Презентация на тему "Медико-биологическое значение темы"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Нуклеиновые кислоты Лектор: Ирина Петровна Степанова, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой химии ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯКАФЕДРА ХИМИИ Нуклеозиды. Нуклеотиды. АТФ. ДНК. РНК. Коферменты NAD и FAD.

• 
  Слайд 2

  Медико-биологическое значение темы

  Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus– ядро) - носители, хранители и передатчики генетической информации в живой природе.

• 
  Слайд 3
  

  К препаратам животного происхождения относят: «Ферровир», «Полидан», «Натрия нуклеоспермат». Область применения этих препаратов весьма обширна: кардиология, онкология, урология, пульмонология, хирургия и т.д. Интерес к нуклеиновой кислоте как к лекарственному средству укладывается в столетний период.

• 
  Слайд 4
  

  Наиболее известным препаратом этой группы является «Деринат» - натриевая соль низкомолекулярной нативной ДНК, полученной из молок лососевых рыб.

• 
  Слайд 5
  

  Препарат «Солкосерил» представляет собой депротеинизированныйгемодиализат крови здоровых молочных телят. Содержит широкий спектр естественных низкомолекулярных веществ, т.ч. нуклеозидов и нуклеотидов. Активатор обмена веществ в тканях.

• 
  Слайд 6
  

  «Натрия нуклеинат» – смесь натриевых солей нуклеиновых кислот, получаемой гидролизом дрожжей и последующей очисткой. Обладает широким спектром биологической активности. Препараты микробного происхождения: «Ридостин» - препарат рибонуклеиновых кислот, полученный из лизата дрожжей - препарат, нормализующий метаболизм миокарда, уменьшающий гипоксию тканей.

• 
  Слайд 7
  

  Синтетические полинуклеотиды представляют собой искусственно синтезируемые РНК. Эти лекарственные средства способны моделировать первичный и вторичный иммунные ответы.

• 
  Слайд 8
  

  Имеется также множество препаратов, основанных на составных компонентах нуклеиновых кислот. Синтетические аналоги производных пиримидина и пурина часто используются в терапии инфекционных и онкологических заболеваний. Противогерпетические препараты «Ацикловир» и «Ганцикловир» действуют на цитомегаловирус. «Зидовидин» применяется при лечении ВИЧ-заболеваний, «Ретибол» – при вирусном гепатите С.

• 
  Слайд 9
  

  «Триазавирин» - синтетический аналог пуриновых нуклеозидов (гуанина) с выраженным противовирусным действием. Обладает широким спектром противовирусной активности в отношении РНК- и ДНК-содержащих вирусов (преимущественно РНК).

• 
  Слайд 10
  

  Некоторые фармацевтические компании выпускают биологически активные добавки, содержащие нуклеиновые кислоты. Например, «Биостим», «ДНК-С», «ДНКаВИТ» и др.

• 
  Слайд 11

  История открытия нуклеиновых кислот

  Иоган Фридрих Мишер и его семья Нуклеиновые кислоты впервые обнаружены в 1889 г. биохимиком Ф. Мишеромв клетках богатым ядерным материалом (лейкоцитах).

• 
  Слайд 12
  

  Э. Чаргафф установил каким закономерностям подчиняется содержание нуклеотидов в ДНК. Эрвин Чаргафф Морис Уилкинс Рентгеноструктурный анализ ДНК был осуществлен М. Уилкинсом и Р. Франклин. Розалин Франклин

• 
  Слайд 13
  

  Френсис Крик и Джеймс Уитсон рядом со своей моделью ДНК История открытия нуклеиновых кислот Структуру нуклеиновых кислот впервые установили американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик в 1953 г.

• 
  Слайд 14
  

  Нуклеиновые кислоты ДНК бактериофага Т2 ДНК была высвобождена из головки фага с помощью осмотического шока. В верхнем правом углу -микрофотография целой частицы фага. Снимки 1962 г.

