Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, Биология

Содержание:

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)

  1. ❖ Состав ДНК:
  2. ■ пятиуглеродный сахар дезокси-рибоза,
  3. ■ азотистые основания (аденин, гуанин, тимин, цитозин),
  4. ■ остаток фосфорной кислоты.

❖ Структура ДНК впервые расшифрована Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г.

Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, Биология

  • ■ 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.

  1. Этапы репликации ДНК:
  2. ■ постепенное разделение (с помощью специального фермента) комплементарных цепей ДНК в результате разрыва водородных связей между ними;
  3. ■ деспирализация разделившихся участков полинуклеотидных цепей ДНК (происходит при участии фермента ДНК-изомеразы);
  4. ■ комплементарный синтез новых (дочерних) полинуклеотидных цепей на каждой из старых цепей как на матрице; осуществляется с помощью фермента ДНК-полимеразы.
  5. Локализация ДНК в клетках:
  6. ■ в хромосомах клеточного ядра (около 99% всей ДНК клетки), в митохондриях и пластидах эукариотических клеток;
  7. ■ в прокариотических клетках погружена в цитоплазму.
  8. Функции ДНК: хранение, передача дочерним клеткам и воспроизведение генетической информации.
  9. ■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):

  1. ■ молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепочки;
  2. ■ нуклеотиды в каждой цепочке РНК связаны друг с другом ковалентными фосфодиэфирными связями;
  3. ■ кроме того, между соседними нуклеотидами цепочки могут образовываться водородные связи;
  4. * цепочки РНК значительно короче молекул ДНК, имеют меньшую молярную массу.
  5. Виды РНК:
  6. ■ информационная РНК (и-РНК),
  7. ■ транспортная РНК (т-РНК),
  8. ■ рибосомальная РНК (р-РНК).

Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, Биология

  • 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)

  1. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — органическое вещество, выполняющее роль аккумулятора энергии в клетке в виде макроэргических связей.
  2. ❖ Состав молекул АТФ:
  3. ■ пятиуглеродный сахар рибоза,
  4. • азотистое основание аденин,
  5. • три остатка молекул фосфорной кислоты.
  6. ❖ Энергетика химических связей:
  7. ■ 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;
  8. ■ аккумуляция энергии в вышеуказанных связях происходит в процессе синтеза АТФ за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ (окислительное фосфорилирование).
  9. ❖ Некоторые особенности АТФ:
  10. ■ АТФ синтезируется в гиалоплазме, митохондриях и хлоропла-стах (у растений в процессе фотосийтеза);
  11. ■ среднее время жизни молекулы АТФ в клетке — менее 1 мин.
  12. ❖ Значение АТФ: это — главный и универсальный источник энергии для всех процессов жизнедеятельности в клетке.

Нуклеиновая кислота – определение, функции и примеры

Нуклеиновая кислота – это цепь нуклеотидов, которая хранит генетическую информацию в биологических системах. Он создает ДНК и РНК, которые хранят информацию, необходимую клеткам для создания белков. Эта информация хранится в нескольких наборах из трех нуклеотидов, известных как кодоны.

Название происходит от того факта, что эти молекулы являются кислотами, то есть они хорошо переносят протоны и принимают электронные пары в химических реакциях, и тем фактом, что они были впервые обнаружены в ядрах наших клеток.

Как правило, нуклеиновая кислота большая молекула состоит из строки или «полимера» из единиц, называемых «нуклеотиды «. Вся жизнь на Земле использует нуклеиновые кислоты в качестве среды для записи наследственной информации, то есть нуклеиновые кислоты – это жесткие диски, содержащие необходимый план или «исходный код» для создания клеток.

В течение многих лет ученые задавались вопросом, как живые существа «знают», как производить все сложные материалы, которые им необходимы для роста и выживания, и как они передают свои черты потомству.

Ученые в конце концов нашли ответ в виде ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота – молекула, расположенная в ядре клеток, которая передается от родительских клеток к «дочерним» клеткам.

Читайте также:  Экологические группы млекопитающих

Когда ДНК была повреждена или передана неправильно, ученые обнаружили, что клетки не работают должным образом. Повреждение ДНК может привести к неправильному развитию клеток и организмов или к настолько сильному повреждению, что они просто погибнут.

