Нуклеиновые кислоты
- 9-11-2021, 20:06
- 373
9 Клас , Биология 9 класс Соболь (новая программа)
§ 9. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Основные понятия и ключевые термины: НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. Нуклеотиды.
Вспомните! Что такое биополимеры и мономеры?
Знакомьтесь!
25 апреля 1953 г. считается днём рождения молекулярной биологии, поскольку в этот день в журнале Nature была опубликована статья Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика с описанием созданной модели пространственной структуры ДНК. Одно из величайших открытий человечества было сделано так, что невозможно определить, какой науке это открытие принадлежит, - так тесно переплелись в нём химия, физика и биология.
СОДЕРЖАНИЕ
Каковы особенности нуклеиновых кислот?
В живом организме есть химические соединения, предназначенные для сохранения наследственной информации. Это дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Они не только сохраняют информацию внутри организма, но и передают её следующему поколению. В клетках организма есть и соединения, которые эту информацию реализуют в определённые белки. Это рибонуклеиновые кислоты (РНК).
Нуклеиновые кислоты были открыты швейцарским химиком Ф. Мишером в составе ядер лейкоцитов в 1869 г., откуда и происходит их название (от лат. nucleus - ядро). Это наиболее высокомолекулярные вещества в клетке, их масса достигает нескольких миллионов. Позже химики установили, что нуклеиновые кислоты имеют вид неразветвлённой цепи, образованной из нуклеотидов.
Ил. 17. Структурная формула нуклеотида
Нуклеотиды - органические соединения, молекулы которых состоят из азотистого основания, моносахарида и остатков ортофосфатной кислоты (ил. 17). В состав молекул нуклеотидов входят: 1) азотистое (азотсодержащее) основание (А - аденин, Г - гуанин, Т - тимин, Ц - цитозин или У - урацил); 2) остаток пентозы (Р - рибоза или Д - дезоксирибоза) и ортофосфатная кислота. Нуклеотиды хорошо растворимы в воде, проявляют свойства кислот, так как содержат ортофосфатную кислоту, а благодаря азотсодержащим основаниям - основные свойства. И именно эти свойства, соотношение и последовательность расположения нуклеотидов, пространственная структура молекул определяют свойства и функции нуклеиновых кислот. Организмы разных видов отличаются между собой, так как молекулы ДНК их клеток имеют разную последовательность нуклеотидов, и соответственно, содержат разную наследственную информацию.
Итак, НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - сложные высокомолекулярные биополимеры, образованные из нуклеотидов, которые во всех живых организмах выполняют роль хранения, передачи и реализации наследственной информации.
Каковы особенности ДНК?
Каким образом длинная неразветвлённая цепь ДНК кодирует всю наследственную информацию организма? Как эта информация передаётся от одного поколения следующему? А как эти длинные цепи расположены в микроскопическом ядре? Ответ на эти и другие подобные вопросы содержит пространственная структура ДНК. Согласно модели, созданной Дж. Уотсоном и Ф. Криком, молекула ДНК состоит из двух цепей и свёрнута в спираль, которая характеризуется такими параметрами. Спираль является правозакрученной, расстояние между нуклеотидами (или длина нуклеотида) составляет 0,34 нм, шаг спирали - 3,4 нм и содержит 10 пар нуклеотидов, диаметр спирали (2 нм) одинаков по всей длине (ил. 18).
Ил. 18. Строение и размеры молекулы ДНК
Спираль молекулы ДНК состоит из дезоксирибонуклеотидов, в образовании которых принимают участие: азотистые основания аденин, тимин, гуанин и цитозин, моносахарид дезоксирибозы и остатки ортофосфатной кислоты. Мономеры ДНК делятся на 4 типа: адениловые, тимидиловые, гуаниловые и цитидиловые. Нуклеотиды в одной цепи соединены прочными ковалентными (фосфодиэстерными) связями, а нуклеотиды из разных цепей в молекулах ДНК соединяются между собой посредством водородных связей на основе принципа комплементарности (А = Т, Г = Ц) (ил. 19). Благодаря этому цепи ДНК могут служить матрицей для образования новых цепей. Процесс самоудвоения ДНК, который обеспечивает точное копирование наследственной информации и передачу её из поколения в поколение, называется репликацией (от англ. replication - копирование) (ил. 20). Механизм репликации происходит с высокой точностью, но иногда случаются ошибки. Молекулы ДНК способны к исправлению нарушений. Репарация (от англ. DNA repair - «ремонт» ДНК) - совокупность процессов, с помощью которых исправляются повреждения молекул. Ещё одним свойством ДНК является способность к денатурации (потере молекулой ДНК спиральной структуры вследствие разрыва водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями) и ренатурации (восстановлению двуспиральной структуры благодаря установлению водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями).
Ил. 19. Строение и связи в молекуле ДНК (между адениловыми и тимидиловыми нуклеотидами образуются две водородные связи, а между гуаниловыми и цитидиловыми - три водородные связи)
Ил. 20. Репликация ДНК
Итак, ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА (ДНК) - нуклеиновая кислота, в которой мономерами являются дезоксирибонуклеотиды; структура - двойная спираль; основные свойства - репликация, репарация, денатурация и ренатурация.
Чем и почему РНК отличается от ДНК?
Наследственная информация хранится в ДНК. Роль посредников в передаче этой информации от ДНК к рибосомам для её реализации выполняют РНК. «Взаимоотношения» ДНК, РНК и белков в молекулярной биологии представляют в виде схемы: ДНК —> РНК —> белок.
Для синтеза белка информация с определённых участков ДНК, называемых генами, переписывается на РНК. Эти нуклеиновые кислоты отличаются от ДНК как по химическому составу, так и по функциям. РНК состоит из рибонуклеотидов, в образовании которых участвуют азотистые основания аденин, гуанин, цитозин и урацил, моносахарид рибоза и остатки ортофосфатной кислоты. Выделяют 4 типа рибонуклеотидов (адениловые, уридиловые, гуаниловые и цитидиловые), которые объединяются в одинарную цепь с помощью ковалентных связей.
Таким образом, молекулы РНК отличаются от ДНК рядом признаков: а) углеводом РНК является рибоза; б) РНК не содержит тимина, его место занимает урацил; в) РНК является одноцепочечной молекулой. Кроме того, РНК всегда имеют меньшие длину и молекулярную массу, поскольку являются копиями отдельных участков ДНК (ил. 21).
Ил. 21. Особенности строения и структуры РНК и ДНК
На ДНК синтезируются несколько видов РНК: 1) информационные (иРНК); 2) транспортные (тРНК); 3) рибосомные (рРНК). Информационные РНК переписывают и переносят информацию о первичной структуре определённого белка к рибосомам. Транспортные РНК присоединяют и транспортируют к рибосомам аминокислоты, из которых этот белок образуется. Рибосомные РНК образуют сами рибосомы.
Итак, РИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - это биополимерные молекулы, которые построены из рибонуклеотидов и обеспечивают реализацию наследственной информации в виде молекул белков.
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Задание на сопоставление
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДНК И РНК
С помощью таблицы сравните ДНК и РНК в рабочей тетради и сформулируйте вывод о причинах различий.
Практическая работа № 1(Б)
Решение элементарных упражнений по структуре нуклеиновых кислот
Цель: формировать умение решения элементарных упражнений по молекулярной биологии.
Для решения задач этого типа нужно помнить, что длина нуклеотида равна 0,34 нм; молекулярная масса нуклеотида - 345 а. е. м.
Правило Чаргаффа (1950): количество адениловых нуклеотидов в молекуле ДНК равно числу тимидиловых (А = Т), а гуаниловых - числу цитидиловых (Г = Ц).
Упражнение 1. В фрагменте одной цепи молекулы ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: ТТГ АГЦ АЦГ ГТА ААТ ЦГА. Постройте схему двухцепочечной ДНК. Определите длину и массу этого фрагмента.
Упражнение 2. Фрагмент молекулы РНК состоит из 37 нуклеотидов. Какова его длина?
Упражнение 3. Какова длина молекулы фрагмента ДНК, состоящего из 270 нуклеотидов?
Упражнение 4. Фрагмент молекулы ДНК содержит 560 тимидиловых нуклеотидов (28 % общего количества). Определите количество в данном фрагменте адениловых, гуаниловых и цитидиловых нуклеотидов.
ОТНОШЕНИЕ
Метод рентгеноструктурного анализа помог Д. Уотсону и Ф. Крику получить в 1962 г. Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие пространственной структуры ДНК. В этом же году Дж. Кендрю и М. Перутц получили Нобелевскую премию по химии за определение трёхмерной структуры белков, выполненное также методом рентгеноструктурного анализа. В чём же сущность этого метода? Каково научное значение открытия пространственной структуры ДНК?
РЕЗУЛЬТАТ
Коментарі (0)