• 
  Слайд 15

  Нуклеиновые кислоты

  Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные соединения, молекулярная масса которых составляет от 25 тыс. до 1 млн. ед. Нуклеиновые кислоты - полинуклеотиды, полимерные цепи которых состоят из мономерных единиц мононуклеотидов.

• 
  Слайд 16
  

  НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота РНК рибонуклеиновая кислота Состав нуклеотида в ДНК Состав нуклеотида в РНК Азотистые основания: Аденин (А) Гуанин (Г) Цитозин (Ц) Урацил (У): Рибоза Остаток фосфорной кислоты Азотистые основания: Аденин (А) Гуанин (Г) Цитозин (Ц) Тимин (Т) Дезокси- рибоза Остаток фосфорной кислоты Информационная (матричная) РНК (м-РНК) Транспортная РНК (т-РНК) Рибосомная РНК (р-РНК)

• 
  Слайд 17
  

  Пиримидин Нуклеиновые основания 6 5 4 3 2 1 Пиримидиновые основания

• 
  Слайд 18
  

  Пиримидиновые основания (в лактамной форме) УрацилUra (2,4-диоксопиримидин) Азотистые основания входят в состав нуклеиновых кислот в лактамной форме.

• 
  Слайд 19
  

  Лактим-лактамная таутомерия урацила Лактамная форма Лактимная форма

• 
  Слайд 20
  

  Тимин Thy (5-метил-2,4-диоксопиримидин, 5-метилурацил) Пиримидиновые основания (в лактамной форме) 6 5 4 3 1 2

• 
  Слайд 21
  

  ЦитозинCyt (4-амино-2-оксопиримидин) Пиримидиновые основания (в лактамной форме) 6 5 4 3 2 1

• 
  Слайд 22
  

  Пурин Пуриновые основания 7 9 8 6 5 4 3 2 1

• 
  Слайд 23
  

  Пуриновые основания АденинAde (6-аминпурин)

• 
  Слайд 24
  

  Гуанин Gua (2-амино-6-оксопурин) Пуриновые основания (в лактамной форме) 9 8 7 6 5 4 3 2 1

• 
  Слайд 25
  

  Лактим-лактамная и прототропнаятаутомерия гуанина

• 
  Слайд 26

  Углеводный компонент

  R=OH ,D-рибофуранозаR=H,D-дезоксирибофураноза (2-дезокси-,D-рибофураноза)

• 
  Слайд 27

  Нуклеозиды

  Азотистое основание присоединяется к углеводному компоненту вместо полуацетального гидроксила через атом азота в положении 1 для пиримидинов и 9 для пуринов, образуя N-гликозидную связь. Нуклеозиды – это N-гликозиды, образованные азотистым основанием и пентозой.

• 
  Слайд 28
  

  R=OH РибонуклеозидR=H Дезоксирибонуклеозид Общая структура нуклеозида

• 
  Слайд 29

  Номенклатура нуклеозидов

  Название нуклеозида производится от тривиального названия соответствующего азотистого основания с суффиксами –идин у пиримидиновых и –озин у пуриновых нуклеозидов. В названиях нуклеозидов ДНК используется приставка «дезокси». Цитозин + Рибоза = Цитидин Цитозин + Дезоксирибоза= Дезоксицитидин Аденин + Рибоза = Аденозин Аденин + Дезоксирибоза= Дезоксиаденозин

• 
  Слайд 30
  

  Табл. 1 - Азотистые основания и соответствующие им нуклеозиды Номенклатура нуклеозидов

• 
  Слайд 31
  

  Образование аденозина CH2

• 
  Слайд 32
  

  Аденозин (анти-) Аденозин (син-) Конформации нуклеозидов РНКación В зависимости от взаимной ориентации основания и сахарного кольца в нуклеозидах различаются син-и анти-конформации. Последняя энергетически более выгодная.

