ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Химическое строение нуклеиновых кислот: нукдеиновая кислота представляет собой гигантскую полимерную

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Нукдеиновая кислота представляет собой гигантскую полимерную молекулу, построенную из многочисленных повторяющихся мономерных звеньев, называемых нуклеотидами. Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты (рис. IV.2).

Азотистые основания представляют собой производные одного из двух классов соединений — пуринового или пиримидинового ряда (рис. IV.З). В нуклеиновых кислотах присутствуют два производных пурина — аденин (обозначаемый А) и гуанин (Г) и три производных пиримидина — цитозин (Ц), тимин (Т) и урацил (У).

В состав ДНК входят аденин, гуанин, цитозин и тимин. В структуре РНК тимин заменен другим пиримидином — урацилом.

Сахар, входящий в состав нуклеотида, содержит пять углеродных атомов, т.е. представляет собой пентозу, которая может присутствовать в одной из двух форм: рибозы и дезоксирибозы (рис. IV.4). Различие между ними состоит в том, что атом водорода при втором атоме углерода дезоксирибозы в рибозе замешен гидроксильной группой (—ОН). Сахар присоединяется к одному из оснований с помощью гликозидной связи, соединяющей 1-й углеродный атом пентозы с 1-м атомом азота производных пиримидина или с 9-м атомом азота производных пурина. В зависимости от формы пентозы различают два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновую кислоту (РНК). Нуклеиновые кислоты являются кислотами потому, что в их молекулу входит остаток фосфорной кислоты (-НРО3). В результате взаимодействия молекулы фосфорной кислоты с 3'-гидро-ксильной группой предшествующего ну- клеотида и 5'-гидроксилъной группой последующего образуется основная цепь нуклеиновой кислоты (фосфат—сахар—фосфат—сахар и т.д.), к которой присоединяются разные азотистые основания (рис. IV.5). Порядок следования оснований вдоль цепи носит название первичной структуры нуклеиновой кислоты. Последовательность оснований определяется в направлении от 5'- к З'-углеродному атому пентозы. Строение ДНК Пространственная конфигурация молекул ДНК была установлена в 1953 г. Это открытие было удостоено высшей научной награды — Нобелевской премии.

Согласно модели, предложенной Дж.Уотсоном и Ф. Криком, молекула ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотиднъте цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную правостороннюю спираль.

Диаметр двойной спирали равен 20 нм с шагом около 3,4 нм, на каждый виток приходится 10 пар нуклеотидов, поскольку расстояние между соседними парами составляет 0,34 нм (рис. IV.6). Направление цепей взаимно противоположно.

На 5'-конце цепи ДНК всегда расположен свободный фосфат у 5'-атома углерода; на противоположном 3'-конце — свободная ОН-группа у З'-атома углерода.

Сахарно-фосфатный остов располагается по периферии спирали, а азотистые основания находятся внутри ее. Между основаниями образуются специфические водородные связи (рис. IV.7).

В 50-е годы было установлено, что в ДНК, выделенной из клеток различных организмов, молярная сумма пуриновых оснований (аденин + гуанин) всегда равна сумме пиримидиновьгх (цитозин + тимин). аденина равно содержанию тимина, а содержание гуанина — количеству цитозина (правило Э.Чаргаффа).

