Wykład nr 19
NUKLEOZYDY. NUKLEOTYDY. KWASY NUKLEINOWE
Plan
Wykład nr 19
NUKLEOZYDY. NUKLEOTYDY. NUKLEJOWY
KWAS
Plan
Kwasy nukleinowe są obecne w
komórki wszystkich żywych organizmów biopolimery pełniące najważniejsze funkcje
przechowywanie i przekazywanie informacji genetycznej oraz udział w mechanizmach jej
wdrożenie w procesie syntezy białek komórkowych.
Utworzenie składu kwasy nukleinowe przez ich kolejnych
rozszczepienie hydrolityczne pozwala nam wyróżnić następujące strukturalne:
Składniki.
Rozważ elementy strukturalne nukleinu
kwasy w kolejności złożoności ich struktury.
1. Bazy nuklearne.
Zasady heterocykliczne, które są częścią
kwasy nukleinowe ( zasady nukleinowe), jest hydroksy- i
pochodne aminowe pirymidyny i puryny. Kwasy nukleinowe zawierają trzy
zasady heterocykliczne z pierścieniem pirymidynowym ( pirymidyna
fusy) i dwa - z cyklem purynowym (bazy purynowe).
Bazy nuklearne
mają trywialne nazwy i odpowiadające im jednoliterowe oznaczenia.
W kwasach nukleinowych heterocykliczny
zasady są w termodynamicznie stabilnej formie okso.
Oprócz tych grup zasad nukleinowych,
nazywa Główny, w kwasach nukleinowych w małych ilościach
spotykać się drobny bazy: 6-oksopuryna (hipoksantyna),
3-N-metylouracyl, 1-N-metyloguanina itp.
Kwasy nukleinowe obejmują reszty
monosacharydy - D-ryboza i 2-deoksy-D-ryboza. Oba monosacharydy są obecne w
kwasy nukleinowe w b - forma furanozy.
2. Nukleozydy.
Nukleozydy to N-glikozydy utworzone przez zasady nukleinowe i rybozę.
lub dezoksyryboza.
Między anomerycznym atomem węgla monosacharydu a atomem azotu w pozycji 1
Powstaje pierścień pirymidynowy lub atom azotu w pozycji 9 pierścienia purynowego b -glikozydowy
połączenie.
W zależności od charakteru reszty monosacharydowej
nukleozydy dzielą się na rybonukleozydy(zawiera pozostałość rybozy) i dezoksyrybonukleozydy(zawierają pozostałości dezoksyrybozy). Tytuły
nukleozydy budowane są na podstawie trywialnych nazw zasad nukleinowych,
dodanie zakończenia –idin dla pochodnych pirymidyny i -osin dla
pochodne puryn. Przedrostek jest dodawany do nazw dezoksyrybonukleozydów deoksy-. Wyjątkiem jest nukleozyd utworzony przez tyminę i
dezoksyryboza, której przedrostek deoksy- nie dodano, ponieważ
tymina tworzy nukleozydy z rybozą tylko w bardzo rzadkich przypadkach.
używany w odniesieniu do nukleozydów.
jednoliterowe oznaczenia zasad nukleinowych zawartych w ich składzie. W celu
w przypadku dezoksyrybonukleozydów (z wyjątkiem tymidyny) dodaje się literę
"d".
Wraz z głównym
nukleozydy w składzie kwasów nukleinowych znajdują się nukleozydy drugorzędne,
zawierające zmodyfikowane zasady nukleinowe (patrz wyżej).
W naturze nukleozydy znajdują się również w
w stanie wolnym, głównie w postaci antybiotyków nukleozydowych, które
wykazują aktywność przeciwnowotworową. Nukleozydy antybiotykowe mają trochę
różnice w stosunku do konwencjonalnych nukleozydów w strukturze albo ugrupowania węglowodanowego, albo
zasada heterocykliczna, co pozwala im działać jako
antymetabolity, co wyjaśnia ich działanie antybiotyczne.
Podobnie jak N-glikozydy, nukleozydy są odporne na
zasady, ale rozszczepiają się pod wpływem kwasów z utworzeniem wolnego
zasada monosacharydowa i nukleinowa. Nukleozydy purynowe są hydrolizowane
znacznie lżejsze niż pirymidyny.
3. Nukleotydy
Nukleotydy to estry nukleozydów i fosforanów
kwasy (fosforany nukleozydów). Wiązanie estrowe z kwasem fosforowym tworzy OH
grupa na pozycji 5/ lub
3
/ monosacharyd. W zależności od
charakter nukleotydów reszt monosacharydowych dzieli się na rybonukleotydy(elementy strukturalne RNA) i deoksyrybonukleotydy(elementy konstrukcyjne
DNA). Nazwy nukleotydów zawierają nazwę nukleozydu, po której następuje pozycja w
zawiera resztę kwasu fosforowego. Skrócone oznaczenia nukleozydów zawierają
oznaczenie reszty kwasu nukleozydowego, mono-, di- lub trifosforowego, for
3
/ -pochodne są również wskazane
pozycja grupy fosforanowej.
Nukleotydy to jednostki monomeryczne, od
które łańcuchy polimerowe kwasów nukleinowych są zbudowane. Niektóre nukleotydy
działają jako koenzymy i uczestniczą w metabolizmie.
4. Nukleotyd
koenzymy
koenzymy- Ten związki organiczne
charakter niebiałkowy, które są niezbędne do wdrożenia katalitycznego
działanie enzymów. Koenzymy są różne klasy organiczny
znajomości. Ważną grupą koenzymów są polifosforany nukleozydowe
.
Fosforany adenozyny -
pochodne
adenozyna zawierająca pozostałości kwasów mono-, di- i trifosforowych. Specjalne miejsce
zajmują adenozynę-5 / -mono-, di- i
trifosforany - AMP, ADP i ATP - makroergiczny substancje, które mają
duże rezerwy darmowej energii w formie mobilnej. Cząsteczka ATP zawiera
makroergiczny Komunikacja P-O, które są łatwo rozszczepiane przez hydrolizę.
Uwolniona w tym przypadku energia swobodna zapewnia przepływ sprzężonej
hydroliza ATP niekorzystnych termodynamicznie procesów anabolicznych m.in.
biosynteza białek.
Koenzym A. Cząsteczka tego
koenzym składa się z trzech składników strukturalnych: kwasu pantotenowego,
2-aminoetanotiol i ADP.
Koenzym A bierze udział w procesach
acylacja enzymatyczna, aktywacja kwasy karboksylowe obracając je
w reaktywne estry tiolowe.
Koenzymy dinukleotydu nikotynamidoadeninowego.
Dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (PONAD+)i jego fosforan ( NADP
+ ) zawierają w swoim składzie kation pirydyniowy w postaci
fragment nikotynamidu. Kation pirydyniowy jako część tych koenzymów
zdolny do odwracalnego dodania anionu wodorkowego do postaci zredukowanej
koenzym - OVER N.
Zatem dinukleotyd nikotynamidoadeninowy
koenzymy biorą udział w procesach redoks związanych z
transfer anionu wodorkowego, na przykład utlenianie grup alkoholowych do aldehydu
(konwersja retinolu do retinalu), redukcyjne aminowanie ketokwasów,
redukcja ketokwasów do hydroksykwasów. Podczas tych procesów substrat
traci (utlenianie) lub dodaje (redukcja) dwa atomy wodoru w postaci
H+ i H — . Koenzym służy jako akceptor
(NAD + ) lub dawcą
(NAD .
H) jon wodorkowy. Wszystkie procesy od
udział koenzymów jest stereoselektywny. Tak, podczas odzyskiwania
kwas pirogronowy, powstaje tylko kwas L-mlekowy.
5. Kwasy nukleinowe.
Podstawowa struktura
kwasy nukleinowe to zbudowany liniowy łańcuch polimerowy
monomery - połączone ze sobą nukleotydy
3 / -5 / -fosfodiestr
znajomości. Łańcuch polinukleotydowy ma koniec 5' i koniec 3'. Na końcu 5' jest
resztę kwasu fosforowego, a na końcu 3' znajduje się wolna grupa hydroksylowa.
