81506

Вторичная и третичная структура ДНК. Денатурация, ренативация ДНК. Гибридизация, видовые различия первичной структуры ДНК

Доклад

Биология и генетика

Вторичная структура ДНК. В 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком была предложена модель пространственной структуры ДНК. Согласно этой модели, молекула ДНК имеет форму спирали, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Двойная спираль правозакрученная, полинуклеотидньхе цепи в ней антипараллельны

Русский

2015-02-20

108.02 KB

2 чел.

Вторичная и третичная структура ДНК. Денатурация, ренативация ДНК. Гибридизация, видовые различия первичной структуры ДНК.

Вторичная структура ДНК. В 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком была предложена модель пространственной структуры ДНК. Согласно этой модели, молекула ДНК имеет форму спирали, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Двойная спираль правозакрученная, полинуклеотидньхе цепи в ней антипараллельны т.е. если одна из них ориентирована в направлении 3'→5', то вторая - в направлении 5'→3'. Поэтому на каждом из концов молекулы ДНК расположены 5'-конец одной цепи и 3'-конец другой цепи. Все основания цепей ДНК расположены внутри двойной спирали, а пентозофосфатный остов - снаружи. Полинуклеотидные цепи удерживаются относительно друг друга за счёт водородных связей между комплементарными пуриновыми и пиримидиновыми азотистыми основаниями А и Т (две связи) и между G и С (три связи). 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). Комплементарые основания уложены в стопку в сердцевине спирали. Между основаниями двухцепочечной молекулы в стопке возникают гидрофобные взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль. Такая структура исключает контакт азотистых остатков с водой, но стопка оснований не может быть абсолютно вертикальной. Пары оснований слегка смещены относительно друг друга. В образованной структуре различают две бороздки - большую, шириной 2,2 нм, и малую, шириной 1,2 нм. Азотистые основания в области большой и малой бороздок взаимодействуют со специфическими белками, участвующими в организации структуры хроматина.

Третичная структура ДНК (суперспирализация ДНК). Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. В диплоидных клетках человека содержится 46 хромосом. Общая длина ДНК всех хромосом клетки составляет 1,74 м, но она упакована в ядре, диаметр которого в миллионы раз меньше. Чтобы расположить ДНК в ядре клетки, должна быть сформирована очень компактная структура. 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: гисгоновые и негистоновые белки. Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином.Гистоны - белки с молекулярной массой 11-21 кД, содержащие много остатков аргинина и лизина. Благодаря положительному заряду гистоны образуют ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами, расположенными на внешней стороне двойной спирали ДНК. Существует 5 типов гистонов. Четыре гистона Н2А, Н2В, НЗ и Н4 образуют октамерный белковый комплекс (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)2, который называют "нуклеосомный кор" (от англ.nucleosome core). Молекула ДНК "накручивается" на поверхность гистонового октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нуклеоти-дов). Такой комплекс гистоновых белков с ДНК служит основной структурной единицей хроматина, её называют "нуклеосома". ДНК, связывающую нуклеосомные частицы, называют линкерной ДНК. В среднем линкерная ДНК составляет 60 пар нуклеотидных остатков. Молекулы гистона H1 связываются с ДНК в межнуклеосомных участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от действия нуклеаз. В ядре каждой клетки присутствует около 60 млн молекул каждого типа гистонов, а общая масса гистонов примерно равна содержанию ДНК. Аминокислотные остатки лизина, аргинина и концевые аминогруппы гистонов могут модифицироваться: ацетилироваться, фосфорилироваться, метилироваться или взаимодействовать с белком убиквитином (неги-стоновый белок). Модификации бывают обратимыми и необратимыми, они изменяют заряд и конформацию гистонов, а это влияет на взаимодействие гистонов между собой и с ДНК. Активность ферментов, ответственных за модификации, регулируется и зависит от стадии клеточного цикла. Модификации делают возможными конформационные перестройки хроматина. Негистоновые белки хроматина. В ядре эукариотической клетки присутствуют сотни самых разнообразных ДНК-связывающих негистоновых белков. Каждый белок комплементарен определённой последовательности нуклеотидов ДНК (сайт ДНК). К этой группе относят семейство сайт-специфических белков типа "цинковые пальцы". Каждый "цинковый палец" узнаёт определённый сайт, состоящий из 5 нуклеотидных пар. Другое семейство сайт-специфических белков - гомодимеры. Фрагмент такого белка, контактирующий с ДНК, имеет структуру "спираль-поворот-спираль". К группе структурных и регуляторных белков, которые постоянно ассоциированы с хроматином, относят белки высокой подвижности (HMG-белки - от англ, high mobility gel proteins). Они имеют молекулярную массу менее 30 кД и характеризуются высоким содержанием заряженных аминокислот. Благодаря небольшой молекулярной массе HMG-белки обладают высокой подвижностью при электрофорезе в полиакриламидном геле. К негистоновым белкам принадлежат также ферменты репликации, транскрипции и репарации. При участии структурных, регуляторных белков и ферментов, участвующих в синтезе ДНК и РНК, нить нуклео-сом преобразуется в высококонденсированный комплекс белков и ДНК. Образованная структура в 10 000 раз короче исходной молекулы ДНК.

