Διάλεξη Νο 19
ΝΟΥΚΛΕΟΣΙΔΕΣ. ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ. ΝΟΥΚΛΕΪΚΑ ΟΞΕΑ
Σχέδιο
Διάλεξη Νο 19
ΝΟΥΚΛΕΟΣΙΔΕΣ. ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ. ΠΥΡΗΝΑ
ΟΞΕΑ
Σχέδιο
Νουκλεϊκά οξέα – υπάρχουν σε
Τα κύτταρα όλων των ζωντανών οργανισμών είναι βιοπολυμερή που εκτελούν βασικές λειτουργίες
κατά την αποθήκευση και μεταφορά γενετικές πληροφορίεςκαι συμμετέχουν στους μηχανισμούς της
εφαρμογή στη διαδικασία της κυτταρικής πρωτεϊνικής σύνθεσης.
Καθιέρωση της σύνθεσης των νουκλεϊκών οξέων διαδοχικά
Η υδρολυτική διάσπαση μας επιτρέπει να αναγνωρίσουμε τα ακόλουθα δομικά
Συστατικά.
Ας εξετάσουμε τα δομικά συστατικά των νουκλεϊκών οξέων
οξέα κατά σειρά πολυπλοκότητας της δομής τους.
1. Πυρηνικές βάσεις.
Ετεροκυκλικές βάσεις που περιλαμβάνονται στη σύνθεση
νουκλεϊκά οξέα ( πυρηνικές βάσεις), είναι ένα υδροξυ- και
αμινο παράγωγα πυριμιδίνης και πουρίνης. Τα νουκλεϊκά οξέα περιέχουν τρία
ετεροκυκλικές βάσεις με δακτύλιο πυριμιδίνης ( πυριμιδίνη
λόγους) και δύο - με τον κύκλο πουρίνης (πουρινικές βάσεις).
Πυρηνικές βάσεις
έχουν ασήμαντα ονόματα και αντίστοιχους μονογράμματους χαρακτηρισμούς.
Στη σύνθεση των νουκλεϊκών οξέων, ετεροκυκλικά
οι βάσεις είναι σε θερμοδυναμικά σταθερή μορφή οξο.
Εκτός από αυτές τις ομάδες νουκλεϊκών βάσεων,
που ονομάζεται κύριος, σε νουκλεϊκά οξέα σε μικρές ποσότητες
συναντώ ανήλικοςβάσεις: 6-οξοπουρίνη (υποξανθίνη),
3-Ν-μεθυλουρακίλη, 1-Ν-μεθυλγουανίνη, κ.λπ.
Τα νουκλεϊκά οξέα περιλαμβάνουν υπολείμματα
μονοσακχαρίτες – D-ριβόζη και 2-δεοξυ –D-ριβόζη. Και οι δύο μονοσακχαρίτες υπάρχουν σε
νουκλεϊκά οξέα σεσι -μορφή φουρανόζης.
2. Νουκλεοζίτες.
Οι νουκλεοσίδες είναι Ν-γλυκοσίδες που σχηματίζονται από νουκλεοβάσεις και ριβόζη
ή δεοξυριβόζη.
Μεταξύ του ανωμερούς ατόμου άνθρακα του μονοσακχαρίτη και του ατόμου αζώτου στη θέση 1
δακτύλιος πυριμιδίνης ή το άτομο αζώτου στη θέση 9 του δακτυλίου πουρίνης σχηματίζει β -γλυκοσιδικό
σύνδεση.
Ανάλογα με τη φύση του υπολείμματος μονοσακχαρίτη
νουκλεοζίτες χωρίζονται σε ριβονουκλεοσίδες(περιέχει ένα υπόλειμμα ριβόζης) και δεοξυριβονουκλεοσίτες(περιέχουν ένα υπόλειμμα δεοξυριβόζης). Τίτλοι
Οι νουκλεοζίτες κατασκευάζονται με βάση τα ασήμαντα ονόματα των νουκλεϊνικών βάσεων,
προσθήκη κατάληξης –ιδίνγια παράγωγα πυριμιδίνης και -οσίνηΓια
παράγωγα πουρίνης. Το πρόθεμα προστίθεται στα ονόματα των δεοξυριβονουκλεοσιδίων δεοξυ-.Εξαίρεση αποτελεί ο νουκλεοζίτης που σχηματίζεται από τη θυμίνη και
δεοξυριβόζη, στην οποία το πρόθεμα δεοξυ-δεν προστίθεται γιατί
Η θυμίνη σχηματίζει νουκλεοσίτες με ριβόζη μόνο σε πολύ σπάνιες περιπτώσεις.
Για να ορίσουμε νουκλεοζίτες χρησιμοποιούμε
ονομασίες με ένα γράμμα των νουκλεϊνικών βάσεων που περιλαμβάνονται στη σύνθεσή τους. ΠΡΟΣ ΤΗΝ
Οι δεοξυριβονουκλεοζίτες (με εξαίρεση τη θυμιδίνη) συμβολίζονται με το γράμμα
"ρε".
Μαζί με το κύριο
νουκλεοζίτες στη σύνθεση των νουκλεϊκών οξέων υπάρχουν δευτερεύοντες νουκλεοζίτες,
που περιέχει τροποποιημένες βάσεις νουκλεϊκού οξέος (βλέπε παραπάνω).
Στη φύση, οι νουκλεοσίτες βρίσκονται επίσης σε
ελεύθερη κατάσταση, κυρίως με τη μορφή νουκλεοσιδικών αντιβιοτικών, τα οποία
παρουσιάζουν αντικαρκινική δράση. Τα νουκλεοσιδικά αντιβιοτικά έχουν κάποια
διαφορές από τους συνηθισμένους νουκλεοσίτες στη δομή είτε του υδατανθρακικού τμήματος είτε
ετεροκυκλική βάση, η οποία τους επιτρέπει να ενεργούν ως
αντιμεταβολίτες, γεγονός που εξηγεί την αντιβιοτική τους δράση.
Όπως οι Ν-γλυκοσίδες, οι νουκλεοσίτες είναι ανθεκτικοί σε
αλκάλια, αλλά διασπώνται από οξέα για να σχηματιστούν ελεύθερα
μονοσακχαρίτη και νουκλεϊκή βάση. Οι νουκλεοζίτες πουρίνης υδρολύονται
πολύ πιο ελαφρύ από τις πυριμιδίνες.
3. Νουκλεοτίδια
Τα νουκλεοτίδια είναι εστέρες νουκλεοζιτών και φωσφόρου
οξέα (φωσφορικά νουκλεοσίδια). Ο εστερικός δεσμός με το φωσφορικό οξύ σχηματίζεται από το ΟΗ.
ομάδα στη θέση 5/ ή
3
/ μονοσακχαρίτης. Εξαρτάται από
τη φύση του υπολείμματος μονοσακχαρίτη, τα νουκλεοτίδια χωρίζονται σε ριβονουκλεοτίδια (δομικά στοιχεία RNA) και δεοξυριβονουκλεοτίδια(δομικά στοιχεία
DNA). Τα ονόματα νουκλεοτιδίων περιλαμβάνουν το όνομα του νουκλεοζίτη και τη θέση μέσα
δεν υπάρχει υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Οι συντομογραφίες νουκλεοσιδίων περιέχουν
χαρακτηρισμός ενός νουκλεοζίτη, ενός υπολείμματος μονο-, δι- ή τριφωσφορικού οξέος, για
3
/ -ενδεικνύονται και τα παράγωγα
θέση της φωσφορικής ομάδας.
Τα νουκλεοτίδια είναι μονομερείς μονάδες, από
που κατασκευάζουν τις πολυμερείς αλυσίδες των νουκλεϊκών οξέων. Μερικά νουκλεοτίδια
δρουν ως συνένζυμα και συμμετέχουν στο μεταβολισμό.
4. Νουκλεοτίδιο
συνένζυμα
Συνένζυμα- Αυτό ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ
μη πρωτεϊνικής φύσης, οι οποίες είναι απαραίτητες για την εφαρμογή της καταλυτικής
ενζυμική δράση. Τα συνένζυμα ανήκουν σε διαφορετικές τάξειςοργανικός
συνδέσεις. Μια σημαντική ομάδα συνενζύμων είναι πολυφωσφορικά νουκλεοσίδια
.
Φωσφορική αδενοσίνη –
παράγωγα
αδενοσίνη που περιέχει υπολείμματα μονο-, δι- και τριφωσφορικών οξέων. Ιδιαίτερο μέρος
καταλαμβάνουν αδενοσίνη-5/ -μονο-, δι- και
τριφωσφορικά - AMP, ADP και ATP - μακροεργικήουσίες που έχουν
μεγάλα αποθέματα ελεύθερης ενέργειας σε κινητή μορφή. Το μόριο ATP περιέχει
μακροεργική Συνδέσεις R-O, τα οποία διασπώνται εύκολα με υδρόλυση.
Η ελεύθερη ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση εξασφαλίζει τη ροή των συζευγμένων
υδρόλυση του ATP με θερμοδυναμικά δυσμενείς αναβολικές διεργασίες, για παράδειγμα,
βιοσύνθεση πρωτεϊνών.
Συνένζυμο Α.Το μόριο αυτού
Το συνένζυμο αποτελείται από τρία δομικά συστατικά: παντοθενικό οξύ,
2-αμινοαιθανοθειόλη και ADP.
Το συνένζυμο Α εμπλέκεται στις διαδικασίες
ενζυματική ακυλίωση, ενεργοποίηση καρβοξυλικά οξέαγυρίζοντάς τα
σε αντιδραστικούς θειολεστέρες.
Συνένζυμα δινουκλεοτιδίου νικοτιναμίδης αδενίνης.
Δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης (ΠΑΝΩ +)και το φωσφορικό του ( NADP
+ ) περιέχουν το κατιόν πυριδίνιο στη μορφή
θραύσμα νικοτιναμιδίου. Κατιόν πυριδίνιο σε αυτά τα συνένζυμα
ικανό να προσθέτει αναστρέψιμα ένα ανιόν υδριδίου για να σχηματίσει μια ανηγμένη μορφή
συνένζυμο - NADΝ.
Έτσι, δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης
τα συνένζυμα εμπλέκονται σε διεργασίες οξειδοαναγωγής που σχετίζονται με
μεταφορά ανιόντος υδριδίου, για παράδειγμα, οξείδωση ομάδων αλκοόλης σε ομάδες αλδεΰδης
(μετατροπή ρετινόλης σε αμφιβληστροειδή), αναγωγική αμίνωση κετοοξέων,
αναγωγή των κετοξέων σε υδροξυοξέα. Κατά τη διάρκεια αυτών των διεργασιών το υπόστρωμα
χάνει (οξείδωση) ή προσθέτει (αναγωγή) δύο άτομα υδρογόνου ως
Ν+ και Ν - . Το συνένζυμο χρησιμεύει ως δέκτης
(ΠΑΝΩ ΑΠΟ + ) ή δότη
(ΠΑΝΩ ΑΠΟ .
Η) ιόν υδριδίου. Όλες οι διαδικασίες με
που περιλαμβάνουν συνένζυμα είναι στερεοεκλεκτικά. Έτσι, κατά την αποκατάσταση
Το πυροσταφυλικό οξύ παράγει αποκλειστικά L-γαλακτικό οξύ.
5. Νουκλεϊκά οξέα.
Πρωτογενής δομή
Το νουκλεϊκό οξύ είναι μια γραμμική αλυσίδα πολυμερούς κατασκευασμένη
μονομερών - νουκλεοτιδίων που συνδέονται μεταξύ τους
3 / -5 / -φωσφοδιεστέρας
συνδέσεις. Η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα έχει άκρο 5′ και άκρο 3′. Στο 5′ τέλος είναι
ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος, και στο 3' άκρο υπάρχει μια ελεύθερη ομάδα υδροξυλίου.