• 
  Слайд 33
  

  Нуклеозиды РНК 1’ 2’ 3’ 4’ 5’

• 
  Слайд 34
  

  Нуклеозиды РНК

• 
  Слайд 35
  

  Нуклеозиды РНК

• 
  Слайд 36
  

  Нуклеозиды ДНК

• 
  Слайд 37
  

  Нуклеозиды ДНК

• 
  Слайд 38

  Гидролиз нуклеозидов

  аденозин рибоза аденин

• 
  Слайд 39
  

  Фосфорная кислота присоединяется к 5’-атому углерода пентозы, образуя сложноэфирную связь. Строение мононуклеотидов Нуклеотиды – это фосфаты нуклеозидов.

• 
  Слайд 40
  

  Нуклеотид из нуклеозида цитидина и фосфорной кислоты цитидин Цитидин-5`-фосфат -Н2О +H2O Нуклеотиды являются достаточно сильными кислотами, при физиологических значениях pH фосфатная группа ионизирована.

• 
  Слайд 41

  Химические свойства нуклеозидов

  Нуклеотиды способны гидролизоваться. Гидролизу подвергаются как N-гликозидная, так и сложноэфирная связи. В зависимости от этого могут образовываться или нуклеозиды или компоненты нуклеотида.

• 
  Слайд 42

  Номенклатура нуклеотидов

  Мононуклеотид имеет 2 названия: - как монофосфат нуклеозида: цитидин-5’-фосфат (CMP) - как кислота:5’-цитидиловая кислота

• 
  Слайд 43
  

  Табл.2. Названия важнейших нуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот

• 
  Слайд 44
  
• 
  Слайд 45
  

  Нуклеотиды

• 
  Слайд 46

  Циклофосфаты

  цAMФ

• 
  Слайд 47
  

  цГMФ Циклофосфатыиграют роль вторичного посредника некоторых гормонов (глюкагона или адреналина), которые не могут проходить через клеточную мембрану. Циклофосфаты

• 
  Слайд 48
  

  Строение аденозинтрифосфата (АТФ) ~ - макроэргические связи

• 
  Слайд 49
  

  АТФ – источник энергии для многих биологических процессов: биосинтеза белка, ионного транспорта, сокращения мышц, электрической активности нервных клеток и др. Энергия, необходимая для этих процессов, обеспечивается гидролизом АТФ: 1) АТФ + H2O = АДФ + Фн, ΔG= - 25 - 40 кДж/моль 2) АДФ + H2O = АМФ + Фн, ΔG= - 30 кДж/моль 3) АМФ + H2O = Аденозин + Фн, ΔG= - 14 кДж/моль АТФ

• 
  Слайд 50
  

  Вместе с тем в организме идут процессы синтеза АТФ. Эти процессы сопровождаются поглощением энергии, выделяющейся при биохимическом окислении белков, жиров и углеводов. Эта энергия запасается в макроэргических связях АТФ. АТФ

• 
  Слайд 51
  

  АТФ выпускается в виде фарм. препаратов. АТФ

• 
  Слайд 52

  Структура нуклеиновых кислотСтруктура ДНК

  ДНК имеет несколько уровней структурной организации. 5’- конец ТГАЦТААГТАЦЦ 3’-конец (ф-конец) (OH-конец) 1)Первичная структура – последовательность нуклеотидных звеньев, соединенных с помощью 3’-5’-фосфодиэфирных связей.

• 
  Слайд 53
  

  Динуклеотидиз дезоксиадениловой и дезоксицитидиловойкислот

• 
  Слайд 54

  Первичная структура ДНК

  Т G А

• 
  Слайд 55

  Нуклеиновые кислоты

  Молекула ДНК состоит из двух антипараллельных правозакрученных полинуклеотидных цепей. Пуриновые и пиримидиновые основания направлены внутрь спирали. Двойная спираль стабилизируется за счет водородных связей, образующихся между парами комплементарных азотистых оснований. 2) Вторичная структура ДНК – это пространственное расположение полинуклеотидных цепей в молекуле.

