Третичная структура ДНК
	— это пространственная фор-
	ма, которую принимает моле-
	кула ДНК по мере своего свора-
	чивания и компактизации. Тре-
	тичная структура ДНК про- и
	эукариот различается. Прока-
	риотическая ДНК связана лишь
	с небольшим количеством бел-
	ков, среди которых есть и ги-
	стоноподобные.	Она	обычно	Рис. 44. Строение нуклеосомной нити
	свёрнута в	суперспираль
	округлой формы. У эукариот
	степень упаковки ДНК гораздо выше, по-
	скольку их цепи связаны с гистоновыми
	белками, образующими нуклеосомы.
	Каждая нуклеосома состоит из 4 пар ги-
	стонов: H2A, H2B, H3 и H4. Гистоны — по-
	ложительно заряженные белки (из-за
	обилия остатков аргинина и лизина), вза-
	имодействующие с отрицательно заря-				Рис. 43. Отрицательные супер-
	женной ДНК. Комплекс гистонов и ДНК				витки в кольцевой ДНК (слева)
	стабилизирован водородными связями, со-
					и их постепенное раскручива-
	левыми мостиками (комбинация водо-				ние (справа)
	родных и электростатических связей), ди-
	поль-дипольными		взаимодействиями

(связь между положительно заряженным концом одной молекулы и отрицательно заряженным концом другой).

Вокруг одной нуклеосомной частица ДНК делает 2,5 оборота (1,75 × 2). Длина участка ДНК, связанного с нуклеосомным кором, составляет 146 пар нуклеотидов. Фрагмент спирали ДНК, связывающий две нуклеосомные частица, называют линкерным (линкерная ДНК). Гистон H1 в состав нуклеосомного кора не входит, однако связан с молекулой ДНК, которая оборачивается вокруг нуклеосомного кора, в области её «вхождения» и «выхода» из ко-

ра. Роль H1 заключается в поддержании

плотности упаковки ДНК вокруг кора и Рис. 45. Гистон H1 и нуклеосома достаточной длины линкерной ДНК за

64

Рис. 46. Хроматиновое волокно

счет пространственного разделения фрагментов спирали, накрученных на кор.

Укладка ДНК в нуклеосомную нить повышает плотность её упаковки в 7 раз (длина несвязанной с гистонами ДНК — 56 нм, а того же отрезка ДНК в составе нуклеосомной нити — 8 нм).

ДНК нормально функционирует, только если она находится в правильной топологической конфигурации. В таких процессах, как репликация и транскрипция, двойная спираль ДНК должна быть локально расплетена. Отрицательные супервитки, которые образуются как у про-, так и у эукариот, способствуют такому разделению цепей. Суперспирализация ДНК поддерживается ферментами топоизоме-

разами:

1.Топоизомеразы I типа вносят разрыв лишь в одну из цепей двойной спирали, чтобы создать или снять суперзакрутку.

2.Топоизомеразы II типа разрывают обе цепи ДНК.

Под четвертичной структурой ДНК понимают взаимодействия между отдельными модекулами ДНК или между ДНК и белками. Четвертичная структура ДНК представляет собой

её наивысшую форму организации — хроматин и его суперспирализован-

ную форму, хромосомы.

Если суммировать длину всех хромосом человека, то получится следующее:

3,4 3,2 108 1,088

109

То есть длина всех хромосом составляет чуть более 1 метра. Из-за своей огромной длины и формы молекулы ДНК вне клетки сильнее подвержены механическим повреждениям. Например, по своей стабильности и свойствам молекула ДНК мухи Drosophila сравнима с 6 км сырой спагетти. ДНК довольно часто подвергается различным повреждениям. Их исправляют системы репарации клетки.

65

Рис. 47. Метафазный хроматин и уровни его организации

Третичная структура ДНК представляет собой нуклеосомную нить, которая далее подвергается упаковке: она образует зигзагоподобные структуры в виде спирального волокна.

Каждая хромосома представляет собой комплекс ДНК и белков. Хромосомы становятся суперспирализованны и заметны на микрофотографиях только в метафазу клеточного деления. Однако в интерфазе они не видны, поскольку степень их упаковки гораздо ниже (это нужно для протекания процессов транскрипции и репликации).

Выделяют 6 видов РНК: рибосомальные РНК, транспортные РНК, информационные РНК, малые ядерные РНК, микроРНК, малые интерферирующие РНК.

Первичная структура РНК — это порядок нуклеотидных остатков в полинуклеотидной цепи.

РНК, как и ДНК, может выполнять функцию хранения и передачи наследственной информации (у вирусов).

Цепь РНК состоит из рибонуклеотидов, содержащих рибозу вместо дезоксирибозы (ДНК). Кроме этого, в РНК вместо тимидиловых нуклеотидов присутствуют уридиловые (включают азотистое основание урацил).

Нуклеотиды в РНК связаны между собой теми же фосфодиэфирными связями.

Вторичная структура РНК представлена такими элементами, как стебли и петли, и образуется при сворачивании цепи в спираль в областях, имеющих взаимную комплементарность — палиндромах (см. Приложение 3). Вместе эти вторичные структуры формируют т.н. шпильки. Такие

66

отличия во вторичной структуре РНК и ДНК объясняются тем, что молекулы РНК в большинстве случаев являются одноцепочечными.

Доля спирализованных участков в РНК может достигать 70%.

