba s "semená" (primer). Úlohu "semien" plnia krátke sekvencie RNA vytvorené za účasti enzýmu RNA primázy a spárované s templátovou DNA. RNA priméry sa odstránia po dokončení zostavy polynukleotidových reťazcov.
Replikácia prebieha podobne u prokaryotov a eukaryotov. Rýchlosť syntézy DNA u prokaryotov je rádovo vyššia (1000 nukleotidov za sekundu) ako u eukaryotov (100 nukleotidov za sekundu). Replikácia začína súčasne v niekoľkých oblastiach molekuly DNA. Kúsok DNA z jedného začiatku replikácie do druhého tvorí jednotku replikácie - replikón.
K replikácii dochádza pred delením buniek. Vďaka tejto schopnosti DNA sa uskutočňuje prenos dedičnej informácie z materskej bunky do dcérskych buniek.
Oprava ("oprava")
reparácie je proces opravy poškodenia nukleotidovej sekvencie DNA. Vykonávajú ho špeciálne enzýmové systémy bunky ( opravné enzýmy). V procese opravy štruktúry DNA možno rozlíšiť nasledujúce štádiá: 1) nukleázy opravujúce DNA rozpoznajú a odstránia poškodenú oblasť, čo vedie k medzere v reťazci DNA; 2) DNA polymeráza vypĺňa túto medzeru skopírovaním informácií z druhého („dobrého“) vlákna; 3) DNA ligáza „zosieťuje“ nukleotidy a dokončí opravu.
Najviac boli študované tri opravné mechanizmy: 1) fotoreparácia, 2) excízia alebo predreplikatívna oprava, 3) postreplikatívna oprava.
Zmeny v štruktúre DNA prebiehajú v bunke neustále pod vplyvom reaktívnych metabolitov, ultrafialového žiarenia, ťažkých kovov a ich solí atď. Defekty v reparačných systémoch preto zvyšujú rýchlosť mutačných procesov a spôsobujú dedičné ochorenia (xeroderma pigmentosa, progéria , atď.).
Štruktúra a funkcie RNA
je polymér, ktorého monoméry sú ribonukleotidy. Na rozdiel od DNA je RNA tvorená nie dvoma, ale jedným polynukleotidovým reťazcom (výnimka – niektoré vírusy obsahujúce RNA majú dvojvláknovú RNA). Nukleotidy RNA sú schopné tvoriť medzi sebou vodíkové väzby. Reťazce RNA sú oveľa kratšie ako reťazce DNA.
RNA monomér - nukleotid (ribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. Dusíkaté bázy RNA tiež patria do tried pyrimidínov a purínov.
Pyrimidínovými bázami RNA sú uracil, cytozín a purínovými bázami sú adenín a guanín. Nukleotidový monosacharid RNA predstavuje ribóza.
Prideliť tri typy RNA: 1) informačný(matrix) RNA - mRNA (mRNA), 2) dopravy RNA - tRNA, 3) ribozomálne RNA - rRNA.
Všetky typy RNA sú nerozvetvené polynukleotidy, majú špecifickú priestorovú konformáciu a podieľajú sa na procesoch syntézy proteínov. V DNA sú uložené informácie o štruktúre všetkých typov RNA. Proces syntézy RNA na templáte DNA sa nazýva transkripcia.
Preneste RNA zvyčajne obsahujú 76 (od 75 do 95) nukleotidov; molekulová hmotnosť - 25 000-30 000. Podiel tRNA tvorí asi 10 % z celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie tRNA: 1) transport aminokyselín do miesta syntézy bielkovín, do ribozómov, 2) translačný mediátor. V bunke sa nachádza asi 40 typov tRNA, pričom každá z nich má nukleotidovú sekvenciu charakteristickú len pre ňu. Všetky tRNA však majú niekoľko intramolekulárnych komplementárnych oblastí, vďaka čomu tRNA získavajú konformáciu, ktorá svojím tvarom pripomína ďatelinový list. Akákoľvek tRNA má slučku na kontakt s ribozómom (1), antikodónovú slučku (2), slučku na kontakt s enzýmom (3), akceptorový kmeň (4) a antikodón (5). Aminokyselina je pripojená k 3' koncu akceptorového kmeňa. Anticodon- tri nukleotidy, ktoré "rozpoznávajú" kodón mRNA. Je potrebné zdôrazniť, že konkrétna tRNA môže transportovať presne definovanú aminokyselinu zodpovedajúcu jej antikodónu. Špecifickosť spojenia aminokyselín a tRNA je dosiahnutá vďaka vlastnostiam enzýmu aminoacyl-tRNA syntetázy.