Συνηθίζεται να γράφεται η νουκλεοτιδική αλυσίδα ξεκινώντας από το 5′ άκρο.
Ανάλογα με τη φύση των υπολειμμάτων μονοσακχαριτών
σε ένα νουκλεοτίδιο υπάρχουν δεοξυριβονουκλεϊκά οξέα (DNA) και ριβονουκλεϊκά οξέα
οξέα (RNA). Το DNA και το RNA διαφέρουν επίσης ως προς τη φύση των συστατικών τους.
νουκλεϊκές βάσεις: η ουρακίλη βρίσκεται μόνο στο RNA, η θυμίνη - μόνο στο
Σύνθεση DNA.
Δευτερεύουσα δομή DNA
είναι ένα σύμπλεγμα δύο πολυνουκλεοτιδικών αλυσίδων στριμμένων προς τα δεξιά
περίπου κοινό άξοναέτσι ώστε οι αλυσίδες υδατανθράκων-φωσφορικών να βρίσκονται στο εξωτερικό, και
Οι νουκλεϊκές βάσεις κατευθύνονται προς τα μέσα ( Διπλή έλικα Watson-Crick).
Το βήμα της έλικας είναι 3,4 nm, υπάρχουν 10 ζεύγη νουκλεοτιδίων ανά στροφή. Πολυνουκλεοτίδιο
τα κυκλώματα είναι αντιπαράλληλα, εκείνοι.
Απέναντι από το 3′ άκρο της μιας αλυσίδας είναι το 5′ άκρο της άλλης αλυσίδας. Δύο κλώνοι DNA
δεν είναι πανομοιότυπα στη σύνθεση, αλλά συμπληρωματικός. Αυτό εκφράζεται στο
το γεγονός ότι αντίθετη αδενίνη (Α) στη μία αλυσίδα υπάρχει πάντα θυμίνη (Τ) στην άλλη
αλυσίδες, και απέναντι από τη γουανίνη (G) υπάρχει πάντα η κυτοσίνη (C). Συμπληρωματικός
Η σύζευξη του Α με το Τ και του G με το Γ πραγματοποιείται λόγω δεσμών υδρογόνου. Μεταξύ Α και Τ
Σχηματίζονται δύο δεσμοί υδρογόνου, τρεις μεταξύ G και C.
Η συμπληρωματικότητα των κλώνων του DNA είναι
χημική βάση πιο σημαντική λειτουργία DNA – αποθήκευση και μετάδοση γενετικής
πληροφορίες.
Τύποι RNA.
Υπάρχουν τρεις κύριες γνωστές
τύποι κυτταρικού RNA: RNA μεταφοράς (tRNA), αγγελιαφόρο RNA (mRNA) και ριβοσωμικό
RNA (rRNA). Διαφέρουν ως προς τη θέση στο κελί, τη σύνθεση και το μέγεθος,
καθώς και λειτουργίες. Τα RNA αποτελούνται συνήθως από μία πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα.
που στο χώρο αναπτύσσεται με τέτοιο τρόπο ώστε τα επιμέρους τμήματα του
γίνονται συμπληρωματικά μεταξύ τους («κολλάνε μαζί») και σχηματίζουν σύντομο
διπλές ελικοειδείς περιοχές του μορίου, ενώ άλλες περιοχές παραμένουν
μονόκλωνος.
Αγγελιοφόρος RNAεκτελεί τη λειτουργία μιας μήτρας
πρωτεϊνική σύνθεση στα ριβοσώματα.
Ριβοσωμικό RNAλειτουργούν ως δομικά
συστατικά των ριβοσωμάτων.
Μεταφορά RNAσυμμετέχουν σε
Μεταφοράένα -αμινοξέα από το κυτταρόπλασμα σε ριβοσώματα και στη μετάφραση νουκλεοτιδικών πληροφοριών
την αλληλουχία του mRNA στην αλληλουχία των αμινοξέων στις πρωτεΐνες.
Μηχανισμός μετάδοσης γενετικής πληροφορίας.
Γενετική πληροφορία κωδικοποιημένη σε νουκλεοτιδική αλληλουχία
DNA. Ο μηχανισμός μετάδοσης αυτών των πληροφοριών περιλαμβάνει τρία κύρια στάδια.
Πρώτο στάδιο - αντιγραφή-αντιγραφή
μητρικό DNA με το σχηματισμό δύο θυγατρικών μορίων DNA, νουκλεοτιδίου
η αλληλουχία των οποίων είναι συμπληρωματική με την αλληλουχία του μητρικού DNA και
καθορίζεται μοναδικά από αυτήν. Η αντιγραφή πραγματοποιείται με σύνθεση νέου
Μόρια DNA στη μητέρα, η οποία παίζει το ρόλο μιας μήτρας. Διπλή έλικα
το μητρικό DNA ξετυλίγεται και ένα νέο συντίθεται σε καθένα από τα δύο σκέλη
(κόρη) αλυσίδα DNA λαμβάνοντας υπόψη την αρχή της συμπληρωματικότητας. Η διαδικασία πραγματοποιείται
υπό τη δράση του ενζύμου DNA πολυμεράση. Έτσι από το ίδιο μητρικό DNA
σχηματίζονται δύο θυγατρικές, καθεμία από τις οποίες περιέχει μία
μητέρα και μία νεοσυντιθέμενη πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα.
Δεύτερη φάση - μεταγραφή– διαδικασία, σε
κατά την οποία μέρος της γενετικής πληροφορίας ξαναγράφεται από το DNA με τη μορφή mRNA.
Το αγγελιοφόρο RNA συντίθεται σε ένα τμήμα αποσπειρωμένου κλώνου DNA ως εκμαγείο
υπό τη δράση του ενζύμου RNA πολυμεράση. Στην πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα του mRNA
ριβονουκλεοτίδια που μεταφέρουν βέβαιος
Οι νουκλεϊκές βάσεις διατάσσονται σε μια αλληλουχία που καθορίζεται από
συμπληρωματικές αλληλεπιδράσεις με τις νουκλεϊκές βάσεις της αλυσίδας του DNA. Εν αδενίνηβάση στο DNA θα αντιστοιχεί ουρακίληβάση στο RNA. Οι γενετικές πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση πρωτεϊνών κωδικοποιούνται στο DNA με
με βοήθεια τρίδυμακώδικας. Ένα αμινοξύ είναι κωδικοποιημένο
μια ακολουθία τριών νουκλεοτιδίων που ονομάζεται κωδικόνιο.
Το τμήμα του DNA που κωδικοποιεί μια πολυπεπτιδική αλυσίδα ονομάζεται γονιδίωμα.
Κάθε κωδικόνιο στο DNA έχει ένα αντίστοιχο συμπληρωματικό κωδικόνιο στο mRNA. Συνολικό μόριο
Το mRNA είναι συμπληρωματικό σε ένα συγκεκριμένο τμήμα της αλυσίδας του DNA - ένα γονίδιο.
Οι διαδικασίες αντιγραφής και μεταγραφής συμβαίνουν στο
πυρήνα του κυττάρου. Η πρωτεϊνοσύνθεση συμβαίνει στα ριβοσώματα. Συνθεμένο mRNA
μεταναστεύει από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα στα ριβοσώματα, μεταφέροντας γενετικές πληροφορίες σε
θέση πρωτεϊνικής σύνθεσης.
Τρίτο στάδιο - αναμετάδοση- επεξεργάζομαι, διαδικασία
υλοποίηση της γενετικής πληροφορίας που μεταφέρεται από το mRNA με τη μορφή μιας αλληλουχίας
νουκλεοτίδια στην αλληλουχία αμινοξέων μιας συντιθέμενης πρωτεΐνης.ένα -Τα αμινοξέα απαραίτητα για
πρωτεϊνοσύνθεση μεταφέρονται στα ριβοσώματα μέσω tRNA, με το οποίο αυτά
σύνδεση με ακυλίωση 3 / Ομάδες -ΟΗ στο τέλος της αλυσίδας tRNA.
Το tRNA έχει κλάδο αντικωδικονίου που περιέχει
τρινουκλεοτίδιο - αντικωδικόνιο, που αντιστοιχεί σε αυτό που φέρει
αμινοξέων. Στο ριβόσωμα, τα tRNA συνδέονται σε θέσεις αντικωδικονίων
αντίστοιχα κωδικόνια mRNA. Ειδικότητα σύνδεσης κωδικονίου και αντικωδικονίου
διασφαλίζεται από τη συμπληρωματικότητά τους. Μεταξύ γειτονικών αμινοξέων
σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός. Με αυτόν τον τρόπο, ένα αυστηρά καθορισμένο
αλληλουχία αμινοξέων που ενώνονται σε πρωτεΐνες, που κωδικοποιείται σε
γονίδια.
Νουκλεοτίδιο
Νουκλεοτίδια- φυσικές ενώσεις από τις οποίες κατασκευάζονται, όπως τα τούβλα, αλυσίδες. Επίσης, τα νουκλεοτίδια αποτελούν μέρος των σημαντικότερων συνενζύμων (οργανικές ενώσεις μη πρωτεϊνικής φύσης - συστατικά ορισμένων ενζύμων) και άλλων βιολογικών δραστικές ουσίες, χρησιμεύουν ως φορείς ενέργειας στα κύτταρα.
Μόριο κάθε νουκλεοτιδίου (μονονουκλεοτίδιο)αποτελείται από τρία χημικά διακριτά μέρη.
1. Αυτό είναι ένα σάκχαρο πέντε άνθρακα (πεντόζη):
Ριβόζη (σε αυτή την περίπτωση, τα νουκλεοτίδια ονομάζονται ριβονουκλεοτίδια και αποτελούν μέρος των ριβονουκλεϊκών οξέων, ή)
Ή δεοξυριβόζη (τα νουκλεοτίδια ονομάζονται δεοξυριβονουκλεοτίδια και αποτελούν μέρος του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος ή).
2. Αζωτούχα βάση πουρίνης ή πυριμιδίνης συνδέεται με το άτομο άνθρακα του σακχάρου, σχηματίζοντας μια ένωση που ονομάζεται νουκλεοζίτης.
3. Ένα, δύο ή τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος
, που συνδέονται με αιθερικούς δεσμούς στον άνθρακα του σακχάρου, σχηματίζουν ένα μόριο νουκλεοτιδίου (στα μόρια DNA ή RNA υπάρχει ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος).
Οι αζωτούχες βάσεις των νουκλεοτιδίων του DNA είναι οι πουρίνες (αδενίνη και γουανίνη) και οι πυριμιδίνες (κυτοσίνη και θυμίνη). Τα νουκλεοτίδια RNA περιέχουν τις ίδιες βάσεις με το DNA, αλλά η θυμίνη αντικαθίσταται από παρόμοια. χημική δομήουρακίλη.
Οι αζωτούχες βάσεις και, κατά συνέπεια, τα νουκλεοτίδια που τις περιλαμβάνουν, συνήθως χαρακτηρίζονται στη βιολογική βιβλιογραφία με αρχικά γράμματα (λατινικά ή ουκρανικά/ρωσικά) σύμφωνα με τα ονόματά τους:
- - Α (Α);
- - G (G);
- - S (C);
- θυμίνη - Τ (Τ);
- ουρακίλη - U (U).
Ένας συνδυασμός δύο νουκλεοτιδίων ονομάζεται δινουκλεοτίδιο, πολλά ονομάζονται ολιγονουκλεοτίδια και ένας συνδυασμός πολλών ονομάζεται πολυνουκλεοτίδιο ή νουκλεϊκό οξύ.