Łańcuch nukleotydowy jest zwykle zapisywany od końca 5'.
W zależności od charakteru reszt monosacharydowych
w nukleotydzie rozróżnia się kwasy dezoksyrybonukleinowe (DNA) i kwasy rybonukleinowe
kwasy (RNA). DNA i RNA różnią się także charakterem swoich składników.
zasady nukleinowe: uracyl jest tylko częścią RNA, tymina jest tylko częścią
Skład DNA.
struktura drugorzędowa DNA
to kompleks dwóch łańcuchów polinukleotydowych skręconych w prawo
na około wspólna oś aby łańcuchy węglowodanowo-fosforanowe znajdowały się na zewnątrz, oraz
zasady nukleinowe są skierowane do wewnątrz ( Podwójna helisa Watsona-Cricka).
Skok helisy wynosi 3,4 nm, z 10 parami zasad na obrót. Polinukleotyd
łańcuchy są antyrównoległe, tych.
naprzeciwko końca 3' jednej nici znajduje się koniec 5' drugiej nici. Dwie nici DNA
skład jest inny, ale one uzupełniający. Wyraża się to w
fakt, że naprzeciw adeniny (A) w jednym łańcuchu zawsze występuje tymina (T) w drugim
łańcucha, a przeciwna guanina (G) to zawsze cytozyna (C). Uzupełniający
parowanie A z T i G z C odbywa się za pomocą wiązań wodorowych. Między A i T
powstają dwa wiązania wodorowe, między G i C - trzy.
Komplementarność nici DNA to
baza chemiczna niezbędna funkcja DNA - przechowywanie i przekazywanie genetyki
Informacja.
Rodzaje RNA.
Istnieją trzy główne
rodzaje komórkowego RNA: transferowy RNA (tRNA), informacyjny RNA (mRNA) i rybosomalny
RNA (rRNA). Różnią się umiejscowieniem w komórce, składem i wielkością,
jak również funkcje. RNA zwykle składa się z pojedynczego łańcucha polinukleotydowego
która w przestrzeni rozwija się w taki sposób, że jej poszczególne sekcje
stają się wobec siebie komplementarne („sklejają się”) i tworzą krótkie
sekcje podwójnej helisy cząsteczki, podczas gdy inne sekcje pozostają
jednoniciowy.
Komunikator RNA pełnić funkcję macierzy
synteza białek w rybosomach.
Rybosomalny RNA odgrywać rolę strukturalną
składniki rybosomów.
Transfer RNA uczestniczyć w
transport a -aminokwasy z cytoplazmy do rybosomów oraz w translacji informacji o nukleotydach
Sekwencje mRNA na sekwencje aminokwasowe w białkach.
Mechanizm przekazywania informacji genetycznej.
Informacja genetyczna zakodowana w sekwencji nukleotydowej
DNA. Mechanizm przekazywania tych informacji obejmuje trzy główne etapy.
Pierwszy etap - replikacja-Kopiuj
DNA matki, aby utworzyć dwie cząsteczki potomnego DNA, nukleotyd
którego sekwencja jest komplementarna do sekwencji matczynego DNA i
jest przez nią jednoznacznie definiowana. Replikacja odbywa się poprzez syntezę nowego
Cząsteczki DNA na matce, które pełnią rolę szablonu. podwójna helisa
DNA matki rozwija się i na każdej z dwóch nici jest syntetyzowany nowy
(córka) nić DNA, z uwzględnieniem zasady komplementarności. Proces jest realizowany
przez enzym polimerazę DNA. A więc z jednego matczynego DNA
powstają dwie spółki zależne, z których każda zawiera jedną
macierzysty i jeden nowo zsyntetyzowany łańcuch polinukleotydowy.
Druga faza - transkrypcja- proces w
podczas której część informacji genetycznej jest kopiowana z DNA w postaci mRNA.
Komunikator RNA jest syntetyzowany w regionie zdespiralizowanej nici DNA, tak jak w szablonie
przez enzym polimerazę RNA. W łańcuchu polinukleotydowym mRNA
rybonukleotydy, które przenoszą niektórzy
zasady nukleinowe są ułożone w sekwencji określonej przez
komplementarne oddziaływania z zasadami nukleinowymi łańcucha DNA. W której adenina baza w DNA będzie pasować uracyl zasada w RNA. Informacja genetyczna do syntezy białek jest zakodowana w DNA za pomocą
Wsparcie tryplet kod. Zakodowany jest jeden aminokwas
trzy sekwencje nukleotydowe zwane kodon.
Sekcja DNA, która koduje jeden łańcuch polipeptydowy, nazywa się genom.
Każdy kodon w DNA odpowiada komplementarnemu kodonowi w mRNA. Ogólnie cząsteczka
mRNA jest komplementarny do określonej części łańcucha DNA - genu.
Procesy replikacji i transkrypcji zachodzą w
Jądro komórkowe. Synteza białek odbywa się w rybosomach. Zsyntetyzowane mRNA
migruje z jądra do cytoplazmy do rybosomów, przenosząc informację genetyczną do
miejsce syntezy białek.
Trzeci etap - audycja- proces
implementacja informacji genetycznej niesionej przez mRNA w postaci sekwencji
nukleotydów w sekwencję aminokwasów w syntetyzowanym białku. a -Aminokwasy potrzebne do
syntezy białek są transportowane do rybosomów za pomocą tRNA, z którym
wiązanie przez acylację 3 / Grupy -OH na końcu łańcucha tRNA.
tRNA ma gałąź antykodonu zawierającą
trinukleotyd - antykodon, co odpowiada
aminokwas. Na rybosomie tRNA przyłączają się w miejscach antykodonu do
odpowiednie kodony mRNA. Specyfika dokowania kodonów i antykodonów
zapewnione przez ich komplementarność. Między blisko spokrewnionymi aminokwasami
powstaje wiązanie peptydowe. Tak więc ściśle określony
sekwencja aminokwasów tworzących białka, zakodowana w
geny.
Nukleotyd
Nukleotydy- naturalne związki, z których, podobnie jak cegły, zbudowane są łańcuchy. Ponadto nukleotydy są częścią najważniejszych koenzymów (związków organicznych o charakterze niebiałkowym - składniki niektórych enzymów) i innych biologicznie substancje czynne służą jako nośniki energii w komórkach.
Cząsteczka każdego nukleotydu (mononukleotyd) składa się z trzech chemicznie odrębnych części.
1. To jest cukier pięciowęglowy (pentoza):
Ryboza (w tym przypadku nukleotydy nazywane są rybonukleotydami i są częścią kwasów rybonukleinowych lub)
Lub dezoksyryboza (nukleotydy nazywane są dezoksyrybonukleotydami i są częścią kwasu dezoksyrybonukleinowego lub).
2. Zasada azotu purynowego lub pirymidynowego połączony z atomem węgla cukru, tworzy związek zwany nukleozydem.
3. Jedna, dwie lub trzy reszty kwasu fosforowego
, przyłączone wiązaniami eterowymi do węgla cukru, tworzą cząsteczkę nukleotydową (w cząsteczkach DNA lub RNA znajduje się jedna reszta kwasu fosforowego).
Azotowymi zasadami nukleotydów DNA są puryny (adenina i guanina) oraz pirymidyny (cytozyna i tymina). Nukleotydy RNA zawierają te same zasady co DNA, ale tyminę w nich zastępuje uracyl, który ma podobną budowę chemiczną.
Zasady azotowe i odpowiednio zawierające je nukleotydy w literaturze biologicznej są zwykle oznaczane pierwszymi literami (łacińskimi lub ukraińskimi / rosyjskimi) zgodnie z ich nazwami:
- - A (A);
- - G (G);
- - C (C);
- tymina - T (T);
- uracyl - U (U).
Połączenie dwóch nukleotydów nazywa się dinukleotydem, kilka - oligonukleotydem, zestawy - polinukleotydem lub kwasem nukleinowym.