Водородные связи возникают между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи в результате избирательного спаривания оснований. Аденин всегда образует водородные связи с тимином (А-Т), а гуанин с цитозином (Г-Ц). Правило образования двунитевой структуры ДНК (А-Т, Г-Ц) называется правилом комплементарности (лат. complementum — дополнение). Образование водородных связей между комплементарными парами обусловлено их пространственным соответствием (рис. IV.8). Это приводит к тому, что нуклеотидные последовательности двух антилараллельных цепей ДНК всегда строго комплементарны друг к другу, а порядок чередования нуклеотидов в обеих цепях ДНК оказывается взаимообусловленным. Именно комплементарностью определяется точное воспроизведение последовательности оснований при копировании (репликации) молекул ДНК. Водородные связи между парами комплементарных нуклеотидов (две для пары А-Т и три для пары Г-Ц) относительно непрочные. Поэтому комплементарные нити молекулы ДНК могут разделяться и соединяться вновь при изменении некоторых условий (например, изменении температуры или концентрации солей). Разделение двухцепочечной ДНК называется денатурацией, а обратный процесс – образование двухцепочечной структуры ДНК – гибридизацией Очевидно, что в реакцию гибридизации могут вступать только комплементарные друг другу нуклеотидные последовательности одноцепочечных молекул. Цепь, содержащая информацию о строении белка (в направлении 5'-3'), называется смысловой цепью, а комплементарная – антисмысловой. Антисмысловая цепь имеет большое значение при стабилизации структуры двойной спирали ДНК и участвует в процессах репликации и репарации (восстановления) поврежденных участков ДНК. Молекулы ДНК являются гигантскими полимерами. Единицами измерения длины молекулы приняты: пары нуклеотидов (п.н.), тысячи пар нуклеотидов – килобазы (кб), миллионы пар оснований – мегабазы (мб). У человека гаплоидный набор содержит 3,2х109 пар нуклеотидов, или 3,2 миллиарда пар оснований. Почти вся ДНК клетки содержится в ядре в виде 46 плотно упакованных, суперскрученных за счет взаимодействий с ядерными белками, структурах – хромосомах. Сравнительно небольшая часть ДНК (около 5%) локализована в митохондриях. Строение и функции РНК Молекулы РНК в отличие от ДНК являются однонитевыми структурами. Схема построения РНК аналогична ДНК: основу образует сахарно-фосфатный остов, к которому присоединяются азотистые основания. Различия химического строения, как было сказано выше, заключаются в следующем: дезоксирибоза, присутствующая в ДНК, заменена на молекулу рибозы, а тимин представлен другим пиримидином — урацилом. Молекулы РНК в зависимости от выполняемых функций подразделяются на три основных вида: информационные, или матричные (мРНК), транспортные (тРНК) и рибосомальные (рРНК). В ядре клеток эукариот содержится РНК четвертого вида — гетерогенная ядерная РНК (гяРНК), которая является точной копией соответствующей ДНК (рис. IV.9). Функции, выполняемые РНК, состоят в следующем: мРНК переносят информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам, (т.е. являются матрицей для синтеза белка; тРНК переносят аминокислоты к рибосомам, специфичность такого переноса обеспечивается тем, что имеется 20 типов тРНК, соответствующих 20 аминокислотам; рРНК образуют в комплексе с белками рибосому, в которой происходит синтез белка; гяРНК является точным трансскриптом ДНК, которая, подвергаясь специфическим изменениям, превращается (созревает) в зрелую мРНК.

Молекулы РНК значительно меньше молекул ДНК. Самой короткой является тРНК, состоящая из 75 нуклеотидов.

Источник: https://med-books.info/gennyie-bolezni-nasledstvennyie/himicheskoe-stroenie-nukleinovyih.html

Строение, свойства и функции нуклеиновых кислот

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Нуклеиновые кислоты – фосфосодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие сохранение и передачу наследственной информации.

Макромолекулы нуклеиновых кислот открыл в 1869 г. Швейцарский химик Ф. Мишер в ядрах лейкоцитов, обнаруженных в навозе. Позже нуклеиновые кислоты выявили во всех клетках растений и животных, грибов, в бактериях и вирусах.

Замечание 1

Существует два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК).

Как видно из названий, молекула ДНК содержит пентозный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.

Сейчас известно большое количество разновидностей ДНК и РНК, которые отличаются друг от друга строением и значением в метаболизме.

Пример 1

В бактериальной клетке кишечной палочки содержится около 1000 разновидностей нуклеиновых кислот, а у животных и растений – ещё больше.

Каждому виду организмов характерен свой собственный набор этих кислот.ДНК локализируется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (% всей ДНК клетки), а также в хлоропластах и митохондриях. РНК содержится в цитоплазме, ядрышках, рибосомах, митохондриях, пластидах.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Состоит молекула ДНК из двух полинуклеотидных цепей, спирально закрученных относительно друг друга. Цепы расположены антипараллельно, то есть 3́-конец и 5́-конец.

Структурными компонентами (мономерами) каждой такой цепи являются нуклеотиды. В молекулах нуклеиновых кислот количество нуклеотидов различно – от 80 в молекулах транспортных РНК до нескольких десятков тысяч в ДНК.

Любой нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований (аденин, тимин, цитозин и гуанин), дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты.

Замечание 2

Нуклеотиды отличаются лишь азотистыми основаниями, между которыми существуют родственные связи. Тимин, цитозин и урацил относятся к пиримидиновым, а аденин и гуанин – к пуриновым основаниям.

Соседние нуклеотиды в полинуклеотидной цепи связаны ковалентными связями, образующимися между дезоксирибозой молекулы ДНК (или рибозой РНК) одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.

Замечание 3

Хотя в молекуле ДНК только четыре типа нуклеотидов, но благодаря изменению последовательности их расположения в длинной цепи молекулы ДНК достигают огромного разнообразия.

Две полинуклеотидные цепи объединяются в единую молекулу ДНК с помощью водородных связей, которые образуются между азотистыми основаниями нуклеотидов разных цепей.

При этом аденин (А) способен соединяться только с тимином (Т), а гуанин (Г) – только с цитозином (Ц).

В результате у различных организмов количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых, а количество гуаниловых – количеству цитидиловых. Такая закономерность называется «правило Чаргаффа».

Таким образом определяется последовательность нуклеотидов в одной цепи согласно их последовательность в другой.

Такая способность нуклеотидов к выборочному соединению называется комплементарностью, и это свойство обеспечивает образование новых молекул ДНК на основании исходной молекулы (репликация).

Замечание 4

Двойная спираль стабилизируется многочисленными водородными связями (две образуются между А и Т, три – между Г и Ц) и гидрофобными взаимодействиями.

Диаметр ДНК составляет 2 нм, шаг спирали – 3,4 нм, а в каждом витке содержится 10 пар нуклеотидов.

Длина молекулы нуклеиновых кислот достигает сотни тысяч нанометров. Это значительно превышает наибольшую макромолекулу белка, длина которой в развёрнутом виде не больше 100 – 200 нм.

Самоудвоение молекулы ДНК

Каждому клеточному делению при условии абсолютно чёткого соблюдения нуклеотидной последовательности предшествует репликация молекулы ДНК.

Начинается она с того, что временно раскручивается двойная спираль ДНК. Это происходит под действием ферментов ДНК-топоизомеразы и ДНК-геликазы. ДНК-полимераза и ДНК-праймаза катализируют полимеризацию нуклеозидтрифосфатов и образование новой цепи.

Точность репликации обеспечивается комплементарным (А – Т, Г – Ц) взаимодействием азотистых оснований матричной цепи, которая строится.

Замечание 5

Каждая полинуклеотидная цепь является матрицей для новой комплементарной цепи. В результате образуются две молекулы ДНК, одна половина каждой из которых происходит от материнской молекулы, а другая является заново синтезированной.

Причём синтезируются новые цепи сначала в виде коротких фрагментов, а потом специальным ферментом эти фрагменты «сшиваются» в длинные цепи.

Две образовавшиеся новые молекулы ДНК являются точной копией исходной молекулы благодаря репликации.

Этот процесс является основой для передачи наследственной информации, которая осуществляющейся на клеточном и организменном уровнях.

Замечание 6

Важнейшая особенность репликации ДНК – её высокая точность, которую обеспечивает специальный комплекс белков – «репликационная машина».

Функции «репликационной машины»:

  • продуцирует углеводы, образующие комплементарную пару с нуклеотидами материнской матричной цепи;
  • выступает катализатором при образовании ковалентной связи между концом растущей цепи и каждым новым нуклеотидом;
  • корректирует цепь, удаляя нуклеотиды, которые неправильно включились.

Число ошибок «репликационной машины» составляет очень малую величину, менее одной ошибки на 1 млрд. нуклеотидов.

Однако бывают случаи, когда «репликационная машина» может пропустить или вставить несколько лишних оснований, включить Ц вместо Т или А вместо Г.

Каждая такая замена последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК является генетической ошибкой и называется мутацией.

Во всех последующих поколениях клеток такие ошибки будут снова воспроизводиться, что может привести к заметным негативным последствиям.

