13. Строение и функции днк. Механизмы редупликации днк. Биологическое значение. Генетический код, ее структурная организация и свойства
ДНК – сложное органическое соединение, являющееся материальным носителем наследственной информации. Представляет собой двойной неразветвленный линейный полимер, мономерами которого служат нуклеотид. Нуклеотид ДНК состоит из азотистого основания, остатка фосфорной кислоты и углевода дезоксирибозы. Имеются 4 типа нуклеотидов, различающихся по азотистому основанию: адениновый, в состав которого входит аденин, цитозиновый – цитозин, гуаниновый - гуанин, тиминовый – тимин. Азотистое основание одной нити ДНК связано водородным мостиком с основанием другой, причем так, что А связан с Т, а Г с Ц. Они комплементарны друг другу. Именно на этом основано свойство ДНК, объясняющую её биологическую роль: способность к самовоспроизведению, т.е. к авторепродукции. Авторепродукция молекул ДНК происходит под воздействием ферментов полимеразы. При этом комплементарные цепи молекул ДНК раскручиваются и расходятся. Затем каждая из них начинает синтезировать новую. Поскольку каждое из оснований в нуклеотидах может присоединить другой нуклеотид только строго определенного строения, происходит точное воспроизведение материнской молекулы. Основная биологическая функция ДНК заключается в хранении, постоянном самовозобновлении и передаче генетической информации в клетке. Генетический код – это система расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, контролирующая последовательность расположения аминокислот в молекуле ДНК. Сами гены не принимают непосредственного участия в синтезе белка. Посредником между геном и белком является иРНК. Ген является матрицей для построения молекулы иРНК. Кодирование информации должно осуществляться сочетаниями нескольких нуклеотидов. В многообразии белков было обнаружено 20 аминокислот. Для шифровки такого их числа достаточное количество сочетаний нуклеотидов может обеспечить лишь триплетный код, в котом каждая аминокислота шифруется тремя стоящими рядом нуклеотидами. В этом случае из 4 нуклеотидов образуется 64 триплета. Из 64 триплетов ДНК 61 кодирует различные аминокислота, оставшиеся 3 получили название бессмысленных, или нонсенс-триплетов, они выполняют функцию знаков препинания. Последовательность триплетов определяет порядок расположения аминокислот в молекуле белка. Свойства генетического кода: Вырожденность. Она проявляется в том, что многие аминокислоты шифруются несколькими триплетами. Специфичность. Каждый триплет может кодировать только одну определенную аминокислоту Универсальность. Свидетельствует о единстве происхождения всего многообразия живых форм на Земле в процессе биологической эволюции. Наряду с этими свойствами важнейшими характеристиками генетического кода являются непрерывность и непререкаемость кодонов при считывании. Это означает, что последовательность нуклеотидов считывается триплет за триплетом без пропусков, при этом соседние триплеты не перекрывают друг друга.
14. Биосинтез белка.
Одним из центральных процессов метаболизма клетки является синтез белка – формирование сложной молекулы белка-полимера из аминокислот-мономеров. Процесс этот протекает в цитоплазме клеток, в рибосомах при посредстве иРНК и находится под контролем ДНК ядра. Биосинтез белка состоит из 2 этапов: транскрипции и трансляции Транскрипция – процесс переноса генетического кода, записанного на молекуле ДНК на молекулу иРНК. Осуществляется в ядре. Транскрипция происходит при синтезе молекул иРНК, нуклеотиды которой присоединяются к нуклеотидам ДНК по принципу комплементарности. Молекула иРНК снимается с ДНК, как с матрицы, после чего она отделяется и перемещается в цитоплазму, где в специальных органоидах – рибосомах происходит процесс трансляции. Трансляция. Трансляция - процесс перевода генетической информации, записанной на иРНК в структуры белковой молекулы, синтезируемой на рибосомах при участии тРНК. Молекулы иРНК прикрепляются к рибосомам, а затем постепенно протягиваются через тело рибосомы. В каждый момент внутри рибосомы находится незначительный участок иРНК. Триплеты нуклеотидов передают информацию к тРНК, кодовый триплет которых комплементарен триплету иРНК. тРНК переносит аминокислоты к рибосомам. Молекула тРНК, несущая первую аминокислоту белковой молекулы, присоединяется к комплементарному ей кодону. Рибосома перемещается на 1 триплет вперед. К новому кодону рибосомы присоединяется новая тРНК, несущая вторую аминокислоту. Затем между аминокислотами возникает пептидная связь и образуется дипептид. Одновременно разрушается связь между первой аминокислотой и её тРНК, которая удаляется, а дипептид связан только со второй тРНК. Затем рибосома перемещается еще на 1 триплет. Затем к новому кодону рибосомы присоединяется уже третья молекула тРНК, несущая третью аминокислоту. При этом теряется связь второй тРНК с аминокислотой. Это происходит до тех пор, пока не будет построена вся полипептидная цепь
Существует два типа нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Мономерами в нуклеиновых кислотах служат нуклеотиды. Каждый из них содержит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (дезоксирибоза - в ДНК, рибоза - в РНК) и остаток фосфорной кислоты.
В ДНК входят четыре вида нуклеотидов, отличающихся по азотистому основанию в их составе, - аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В молекуле РНК также имеется 4 вида нуклеотидов с одним из азотистых оснований - аденином, гуанином, цитозином и урацилом (У). Таким образом, ДНК и РНК различаются как по содержанию сахара в нуклеотидах, так и по одному из азотистых оснований
Молекулы ДНК и РНК существенно различаются по своему строению и выполняемым функциям.
Молекула ДНК может включать огромное количество нуклеотидов - от нескольких тысяч до сотен миллионов (поистине гигантские молекулы ДНК удается «увидеть» с помощью электронного микроскопа). В структурном отношении она представляет собой двойную спираль из полинуклеотидных цепей , соединенных с помощью водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов. Благодаря этому полинуклеотидные цепи прочно удерживаются одна возле другой.
При исследовании различных ДНК (у разных видов организмов) было установлено, что аденин одной цепи может связываться лишь с тимином, а гуанин - только с цитозином другой. Следовательно, порядок расположения нуклеотидов в одной цепи строго соответствует порядку их расположения в другой. Этот феномен получил название комплементарности (т. е. дополнения), а противоположные полинуклеотидные цепи называются комплементарными. Именно этим обусловлено уникальное среди всех неорганических и органических веществ свойство ДНК - способность к самовоспроизведению или удвоению . При этом сначала комплементарные цепи молекул ДНК расходятся (под воздействием специального фермента происходит разрушение связей между комплементарными нуклеотидами двух цепей). Затем на каждой цепи начинается синтез новой («недостающей») комплементарной ей цепи за счет свободных нуклеотидов, всегда имеющихся в большом количестве в клетке. В результате вместо одной («материнской») молекулы ДНК образуются две («дочерние») новые, идентичные по структуре и составу друг другу, а также исходной молекуле ДНК. Этот процесс всегда предшествует клеточному делению и обеспечивает передачу наследственной информации от материнской клетки дочерним и всем последующим.
14 . Рибонуклеиновые кислоты, их виды, строение, назначение.
РНК - класс нуклеиновых кислот,линейных полимеровнуклеотидов, в состав которых входят остаток фосфорной кислоты, рибоза (в отличие отДНК, содержащей дезоксирибозу) и азотистые основания -аденин,цитозин,гуанини урацил (в отличие от ДНК, содержащий вместо урацила тимин). Эти молекулы содержатся в клетках всех живых организмов, а также в некоторых вирусов. РНК содержатся главным образом вцитоплазме клеток. Эти молекулы синтезируются в клетках всех клеточных живых организмов, а также содержатся в вироидах и некоторых вирусах. Основные функции РНК в клеточных организмах - это шаблон для трансляции генетической информации в белки и поставка соответствующих аминокислот к рибосомам. В вирусах является носителем генетической информации (кодирует белки оболочки и ферменты вирусов). Структура РНК .
Молекула имеет однонитевое строение. Полимер. В результате взаимодействия нуклеотидов друг с другом молекула РНК приобретает вторичную структуру, различной формы (спираль, глобула и т.д.). Мономером РНК является нуклеотид (молекула, в состав которой входит азотистое основание, остаток фосфорной кислоты и сахар (пептоза)). РНК напоминает по своему строению одну цепь ДНК. Нуклеотиды, входящие в состав РНК: гуанин, аденин, цитозин, урацил. Аденин и гуанин относятся к пуриновым основаниям, цитозин и урацил к пиримидиновым. В отличие от молекулы ДНК, в качестве углеводного компонента рибонуклеиновой кислоты выступает не дезоксирибоза, а рибоза. Вторым существенным отличием в химическом строении РНК от ДНК является отсутствие в молекуле рибонуклеиновой кислоты такого нуклеотида как тимин. В РНК он заменён на урацил.
Виды и типы РНК клеток.
Существуют три типа РНК, каждый из которых выполняет свою особую роль в синтезе белка.
1. Матричная РНК переносит генетический код из ядра в цитоплазму, определяя таким образом синтез разнообразных белков.
2. Транспортная РНК переносит активированные аминокислоты к рибосомам для синтеза полипептидных молекул.
3. Рибосомная РНК в комплексе примерно с 75 разными белками формирует рибосомы - клеточные органеллы, на которых происходит сборка полипептидных молекул.
Матричная РНК представляет собой длинную одноцепочечную молекулу, присутствующую в цитоплазме. Эта молекула РНК содержит от нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов РНК, образующих кодоны, строго комплементарные триплетам ДНК.
Еще один тип РНК, играющий важнейшую роль в синтезе белка, называют транспортной РНК , поскольку он транспортирует аминокислоты к строящейся молекуле белка. Каждая транспортная РНК специфически связывается только с одной из 20 аминокислот, составляющих белковые молекулы. Транспортные РНК действуют как переносчики специфических аминокислот, доставляя их к рибосомам, на которых происходит сборка полипептидных молекул.
Каждая специфическая транспортная РНК распознает «свой» кодон матричной РНК, прикрепившейся к рибосоме, и доставляет соответствующую аминокислоту на соответствующую позицию в синтезируемой полипептидной цепи. Цепь транспортной РНК гораздо короче матричной РНК, содержит всего около 80 нуклеотидов и упакована в форме клеверного листа. На одном конце транспортной РНК всегда находится аденозинмонофосфат (АМФ), к которому через гидроксильную группу рибозы прикрепляется транспортируемая аминокислота. Транспортные РНК служат для прикрепления специфических аминокислот к строящейся полипептидной молекуле, поэтому необходимо, чтобы каждая транспортная РНК обладала специфичностью и в отношении соответствующих кодонов матричной РНК. Код, посредством которого транспортная РНК распознает соответствующий кодон на матричной РНК, также является триплетом и его называют антикодоном. Антикодон располагается примерно посередине молекулы транспортной РНК. Во время синтеза белка азотистые основания антикодона транспортной РНК прикрепляются с помощью водородных связей к азотистым основаниям кодона матричной РНК. Таким образом, на матричной РНК выстраиваются в определенном порядке одна за другой различные аминокислоты, формируя соответствующую аминокислотную последовательность синтезируемого белка.
В конце ХIХ века в Швейцарии произошло событие, которое определило ход науки на многие десятилетия вперед: в ходе своих исследований ученый Ф. Мишер обнаружил в лимфоцитов неизвестные раньше молекулы.
Выделенные молекулы впоследствии были найдены во всех биологических видах и получили название, под которыми они известны сегодня: «нуклеиновые кислоты» . Функции нуклеиновых кислот в клетке заключаются в хранении и передаче наследственной информации.
Вконтакте
Нуклеиновые кислоты классифицируются по присутствию в их составе одной из разновидностей пятиуглеродного сахара (пентозы) . Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, содержит дезоксирибозу, а рибонуклеиновая кислота (РНК) – рибозу.
Кратко их взаимодействие можно выразить так: из ДНК синтезируется РНК, а из РНК – белок . В структуре нуклеиновых кислот есть много общего.
Разберем подробнее, в какой части клетки находятся нуклеиновые кислоты, какие они выполняют функции, в чем заключаются особенности их строения и какие существуют виды нуклеиновых кислот.
ДНК
Молекулу ДНК можно сравнить с лестницей, которая закручена в спираль по направлению вправо. Ступеньки или «перемычки» на ней образованы парами азотистых оснований :
- аденином (А);
- гуанином (G);
- тимином (Т);
- цитозином (С).
Каждое из оснований формирует пару с другим, используя принцип комплементарности, где аденин соединяется исключительно с тимином (АТ), а гуанин с цитозином (GC). Поэтому хаотичность связей между ними только кажущаяся – строение нуклеиновых кислот подчиняется строгим и неизменным законам .
В зависимости от комбинаций нуклеотидов ДНК и находящихся в них азотистых оснований проявляются наши индивидуальные особенности (цвет кожи, глаз, волос, рост и т.д.). Молекулы ДНК располагаются в ядрах клеток, а также, в хлоропластах и (менее 1%).
Структура молекулы ДНК
Молекула ДНК – это биополимер, в составе которого основным мономером или структурной единицей является нуклеотид. Входят в состав нуклеотидов следующие компоненты: остаток фосфорной кислоты соединяется с пятиуглеродным сахаром – дезоксирибозой и встраивается в азотистое основание. Между собой мономеры объединяются в длинные цепи, образуя в конечном итоге двойные спирали .
Соединение спиралей друг с другом происходит посредством водородных связей. Аденин соединяется с тимином двумя, а цитозин с гуанином – тремя водородными связями. Азотистое основание, сахар и фосфатная группа входят в состав нуклеотидов обязательно.
Ширина молекулы колеблется от 2.2 до 2.4 нм, а длина каждого мономера в цепочке равна 0.33 нм
.
Каждая цепочка дезоксирибонуклеиновой кислоты имеет определенную направленность. Две цепи, расположенные в противоположном направлении, называются антипараллельными.
Благодаря принципу комплементарности вся информация, находящаяся в одной цепи, дублируется и в другой. Соединение аденина и гуанина – это пуриновые основания, а тимина с цитозином – пиримидиновые. При этом необходимо знать, что в молекуле ДНК число пуриновых оснований всегда равно числу пиримидиновых .
Связь ДНК в передаче генов
Мы часто слышим обвинения в адрес генов, когда речь заходит о дурных склонностях и привычках человека. Попробуем разобраться, что такое гены и какую роль играет ДНК в передаче наследственных данных , переносит ли она негативную информацию. Каковы же функции нуклеиновых кислот в клетке?
Ген – это особый участок молекулы ДНК, образующийся из уникальных сочетаний нуклеотидов. Каждый тип гена находится в специально отведенном для этого участке спирали ДНК , никуда не мигрируя. Число нуклеотидов в генах постоянно. Например, ген, отвечающий за синтез инсулина, в своем составе имеет 60 пар нуклеотидов.
Также в цепочке ДНК находятся т.н. «некодирующие последовательности». Роль их в передаче генетического материала не до конца установлена. Предполагается, что эти последовательности отвечают за порядок в работе генов и «закручивают» хромосомы.
Весь объем генов в организме носит название . Он в свою очередь равномерно распределяется в 46 парах молекул ДНК. Каждая такая пара называется хромосома. Следовательно, организм человека состоит из 46 пар хромосом , в которые вложена вся генетическая информация, начиная от внешности, заканчивая предрасположенностью к различным заболеваниям.
Хромосомы различаются по своей морфологии и размеру. Основных форм две – Х и У. Человеческий организм содержит парные хромосомы, т.е. каждая имеет свою точную копию. Таким образом, в норме мы имеем 23 парные хромосомы . Каждая хромосомная пара выполняет свою функцию, отвечая за конкретные признаки. 22 пары хромосом отвечают за соматические признаки и лишь одна за половые. Сочетание хромосом ХХ означает, что на свет появится девочка, а сочетание ХУ – мальчик.
Мутации ДНК
Повреждение молекул ДНК может быть обусловлено множеством факторов, среди которых чаще всего мутагенное действие оказывают следующие:
- Радиационный. Это рентгеновское или ультрафиолетовое излучение в высоких дозах.
- Оксидантный. К этим видам мутагенов относят все свободные радикалы, оксид азота и пероксид водорода.
- Канцерогенный. Фактор представлен обширным списком веществ, где наиболее распространенными являются бензопирен, афлатоксин и бромистый этидий.
Подавляющее число мутагенов проникают между двумя парами азотистых соединений, нарушая структуру молекулы нуклеиновой кислоты. Самые опасные включения мутагенных компонентов – двухцепочечные. Такие нарушения зачастую приводят к гибели целых фрагментов хромосом и различным транслокациям.
Важно! ДНК человека ежедневно подвергается атаке множества агрессивных факторов, которые вызывают повреждения структуры и разрыв самой спирали. Однако эта молекула отличается способностью к регенерации, что позволяет предупреждать мутации еще на этапе их формирования.
РНК
Принцип строения РНК принципиально тот же, что и структура ДНК, но с тем отличием, что рибонуклеиновая кислота сформирована в виде одинарной спирали, в ее составе тимин заменен урацилом, а место дезоксирибозы занимает рибоза
.
Благодаря строго последовательному расположению нуклеотидов молекулы РНК способны кодировать наследственную информацию.
Однако, в отличие от ДНК, функции рибонуклеиновых кислот другие, более щирокие, в связи с тем, что есть три под вида молекул.
Виды РНК
Имеется 3 разновидности рибонуклеиновой кислоты:
- Транспортная (тРНК) . Входящие в состав цитоплазмы тРНК являются самыми маленькими молекулами рибонуклеиновой кислоты. Их форма схожа с формой листка клевера. тРНК несет ответственность за транспортировку специфических аминокислот непосредственно к участку, где происходит синтез белка, чтобы инициировать образование пептидных связей.
- Информационная или матричная (иРНК, иРНК) . Входит в состав ядра клетки и цитоплазмы. Она транспортирует информацию о строении белка от ДНК к рибосомам, которые являются местом его биосинтеза.
- Рибосомальная (рРНК) . Образуется в ядрышках и, как следует из названия, является главной составляющей рибосом. Самая крупная разновидность РНК. Соединяясь с информационной РНК, синтезирует белок
Существует также особый вид. Он обнаружен в некоторых вирусах, бактериях и микроорганизмах. Действует одновременно как тРНК и мРНК. Основная его функция – переработка белка.
Структура молекулы РНК
Структурная формула РНК характеризуется наличием гидроксильной группы в положении рибозы. Многие виды рибонуклеиновой кислоты, например, рРНК и иРНК, функционируют в комплексе с белками. Такие соединения называются рибонуклеотидами.
Строение нуклеотида РНК сходно со строением мономера ДНК. Азотистые основания также соединяются друг с другом по принципу комплементарности. Однако, вместо тимина здесь присутствует урацил, а пятиуглеродный сахар представлен рибозой.
Нуклеотиды в цепочке РНК соединяются с помощью фосфодиэфирных связей .
Синтез белка
Какие вещества могут хранить информацию о клетке, ее функциях, биологических и химических свойствах? Конечн, белки. Они являются уникальными компонентами любого живого организма. Биохимический синтез белка – это довольно сложный микропроцесс. Проходит он в три основных этапа:
- Транскрипция . Этот процесс протекает в ядре, и ответственность за него несет информационная РНК. Транскрипция заключается в считывании данных о будущем белке с генов, находящихся в ДНК, и переносе этих данных на информационную РНК. Далее иРНК транспортирует информацию в цитоплазму. Дезоксирибонуклеиновая кислота не имеет прямого отношения к биосинтезу белка, а только хранит и передает информацию. Во время транскрипции цепочки ДНК «расплетаются», а генетический материал считывается на РНК, с учетом парных комплексов азотистых оснований.
- Трансляция. Это окончательная стадия образования белковой молекулы. Информационная РНК через цитоплазму попадает в рибосомы, где и происходит сам биохимический синтез.
- Различные модификации полипептидной цепи . Происходят в результате совершившейся трансляции.
ДНК и РНК
Различия между ДНК и РНК
Для нуклеиновых кислот характерны не только схожие, но и отличительные черты. Общими можно назвать следующие признаки:
- Содержат по две пары оснований.
- Несут ответственность за передачу информации.
- «Построены» из нуклеотидных связей, которые сформированы в соответствии с принципом комплементарности.
- В составе биологической клетки обе кислоты играют взаимодополняющую роль.
Но, рассматривая обе эти кислоты , можно обнаружить существенные различия.
Любопытные факты
- Единственный тип клеток, не содержащий ДНК, – это красные кровяные тельца.
- Структура нуклеиновых кислот настолько похожа, что западные ученые выдвинули теорию: на ранних этапах эволюционной истории человечества ответственность за хранение информации, передаваемой по наследству, несла РНК.
- Структурная формула молекулы ДНК была вычислена Д. Утсоном и Ф. Криком еще в 1953 году. И лишь спустя 9 лет эти ученые удостоились Нобелевской премии по медицине.
- За различия между людьми отвечает менее 1% всех молекул ДНК , входящих в геном человека. Поэтому выражение «все мы из одного теста» имеет под собой научное обоснование.
- Схожесть между ДНК человека и шимпанзе достигает 98%, а ДНК человека и свиньи совпадают на 96%.
- Полная расшифровка генома человека была завершена в 2003 году .
- Чтобы набрать на клавиатуре полный буквенный код генома человека, у вас уйдет 17 лет, с учетом того, что стучать по клавишам придется целыми сутками.
- Геном человека составляет 100% генов , из которых 50% достаются от матери и 50% от отца.
Строение и функции нуклеиновых кислот, урок биологии
Чем отличаются ДНК и РНК
Вывод
На протяжении без малого двух столетий ученые пытаются разгадать все тайны крошечных спиралек, полностью расшифровать строение нуклеиновых кислот. Но и на сегодняшний день сделаны не все открытия, способные пролить свет на этих хранителей генетической информации. Возможно, в скором времени мы узнаем, какую еще не известную нам функцию выполняет ДНК .
Хорошо известно, что все формы живой материи, начиная от вирусов и заканчивая высокоорганизованными животными (в том числе человеком), обладают уникальным наследственным аппаратом. Он представлен молекулами двух видов и рибонуклеиновой. В этих органических веществах закодирована информация, которая передается от родительских особей к потомству при размножении. В данной работе мы изучим как строение, так и функции ДНК и РНК в клетке, а также рассмотрим механизмы, лежащие в основе процессов передачи наследственных
Как оказалось, свойства нуклеиновых кислот, хотя и имеют некоторые общие признаки, тем не менее во многом различаются между собой. Поэтому мы сравним функции ДНК и РНК, осуществляемые этими биополимерами в клетках различных групп организмов. Таблица, представленная в работе, поможет разобраться, в чем состоит их принципиальное отличие.
Нуклеиновые кислоты - сложные биополимеры
Открытия в области молекулярной биологии, происшедшие в начале ХХ столетия, в частности, расшифровка строения дезоксирибонуклеиновой кислоты, послужили толчком для развития современной цитологии, генетики, биотехнологии и генной инженерии. С точки зрения органической химии ДНК и РНК представляют собой высокомолекулярные вещества, состоящие из многократно повторяющихся звеньев - мономеров, называемых также нуклеотидами. Известно, что они соединяются между собой, образуя цепи, способные к пространственной самоорганизации.
Такие макромолекулы ДНК часто связываются со специальными белками, имеющими особые свойства и называемыми гистонами. Нуклеопротеидные комплексы образуют особые структуры - нуклеосомы, которые, в свою очередь, входят в состав хромосом. Нуклеиновые кислоты могут находиться как в ядре, так и в цитоплазме клетки, присутствуя в составе некоторых ее органелл, например, митохондрий или хлоропластов.
Пространственная структура вещества наследственности
Чтобы понять функции ДНК и РНК, нужно детально разобраться с особенностями их строения. Как и белкам, нуклеиновым кислотам присущи несколько уровней организации макромолекул. Первичная структура представлена полинуклеотидными цепями, вторичная и третичная конфигурации самоусложняются благодаря возникающему ковалентному типу связи. Особая роль в поддержании пространственной формы молекул принадлежит водородным связям, а также вандерваальсовым силам взаимодействия. В результате образуется компактная структура ДНК, называемая суперспиралью.
Мономеры нуклеиновых кислот
Строение и функции ДНК, РНК, белков и других органических полимеров зависят как от качественного, так и от количественного состава их макромолекул. Оба вида нуклеиновых кислот состоят из структурных элементов, именуемых нуклеотидами. Как известно из курса химии, строение вещества обязательно влияет на его функции. ДНК и РНК не являются исключением. Оказывается, что от нуклеотидного состава зависит вид самой кислоты и ее роль в клетке. Каждый мономер содержит три части: азотистое основание, углевод и остаток ортофосфорной кислоты. Известно четыре вида азотистых оснований для ДНК: аденин, гуанин, тимин и цитозин. В молекулах РНК ими будут, соответственно, аденин, гуанин, цитозин и урацил. Углевод представлен различными видами пентозы. В рибонуклеиновой кислоте находится рибоза, а в ДНК - ее обескислороженная форма, называемая дезоксирибозой.
Особенности дезоксирибонуклеиновой кислоты
Сначала мы рассмотрим строение и функции ДНК. РНК, имеющая более простую пространственную конфигурацию, будет изучена нами в следующем разделе. Итак, две полинуклеотидные нити удерживаются между собой многократно повторяющимися водородными связями, образующимися между азотистыми основаниями. В паре "аденин - тимин" присутствуют две, а в паре "гуанин - цитозин" - три водородные связи.
Консервативное соответствие пуриновых и пиримидиновых оснований было открыто Э. Чаргаффом и получило название принципа комплементарности. В отдельно взятой цепи нуклеотиды связаны между собой фосфодиэфирными связями, формирующимися между пентозой и остатком ортофосфорной кислоты рядом расположенных нуклеотидов. Спиральный вид обеих цепей поддерживается водородными связями, возникающими между атомами водорода и кислорода, находящимися в составе нуклеотидов. Высшая - третичная структура (суперспираль) - характерна для ядерной ДНК эукариотических клеток. В таком виде она присутствует в хроматине. Однако бактерии и дезоксирибонуклеиновую кислоту, не связанную с белками. Она представлена кольцеобразной формой и называется плазмидой.
Такой же вид имеет ДНК митохондрий и хлоропластов - органелл растительных и животных клеток. Далее мы выясним, чем отличаются между собой функции ДНК и РНК. Таблица, приведенная ниже, укажет нам эти различия в строении и свойствах нуклеиновых кислот.
Рибонуклеиновая кислота
Молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной нити (исключением являются двухцепочные структуры некоторых вирусов), которая может находиться как в ядре, так и в клеточной цитоплазме. Существует несколько видов рибонуклеиновых кислот, которые разнятся между собой строением и свойствами. Так, информационная РНК имеет наибольшую молекулярную массу. Она синтезируется в ядре клетки на одном из генов. Задача иРНК - перенести информацию о составе белка из ядра в цитоплазму. Транспортная присоединяет мономеры белков - аминокислоты - и доставляет их к месту биосинтеза.
Наконец, рибосомная РНК формируется в ядрышке и участвует в синтезе белка. Как видим, функции ДНК и РНК в клеточном метаболизме разнообразны и очень важны. Они будут зависеть, прежде всего, от того, в клетках каких организмов находятся молекулы вещества наследственности. Так, у вирусов рибонуклеиновая кислота может выступать носителем наследственной информации, тогда как в клетках эукариотических организмов эту способность имеет только дезоксирибонуклеиновая кислота.
Функции ДНК и РНК в организме
По своему наряду с белками, являются важнейшими органическими соединениями. Они сохраняют и передают наследственные свойства и признаки от родительской особи к потомству. Давайте определим, чем отличаются между собой функции ДНК и РНК. Таблица, представленная ниже, покажет эти различия подробнее.
Каковы особенности вещества наследственности вирусов?
Нуклеиновые кислоты вирусов могут иметь вид как одно-, так и двухнитевых спиралей или колец. Согласно классификации Д.Балтимора, эти объекты микромира содержат молекулы ДНК, состоящие из одной или двух цепей. К первой группе относятся возбудители герпеса и аденовирусы, а во вторую входят, например, парвовирусы.
В вирусологии принято разделение этих организмов на несколько групп. Так, к первой относятся виды, которые называются одноцепочечными (+) РНК. У них нуклеиновая кислота выполняет такие же функции, как и информационная РНК эукариотических клеток. В другую группу входят однонитевые (-) РНК. Сначала с их молекулами происходит транскрипция, приводящая к появлению молекул(+) РНК, а те, в свою очередь, служат матрицей для сборки вирусных белков.
На основании всего вышесказанного, для всех организмов, включая и вирусы, функции ДНК и РНК кратко характеризуются так: хранение наследственных признаков и свойств организма и дальнейшая передача их потомству.
Вспомните!
Почему нуклеиновые кислоты относят к гетерополимерам?
Состоят из разных мономеров – нуклеотидов, но сами нуклеотиды различаются между собой некоторыми структурами.
Что является мономером нуклеиновых кислот?
Нуклеотиды
Какие функции нуклеиновых кислот вам известны?
Хранение и передача наследственной информации. В ДНК заключена информация о первичной структуре всех белков, необходимых организму. Эта информация записана в линейной последовательности нуклеотидов. Так как белки играют первостепенную роль в жизнедеятельности организма, участвуя в строении, развитии, обмене веществ, то можно утверждать, ДНК хранит информацию об организме. В РНК каждый ее тип выполняет свою функцию в зависимости от своего строения. м-РНК – копия участка ДНК, где записаны информация о числе, составе и последовательности аминокислотных остатков, определяющих структуру и функции белковой молекулы. В данной РНК заключен план построения молекулы полипептида. т-РНК – ее роль состоит в присоединении молекулы аминокислоты и транспортировке ее к месту синтеза белка. р-РНК – соединяется с белком и образует особые органоиды – рибосомы, на которых и осуществляется сборка белковых молекул в клетке любого живого организма.
Какие свойства живого определяются непосредственно строением и функциями нуклеиновых кислот?
Наследственность, изменчивость, размножение
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое нуклеиновые кислоты? Почему они получили такое название?
Нуклеиновые кислоты – это биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. От лат. «нуклеос» - ядро, так как эти кислоты располагаются, или синтезируются в ядре, или у прокариот функцию ядерной информации выполняет нуклеоид (ДНК илиРНК).
2. Какие типы нуклеиновых кислот вы знаете?
ДНК, РНК: и-РНК, т-РНК, р-РНК.
4. Назовите функции ДНК. Как взаимосвязаны строение и функции ДНК?
Хранение и передача наследственной информации – располагается ДНК строго в ядре.
Молекула ДНК способна к самовоспроизведению путем удвоения. Под действием ферментов двойная спираль ДНК раскручивается, связи между азотистыми основаниями разрываются.
В ДНК заключена информация о первичной структуре всех белков, необходимых организму. Эта информация записана в линейной последовательности нуклеотидов.
Так как белки играют первостепенную роль в жизнедеятельности организма, участвуя в строении, развитии, обмене веществ, то можно утверждать, ДНК хранит информацию об организме.
5. Какие виды РНК существуют в клетке, где они синтезируются? Перечислите их функции.
и-РНК, т-РНК, р-РНК.
и-РНК – синтезируется в ядре на матрице ДНК, является основой для синтеза белка.
т-РНК – транспорт аминокислот к месту синтеза белка – к рибосомам.
р-РНК – синтезируется в ядрышках ядра, и образует сами рибосомы клетки.
Все виды РНК синтезируются на матрице ДНК.
6. Достаточно ли знать, какой моносахарид входит в состав нуклеотидов, чтобы понять, о какой нуклеиновой кислоте идёт речь?
Да, в состав РНК входит рибоза.
В состав ДНК входи дезоксирибоза.
Виды РНК не возможно будет по одному моносахариду распознать.
7. Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав: А-Г-Ц-Г-Ц-Ц-Ц-Т-А-. Используя принцип комплементарности достройте вторую цепь.
А-Г-Ц-Г-Ц-Ц-Ц-Т-А
Т-Ц-Г-Ц-Г- Г-Г-А-Т
Подумайте! Вспомните!
1. Почему в клетках существует три вида молекул РНК, но только один вид ДНК?
ДНК – самая крупная молекула, из ядра выйти не может, поры маловаты. РНК мелкие молекулы, каждая выполняет свою функцию, обеспечивая различные функции в клетке, одновременно работая. На матрице ДНК одновременно может синтезироваться множество видов РНК, и все они идут выполнять свои функции.
3. Какие виды РНК будут одинаковы у всех организмов? Какой вид РНК обладает максимальной изменчивостью? Объясните свою точку зрения.
и-РНК и т-РНК будет у всех организмов одинаковая, так как биосинтез белка идет по единому механизму, а т-РНК переносит одни и те же 20 аминокислот. р-РНК может быть иной.