Εκτός από το γεγονός ότι τα νουκλεοτίδια σχηματίζουν αλυσίδες DNA και RNA, είναι συνένζυμα και τα νουκλεοτίδια που φέρουν τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος (τριφωσφορικός νουκλεοζίτης) είναι πηγές χημικής ενέργειας, η οποία περιέχεται σε φωσφορικούς δεσμούς. Ο ρόλος ενός τέτοιου παγκόσμιου φορέα ενέργειας όπως η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) είναι εξαιρετικά σημαντικός σε όλες τις διαδικασίες της ζωής.
Τα νουκλεοτίδια περιλαμβάνονται σε: νουκλεϊκά οξέα (πολυνουκλεοτίδια), απαραίτητα συνένζυμα (NAD, NADP, FAD, CoA) και άλλες βιολογικά ενεργές ενώσεις. Τα ελεύθερα νουκλεοτίδια με τη μορφή μονο-, δι- και τριφωσφορικού νουκλεοσιδίου βρίσκονται σε σημαντικές ποσότητες στα κύτταρα. Τριφωσφορικός νουκλεοζίτης - νουκλεοτίδια που περιέχουν 3 υπολείμματα φωσφορικού οξέος είναι πλούσια σε συσσώρευση ενέργειας σε δεσμούς υψηλής ενέργειας. Ένας ιδιαίτερος ρόλος διαδραματίζει το ATP - ένας παγκόσμιος συσσωρευτής ενέργειας. Οι υψηλής ενέργειας φωσφορικοί δεσμοί των τριφωσφορικών νουκλεοτιδίων χρησιμοποιούνται στη σύνθεση πολυσακχαριτών ( τριφωσφορική ουριδίνη, ATP), πρωτεΐνες (GTP, ATP), λιπίδια ( τριφωσφορική κυτιδίνη, ATP). Οι τριφωσφορικοί νουκλεοζίτες είναι επίσης υποστρώματα για τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων. Η διφωσφορική ουριδίνη εμπλέκεται στο μεταβολισμό των υδατανθράκων ως φορέας υπολειμμάτων μονοσακχαριτών, η διφωσφορική κυτιδίνη (φορέας υπολειμμάτων χολίνης και αιθανολαμίνης) - στον μεταβολισμό των λιπιδίων.
Παίζουν σημαντικό ρυθμιστικό ρόλο στο σώμα κυκλικά νουκλεοτίδια.Τα ελεύθερα μονοφωσφορικά νουκλεοσίδια σχηματίζονται με σύνθεση ή υδρόλυση νουκλεϊκό οξύυπό τη δράση νουκλεασών. Η διαδοχική φωσφορυλίωση των μονοφωσφορικών νουκλεοζιτών οδηγεί στον σχηματισμό των αντίστοιχων τριφωσφορικών νουκλεοτιδίων. Η διάσπαση των νουκλεοτιδίων λαμβάνει χώρα υπό τη δράση της νουκλεοτιδάσης (στην περίπτωση αυτή σχηματίζονται νουκλεοζίτες), καθώς και της πυροφωσφορυλάσης νουκλεοτιδίων, που καταλύουν την αναστρέψιμη αντίδραση διάσπασης των νουκλεοτιδίων σε ελεύθερες βάσεις και πυροφωσφορικό φωσφοριβοσύλιο.
Νουκλεοτίδια.
Νουκλεϊκά οξέα
Νουκλεοτίδια
Τα νουκλεοτίδια είναι φυσικές ενώσεις που αποτελούνται από 1) υπολείμματα αζωτούχων νουκλεϊκών βάσεων, 2) υπολείμματα υδατανθράκων και 3) φωσφορικές ομάδες.
Αζωτούχες νουκλεϊκές βάσεις
Οι βάσεις αζώτου είναι παράγωγα δύο ετεροκύκλων - πυριμιδίνης και πουρίνης.
Βάσεις πυριμιδίνης
Βάσεις πουρίνης
ΑΥΤΟΜΕΡΙΣΜΟΣ ΒΑΣΕΩΝ ΑΖΩΤΟΥ
α) λακτάμη-λακτίμη
Παρόμοιος ταυτομερισμός είναι δυνατός στη θυμίνη, την κυτοσίνη και τη γουανίνη.
β) αμινο-ιμίνη
Παρόμοιος ταυτομερισμός είναι δυνατός για τη γουανίνη και την κυτοσίνη.
Οι λακτάμες είναι πιο σταθερές από τις λακτίμες και οι αμίνες είναι πιο σταθερές από τις ιμίνες. Όλοι οι λόγοι σε vitroΚαι σε vivoυπάρχουν και συμμετέχουν στο μεταβολισμό σε μορφές λακτάμης και αμινοξέων.
Τα παράγωγα και τα ανάλογα νουκλεϊκών βάσεων χρησιμοποιούνται στην ιατρική ως αντικαρκινικά φάρμακα:
Νουκλεοσίδια
Οι νουκλεοζίτες είναι ενώσεις που αποτελούνται από υπολείμματα νουκλεϊνικής βάσης και υδατάνθρακα που συνδέονται με β-Ν-γλυκοσιδικός δεσμός.
Αντίδραση σχηματισμού νουκλεοσιδίων σε vivoεμφανίζεται υπό τη δράση των ενζύμων.
Σε όξινο περιβάλλον (αλλά όχι σε ουδέτερο ή αλκαλικό περιβάλλον), οι νουκλεοζίτες υδρολύονται, διασπώνται στην αρχική βάση και στους υδατάνθρακες. Οι νουκλεοζίτες πυριμιδίνης υδρολύονται πιο δύσκολα, ενώ οι νουκλεοζίτες πουρίνης υδρολύονται πιο εύκολα.
Ονοματολογία νουκλεοσιδίων
|
Βάση |
Ονομα |
|
|
2"-Δεοξυουριδίνη |
||
|
2"-Δεοξυθυμιδίνη |
||
|
2"-Δεοξυκυτιιδίνη |
||
|
Αδενοσίνη |
||
|
2"-Δεοξυαδενοσίνη |
||
|
Γουανοσίνη |
||
|
2"-Δεοξυγουανοσίνη |
Νουκλεοτίδια
Νουκλεοτίδια είναι νουκλεοζίτες που περιέχουν μια φωσφορική ομάδα στη θέση 5" (5" φωσφοριδωμένοι νουκλεοζίτες).
Τα νουκλεοτίδια σχηματίζονται in vivo ως αποτέλεσμα της ενζυματικής φωσφορυλίωσης των νουκλεοζιτών:
Τα νουκλεοτίδια υδρολύονται σε όξινο και αλκαλικό περιβάλλον: η όξινη υδρόλυση παράγει μια βάση, υδατάνθρακες και φωσφορικό οξύ και η αλκαλική υδρόλυση παράγει νουκλεοζίτη και φωσφορικό νάτριο:
Ονοματολογία νουκλεοτιδίων
|
Βάση |
Ονομα |
|
|
Ουριδίνη-5"-μονοφωσφορική (UMP), ουριδυλικό οξύ |
||
|
2"-Δεοξυουριδίνη-5"-μονοφωσφορική |
||
|
Θυμιδίνη-5"-μονοφωσφορική (TMP), θυμιδυλικό οξύ |
||
|
2"-δεοξυθυμιδίνη-5"-μονοφωσφορική |
||
|
5"-μονοφωσφορική κυτιδίνη (CMP), κυτιδυλικό οξύ |
||
|
2"-δεοξυκυτιιδίνη-5"-μονοφωσφορική |
||
|
5"-μονοφωσφορική αδενοσίνη (AMP), αδενυλικό οξύ |
||
|
2"-δεοξυαδενοσίνη-5"-μονοφωσφορική |
||
|
Γαουνοσίνη-5"-μονοφωσφορική (GMP), γουανυλικό οξύ |
||
|
2"-δεοξυγουανοσίνη-5"-μονοφωσφορική |
Δινουκλεοτίδια
Το NAD και το FAD είναι συνένζυμα που εμπλέκονται στις αντιδράσεις OB μεταφοράς υδρογόνου στο σώμα:
Τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP)
Το ATP είναι μια μπαταρία και φορέας ενέργειας στις βιοχημικές αντιδράσεις.
Βιολογικές αντιδράσεις ATP
1. Φωσφορυλίωση– μεταφορά φωσφορικών ομάδων από το ATP σε άλλα υποστρώματα:
2. Υδρόλυση με απελευθέρωση ενέργειας που χρησιμοποιείται στις αντιδράσεις συνθετάσης:
Νουκλεϊκά οξέα
Nucleic Τα οξέα είναι πολυνουκλεοτίδια - πολυμερή που αποτελούνται από υπολείμματα νουκλεοτιδίων που συνδέονται με δεσμούς σακχάρου-φωσφορικού εστέρα.
Σχέδιο της δομής της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας:
Τύποι NC: DNA – περιέχει 2 υπολείμματα -δεοξυριβόζης, δεν περιέχει ουρακίλη.
Δ Ν Κ
Πρωτογενής δομή του DNA
Η πρωταρχική δομή του DNA είναι μια ορισμένη σειρά της αλληλουχίας των νουκλεοτιδίων στην αλυσίδα:
Η πρωταρχική δομή του πυρηνικού DNA περιέχει τον γενετικό κώδικα. Κατά τη διαδικασία της μεταγραφής, «ξαναγράφεται» σε αγγελιοφόρο RNA και στη συνέχεια λαμβάνει χώρα η μετάφραση: στο ριβόσωμα, συντίθεται μια πολυπεπτιδική αλυσίδα πρωτεΐνης στη μήτρα του αγγελιοφόρου RNA. Κλειδί γενετικός κώδικαςείναι ότι ένα υπόλειμμα αμινοξέος στη συντιθέμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα κωδικοποιείται από τρία υπολείμματα νουκλεοτιδίων (τριπλή) σε ΝΑ, και έτσι 20 αμινοξέα κωδικοποιούνται χρησιμοποιώντας 4 τύπους νουκλεοτιδίων.
Χημικές ιδιότητες νουκλεϊκών οξέων
Οι εστερικοί δεσμοί που συνδέουν τις πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες είναι ασταθείς σε όξινο και αλκαλικό περιβάλλον και τα NC υφίστανται υδρόλυση υπό αυτές τις συνθήκες:
ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΑΖΩΤΕΙΩΝ ΒΑΣΕΩΝ
Η συμπληρωματικότητα είναι η αντιστοιχία του σχήματος δύο πολύπλοκων γραμμών που ταιριάζουν μεταξύ τους «σαν ένα κλειδί σε μια κλειδαριά».
Συμπληρωματικά ζεύγη βάσεων:
ΣΕ ζεύγος Α-ΤΗ θυμίνη μπορεί (κατά τη μετάβαση DNA→RNA) να αντικατασταθεί από ουρακίλη και το ζεύγος γίνεται A-U («εναλλαξιμότητα» θυμίνης και ουρακίλης).
Βιολογική σημασία των συμπληρωματικών αλληλεπιδράσεωνείναι ότι διασφαλίζουν την ακρίβεια της μεταφοράς πληροφοριών από το ένα ΝΚ σε ένα άλλο.
Δευτερογενής δομή του DNA
Είναι μια έλικα που αποτελείται από δύο συμπληρωματικές και αντιπαράλληλες πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες («διπλή έλικα»):
Βιολογικός ρόλος της «διπλής έλικας»:
1) Εξασφαλίζει την ασφάλεια των γενετικών πληροφοριών (πυρηνικό σύμπλεγμα νουκλεοπρωτεϊνών «DNA-Histones»).
2) Παρέχει αποκατάσταση πληροφοριών σε περίπτωση βλάβης του DNA (επισκευή μετά από μεταλλάξεις).
R N K
Τύποι RNA: ριβοσωμικό, πληροφοριακό, μεταφορικό.
Ριβοσωμικό RNA (r-RNA) – δομικό υλικόριβοσώματα (ριβοσωματικό σύμπλεγμα νουκλεοπρωτεϊνών).
Πληροφορίες (μήτρα) Το RNA (i-RNA) είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο στη διαδικασία μετασχηματισμού των πληροφοριών DNA-πρωτεΐνης. Συντίθεται σε ένα πρότυπο DNA και χρησιμεύει ως πρότυπο για τη σύνθεση πρωτεϊνών στο ριβόσωμα. Το mRNA είναι σχετικά χαμηλού μοριακού βάρους και δεν έχει ανεπτυγμένη δευτερογενή δομή.
Το RNA μεταφοράς (t-RNA) είναι ένα χαμηλού μοριακού RNA που εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες: 1) Προσδιορισμός του «του» αμινοξέος (για κάθε ΑΚ υπάρχει το δικό του t-RNA). 2) δέσμευση στο ΑΚ και μεταφορά του στο ριβόσωμα. 3) προσδιορισμός της θέσης του ΑΚ στην αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Τα RNA μεταφοράς έχουν δευτερεύουσα δομή τριφυλλιού:
Το προεξέχον άκρο του CCA-3 OH είναι η θέση σύνδεσης με την καρβοξυλομάδα του ΑΑ.
Η τριάδα των νουκλεοτιδίων στο χαμηλότερο σημείο είναι ένα κωδικόνιο συμπληρωματικό του αντίστοιχου αντικωδικονίου στο mRNA.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ:
Κύριος
1. Tyukavkina N.A., Zurabyan S.E., Beloborodov V.L. και άλλα - Οργανική χημεία (ειδικό μάθημα), βιβλίο 2 - Bustard, M., 2008, σελ. 157-178.
2. N.A. Tyukavkina, Yu.I Baukov - Bioorganic chemistry - DROFA, M., 2007, σελ. 420-444.
Μέχρι το 1944, ο O. Avery και οι συνάδελφοί του K. McLeod και M. McCarthy ανακάλυψαν τη μεταμορφωτική δραστηριότητα του DNA στους πνευμονιόκοκκους. Αυτοί οι συγγραφείς συνέχισαν το έργο του Γκρίφιθ, ο οποίος περιέγραψε το φαινόμενο της μεταμόρφωσης (μετάδοση κληρονομικών χαρακτηριστικών) στα βακτήρια. Οι O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy έδειξαν ότι όταν αφαιρούνται οι πρωτεΐνες, οι πολυσακχαρίτες και το RNA, ο μετασχηματισμός των βακτηρίων δεν επηρεάζεται και όταν η επαγωγική ουσία εκτίθεται στο ένζυμο δεοξυριβονουκλεάση, η δραστηριότητα μετασχηματισμού εξαφανίζεται.
Αυτά τα πειράματα κατέδειξαν για πρώτη φορά τον γενετικό ρόλο του μορίου του DNA. Το 1952, οι A. Hershey και M. Chase επιβεβαίωσαν γενετικό ρόλοΜόρια DNA Κ σε πειράματα σε βακτηριοφάγο Τ2. Προσθέτοντας την πρωτεΐνη του με ραδιενεργό θείο και το DNA του με ραδιενεργό φώσφορο, μόλυναν το E. coli με αυτόν τον βακτηριακό ιό. Μια μεγάλη ποσότητα ραδιενεργού φωσφόρου και μόνο ίχνη S ανιχνεύθηκαν στους απογόνους του φάγου. Ακολούθησε ότι ήταν το DNA, και όχι η πρωτεΐνη φάγου, που διείσδυσε στο βακτήριο και στη συνέχεια, μετά την αντιγραφή, μεταδόθηκε στους απογόνους του φάγου.
Δομή ενός νουκλεοτιδίου DNA. Τύποι νουκλεοτιδίων.
ΝουκλεοτίδιοΤο DNA αποτελείται από
Βάση αζώτου (4 τύποι στο DNA: αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη)
Μονοσάκχαρο δεοξυριβόζης
Φωσφορικό οξύ
Μόριο νουκλεοτιδίουαποτελείται από τρία μέρη - ένα σάκχαρο πέντε άνθρακα, μια αζωτούχα βάση και φωσφορικό οξύ.
Περιλαμβάνεται ζάχαρη σύνθεση νουκλεοτιδίων, περιέχει πέντε άτομα άνθρακα, δηλαδή είναι μια πεντόζη. Ανάλογα με τον τύπο της πεντόζης που υπάρχει στο νουκλεοτίδιο, υπάρχουν δύο τύποι νουκλεϊκών οξέων - τα ριβονουκλεϊκά οξέα (RNA), τα οποία περιέχουν ριβόζη και τα δεοξυριβονουκλεϊκά οξέα (DNA), τα οποία περιέχουν δεοξυριβόζη. Στη δεοξυριβόζη, η ομάδα ΟΗ στο 2ο άτομο άνθρακα αντικαθίσταται από ένα άτομο Η, δηλαδή έχει ένα άτομο οξυγόνου λιγότερο από ό,τι στη ριβόζη.
Και στα δύο είδη νουκλεϊκών οξέωνπεριέχει τις βάσεις των τεσσάρων ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ: Δύο από αυτά ανήκουν στην κατηγορία των πουρινών και δύο στην κατηγορία των πυριμιδινών. Ο βασικός χαρακτήρας αυτών των ενώσεων δίνεται από το άζωτο που περιλαμβάνεται στον δακτύλιο. Οι πουρίνες περιλαμβάνουν αδενίνη (Α) και γουανίνη (G) και πυριμιδίνες περιλαμβάνουν κυτοσίνη (C) και θυμίνη (Τ) ή ουρακίλη (U) (σε DNA ή RNA, αντίστοιχα). Η θυμίνη είναι χημικά πολύ κοντά στην ουρακίλη (είναι η 5-μεθυλουρακίλη, δηλαδή η ουρακίλη στην οποία το 5ο άτομο άνθρακα έχει μια ομάδα μεθυλίου). Το μόριο πουρίνης έχει δύο δακτυλίους και το μόριο πυριμιδίνης έχει έναν.
Τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους με έναν ισχυρό ομοιοπολικό δεσμό μέσω του σακχάρου ενός νουκλεοτιδίου και φωσφορικό οξύαλλο. Αποδεικνύεται πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Στο ένα άκρο υπάρχει ελεύθερο φωσφορικό οξύ (άκρο 5'), στο άλλο υπάρχει ελεύθερο σάκχαρο (άκρο 3'). (Η πολυμεράση DNA μπορεί να προσθέσει νέα νουκλεοτίδια μόνο στο 3' άκρο.)
Δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες συνδέονται μεταξύ τους με ασθενείς δεσμούς υδρογόνου μεταξύ αζωτούχων βάσεων. Ακολουθούνται 2 κανόνες:
αρχή της συμπληρωματικότητας: απέναντι από την αδενίνη υπάρχει πάντα θυμίνη, απέναντι η κυτοσίνη - η γουανίνη (ταιριάζουν μεταξύ τους σε σχήμα και αριθμό δεσμών υδρογόνου - υπάρχουν δύο δεσμοί μεταξύ Α και G και 3 μεταξύ C και G).
η αρχή του αντιπαραλληλισμού: όπου μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα έχει άκρο 5', η άλλη έχει άκρο 3' και αντίστροφα.
Αποδεικνύεται διπλή αλυσίδα DNA.
Κουλουριάζεται μέσα διπλή έλικα, μια στροφή της έλικας έχει μήκος 3,4 nm και περιέχει 10 ζεύγη νουκλεοτιδίων. Οι αζωτούχες βάσεις (θεματοφύλακες γενετικών πληροφοριών) προστατεύονται μέσα στην έλικα.
Δομική οργάνωση του μορίου DNA. Μοντέλο των J. Watson και F. Crick
Το 1950, ο Άγγλος φυσικός M. Wilkins έλαβε ένα σχέδιο περίθλασης ακτίνων Χ κρυσταλλικών ινών DNA. Έδειξε ότι το μόριο του DNA έχει μια συγκεκριμένη δομή, η αποκωδικοποίηση της οποίας θα βοηθούσε στην κατανόηση του μηχανισμού λειτουργίας του DNA. Σχέδια ακτίνων Χ που λήφθηκαν όχι από κρυσταλλικές ίνες DNA, αλλά από λιγότερο διατεταγμένα συσσωματώματα που σχηματίζονται σε υψηλότερη υγρασία, επέτρεψαν στη Rosalind Franklin, συνάδελφο του M. Wilkins, να δει ένα σαφές σχέδιο σε σχήμα σταυρού - το αναγνωριστικό σημάδι μιας διπλής έλικας. Έγινε επίσης γνωστό ότι τα νουκλεοτίδια βρίσκονται σε απόσταση 0,34 nm το ένα από το άλλο και υπάρχουν 10 από αυτά ανά στροφή της έλικας Η διάμετρος του μορίου του DNA είναι περίπου 2 nm. Από τα δεδομένα περίθλασης ακτίνων Χ, ωστόσο, δεν ήταν σαφές πώς οι αλυσίδες συγκρατήθηκαν μαζί στα μόρια DNA.
Η εικόνα έγινε απολύτως σαφής το 1953, όταν ο Αμερικανός βιοχημικός J. Watson και ο Άγγλος φυσικός F. Crick, μελετώντας τη δομή του μορίου του DNA, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η ραχοκοκαλιά του φωσφορικού σακχάρου βρίσκεται στην περιφέρεια του μορίου του DNA. και οι βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης βρίσκονται στη μέση. Επιπλέον, τα τελευταία είναι προσανατολισμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να σχηματιστούν δεσμοί υδρογόνου μεταξύ βάσεων από αντίθετες αλυσίδες. Από το μοντέλο που κατασκεύασαν, αποκαλύφθηκε ότι οποιαδήποτε πουρίνη σε μια αλυσίδα συνδέεται πάντα με υδρογόνο με μια από τις πυριμιδίνες μιας άλλης αλυσίδας. Τέτοια ζεύγη έχουν το ίδιο μέγεθος σε όλο το μήκος του μορίου. Εξίσου σημαντικό είναι ότι η αδενίνη μπορεί να συνδυαστεί μόνο με τη θυμίνη και η γουανίνη μόνο με την κυτοσίνη. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται δύο δεσμοί υδρογόνου μεταξύ αδενίνης και θυμίνης και τρεις μεταξύ γουανίνης και κυτοσίνης.
Ιδιότητες και λειτουργίες του DNA.
Αποθήκευση κληρονομικών πληροφοριών (γενετικός κώδικας - μέθοδος καταγραφής γενετικών πληροφοριών σχετικά με την αλληλουχία αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη χρησιμοποιώντας νουκλεοτίδια (Gamow)
Μεταφορά (αντιγραφή/διπλασιασμός)
Υλοποίηση (μεταγραφή)
Αυτοαναπαραγωγή DNA. Replicon και η λειτουργία του.
Η διαδικασία αυτο-αναπαραγωγής μορίων νουκλεϊκού οξέος, συνοδευόμενη από την κληρονομικότητα (από κύτταρο σε κύτταρο) ακριβών αντιγράφων γενετικών πληροφοριών. πραγματοποιείται με τη συμμετοχή ενός συνόλου συγκεκριμένων ενζύμων (ελικάση, η οποία ελέγχει το ξετύλιγμα του μορίου DNA, πολυμεράση DNA, λιγάση DNA), προχωρά με ημι-συντηρητικό τρόπο με το σχηματισμό μιας διχάλας αντιγραφής. στη μία από τις αλυσίδες η σύνθεση της συμπληρωματικής αλυσίδας είναι συνεχής και στην άλλη συμβαίνει λόγω του σχηματισμού θραυσμάτων Dkazaki. Διαδικασία υψηλής ακρίβειας, το ποσοστό σφάλματος της οποίας δεν υπερβαίνει το 10 -9. στους ευκαρυώτες μπορεί να εμφανιστεί σε πολλά σημεία ενός μορίου DNA ταυτόχρονα. η ταχύτητα στους ευκαρυώτες είναι περίπου 100 και στα βακτήρια - περίπου 1000 νουκλεοτίδια ανά δευτερόλεπτο.
Ένα αντίγραφο είναι μια μονάδα της διαδικασίας αντιγραφής μιας περιοχής γονιδιώματος που βρίσκεται υπό τον έλεγχο ενός μόνο σημείου έναρξης (έναρξης) αντιγραφής. Ο όρος προτάθηκε από τους F. Jacob και S. Brenner το 1963. Το προκαρυωτικό γονιδίωμα είναι συνήθως ένα ενιαίο αντίγραφο. Από το σημείο της έναρξης, η αναπαραγωγή προχωρά και προς τις δύο κατευθύνσεις, σε ορισμένες περιπτώσεις με άνιση ταχύτητα. Στους ευκαρυώτες, το γονιδίωμα αποτελείται από πολλά (συχνά έως και αρκετές δεκάδες χιλιάδες) αντίγραφα.
Γενετικός κώδικας, οι ιδιότητές του.
Ένας γενετικός κώδικας είναι ένας τρόπος καταγραφής γενετικών πληροφοριών σχετικά με την αλληλουχία αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη χρησιμοποιώντας νουκλεοτίδια. Ανακάλυψη του γονιδίου. Ο κωδικός ανήκει στον Georgiy Gamow. 1954
Τριπλή- μια σημαντική μονάδα κώδικα είναι ένας συνδυασμός τριών νουκλεοτιδίων (τριπλές ή κωδικόνιο).
Συνέχεια- δεν υπάρχουν σημεία στίξης μεταξύ τρίδυμων, δηλαδή οι πληροφορίες διαβάζονται συνεχώς.
Μη αλληλοκαλυπτόμενο- το ίδιο νουκλεοτίδιο δεν μπορεί να είναι ταυτόχρονα μέρος δύο ή περισσότερων τριδύμων (δεν παρατηρείται για ορισμένα επικαλυπτόμενα γονίδια ιών, μιτοχονδρίων και βακτηρίων, τα οποία κωδικοποιούν αρκετές πρωτεΐνες μετατόπισης πλαισίου).
Αδιαμφισβήτητα (ιδιαιτερότητα)- ένα συγκεκριμένο κωδικόνιο αντιστοιχεί μόνο σε ένα αμινοξύ (ωστόσο, το κωδικόνιο UGA έχει Ευλότες κράσσοςκωδικοποιεί δύο αμινοξέα - κυστεΐνη και σεληνοκυστεΐνη)
Εκφυλισμός (πλεονασμός)- πολλά κωδικόνια μπορούν να αντιστοιχούν στο ίδιο αμινοξύ.
Ευστροφία- ο γενετικός κώδικας λειτουργεί το ίδιο σε οργανισμούς διαφορετικών επιπέδων πολυπλοκότητας - από ιούς έως ανθρώπους (σε αυτό βασίζονται οι μέθοδοι γενετικής μηχανικής· υπάρχουν ορισμένες εξαιρέσεις, που φαίνονται στον πίνακα στην ενότητα "Παραλλαγές του τυπικού γενετικού κώδικα" παρακάτω).
Ανοσία θορύβου- οι μεταλλάξεις των υποκαταστάσεων νουκλεοτιδίων που δεν οδηγούν σε αλλαγή στην κατηγορία του κωδικοποιημένου αμινοξέος ονομάζονται συντηρητικός; Οι μεταλλάξεις υποκατάστασης νουκλεοτιδίων που οδηγούν σε αλλαγή στην κατηγορία του κωδικοποιημένου αμινοξέος ονομάζονται ριζικό.
Η έννοια του γονιδίου. Ιδιότητες του Γονιδίου.
Γονίδιο- δομική και λειτουργική μονάδα κληρονομικότητας ζωντανών οργανισμών. Ένα γονίδιο είναι μια αλληλουχία DNA που προσδιορίζει την αλληλουχία ενός συγκεκριμένου πολυπεπτιδίου ή λειτουργικού RNA. Τα γονίδια καθορίζουν τα κληρονομικά χαρακτηριστικά των οργανισμών που μεταδίδονται από τους γονείς στους απογόνους κατά την αναπαραγωγή. Επιπλέον, ορισμένα οργανίδια (μιτοχόνδρια, πλαστίδια) έχουν το δικό τους DNA, το οποίο δεν αποτελεί μέρος του γονιδιώματος του οργανισμού, το οποίο καθορίζει τα χαρακτηριστικά τους.
(Ο όρος επινοήθηκε το 1909 από τον Δανό βοτανολόγο Vilhelm Johansen)
διακριτικότητα - μη αναμίξιμα γονιδίων.
σταθερότητα - η ικανότητα διατήρησης της δομής.
αστάθεια - η ικανότητα επανειλημμένης μετάλλαξης.
πολλαπλός αλληλισμός - πολλά γονίδια υπάρχουν σε έναν πληθυσμό σε πολλαπλές μοριακές μορφές.
αλληλικότητα - στον γονότυπο των διπλοειδών οργανισμών υπάρχουν μόνο δύο μορφές του γονιδίου.
ειδικότητα - κάθε γονίδιο κωδικοποιεί το δικό του χαρακτηριστικό.
πλειοτροπία - πολλαπλή επίδραση ενός γονιδίου.
εκφραστικότητα - ο βαθμός έκφρασης ενός γονιδίου σε ένα χαρακτηριστικό.
διείσδυση - η συχνότητα εκδήλωσης ενός γονιδίου σε έναν φαινότυπο.
ενίσχυση - αύξηση του αριθμού των αντιγράφων ενός γονιδίου.
Χαρακτηριστικά της οργάνωσης του ευκαρυωτικού γονιδιώματος.
Ευκαρυωτικό γονιδίωμα:
μεγάλο αριθμό γονιδίων
περισσότερο DNA
Τα χρωμοσώματα έχουν ένα πολύ περίπλοκο σύστημα ελέγχου της γονιδιακής δραστηριότητας στο χρόνο και στο χώρο, που σχετίζεται με τη διαφοροποίηση των κυττάρων και των ιστών στην οντογένεση του οργανισμού.
Η ποσότητα του DNA στα χρωμοσώματα είναι μεγάλη και αυξάνεται καθώς οι οργανισμοί γίνονται πιο πολύπλοκοι. Χαρακτηρίζονται και οι ευκαρυώτες πλεονασμός γονιδίων. Έτσι, το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει έναν αριθμό ζευγών νουκλεοτιδίων επαρκή για να σχηματίσει περισσότερα από 2 εκατομμύρια δομικά γονίδια, ενώ ο άνθρωπος έχει, σύμφωνα με δεδομένα του 2000, 31 χιλιάδες από όλα τα γονίδια.
Περισσότερο από το μισό του απλοειδούς γονιδιώματος των ευκαρυωτών αποτελείται από μοναδικά γονίδια, παρουσιάστηκε μόνο μία φορά. Ένα άτομο έχει το 64% τέτοιων μοναδικών γονιδίων, ένα μοσχάρι έχει το 55%, και η Drosophila έχει το 70%.
Κατηγορίες νουκλεοτιδικών αλληλουχιών στο ευκαρυωτικό DNA, χαρακτηριστικά, ιδιότητες και βιολογική σημασία τους.
Αλληλουχίες νουκλεοτιδίων στο ευκαρυωτικό γονιδίωμα
Στα τέλη της δεκαετίας του '60, η εργασία των Αμερικανών επιστημόνων R. Britten, E. Davidson και άλλων ανακάλυψε ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό της μοριακής δομής του ευκαρυωτικού γονιδιώματος - αλληλουχίες νουκλεοτιδίων διαφορετικών βαθμών επαναληψιμότητας. Αυτή η ανακάλυψη έγινε χρησιμοποιώντας μια μοριακή βιολογική μέθοδο για τη μελέτη της κινητικής της επαναδιάταξης του μετουσιωμένου DNA. Τα ακόλουθα κλάσματα διακρίνονται στο ευκαρυωτικό γονιδίωμα.
1. Μοναδικό, δηλ. ακολουθίες που υπάρχουν σε ένα αντίγραφο ή σε λίγα αντίγραφα. Κατά κανόνα, αυτά είναι σιστρόνια - δομικά γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες.
2. Επαναλήψεις χαμηλής συχνότητας - ακολουθίες που επαναλαμβάνονται δεκάδες φορές.
3. Ενδιάμεση, ή μέσης συχνότητας, επαναλήψεις - ακολουθίες που επαναλαμβάνονται εκατοντάδες και χιλιάδες φορές. Αυτά περιλαμβάνουν γονίδια rRNA (στον άνθρωπο υπάρχουν 200 ανά απλοειδές σύνολο, σε ποντίκια - 100, σε γάτες - 1000, σε ψάρια και ανθοφόρα φυτά - χιλιάδες), tRNA, γονίδια για ριβοσωμικές πρωτεΐνες και πρωτεΐνες ιστόνης.
4. Επαναλήψεις υψηλής συχνότητας, ο αριθμός των οποίων φτάνει τα 10 εκατομμύρια (ανά γονιδίωμα). Αυτές είναι σύντομες (~10 bp) μη κωδικοποιητικές αλληλουχίες που αποτελούν μέρος της περικεντρομερούς ετεροχρωματίνης.
Επίπεδα οργάνωσης ευκαρυωτικού γονιδιώματος.
Χημική και δομική σύνθεση χρωμοσωμάτων.
Οι μοριακές βιολογικές μελέτες έχουν δώσει πληροφορίες όχι μόνο για τη χημική δομή των χρωμοσωμάτων, αλλά και για την υπερμοριακή οργάνωση και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά τους. Είναι επί του παρόντος γνωστό ότι τα χρωμοσώματα είναι σχηματισμοί νουκλεοπρωτεϊνών που αποτελούνται από DNA και πρωτεΐνη. Επιπλέον, τα χρωμοσώματα περιέχουν μια ορισμένη ποσότητα RNA που σχηματίζεται κατά τη μεταγραφή, καθώς και ιόντα Ca+ και Mg+. Κάθε χρωματίδιο, και κατά τη διάρκεια της περιόδου αναφάσης-S της μεσόφασης και του χρωμοσώματος, περιέχει ένα μόριο DNA, το οποίο καθορίζει όλες τις λειτουργίες του χρωμοσώματος που σχετίζονται με την αποθήκευση κληρονομικών πληροφοριών, τη μετάδοση και την εφαρμογή τους. Το μόριο DNA στα χρωμοσώματα συνδέεται στενά με δύο κατηγορίες πρωτεϊνών - τις ιστόνες (βασικές πρωτεΐνες) και τις μη ιστόνες (όξινες πρωτεΐνες). Οι ιστόνες είναι μικρές πρωτεΐνες με υψηλή περιεκτικότητα σε φορτισμένα αμινοξέα (λυσίνη και αργινίνη). Το καθαρό θετικό φορτίο επιτρέπει στις ιστόνες να συνδέονται με το DNA ανεξάρτητα από τη νουκλεοτιδική σύνθεση. Έχουν κυρίως δομική λειτουργία. Πρόκειται για πολύ σταθερές πρωτεΐνες, τα μόρια των οποίων μπορούν να επιμείνουν σε όλη τη διάρκεια της ζωής του κυττάρου. Σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο υπάρχουν 5 τύποι ιστονών, οι οποίοι χωρίζονται σε δύο κύριες ομάδες: η πρώτη ομάδα (ορίζονται ως H2A, H2B, NZ, H4), είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό ειδικών συμπλεγμάτων δεοξυριβονουκλεοπρωτεϊνών - νουκλεοσωμάτων. Η δεύτερη ομάδα ιστονών (HI) βρίσκεται μεταξύ νουκλεοσωμάτων και καθορίζει την αναδίπλωση της νουκλεοσωμικής αλυσίδας σε περισσότερα υψηλό επίπεδοδομική οργάνωση (υπερνουκλεοσωμικό νήμα). Μεταξύ των πρωτεϊνών ιστόνης, εκτός από τις δομικές, υπάρχουν εκείνες που είναι ικανές να περιορίσουν την προσβασιμότητα του DNA σε ρυθμιστικές πρωτεΐνες που δεσμεύουν το DNA και έτσι να συμμετέχουν στη ρύθμιση της γονιδιακής δραστηριότητας. Οι μη ιστονικές πρωτεΐνες είναι πολύ διαφορετικές. Ο αριθμός των κλασμάτων τους ξεπερνά τα 100. Υπάρχουν σε μικρότερες ποσότητες στα χρωμοσώματα σε σύγκριση με τις ιστόνες και επιτελούν πρωτίστως ρυθμιστική λειτουργία. Συμμετέχουν στη ρύθμιση της μεταγραφικής δραστηριότητας των γονιδίων, στη διασφάλιση της αντιγραφής και επιδιόρθωσης του DNA. Οι περισσότερες μη ιστονικές πρωτεΐνες χρωματίνης υπάρχουν στα κύτταρα σε μικρές ποσότητες (ελάσσονες) - αυτές είναι ρυθμιστικές πρωτεΐνες που αναγνωρίζουν συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA και συνδέονται με αυτές. Εμπλέκονται σε πολλές γενετικές διεργασίες, αλλά ελάχιστα είναι γνωστά ακόμη γι' αυτές. Οι μη ιστονικές πρωτεΐνες (κυριότερες) κυριαρχούν ποσοτικά, πολύ κινητές, σχετικά μικρές σε μέγεθος, με μεγάλο ηλεκτρικό φορτίο - συνδέονται πάντα με νουκλεοσώματα που περιέχουν ενεργά γονίδια. Επιπλέον, η ομάδα των μη ιστονικών πρωτεϊνών περιλαμβάνει πολλά ένζυμα.
Επίπεδα συσκευασίας κληρονομικού υλικού σε ευκαρυώτες.
Έτσι, τα επίπεδα της συσκευασίας του DNA είναι τα εξής:
1) Νουκλεοσωμικό (2,5 στροφές δίκλωνου DNA γύρω από οκτώ μόρια πρωτεϊνών ιστόνης).
2) Υπερνουκλεοσωμική - έλικα χρωματίνης (χρωμόνημα).
3) Chromatid - σπειροειδές χρωμόνημα.
4) Χρωμόσωμα - ο τέταρτος βαθμός σπειριοποίησης του DNA.
Στον πυρήνα της ενδιάμεσης φάσης, τα χρωμοσώματα αποσυμπυκνώνονται και αντιπροσωπεύονται από τη χρωματίνη. Η μη τυλιγμένη περιοχή που περιέχει γονίδια ονομάζεται ευχρωματίνη (χαλαρή, ινώδης χρωματίνη). Αυτό απαραίτητη προϋπόθεσηγια μεταγραφή. Κατά τη διάρκεια του λήθαργου μεταξύ των διαιρέσεων, ορισμένες περιοχές χρωμοσωμάτων και ολόκληρα χρωμοσώματα παραμένουν συμπαγείς.
Αυτές οι κουλουριασμένες, πολύ λεκιασμένες περιοχές ονομάζονται ετεροχρωματίνη. Είναι μεταγραφικά ανενεργά. Υπάρχουν προαιρετική και συστατική ετεροχρωματίνη.
Η προαιρετική ετεροχρωματίνη είναι κατατοπιστική γιατί περιέχει γονίδια και μπορεί να μετατραπεί σε ευχρωματίνη. Από δύο ομόλογα χρωμοσώματα, το ένα μπορεί να είναι ετεροχρωματικό. Η συστατική ετεροχρωματίνη είναι πάντα ετεροχρωματική, μη διαμορφωτική (δεν περιέχει γονίδια) και επομένως είναι πάντα ανενεργή όσον αφορά τη μεταγραφή.
Το χρωμοσωμικό DNA αποτελείται από περισσότερα από 10 8 ζεύγη βάσεων, από τα οποία σχηματίζονται πληροφοριακά μπλοκ - γονίδια διατεταγμένα γραμμικά. Αποτελούν έως και το 25% του DNA. Ένα γονίδιο είναι μια λειτουργική μονάδα DNA που περιέχει πληροφορίες για τη σύνθεση πολυπεπτιδίων ή όλου του RNA. Μεταξύ των γονιδίων υπάρχουν διαχωριστές - μη πληροφοριακές εκτάσεις DNA διαφορετικού μήκους. Αντιπροσωπεύονται περιττά γονίδια ένας μεγάλος αριθμός- 10 4 πανομοιότυπα αντίγραφα. Παραδείγματα είναι γονίδια για t-RNA, r-RNA και ιστόνες. Αλληλουχίες των ίδιων νουκλεοτιδίων εμφανίζονται στο DNA. Μπορούν να είναι μέτρια επαναλαμβανόμενες και πολύ επαναλαμβανόμενες ακολουθίες. Οι μέτρια επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες φτάνουν τα 300 ζεύγη νουκλεοτιδίων με επαναλήψεις 10 2 - 10 4 και τις περισσότερες φορές αντιπροσωπεύουν διαχωριστές, πλεονάζοντα γονίδια.
Πολύ επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες (10 5 - 10 6) σχηματίζουν συστατική ετεροχρωματίνη. Περίπου το 75% του συνόλου της χρωματίνης δεν εμπλέκεται στη μεταγραφή, αποτελείται από άκρως επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες και μη μεταγραμμένα διαχωριστικά.
Μορφολογικά χαρακτηριστικά του χρωμοσώματος μετάφασης.
Η μιτωτική υπερσυμπίεση της χρωματίνης καθιστά δυνατή τη μελέτη της εμφάνισης των χρωμοσωμάτων χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο φωτός. Στο πρώτο μισό της μίτωσης, αποτελούνται από δύο χρωματίδες που συνδέονται μεταξύ τους στην περιοχή της πρωτογενούς στένωσης ( κεντρομερήή κινετοχορ) μια ειδικά οργανωμένη περιοχή του χρωμοσώματος κοινή και στις δύο αδελφές χρωματίδες. Στο δεύτερο μισό της μίτωσης, οι χρωματίδες διαχωρίζονται η μία από την άλλη. Σχηματίζονται μονονηματώδεις θυγατρικά χρωμοσώματακατανέμεται μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων.
Ανάλογα με τη θέση του κεντρομερούς και το μήκος των βραχιόνων που βρίσκονται και στις δύο πλευρές του, διακρίνονται διάφορες μορφές χρωμοσωμάτων: ίσα-όπλα, ή μετακεντρικά (με το κεντρομερές στη μέση), άνισα-όπλα ή υπομετακεντρικά (με το κεντρομερές μετατοπίστηκε στο ένα άκρο), σε σχήμα ράβδου ή ακροκεντρικό (με ένα κεντρομερές που βρίσκεται σχεδόν στο άκρο του χρωμοσώματος), και σημείο - πολύ μικρό, το σχήμα του οποίου είναι δύσκολο να προσδιοριστεί (Εικ. 3.52). Με τις συνήθεις μεθόδους χρώσης των χρωμοσωμάτων, διαφέρουν ως προς το σχήμα και τα σχετικά μεγέθη. Όταν χρησιμοποιούνται τεχνικές διαφορικής χρώσης, αποκαλύπτεται άνισος φθορισμός ή κατανομή της βαφής κατά μήκος του χρωμοσώματος, η οποία είναι αυστηρά ειδική για κάθε μεμονωμένο χρωμόσωμα και το ομόλογό του (Εικ. 3.53).
Έτσι, κάθε χρωμόσωμα είναι ξεχωριστό όχι μόνο ως προς το σύνολο των γονιδίων που περιέχει, αλλά και ως προς τη μορφολογία και τη φύση της διαφορικής χρώσης.
Ευ- και ετεροχρωματίνη, η βιολογική τους σημασία.
Ορισμένα χρωμοσώματα εμφανίζονται συμπυκνωμένα και έντονα χρωματισμένα κατά την κυτταρική διαίρεση. Τέτοιες διαφορές ονομάζονταν ετεροπύκνωση. Ο όρος «ετεροχρωματίνη» έχει προταθεί για να αναφέρεται σε περιοχές χρωμοσωμάτων που εμφανίζουν θετική ετεροπύκνωση σε όλα τα στάδια του μιτωτικού κύκλου. Υπάρχει η ευχρωματίνη - το κύριο μέρος των μιτωτικών χρωμοσωμάτων, που υφίσταται τον συνήθη κύκλο συμπίεσης και αποσυμπίεσης κατά τη μίτωση, και η ετεροχρωματίνη - περιοχές των χρωμοσωμάτων που βρίσκονται συνεχώς σε συμπαγή κατάσταση.
Στα περισσότερα είδη ευκαρυωτών, τα χρωμοσώματα περιέχουν τόσο ευ- όσο και ετεροχρωματικές περιοχές, με τις τελευταίες να αποτελούν σημαντικό μέρος του γονιδιώματος. Η ετεροχρωματίνη εντοπίζεται σε περικεντρομερείς, μερικές φορές σε περιτελομερείς περιοχές. Ετεροχρωματικές περιοχές ανακαλύφθηκαν στους ευχρωματικούς βραχίονες των χρωμοσωμάτων. Μοιάζουν με εγκλείσματα (παρενθέσεις) ετεροχρωματίνης στην ευχρωματίνη. Αυτή η ετεροχρωματίνη ονομάζεται ενδιάμεση. Συμπύκνωση χρωματίνης.Η ευχρωματίνη και η ετεροχρωματίνη διαφέρουν ως προς τους κύκλους συμπίεσης. Euhr. περνάει από έναν πλήρη κύκλο συμπίεσης-αποσυμπύκνωσης από μεσοφάση σε μεσοφάση, ετερο. διατηρεί μια κατάσταση σχετικής συμπαγούς. Διαφορική χρώση. Διαφορετικές περιοχές ετεροχρωματίνης βάφονται με διαφορετικές βαφές, κάποιες περιοχές με μία, άλλες με πολλές. Χρησιμοποιώντας διάφορες χρωστικές και χρησιμοποιώντας χρωμοσωμικές αναδιατάξεις που διασπούν ετεροχρωματικές περιοχές, κατέστη δυνατός ο χαρακτηρισμός πολλών μικρών περιοχών στη Drosophila όπου η συγγένεια για λεκέδες είναι διαφορετική από τις γειτονικές περιοχές.
Έννοια του καρυότυπου (ορισμός Γενικά χαρακτηριστικά του ανθρώπινου καρυότυπου).
Καρυότυπος -ένα διπλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων που είναι χαρακτηριστικό των σωματικών κυττάρων των οργανισμών ενός δεδομένου είδους, το οποίο είναι χαρακτηριστικό για το είδος και χαρακτηρίζεται από ορισμένο αριθμό, δομή και γενετική σύνθεση χρωμοσωμάτων.
Αν συμβολίζεται ο αριθμός των χρωμοσωμάτων σε ένα απλοειδές σύνολο γεννητικών κυττάρων Π,Οτι γενικός τύποςο καρυότυπος θα μοιάζει 2p,που είναι η τιμή Πποικίλλει μεταξύ διαφορετικών ειδών. Ως είδος χαρακτηριστικό των οργανισμών, ο καρυότυπος μπορεί να διαφέρει σε ορισμένα άτομα σε ορισμένα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, εκπρόσωποι διαφορετικών φύλων έχουν βασικά τα ίδια ζεύγη χρωμοσωμάτων ( αυτοσώματα), αλλά οι καρυότυποι τους διαφέρουν σε ένα ζευγάρι χρωμοσωμάτων ( ετεροχρωμοσώματα,ή φυλετικά χρωμοσώματα). Μερικές φορές αυτές οι διαφορές αποτελούνται από διαφορετικούς αριθμούς ετεροχρωμοσωμάτων σε θηλυκά και αρσενικά (XX ή XO). Τις περισσότερες φορές, οι διαφορές σχετίζονται με τη δομή των φυλετικών χρωμοσωμάτων, που ορίζονται με διαφορετικά γράμματα -X και Y (XX ή XY).
Κάθε τύπος χρωμοσώματος στον καρυότυπο, που περιέχει ένα συγκεκριμένο σύνολο γονιδίων, αντιπροσωπεύεται από δύο ομόλογα που κληρονόμησαν από τους γονείς με τα γεννητικά τους κύτταρα. Ένα διπλό σύνολο γονιδίων που περιέχεται σε έναν καρυότυπο - έναν γονότυπο - είναι ένας μοναδικός συνδυασμός ζευγαρωμένων αλληλόμορφων του γονιδιώματος. Ο γονότυπος περιέχει το πρόγραμμα ανάπτυξης ενός συγκεκριμένου ατόμου.
Denver (1960) και Paris (1971) ταξινόμηση των ανθρώπινων χρωμοσωμάτων: βασικές αρχές και ουσία.
Ταξινόμηση χρωμοσωμάτων του Ντένβερ και του ΠαρισιούΤα χρωμοσώματα χωρίζονται σε αυτοσώματα (σωματικά κύτταρα) και ετεροχρωμοσώματα (βλαστικά κύτταρα). Με πρόταση του Levitsky (1924), το διπλοειδές σύνολο σωματικών χρωμοσωμάτων ενός κυττάρου ονομάστηκε καρυότυπος. Χαρακτηρίζεται από τον αριθμό, το σχήμα και το μέγεθος των χρωμοσωμάτων. Να περιγραφούν τα χρωμοσώματα του καρυότυπου σύμφωνα με την πρόταση του Σ.Γ. Navashina είναι διατεταγμένα στη μορφή ιδιογράμματα - συστηματικός καρυότυπος. Το 1960, προτάθηκε η διεθνής ταξινόμηση χρωμοσωμάτων του Ντένβερ, όπου τα χρωμοσώματα ταξινομούνται ανάλογα με το μέγεθος και τη θέση του κεντρομερούς. Στον καρυότυπο ενός ανθρώπινου σωματικού κυττάρου, υπάρχουν 22 ζεύγη αυτοσωμάτων και ένα ζευγάρι φυλετικών χρωμοσωμάτων. Το σύνολο των χρωμοσωμάτων στα σωματικά κύτταρα ονομάζεται διπλοειδής , και στα γεννητικά κύτταρα - απλοειδής (Αυτός ίσο με το ήμισυ του συνόλου των αυτοσωμάτων). Στο ιδιογράφημα του ανθρώπινου καρυότυπου, τα χρωμοσώματα χωρίζονται σε 7 ομάδες, ανάλογα με το μέγεθος και το σχήμα τους. 1 - 1-3 μεγάλα μετακεντρικά. 2 - 4-5 μεγάλα υπομετακεντρικά. Το 3 - 6-12 και το χρωμόσωμα Χ είναι κατά μέσο όρο μετακεντρικά. 4 - 13-15 μέσος ακροκεντρικός. 5 - 16-18 σχετικά μικρό μετα-υπομετακεντρικό. 6 - 19-20 μικρά μετακεντρικά. 7 - 21-22 και το χρωμόσωμα Υ είναι το μικρότερο ακροκεντρικό. Σύμφωνα με Ταξινόμηση του Παρισιού Τα χρωμοσώματα χωρίζονται σε ομάδες ανάλογα με το μέγεθος και το σχήμα τους, καθώς και τη γραμμική διαφοροποίηση.
Τα νουκλεοτίδια είναι πολύπλοκες βιολογικές ουσίες που παίζουν βασικό ρόλο σε πολλές βιολογικές διεργασίες. Χρησιμεύουν ως βάση για την κατασκευή του DNA και του RNA και, επιπλέον, είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών και γενετική μνήμη, όντας καθολικές πηγές ενέργειας. Τα νουκλεοτίδια αποτελούν μέρος των συνενζύμων και συμμετέχουν στο μεταβολισμό των υδατανθράκων και στη σύνθεση των λιπιδίων. Επιπλέον, τα νουκλεοτίδια είναι συστατικά ενεργές μορφέςβιταμίνες, κυρίως της ομάδας Β (ριβοφλαβίνη, νιασίνη). Τα νουκλεοτίδια συμβάλλουν στο σχηματισμό φυσικής μικροβιοκένωσης, παρέχουν την απαραίτητη ενέργεια για τις αναγεννητικές διεργασίες στο έντερο και επηρεάζουν την ωρίμανση και την ομαλοποίηση της λειτουργίας των ηπατοκυττάρων.
Τα νουκλεοτίδια είναι ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους που αποτελούνται από αζωτούχες βάσεις (πουρίνες, πυριμιδίνες), σάκχαρο πεντόζης (ριβόζη ή δεοξυριβόζη) και 1-3 φωσφορικές ομάδες.
Τα πιο κοινά μονοφωσφορικά εμπλέκονται σε μεταβολικές διεργασίες: πουρίνες - μονοφωσφορική αδενοσίνη (AMP), μονοφωσφορική γουανοσίνη (GMP), πυριμιδίνες - μονοφωσφορική κυτιδίνη (CMP), μονοφωσφορική ουριδίνη (UMP).
Τι προκάλεσε το ενδιαφέρον για το πρόβλημα της περιεκτικότητας σε νουκλεοτίδια στις παιδικές τροφές;
Μέχρι πρόσφατα, πίστευαν ότι όλα τα απαραίτητα νουκλεοτίδια συντίθενται στο σώμα και δεν θεωρούνταν απαραίτητα ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες. Θεωρήθηκε ότι τα διατροφικά νουκλεοτίδια έχουν κυρίως μια «τοπική επίδραση», που καθορίζει την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του λεπτού εντέρου, τον μεταβολισμό των λιπιδίων και τη λειτουργία του ήπατος. Ωστόσο, πρόσφατες μελέτες (πρακτικά της συνεδρίας ESPGAN, 1997) έχουν δείξει ότι αυτά τα νουκλεοτίδια καθίστανται απαραίτητα όταν η ενδογενής παροχή είναι ανεπαρκής: για παράδειγμα, σε ασθένειες που συνοδεύονται από ανεπάρκεια ενέργειας - σοβαρές λοιμώξεις, ασθένειες κατανάλωσης, καθώς και στη νεογνική περίοδο. , κατά την ταχεία ανάπτυξη του παιδιού, σε καταστάσεις ανοσοανεπάρκειας και υποξικής βλάβης. Ταυτόχρονα, ο συνολικός όγκος της ενδογενούς σύνθεσης μειώνεται και καθίσταται ανεπαρκής για να καλύψει τις ανάγκες του οργανισμού. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, η παροχή νουκλεοτιδίων με τροφή «εξοικονομεί» την ενεργειακή δαπάνη στο σώμα για τη σύνθεση αυτών των ουσιών και μπορεί να βελτιστοποιήσει τη λειτουργία των ιστών. Έτσι, οι γιατροί από καιρό συμβουλεύουν τη χρήση συκωτιού, γάλακτος, κρέατος, ζωμών, δηλαδή τροφών πλούσιων σε νουκλεοτίδια, μετά από μακροχρόνιες ασθένειες.
Η πρόσθετη παροχή νουκλεοτιδίων με τροφή είναι εξαιρετικά σημαντική κατά τη σίτιση των βρεφών. Τα νουκλεοτίδια απομονώθηκαν από το ανθρώπινο γάλα πριν από περίπου 30 χρόνια. Μέχρι σήμερα, έχουν εντοπιστεί 13 διαλυτά σε οξύ νουκλεοτίδια στο ανθρώπινο γάλα. Είναι από καιρό γνωστό ότι η σύνθεση του ανθρώπινου γάλακτος και του γάλακτος διάφοροι τύποιτα ζώα δεν είναι πανομοιότυπα. Ωστόσο, για πολλά χρόνια ήταν συνηθισμένο να δίνουμε προσοχή μόνο στα κύρια συστατικά των τροφίμων: πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια, μέταλλα, βιταμίνες. Ταυτόχρονα, τα νουκλεοτίδια στο ανθρώπινο γάλα διαφέρουν σημαντικά, όχι μόνο σε ποσότητα, αλλά και σε σύσταση από τα νουκλεοτίδια στο αγελαδινό γάλα. Για παράδειγμα, το οροτικό, το κύριο νουκλεοτίδιο στο αγελαδινό γάλα, το οποίο βρίσκεται σε σημαντικές ποσότητες ακόμη και σε προσαρμοσμένα παρασκευάσματα για βρέφη, δεν υπάρχει στο ανθρώπινο γάλα.
Τα νουκλεοτίδια είναι ένα συστατικό του μη πρωτεϊνικού κλάσματος αζώτου μητρικό γάλα. Το μη πρωτεϊνικό άζωτο αντιπροσωπεύει περίπου το 25% του συνολικού αζώτου στο μητρικό γάλα και περιέχει αμινοσάκχαρα και καρνιτίνη, τα οποία παίζουν ιδιαίτερο ρόλο στη νεογνική ανάπτυξη. Το νουκλεοτιδικό άζωτο μπορεί να προάγει την αποτελεσματικότερη πρόσληψη πρωτεΐνης σε βρέφη που θηλάζουν και λαμβάνουν συγκριτικά λιγότερη πρωτεΐνη σε σύγκριση με βρέφη που τρέφονται με γάλα.
Διαπιστώθηκε ότι η συγκέντρωση των νουκλεοτιδίων στο ανθρώπινο γάλα υπερβαίνει την περιεκτικότητά τους στον ορό του αίματος. Αυτό υποδηλώνει ότι οι μαστικοί αδένες μιας γυναίκας συνθέτουν επιπλέον ποσότητες νουκλεοτιδίων, τα οποία εισέρχονται στο μητρικό γάλα. Υπάρχουν επίσης διαφορές στην περιεκτικότητα σε νουκλεοτίδια ανά στάδιο γαλουχίας. Ετσι, μεγαλύτερος αριθμόςΤα νουκλεοτίδια στο γάλα προσδιορίζονται τον 2-4ο μήνα και στη συνέχεια η περιεκτικότητά τους μετά τον 6-7ο μήνα αρχίζει σταδιακά να μειώνεται.
Το πρώιμο ώριμο γάλα περιέχει κυρίως μονονουκλεοτίδια (AMP, CMP, GMP). Η ποσότητα τους στο όψιμο ώριμο γάλα είναι μεγαλύτερη από ότι στο πρωτόγαλα, αλλά μικρότερη από ό,τι στο γάλα του πρώτου μήνα της γαλουχίας.
Η συγκέντρωση των νουκλεοτιδίων στο μητρικό γάλα είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερη το χειμώνα από ό,τι σε παρόμοιες περιόδους σίτισης το καλοκαίρι.
Αυτά τα δεδομένα μπορεί να υποδεικνύουν ότι λαμβάνει χώρα πρόσθετη σύνθεση νουκλεοτιδίων στα κύτταρα των μαστικών αδένων, καθώς κατά τους πρώτους μήνες της ζωής, οι εξωτερικά παρεχόμενες ουσίες διατηρούν το απαραίτητο επίπεδο μεταβολισμού και ενεργειακού μεταβολισμού του παιδιού. Αυξημένη σύνθεση νουκλεοτιδίων στο μητρικό γάλα σε χειμερινή περίοδοείναι ένας προστατευτικός μηχανισμός: αυτή την εποχή το παιδί είναι πιο ευαίσθητο σε λοιμώξεις και η ανεπάρκεια βιταμινών και μετάλλων αναπτύσσεται πιο εύκολα.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η σύσταση και η συγκέντρωση των νουκλεοτιδίων στο γάλα όλων των ειδών θηλαστικών ποικίλλει, αλλά η ποσότητά τους είναι πάντα μικρότερη από ό,τι στο μητρικό γάλα. Αυτό οφείλεται προφανώς στο γεγονός ότι η ανάγκη για εξωγενή νουκλεοτίδια είναι ιδιαίτερα υψηλή στα ανυπεράσπιστα νεογνά.
Το μητρικό γάλα δεν είναι μόνο το πιο ισορροπημένο προϊόν για την ορθολογική ανάπτυξη ενός παιδιού, αλλά και ένα λεπτό φυσιολογικό σύστημα που μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις ανάγκες του παιδιού. Το μητρικό γάλα θα μελετηθεί διεξοδικά για μεγάλο χρονικό διάστημα, όχι μόνο η ποσοτική και ποιοτική του σύνθεση, αλλά και ο ρόλος των επιμέρους συστατικών στη λειτουργία των συστημάτων ενός αναπτυσσόμενου και αναπτυσσόμενου οργανισμού. Θα βελτιωθούν επίσης οι συνθέσεις για την τεχνητή διατροφή των βρεφών και σταδιακά θα μετατραπούν σε πραγματικά «υποκατάστατα μητρικού γάλακτος». Τα δεδομένα ότι τα νουκλεοτίδια του μητρικού γάλακτος έχουν ευρύτερη φυσιολογική σημασία για έναν αναπτυσσόμενο και αναπτυσσόμενο οργανισμό χρησίμευσαν ως βάση για την εισαγωγή τους σε συνθέσεις για παιδικές τροφέςκαι προσέγγιση σε συγκέντρωση και σύνθεση με εκείνες στο μητρικό γάλα.
Το επόμενο στάδιο της έρευνας ήταν μια προσπάθεια να διαπιστωθεί η επίδραση των νουκλεοτιδίων που εισάγονται στη βρεφική φόρμουλα στην ωρίμανση του εμβρύου και στην ανάπτυξη του βρέφους.
Τα πιο εμφανή δεδομένα ήταν η ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος του παιδιού. Όπως είναι γνωστό, το IgG καταγράφεται στη μήτρα, το IgM αρχίζει να συντίθεται αμέσως μετά τη γέννηση ενός παιδιού, το IgA συντίθεται πιο αργά και η ενεργή του σύνθεση γίνεται μέχρι το τέλος του 2-3ου μήνα ζωής. Η αποτελεσματικότητα της παραγωγής τους καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ωριμότητα της ανοσολογικής απόκρισης.
Για τη μελέτη, σχηματίστηκαν 3 ομάδες: παιδιά που έλαβαν μόνο μητρικό γάλα, μόνο παρασκευάσματα με νουκλεοτίδια και βρεφικά παρασκευάσματα χωρίς νουκλεοτίδια.
Ως αποτέλεσμα, αποκαλύφθηκε ότι τα παιδιά που έλαβαν σκευάσματα με συμπληρώματα νουκλεοτιδίων, μέχρι το τέλος του 1ου μήνα ζωής και στον 3ο μήνα, είχαν επίπεδο σύνθεσης ανοσοσφαιρίνης Μ περίπου ίσο με αυτό των παιδιών Θηλασμός, αλλά σημαντικά υψηλότερο από ό,τι στα παιδιά που λαμβάνουν απλή φόρμουλα. Παρόμοια αποτελέσματα λήφθηκαν κατά την ανάλυση του επιπέδου της σύνθεσης ανοσοσφαιρίνης Α.
Η ωριμότητα του ανοσοποιητικού συστήματος καθορίζει την αποτελεσματικότητα του εμβολιασμού, επειδή η ικανότητα σχηματισμού ανοσοαπόκρισης σε ένα εμβόλιο είναι ένας από τους δείκτες ανάπτυξης της ανοσίας κατά το πρώτο έτος της ζωής. Για παράδειγμα, εξετάσαμε το επίπεδο παραγωγής αντισωμάτων κατά της διφθερίτιδας σε παιδιά με τη φόρμουλα «νουκλεοτιδίων», τον θηλασμό και τα σκευάσματα χωρίς νουκλεοτίδια. Τα επίπεδα αντισωμάτων μετρήθηκαν 1 μήνα μετά τον πρώτο και μετά τον τελευταίο εμβολιασμό. Διαπιστώθηκε ότι ακόμη και οι πρώτοι δείκτες ήταν υψηλότεροι και οι δεύτεροι δείκτες ήταν σημαντικά υψηλότεροι στα παιδιά που έλαβαν μείγματα με νουκλεοτίδια.
Κατά τη μελέτη της επίδρασης της διατροφής ενός μείγματος με νουκλεοτίδια στη σωματική και ψυχοκινητική ανάπτυξη των παιδιών, παρατηρήθηκε μια τάση για καλύτερη αύξηση βάρους και ταχύτερη ανάπτυξη της κινητικής και πνευματικής λειτουργίας.
Επιπλέον, υπάρχουν ενδείξεις ότι τα συμπληρώματα νουκλεοτιδίων προάγουν την ταχύτερη ωρίμανση του νευρικού ιστού, των εγκεφαλικών λειτουργιών και του οπτικού αναλυτή, κάτι που είναι εξαιρετικά σημαντικό για πρόωρα και μορφολειτουργικά ανώριμα παιδιά, καθώς και για παιδιά με οφθαλμολογικά προβλήματα.
Όλοι γνωρίζουν τα προβλήματα με τη δημιουργία μικροβιοκένωσης στα μικρά παιδιά, ειδικά τους πρώτους μήνες. Αυτά είναι συμπτώματα δυσπεψίας, εντερικού κολικού, αυξημένου μετεωρισμού. Η κατανάλωση μειγμάτων «νουκλεοτιδίων» σας επιτρέπει να ομαλοποιήσετε γρήγορα την κατάσταση, χωρίς να χρειάζεται διόρθωση με προβιοτικά. Τα παιδιά που έλαβαν μείγματα με νουκλεοτίδια είχαν λιγότερες πιθανότητες να εμφανίσουν γαστρεντερική δυσλειτουργία και αστάθεια των κοπράνων και ανέχονταν πιο εύκολα την εισαγωγή επακόλουθων συμπληρωματικών τροφών.
Ωστόσο, όταν χρησιμοποιείτε μείγματα με νουκλεοτίδια, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι μειώνουν τη συχνότητα των κοπράνων, επομένως θα πρέπει να συνιστώνται με προσοχή σε παιδιά με δυσκοιλιότητα.
Αυτά τα μείγματα μπορεί να έχουν ιδιαίτερη σημασία σε παιδιά με υποσιτισμό, αναιμία και σε εκείνα που υπέφεραν από υποξικές διαταραχές στη νεογνική περίοδο. Τα μείγματα με νουκλεοτίδια βοηθούν στην επίλυση ορισμένων προβλημάτων που προκύπτουν όταν θηλάζουν πρόωρα μωρά. Συγκεκριμένα, μιλάμε γιασχετικά με την κακή όρεξη και τη χαμηλή αύξηση βάρους κατά τη διάρκεια του πρώτου έτους της ζωής, επιπλέον, η χρήση σκευασμάτων συμβάλλει στην πληρέστερη ψυχοκινητική ανάπτυξη των μωρών.
Με βάση τα παραπάνω, η χρήση μειγμάτων με νουκλεοτιδικά πρόσθετα μας ενδιαφέρει πολύ τους γιατρούς. Μπορούμε να προτείνουμε αυτά τα μείγματα σε ένα ευρύ φάσμα παιδιών, ειδικά επειδή τα μείγματα δεν είναι φαρμακευτικά. Ταυτόχρονα, θεωρούμε σημαντικό να επισημάνουμε την πιθανότητα μεμονωμένων γευστικών αντιδράσεων στα μικρά παιδιά, ειδικά κατά τη μεταφορά ενός παιδιού από μια κανονική φόρμουλα σε μια νουκλεοτιδική. Έτσι, σε ορισμένες περιπτώσεις, ακόμη και όταν χρησιμοποιούσαμε παρασκευάσματα της ίδιας εταιρείας, παρατηρήσαμε αρνητικές αντιδράσεις στο παιδί, ακόμη και σε σημείο να αρνηθεί την προτεινόμενη φόρμουλα. Ωστόσο, τα πάντα λογοτεχνικές πηγέςισχυρίζονται ότι τα νουκλεοτίδια όχι μόνο δεν επηρεάζουν αρνητικά τη γεύση, αλλά, αντίθετα, τα βελτιώνουν χωρίς να αλλάζουν τις οργανοληπτικές ιδιότητες του μείγματος.
Παρουσιάζουμε μια επισκόπηση μειγμάτων που περιέχουν πρόσθετα νουκλεοτιδίων που διατίθενται στην αγορά μας. Πρόκειται για μείγματα ορού γάλακτος από τη Friesland Newtrition (Ολλανδία) «Frisolak», «Frisomel», τα οποία περιέχουν 4 νουκλεοτίδια πανομοιότυπα με τα νουκλεοτίδια του ανθρώπινου γάλακτος. μείγμα ορού γάλακτος "Mamex" (Intern Nutrition, Δανία), NAS (Nestle, Ελβετία), "Enfamil" (Mead Johnson, ΗΠΑ), μείγμα "Similak formula plus" (Abbott Laboratories, Ισπανία/ΗΠΑ). Ο αριθμός και η σύνθεση των νουκλεοτιδίων σε αυτά τα μείγματα είναι διαφορετικά, κάτι που καθορίζεται από τον κατασκευαστή.
Όλες οι κατασκευαστικές εταιρείες προσπαθούν να επιλέξουν την αναλογία και τη σύνθεση των νουκλεοτιδίων, φέρνοντάς την, στο μέτρο του δυνατού τεχνικά και βιοχημικά, σε παρόμοιους δείκτες μητρικού γάλακτος. Είναι σαφές ότι η μηχανική προσέγγιση δεν είναι φυσιολογική. Φυσικά, η εισαγωγή νουκλεοτιδίων στο βρεφικό γάλα είναι ένα επαναστατικό βήμα στην παραγωγή υποκατάστατων μητρικού γάλακτος, βοηθώντας να φέρουμε τη σύνθεση του ανθρώπινου μητρικού γάλακτος όσο το δυνατόν πιο κοντά. Ωστόσο, κανένα μείγμα δεν μπορεί ακόμη να θεωρηθεί φυσιολογικά πανομοιότυπο με αυτό το μοναδικό, καθολικό και απαραίτητο προϊόν για ένα παιδί.
E. S. Keshishyan, γιατρός Ιατρικές Επιστήμες, Καθηγητής
E. K. Berdnikova
Μόσχα Ερευνητικό Ινστιτούτο Παιδιατρικής και Παιδοχειρουργικής, Υπουργείο Υγείας της Ρωσικής Ομοσπονδίας, Μόσχα
