Структура нуклеиновых кислот

Структура ДНК

Впервые структура ДНК была расшифрована в 1953г. Уотсоном и Криком. ДНК включает несколько уровней структурной оргенизации. Днк имеет первичную, вторичную и третичную структуры.

Первичная структура - это последовательность мононуклеотидов, соединенных (3'®5') фосфодиэфирными связями.

Полинуклеотидная цепь может включать сотни мононуклеотидных звеньев, соединенных (3'®5') фосфодиэфирными связями. Например эти связи соединяют 5’-дезоксиадениловую и 5'-дезоксицитидиловую кислоты. (НК12)

Вторичная структура ДНК - это пространственное расположение полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК.

Молекула ДНК представляет собой две полинуклеотидные цепи, правозакрученные с образованием двойной спирали. Эти две полинуклеотидные цепи антипараллельны друг другу, т.е. направления фосфодиэфирных связей в них противоположны. В одной цепи 3'®5' в другой цепи 5'®3'. Вторичная структура стабилизируется за счет образования водородных связей между парами комплиментарных азотистых оснований. Комплиментарность означает взаимодополняемость.

Комплиментарными являются: А=Т; Гº Ц. Между А и Т возникает 2 водородные связи, а между Г и Ц - 3 водородные связи. (НК13, 14)

Комплиментарность цепей является химической основой важнейших функций ДНК - переноса и хранения наследственной информации.

Третичная структура ДНК представляет собой многократную спирализацию вторичной структуры, обеспечивая плотную упаковку ДНК в ядрах клеток.

Структура РНК

В основном обладают первичной структурой, сходной со структурной ДНК, только азотистое основание урацил вместо гуанина, а углеводный компонент рибоза вместо дезоксирибозы.

В зависимости от функций, места нахождения и состава РНК делятся на 3 основные вида:

1. и-РНК (информационная или матричная) 5-10% от всех РНК в клетке;

2. р-РНК (рибосомная) 80-90%

3. т-РНК (транспортная) 5-10%

 

Билет

1)К ВМС относят вещества с молекулярным весом от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Они образуются в результате поликонденсации небольших мономеров - аминокислот, моносахаридов, непредельных углеводородов. По происхождению ВМВ делят на: синтетические, искусственные и природные.

Синтетические ВМВ могут быть органической и смешанной природы (напр., каучук, синтетические смолы, полиэтилен, полилавсан, кремнийорганические соединения и др.) Некоторые синтетические полимеры используются в медицине в качестве шовного материала и материала для протезов (напр., фторлавсан).

Искусственные ВМВ готовят на основе природных ВМВ с заранее заданными свойствами (напр., на основе природного полисахарида декстрана готовят сефадексы, которые используют для очистки и разделения белков).

Природные ВМВ могут быть как органическими, так и неорганическими (напр., соединения на основе оксидов алюминия и кремния Al₂O₃ и SiO₂ – глины, слюда, асбест, алмаз). К природным полимерам относятся также белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и полимеры смешанного типа (гликопротеиды, липопротеиды, гликолипиды и т.п.).

Набухание.

Набухание – это процесс поглощения низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом.

Различают два вида набухания:

ограниченное, сопровождающееся увеличением объема и массы полимера;

неограниченное, сопровождающееся растворением полимера.

Вид набухания определяется природой ВМВ. Так, чем больше в составе молекулы ВМВ гидрофильных полярных группировок (карбоксильная группа –СООН, гидроксогруппа –ОН, меркаптильная группа –SH, аминогруппа –NH₂ и их производные), тем больше вероятность неограниченного набухания. Также лучше набухают полимеры с линейной структурой макромолекул.

На степень набухания оказывают влияние природа и концентрация электролита. Так, анионы способствуют набуханию в большей степени, чем катионы.

 

Вязкость.

Растворы ВМВ отличаются аномально высокой вязкостью, или внутренним трением, обусловленного силами сцепления между макромолекулами растворителя, а также силами сцепления гидрофильных макромолекул белка или полисахарида с низкомолекулярным растворителем.

Увеличение вязкости, связанное с изменением концентрации при растворении полимера принято характеризовать удельной вязкостью, которая показывает, на какую величину повышается вязкость раствора ВМВ на единицу вязкости дисперсионной среды: h_уд=(h-h₀)/ h₀. h_уд зависит от концентрации раствора ВМВ и от его молекулярной массы.

