28
Универзитет “ Гоце Делчев “- Штип Земјоделски факултет Семинарска работа по предметот Биохемија на тема: Нуклеински киселини Ментор Изработиле:

Seminar - Nukleinski Kiselina

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Seminar - Nukleinski Kiselina

Citation preview

Page 1: Seminar - Nukleinski Kiselina

Универзитет “ Гоце Делчев “- Штип

Земјоделски факултет

Семинарска работа по предметот Биохемија на тема:

Нуклеински киселини

Ментор Изработиле:

Штип, Мај 2012

Page 2: Seminar - Nukleinski Kiselina

Содржина:

Вовед .......................................................................................................................... 1

Нуклеински киселина ................................................................................................. 2

Споредба на ДНК и РНК ............................................................................................ 7

Општи својства ........................................................................................................... 7

Нуклеотиди .................................................................................................................. 9

Деоксирибонуклеинска киселина (ДНК) .................................................................. 10

Структура на ДНК ...................................................................................................... 11

Протеинска синтеза .................................................................................................. 12

Градба на ДНК ........................................................................................................... 12

Репликација на ДНК .................................................................................................. 13

Заклучок ....................................................................................................................... 17

Литература ............................................................................................................... 18

Page 3: Seminar - Nukleinski Kiselina

Вовед

На првата изолација на она што ние сега се однесува како ДНК беше

сторено од страна на Johann Friedrich Miescher приближно 1870 година. Тој

објави наоѓањеслабо кисела супстанца на непозната функција во јадрата на

човековите бели крвни клетки, и го носи името на овој материјал "nuclein". Неколку

години подоцна,Miescher одделени nuclein во протеин и нуклеинска

киселина компоненти. Во 1920-тите нуклеинските киселини беа пронајдени да

биде главни компоненти на хромозоми, мали ген пренесуваат тела во јадрата на

комплексни ќелии.Елементарниот анализа на нуклеински киселини покажа

присуство на фосфор, воприлог на вообичаените C, H Н & О разлика

од протеини, нуклеински киселини содржани нема сулфур. Целосно хидролиза

на нуклеинските киселини хромозомскидаде неоргански фосфати, 2-

деоксирибоза (а претходно непознати шеќер) и четири

различни хетероциклични бази (прикажани во следниот дијаграм). Да се одразува

на необичен шеќер компонента, хромозомски нуклеинските киселини се

нарекуваатдеоксирибонуклеинска киселина, со

кратенка ДНК. Аналогно нуклеинските киселиниво која шеќер компонента

е рибоза се нарекува рибонуклеинска киселина, со кратенка РНК. На

кисела карактер на нуклеинските киселини се припишува нафосфорна

киселина половина.

Page 4: Seminar - Nukleinski Kiselina

Нуклеински киселина

Нуклеинските киселини се јавуваат во две форми,дезоксирибонуклеинска

киселина (ДНК) и рибонуклеинска киселина (РНК).Примарното нивната функција

опфаќа складирање и пренесување на генетските информации,но можат да имаат

и други структурни и каталитички улоги.

Нуклеинските киселини претставуваат линеарни,неразградени

макромолекули од долги низи (вериги) на мономери наречени нуклеотиди.Секој

нуклеотид е составен од три деа:шеќер со пет јаглеродни

атоми(пентоза),хетероциклична азотна база и негативно на електризирана

фосфатна група,одговорна за киселите својства. Шеќерот и азотната база заедно

формираат нуклеозид,поради што нуклеотидите се познати и како нуклеозидни

монофосфати.Азотната база е поврзана со 1,а фосфатот со 5 јаглеродот од

шеќерот.За време на составувањето на верига од нуклеинска

киселина,хидроксилната група прикачена за 3 јаглеродот од шеќерот на еден

нуклеотид се поврзува со естерска врска за фосфатната група прикачена за 5

јаглеродот од наредниот нуклеотид со веригата.На тој начин нуклеотидите од

една верига ДНК (или РНК) се поврзани со 3-5 фосфодиестерска врска бидејќи

фосфатниот атом е естерифициран со два кислородни атоми,по еден од двата

соединети шеќери (слика 1).

