Нуклеотиден състав на ДНК и РНК. Физични свойства на ДНК

1. Нуклеотиден състав на ДНК и РНК. Физични свойства на ДНК Атанаска Андреева, катедра “Физика на конд. материя” Физически факултет, СУ “Св. Кл. Охридски” бул. “Дж. Баучър” 5, 1164 София

2. ДНК и РНК. • 1. Увод. • 2. Нуклеотиден състав на ДНК • 3. Първична структура на ДНК. • 4. Образуване на двойната спирала на ДНК. • 5. Електрофореза на ДНК. • 6. Конформации на ДНК. • 7. Структура на РНК • 8. Видове РНК

3. Увод • ДНК – генетичната молекула, носителка на наследствеността, в хромозомите. • През 50-те (1953 г.): • Двойна спирала от 2 нуклеотидни вериги; • Всички гени имат еднаква третична структура • Различия – само в броя и последователността на техните 4 строителни блока (нуклеотидите) в допълнителните вериги. • 50 год. по-късно – остава тази истина, макар че е ясно, че структурата на ДНК не е толкова еднаква: някои малки вируси имат едноверижна ДНК, съществува дясна спирала, супреспирали и др. • РНК – единична верига, но има и двойно-спираловидни участъци, богатство от третични структури.

4. 2. Нуклеотиден състав на ДНК • Нуклеотид: Фосфат-захароза-база • Основни строителни блокове на ДНК Захарозата е, 2-deoxyribose, към която се присъединява базата. • The sugar is called 2-deoxyribose because there is no hydroxyl at • position 2 (just two hydrogens)

5. 2. Нуклеотиден състав на ДНК2.1. Фосфат Тhe compound H3PO4 is phosphoric acid, a strong acid that ionizes readily to give H2PO4- and hydrogen ion (H+). This compound can further ionize to HPO42- and H+, and still further to PO43- and H+. Although all these chemical forms coexist in equilibrium in water, the convention in biology is to represent the phosphate ion in its doubly charged form HPO43-, often abbreviated by the symbol Pi, "inorganic phosphate." This form is shown in the figure to the right. Phosphate groups are found in DNA and RNA, and in certain lipids. They are involved in the biological storage and release of energy.

6. 2. Нуклеотиден състав на ДНК2.2. Захарози

7. 2. Нуклеотиден състав на ДНК2.3. Бази • :

8. Таутомеризъм Amino ↔ imino and keto ↔ enol tautomerism. Равновесието зависи от темп.

9. 2. Нуклеотиден състав на ДНК Нуклеозид и нуклеотид • Захароза+база - нуклеозид

10. 2. Нуклеотиден състав на ДНКОбразуване на нуклеотид Нуклеотид: Фосфат-захароза-база

11. 3. Първична структура на ДНК В дясната спирала – винаги анти

12. 4. Образуване на двойната спирала на ДНКН-връзки между базите • Сдвояване на базите в ДНК

13. 4. Образуване на двойната спирала на ДНКСдвояването на базите Сдвояването на базите между пурините (в синьо) и пиримидините (в жълто) и фосфо-диестерните връзки на скелета. Правило на Чаргаф: А=Т; G=C

14. Структура на В-ДНК 1953 г. Двойната дясна спирала на Уотсън-Крик. Периодичност: 10.5 сдвоени бази

15. 5. Електрофореза на ДНК mica-bound DNA was exposed to DNase the resulting fragments were separated by electrophoresis in a polyacrylamide gel DNA helix twists 360° per 10.6 bp in the absence of strain

16. Сайтове за структурата на ДНК • Анимация за ДНК: • http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.html • http://biomodel.uah.es/en/model4/dna/dnapairs.htm • http://biomodel.uah.es/en/model4/dna/dna53.htm

17. 6. Конформации на двойната спирала B DNAA DNA Z DNA Segments of DNA that cells have methylated for regulatory purposes may adopt the Z geometry, in which the strands turn about the helical axis like a mirror image of the B form.

18. Сравнение на структурните свойства на трите различни форми на ДНК

19. Денатурация на ДНК • The complementary strands of double helix can also be made to comeapart when a solution of DNA is heated above physiological temperatures(to near 100 °C) or under conditions of high pH, a process knownas denaturation. However, this complete separation of DNA strands bydenaturation is reversible. When heated solutions of denatured DNA areslowly cooled, single strands often meet their complementary strandsand reform regular double helices . The capacity to renaturedenatured DNA molecules permits artificial hybrid DNA molecules to beformed by slowly cooling mixtures of denatured DNA from two differentsources. Likewise, hybrids can be formed between complementarystrands of DNA and RNA. Тhe ability toform hybrids between two singlestranded nucleic acids (hybridization)

20. Топене на ДНК Крива на денатурация на ДНК

21. ДНК има висок отрицателен заряд

22. Хибридизация на ДНК

23. Bases Can Flip Out from the Double Helix

24. Кръгова ДНК • Мany bacteria have small autonomously replicatinggenetic elements known as plasmids, which are generally circularDNA molecules. • Interestingly, some DNA molecules are sometimes linear andsometimes circular.

25. Covalently Closed, Circular DNA Оne strand would have to be passed through theother strand in order for the two strands to be entirely separated fromeach other is called the linking number. The linking number is the sum of two geometric components calledthe twist and the writhe.

26. Суперспирала на ДНК

27. Интеркалация

28. 7. Структура на РНК 3 различия от ДНК: Рибоза; Урацил вместо тимин; Единична верига

29. 8. Видове РНК Тъй като РНК изпълнява много функции в организма тя се дели на няколко вида в зависимост от предназначението си: информационна или матрична (иРНК или мРНК), транспортна (тРНК), рибозомна (рРНК) РНК и каталитична (рибоензими)- катализира много реакции в цитоплазмата на клетката. Рибозомна рРНК Транспортна тРНК Информационна (матрична) мРНК мРНК служи като матрица или шаблон, по който се осъществява белтъчната синтеза. Процесът на тази синтеза се нарича още ДНК-транслация. иРНК е с най-голяма молекулна маса. Тя е копие на участък от веригата на ДНК, в който е записана информацията за белтъка, който ще се синтезира. Транспортната РНК е най-нискомолекулният тип РНК и съдържа само около 75 нуклеотида. около 18% от общото количество на РНК в клетката. Представлява около 50-80% от тоталното количество РНК в клетката.

30. Участъци от двойна спирала на РНК, подобни на А формата на ДНК • RNA Chains Fold Back on Themselves to Form Local Regionsof Double Helix Similar to A-Form DNA • Despite being single-stranded, RNA molecules often exhibit a greatdeal of double-helical character. (a) Hairpin (b) Bulge (c) Loop

31. Рибозим Hammerhead Ribozyme (a) The figure shows the predicted secondary structures of the hammerhead ribozyme. Watson-Crick base-pair interactions are shown in red; the scissile bonds are shown by a red arrow; approximate minimal substrate strands are labeled in blue; (b) The hammerhead ribozyme cleavage reaction involves an intermediary state during which Mg(OH) in complex with the ribozyme (shown in green) acts as a general base catalyst to remove a proton from the 2 hydroxyl of the active site of cytosine (shown at position 17 in part (a)), and to initiate the cleavage reaction at the scissile phosphodiester bond at the active site.

32. Oсновен източник: • http://biology.kenyon.edu/courses/biol63/watson_06.pdf • Плазмидна ДНК Лаб_6; Електрофореза на ДНК Лаб_7 • http://www.phschool.com/science/biology_place/labbench/index.html