Ученым Штаудингером была установлена зависимость удельной вязкости от молекулярной массы полимера:

h_уд=КМС, где:

К – константа;

С – концентрация ВМВ в растворе;

М – молекулярная масса ВМВ.

По уравнению Штаудингера можно рассчитать удельную вязкость для биополимеров, макромолекулы которых имеют вытянутую структуру.

Методы анализа, основанные на определении вязкости, называются вискозиметрическими. Они используются в медицине с целью диагностики заболеваний и выяснения механизма болезней.

Вискозиметрия объединяет методы, устанавливающие зависимость вязкости растворов ВМВ от концентрации раствора и молекулярной массы полимера. В вискозиметрии используют прибор вискозиметр.

Осмотическое давление а растворах собственно коллоидов и полимеров, как и в истинных растворах, пропорционально их концентрации. Однако в связи с малой весовой концентрацией (менее 1, 0%) коллоидов количество частиц в растворе настолько мало, что осмотическое давление в растворах собственно коллоидов очень низкое. Осмотическое давление в растворах белков и других высокомолекулярных соединении, концентрация которых достигает 10—12% и более, значительнее и оказывает существенное влияние на ряд процессов в организме. Часть осмотического давления крови, обусловленная высокомолекулярными соединениями, в основном белками, называется онкотическим давлением. Оно невелико, составляя в норме всего около 0, 04 атм., и, тем не менее, играет определенную роль в биологических процессах. Общее осмотическое давление крови достигает 7, 7-8, 1 атм. Осмотическое давление в растворах высокомолекулярных веществ в значительной степени зависит от температуры и рН.

Как показал Михаэлис, степень диссоциации ионогенных групп гидрофильных коллоидов (амфолитов) минимальна в изоэлектрической точке, т.е. число частиц (ионы+молекулы) наименьшее при этом значении рН. Следовательно, осмотическое давление коллоидов оказывается самым низким в изоэлектрической точке и увеличивается при смещении рН в обе стороны от нее.

С увеличением концентрации раствора оно возрастает. Рассчитывается по уравнению Галлера:

p=CRT+m²B, где:

В – коэффициент, зависящий от природы дисперсной фазы и не зависящий от молекулярной массы ВМВ;

C – весовая концентрация полимера;

R – универсальная газовая постоянная;

Т – абсолютная температура.

Осмотическое давление в жидкостях организма (кровь, лимфа, межклеточная жидкость, спинномозговая жидкость и др.) выполняет важную физиологическую функцию, влияющую на распределение в тканях организма воды, солей и различных питательных веществ. Осмотическое давление указанных биологических жидкостей зависит главным образом от растворенных в них низкомолекулярных минеральных веществ, преимущественно хлористого натрия, но также от высокомолекулярных соединений, находящихся в коллоидном состоянии, главным образом белков.

Высаливание – осаждение белка, с помощью концентрированных растворов солей.

При этом сохраняется гидратная оболочка, которая поддерживает структуру макромолекул. Обычно для высаливания используются растворы солей Na₂SO₄, (NH₄)₂SO₄, соли Mn и фосфаты. Высаливание наиболее эффективно в изоэлектрической точке белка.

Механизм высаливания: ионы солей притягивают к себе молекулы воды, уменьшая тем самым количество воды, взаимодействующей с белком, т.к. при высокой концентрации солей количество ионов солей огромно по сравнению с заряженными группами белков. А т.к. растворимость белка в воде зависит от образования гидратной оболочки вокруг гидрофильных ионогенных групп, то перемещение молекул воды к ионам солей снижает растворимость белка и он выпадает в осадок.

Методом высаливания осаждают белки сыворотки крови.

В растворах белков при высаливании или изменении температуры могут происходить аномальные явления, сопровождающиеся слиянием водных оболочек нескольких частиц без объединения самих частиц – коацервация.

Сущность ее заключается в том, что в растворах появляется новая фаза, обогащенная белком, в результате чего раствор расслаивается по плотности или по концентрации белка. Внешне это проявляется либо в образовании двухслойного раствора, либо в образовании капель (продуктов коацервации) в растворе – коацерватов.

Белки относятся к аморфным полиэлектролитам, так как на их поверхности одновременно имеется множество кислотных и основных групп: RCOOH – кислотная; NH₂ – основная.