Името на нуклеинските киселини потекнува од шеќерот кој влегува во

нивната структура,РНК содржи β-D-рибоза,додека ДНК содржи 2-дезокси-β-D-

рибоза која се разликува со отсуство на кислород на 2 јаглеродот.Верига од ДНК

(или РНК) содржи четири различни типови на нуклеотиди кои се разликуваат по

нивната азотна база.Во нуклеинските киселини има два типа на бази:пиримидини

и пурини.Пиримидините се помали молекули составени од еден прстен,пурините

се поголеми,составени од два прстени.РНК-ите имаат два различни

2

Page 5: Seminar - Nukleinski Kiselina

пурини,аденин и гванин како и два различни пиримидини,цитозин и урацил.Во

ДНК,урацилот е заменет со тимин,пиримидин со дополнителна метил група

поврзана за прстенот за јаглеродот во положба 5.

Азотните бази формираат водородни врски на високоспецифичен

начин.Азотните атоми врзани за јаглерод 4 од цитозин и јаглерод 6 од аденин се

претежно во амино (NH2) конфигурација наместо во имино (NH) форма.На сличен

начин,кислородните атоми врзани за јаглерод 6 од гванин и јаглерод 4 од тимин

се претежно во кето (С = O) конфигурација наместо во енол (С-OН) форма.Овие

структурални рестрикции на конфигурациите од базите сугерираат дека аденинот

е единствениот пурин кој е структурално способен да се врзува со тимин и дека

гванинот е единствениот пурин кој е способен да се врзува со цитозин.Имено

пурините се комплементарни само со пиримидините,пиримидин-пиримидин

паровите се енергетски нестабилни поради тоа што молекулите се многу

оддалечини една од друга за да се формира стабилна водородна врска,додека

пак пурин-пурин паровите се многу блиску поради што доаѓа до нивно

одбивање.Спарувањето помеѓу А-С и G-T се случува поради постоењето на

комплементарност меѓу водород донорните и акцепторните

места.Затоа,единствени можни парови A-T и A-U (поврзани со 2 водородни врски)

и G-C (поврзани со 3 водородни врски),G и U,со две водородни врски.

Молекулата на ДНК е составена од две комплементарни вериги од

нуклеотиди,спирално извиткани една околу друга за да формираат пар од хеликси

кои се ориентирани кои десно.Молекулата на РНК е составен од само една верига

на нуклеотиди,меѓутоа таа може да се извитка околу себе и да гормира

комлементарни базни парови за да направи уникатна секундарна структура.Двете

вериги од кои е составен еден двоен хеликс се движат во спротивни насоки тие се

антипаралелни.На тој начин,ако едната верига е насочена во 5 → 3

правец,нејзиниот партнер мора да биде насочен 3 → 5 правец.Шеќер-

фосфат-’рбетот од секоја нишка е лоциран на надворешната страна од

молекулата.Фосфатните групи и даваат на молекулата голем негативен

3

Page 6: Seminar - Nukleinski Kiselina

полнеж.Ова ја прави молекулата на ДНК поларна,а со тоа и растворлива во

вода.Азотните бази се протегаат кон центарот и се поставени нормално на

надолжната оска на молекулата,поради што на молекулата и даваат изглед на

спирални скали (слика 2а).Освеб водородни врски,помеѓу азотните бази постојат и

Ван дер Валсови сили и хидрофобни интеракции со што се обезбедува

стабилност на целата ДНК молекула.Двојниот хеликс прави едно целосно

свртување на секои 10 резидуи(3.4nm).Просторите меѓу соседни свртувања на

хеликсот формираат два жлеба со различна широчина-поширок голем жлеб и

потечен мал жлеб-кои се извиткуваат околу надворешната површина од двојниот

хеликс.Протеините кои се врзуваат за ДНК честопати содржат домени кои се

сместуваат во овие жлебови.