• 
  Слайд 56
  

  Вторичная структура ДНК

• 
  Слайд 57

  Комплементарность

  5’ 5’ 3’ 3’ А Г Г Т Ц Т А Т Г А Ц Т Т Г Ц Т А Ц Т Ц Ц А Г А Т А Ц Т Г А А Ц Г А Т Г Комплементарные структуры подходят друг к другу как «ключ с замком». Комплементарность- пространственная взаимодополняемость молекул или их частей, приводящая к образованию водородных связей.

• 
  Слайд 58
  

  Комплементарность

• 
  Слайд 59
  

  Комплементарность N Гуанин NH N HN O H N N Цитозин N O NH H N 3 водородные связи O CH3 NH O Тимин N N N N N NH H Аденин 2 водородные связи

• 
  Слайд 60
  

  Вторичная структура нуклеиновых кислот Правила Чаргаффа 1) количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований; 2) количество аденина равно количеству тимина; количество гуанина равно количеству цитозина; 3) количество оснований, содержащих аминогруппу в положениях 4 пиримидинового и 6 пуринового ядер, равно количеству оснований, содержащих в этих же положениях оксогруппу. Это означает, что сумма аденина и цитозина равна сумме гуанина и тимина. (А+Т)+(Г+Ц)=100%

• 
  Слайд 61
  

  3)Третичная структура ДНК представляет собой многократную спирализацию вторичной структуры, обеспечивая плотную упаковку ДНК в ядре клетки. Структура ДНК Модель нити ДНК толщиной 30 миллионных частей миллиметра. Изображение Nature

• 
  Слайд 62

  Хромосомы

  Белок + ДНК = хромосома Хромосо́мы (др.-греч. χρῶμα — цвет и σῶμα — тело) — нуклеопротеиновые структуры в ядре эукариотической клетки.

• 
  Слайд 63
  

  ДНК В СОСТАВЕ ХРОМОСОМ

• 
  Слайд 64
  

  Нуклеосома— это структурная часть хромосомы, образованная совместной упаковкой нити ДНК с гистоновыми белками H2A, H2B, H3 и H4. Нуклеосома

• 
  Слайд 65
  

  Двойная спираль ДНК дважды огибает комплекс гистонных протеинов. Точное положение уплотнительного протеина H1 требует еще уточнения. Нуклеосома, первый уровень упаковки

• 
  Слайд 66
  

  Последовательность нуклеосом, соединенная гистоновым белком H1, формирует нуклеофиламент (nucleofilament), или иначе нуклеосомную нить. Нуклеосома, первый уровень упаковки

• 
  Слайд 67
  

  Нуклеосома, второй уровень упаковки Вопреки тому, что полагали до сих пор, структура «жемчужного ожерелья» ДНК закручивается не в форме спиралевидной структуры (а), а в форме зигзага (b).

• 
  Слайд 68
  

  Нуклеосомы Структура тетрануклеосомыпоказывает, что две нуклеосомы, сложенные одна в другую, соединены с двумя другими нуклеосомами, расположенными напротив, посредством прямой нити ДНК. Эти две кипы соответственно сложены в противоположном направлении.

• 
  Слайд 69

  РНК

  РНК локализованы в цитоплазме и рибосомах. В зависимости от функций, местонахождения и состава РНК делятся на три основных вида: 1. Информационная или матричная мРНК 2. РибосомальнаярРНК 3. Транспортная тРНК

• 
  Слайд 70

  Первичная структура РНК

  U G A

• 
  Слайд 71

  Информационная РНК

  Информационная РНК несет точную копию генетической информации, закодированной в определенном участке ДНК. Каждой АК соответствует в мРНК триплет нуклеотидов, т.н. кодон. Например, аланин – ГЦУ, лизин – ЦУУ. Последовательность кодонов в цепи мРНК определяет последовательность АК в белках.

• 
  Слайд 72
  

  Рибосома Большая (красная) и малая (синяя) субъединицы Рибосомы — это сложные надмолекулярные структуры, состоящие из четырех рРНК и нескольких десятков белков. Рибосомы являются центром биосинтеза белков.