Более поздние эксперименты показали, что другой тип нуклеиновой кислоты – РНК или рибонуклеиновая кислота – действовал какпосыльный », Которые могут нести копии инструкций, найденных в ДНК. Рибонуклеиновая кислота также использовалась для передачи инструкций от поколения к поколению некоторыми вирусами.

Безусловно, наиболее важной функцией нуклеиновых кислот для живых организмов является их роль носителя информации.

Поскольку нуклеиновые кислоты могут быть созданы с четырьмя «основаниями» и поскольку «правила спаривания оснований» позволяют «копировать» информацию, используя одну цепь нуклеиновых кислот в качестве шаблона для создания другой, эти молекулы способны как содержать, так и копировать информацию.

Чтобы понять этот процесс, может быть полезно сравнить код ДНК с двоичным кодом, используемым компьютерами. Два кода очень разные по своей специфике, но принцип один и тот же. Так же, как ваш компьютер может создавать целые виртуальные реальности, просто считывая строки 1 и 0, клетки могут создавать целые живые организмы, считывая строки из четырех пар оснований ДНК.

Как вы можете себе представить, без бинарного кода у вас не было бы компьютера и компьютерных программ. Точно так же живые организмы нуждаются в неповрежденных копиях своего «исходного кода» ДНК, чтобы функционировать.

Параллели между генетический код и двоичный код даже побудил некоторых ученых предложить создание «генетических компьютеров», которые могли бы хранить информацию гораздо более эффективно, чем жесткие диски на основе кремния. Однако, поскольку наша способность записывать информацию о кремнии возросла, мало внимания уделялось исследованиям «генетических компьютеров».

Поскольку исходный код ДНК так же важен для клетка поскольку ваша операционная система находится на вашем компьютере, ДНК должна быть защищена от возможного повреждения. Чтобы транспортировать инструкции ДНК в другие части клетки, копии ее информации делаются с использованием другого типа нуклеиновой кислоты – РНК.

Это РНК-копии генетической информации, которые отправляются из ядра и вокруг клетки для использования в качестве инструкций клеточным механизмом.

Клетки также используют нуклеиновые кислоты для других целей. Рибосомы – клеточные машины, которые производят белок – и некоторые ферменты сделаны из РНК.

ДНК использует РНК как своего рода защитный механизм, отделяющий ДНК от хаотической среды цитоплазма, Внутри ядра ДНК защищена. За пределами ядра движения органелл, везикул и других клеточных компонентов могут легко повредить длинные и сложные нити ДНК.

Тот факт, что РНК может действовать как в качестве наследственного материала, так и в качестве фермента, подтверждает идею о том, что самой первой жизнью могла быть самореплицирующаяся, самокатализирующаяся молекула РНК.

Наиболее распространенными нуклеиновыми кислотами в природе являются ДНК и РНК. Эти молекулы составляют основу для большей части жизни на Земле, и они хранят информацию, необходимую для создания белков, которые, в свою очередь, выполняют функции, необходимые для выживания и размножения клеток. Однако ДНК и РНК не единственные нуклеиновые кислоты.

Тем не менее, искусственные нуклеиновые кислоты также были созданы. Эти молекулы функционируют так же, как природные нуклеиновые кислоты, но они могут выполнять аналогичную функцию.

На самом деле, ученые используют эти молекулы для создания основы «искусственной формы жизни», которая может поддерживать искусственную нуклеиновую кислоту и извлекать из нее информацию для создания новых белков и выживания.

Вообще говоря, сами нуклеиновые кислоты различаются в каждом организм на основе последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте. Эта последовательность «читается» клеточным аппаратом для подключения аминокислоты в правильной последовательности, построение сложных белковых молекул со специфическими функциями.

Сегодня ученые знают, что исходный код для клеток в буквальном смысле написан на нуклеиновых кислотах. Генная инженерия изменяет свойства организмов, добавляя, удаляя или переписывая части их ДНК – и впоследствии изменяя то, какие «части» производят клетки.