Oprócz tego, że nukleotydy tworzą łańcuchy DNA i RNA, są koenzymami, a nukleotydy zawierające trzy reszty kwasu fosforowego (trifosforan nukleozydu) są źródłem energii chemicznej, która zawarta jest w wiązaniach fosforanowych. Rola takiego uniwersalnego nośnika energii, jakim jest trifosat adenozyny (ATP) jest niezwykle istotna we wszystkich procesach życiowych.
Nukleotydy to: kwasy nukleinowe (polinukleotydy), najważniejsze koenzymy (NAD, NADP, FAD, CoA) oraz inne związki biologicznie czynne. Wolne nukleotydy w postaci mono-, di- i trifosforanów nukleozydów znajdują się w znacznych ilościach w komórkach. Trifosforan nukleozydu - nukleotydy zawierające 3 reszty kwasu fosforowego, mają bogatą akumulację energetyczną w wiązaniach makroergicznych. Szczególną rolę odgrywa ATP - uniwersalny akumulator energii. Wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe trifosforanów nukleotydów są wykorzystywane w syntezie polisacharydów ( trifosforan urydyny, ATP), białka (GTP, ATP), lipidy ( trifosforan cytydyny, ATP). Trifosforany nukleozydów są również substratami do syntezy kwasów nukleinowych. Difosforan urydyny bierze udział w metabolizmie węglowodanów jako nośnik reszt monosacharydowych, difosforan cytydyny (nośnik reszt cholinowych i etanoloaminowych) w metabolizmie lipidów.
odgrywają ważną rolę regulacyjną w organizmie cykliczne nukleotydy. Wolne monofosforany nukleozydów powstają w wyniku syntezy lub hydrolizy kwasów nukleinowych pod wpływem nukleaz. Sekwencyjna fosforylacja monofosforanów nukleozydów prowadzi do powstania odpowiednich trifosforanów nukleotydów. Rozpad nukleotydów następuje pod wpływem nukleotydazy (z powstawaniem nukleozydów), a także pirofosforylazy nukleotydów, które katalizują odwracalną reakcję rozszczepienia nukleotydów do wolnych zasad i pirofosforanu fosforybozylu.
Nukleotydy.
Kwasy nukleinowe
Nukleotydy
Nukleotydy są naturalnymi związkami składającymi się z 1) reszt azotowej zasady nukleinowej, 2) reszty węglowodanowej i 3) grupy fosforanowej.
azotowe zasady nukleinowe
Zasady azotowe są pochodnymi dwóch heterocykli - pirymidyny i puryny.
Zasady pirymidynowe
Bazy purynowe
Tautomeria zasad azotowych
a) laktam-laktim
Podobny tautomeryzm jest możliwy dla tyminy, cytozyny i guaniny.
b) amino-imina
Podobny tautomeryzm jest możliwy dla guaniny i cytozyny.
Laktamy są bardziej stabilne niż laktimy, a aminy są bardziej stabilne niż iminy. Wszystkie podstawy w witro oraz w żywy istnieją i uczestniczą w metabolizmie w formach laktamowych i aminowych.
Pochodne i analogi zasad nukleinowych są stosowane w medycynie jako leki przeciwnowotworowe:
Nukleozydy
Nukleozydy to związki składające się z reszt zasad nukleinowych i węglowodanów połączonych β-N-Wiązanie glikozydowe.
Reakcja tworzenia nukleozydu w żywy poddaje się działaniu enzymów.
W środowisku kwaśnym (ale nie w środowisku obojętnym lub zasadowym) nukleozydy są hydrolizowane, rozkładając się na pierwotną zasadę i węglowodany. Nukleozydy pirymidynowe są trudniejsze do hydrolizy, podczas gdy nukleozydy purynowe są łatwiejsze.
Nomenklatura nukleozydów
|
Baza |
Nazwać |
|
|
2"-Deoksyurydyna |
||
|
2"-Deoksytymidyna |
||
|
2"-Deoksycytydyna |
||
|
adenozyna |
||
|
2"-Deoksyadenozyna |
||
|
Guanozyna |
||
|
2"-Deoksyguanozyna |
Nukleotydy
Nukleotydy są nukleozydami zawierającymi grupę fosforanową w pozycji 5' (5'-fosforylowane nukleozydy).
Nukleotydy powstają in vivo w wyniku enzymatycznej fosforylacji nukleozydów:
Nukleotydy są hydrolizowane w środowisku kwaśnym i zasadowym: hydroliza kwasowa wytwarza zasadę, węglowodan i kwas fosforowy, a hydroliza zasadowa wytwarza nukleozyd i fosforan sodu:
Nomenklatura nukleotydów
|
Baza |
Nazwać |
|
|
Urydyno-5"-monofosforan (UMP), kwas urydylowy |
||
|
2"-Deoksyurydyno-5"-monofosforan |
||
|
Tymidyno-5"-monofosforan (TMF), kwas tymidylowy |
||
|
2"-Deoksytymidyno-5"-monofosforan |
||
|
Cytydyno-5"-monofosforan (CMP), kwas cytydylowy |
||
|
2"-Deoksycytydyno-5"-monofosforan |
||
|
Adenozyno-5"-monofosforan (AMP), kwas adenylowy |
||
|
2"-Deoksyadenozyno-5"-monofosforan |
||
|
Gaunozyna-5"-monofosforan (GMF), kwas guanilowy |
||
|
2"-Deoksyguanozyno-5"-monofosforan |
Dinukleotydy
NAD i FAD to koenzymy biorące udział w reakcjach OB przenoszenia wodoru w organizmie:
Trójfosforan adenozyny (ATP)
ATP jest akumulatorem i nośnikiem energii w reakcjach biochemicznych.
Reakcje biologiczne ATP
1. Fosforylacja– przeniesienie grup fosforanowych z ATP na inne substraty:
2. Hydroliza z uwolnieniem energii wykorzystywanej w reakcjach syntetazy:
Kwasy nukleinowe
nukleinowy kwasy to polinukleotydy - polimery składające się z reszt nukleotydowych połączonych wiązaniami estrowymi cukier-fosforan.
Schemat struktury łańcucha polinukleotydowego:
Rodzaje NK: DNA - zawierają reszty 2-dezoksyrybozy, nie zawierają uracylu;
DN K
Pierwotna struktura DNA
Pierwotna struktura DNA to pewna kolejność sekwencji nukleotydów w łańcuchu:
Pierwotna struktura jądrowego DNA zawiera kod genetyczny. W procesie transkrypcji jest „przepisywany” na informacyjny RNA, a następnie następuje translacja: łańcuch polipeptydowy białka jest syntetyzowany w rybosomach na matrycy informacyjnego RNA. Klucz kod genetyczny jest to, że jedna reszta aminokwasowa w zsyntetyzowanym łańcuchu polipeptydowym jest kodowana przez trzy reszty nukleotydowe (tryplet) w NA, a zatem przy użyciu 4 rodzajów nukleotydów kodowanych jest 20 aminokwasów.
Właściwości chemiczne kwasów nukleinowych
Wiązania estrowe łączące łańcuchy polinukleotydowe są niestabilne w środowisku kwaśnym i zasadowym, a NA ulegają hydrolizie w tych warunkach:
KOMPLEMENTARNOŚĆ BAZ AZOTOWYCH
Komplementarność to zgodność kształtu dwóch skomplikowanych linii, które pasują do siebie „jak klucz do zamka”.
Uzupełniające pary zasad:
W para A-T tyminę można (podczas przejścia DNA → RNA) zastąpić uracylem, a para ta staje się A-U („wymienność” tyminy i uracylu).
Biologiczne znaczenie komplementarnych interakcji polega na tym, że zapewniają dokładność przekazywania informacji z jednego NC do drugiego.
Wtórna struktura DNA
Jest to helisa składająca się z dwóch komplementarnych i antyrównoległych łańcuchów polinukleotydowych („podwójna helisa”):
Biologiczna rola „podwójnej helisy”:
1) Zapewnia bezpieczeństwo informacji genetycznej (kompleks nukleoprotein jądrowych „DNA-Histony”);
2) Zapewnia przywrócenie informacji w przypadku uszkodzenia DNA (naprawa po mutacjach).