Нарушувањето на секундарната структурамна ДНК кое настанува поради

раскинување на водородните врски меѓу комплентарните бази се нарекува

денатурација.Според тоа денатурираната ДНК е едноверижна.Процесот е

реверзибилен,при што реконтрукцијата на хеликсот се нарекува

ренатурација.Овие процеси се одвиваат и во физиолошки услови за време на

репликација и транскрипција (слика 2б,в,г).Во лабораториски

услови,денатурацијата настанува на висока температура (>75°С),во базна

средина или во присуство на одредени агенси,на пр.уреа.Температурата на која

половина од хеликсите на ДНК се денатурирани се нарекува точка на топење

(Тm).Точката на топење зависи од должината и специфичната нуклеотидна

секвенца на молекулата.Сегментите на ДНК со повеќе G-C парови (односно со

висока GC содржина)потешко се денатурираат поради тоа што помеѓу нив

постојат 3 водородни врски,па поради тоа имаат повисока точка на топење.

4

Page 7: Seminar - Nukleinski Kiselina

Слика 1 4

Page 8: Seminar - Nukleinski Kiselina

Слика 2 6

Page 9: Seminar - Nukleinski Kiselina

Споредба на ДНК и РНК

Сите нуклеински киселини (ДНК и РНК) функционираат заедно (поврзано)

во пренесувањето на наследните својства и во процесот синтеза на

протеините.Но, тие се разликуваат во нивната градба (структура) и функција:

Табела: Главни разлики меѓу ДНК и РНК

Карактеристики на ДНК Карактеристики на РНК

Големина на молекулот од неколку илјади до неколку милиони нуклеотиди

Варира од 100 до 100 000 и повеќе нуклеотиди

Се среќава највеќе во јадрото и други органели (хлоропласти,митохондрии)

Се среќава во јадрото и во цитоплазмата.

Се состои од две комплетарни полинуклеотидни низи (хеликс)

Се состои од една полинуклеотидна низа која е комплементарна со една низа од ДНК (бидејќи настанува од неа)

Во својата структура го содржи моносахаридот деоксирибоза

Во својата структура го содржи моносахаридот рибоза

Се состои од пиримидинските бази цитозин и тимин

Се состои од пиримидинските бази цитозин и урацил

Според функцијата, има една и единствена ДНК

Според функцијата, има три вида на РНК:рибозомска,транспортна и информациона РНК

Општи својства

Нуклеинските киселини се многу големи молекули кои имаат два основни

делови. "‘Рбетот (скелетот)" на една нуклеинска киселина е изграден

7

Page 10: Seminar - Nukleinski Kiselina

од јаглехидрати и фосфатни молекули кои наизменично се менуваат и се к

поврзани во долг ланец.

Секоја од јаглехидратните групи во скелетот е приврзана за трета група на

молекула наречена нуклеотидна база.

Иако во една нуклеинска киселина се среќаваат само четири различни

видови на нуклеотидни бази, секоја ваква киселина содржи милиони бази

приврзани за неа. Редот по кој овие нуклеотидни бази се поставени во молекулите

на нуклеинските киселини претставува кодот за информацијата која се носи во

истата молекула на нуклеинска киселина. Со други зборови, нуклеотидните бази

служат како еден вид генетска азбука со која е кодирана структурата на

секој протеин во нашето тело.

Аденин Цитозин Тимин Урацил

8

Page 11: Seminar - Nukleinski Kiselina

Нуклеотиди

Нуклеотиди се органски молекули кои се состојат од азотни хетероциклични

дериват наречен "азотни бази" моносахариди остатоци и фосфат или

полифосфатна група.

Полинуклеотидни синџири на нуклеинските киселини како РНК и ДНК се

составени одмономери, односно нуклеотиди. Некои од нив играат важна улога

во пренос и трансформација на мобилните енергија и ензим пропис.

Азотни бази кои се вклучени во изградбата на нуклеотидни молекула може

да биде пуринска или пиримидински дериват. Главната пуринска деривати што се

случуваат во структурата на нуклеинските

киселини се аденозин и гванозин. Пиримидински бази и самите се тимин,

цитозин и урацил. Tиминат се најде само во ДНК молекули, и Урацил во

РНК молекули.

