Автор текста Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены.
Продавать текст нельзя.
Курсив не нужно зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
Параграф 77:
Матричные синтезы. Общая характеристика.
См. затем:
п.79 (репликация ДНК), п.80 (транскрипция), 82 (трансляция).
Но сначала: п.70, 73 и 74.
Сокращения:
НК – нуклеиновые кислоты, ФДЭ – Фосфо/Ди/Эфирные связи.
Содержание параграфа:
- Как порядок нуклеотидов матричной цепи
определяет порядок нуклеотидов синтезируемой цепи.
- Как происходит присоединение очередного нуклеотида синтезируемой цепи
к предыдущему нуклеотиду синтезируемой цепи.
- ВИДЫ матричных синтезов (МС).
Что представляют собой нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК)?
Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) представляют собой
последовательности («цепочки») нуклеотидов (нуклеотидных остатков),
связанных ФДЭ-связями.
При этом НК является полимером, а нуклеотиды – мономерами.
Число нуклеотидов в НК может достигать миллиардов.
Напомним, что в состав каждого нуклеотида в НК входят:
азотистое основание, рибоза (или дезоксирибоза) и один фосфат.
Водородные связи между основаниями, нуклеотидами и НК.
Между азотистыми основаниями нуклеотидов,
входящими в состав нуклеиновых кислот,
могут образовываться водородные связи.
Между гуанином и цитозином образуются три водородные связи,
а между аденином и тимином – две водородные связи.
Поэтому аденин «предпочитает» связываться с тимином,
а гуанин – с цитозином.
Поэтому говорят, что аденин комплементарен тимину,
а гуанин комплементарен цитозину.
Пару оснований А-Т и пару Г-Ц называют комплементарными парами.
Пара аденин-урацил также является комплементарной.
Урацил, как и тимин, предпочитает связываться с аденином,
образуя при этом две водородных связи.
Но урацила в составе «готовой» ДНК нет – он входит в состав РНК.
Но нуклеотиды с урацилом используются при синтезе ДНК – см. о праймерах в п.78.
Что происходит с нуклеотидами при синтезе НК из них?
При синтезе НК происходит соединение нуклеотидов ФДЭ-связями.
Причём они должны расположиться в строго определенном порядке.
Чем определяется порядок нуклеотидов в НК при её синтезе?
Порядок нуклеотидов синтезируемой НК
определяется порядком нуклеотидов другой нуклеиновой кислоты.
Об этой другой НК говорят, что она играет роль МАТРИЦЫ,
и называют ее матричной цепью.
Можно говорить, что порядок нуклеотидов синтезируемой НК определяется матрицей,
уточняя при этом, что матрицей является другая нуклеиновая кислота,
и именно порядок нуклеотидов матричной нуклеиновой кислоты
определяет порядок нуклеотидов в синтезируемой НК.
Как порядок нуклеотидов матричной цепи
определяет порядок нуклеотидов синтезируемой цепи.
При синтезе НК
к нуклеотидам матричной цепи
водородными связями (не ФДЭ)
присоединяются строго определённые нуклеотиды синтезируемой цепи –
не любые, а только те, которые комплементарны
нуклеотидам матричной цепи.
(Чьи азотисные основания,
входящие в состав нуклеотидов синтезируемой цепи,
комплементарны азотистым основаниям,
входящим в состав матричной цепи).
То есть к гуанину, входящему в состав нуклеотида матричной цепи (ДНК или РНК),
присоединяется цитозин,
входящий в состав нуклеотида синтезируемой цепи (ДНК или РНК).
К цитозину, входящему в состав нуклеотида матричной цепи (ДНК или РНК),
присоединяется гуанин,
входящий в состав нуклеотида синтезируемой цепи (ДНК или РНК).
К аденину, входящему в состав нуклеотида матричной цепи,
присоединяется тимин, входящий в состав нуклеотида синтезируемой цепи.
Это если синтезируется ДНК.
А если синтезируется РНК или праймер,
то вместо тимина присоединяется урацил (входящий в состав нуклеотида).
К тимину, входящему в состав нуклеотида матричной цепи (ДНК),
присоединяется аденин,
входящий в состав нуклеотида синтезируемой цепи (ДНК или РНК).
К урацилу, входящему в состав нуклеотида матричной цепи (РНК),
тоже присоединяется аденин,
входящий в состав нуклеотида синтезируемой цепи (ДНК или РНК).
При этом, как уже отмечено выше, присоединение нуклеотидов синтезируемой цепи
к нуклеотидам матричной цепи
происходит за счет образования водородных связей
между азотистыми основаниями нуклеотидов матричной цепи
и комплементарными им основаниями нуклеотидов синтезируемой цепи.
Как уже сказано, водородные связи будут образовываться между комплементарными основаниями,
то есть к аденину матрицы присоединится тимин синтезируемой цепи,
к тимину матрицы присоединится аденин синтезируемой цепи,
к гуанину матрицы присоединится цитозин синтезируемой цепи
и к цитозину матрицы присоединится гуанин синтезируемой цепи.
(При этом все названные основания входят в состав нуклеотидов).
Пример: на участке ДНК (играющем роль матрицы),
содержащем нуклеотиды с основаниями Г-А-Ц-Ц-А-Т,
может синтезироваться цепочка нуклеотидов Ц-Т-Г-Г-Т-А, если синтезируется ДНК.
Но если синтезируется РНК, то в данном фрагменте вместо тимина (Т) будет урацил (У),
и к аденину матрицы присоединяется урацил синтезируемой цепи.
Поэтому на матрице Г-А-Ц-Ц-А-Т получится такая РНК-овая цепочка:
Ц-У-Г-Г-У-А
Если матрицей является не ДНК, а РНК,
то вместо тимина (Т) у нее будет урацил (У),
а подобная цепочка будет такой:
Г-А-Ц-Ц-А-У.
И аденин синтезируемой цепи будет связываться с этим урацилом матрицы.
Таким образом, соединение нуклеотидов синтезируемой цепи
только с комплиментарными им нуклеотидами матричной цепи
(водородными связями)
позволяет «выстроить» нуклеотиды синтезируемой цепи в нужном порядке.
Кроме этого, нужно соединить нуклеотиды синтезируемой цепи между собой ФДЭ связями –
тогда они станут цепочкой, нуклеиновой кислотой.
Образование большинства ФДЭ связей катализируется ферментами, которые называются полимеразами.
Иногда работают ферменты лигазы.
ФДЭ связи.
ФДЭ-связи образуются между рибозой (или дезокси/рибозой) предыдущего нуклеотида
и фосфатом присоединяемого (следующего) нуклеотида.
При этом фосфат (нового нуклеотида), его атом фосфора присоединяется
«вместо» атома водорода ОН группы пентозы
в три-штрих положении предыдущего нуклеотида.
Сам фосфат при этом теряет ОН атомы.
Как правильно нарисовать ФДЭ-связь между двумя нуклеотидами.
1. Рисуем два нуклеотида рядом (например, ЦМФ и АМФ).
2. Желательно так, чтобы под рибозой ЦМФ оказался фосфат АМФ.
3. У предыдущего нуклеотида (ЦМФ) нужно зачеркнуть атом Н
в 3-м положении пентозы –
теперь ЦМФ стал так называемым остатком ЦМФ.
4. У следующего нуклеотида (АМФ) нужно зачеркнуть ОН атомы фосфата –
теперь АМФ стал так называемым остатком АМФ.
5. Затем между атомом О в 3-м положении бывшего ЦМФ
и между атомом фосфора бывшего АМФ
нужно нарисовать связь – это и есть ФДЭ-связь между остатками ЦМФ и АМФ.
Точно так же рисуют ФДЭ-связи между любыми другими нуклеотидами.
Если нарисовать рядом 10 нуклеотидов, а затем нарисовать между ними ФДЭ-связи, то получается короткая НК.
Как происходит присоединение очередного нуклеотида
синтезируемой цепи
к предыдущему нуклеотиду синтезируемой цепи.
1). К азотистому основанию очередного нуклеотида матрицы
водородными связями
присоединяется комплементарное ему основание
очередного нуклеотида синтезируемой цепи.
При этом присоединенный нуклеотид синтезируемой цепи содержит ТРИ фосфата.
То есть для синтеза НК используются нуклетиды, содержащие по три фосфата.
Другими словами, субстратами или сырьём для синтеза НК служатЗнуклеозидТРИфосфаты (НТФ).
2). Два крайних фосфата нового нуклеотида отщепляются,
оставшийся один фосфат присоединяется к пентозе предыдущего нуклеотида
синтезируемой цепи ФДЭ-связью
(эти реакции катализируют ферменты полимеразы).
При отщеплении двух фосфатов выделяется энергия, за счет этой энергии образуется ФДЭ связь.
Таким образом, субстратами при синтезе НК являются НТФ,
но из-за отщепления двух фосфатов от каждого НТФ в процессе присоединения нуклеотида получается так,
что состоят НК из НМФ.
ВИДЫ матричных синтезов (МС).
Матричные синтезы – это синтезы, для которых нужна матрица,
которая «подсказывает»,
в каком порядке нужно соединить мономеры синтезируемого полимера.
Известно 5 видов матричных синтезов.
Во всех МС роль матрицы играет НК: ДНК или РНК.
Синтезируемым продуктами при МС могут быть:
ДНК, РНК и белок.
Синтез белка (точнее, полипептидной цепи – первичной структуры будущей молекулы белка) на матрице РНК называется трансляцией («переводом»).
Синтез РНК на матрице ДНК называется транскрипцией («списыванием»),
а противоположный процесс синтеза ДНК на матрице РНК
называется обратной транскрипцией.
Синтез ДНК на матрице ДНК называется ре(ду)пликацией ДНК,
синтез РНК на матрице РНК называется репликацией РНК
(этот МС обнаружен только у вирусов, у человека не обнаружен).
Есть понятие комплементарного партнера (КП) –
вещества, которое непосредственно взаимодействует с матрицей
(по принципу комплементарности).
При трансляции КП являются транспортные РНК (тРНК).
При остальных МС комплементарными партнерами являются НК,
называния которых совпадают с названиями синтезируемых НК –
фактически комплементарными партнёрами называются НК до того, как закончится их синтез (не/до/синтезированные НК).
В тРНК есть участок, который взаимодействует с матрицей (с мРНК).
Этот участок состоит из трех нуклеотидов (является триплетом)
и называется антикодоном –
потому что должен комплементарно связаться с тремя нуклеотидами мРНК,
которые называются кодоном.
К тРНК с определенным антикодоном может присоединяться только один аминоацил (остаток аминокислоты).
За счет этого на матрице мРНК образуется ППЦ,
состоящая из определенных аминоацилов,
расположенных в определенном порядке (мРНК транслируется в ППЦ).