R N K
Rodzaje RNA: rybosomalne, informacyjne, transportowe.
Rybosomalny RNA (r-RNA) - materiał konstrukcyjny rybosomy (rybosomalny kompleks nukleoproteinowy).
Informacja (macierz) RNA (i-RNA) jest etapem pośrednim w procesie transformacji informacji „DNA – białko”. Jest syntetyzowany na matrycy DNA i sam służy jako matryca do syntezy białek w rybosomie. mRNA ma stosunkowo niską masę cząsteczkową i nie posiada rozwiniętej struktury drugorzędowej.
Transfer RNA (t-RNA) to RNA o niskiej masie cząsteczkowej, który spełnia następujące funkcje: 1) określenie „swojego” aminokwasu (każdy AA ma swój własny t-RNA); 2) wiązanie z AA i jego transport do rybosomu; 3) określenie miejsca AA w rosnącym łańcuchu polipeptydowym.
Transferowe RNA mają drugorzędową strukturę koniczyny:
Wystający koniec CCA-3 OH jest miejscem wiązania grupy karboksylowej AA.
Trójka nukleotydów w najniższym punkcie jest kodonem komplementarnym do odpowiedniego antykodonu na mRNA.
LITERATURA:
Główny
1. Tyukavkina N.A., Zurabyan S.E., Beloborodov V.L. itp. - Chemia organiczna (kurs specjalny), t. 2 - Bustard, M., 2008, s. 157-178.
2. N.A. Tyukavkina, Yu.I. Baukov - Chemia bioorganiczna - DROFA, M., 2007, s. 420-444.
Do 1944 O. Avery i jego koledzy K. McLeod i M. McCarthy odkryli transformującą aktywność DNA u pneumokoków. Autorzy ci kontynuowali pracę Griffitha, który opisał zjawisko transformacji (przenoszenia cech dziedzicznych) u bakterii. O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy wykazali, że po usunięciu białek, polisacharydów i RNA transformacja bakterii nie zostaje zakłócona, a gdy substancja indukująca zostaje wystawiona na działanie enzymu dezoksyrybonukleazy, aktywność transformująca zanika.
W tych eksperymentach po raz pierwszy wykazano genetyczną rolę cząsteczki DNA. W 1952 roku A. Hershey i M. Chase potwierdzili genetyczną rolę cząsteczki DNA w eksperymentach na bakteriofagu T2. Oznaczając jego białko radioaktywną siarką, a DNA radioaktywnym fosforem, zainfekowali E. coli tym wirusem bakteryjnym. W potomstwie faga znaleziono dużą ilość radioaktywnego fosforu i tylko śladowe ilości S. Wynikało z tego, że to DNA, a nie białko faga, penetrowało bakterię, a następnie po replikacji zostało przeniesione do potomstwa faga .
Struktura nukleotydu DNA. Rodzaje nukleotydów.
Nukleotyd DNA składa się z
Baza azotowa (4 typy w DNA: adenina, tymina, cytozyna, guanina)
Deoksyryboza monocukru
Kwas fosforowy
cząsteczka nukleotydu składa się z trzech części - pięciowęglowego cukru, zasady azotowej i kwasu fosforowego.
Cukier zawarty w skład nukleotydów, zawiera pięć atomów węgla, czyli jest pentozą. W zależności od rodzaju pentozy obecnej w nukleotydzie istnieją dwa rodzaje kwasów nukleinowych - kwasy rybonukleinowe (RNA) zawierające rybozę i kwasy dezoksyrybonukleinowe (DNA) zawierające dezoksyrybozę. W dezoksyrybozie grupa OH przy drugim atomie węgla jest zastąpiona atomem H, to znaczy ma o jeden atom tlenu mniej niż w rybozie.
Zarówno rodzaje kwasów nukleinowych zawiera bazy czterech różne rodzaje: dwa z nich należą do klasy puryn, a dwa do klasy pirymidyn. Azot zawarty w pierścieniu nadaje tym związkom główny charakter. Puryny obejmują adeninę (A) i guaninę (G), a pirymidyny obejmują cytozynę (C) i tyminę (T) lub uracyl (U) (odpowiednio w DNA lub RNA). Tymina jest chemicznie bardzo zbliżona do uracylu (jest to 5-metylouracyl, czyli uracyl, w którym grupa metylowa znajduje się przy piątym atomie węgla). Cząsteczka puryny ma dwa pierścienie, podczas gdy cząsteczka pirymidyny ma jeden.
Nukleotydy są połączone silnym wiązaniem kowalencyjnym poprzez cukier jednego nukleotydu i Kwas fosforowy jeszcze jeden. Okazuje się łańcuch polinukleotydowy. Na jednym końcu znajduje się wolny kwas fosforowy (koniec 5'), na drugim wolny cukier (koniec 3'). (Polimeraza DNA może dodawać nowe nukleotydy tylko na końcu 3'.)
Dwa łańcuchy polinukleotydowe są połączone ze sobą słabymi wiązaniami wodorowymi między zasadami azotowymi. Istnieją 2 zasady:
zasada komplementarności: tymina jest zawsze przeciwieństwem adeniny, guanina jest zawsze przeciwieństwem cytozyny (pasują do siebie pod względem formy i liczby wiązań wodorowych - między A i G są dwa wiązania, a między C i G 3).
zasada antyrównoległości: gdzie jeden łańcuch polinukleotydowy ma koniec 5', drugi ma koniec 3' i na odwrót.
Okazuje się podwójny łańcuch DNA.
Ona skręca się w podwójna helisa, jeden zwój helisy ma długość 3,4 nm, zawiera 10 par nukleotydów. Bazy azotowe (przechowawcy informacji genetycznej) znajdują się wewnątrz spirali, chronione.
Strukturalna organizacja cząsteczki DNA. Model J. Watsona i F. Crick
W 1950 r. angielski fizyk M. Wilkins uzyskał prześwietlenie krystalicznych włókien DNA. Pokazała, że cząsteczka DNA ma określoną strukturę, której rozszyfrowanie pomogłoby zrozumieć mechanizm działania DNA. Wzory rentgenowskie uzyskane nie na krystalicznych włóknach DNA, ale na mniej uporządkowanych agregatach, które tworzą się przy wyższej wilgotności, pozwoliły Rosalind Franklin, koleżance M. Wilkinsa, zobaczyć wyraźny wzór krzyża - znak identyfikacyjny podwójnej helisy. Wiadomo też, że nukleotydy znajdują się w odległości 0,34 nm od siebie, a na jeden obrót helisy jest ich 10. Średnica cząsteczki DNA wynosi około 2 nm. Z danych dyfrakcji rentgenowskiej nie wynikało jednak jasno, w jaki sposób nici są utrzymywane razem w cząsteczkach DNA.
Obraz stał się całkowicie jasny w 1953 roku, kiedy amerykański biochemik J. Watson i angielski fizyk F. Crick, badając strukturę cząsteczki DNA, doszli do wniosku, że szkielet cukrowo-fosforanowy znajduje się na obrzeżach cząsteczki DNA, a zasady purynowe i pirymidynowe znajdują się pośrodku. Co więcej, te ostatnie są zorientowane w taki sposób, że wiązania wodorowe mogą tworzyć się między zasadami z przeciwnych łańcuchów. Z modelu, który zbudowali, okazało się, że każda puryna w jednym łańcuchu jest zawsze wiązana wodorem z jedną z pirymidyn w drugim łańcuchu. Takie pary mają ten sam rozmiar na całej długości cząsteczki. Co równie ważne, adenina może łączyć się tylko z tyminą, a guanina może łączyć się tylko z cytozyną. W tym przypadku dwa wiązania wodorowe powstają między adeniną i tyminą, a trzy między guaniną i cytozyną.
Właściwości i funkcje DNA.
Przechowywanie informacji dziedzicznej (kod genetyczny - sposób zapisu informacji genetycznej o sekwencji aminokwasów w białku za pomocą nukleotydów (Gamow)
Przeniesienie (replikacja/podwojenie)
Wdrożenie (transkrypcja)
Autoreprodukcja DNA. Replika i jej działanie.
Proces samoreprodukcji cząsteczek kwasu nukleinowego, któremu towarzyszy przekazywanie przez dziedziczenie (z komórki do komórki) dokładnych kopii informacji genetycznej; przeprowadzana przy udziale zestawu specyficznych enzymów (helikaza, która kontroluje rozwijanie cząsteczki DNA, polimeraza DNA, ligaza DNA), przechodzi przez typ półkonserwatywny z utworzeniem widełek replikacyjnych; na jednym z łańcuchów synteza łańcucha komplementarnego jest ciągła, a na drugim następuje dzięki tworzeniu fragmentów Dkazaki. Proces o wysokiej precyzji, w którym poziom błędu nie przekracza 10 -9 ; u eukariontów może wystąpić jednocześnie w kilku punktach jednej cząsteczki DNA; prędkość u eukariontów wynosi około 100, a u bakterii około 1000 nukleotydów na sekundę.
Replikon to jednostka procesu replikacji regionu genomu, która jest pod kontrolą jednego punktu inicjacji (początku) replikacji. Termin został zaproponowany przez F. Jacoba i S. Brennera w 1963 roku. Genom prokariota jest zwykle pojedynczym replikonem. Od momentu inicjacji replikacja przebiega w obu kierunkach, w niektórych przypadkach z nierówną prędkością. U eukariontów genom składa się z wielu (często nawet kilkudziesięciu tysięcy) replikonów.
Kod genetyczny, jego właściwości.
Kod genetyczny to sposób zapisywania informacji genetycznej o sekwencji aminokwasów w białku za pomocą nukleotydów. Odkrycie genu Kod należy do Georgy Gamowa. 1954
Potrójność- istotną jednostką kodu jest kombinacja trzech nukleotydów (tryplet lub kodon).
Ciągłość- między trójkami nie ma znaków interpunkcyjnych, czyli informacje są odczytywane w sposób ciągły.
nienakładające się- ten sam nukleotyd nie może być jednocześnie częścią dwóch lub więcej trypletów (nie zaobserwowano dla niektórych nakładających się genów wirusów, mitochondriów i bakterii, które kodują kilka białek przesunięcia ramki).
Jednoznaczność (specyficzność)- pewien kodon odpowiada tylko jednemu aminokwasowi (jednak kodon UGA w Euplotes crassus kody dla dwóch aminokwasów – cysteiny i selenocysteiny)
Degeneracja (redundancja) Kilka kodonów może odpowiadać temu samemu aminokwasowi.
Wszechstronność- kod genetyczny działa w ten sam sposób w organizmach o różnym stopniu złożoności - od wirusów po ludzi (na tym opierają się metody inżynierii genetycznej; istnieje szereg wyjątków, pokazanych w tabeli w "Odmiany standardowego kodu genetycznego ” poniżej).
Odporność na hałas- mutacje podstawień nukleotydów, które nie prowadzą do zmiany klasy kodowanego aminokwasu nazywamy konserwatywny; mutacje substytucji nukleotydów, które prowadzą do zmiany klasy kodowanego aminokwasu, nazywane są rodnik.
Pojęcie genu. Właściwości genów.
Gen- strukturalna i funkcjonalna jednostka dziedziczności organizmów żywych. Gen to sekwencja DNA, która określa sekwencję konkretnego polipeptydu lub funkcjonalnego RNA. Geny określają dziedziczne cechy organizmów, które są przenoszone z rodziców na potomstwo podczas reprodukcji. Jednocześnie niektóre organelle (mitochondria, plastydy) mają własne DNA, którego nie ma w genomie organizmu, co determinuje ich cechy.
(Termin został wprowadzony w 1909 roku przez duńskiego botanika Wilhelma Johansena)
dyskretność - niemieszalność genów;
stabilność - zdolność do utrzymania konstrukcji;
labilność - umiejętność wielokrotnego mutowania;
allelizm wielokrotny - wiele genów istnieje w populacji w różnych formach molekularnych;
allelizm - w genotypie organizmów diploidalnych tylko dwie formy genu;
specyficzność – każdy gen koduje własną cechę;
plejotropia - wielokrotny efekt genu;
ekspresywność - stopień ekspresji genu w cesze;
penetracja - częstotliwość manifestacji genu w fenotypie;
amplifikacja - wzrost liczby kopii genu.
Cechy organizacji genomu eukariotycznego.
genom eukariotyczny:
duża liczba genów
więcej DNA,
Chromosomy zawierają bardzo złożony system kontroli aktywności genów w czasie i przestrzeni, co jest związane z różnicowaniem komórek i tkanek w ontogenezie organizmu.
Ilość DNA w chromosomach jest duża i wzrasta wraz ze wzrostem złożoności organizmów. Eukarionty również mają redundancja genów. Tak więc u ludzi genom zawiera liczbę par nukleotydów wystarczającą do utworzenia ponad 2 milionów genów strukturalnych, podczas gdy u ludzi, według danych z 2000 r., 31 tysięcy wszystkich genów.
Ponad połowa haploidalnego zestawu genomu eukariotycznego to unikalne geny, prezentowane tylko raz. U ludzi takich unikalnych genów jest 64%, u cieląt - 55%, u Drosophila - 70%.
Klasy sekwencji nukleotydowych w eukariotycznym DNA, ich charakterystyka, właściwości i znaczenie biologiczne.
Sekwencje nukleotydowe w genomie eukariotycznym
Pod koniec lat 60. prace amerykańskich naukowców R. Brittena, E. Davidsona i innych odkryły podstawową cechę struktury molekularnej genomu eukariotycznego - sekwencje nukleotydowe o różnym stopniu powtórzenia. Odkrycia tego dokonano przy użyciu metody biologii molekularnej w celu zbadania kinetyki denaturacji zdenaturowanego DNA. W genomie eukariotycznym wyróżnia się następujące frakcje.
1. Unikalny, czyli sekwencje prezentowane w jednym egzemplarzu lub kilku egzemplarzach. Z reguły są to cistrony – geny strukturalne kodujące białka.
2. Powtórki o niskiej częstotliwości - sekwencje powtarzane kilkadziesiąt razy.
3. Powtórzenia o średniej lub średniej częstotliwości - sekwencje powtarzane setki i tysiące razy. Należą do nich geny rRNA (u ludzi 200 na zestaw haploidów, myszy 100, koty 1000, ryby i rośliny kwiatowe, tysiące), tRNA, geny białek rybosomalnych i białka histonowe.
4. Powtórzenia o wysokiej częstotliwości, których liczba sięga 10 milionów (na genom). Są to krótkie (~10 pz) niekodujące sekwencje, które są częścią pericentromerowej heterochromatyny.
Poziomy organizacji genomu eukariotycznego.
Skład chemiczny i strukturalny chromosomów.
