Нуклеиновые кислоты - фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Макромолекулы нуклеиновых кислот с молекулярной массой от 10 000 до несколько миллионов открыты в 1869 г, швейцарским химиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов входящих в состав гноя. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных клетках, вирусах, бактериях, грибах.
Термин "Нуклеус" - ядро, играют центральную роль в синтезе белков в клетке. Нуклеиновые кислоты представляют макромолекулы, которые образуют длинные цепи полимеров из мономеров- нуклеотидов.
"Схема № 1 Состав нуклеиновых кислот"
Нуклеиновые кислоты содержат С, Н, О, Р, и N. В природе существует два вида нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различия в названиях объясняются тем, что молекула ДНК содержит пентозный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК - рибозу. Например, в бактериальной клетке кишечной палочки содержится около 100 различных нуклеиновых кислот, а у животных и растений - ещё больше. Каждый вид организмов содержит свой, характерный только для него, набор этих кислот. ДНК локализуется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99% всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав ядрышек, рибосом, митохондрий, пластид и цитоплазмы.
Характеристика нуклеиновых кислот
ДНК Структура ДНК была расшифрована Д.Уотсоном и Ф. Криком в 1953г. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек, спирально закрученных одна относительно другой. Количество нуклеотидов может быть разным - от 80 в у РНК до десятков тысяч у ДНК. В состав
- любого нуклеотида ДНК входит одно из 4 азотистых оснований (аденин, тимин, гуанин, цитозин), дезоксирибоза (С Н10 О) и остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды отличаются только по азотистым основаниям, между которыми имеется близкая
- родственная связь. Цитозин, тимин, урацил относятся к пиримидиновым, а аденин и гуанин - к пуриновым основаниям. В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеодиды
- связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между ДНК и остатком фосфорной кислоты.
Правила Чаргаффа - " В любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина - тиамину".
ДНК представляет собой двойную спираль. В ядре клетки человека общая длина ДНК около 2 м. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидиновых и пуриновых. Одна цепь нуклеотидов образуется в результате реакции конденсации. Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК удерживаются друг около друга благодаря возникновению водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов.
Принцип комплементарности. Против аденина одной цепи всегда располагается тимин на другой цепи, а против гуанина одной цепи - всегда цитозин другой цепи, то есть аденин комплементарен тимину и между ними две водородные цепи, а гуанин - цитозину (три водородные цепи).
Комплементарность - это способность нуклеотидов к избирательному соединению друг с другом.
Самоудвоение молекулы ДНК. Самоудвоение это способность воспроизведение точных копий исходной молекулы. Благодаря этой способности молекулы ДНК осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления. Процесс самоудвоения молекулы ДНК называют репликацией.
Репликация - сложный процесс, идущий с участием ферментов (ДНК-полимераз). Репликация осуществляется полуконсервативным способом, то есть под действием ферментов молекула ДНК раскручивается и около каждой цепи по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Каждая одинарная цепь по принципу комплементарности притягивает к своим нуклеотидным остаткам и закрепляет водородные связи свободные нуклеотиды, находящиеся в клетке. Таким образом, полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплементарной цепи. В результате получается две молекулы ДНК, у каждой из которых одна половина происходит от родительской молекулы. Самая высокая особенность репликации ДНК - ее высокая точность, которая обеспечивается комплексом белков - "репликативной машиной". Эта машина выполняет три функции:
1) выбирает нуклеотиды, способные образовывать комплементарную пару с нуклеотидами родительской матричной цепи.2) катализирует образование ковалентной связи между каждым новым нуклеотидом.3) корректирует цепь, удаляя неправильно включившихся нуклеотидов.
РНК Молекулы РНК являются полимерами, мономерами которых являются рибонуклеотиды. Молекула РНК представляет собой неразветвленный полинуклеотид, имеющий третичную структуру. Имеет одну полинуклеотидную цепочку. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. Существует три основных класса нуклеиновых кислот: информационная (матричная) РНК - и РНК (м РНК), транспортная РНК - т РНК, рибосомная - р РНК.
Информационные - РНК являются переносчиками генетической информации из ядра в цитоплазму. Они служат матрицей для синтеза молекулы белка. На долю и РНК приходиться до 5% от общего содержания РНК в клетке.
Транспортные - РНК. Молекулы транспортных РНК содержат обычно 75-86 нуклеотидов. Молекулы т РНК играют роль посредников в биосинтезе белка - они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, в рибосомы. В клетке содержится более 30 видов т РНК.
Рибосомные - РНК 80-85 % от общего содержания РНК. Основное значение р РНК состоит в том, что она обеспечивает и формирует активный центр рибосом, в которых происходит образование пептидных связей.
Генетический код - является наследственной информацией, которая определяет строение белковых молекул. Сочетание нуклеотидов образует - триплет в цепи нуклеиновой кислоты. Каждый участок ДНК, определяющий синтез одной белковой молекулы называют геном. Каждый ген заключает информацию о структуре одного белка.
Биосинтез белка - важнейший процесс в живой природе, создание молекул на основе информации о последовательности аминокислот заключенной в структуре ДНК, содержащейся в ядре.
Транскрипция - (переписывание) осуществляется в хромосомах на молекулах ДНК по принципу матричного синтеза. При участие фермента РНК - полимеразы на соответствующих участках молекулы ДНК (генах) синтезируются все виды РНК. В цитоплазму перемещаются и РНК и т РНК и встраиваются р РНК.
Рис. 1. Схема синтеза белка
Трансляция - (передача наследственной информации). Рибосома наступает на один из концов и РНК и начинает перемещаться прерывисто по и РНК, триплет за триплетом, где наращивается полипептидная цепочка, одна за другой соединяются аминокислоты, поднесенные т РНК. Каждой аминокислоте соответствует свой фермент, присоединяющий ее к т РНК
Рис. 2. Графическое изображение трансляции
Свойства генетического кода:
1) Триплетность: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов.
2) Универсальность: генетический код одинаков, одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов.
3) Вырожденность: (избыточность) одну аминокислоту могут кодировать несколько (до шести) кодонов.
4) Однозначность: кодовый триплет, кодон соответствует одной аминокислоте.
5) Неперекрываемость: Последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов.
Тест
Нуклеиновые кислоты ДНК, РНК - сходство и отличие.
1. Нуклеотид состоит из:
а) глицерина и высших карбоновых кислот
б) азотистых оснований
в) сахара, фосфатной группы и циклического азотосодержащего соединения.
г) сахаро-фосфатного остова.
2. Транскрипцией называется:
а) синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы.
Б) синтез полипептида с использованием и РНК в качестве матрицы
В) удвоение ДНК.
3. Трансляция - это процесс:
а) Синтеза полипептида с использованием и РНК в качестве матрицы.
Б) Расщепление белка на аминокислоты.
В) Синтез рибосомной РНК.
4. По участку Ц-Т-Г-А молекулы ДНК синтезирован
а) Г-А-Ц-Т
б) Ц-А-Ц-Т
в) Г-А-Ц-У
г) Г-Г-Ц-Т
5. Генетическим годом называется:
а) соответствие между последовательностью нуклеотидов в ДНК или и РНК и последовательностью аминокислот в молекуле белка.
б) Нуклеотидное строение ДНК
в) Последовательность аминокислот в молекуле белка.
6. Синтез рибосомной РНК осуществляется:
а) в ядре
в) в цитоплазме
в) на мембранах эндоплазматической сети.
7. образование всех видов РНК связано с одной из структур ядра:
а) ядерной оболочкой
б) ядерным матриком
в) хромосомами
г) ядрышком.
8. Самыми длинными молекулами в клетках являются молекулы:
а) целлюлозы
б) крахмала
в) ДНК
г) белков.
9. Одна аминокислота кодируется:
1) четырьмя нуклеотидами
2) двумя нуклеотидами
3) одним нуклеотидом
4) тремя нуклеотидами.
10. В соответствии с принципом комплементарности аденин в молекуле ДНК образует пару с:
1) тиамином
2) гуанином
3) цитозином
4) урацилом.