Азотни бази поврзани со пентоза C1-атом по атом N1 (за пиримидински)

и N9 (за пурините) на хетероциклични прстен. Оваа врска е преку формирање на

обврзницата гликозиди и доведува до формирање на нуклеозид.

9

Page 12: Seminar - Nukleinski Kiselina

Деоксирибонуклеинска киселина (ДНК)

Деоксирибонуклеинска киселина (ДНК) е нуклеинска киселина која се

содржи само во јадрото наклетката,за разлика од РНК која се среќава и во

цитоплазмата.Основната градба на ДНК е иста кај сите видови организми,со

исклучок на некои вируси.Молекулот  на ДНК е изграден од две

полинуклеоидни низи,специфично извиени во двојна спирала.Секоја низа е

полимер од мономерни единици нуклеотиди.Основна структурна единица на ДНК

претставува нуклеотидот.Тој е составен од три хемиски соединенија ковалентно

сврзани.Превото соединение претставува пентозен шеќер, по кој се разликуваат

ДНК и РНК, поточно деоксирибоза која влегува во состав на ДНК и рибоза која

влегува во состав на РНК.Второто сеоединение е азотна база на пуринот или

пирамидинот која е ковалентно сврзана за првиот јаглероден атом (1С) на

пентозата, при што се создава нуклеозид. Во молекулот на ДНК од пуринските

бази влегуваат:аденин(А) и гванин(G), а од пирамидинските бази: цитозин(С)и

тимин(Т). Во молекулот на РНК се наоѓаат истите бази, но на местото на тиминот

доаѓа урациот(U). Третото соединение во нуклеотидод претставува фосфорна

група или фосфорна киселина. Молекулите на ДНК се разликуваат по големина

(која зависи од бројот на нуклеотиди). Така, вирусната ДНК има неколку илјади

нуклеотиди, ДНК на бактеријалниот хромозом има неколку милиони нуклеотиди, а

во 46-те хромозоми на човекот - неколку милијарди нуклеотиди. ДНК е одговорна

за пренесувањето на наследните својства на организмите, како и за

нивната менливост.Таа е материјален носител на информацијата за синтеза на

протеините и рибонуклеинските киселини (РНК).

10

Page 13: Seminar - Nukleinski Kiselina

Структура на ДНК

ДНК се состои од два долги испреплетени ланци составени од фосфати и

шеќер деоксирибоза.За секој молекул на шеќер се врзува со по една од четирите

азотни бази-аденин(А),гуани(Г),цитозин(Ц) или тимин(Т).Преку овие бази

водородните врски се поврзани со два спротивни ланци,при што секоаш се врши

поврзување на аденин и тимин,односно цитозин и гуанин.На тој начин редоследот

на базите во еден ланец во потполност зависи од редоследот,на базата на

другиот,комплетарен ланец.Ова својство е од големо значење на ќелијската

делба и пренесувањето на наследниот материјал бидејќи овозможува

пренесување на идентични копии на ДНК во ќерките ќелии.

Дезоксирибонуклеинската киселина (ДНК) како значаен полинуклеотиден

макромолекул претставува составна компонента на клетките кај сите живи

организми.

Преку рентгенски анализи најчиста ДНК е утврдено дека:

1.Пуринските и пирамидските бази претставуваат плочести дводимензионални

структури-наредни под прав агол по должината на оската на полипептидната

верига со меѓусебно растојание од 0,34 нм.

2.Полинуклеотидната верига е спирално извиткана околу централна оска,при што

едно спирално свртување се протега на растојание од 3,5 нм.

11

Page 14: Seminar - Nukleinski Kiselina

Протеинска синтеза

Една од најважните задачи на клетките е синтезанапротеините,

гигантски молекули кои ги содржат повеќето од клеточните функции. Наследниот

материјал познат како ДНА, кој се наоѓа во нуклеусот на ќелијата, раководи со

серија од чекори резултат на производството на протеините, создадени да ги

препознаат потребите на развојот и растењето на клетките.

Градба на ДНК

Дезоксирибонуклеинска киселина (ДНК) е молекул кој носи наследни

материи.Во него се наоѓаат упатства за синтеза на протеините,а неговите делови

12

Page 15: Seminar - Nukleinski Kiselina

(гени) содржат информации за синтеза на специфичните протеини негови

полипептидни ланци.Молекулот ДНК се состои од два комплементарни

нуклеотидни ланци,кои спирално се завиткуваат и се поврзуваат со водородни

врски.

Секој од овие два спирални ланци се состои од низа во која се менуваат

вкупно четири нуклеотиди (аденин,тимин,гуанин и цитозин).Секој нуклеотид се

состои од еден пентозен шеќер(дезоксирибоза),фосфорна група и една од

споменатите азотни бази.Надворешната страна на ланецот ја сочинуваат

скелетни делови,кои се состојат од дезоксирибоза и фосфорна група поврзани

така чинат спирални формации.

Нуклеинската киселина ДНК е полимер чија основна единица гради

нуклеотиди.Нуклеинската киселина содржи два типа на азотни бази:уринска

(аденин и гуанин) и пиримидинска (тимин,цитозин и урацил).Молекулот ДНК е

линеарно неразграден полимер така да може да се замисли како ланец чии

краеви се поедини нуклеотиди.Нуклеотидите се меѓусебно поврзани со

фосфодиестерски врски помеѓу С3 пентоза еден нуклеотид и С5 како следен

нуклеотид во низата.На едниот крај од молекулот останува слободна С3

хидроксилна група и тој крај се вика 5’ крај на молекулот.

Репликација на ДНК

Под поимот репликацијата се подразбира процес при кој се удвојува

молекулот на ДНК,односно од еден молекул настануваат два идентични

молекули.Единствен познат молекул способен за авторепликација

(авторепродукција) е молекулот на ДНК.Репликацијата на ДНК се одвива во

интерфазното јадро пред започнувањето на делбата на клетката.

13

Page 16: Seminar - Nukleinski Kiselina

РНК или рибонуклеинска киселина е нуклеинска киселина изградена од

една полинуклеотидна низа.Рибонуклеинските нуклеотиди содржат:

1. Јаглехидрат-рибоза

2. Азотни бази:

-Пурински-аденин (А) и гванин (G)

-Пиримидински-урацил (U) и цитозин (C)

3.Фосфорна киселина

РНК молекулот се синтезира на калапот од една ДНК низа (оттука и

сличноста со ДНК).Според тоа,РНК-низата содржи комплементарен распоред на

нуклеотидите

14

Page 17: Seminar - Nukleinski Kiselina

во однос на матичната ДНК полинуклеотидна низа.Молекулите на РНК се доста

различни.Така,во различни клетки на еден ист организам,па дури и во една

клетка,застапени се различни видови на РНК.Во зависност од некои структурни

особености и нивната специфична функција,се разликуваат повеќе видови на

РНК:

Рибозомска РНК,(r-RNA)-ја претставува главната маса на РНК во

клетката,бидејќи е застапена со повеќе од 50% од вкупната РНК во

клетката.Служи за изградба на рибозомите (откаде и името доаѓа),а се

синтезира во хромозомите на јадро.

Транспортна РНК,(t-RNA) - служи за транспорт на одделните амино

киселини до рибозомите во цитоплазмата.Се синтетизира од ДНК низата.

Информациона РНК,(i-RNA) - служи за пренесување на генетичката

информација од гените до рибозомите,за да се упати редоследот на амино

киселините (во процесот синтеза на протеини). Се синтетизира од ДНК

низата. Бројот на i-RNA молекулите е приближно еднаков на бројот на

протеинските молекули кои клетката ги синтетизира.

Мали некодирачки РНК,snRNA (small noncoding RNA) - пример: miRNA

(micro RNA), siRNA (short interfering RNA) кои ја регулираат генската

екпресија на постранскрипциско ниво од трансферот на информациите од

ген до протеин. Механизмот со кој се контролира генската експресија преку

овие snRNA, е сечкање на зрелата mRNA и ултимативно доведува до

синтетизирање на некомплетен и нефункционален протеин, кој бива

лизиран.

Примарна и Структура РНК

Во изградување на молекула во РНК (рибонуклеинска киселина)

учествува пентозен шеќер рибоза,пуринска база аденин и гуанин и

пиримидинска

15

Page 18: Seminar - Nukleinski Kiselina

база,цитозин и урацил,кои е карактеристичен за рибонуклеинска

киселина.Рнк се едноланцани молекули кои настануваат така што се

нуклеотиди поврзуваат со фосфодиестарски врска правејќи примарна

структура РНК.Природа на ова врска е иста како ДНК,само што наместо

дезоксирибоза учествува рибоза.Внатре оваа едноланцани молекула

комплементарна база може да награди кратка или долга

дволанцана,спирални делови кои се спојуваат водородни врски (аденин е

врзан двоструко водородни врски со урацил,додека гуанин врзан троструко

врзан со цитозин).Тие дволанцани делови прават секундарна структура на

РНК.

Рибонуклеинска киселина е биолошки важан тип молекули кои се

состојат од долги ковалентно врзани единици на нуклеотид.Секој нуклеотид

се состои од нуклеобази,шеќерна рибоза и фосфати.РНК е доста слично на

ДНК,од неа се разликуваат од неколку важни структурни детали.Додека РНК

нуклеотиди прават рибоза и урацил за разлика од ДНК кои се состои од

деоксирибоза (тип рибоза која недостасува еден атом кисеоник)и

тимин.РНК настанува транскрипција ДНК помагајќи во ензимот кои се

нарекуваат РНК полимерози,а натаму процесира преко други

ензими.Улогата РНК во синтеза протеини е незаменливо.Во тој процес

врстата РНК која се вика преносна РНК преноси информации содржани во

вид аминокиселина со ДНК на структурата која се вика рибозоми.Овие

рибозоми се начинети од протеини и рибозомска РНК,кои заедно

формираат молекуларна машина за читање на преносна РНК и преведува

информации која ги пренесува протеини.Постојат многу врста РНК со

различни улоги од одреденажи регулирање како подедин ген изразен до

сочинување на гени во повеќе вируси.

16

Page 19: Seminar - Nukleinski Kiselina

Заклучок:

1.Нуклеотидите се молекули составени од пурински или пиримидински бази

поврзани со јаглехидратите (моносахаридни единки) рибоза или деоксирибоза.На

молекулите од моносахаридите поврзани се една до три фосфатни

групи.Молекулата на РНК е изградена од единки наречени рибонуклеотиди

(нуклеотиди што содржат шеќер рибоза),додека молекулата на ДНК е изградена

од деоксирибунуклеотиди (кои содржат 2-Деоксирибоза).

2.Молекулата на ДНК е составена од два антипаралелни синџири во молекулата

на ДНК се држат заедно преку водородни врски помеѓу комплементарните бази:А

со Т,Г И У со Ц.

3.Молекулата на ДНК носи генетски информации во својата низа од

нуклеотиди.Кога молекулата на ДНК се репродуцира,секоја ланец служи како

основа за синтеза за друг комплементарен елемент.

4.Според централната догма на молекуларната биологија,еден синџир од

молекулата на ДНК е во суштина гн што може да биде транскрибтуван во

молекула на РНК.Таквиот комплекс од РНК и протеини се нарекува рибозом.

5.Мутации и другите промени на ДНК се основа за еволуцијата на организмите.

6.Рекомбинантните ДНК методи се користат за производство на wildtype или

селективно мутирани протеини во клетките во живите организми.

17

Page 20: Seminar - Nukleinski Kiselina

Литература

http://en.wikipedia.org/wiki/Nucleic_acid

http://www.worldscibooks.com/etextbook/4700/4700_chap1_3.pdf

http://www.drcarman.info/bio223lb/223lab04.pdf

18