Badania biologii molekularnej pozwoliły uzyskać wyobrażenie nie tylko o budowie chemicznej chromosomów, ale także o ich supramolekularnej organizacji i cechach funkcjonowania. Obecnie wiadomo, że chromosomy to formacje nukleoproteinowe składające się z DNA i białka. Ponadto chromosomy zawierają pewną ilość RNA powstałego podczas transkrypcji oraz jony Ca+ i Mg+. Każda chromatyda, aw przedziale czasowym okres anafazy-S interfazy i chromosomu, zawiera jedną cząsteczkę DNA, która determinuje wszystkie funkcje chromosomu związane z przechowywaniem informacji dziedzicznej, jej przekazywaniem i wdrażaniem. Cząsteczka DNA w chromosomach jest ściśle powiązana z dwiema klasami białek - histonami (białka podstawowe) i niehistonami (białka kwasowe). Histony to małe białka o wysokiej zawartości naładowanych aminokwasów (lizyny i argininy). Dodatni ładunek netto umożliwia histonom wiązanie się z DNA niezależnie od składu nukleotydów. Należą one głównie do funkcji strukturalnej. Są to bardzo stabilne białka, których cząsteczki mogą przetrwać przez całe życie komórki. W komórce eukariotycznej występuje 5 typów histonów, które dzielą się na dwie główne grupy: pierwsza grupa (oznaczane jako H2A, H2B, H3, H4) odpowiada za tworzenie specyficznych kompleksów dezoksyrybonukleoproteinowych - nukleosomów. Druga grupa histonów (HI) znajduje się między nukleosomami i naprawia fałdowanie łańcucha nukleosomalnego w więcej wysoki poziom organizacja strukturalna (nić supernukleosomowa). Wśród białek histonowych, poza strukturalnymi, są takie, które są w stanie ograniczać dostępność DNA dla białek regulatorowych wiążących DNA, a tym samym uczestniczyć w regulacji aktywności genów. Białka niehistonowe są bardzo zróżnicowane. Liczba ich frakcji przekracza 100. Są one obecne w chromosomach w mniejszych ilościach w porównaniu z histonami i pełnią głównie funkcję regulacyjną. Biorą udział w regulacji aktywności transkrypcyjnej genów, zapewniając replikację i naprawę DNA. Większość niehistonowych białek chromatyny występuje w komórkach w niewielkiej ilości (niewielkie) - są to białka regulatorowe, które rozpoznają określone sekwencje DNA i wiążą się z nimi. Są zaangażowane w wiele procesów genetycznych, ale niewiele o nich wiadomo. Ilościowo przeważają białka niehistonowe (główne), wysoce ruchliwe, stosunkowo niewielkich rozmiarów, o dużym ładunku elektrycznym – zawsze łączą się z nukleosomami zawierającymi aktywne geny. Ponadto wiele enzymów zalicza się do grupy białek niehistonowych.
Poziomy upakowania materiału dziedzicznego u eukariontów.
Zatem poziomy pakowania DNA są następujące:
1) Nukleosomalny (2,5 obrotu dwuniciowego DNA wokół ośmiu cząsteczek białek histonowych).
2) Supernukleosom - helisa chromatyny (chromonema).
3) Chromatyd - spiralna chromonema.
4) Chromosom - czwarty stopień spermalizacji DNA.
W jądrze międzyfazowym chromosomy ulegają dekondensacji i są reprezentowane przez chromatynę. Odspiralizowany region zawierający geny nazywa się euchromatyną (luźna, włóknista chromatyna). To jest warunek konieczny do transkrypcji. Podczas odpoczynku między podziałami niektóre sekcje chromosomów i całe chromosomy pozostają zwarte.
Te spiralne, silnie zabarwione obszary nazywane są heterochromatyną. Są nieaktywni w transkrypcji. Istnieje fakultatywna i konstytutywna heterochromatyna.
Fakultatywna heterochromatyna ma charakter informacyjny, ponieważ zawiera geny i może przejść do euchromatyny. Spośród dwóch homologicznych chromosomów jeden może być heterochromatyczny. Konstytutywna heterochromatyna jest zawsze heterochromatyczna, nieinformacyjna (nie zawiera genów), a zatem jest zawsze nieaktywna w stosunku do transkrypcji.
Chromosomalny DNA składa się z ponad 108 par zasad, z których powstają bloki informacyjne – geny ułożone liniowo. Stanowią do 25% DNA. Gen to funkcjonalna jednostka DNA zawierająca informacje do syntezy polipeptydów lub całego RNA. Pomiędzy genami znajdują się odstępniki - nieinformacyjne segmenty DNA o różnej długości. Reprezentowane są nadmiarowe geny duża liczba- 10 4 identycznych egzemplarzy. Przykładem są geny dla t-RNA, r-RNA, histonów. W DNA znajdują się sekwencje tych samych nukleotydów. Mogą to być sekwencje umiarkowanie powtarzalne i bardzo powtarzalne. Umiarkowanie powtarzalne sekwencje osiągają 300 par zasad z powtórzeniami 102 - 104 i najczęściej reprezentują odstępniki, geny nadmiarowe.
Wysoce powtarzalne sekwencje (10 5 - 10 6) tworzą konstytutywną heterochromatynę. Około 75% całej chromatyny nie jest zaangażowana w transkrypcję, przypada ona na wysoce powtarzalne sekwencje i nietranskrybowane przerywniki.
Cechy morfologiczne chromosomu metafazowego.
Superkompaktyzacja mitotyczna chromatyny umożliwia badanie wyglądu chromosomów za pomocą mikroskopii świetlnej. W pierwszej połowie mitozy składają się z dwóch chromatyd połączonych ze sobą w obszarze pierwotnego zwężenia ( centromery lub kinetochor) specjalnie zorganizowany odcinek chromosomu wspólny dla obu siostrzanych chromatyd. W drugiej połowie mitozy chromatydy oddzielają się od siebie. Tworzą pojedyncze pasma. chromosomy potomne, dystrybuowane wśród komórek potomnych.
W zależności od umiejscowienia centromeru i długości ramion znajdujących się po obu jego stronach wyróżnia się kilka form chromosomów: równoramienne lub metacentryczne (z centromerem pośrodku), nierównoramienne lub submetacentryczne (z centromer przesunięty na jeden z końców), pręcikowy lub akrocentryczny (z centromerem zlokalizowanym prawie na końcu chromosomu) i kropkowany - bardzo mały, którego kształt jest trudny do ustalenia (ryc. 3.52). Dzięki rutynowym metodom barwienia chromosomów różnią się one kształtem i względną wielkością. Podczas stosowania technik barwienia różnicowego wykrywa się nierówną fluorescencję lub rozkład barwnika na całej długości chromosomu, ściśle specyficzny dla każdego pojedynczego chromosomu i jego homologu (ryc. 3.53).
Zatem każdy chromosom jest indywidualny nie tylko pod względem zestawu zawartych w nim genów, ale także pod względem morfologii i charakteru barwienia różnicowego.
Eu- i heterochromatyna, ich znaczenie biologiczne.
Niektóre chromosomy wydają się skondensowane i intensywnie zabarwione podczas podziału komórki. Takie różnice nazwano heteropyknozą. Zaproponowano termin „heterochromatyna” do oznaczania regionów chromosomów wykazujących pozytywną heteropiknozę na wszystkich etapach cyklu mitotycznego. Istnieje euchromatyna - główna część chromosomów mitotycznych, która przechodzi zwykły cykl kompaktowania, dekompaktowania podczas mitozy i heterochromatyna - odcinki chromosomów, które są stale w stanie zwartym.
U większości gatunków eukariotycznych chromosomy zawierają zarówno regiony eu-, jak i heterochromatyny, przy czym te ostatnie stanowią znaczną część genomu. Heterochromatyna znajduje się w centromerach, czasami w regionach telomerycznych. Regiony heterochromatyczne znaleziono w euchromatycznych ramionach chromosomów. Wyglądają jak interkalacje (interkalacje) heterochromatyny w euchromatynę. Taka heterochromatyna nazywana jest interkalarną. Zagęszczanie chromatyny. Euchromatyna i heterochromatyna różnią się cyklami zagęszczania. Euhr. przechodzi pełny cykl zagęszczania-dekompaktowania od międzyfazowej do międzyfazowej, hetero. utrzymuje stan względnej zwartości. Barwienie różnicowe. Różne sekcje heterochromatyny są barwione różnymi barwnikami, niektóre obszary - jednym, inne - kilkoma. Przy użyciu różnych barwników i przy użyciu rearanżacji chromosomów, które rozbijają regiony heterochromatyczne, scharakteryzowano wiele małych regionów Drosophila, w których powinowactwo do koloru różni się od sąsiednich regionów.
Pojęcie kariotypu (definicja) Ogólna charakterystyka kariotypu człowieka.
Kariotyp - diploidalny zestaw chromosomów, charakterystyczny dla komórek somatycznych organizmów danego gatunku, będący cechą gatunkową i charakteryzujący się określoną liczbą, strukturą i składem genetycznym chromosomów.