Достаточно квалифицированный генетический «программист» может создать инструкции для живой клетки с нуля, используя код нуклеиновой кислоты. Ученые сделали именно это в 2010 году, используя искусственный синтезатор ДНК, чтобы «писать» геном с нуля, используя кусочки исходного кода, взятые из других клеток.

Все живые клетки на Земле «читают» и «пишут» свои исходные коды практически на одном и том же «языке», используя нуклеиновые кислоты. Наборы из трех нуклеотидов, называемые кодонами, могут кодировать любую данную аминокислоту или для остановки или начало белка производство.

Другие свойства нуклеиновых кислот могут влиять на экспрессию ДНК более тонкими способами, такими как слипание и затруднение для транскрипция ферменты для доступа к коду, который они хранят.

Тот факт, что все живые клетки на Земле «говорят» почти на одном и том же генетическом «языке», поддерживает идею универсального общего предка, то есть идею, что вся жизнь на Земле сегодня началась с одной первичной клетки, чьи потомки эволюционировали, чтобы породить для всей современной жизни вид.

С химической точки зрения, нуклеотиды, которые связаны вместе для создания нуклеиновых кислот, состоят из пятиуглеродного сахара, фосфатная группа и азотсодержащее основание. Изображение ниже показывает структурные чертежи четырех азотистых оснований ДНК и четырех РНК, используемых живыми существами на Земле в своих нуклеиновых кислотах.

Это также показывает, как сахарно-фосфатные «скелеты» связываются под углом, который создает спираль – или двойная спираль в случае ДНК – когда несколько нуклеиновых кислот связаны вместе в одну молекулу:

Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, Биология

Поскольку нуклеиновые кислоты могут быть получены естественным путем путем взаимодействия неорганических ингредиентов, и поскольку они, возможно, являются наиболее важным компонентом для жизни на Земле, некоторые ученые считают, что самая первая «жизнь» на Земле, возможно, была самовоспроизводящейся последовательностью аминокислот это было создано естественными химическими реакциями.

Нуклеиновые кислоты были обнаружены в метеоритах из космоса, доказывая, что эти сложные молекулы могут образовываться по естественным причинам даже в условиях, где нет жизни.

Некоторые ученые даже предположили, что такие метеориты, возможно, помогли создать первую самореплицирующуюся «жизнь» нуклеиновых кислот на Земле. Это кажется возможным, но нет никаких веских доказательств, чтобы сказать, правда ли это.

Поскольку нуклеиновые кислоты могут образовывать огромные полимеры, которые могут принимать различные формы, существует несколько способов обсудить «структуру нуклеиновой кислоты».

Это может означать нечто столь же простое, как последовательность нуклеотидов в куске ДНК, или что-то столь же сложное, как способ складывания молекулы ДНК и взаимодействие с другими молекулами.

Нуклеиновые кислоты образуются в основном с элементами углерода, кислорода, водорода, азота и фосфора.

Пожалуйста, обратитесь к нашему Структура нуклеиновой кислоты статья для получения дополнительной информации.

Нуклеотиды являются отдельными мономерами нуклеиновой кислоты. Эти молекулы довольно сложные, состоящие из азотистая основа плюс сахарно-фосфатный «костяк». Есть четыре основных типа нуклеотидов, аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (Т).

Когда наши клетки соединяют нуклеотиды вместе, образуя полимеры, называемые нуклеиновыми кислотами, они связывают их, заменяя молекулу кислорода в 3 ‘сахаре одного нуклеотид Основа с молекулой кислорода 5′-сахара другого нуклеотида.

Это возможно, потому что химические свойства нуклеотидов позволяют 5′-углеродам связываться с несколькими фосфатами.

Эти фосфаты являются привлекательными связывающими партнерами для 3′-молекулы кислорода 3′-кислорода другого нуклеотида, так что молекула кислорода сразу же связывается с фосфатами и заменяется кислородом 5′-сахара.

Два нуклеотидных мономера затем полностью связаны с Ковалентная связь через эту молекулу кислорода, превращая их в одну молекулу.

Нуклеотиды – это мономеры нуклеиновых кислот, но так же, как нуклеиновые кислоты могут служить не только для передачи информации, но и для других целей, нуклеотиды могут.