Третичная структура РНК — это расположение различных элементов вторичной структуры РНК — спиральных дуплексов, трехцепочечных участков, шпилек и петель — в пространстве. Третичная структура тРНК напоминает перевёрнутую букву L

(см. Рис. 48). Дополнительное сворачивание цепи происходит за счет об-

разования водородных связей между азотистыми основаниями, а также между атомами кислорода (участвующими в образовании фосфодиэфирных связей) и 2’- гидрокисльными группами рибозы,

координационных связей с ионами металлов и сил Ван-дер-Ваальса. По-

мимо этого, в третичной структуре водородные связи могут возникать между 3 азотистыми основаниями.

Стоит отметить, что, например,

	в тРНК присутствуют	ковалентно	Рис. 48. Третичная структура
	модифицированные азотистые осно-
			дрожжевой тРНК
	вания (их доля может	достигать

25%), которые иногда образуют «не- уотсон-криковские пары». Однако эти модификации нисколько не стаби-

лизируют саму молекулу тРНК и даже не участвуют в её связывании с рибосомой. Их роль — в усилении кодон-антикодонового взаимодействия (в трансляции) и в связывании корректной аминокислоты (процесс, который называется аминоацилированием).

Существует точка зрения о наличии четвертичной структуры РНК. Она представляет собой комплексы из нескольких полинуклеотидных цепей РНК в рибосомах и сплайсосомах.

67

Ген, рибосомальная РНК, информационная РНК, транспортная РНК, нуклеотид, нуклеозид, пиримидин, пурин, дезоксирибонуклеотид, рибонуклеотид, фосфодиэфирная связь, 5’ и 3’-концы, олигонуклеотид, полинуклеотид, пара оснований, большая и малая бороздки, ДНК А-/B-/Z-формы, палиндром, шпилька, дуплексы и триплексы ДНК, моноцистронная мРНК, полицистронная мРНК

1.Функции ДНК и РНК. Типы РНК.

2.Первичная структура ДНК и РНК.

3.Вторичная структура ДНК. Полиморфизм вторичной структуры ДНК.

4.Третичная структура ДНК: принципы организации и стабилизации.

5.Четвертичная структура ДНК.

6.Вторичная и третичная структура РНК.

7.Денатурация и ренатурация нуклеиновых кислот.



1.История открытия биологической роли и дальнейшего изучения ДНК и РНК. Работы Менделя, Мишера, Авери, МакЛеода, МакКарти, Бидла, Татума.

2.Функции нуклеиновых кислот и нуклеотидов в клетке. Нуклеотиды как сигнальные молекулы и переносчики энергии в клетке.



1. Первичная структура ДНК (и РНК):

а. Нуклеозиды: их отличие от нуклеотидов; б. Нуклеотиды: пуриновые и пиримидиновые азотистые основа-

ния; в. Связи между нуклеотидными остатками в цепи ДНК (и РНК);

г. Семь торсионных углов, определяющих конформацию нуклеотидного звена;

д. Роль метилирования ДНК в клетке. Системы метилаз. 2. Вторичная структура ДНК:

а. Параметры спирали, направление цепей относительно друг друга;

б. Комплементарное спаривание оснований, правила Чаргаффа; в. Большая и малая бороздки; г. Интеркалирующие агенты и их влияние на вторичную струк-

туру ДНК.

3. Третичная структура ДНК:

68

а. Супервитки: отрицательные и положительные. Роль топоизомераз;

б. Строение хроматина (у эукариот):

Гистоновые белки: классы, аминокислотный состав, химические свойства;

Строение нуклеосом.

4.Четвертичная структура ДНК:

а. Способы дальнейшей упаковки ДНК: образование соленоида (6 нуклеосом на один поворот), петель, витков и хромосом;

б. Роль SMC белков в укладке ДНК в хромосомы.

5.Полиморфизм ДНК: A-, B-, Z-формы и др. Их характерные особенности. Причины существования данных форм.

6.Секвенирование ДНК:

а. Метод полимеразной цепной реакции Ф. Сенгера; б. Пиросеквенирование и прочие современные методы расшиф-

ровки первичной структуры ДНК.



1. Первичная структура РНК:

а. Отличия от первичной структуры ДНК: рибонуклеотиды, состав азотистых оснований;

2. Вторичная структура РНК:

а. Виды структур, образуемых РНК: внешние и внутренние петли, шпильки.

б. Элементы вторичной структуры на примере тРНК.

в. Прочие элементы: коаксильный стэкинг, псевдошнур и рибозовые замки.

3. Третичная структура РНК:

а. На примерах тРНК и рРНК.

4.Виды РНК: мРНК, тРНК, рРНК, малые РНК (малые ядерные, малые интерферирующие, микроРНК): строение, функции, синтез.

5.Примеры вторичной и третичной структуры у разных видов РНК.

1.Что такое ДНК и РНК? Чем отличается ДНК от РНК?

2.Расскажите о строении нуклеотида. Как связаны нуклеотиды в молекулах нуклеиновых кислот?

3.Расскажите о вторичной структуре ДНК. Сколько существует конформаций ДНК и чем они отличаются?

4.Как суперспирализуется прокариотическая ДНК? Расскажите о её третичной структуре. Как суперспирализуется эукариотическая ДНК?

69

5.Возможно ли наблюдать денатурацию ДНК? Какие методы нужно использовать для этого?

6.Какие виды РНК известны к настоящему моменту? Какие функции они выполняют?

7.Какой вид РНК входит в состав рибосом? Расскажите об особенностях строения данной РНК. Какую роль играет тРНК в биосинтезе белка?

8.Какое значение имеет мРНК?

9.Как малые ядерные РНК участвуют в процессинге?

10. Что такое РНК-интерференция? Какую роль она играет в клетке?

70