Jeśli oznaczono liczbę chromosomów w haploidalnym zestawie komórek zarodkowych P, wtedy będzie wyglądać ogólna formuła kariotypu 2p, gdzie wartość P różne u różnych gatunków. Jako gatunek charakterystyczny dla organizmów, kariotyp może różnić się u poszczególnych osobników pewnymi szczególnymi cechami. Na przykład u przedstawicieli różnych płci występują w zasadzie te same pary chromosomów ( autosomy), ale ich kariotypy różnią się jedną parą chromosomów ( heterochromosomy, lub chromosomy płci). Czasami różnice te polegają na różnej liczbie heterochromosomów u kobiet i mężczyzn (XX lub XO). Częściej różnice dotyczą budowy chromosomów płci, oznaczanych różnymi literami -X i Y (XX lub XY).
Każdy typ chromosomu w kariotypie zawierający pewien kompleks genów jest reprezentowany przez dwa homologi odziedziczone po rodzicach wraz z ich komórkami zarodkowymi. Podwójny zestaw genów zawarty w kariotypie – genotypie – jest unikalną kombinacją sparowanych alleli genomu. Genotyp zawiera program rozwoju konkretnego osobnika.
Klasyfikacja według Denvera (1960) i Parisa (1971) ludzkich chromosomów: podstawowe zasady i istota.
Klasyfikacja chromosomów według Denvera i Paryża Chromosomy dzielą się na autosomy (komórki somatyczne) i heterochromosomy (komórki płciowe). Zgodnie z sugestią Lewickiego (1924) nazwano diploidalny zestaw chromosomów somatycznych komórki kariotyp. Charakteryzuje się liczbą, kształtem, wielkością chromosomów. Aby opisać chromosomy kariotypu, zgodnie z propozycją S.G. Navashina są ułożone w formie idiogramy - systematyczny kariotyp. W 1960 roku zaproponowano Międzynarodową Klasyfikację Chromosomów Denver, w której chromosomy są klasyfikowane według wielkości i lokalizacji centromeru. W kariotypie ludzkiej komórki somatycznej rozróżnia się 22 pary autosomów i parę chromosomów płci. Nazywa się zestaw chromosomów w komórkach somatycznych diploidalny , i w komórkach płciowych - haploidalny (czy on jest równy połowie zestawu autosomów). W idiogramie kariotypu człowieka chromosomy podzielone są na 7 grup, w zależności od ich wielkości i kształtu. 1 - 1-3 duże metacentryczne. 2 - 4-5 dużych submetacentrycznych. 3 - 6-12 i X-chromosom medium metacentryczne. 4 - 13-15 średnio akrocentryczny. 5 - 16-18 stosunkowo niewielka meta-submetacentryczna. 6 - 19-20 mały metacentryczny. 7 - 21-22 i chromosom Y są najmniejszymi akrocentrycznymi. Według Klasyfikacja paryska chromosomy są podzielone na grupy według ich wielkości i kształtu, a także zróżnicowania liniowego.
Nukleotydy to złożone substancje biologiczne, które odgrywają kluczową rolę w wielu procesach biologicznych. Służą jako podstawa do budowy DNA i RNA, a ponadto odpowiadają za syntezę białek i pamięć genetyczna, będące uniwersalnymi źródłami energii. Nukleotydy wchodzą w skład koenzymów, biorą udział w metabolizmie węglowodanów i syntezie lipidów. Ponadto nukleotydy są składnikami aktywnych form witamin, głównie z grupy B (ryboflawina, niacyna). Nukleotydy przyczyniają się do powstawania naturalnej mikrobiocenozy, dostarczają niezbędnej energii do procesów regeneracyjnych w jelicie, wpływają na dojrzewanie i normalizację funkcjonowania hepatocytów.
Nukleotydy to związki o niskiej masie cząsteczkowej składające się z zasad azotowych (puryny, pirymidyny), cukru pentozowego (rybozy lub dezoksyrybozy) i 1-3 grup fosforanowych.
Najczęściej monofosforany biorą udział w procesach metabolicznych: puryny - monofosforan adenozyny (AMP), monofosforan guanozyny (GMP), pirymidyny - monofosforan cytydyny (CMP), monofosforan urydyny (UMP).
Co spowodowało zainteresowanie problemem zawartości nukleotydów w żywności dla niemowląt?
Do niedawna uważano, że wszystkie niezbędne nukleotydy są syntetyzowane w organizmie i nie uważano ich za niezastąpione. składniki odżywcze. Założono, że nukleotydy dietetyczne mają przede wszystkim „działanie lokalne”, determinując wzrost i rozwój jelita cienkiego, metabolizm lipidów oraz czynność wątroby. Jednak ostatnie badania (materiały z sesji ESPGAN, 1997) wykazały, że nukleotydy te stają się niezbędne, gdy ich podaż endogenna jest niewystarczająca: na przykład w chorobach, którym towarzyszy niedobór energii - ciężkie infekcje, choroby konsumpcyjne, a także u noworodków. okres, w okresie szybkiego wzrostu dziecka, w stanach niedoboru odporności i urazach niedotlenienia. Jednocześnie zmniejsza się całkowita objętość syntezy endogennej i staje się niewystarczająca do zaspokojenia potrzeb organizmu. W takich warunkach przyjmowanie nukleotydów z pożywieniem „oszczędza” w organizmie koszty energii potrzebnej do syntezy tych substancji i może zoptymalizować funkcjonowanie tkanek. Tak więc lekarze od dawna zalecają stosowanie wątroby, mleka, mięsa, bulionów, czyli pokarmów bogatych w nukleotydy, jako pokarmu po długotrwałych chorobach.
Uzupełniająca suplementacja żywieniowa nukleotydów jest niezbędna podczas karmienia niemowląt. Nukleotydy wyizolowano z mleka ludzkiego około 30 lat temu. Do tej pory w ludzkim mleku zidentyfikowano 13 nukleotydów rozpuszczalnych w kwasach. Od dawna wiadomo, że skład mleka ludzkiego i mleka różnego rodzaju zwierzęta nie są identyczne. Jednak przez wiele lat zwyczajowo zwracano uwagę tylko na główne składniki żywności: białka, węglowodany, lipidy, minerały, witaminy. Jednocześnie nukleotydy w mleku ludzkim różnią się znacznie, nie tylko pod względem ilości, ale i składu, od nukleotydów mleka krowiego. Na przykład orotat, główny nukleotyd w mleku krowim, który jest zawarty w znacznych ilościach nawet w przystosowanych mieszankach mlecznych, nie występuje w ludzkim mleku.
Nukleotydy są składnikiem niebiałkowej frakcji azotowej mleka matki. Azot niebiałkowy odpowiada za około 25% całkowitego azotu w mleku matki i zawiera aminocukry i karnitynę, które odgrywają szczególną rolę w rozwoju noworodków. Azot nukleotydowy może promować najbardziej efektywne spożycie białka u niemowląt karmionych piersią, które otrzymują stosunkowo mniej białka niż niemowlęta karmione mieszanką.
Stwierdzono, że stężenie nukleotydów w mleku kobiet przewyższa ich zawartość w surowicy krwi. Sugeruje to, że gruczoły sutkowe kobiety syntetyzują dodatkową ilość nukleotydów, które dostają się do mleka matki. Istnieją również różnice w zawartości nukleotydów według etapów laktacji. Więc, największa liczba nukleotydów w mleku oznacza się w 2-4 miesiącu, a następnie ich zawartość po 6-7 miesiącu zaczyna się stopniowo zmniejszać.
Mleko wcześnie dojrzałe zawiera głównie mononukleotydy (AMP, CMP, GMP). Ich liczba w mleku późnodojrzałym jest wyższa niż w siarze, ale mniejsza niż w mleku pierwszego miesiąca laktacji.
Stężenie nukleotydów w mleku matki jest o rząd wielkości wyższe zimą niż w podobnych porach karmienia latem.