• 
  Слайд 73
  

  Рибосома (большая субъединица)

• 
  Слайд 74
  

  Рибосома (малая субъединица)

• 
  Слайд 75
  

  СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК C. Трехмерная структура рРНК малой субъединицы. Цвет доменов соответствует рис. А. Домены образуют отдельные блоки укладки.D. Трехмерная структура рРНК большой субъединицы. Цвет доменов соответствует рис.В. В процессе укладки (фолдинга) домены сильно переплетаются друг с другом.

• 
  Слайд 76
  

  СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК А. Вторичная структура и доменная организация рибосомальной 16S РНК T.Thermophilus. 5'-домен обозначен синим цветом, центральный — фиолетовым, 3'-major — красным и 3'-minor — желтым. Спиральные участки пронумерованы от 1 до 45. РибосомальнаяРНК составляет большую часть клеточных РНК.

• 
  Слайд 77
  

  СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК B. Вторичная структура и доменная организация 16S и 5S РНК T.Thermophilus. Шесть доменов обозначены разными цветами. спиральные участки пронумерованы от 1 до 101.

• 
  Слайд 78

  Транспортная РНК

  Транспортные РНК доставляют аминокислоты к месту синтеза белка. Транспортные РНК обладают вторичной структурой, напоминающей лист клевера. Это частично спирализованная одинарная полинуклеотидная цепь.

• 
  Слайд 79
  

  Транспортная РНК

• 
  Слайд 80

  Транспортная РНК

  Участки спирализации “шпильки” удерживаются за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями: гуанин-цитозинаденин-урацил. Участки, не вовлекаемые в образование водородных связей, образуют петли. Антикодоновая петля содержит триплет нуклеотидов – антикодон, который соответствует кодону матричной РНК.

• 
  Слайд 81

  Транскрипция

  Первый этап биосинтеза белка - транскрипция. Транскрипция — это переписывание информации с последовательности нуклеотидов ДНК в последовательность нуклеотидов РНК. А Т Г Г А Ц Г А Ц Т В определенном участке ДНК под действием ферментов белки-гистоны отделяются, водородные связи рвутся, и двойная спираль ДНК раскручивается. Одна из цепочек становится матрицей для построения мРНК. матрица ДНК

• 
  Слайд 82
  

  А Т Г Г А Ц Г А Ц Т У А Ц Ц У Г Ц У Г А мРНК Между азотистыми основаниями ДНК и РНК возникают водородные связи, а между нуклеотидами самой матричной РНК образуются сложноэфирные связи. Водородная связь Сложноэфирная связь Затем на основе матрицы под действием фермента РНК-полимеразы из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности начинается сборка мРНК. Транскрипция

• 
  Слайд 83
  

  мРНК После сборки мРНК водородные связи между азотистыми основаниями ДНК и мРНК рвутся, и новообразованная мРНК через поры в ядре уходит в цитоплазму, где прикрепляется к рибосомам. А две цепочки ДНК вновь соединяются, восстанавливая двойную спираль, и опять связываются с белками-гистонами. ЯДРО рибосомы цитоплазма Mg2+ Транскрипция

• 
  Слайд 84

  Трансляция

  Второй этап биосинтеза – трансляция. Трансляция – перевод последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот белка. В цитоплазме аминокислоты под строгим контролем ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз соединяются с тРНК, образуя аминоацил-тРНК. мРНК А Г У У Ц А У Ц А А Г У АК АК АК У У Г А Ц У У Г Ц

• 
  Слайд 85
  

  GGC ACA GUC CGU UCU CCA UGA ACU UCG AGU AAG CUC GCA GAC UUC GGC GCA GAC UUC AGC CCG UGA АК АК АК АК АК АК кодон антикодон мРНК рибосома Это очень видоспецифичные реакции: определенный фермент способен узнавать и связывать с соответствующей тРНК только свою аминокислоту.

• 
  Слайд 86
  

  Далее тРНК движется к мРНК и связывается комплементарно своим антикодоном с кодоном мРНК. Затем второй кодон соединяется с комплексом второй аминоацил-тРНК, содержащей свой специфический антикодон. Антикодон – триплет нуклеотидов на верхушке тРНК. Кодон – триплет нуклеотидов на мРНК. мРНК А Г У У Ц А У Ц А А Г У АК АК АК У У Г А Ц У У Г Ц Водородные связи между комплементарными нуклеотидами

• 
  Слайд 87
  

  GGC ACA GUC CGU UCU CCA UGA ACU UCG AGU AAG CUC GCA GAC UUC GGC AGC АК UGA АК Пептидная связь Трансляция После присоединения к мРНК двух тРНК под действием фермента происходит образование пептидной связи между аминокислотами.

• 
  Слайд 88
  

  GGC ACA GUC CGU UCU CCA UGA ACU UCG AGU AAG CUC GCA GAC UUC GGC AGC АК UGA АК Трансляция Первая аминокислота перемещается на вторую тРНК.

• 
  Слайд 89
  

  GGC ACA GUC CGU UCU CCAUGAACU UCG AGU AAG CUC GCA GAC UUC GGC AGC АК UGA АК ACU Трансляция А освободившаяся первая тРНК уходит.

• 
  Слайд 90
  

  Трансляция После этого рибосома передвигается по нити для того, чтобы поставить на рабочее место следующий кодон. мРНК А Г У У Ц А У Ц А А Г У АК АК У У Г А Ц У У Г Ц Пептидная связь АК

• 
  Слайд 91
  

  Трансляция Такое последовательное считывание рибосомой заключенного в мРНК «текста» продолжается до тех пор, пока процесс не доходит до одного из стоп-кодонов (терминальных кодонов). Такими триплетами являются триплеты УАА, УАГ, УГА. мНКна рибосомах белок Наконец, ферменты разрушают эту молекулу м-РНК, расщепляя ее до отдельных нуклеотидов.

• 
  Слайд 92
  

  Трансляция Функция рибосом заключается в узнавании трехнуклеотидных кодонов мРНК, сопоставлении им соответствующих антикодонов тРНК, несущих аминокислоты, и присоединении этих аминокислот к растущей белковой цепи. Двигаясь вдоль молекулы мРНК, рибосома синтезирует белок в соответствии с информацией, заложенной в молекуле мРНК.

• 
  Слайд 93
  

  Генетический код U C A G U C A G U C A G U C A G U C A G U C A G UUU UUC UUA UUG UCU UCC UCA UCG UAU UAC UAA UAG UGU UGC UGA UGG CUU CUC CUA CUG CCU CCC CCA CCG CAU CAC CAA CAG CGU CGC CGA CGG AUU AUC AUA AUG ACU ACC ACA ACG AAU AAC AAA AAG AGU AGC AGA AGG GUU GUC GUA GUG GCU GCC GCA GCG GAU GAC GAA GAG GGU GGC GGA GGG Phe Leu Ser Tyr Cys Trp Stop Stop Stop Leu Pro Gln His Arg Met * Ile Thr Lys Asn Arg Ser Val Ala Glu Asp Gly

• 
  Слайд 94

  Свойства генетического кода

  1) Триплетность: одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Эти 3 нуклеотида в ДНК называются триплет, в мРНК– кодон, в тРНК – антикодон. 2) Избыточность: аминокислот всего 20, а триплетов, кодирующих аминокислоты – 61, поэтому каждая аминокислота кодируется несколькими триплетами. 3) Однозначность: каждый триплет (кодон) кодирует только одну аминокислоту. 4) Универсальность: генетический код одинаков для всех живых организмов на Земле.

• 
  Слайд 95

  Химические свойства нуклеиновых кислоты

  РНК ДНК нуклеотиды нуклеозиды пентоза нукл. осн. Гидролиз

• 
  Слайд 96
  

  Никотинамидадениндинуклеотид

• 
  Слайд 97
  

  Никотинамидадениндинуклеотид

• 
  Слайд 98
  

  Флавинадениндинуклеотид

• 
  Слайд 99
  

  Флавинадениндинуклеотид

• 
  Слайд 100
  

  Благодарю за Ваше внимание!