Вторичная структура нуклеиновых кислот образуется за счёт слабых взаимодействий - водородных и гидрофобных. Поэтому если водный раствор ДНК нагреть до 100 °С, то связи, удерживающие две цепи двойной спирали вместе, разрушаются. В результате разрыва водородных и гидрофобных связей цепи ДНК расходятся. Этот процесс называют "денатурация". Однако если раствор, содержащий денатурированную ДНК, очень медленно охлаждать, то могут получиться двухспиральные структуры, идентичные исходным. Такой процесс получил название "ренативация".

На явлении денатурации и ренативации основан метод, называемый "молекулярная гибридизация". Процесс гибридизации может осуществляться между двумя любыми цепями нуклеиновых кислот (ДНК-ДНК, ДНК-РНК) при условии, что они содержат комплементарные последовательности нуклеотидов. Такие гибридные структуры можно выделить центрифугированием в градиенте плотности сахарозы или наблюдать в электронном микроскопе. Если раствор, содержащий образцы ДНК 1 и 2, выделенные из организмов разных видов, денатурировать, а затем провести ренатива-цию, то образуются двухспиральные структуры. Но наряду с исходными ДНК 1 и ДНК 2 образуются гибридные двойные спирали, содержащие цепь ДНК образца 1 и цепь ДНК образца 2, где присутствуют как спирализо-ванные, так и неспирализованные участки. В неспирализованных участках фрагменты цепей ДНК не комплементарны, т.е. в ходе гибридизации получаются несовершенные гибриды. Методом молекулярной гибридизации можно установить:

  1.  сходство и различие первичной структуры разных образцов нуклеиновых кислот;
  2.  различие ДНК, выделенных из организмов разных видов;
  3.  идентичность ДНК всех органов и тканей одного организма.