Типы РНК и их функции

РНК представляет из себя одну полинуклеотидную цепь (у некоторых вирусов две цепи).

Мономерами являются рибонуклеотиды.

Азотистые основания в нуклеотидах:

  • аденин (А);*
  • гуанин (Г);
  • цитозин (Ц);
  • урацил (У).*

Моносахарид – рибоза.

В клетке локализируется в ядре (ядрышке), митохондриях, хлоропластах, рибосомах, цитоплазме.

Синтезируется путём матричного синтеза по принципу комплементарности на одной из цепей ДНК, не способна к репликации (самоудвоению), лабильна.

Существуют различные типы РНК, которые отличаются по величине молекул, структуре, расположением в клетке и функциям.

Низкомолекулярные транспортные РНК (тРНК) составляют около 10% общего количества клеточной РНК.

В процессе передачи генетической информации каждая тРНК может присоединить и перенести лишь определённую аминокислоту (например, лизин) к рибосомам – месту синтеза белка. Но для каждой аминокислоты есть более одной тРНК. Потому существует намного больше 20 различных тРНК, которые отличаются по своей первичной структуре (имеют различную последовательность нуклеотидов).

Рибосомальные РНК (рРНК) составляют до 85% всех РНК клетки. Входя в состав рибосом они выполняют тем самым структурную функцию. Также рРНК берут участие в формировании активного центра рибосомы, где в процессе биосинтеза белка образуются пептидные связи между молекулами аминокислот.

С участием информационных, или матричных, РНК (иРНК) программируется синтез белков в клетке.

Хотя их содержание в клетке относительно низкое – около 5% – от общей массы всех РНК клетки, по своему значению иРНК стоят на первом месте, поскольку они непосредственно осуществляют передачу кода ДНК для синтеза белков. При этом каждый белок клетки кодирует специфическая иРНК.

Объясняется это тем, что РНК во время своего синтеза получают информацию от ДНК о структуре белка в виде скопированной последовательности нуклеотидов и для обработки и реализации переносят её к рибосоме.

Замечание 7

Значение всех типов РНК состоит в том, что они являются функционально объединённой системой, направленной на осуществление в клетке синтеза специфических для неё белков.

Химическое строение и роль АТФ в энергетическом обмене

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) содержится в каждой клетке – в гиалоплазме (растворимой фракции цитоплазмы), митохондриях, хлоропластах и ядре.

Она обеспечивает энергией большинство реакций, происходящих в клетке. С помощью АТФ клетка способна двигаться, синтезировать новые молекулы белков, жиров и углеводов, избавляться от продуктов распада, осуществлять активный транспорт и т.п.

Молекула АТФ образована азотистым основанием, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ между собой соединены высокоэнергетическими (макроэргическими) связями.

В результате гидролитического отщепления конечной фосфатной группы образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и освобождается энергия.

После отщепления второй фосфатной группы образуется аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) и высвобождается ещё одна порция энергии.

АТФ образуется из АДФ и неорганического фосфата за счёт энергии, которая освобождается во время окисления органических веществ и в процессе фотосинтеза. Называется этот процесс называется фосфориллированием. При этом должно быть использовано не менее 40 кДж/моль АТФ, аккумулированной в её макроэргических связях.

Значит, основное значение процессов дыхания и фотосинтеза состоит в том, что они поставляют энергию для синтеза АТФ, при участии которой в клетке происходит значительное количество различных процессов.

АТФ чрезвычайно быстро восстанавливается.ПримерУ человека каждая молекула АТФ расщепляется и снова возобновляется 2400 раз на сутки, потому средняя длительность её жизни менее 1 мин.

Синтез АТФ осуществляется главным образом в митохондриях и хлоропластах. АТФ, которая образовалась, по каналах эндоплазматического ретикуллюма поступает в те участки клетки, где необходима энергия.

Любые виды клеточной активности происходят за счёт энергии, которая освобождается во время гидролиза АТФ. Оставшаяся энергия (около 50%), которая освобождается во время расщепления молекул белков, жиров, углеводов и других органических соединений, рассеивается в виде тепла рассеивается и практически существенного значения для жизнедеятельности клетки не имеет.

Источник: https://spravochnick.ru/biologiya/himiya_zhizni/stroenie_svoystva_i_funkcii_nukleinovyh_kislot/

Нуклеиновые кислоты

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

3.1. Химическое строение и функции азотистых оснований, нуклеозидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты играют основную роль в передаче генетической информации и управлении процессами биосинтеза белка в организме.

Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные соединения с молекулярной массой от 20 тысяч до миллиардов дальтон, полимерные цепи которых построены из мономерных звеньев – нуклеотидов.

В состав нуклеотидов (рис.

30) входят: сахар (рибоза или дезоксирибоза), остаток фосфорной кислоты (фосфат) и азотсодержащие гетероциклические основания – пурины (гуанин и аденин) и пиримидины (цитозин, тимин, урацил):

Рис. 30. Составные части нуклеотидов

Сахара вместе с азотистым основанием образуют нуклеозиды, которые называются соответственно аденозин, гуанозин, тимидин, цитидин, уридин (рис. 31):

Рис. 31. Строение нуклеозидов

Если к нуклеозидам присоединены один, два или три фосфорных остатка, то вся эта структура называется соответственно нуклеозидмонофосфатом, -дифосфатом или -трифосфатом, или нуклеотидом (рис. 32):

Рис. 32. Строение нуклеотидов: аденозинмонофосфат, -дифосфат и -трифосфат

ДНК является полимером дезоксирибонуклеотидов, РНК – полимером рибонуклеотидов. Эти приставки указывают на структуру сахара, входящего в состав нуклеиновой кислоты (рис. 33):

Рис. 33. Нуклеотиды

Номенклатура нуклеозидов является основой для названия соответствующих нуклеотидов, в свою очередь нуклеозиды именуются по названиям входящих в их состав гетероциклических оснований. Буквенное обозначение нуклеотидов в полинуклеотидной цепи соответствуют обозначению входящего в его состав гетероциклического основания (табл. 9).

Таблица 9. Составные части ДНК и РНК

КомпонентыДНКРНК
Сахар2’-дезоксирибозаРибоза
Гетероциклические основанияпуриновыеАденин (А) Гуанин (Г, G)Аденин (А) Гуанин (Г, G)
пиримидиновыеЦитозин (Ц, C) Тимин (Т)Цитозин (Ц, C) Урацил (У, U)

Отличия в первичной структуре ДНК и РНК рассмотрены выше. Каждая цепь нуклеиновой кислоты построена из звеньев четырех сортов нуклеотидов, причем последовательность звеньев в цепи может быть совершенно произвольной.

3.2. Комплементарность азотистых оснований

Азотистые основания нуклеотидов способны формировать парные комплексы гуанин – цитозин, аденин – тимин (в ДНК) или аденин – урацил (в РНК) при взаимодействии цепей нуклеиновых кислот (рис. 34):

Рис. 34. Комплементарность азотистых оснований

Принцип комплементарности – это строгое соответствие азотистых оснований в ДНК, в котором аденин соединяется с тимином двумя водородными связями (А = Т), а гуанин соединяется с цитозином тремя водородными связями (Г = Ц).

Такое взаимодействие играет ключевую роль в ряде фундаментальных процессов хранения и передачи генетической информации: репликации ДНК, обеспечивающей передачу генетической информации при делении клетки, транскрипции ДНК в РНК при биосинтезе белков, хранении генетической информации в двухцепочечной ДНК и процессах репарации ДНК при ее повреждении.

Нуклеотидный состав ДНК подчиняется правилам Э. Чар- гаффа:

1. Количество аденина (А) равно количеству тимина (Т), а количество гуанина (Г) – количеству цитозина (Ц):

А = Т, Г = Ц

2. Количество пуринов равно количеству пиримидинов:

А + Г = Т + Ц

Нуклеотидный состав РНК подобным правилам не подчиняется.

3.3. ДНК: особенности строения и структурной организации

Молекула ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих правовинтовую, регулярную (витки имеют практически одинаковые размеры) двойную спираль. Обратите внимание на направленность в молекулах нуклеиновых кислот: молекула имеет 5'- и 3-концы в соответствии с нумерацией атомов в молекуле рибозы (рис. 35).