В нейтральной среде заряд белковой макромолекулы определяется количественным соотношением групп -COOH и -NH₂ и степенью их диссоциации. Чем больше групп -COOH, тем выше отрицательный заряд и белки будут проявлять свойства слабой кислоты. Группы -NH₂ сообщают белку основные свойства и положительный заряд.

Т.о. заряд белка зависит от реакции среды, а также от соотношения количества его карбоксильных и аминных групп и их степеней их диссоциации.

Для каждого белка существует свое характерное значение pH, при котором белок находится в изоэлектрическом состоянии. В изоэлектрическом состоянии наиболее эффективно происходит высаливание белков.

В изоэлектрической точке белок теряет агрегативную устойчивость, уменьшается степень набухания, макромолекулы белков слипаются и выпадают в осадок.

Изоэлектрическая точка белка может быть определена по:

электрофоретической подвижности. Исследуемый белок подвергают электрофорезу в буферных растворах с разным значением рН. В буфере со значением рН, равным изоэлектрической точке белка, последний электронейтрален и перемещаться в электрическом поле не будет.

степени коагуляции. В пробирки наливают буферные растворы с различным значением рН, затем туда вносят равные количества исследуемого белка и добавляют спирт. Наиболее выраженное помутнение произойдет в пробирке с буфером, рН которого соответствует изоэлектрической точке белка.

скорости желатинирования. В пробирки наливают буферные смеси с различным значением рН и добавляют концентрированный раствор исследуемого белка. Желатинирование его произойдет быстрее всего в растворе, рН которого наиболее близко к изоэлектрической точке белка.

величине набухания. Одинаковые количества сухого белка насыпают в ряд пробирок, туда же приливают равные объемы буферных растворов с различным значением рН. Наименьшее набухание белка окажется в пробирке, где рН среды будет ближе всего к изоэлектрической точке белка.

Присутствие в организме солей белков, отделенных клеточной мембраной от растворов электролитов, приводит к перераспределению электролитов и соответственно влияет на осмотическое давление по обе стороны мембраны. Перераспределение мембраны подчиняется выведенному Доннаном уравнению мембранного равновесия.

2) К липидам относят сложные органические вещества растительного и животного происхождения, разнородные по составу и выполняющие в организме разнообразные функции. Они нерастворимы в воде, но растворяются в неполярных или малополярных растворителях (бензол, эфиры и др.).

По способности к гидролизу липиды классифицируют на:

1. омыляемые или подвергающиеся гидролизу;

2. неомыляемые - гидролизу не подвергающиеся.

Омыляемые липиды в свою очередь делятся на:

1. простые, которые содержат остатки спиртов и высших карбоновых кислот;

2. сложные. Они кроме названных компонентов включают остатки фосфорной кислоты, углеводы и др.

Простые липиды включают:

1. воска - это сложные эфиры высших одноатомных спиртов и высших жирных кислот. Выполняют защитные функции. Напр. ланалин предохраняет кожу и волосы от воздействия влаги; растительный воск защищает плоды и листья от воздействия воды и микроорганизмов; пчелиный воск или мерицилпальмитат С₁₅Н₃₁-СО-О-С₃₁Н₆₃.

2. жиры и масла - это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот, в которых все 3 гидроксида этерифицированы (оцилированы). В природе встречаются в основном полные эфиры глицерина, поэтому их называют триглицериды (триацилглицерины). Они делятся на простые, включающие остатки одной и той же кислоты, и смешанные, включающие остатки различных кислот.

Пр. простого - триолеин (триолеилглицерин) (лип1)

смешанного – 1-пальмито-2-олеостеарин (1-пальмитоил-2-олеоил-3-стеароинглицерин) (лип2)

Твердые жиры содержат предельные карбоновые кислоты (пальмитиновую, стеариновую и др.), а жидкие (масла) - непредельные кислоты (олеиновая, ленолевая). Так оливковое масло содержит 84% олеиновой кислоты.

Т.о. в состав природных жиров входят жирные кислоты с числом атомов углерода от 16 до 18 (число четное), их структура не разветвлена. При этом организм синтезирует только предельные и олеиновые кислоты, остальные поступают с пищей, особенно с растительными маслами.

Содержание в жирах и маслах непредельных кислот характеризуют йодным числом, которое показывает, какая масса иода в граммах присоединяется к 100г масла или жира по месту разрыва двойных связей. Условно в медицине жирами считаются те триглицериды, йодное число которых меньше 70г. Если йодное число больше 70г, то это масло.

⇐ Предыдущая1234

Поделиться: