Что такое инфекционные нуклеиновые кислоты
Обновлено: 23.04.2024
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — класс биополимеров, ответственных за хранение, передачу и воплощение генетической информации; универсальные компоненты всех живых организмов.
Имеется два типа Н. к.: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК), углеводные компоненты к-рых представлены дезоксирибозой (см.) и рибозой (см.) соответственно. Биол, роль этих типов Н. к. заключается в том, что у большинства живых организмов ДНК несет функцию хранения и воспроизведения наследственной информации, в то время как РНК отвечает за воплощение этой информации в процессе синтеза белков (см. Дезоксирибонуклеиновые кислоты, Рибонуклеиновые кислоты).
Различают следующие основные виды РНК: информационная, или матричная (иРНК, или мРНК), к-рая служит матрицей для синтеза белков; рибосомная (рРНК), являющаяся компонентом белоксинтезирующего аппарата клетки — рибосомы (см.); транспортная (тРНК), функция к-рой состоит в переносе активированных аминокислот в место синтеза белка — рибосому. РНК служит генетическим материалом многих вирусов.
Основная часть ДНК эукариотов содержится в хромосомах. Кроме того, ДНК присутствует в хлоропластах растений и митохондриях животных и растений. В нек-рых клетках, напр, спермиях, содержание ДНК может составлять около половины веса всей клетки. Удобным источником для получения ДНК являются лимфоциты вилочковой железы. РНК преимущественно находится в цитоплазме. Содержание РНК в клетках сильно варьирует в зависимости от интенсивности белкового синтеза в них. Много РНК содержится, напр., в поджелудочной железе, а также в быстрорастущих эмбриональных и опухолевых клетках. Высокоспециализированные мышечная и нервная ткани содержат относительно мало РНК.
Н. к. были открыты в 1868 г. швейцарским химиком Мише ром (F. Miescher), к-рый показал, что они локализованы в ядрах клетки, обладают кислотными свойствами и в отличие от белков содержат фосфор.
Химически Н. к. представляют собой полинуклеотиды, состоящие из мономерных звеньев — так наз. мононуклеотидов (нуклеотидов). Каждый нуклеотид содержит одно из четырех типов азотистых оснований: пурины — аденин (А) и гуанин (Г) и пиримидины — цитозин (Ц) и тимин (Т). В нуклеотидах РНК вместо тимина присутствует урацил (У). Основание, соединенное с углеводом — пентозой, образует так наз. нуклеозид, фосфорилированные производное к-рого называется нуклеотидом. Нуклеотиды в Н. к. соединены посредством фосфодиэфирной связи, где R — H (водород) для ДНК и — OH (гидроксил) для РНК.
Специфичность Н. к. определяется порядком чередования азотистых оснований, что определяет так наз. первичную структуру Н. к. Первичная структура установлена для многих тРНК, рРНК, иРНК, а также ряда РНК- и ДНК-содержащих вирусов и бактериофагов. Пространственная структура Н. к. определяется нековалентными взаимодействиями: водородными связями между основаниями, гидрофобными взаимодействиями между плоскостями пар оснований, электростатическими взаимодействиями с участием отрицательно заряженных фосфатных групп и противоионов.
Важнейшим достижением молекулярной биологии (см.) было открытие в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком двойной спирали ДНК, в молекуле к-рой две антипараллельно расположенные сахарофосфатные цепи удерживаются водородными связями между аденином и тимином или гуанином и цитозином. Последовательность азотистых оснований в одной цепи определяет последовательность оснований в другой. Размеры комплементарных пар А — T и Г — Ц одинаковы. Это позволяет нуклеотидной цепи, состоящей из комплементарных пар оснований в произвольной последовательности, свернуться в правильную двойную спираль (вторичная структура Н. к.). В физиол, условиях двойная спираль ДНК близка к так наз. B-форме, в к-рой пары оснований, лежащие одна над другой (стопкой), перпендикулярны оси спирали.
На один виток спирали приходится 10 пар оснований. В солевом растворе Н. к. число пар азотистых оснований, приходящихся на один виток спирали, варьирует, уменьшаясь при увеличении концентрации соли в р-ре и понижении температуры.
Синтез Н. к. в клетке осуществляется по принципу копирования молекулы-матрицы белками-полимеразами, при этом происходит реакция поликонденсации нуклеозидтрифосфа-тов с отщеплением пирофосфата. Последовательность азотистых оснований в молекуле продукта этого ферментативного процесса определяется последовательностью азотистых оснований в молекуле-матрице. Синтез ДНК называется репликацией (см.) и осуществляется комплексом белков, состоящим из ДНК-полимеразы, белка, разделяющего нити ДНК, нуклеазы, лигазы и т. д. Синтез РНК — транскрипция (см.) происходит по матрице ДНК, причем РНК-полимеразы считывают одну, так наз. значащую, нить двойной спирали. В процессе транскрипции образуется РНК-копия гена (см.). В последовательности оснований мРНК заключена информация для синтеза специфических белков. Каждой аминокислоте белка соответствуют определенные тройки нуклеотидов — триплеты, образующие генетический код (см.). Поэтому изменения нуклеотидной последовательности в ДНК — мутации (см.) сказываются на структуре синтезируемых белков, влияют на их функцию и на наследственную информацию. Искажение наследственной информации может быть причиной наследственных болезней (см.), напр, серповидно-клеточной анемии, фенилкетонурии, или наследственных аномалий, напр, альбинизма. Мутации могут подхватываться естественным отбором и служат фактором эволюции. Естественная частота мутирования очень низка, но она значительно повышается при воздействии ионизирующего, ультрафиолетового излучений или хим. мутагенов. В ходе эволюции живые организмы выработали эффективные механизмы репарации (восстановления) Н. к., устраняющие повреждения в их молекулах (см. Репарация генетических повреждений).
В соответствии с хим. строением полинуклеотидной цепи существуют три группы методов количественного определения Н. к.: по содержанию азотистых оснований [обычно пользуются определением величины поглощения в ультрафиолетовой части спектра, т. е. спектрофотометрией (см.)], по содержанию углеводного компонента [всевозможные цветные реакции (см. Углеводы)], по количеству фосфора. Спектрофотометрические методы дают удовлетворительные результаты только при незначительном количестве примесей в исследуемом образце. Методы второй группы специфичны к типу Н. к. и позволяют отличать ДНК от РНК.
Библиография: Органическая химия нуклеиновых кислот, под ред. Н. К. Кочеткова и Э. И. Будовского, М., 1970; Химия и биохимия нуклеиновых кислот, под ред. И. Б. Збарского и С. С. Дебова, JI., 1968; Ш а б а р о в а 3. А. и Богданов А. А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов, М., 1978; Chromatin, Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol., v. 42, pt 2, 1978; Handbook of biochemistry and molecular biology, nucleic acids, ed. by G. D. Fasman, v. 1, Cleveland, 1975.
Вирусы. Вирион. Морфология вирусов. Размеры вирусов. Нуклеиновые кислоты вирусов.
Вирусы [от лат. virus, яд] — наименьшие по размерам агенты, имеющие геном, окружённый белковой оболочкой. Вирусы не воспроизводятся самостоятельно, они — облигатные внутриклеточные паразиты, репродуцирующиеся только в живых клетках. Все вирусы существуют в двух формах. В настоящее время известны вирусы бактерий (бактериофаги), грибов, растений и животных.
Внеклеточная форма — вирион — включает в себя все составные элементы (капсид, нуклеиновую кислоту, структурные белки, ферменты и др.). Внутриклеточная форма — вирус — может быть представлена лишь одной молекулой нуклеиновой кислоты, так как, попадая в клетку, вирион распадается на составные элементы.
Морфология вирусов. Размеры вирусов.
Несмотря на внутриклеточный паразитизм, среди вирусов имеются крупные виды, соизмеримые по размерам с микоплазмами и хламидиями. Например, вирус натуральной оспы достигает 400 нм и вполне сравним с риккетсиями (300-500 нм) и хламидиями (300-400 нм). По морфологии выделяют вирусы палочковидные (например, возбудитель лихорадки Эбола), пуле-видные (вирус бешенства), сферические (герпесвирусы), овальные (вирус оспы), а также бактериофаги, имеющие сложную форму (рис. 2-1). При всём разнообразии конфигураций, размеров и функциональных характеристик вирусам присущи некоторые общие признаки. В общем виде зрелая вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты, белков и липидов, либо в его состав входят только нуклеиновые кислоты и белки.
Нуклеиновые кислоты вирусов
Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты, ДИК или РНК, но не оба типа одновременно. Например, вирусы оспы, простого герпеса, Эпстайна-Барр — ДНК-содержащие, а тогавирусы, пикорнавирусы — РНК-содержащие. Геном вирусной частицы гаплоидный. Наиболее простой вирусный геном кодирует 3-4 белка, наиболее сложный — более 50 полипептидов. Нуклеиновые кислоты представлены однонитевыми молекулами РНК (исключая реовиру-сы, у которых геном образован двумя нитями РНК) или двухнитевыми молекулами ДНК (исключая парвовирусы, у которых геном образован одной нитью ДНК). У вируса гепатита В нити двухнитевой молекулы ДНК неодинаковы по длине.
Вирусные ДНК образуют циркулярные, ковалентно-сцёпленные суперспирализованные (например, у паповавирусов) или линейные двухнитевые структуры (например, у герпес- и аденовирусов). Их молекулярная масса в 10-100 раз меньше массы бактериальных ДНК. Транскрипция вирусной ДНК (синтез мРНК) осуществляется в ядре заражённой вирусом клетки. В вирусной ДНК на концах молекулы имеются прямые или инвертированные (развёрнутые на 180") повторяющиеся нуклеотидные последовательности. Их наличие обеспечивает способность молекулы ДНК замыкаться в кольцо. Эти последовательности, присутствующие в одно- и двух-нитевых молекулах ДНК, — своеобразные маркёры вирусной ДНК.
Рис. 2-1. Размеры и морфология основных возбудителей вирусных инфекций человека.
Вирусные РНК представлены одно- или двухнитевыми молекулами. Однонитевые молекулы могут быть сегментированными — от 2 сегментов у ареновирусов до 11 — у ротавирусов. Наличие сегментов ведёт к увеличению кодирующей ёмкости генома. Вирусные РНК подразделяют на следующие группы: плюс-нити РНК (+РНК), минус-нити РНК (-РНК). У различных вирусов геном могут образовывать нити +РНК либо -РНК, а также двойные нити, одна из которых -РНК, другая (комплементарная ей) — +РНК.
Инфекционность нуклеиновых кислот вирусов
Многие вирусные нуклеиновые кислоты инфекционны сами по себе, так как содержат всю генетическую информацию, необходимую для синтеза новых вирусных частиц. Эта информация реализуется после проникновения вириона в чувствительную клетку. Инфекционные свойства проявляют нуклеиновые кислоты большинства +РНК- и ДНК-содержащих вирусов. Двухнитевые РНК и большинство -РНК не проявляют инфекционных свойств.
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Структура и типы РНК человека: транспортная, ядерная, рибосомальная, митохондриальная и т.д.
Гетерогенная ядерная и информационная РНК
ГяРНК и её производное — информационная (или матричная) РНК переносят генетическую информацию от ядерной ДНК к цитоплазме.
Количество видов гяРНК равно количеству генов, так как она служит прямой копией кодирующих последовательностей генома. В процессе транскрипции РНК с ДНК ключевую роль играет фермент РНК-полимераза II. Информационная РНК образуется в результате процессинга гяРНК, при котором происходят вырезание некодирующих участков (интронов) и склеивание кодирующих экзонов. Таким образом, в состав иРНК входят кодирующая информация соответствующих видов гяРНК, а также фланкирующий лидерный и трейлерный участки, по этой причине она значительно короче.
Транспортная РНК
Так, например, тРНК, антикодон которой имеет последовательность 5'-ЦЦА-3', может нести только аминокислоту триптофан. Следует отметить, что данная зависимость лежит в основе передачи генетической информации, носителем которой выступает тРНК.
Транскрипция молекул тРНК происходит с кодирующих её последовательностей в ДНК при участии фермента РНК-полимеразы III. Различают более 40 семейств тРНК, которые, в свою очередь, подразделяют на несколько видов.
Рибосомальная РНК
Существует несколько субъединиц рРНК, которые различаются по коэффициенту седиментации (осаждения), измеряемому в единицах Сведберга (S). Данный коэффициент зависит от скорости осаждения субъединиц при центрифугировании в насыщенной водной среде.
Траскрипция рРНК с ДНК происходит при помощи двух дополнительных РНК-полимераз. РНК-полимераза I транскрибирует 5S, 5,8S и 28S в виде одного длинного 45S-тpaнскрипта, который затем разделяется на необходимые части. Таким образом обеспечивается равное количество молекул. В организме человека в каждом гаплоидном геноме присутствует примерно 250 копий последовательности ДНК, кодирующей 45S-транскрипт. Они расположены в пяти кластерных тандемных повторах в коротких плечах хромосом 13, 14, 15, 21 и 22.
Данные участки известны как ядрышковые организаторы, так как их транскрипция и последующий процессинг 45S-транскрипта происходят внутри ядрышка.
Не менее чем в трёх кластерах хромосомы 1 существует 2000 копий 5S-pPHK гена. Их транскрипция протекает в присутствии РНК-полимеразы III снаружи ядрышка. Затем они доставляются к местам сборки рибосом при помощи рибосомальных белков.
В рРНК насчитывают около 95 псевдоуридиновых участков, образованных посредством изомеризации уридина малой ядрышковой РНК.
Малая ядерная РНК. Превращение гяРНК в иРНК путём удаления интронов проходит в ядерном комплексе РНК-белков, называемом сплайсомой. У каждой сплайсомы есть ядро, состоящее из трёх малых (низкомолекулярных) ядерных рибонуклео-протеинов, или снурпов. Каждый снурп содержит хотя бы одну малую ядерную РНК и несколько белков. Существует несколько сотен различных малых ядерных РНК, транскрибируемых в основном РНК-полимеразой II.
Считают, что их основная функция — распознавание специфических рибонуклеиновых последовательностей посредством спаривания оснований по типу РНК—РНК. Для процессинга гяРНК наиболее важны Ul, U2, U4/U6 и U5.
Малая ядрышковая РНК. Малая (низкомолекулярная) ядрышковая РНК в основном участвует в направлении или проведении модификаций оснований в рРНК и малой ядерной РНК, таких, как, например, метилирование и псевдоуридинизация. Большинство малых ядрышковых РНК находятся в интронах других генов.
Сигналраспознающая РНК. Сигналраспознающая РНК распознаёт сигнальную последовательность белков, предназначенных для экспрессии, и участвует в их переносе через цитоплазматическую мембрану.
Митохондриальная РНК
Митохондриальная ДНК представляет собой непрерывную петлю и кодирует 13 полипептидов, 22 тРНК и 2 рРНК (16S и 23S). Большинство генов находятся на одной (тяжёлой) цепи, однако некоторое их количество расположено и на комплементарной ей лёгкой. При этом обе цепи транскрибируются в виде непрерывных транскриптов при помощи митохондриоспецифической РНК-полимеразы. Данный фермент кодируется ядерным геном. Длинные молекулы РНК затем расщепляются на 37 отдельных видов, а мРНК, рРНК и тРНК совместно транслируют 13 мРНК. Большое количество дополнительных белков, которые поступают в митохондрию из цитоплазмы, транслируются с ядерных генов.
У пациентов с системной красной волчанкой обнаруживают антитела к снурп-белкам собственного организма. Кроме того, считают, что определённый набор генов малой ядерной РНК хромосомы 15q играет важную роль в патогенезе синдрома Прадера—Вилли (наследственное сочетание олигофрении, низкого роста, ожирения, гипотонии мышц).
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Строение вирусов. Классификация вирусов
Вирусы классифицируют по типу генетического материала, способам репликации, строению и расположению структурных белков (капсидов), а также наличию или отсутствию оболочки.
Генетическая структура и способы репликации ДНК-вирусы. Могут быть только двунитевыми и одноните-выми. К. первым относят вирус оспы, герпес-вирусы, аденовирусы, паповавирусы и полиомавирусы. Последние два вируса вызывают развитие доброкачественных (бородавки) и злокачественных (рак шейки матки) опухолей. Вирус гепатита В частично дву- и однонитевой. К однонитевым вирусам относят парвовирусы, вызывающие инфекционную эритему.
Репликация ДНК-вирусов обычно происходит в ядре клеток хозяина и сопровождается продукцией полимераз, воспроизводящих вирусную ДНК. При этом последняя не всегда встраивается в хромосомную ДНК хозяина.
РНК-вирусы. Эти вирусы содержат однонитевую РНК, но различаются по стратегии репродукции, (вирусы, содержащие плюс-однонитевую РНК и минус-однонитевую РНК). У плюс-однонитевых вирусов РНК транслируется в структурные белки и служит матрицей (мРНК) для РНК-зависимой РНК-полимеразы.
В состав минус-однонитевых вирусов входит собственная РНК-зависимая РНК-полимераза, продуцируемая на базе генома вируса мРНК. Последняя в свою очередь может быть матрицей для продукции вирусной (минус-однонитевой) РНК.
Строение капсидов вирусов. Вирусная нуклеиновая кислота покрыта белковой оболочкой, состоящей из повторяющихся единиц (капсида) с икосаэдрическим (кубическим) или спиральным типами симметрии. Капсиды вирусов с икосаэдрическим типом симметрии имеют практически сферическую форму. Спиральный тип симметрии свойствен РНК-вирусам, капсиды которых окружают нуклеиновую кислоту, располагающуюся в виде спирали.
Капсид состоит из повторяющихся компонентов (капсомеров), количество генов, кодирующих его, снижено, тем самым облегчён процесс сборки вируса.
Оболочка вирусов. В некоторых случаях нуклеиновая кислота и капсидные белки вируса (нуклеокапсид) окружены липидной оболочкой, состоящей из компонентов клетки хозяина или ядерных мембран. Мембрана клетки хозяина изменяется под действием белков, кодируемых вирусом, или гликопротеинов, выступающих в роли рецепторов для других клеток хозяина. Покрытые оболочкой вирусы чувствительны к действию веществ, растворяющих липидную мембрану (например, эфиров).
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Читайте также: