Содержание:
- 1. Основные понятия
- 2. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
- 3. Рибонуклеиновая кислота (РНК)
- 4. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)
Основные понятия
Нуклеиновые кислоты — фосфорсодержащие биополимеры, построенные из мономеров — нуклеотидов и обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.
■ Открыты Ф. Мишером (1869 г., Швейцария).
* В молекулах нуклеиновых кислот содержится от 80 до нескольких сот миллионов нуклеотидов.
■ Нуклеиновые кислоты содержатся в ядрах, митохондриях и пластидах клеток.
Нуклеотид — органическое соединение, в состав которого входят: одно из пяти азотистых оснований (аденин, гуанин, урацил, тмин, цитозин), пятиуглеродный моносахарид (рибоза или дезокснрибоза) и остаток молекулы фосфорной кислоты (РO4).
• Название и обозначение нуклеотидов: нуклеотид называется по имени своего азотистого основания и обозначается первой заглавной буквой его названия (пример: А — адениновый нуклеотид).
Комплементарные нуклеотиды — это пары нуклеотидов А и Т, а также Г и Ц, между азотистыми основаниями которых могут образовываться водородные связи.
В зависимости от того, какой сахар входит в состав нуклеотидов, нуклеиновые кислоты подразделяются на дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК).
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
❖ Состав ДНК:
■ пятиуглеродный сахар дезокси-рибоза,
■ азотистые основания (аденин, гуанин, тимин, цитозин),
■ остаток фосфорной кислоты.
❖ Структура ДНК впервые расшифрована Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г.
■ молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек, спирально закрученных одна относительно другой;
■нуклеотиды в каждой цепочке ДНК связаны друг с другом ковалентными фосфодиэфирными связями, образующимися между фосфатной группой одного нуклеотида и гидроксильной группой дезоксирибозы соседнего;
■ цепочки ДНК соединены друг с другом двумя или тремя водородными связями между комплементарными азотистыми основаниями: А = Т, Ц = Г.
Комплементарносгь — принцип, в соответствии с которым объединяются две полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК, а также осуществляется синтез всех типов РНК на молекулах ДНК и синтез полипептидов по и-РНК в рибосомах: против нуклеотида А одной цепи может быть только нуклеотид Т другой цепи, а против нуклеотида Г — только нуклеотид Ц.
❖ Правило Чаргофа (следствие комплементарности нуклеотидов): число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых: А = Т, а число гуаниловых нуклеотидов равно числу цити-диловых: Г = Ц; откуда следует, что А + Г = Т + Ц.
♦ Свойства ДНК: эта молекула способна к транскрипции, репарации, репликации.
Транскрипция — это процесс «считывания» генетической информации с одной из нитей молекулы ДНК и копирования ее на молекулу и-РНК, происходящий путем биосинтеза молекул и-РНК на соответствующих участках ДНК; является первым этапом реализации генетической информации в живых клетках.
■ Транскрипция происходит с помощью фермента РНК-лоли-меразы, который, двигаясь по молекуле ДНК, подбирает нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам участка ДНК, и соединяет их в цепочку и-РНК.
Репарация — процесс исправления повреждений (восстановления) в молекулах ДНК и компенсации уже закрепившихся мутаций; происходит при участии особых ферментов.
Репликация (или удвоение) ДНК — происходящий под контролем ферментов процесс синтеза новой молекулы ДНК как точной копии уже существующей молекулы ДНК при ее использовании как матрицы; наблюдается в ходе подготовки клетки к делению. Матричный синтез ДНК идет по принципу комплементарности, антипараллельно; полуконсервативный прерывистый матричный синтез — от 3′- к 5′-концу.
❖ Этапы репликации ДНК:
■ постепенное разделение (с помощью специального фермента) комплементарных цепей ДНК в результате разрыва водородных связей между ними;
■ деспирализация разделившихся участков полинуклеотидных цепей ДНК (происходит при участии фермента ДНК-изомеразы);
■ комплементарный синтез новых (дочерних) полинуклеотидных цепей на каждой из старых цепей как на матрице; осуществляется с помощью фермента ДНК-полимеразы.
Локализация ДНК в клетках:
■ в хромосомах клеточного ядра (около 99% всей ДНК клетки), в митохондриях и пластидах эукариотических клеток;
■ в прокариотических клетках погружена в цитоплазму.
❖Функции ДНК: хранение, передача дочерним клеткам и воспроизведение генетической информации.
■В ДНК любой клетки закодирована информация о строении, количестве и последовательности синтеза всех белков данного организма.
Рибонуклеиновая кислота (РНК)
Состав РНК:
■ пятиуглеродный сахар рибоза,
■ азотистые основания (аденин, гуанин, урацил, цитозин),
■ остаток фосфорной кислоты.
Структура РНК (см. рис. 1.3):
■ молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепочки;
■ нуклеотиды в каждой цепочке РНК связаны друг с другом ковалентными фосфодиэфирными связями;
■ кроме того, между соседними нуклеотидами цепочки могут образовываться водородные связи;
* цепочки РНК значительно короче молекул ДНК, имеют меньшую молярную массу.
Виды РНК:
■ информационная РНК (и-РНК),
■ транспортная РНК (т-РНК),
■ рибосомальная РНК (р-РНК).
Информационная РНК (составляет 7 — рибозофосфатная основа около 5% от всех РНК клетки):
■ структура: незамкнутая цепь, содержащая от 300 до 30000 нуклеотидов; является комплементарной копией определенного участка ДНК (гена);
* функции: каждая специфическая молекула и-РНК переносит информацию о структуре определенного белка от ДНК в рибосомы (место сборки молекул белков) и является матрицей для синтеза молекул этого белка.
Транспортная РНК (составляет до 15% от всех РНК клетки):
■ структура: содержит 75-85 нуклеотидов; молекула т-РНК имеет вторичную структуру в форме «клеверного листа» (из-за наличия водородных связей) и два активных участка: антикодонтриплет нуклеотидов на верхушке «клеверного листа», и акцепторный конец, к которому присоединяются аминокислоты;
■ функция т-РНК — транспорт аминокислот в рибосому к месту сборки молекул белка.
❖ Рибосомальная РНК (составляет до 85% от всех РНК клетки):
■ место синтеза: молекулы р-РНК синтезируются в ядре клетки;
■ локализация: в комплексе с белками образует рибосомы — ор-ганеллы, на которых происходит синтез белка;
■ функция р-РНК — обеспечение нужного пространственного взаимного расположения и-РНК и т-РНК в рибосоме.
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — органическое вещество, выполняющее роль аккумулятора энергии в клетке в виде макроэргических связей.
❖ Состав молекул АТФ:
■ пятиуглеродный сахар рибоза,
• азотистое основание аденин,
• три остатка молекул фосфорной кислоты.
❖ Энергетика химических связей:
■ между остатками молекул фосфорной кислоты существуют макроэргические связи; при разрыве одной такой связи в результате гидролитического (под воздействием молекулы воды) отщепления выделяетс)( 40 кДж энергии;
■ аккумуляция энергии в вышеуказанных связях происходит в процессе синтеза АТФ за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ (окислительное фосфорилирование).
❖ Некоторые особенности АТФ:
■ АТФ синтезируется в гиалоплазме, митохондриях и хлоропла-стах (у растений в процессе фотосийтеза);
■ среднее время жизни молекулы АТФ в клетке — менее 1 мин.
❖ Значение АТФ: это — главный и универсальный источник энергии для всех процессов жизнедеятельности в клетке.