Ribozomálna RNA obsahujú 3000-5000 nukleotidov; molekulová hmotnosť – 1 000 000 – 1 500 000. rRNA tvorí 80 – 85 % celkového obsahu RNA v bunke. V kombinácii s ribozomálnymi proteínmi tvorí rRNA ribozómy - organely, ktoré vykonávajú syntézu proteínov. V eukaryotických bunkách prebieha syntéza rRNA v jadierku. funkcie rRNA: 1) nevyhnutná štrukturálna zložka ribozómov a teda zabezpečenie fungovania ribozómov; 2) zabezpečenie interakcie ribozómu a tRNA; 3) počiatočná väzba ribozómu a iniciačného kodónu mRNA a určenie čítacieho rámca, 4) vytvorenie aktívneho centra ribozómu.
Informačná RNA sa líšili obsahom nukleotidov a molekulovou hmotnosťou (od 50 000 do 4 000 000). Podiel mRNA tvorí až 5 % z celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie mRNA: 1) prenos genetickej informácie z DNA do ribozómov, 2) matrica na syntézu molekuly proteínu, 3) určenie sekvencie aminokyselín primárnej štruktúry molekuly proteínu.
Štruktúra a funkcie ATP
Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP) je univerzálnym zdrojom a hlavným akumulátorom energie v živých bunkách. ATP sa nachádza vo všetkých rastlinných a živočíšnych bunkách. Množstvo ATP je v priemere 0,04% (surovej hmoty bunky), najväčšie množstvo ATP (0,2-0,5%) sa nachádza v kostrových svaloch.
ATP pozostáva zo zvyškov: 1) dusíkatej bázy (adenín), 2) monosacharidu (ribózy), 3) troch fosforečných kyselín. Keďže ATP neobsahuje jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej, patrí medzi ribonukleozidtrifosfáty.
Pre väčšinu typov prác vyskytujúcich sa v bunkách sa využíva energia hydrolýzy ATP. Súčasne, keď sa odštiepi koncový zvyšok kyseliny fosforečnej, ATP sa premení na ADP (kyselina adenozíndifosforečná), keď sa odštiepi druhý zvyšok kyseliny fosforečnej, stane sa AMP (kyselina adenozínmonofosforečná). Výťažok voľnej energie pri eliminácii koncových aj druhých zvyškov kyseliny fosforečnej je po 30,6 kJ. Odštiepenie tretej fosfátovej skupiny je sprevádzané uvoľnením len 13,8 kJ. Väzby medzi koncovým a druhým, druhým a prvým zvyškom kyseliny fosforečnej sa nazývajú makroergické (vysokoenergetické).
Zásoby ATP sa neustále dopĺňajú. V bunkách všetkých organizmov dochádza k syntéze ATP v procese fosforylácie, t.j. pridanie kyseliny fosforečnej k ADP. Fosforylácia prebieha s rôznou intenzitou pri dýchaní (mitochondrie), glykolýze (cytoplazma), fotosyntéze (chloroplasty).
ATP je hlavným spojivom medzi procesmi sprevádzanými uvoľňovaním a akumuláciou energie a procesmi, ktoré si energiu vyžadujú. Okrem toho je ATP spolu s ďalšími ribonukleozidtrifosfátmi (GTP, CTP, UTP) substrátom pre syntézu RNA.
Ísť do prednášky №3„Štruktúra a funkcia bielkovín. Enzýmy»
Ísť do prednáška číslo 5„Bunečná teória. Typy bunkovej organizácie»
1. Vyberte príklady funkcií bielkovín, ktoré vykonávajú na bunkovej úrovni života.
1) zabezpečujú transport iónov cez membránu
2) sú súčasťou vlasov, peria
3) formovanie kože
4) protilátky viažu antigény
5) ukladať kyslík vo svaloch
6) zabezpečiť prácu deliaceho vretena
2. Vyberte vlastnosti RNA.
1) nachádza sa v ribozómoch a jadierku
2) schopné replikácie
3) pozostáva z jedného reťazca
4) je obsiahnutý v chromozómoch
5) súbor nukleotidov ATHC
6) súbor nukleotidov AGCU
3. Aké sú funkcie lipidov v tele zvierat?
1) enzymatické
2) skladovanie
3) energia
4) štrukturálne
5) kontraktilné
6) receptor
4. Aké sú funkcie uhľohydrátov v tele zvierat?
1) katalytické
2) štrukturálne
3) skladovanie
4) hormonálne
5) kontraktilné
6) energia
5. Proteíny, na rozdiel od nukleových kyselín,
1) podieľať sa na tvorbe plazmatickej membrány
2) sú súčasťou chromozómov
3) podieľať sa na humorálnej regulácii
4) vykonávať prepravnú funkciu
5) vykonávať ochrannú funkciu
6) prenos dedičnej informácie z jadra do ribozómu
6. Ktorý z nasledujúcich proteínov nemožno nájsť vo svalovej bunke?
2) hemoglobín
3) fibrinogén
5) RNA polymeráza
6) trypsín
7. Vyberte vlastnosti štruktúry proteínových molekúl.
1) sú tvorené mastnými kyselinami
2) pozostávajú z aminokyselín
3) monoméry molekuly sú držané peptidovými väzbami
4) pozostávajú z monomérov rovnakej štruktúry
5) sú viacsýtne alkoholy
6) kvartérna štruktúra molekúl pozostáva z niekoľkých globúl
8. Vyberte si tri funkcie, ktoré sú jedinečné pre proteíny.
1) energia
2) katalytické
3) motor
4) doprava
5) štrukturálne
6) skladovanie
9. Aké sú funkcie molekúl sacharidov a lipidov v bunke?
1) informácie
2) katalytické
3) konštrukcia
4) energia
5) skladovanie
6) motor
10. Všetky nasledujúce chemické prvky, okrem dvoch, sú organogény. Identifikujte dve funkcie, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a ako odpoveď zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) vodík
5) kyslík
11. Všetky nasledujúce chemické prvky, okrem dvoch, sú makroživiny. Identifikujte dve funkcie, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a ako odpoveď zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené.
12. Vyberte si TRI funkcie DNA v bunke
1) sprostredkovateľ pri prenose dedičných informácií
2) uchovávanie dedičných informácií
3) kódovanie aminokyselín
4) templát pre syntézu mRNA
5) regulačné
6) štruktúrovanie chromozómov
13. molekula DNA
1) polymér, ktorého monomérom je nukleotid
2) polymér, ktorého monomérom je aminokyselina
3) dvojreťazcový polymér
4) jednoreťazcový polymér
5) obsahuje dedičnú informáciu
6) plní v bunke energetickú funkciu
14. Aké sú vlastnosti molekuly DNA?
1) pozostáva z jedného polypeptidového vlákna
2) pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov stočených do špirály
3) má nukleotid obsahujúci uracil
4) má nukleotid obsahujúci tymín
5) uchováva dedičnú informáciu
6) prenáša informácie o štruktúre proteínu z jadra do ribozómu
15. Monosacharidy v bunke vykonávajú tieto funkcie:
1) energia
2) základné zložky polymérov
3) informácie
4) základné zložky nukleových kyselín
5) ochranný
6) doprava
16. Ako sa molekula mRNA líši od DNA?
1) prenáša dedičnú informáciu z jadra do ribozómu
2) zloženie nukleotidov zahŕňa zvyšky dusíkatých zásad, sacharidov a kyseliny fosforečnej
3) pozostáva z jedného polynukleotidového vlákna
4) pozostáva z dvoch vzájomne prepojených polynukleotidových reťazcov
5) obsahuje sacharidovú ribózu a dusíkatú bázu uracil
6) obsahuje sacharid deoxyribózu a dusíkatú bázu tymín
17. Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, sú funkciami lipidov. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
1) skladovanie
2) hormonálne
3) enzymatické
4) nosič dedičnej informácie
5) energia
18. Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, možno použiť na opísanie dôležitosti bielkovín v ľudskom a zvieracom tele. Identifikujte dve funkcie, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a ako odpoveď zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) slúžia ako hlavný stavebný materiál
2) sa v čreve rozkladajú na glycerol a mastné kyseliny
3) sú tvorené z aminokyselín
4) premenený na glykogén v pečeni
5) keďže enzýmy urýchľujú chemické reakcie
19. Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, možno použiť na opis molekuly DNA. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
4) schopný sebazdvojnásobenia
5) v komplexe s proteínmi tvorí chromozómy
20. Všetky nasledujúce znaky, okrem dvoch, možno použiť na určenie funkcií lipidov v bunke. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
1) skladovanie
2) regulačné
3) doprava
4) enzymatické
5) budova
21. Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, možno použiť na opis funkcií nukleových kyselín v bunke. Identifikujte dve funkcie, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a ako odpoveď zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) vykonávať homeostázu
2) prenos dedičnej informácie z jadra do ribozómu
3) podieľať sa na biosyntéze bielkovín
4) sú súčasťou bunkovej membrány
5) transport aminokyselín
22. Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, možno použiť na opis molekuly DNA. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
1) pozostáva z dvoch reťazí tvoriacich špirálu
2) obsahuje ATHC nukleotidy
3) obsahuje ribózový cukor
4) sebazdvojnásobenie
5) podieľa sa na procese prekladu
23. Všetky znaky uvedené nižšie okrem dvoch možno použiť na opis molekuly inzulínu. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke
1) pozostáva z aminokyselín
2) hormón nadobličiek
3) katalyzátor mnohých chemických reakcií
4) hormón pankreasu
5) látka bielkovinovej povahy
24 Na opis albumínu vaječného bielka možno použiť všetky nasledujúce vlastnosti okrem dvoch. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
1) pozostáva z aminokyselín
2) tráviaci enzým
3) pri varení vajca reverzibilne denaturuje
4) monoméry sú spojené peptidovými väzbami
5) molekula tvorí primárne, sekundárne a terciárne štruktúry
25. Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, možno použiť na opis molekuly RNA. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
1) pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov stočených do špirály
2) prenáša informácie na miesto syntézy bielkovín
3) v komplexe s proteínmi vytvára telo ribozómu
4) schopný sebazdvojnásobenia
5) transportuje aminokyseliny do miesta syntézy bielkovín
26. Všetky znaky uvedené nižšie okrem dvoch možno použiť na opis molekuly škrobu. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
1) pozostáva z jedného reťazca
2) vysoko rozpustný vo vode
3) v komplexe s proteínmi tvorí bunkovú stenu
4) podlieha hydrolýze
5) je rezervná látka vo svalových bunkách
Pamätajte!
Prečo sú nukleové kyseliny klasifikované ako heteropolyméry?
Pozostávajú z rôznych monomérov – nukleotidov, no samotné nukleotidy sa v niektorých štruktúrach líšia.
Čo je to monomér nukleovej kyseliny?
Nukleotidy
Aké funkcie nukleových kyselín poznáte?
Uchovávanie a prenos dedičných informácií. DNA obsahuje informácie o primárnej štruktúre všetkých bielkovín, ktoré telo potrebuje. Táto informácia je zaznamenaná v lineárnej sekvencii nukleotidov. Keďže proteíny hrajú v živote tela primárnu úlohu, podieľajú sa na štruktúre, vývoji a metabolizme, možno tvrdiť, že DNA ukladá informácie o tele. V RNA každý z jej typov vykonáva svoju funkciu v závislosti od svojej štruktúry. mRNA je kópia segmentu DNA, ktorý obsahuje informácie o počte, zložení a sekvencii aminokyselinových zvyškov, ktoré určujú štruktúru a funkcie molekuly proteínu. Táto RNA obsahuje plán konštrukcie molekuly polypeptidu. tRNA – jej úlohou je pripojiť molekulu aminokyseliny a dopraviť ju na miesto syntézy bielkovín. rRNA - spája sa s proteínom a vytvára špeciálne organely - ribozómy, na ktorých sú molekuly proteínov zostavené v bunke akéhokoľvek živého organizmu.
Aké vlastnosti živých organizmov priamo určuje štruktúra a funkcie nukleových kyselín?
Dedičnosť, premenlivosť, rozmnožovanie
Skontrolujte si otázky a úlohy
1. Čo sú to nukleové kyseliny? Prečo dostali také meno?
Nukleové kyseliny sú biopolyméry, ktorých monoméry sú nukleotidy. Z lat. "jadrá" - jadro, keďže tieto kyseliny sú umiestnené alebo syntetizované v jadre, alebo v prokaryotoch, funkciu jadrovej informácie plní nukleoid (DNA alebo RNA).
2. Aké typy nukleových kyselín poznáte?
DNA, RNA: i-RNA, t-RNA, r-RNA.
4. Vymenujte funkcie DNA. Ako súvisí štruktúra a funkcie DNA?
Ukladanie a prenos dedičných informácií – DNA sa nachádza striktne v jadre.
Molekula DNA je schopná samoreplikácie zdvojením. Pôsobením enzýmov sa rozvinie dvojitá špirála DNA, prerušia sa väzby medzi dusíkatými bázami.
DNA obsahuje informácie o primárnej štruktúre všetkých bielkovín, ktoré telo potrebuje. Táto informácia je zaznamenaná v lineárnej sekvencii nukleotidov.
Keďže proteíny hrajú v živote tela primárnu úlohu, podieľajú sa na štruktúre, vývoji a metabolizme, možno tvrdiť, že DNA ukladá informácie o tele.
5. Aké typy RNA existujú v bunke, kde sa syntetizujú? Uveďte ich funkcie.
i-RNA, t-RNA, r-RNA.
i-RNA – syntetizovaná v jadre na templáte DNA, je základom pre syntézu bielkovín.
tRNA je transport aminokyselín do miesta syntézy bielkovín – do ribozómov.
rRNA - syntetizovaná v jadierkach jadra a tvorí samotné ribozómy bunky.
Všetky typy RNA sa syntetizujú na templáte DNA.
6. Stačí vedieť, ktorý monosacharid je súčasťou nukleotidov, aby sme pochopili, o akej nukleovej kyseline hovoríme?
Áno, RNA obsahuje ribózu.
DNA obsahuje deoxyribózu.
Typy RNA nebude možné rozpoznať podľa jedného monosacharidu.
7. Fragment jedného reťazca DNA má nasledujúce zloženie: A-G-C-G-C-C-C-T-A-. Pomocou princípu komplementarity dokončite druhý reťazec.
A-G-C-G-C-C-C-T-A
T-C-G-C-G-G-G-A-T
Myslieť si! Pamätajte!
1. Prečo sú v bunkách tri typy molekúl RNA, ale iba jeden typ DNA?
DNA je najväčšia molekula, nemôže opustiť jadro, póry sú príliš malé. RNA sú malé molekuly, z ktorých každá vykonáva svoju vlastnú funkciu, pričom v bunke zabezpečuje rôzne funkcie. Na matrici DNA možno súčasne syntetizovať mnoho typov RNA a všetky z nich vykonávajú svoje funkcie.
3. Aké typy RNA budú rovnaké vo všetkých organizmoch? Ktorý typ RNA má najväčšiu variabilitu? Vysvetlite svoj uhol pohľadu.
i-RNA a t-RNA budú rovnaké pre všetky organizmy, pretože biosyntéza proteínov prebieha podľa jediného mechanizmu a t-RNA nesie rovnakých 20 aminokyselín. rRNA môže byť odlišná.