Рис. 35. Схема строения одинарной цепи ДНК (стрелкой показано направление, в котором происходит биосинтез цепи ДНК)

Принципы построения молекулы ДНК:

1. Нерегулярность. Существует регулярный сахарофосфатный остов. К каждому остатку сахара присоединены азотистые основания. Их чередование нерегулярно.

2. Антипараллельность. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, ориентированных антипараллельно: 3'-конец одной расположен напротив 5'-конца другой.

3. Комплементарность (дополнительность). Напротив, каждого азотистого основания одной цепи находится строго определенное азотистое основание другой цепи, причем одно из них пурин, другое – пиримидин.

4. Наличие регулярной вторичной структуры. Вторичная структура ДНК представляет собой двуспиральную молекулу, полинуклеотидные цепи которой антипараллельны и связаны между собой водородными связями между комплементарными основаниями. Один виток спирали равен 3,4 нм и содержит 10 пар нуклеотидов.

Две комплементарные антипараллельно расположенные полинуклеотидные цепи образуют правые спирали с общей осью (рис. 36).

Рис. 36. Схема вторичной структуры ДНК

Модель структуры ДНК, предложенная в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф.

Криком, объяснила кодирование генетической информации, мутационную изменчивость и воспроизведение генов, которые представляют собой участки молекулы ДНК.

Комплементарность цепей и последовательность нуклеотидов – химическая основа функций нуклеиновых кислот: хранение, воспроизведение, передача наследственной информации и биосинтеза белка.

В средней эукариотической клетке общая протяженность геномной ДНК составляет около 2 м, диаметр ее ядра всего ~10-20 мкм. Сегодня известно, что упаковка ДНК (рис. 37) в ядре эукариотической клетки осуществляется в несколько этапов.

Сначала двойная спираль ДНК (а) укладывается в нуклеосомы (б), затем нуклеосомная нить складывается в так называемую фибриллу (в), соленоид или зигзагообразную нить (г), что обеспечивает дополнительную компактизацию.

Последний фрагмент рисунка – хромосома (д):

Рис. 37. Пространственная упаковка ДНК: а – д (см. пояснения в тексте)

Далее фибрилла организуется в большие (50 и более тысяч пар нуклеотидов) петли, концы которых закрепляются на белковом скелете ядра.

Таким образом, происходит упаковка ДНК одной хромосомы, однако геном эукариотической клетки разделен на несколько хромосом.

Например, в клетках плодовой мушки дрозофилы имеются четыре пары хромосом, в клетках человека – 46. Индивидуальные хромосомы можно увидеть под микроскопом только во время митоза.

3.4. РНК: виды и особенности строения

РНК клетки различаются составом, функциями, размером и локализацией. Все клеточные организмы используют для синтеза белков рибонуклеиновые кислоты (РНК).

Выделяют три вида РНК: матричную (информационную) РНК – мРНК (иРНК), транспортную РНК – тРНК, рибосомную РНК – рРНК.

Все виды РНК представляют собой неразветвленные одноцепочечные полинуклеотиды, которые несут специфическую пространственную конформацию. Информация о строении всех видов РНК хранится в ДНК.

Наиболее хорошо изученными являются транспортные РНК (тРНК), которые содержат обычно от 76 до 85 нуклеотидов и имеют молекулярную массу от 25000 до 30000 D. На долю тРНК приходится около 10 % от общего содержания РНК в клетке.

Отвечает тРНК за транспорт аминокислот к месту синтеза белка – к рибосомам. В клетке встречается около 30 различных тРНК.

Каждая тРНК имеет характерную только для нее последовательность нуклеотидов, но все тРНК имеют общую вторичную и третичную пространственные структуры.

Рибосомная РНК (рРНК) содержит от 3000 до 5000 нуклеотидов. На долю рРНК приходится 80-85 % от общего содержания РНК в клетке. В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы – органеллы, осуществляющие синтез белка.

Информационные (матричные) РНК разнообразны по содержанию нуклеотидов и молекулярной массе (до 30000 нуклеотидов). На их долю приходится до 5 % от общего содержания РНК в клетке.

Функции мРНК заключаются в переносе генетической информации от ДНК, которая находится в ядре, к рибосомам, находящимся в цитоплазме. мРНК является матрицей для биосинтеза молекулы белка в клетке.

Более подробное знакомство с особенностями строения и функцией нуклеиновых кислот предстоит далее в Части 3 «Основы молекулярной биологии».

Вопросы и задания для самопроверки

1. Напишите формулы пуриновых оснований, которые входят в состав нуклеиновых кислот.

2. Напишите формулы пиримидиновых оснований, которые входят в состав нуклеиновых кислот.

3. Напишите формулы углеводов, которые входят в состав нуклеиновых кислот.

4. Напишите формулу остова молекулы ДНК.

5. Напишите формулу остова молекулы РНК.

6. Составьте формулы нуклеозидов, входящих в состав ДНК.

7. Составьте формулы нуклеозидов, входящих в состав РНК.

8. Составьте формулы нуклеотидов, которые отличаются в ДНК и РНК.

9. Напишите формулы комплементарных оснований аденина и тимина и укажите положение водородных связей между ними.

10. Напишите формулы комплементарных оснований гуанина и цитозина и укажите положение водородных связей между ними.

11. Сформулируйте правила комплементарности Чаргаффа.

12. Напишите фрагмент молекулы ДНК, состоящий из четырех нуклеотидов.

13. Какими связями удерживаются полинуклеотидные цепи в двухспиральной молекуле ДНК?

14. Объясните направленность молекулы нуклеиновой кислоты. Ответ иллюстрируйте схемой.

15. Перечислите основные принципы построения молекулы ДНК.

16. Опишите модель структуры ДНК, предложенную в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком.

17. Перечислите уровни упаковки ДНК в ядре эукариотической клетки.

18. Какие белки участвуют в формировании третичной структуры молекулы ДНК?

19. Какие РНК функционируют в клетке? Укажите их размеры и функции.

20. Перечислите отличия в первичной, вторичной и третичной структурах молекул ДНК и РНК.

Задания для самостоятельной работы

1. Напишите нуклеотидную последовательность, комплементарную заданной:

Варианты заданий
1(5') – ATG ААА ТТА CGT GCA CGA CGC TGA – (3')
2(5') – AUG UUA GCA UAU CGU GGG CCG UAG – (3')
3(5') – CGT ATT AAA ATG GCA TTT AAT TAA – (3')
4(5') – AAA GCG CUU UGA AUG UUU CGU GCA – (3')
5(5') – ATG CGT GCT GCA AAA TTT CTG TAT – (3')
6(5') -TAT CGT GGG CCG TAG ATG TTA GCA – (3')
7(5') – CGA AUU AAU UAA AAA CGU GCA UUU – (3')
8(5') – TTT CTG ATG CGT GCT TAT GCA AAA – (3')
9(5') – ATG AAA GCG CTT TGA TTT CGT GCA – (3')
10(5') – UCU CAG AUG CGC GCU UAU GCA AAA – (3')

2. К какому полинуклеотиду относится заданная последовательность – к ДНК или к РНК?

3. Сколько пиримидиновых и пуриновых оснований содержится в заданной и комплементарной последовательностях?

4. Составьте схему комплементарного взаимодействия между основаниями первого триплета заданной и комплементарной последовательностей.

Источник: https://lifelib.info/biochemistry/molecular/5.html

Урок №58 (часть 2). Нуклеиновые кислоты – ХиМуЛя.com

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Нуклеиновые кислоты — этоприродные высокомолекулярные соединения (полинуклеотиды), которые играютогромную роль в хранении и передаче наследственной информации в живыхорганизмах.

Молекулярная масса нуклеиновых кислотможет меняться от сотен тысяч до десятков миллиардов. Они были открыты ивыделены из клеточных ядер еще в XIX в., однако их биологическая роль былавыяснена только во второй половине XX в.

В составнуклеотида – структурного звена нуклеиновых кислот – входят три составныечасти:

1) азотистое основание – пиримидиновое илипуриновое

Пиримидиновыеоснования– производные пиримидина, входящие в состав нуклеиновых кислот: урацил,тимин, цитозин.

Для оснований, содержащих группу –ОН, характерно подвижное равновесиеструктурных изомеров, обусловленное переносом протона от кислорода к азоту инаоборот:

Пуриновыеоснования— производные пурина, входящие в состав нуклеиновых кислот: аденин, гуанин.

Гуанинсуществует в виде двух структурных изомеров:

2) моносахарид

Рибоза и 2-дезоксирибоза относятся к моносахаридам, содержащим пять углеродныхатомов. В состав нуклеиновых кислот они входят в циклических β-формах:

3) остаток фосфорной кислоты

ДНК иРНК 

Взависимости от того, какой моносахарид содержится в структурном звенеполинуклеотида – рибоза или 2-дезоксирибоза, различают

·        рибонуклеиновые кислоты (РНК) и

·        дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)

Вглавную (сахарофосфатную) цепь РНК входят остатки рибозы, а в ДНК – 2-дезоксирибозы.
Нуклеотидные звенья макромолекул ДНК могут содержать аденин, гуанин, цитозини тимин. Состав РНК отличается тем, что вместо тимина присутствуетурацил.

Молекулярнаямасса ДНК достигает десятков миллионов а.е.м. Это самые длинные из известныхмакромолекул. Значительно меньше молекулярная масса РНК (от нескольких сотен додесятков тысяч). ДНК содержатся в основном в ядрах клеток, РНК – в рибосомах ипротоплазме клеток.

Приописании строения нуклеиновых кислот учитывают различные уровни организациимакромолекул: первичную и вторичную структуру.

·        Первичная структура нуклеиновыхкислот – это нуклеотидный состав и определенная последовательность нуклеотидныхзвеньев в полимерной цепи.

Например:

Всокращённом однобуквенном обозначении эта структура записывается как 

…– А– Г – Ц –…

·        Подвторичной структурой нуклеиновых кислот понимают пространственноупорядоченные формы полинуклеотидных цепей.

Вторичнаяструктура ДНКпредставляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи,закрученные вокруг общей оси в двойную спираль.

Такаяпространственная структура удерживается множеством водородных связей,образуемых азотистыми основаниями, направленными внутрь спирали.

Водородныесвязи возникают между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновымоснованием другой цепи. Эти основания составляют комплементарные пары (от лат. complementum– дополнение).

Образованиеводородных связей между комплементарными парами оснований обусловлено их пространственнымсоответствием.

Пиримидиновоеоснование комплементарно пуриновому основанию:

Водородныесвязи между другими парами оснований не позволяют им разместиться в структуредвойной спирали. Таким образом,

·        ТИМИН(Т) комплементарен АДЕНИНУ (А),

·        ЦИТОЗИН(Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г).

Комплементарностьоснований определяет комплементарность цепей в молекулах ДНК.

Комплементарностьполинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – храненияи передачи наследственных признаков.

СпособностьДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию определяетсяследующими ее свойствами:

·        молекулыДНК способны к репликации (удвоению), т.е. могут обеспечить возможность синтезадругих молекул ДНК, идентичных исходным, поскольку последовательность основанийв одной из цепей двойной спирали контролирует их расположение в другой цепи.

·        молекулыДНК могут направлять совершенно точным и определенным образом синтез белков,специфичных для организмов данного вида.

Вторичнаяструктура РНК

Вотличие от ДНК, молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеютстрого определенной пространственной формы (вторичная структура РНК зависит отих биологических функций).

Основная роль РНК – непосредственное участие в биосинтезе белка.

Известнытри вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке, составу,размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль в образовании белковыхмакромолекул:

·        информационные(матричные) РНК передают закодированную в ДНК информацию о структуре белка отядра клетки к рибосомам, где и осуществляется синтез белка;

·        транспортныеРНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и переносят их в рибосому;молекулы РНК этого типа “узнают” по соответствующим участкам цепиинформационной РНК, какие аминокислоты должны участвовать в синтезе белка;

·        рибосомныеРНК обеспечивают синтез белка определенного строения, считывая информацию синформационной (матричной) РНК.

Источник: https://www.sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/10-klass---tretij-god-obucenia/urok-no58-cast-2-nukleinovye-kisloty

Books-med
Добавить комментарий