Dane te mogą wskazywać, że w komórkach gruczołów sutkowych dochodzi do dodatkowej syntezy nukleotydów, ponieważ w pierwszych miesiącach życia napływające substancje z zewnątrz utrzymują niezbędny poziom metabolizmu i metabolizmu energetycznego dziecka. Zwiększona synteza nukleotydów w mleku matki okres zimowy to mechanizm ochronny: o tej porze roku dziecko jest bardziej podatne na infekcje i łatwiej rozwijają się niedobory witamin i minerałów.
Jak wspomniano powyżej, skład i stężenie nukleotydów w mleku wszystkich gatunków ssaków są różne, ale ich liczba jest zawsze mniejsza niż w mleku kobiecym. Wynika to najwyraźniej z faktu, że zapotrzebowanie na egzogenne nukleotydy jest szczególnie wysokie u bezbronnych młodych.
Mleko matki to nie tylko najbardziej zrównoważony produkt dla racjonalnego rozwoju dziecka, ale także delikatny system fizjologiczny, który może zmieniać się w zależności od potrzeb dziecka. Mleko matki przez długi czas będzie wszechstronnie badane nie tylko pod względem składu ilościowego i jakościowego, ale także roli poszczególnych składników w funkcjonowaniu układów rosnącego i rozwijającego się organizmu. Udoskonaleniu ulegną również formuły sztucznego karmienia niemowląt, które stopniowo staną się prawdziwymi „substytutami mleka matki”. Dane, że nukleotydy mleka matki mają szersze znaczenie fizjologiczne dla rosnącego i rozwijającego się organizmu, posłużyły jako podstawa do wprowadzenia ich do mieszanin dla jedzenie dla dzieci i zbliżając się w koncentracji i składzie do tych w mleku matki.
Kolejnym etapem badań była próba ustalenia wpływu nukleotydów wprowadzonych do preparatów dla niemowląt na dojrzewanie płodu i rozwój niemowląt.
Najbardziej obrazowe okazały się dane dotyczące aktywacji układu odpornościowego dziecka. Jak wiadomo, IgG rejestruje się w macicy, IgM zaczyna być syntetyzowane natychmiast po urodzeniu dziecka, IgA jest syntetyzowane najwolniej, a jego aktywna synteza następuje pod koniec 2-3 miesiąca życia. Skuteczność ich wytwarzania w dużej mierze zależy od dojrzałości odpowiedzi immunologicznej.
Do badania utworzono 3 grupy: dzieci, które otrzymywały tylko mleko matki, tylko preparaty z nukleotydami oraz preparaty mleczne bez nukleotydów.
W rezultacie stwierdzono, że dzieci, które otrzymały preparaty z suplementami nukleotydowymi, pod koniec 1. miesiąca życia i w 3. miesiącu życia miały poziom syntezy immunoglobuliny M w przybliżeniu równy poziomowi dzieci, które karmienie piersią, ale znacznie wyższy niż u dzieci, które otrzymały prostą mieszankę. Podobne wyniki uzyskano w analizie poziomu syntezy immunoglobuliny A.
Dojrzałość układu odpornościowego determinuje skuteczność szczepienia, ponieważ zdolność do wytworzenia odpowiedzi immunologicznej na szczepienie jest jednym ze wskaźników rozwoju odporności w pierwszym roku życia. Na przykład zbadaliśmy poziom wytwarzania przeciwciał przeciwko błonicy u dzieci, które są na formule „nukleotydowej”, karmiących piersią i mieszanek bez nukleotydów. Poziomy przeciwciał mierzono 1 miesiąc po pierwszym i ostatnim szczepieniu. Stwierdzono, że nawet pierwsze wskaźniki były wyższe, a drugie znacznie wyższe u dzieci, które otrzymywały mieszanki z nukleotydami.
Badając wpływ żywienia mieszanką z nukleotydami na rozwój fizyczny i psychomotoryczny dzieci, zauważono tendencję do lepszego przybierania na wadze oraz szybszego rozwoju funkcji motorycznych i umysłowych.
Ponadto istnieją dowody na to, że suplementacja nukleotydami sprzyja szybszemu dojrzewaniu tkanki nerwowej, funkcji mózgu i analizatora wzrokowego, co jest niezwykle ważne dla wcześniaków i niedojrzałych morfofunkcjonalnie dzieci, a także niemowląt z problemami okulistycznymi.
Wszyscy znają problemy z powstawaniem mikrobiocenozy u małych dzieci, zwłaszcza w pierwszych miesiącach. Są to zjawiska niestrawności, kolka jelitowa, zwiększone wzdęcia. Spożywanie mieszanek „nukleotydowych” pozwala na szybką normalizację sytuacji, bez konieczności korekty probiotykami. U dzieci, które otrzymywały mieszanki z nukleotydami, rzadziej występowały dysfunkcje przewodu pokarmowego, niestabilność stolca, łatwiej tolerowały wprowadzanie kolejnych pokarmów uzupełniających.
Jednak stosując mieszanki z nukleotydami należy pamiętać, że zmniejszają one częstość stolców, dlatego należy je zalecać ostrożnie u dzieci z zaparciami.
Mieszanki te mogą mieć szczególne znaczenie u dzieci z niedożywieniem, niedokrwistością, a także po przebytych zaburzeniach hipoksji w okresie noworodkowym. Mieszanki z nukleotydami pomagają rozwiązać szereg problemów, które pojawiają się podczas karmienia wcześniaków. W szczególności, rozmawiamy o słabym apetycie i niskim przybieraniu na wadze przez cały pierwszy rok życia, ponadto stosowanie mieszanek przyczynia się do pełniejszego rozwoju psychomotorycznego niemowląt.
W związku z powyższym stosowanie mieszanin z dodatkami nukleotydowymi cieszy się dużym zainteresowaniem nas lekarzy. Możemy polecić te mikstury szerokiemu kręgowi dzieci, zwłaszcza że mikstury nie są lecznicze. Jednocześnie uważamy za ważne zwrócenie uwagi na możliwość indywidualnych reakcji smakowych u małych dzieci, zwłaszcza przy przenoszeniu dziecka ze zwykłej mieszanki na mieszankę zawierającą nukleotydy. Tak więc w niektórych przypadkach, nawet przy stosowaniu mieszanek tej samej firmy, zauważyliśmy negatywne reakcje u dziecka, aż do odmowy proponowanej mieszanki. Jednak wszystkie źródła literackie twierdzą, że nukleotydy nie tylko nie wpływają niekorzystnie na smak, ale wręcz przeciwnie, poprawiają je bez zmiany właściwości organoleptycznych mieszanki.
Przedstawiamy przegląd dostępnych na naszym rynku mieszanin zawierających dodatki nukleotydowe. Są to mieszanki serwatkowe firmy Frizland Nutrition (Holandia) „Frisolak”, „Frisomel”, które zawierają 4 nukleotydy identyczne z nukleotydami ludzkiego mleka; Mieszanka serwatki Mamex (Intern Nutrition, Dania), NAN (Nestlé, Szwajcaria), Enfamil (Mead Johnson, USA), Mieszanka Similac plus (Abbott Laboratories, Hiszpania/USA). Liczba i skład nukleotydów w tych mieszaninach jest różny, co określa producent.
Wszyscy producenci starają się dobrać proporcje i skład nukleotydów, zbliżając je jak najbardziej technicznie i biochemicznie do tych występujących w mleku matki. Jest całkiem jasne, że podejście mechaniczne nie jest fizjologiczne. Niewątpliwie wprowadzenie nukleotydów do odżywek dla niemowląt to rewolucyjny krok w produkcji substytutów mleka matki, przyczyniający się do maksymalnego zbliżenia składu mleka kobiecego. Jednak żadnej mieszanki nie można jeszcze uznać za fizjologicznie całkowicie identyczną z tym wyjątkowym, uniwersalnym i niezbędnym dla dziecka produktem.
E. S. Keshishyan, doktor nauk medycznych, profesor
E. K. Berdnikova
Moskiewski Instytut Badawczy Pediatrii i Chirurgii Dziecięcej, Ministerstwo Zdrowia Federacji Rosyjskiej, Moskwa