При проведении гибридизации ДНК-РНК были выделены гибридные молекулы, содержащие одну цепь ДНК и одну цепь РНК. Если для эксперимента были взяты ДНК и РНК (первичный транскрипт), выделенные из одного организма, то образовывались совершенные гибриды, потому что молекула РНК комплементарна цепи ДНК. Гибридизацией ДНК-РНК было впервые установлено, что все виды РНК клетки имеют на молекуле ДНК комплементарные участки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23597. Синтаксический анализ 184 KB
  При использовании синтаксического анализа происходит интерпретация отдельных частей высказывания а не всего высказывания в целом. Деревья анализа и свободноконтекстные грамматики. Большинство способов синтаксического анализа реализовано в виде деревьев. Свободноконтекстная грамматика широко используется в машинных языках и с ее помощью созданы высокоэффективные методы анализа.
23598. Метаязыки формального описания семантических структур 17.5 KB
  Метаязыки формального описания семантических структур. Семантические метаязыки различаются: по объекту который они описывают морфема лексема словосочетание предложение текст в целом. по аспекту языковой структуры который они отражают: парадигматический аспект синтагматический аспект Сходимость МЯ возможность переводить с одного МЯ на другой. значение словосочетаний исследуется в парадигматическом аспекте при помощи тех же МЯ описания что и лексемы в синтагматическом плане: язык лексических параметров и функций Апресян понятие...
23599. Автоматизация анализа письменного текста: основные подходы к решению проблемы 16 KB
  ТБД автоматизированная система инвентаризации и машинного представления терминологической лексики и ее семантизации в системах машинного и человекомашинного речевого общения. Научные задачи: моделирование терминологической системы РЯ как системы подсистем построение общенаучных и общетеоретических тезаурусов исследование русской терминологии Типы традиционного использования ТБД: справочноинформационное обслуживание специалистов различных областей знания обеспечение традиционного перевода научнотехнической литературы обеспечение АСОТ...
23600. Когнитивная лингвистика и ее основные исследовательские программы 19.5 KB
  Когнитивная лингвистика и ее основные исследовательские программы. Когнитивная наука некий раздел научного знания центральное понятие которого знание и репрезентация исследовательская дисциплина изучающая устройство человеческого сознания используя различные способы репрезентации и компьютерную метафору совокупность современных эмпирических знаний направленных на поиск ответов на давние эпистимологические вопросы особенно о природе знания Когнитивная лингвистика подход который допускает в лигвитсике применение методов когнитивной...
23601. Понимание речи 32.5 KB
  Системы понимания речи СПР имеют дело со связанными единицами речи такими как фразы предложения и даже параграфы так как понимание изолированных слов может означать только тривиальный процесс сопоставления некоторого значения к каждому слову словаря системы. Понимание связанной речи очень сложная задача и на проект СПР повлияли исследования в таких разных областях как акустическая обработка сигнала нейрофизиология психолингвистика психология. СПР была создана чтобы понимать всего нескольких дикторов одного диалекта производя...
23602. Автоматический морфологический анализ. Соотношение словаря и анализа 12.5 KB
  Автоматический морфологический анализ. Соотношение словаря и анализа. Автоматический морфологический анализ АМА анализ отдельно взятой словоформы и всех тех сведений которые из нее можно извлечь безотносительно к тому относятся ли эти сведения к морфологии или нет. АМА определяется двумя факторами: 1 тип ЕЯ подвергаемого анализу 2 тип алгоритма авт.
23603. Сущность прикладной лингвистики как особого подхода к языковым явлениям. Характерные черты прикладных методик 12.5 KB
  Методология прикладного исследования должна учитывать многоаспектность многоуровневость открытость языкового механизма. Методология совокупность общих принципов определяющая способ исследования какоголибо явления; определяет взгляд на объект как к нему подойти; философские принципы исследования явлений. Метод определенный тип способа исследования определяемый инструментами которые используются при изучении объекта исследования метод компьютерного моделирования статистический метод Собственно лингвистические методы:...
23604. Понятие репрезентации в науках о языке и мышлении человека 16 KB
  Операционная система MSDOS основные группы команд. Функции ОС: управление памятью управление вводомвыводом управление файловой системой управление взаимодействием процессов диспетчеризация процессов защита и учет использования ресурсов обработка командного языка MSDOS Microsoft: PCDOS IBM вариант MSDOS DRDOS Digital Research совместима с MSDOS; OS2 для машин IBM PS2 series UNIX Macintosh OS MAINFRAMES . Модульная структура MSDOS: 1. IBMDOS.
23605. СЕМАНТИЧЕСКИЕ СЕТИ 46.5 KB
  Выразительная сила больше не является решающим аргументом в пользу выбора сетей или линейных форм записи поскольку идеи записанные с помощью одной формы записи могут быть легко переведены в другую. Надписи над дугами означают что собака является агентов гложения кость является объектом гложения а жадность это манера гложения. В этом предложении сообщено что когда предложение €œWhile a dog was eating a bone€ являлось истинным второе предложение €œA cat passed unnoticed€ также является истинным. На рисунке 3 показано что собака...