Читайте также:  Память и обучение, биология

Молекулы, несущие жизненную энергию, ATP и GTP, состоят из нуклеотидов – нуклеотидов «A» и «G», как вы могли догадаться.

В дополнение к переносу энергии, GTP также играет жизненно важную роль в G-белке клеточная сигнализация пути. Термин «G-белок» на самом деле происходит от «G» в «GTP» – того же самого G, который содержится в генетическом коде.

G-белки представляют собой особый тип белка, который может вызывать сигнальные каскады с важными и сложными последствиями в клетке. Когда GTP фосфорилируется, эти G-белки могут быть включены или выключены.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты — это биополимеры, наряду с белками играющие наиважнейшую роль в клетках живых организмов. Нуклеиновые кислоты отвечают за хранение, передачу и реализацию наследственной информации.

Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, таким образом они сами представляют полинуклеотиды.

Строение нуклеотидов

Каждый нуклеотид, входящий в состав нуклеиновой кислоты, состоит из трех частей:

  • пятиуглеродного сахара (пентозы),
  • азотистого основания,
  • фосфорной кислоты.

Химические связи между частями нуклеотида ковалентные, образующиеся в результате реакций конденсации (т. е. с выделением молекул воды). Конденсация обратна гидролизу.

В нуклеотиде первый атом углерода пентозы связан с азотистым основанием (связь C-N), а пятый — с фосфорной кислотой (фосфоэфирная связь: C-O-P).

Существуют два основных типа нуклеиновых кислот — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). В составе РНК сахар представлен рибозой, а в ДНК — дезоксирибозой. В обоих случаях в нуклеиновых кислотах встречается циклический вариант пентоз. Дезоксирибоза отличается от рибозы отсутствием атома кислорода при втором атоме углерода.

Наличие дополнительной гидроксильной группы (-OH) у рибозы делает РНК молекулой, легче вступающей в химические реакции.

В составе нуклеотидов нуклеиновых кислот обычно встречаются следующие азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г, G), цитозин (Ц, C), тимин (Т), урацил (У, U).

Аденин и гуанин относятся к пуринам, остальные — к пиримидинам. В молекуле пуринов имеется два кольца, а у пиримидинов только одно. Урацил почти не встречается в ДНК, а тимин весьма редок для РНК.

То есть для ДНК характерны аденин, гуанин, тимин и цитозин. Для РНК — аденин, гуанин, урацил и цитозин.

Тимин схож с урацилом, отличатся от него лишь метилированным (имеющим группу -CH3) пятым атомом кольца.

Химическое соединение сахара с азотистым основанием называется нуклеозидом. Ниже представлены нуклеозиды, где в качестве сахара выступает рибоза.

Нуклеозид, реагируя с фосфорной кислотой, образует нуклеотид. Ниже представлен нуклеотид, где в качестве сахара выступает дезоксирибоза, а в качестве азотистого основания — аденин.

Именно наличие остатков фосфорной кислоты в молекулах нуклеиновых кислот определяет их кислотные свойства.

Нуклеотиды линейно соединяются между собой, образуя длинные молекулы нуклеиновых кислот. Цепочки многих молекул ДНК являются самыми длинными существующими полимерами. Длина молекул РНК обычно существенно меньше ДНК, но при этом различна, т. к. зависит от типа РНК.

При образовании полинуклеотида (нуклеиновой кислоты) остаток фосфорной кислоты предыдущего нуклеотида соединяется с 3-м атомом углерода пентозы следующего нуклеотида. Связь образуется такая же как между 5-м атомом углерода сахара и фосфорной кислотой в самом нуклеотиде – ковалентная фосфоэфирная.

Таким образом, остов молекул нуклеиновых кислот составляют пентозы, между которыми образуются фосфодиэфирные мостики (по-сути остатки пентоз и фосфорных кислот чередуются). От остова в сторону отходят азотистые основания. На рисунке ниже представлена часть молекулы рибонуклеиновой кислоты.

Следует отметить, что молекулы ДНК обычно не только длиннее РНК, но и состоят из двух цепей, соединенных между собой водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями. Причем данные связи образуются согласно принципу комплементарности, по которому аденин комплементарен тимину, а гуанин — цитозину.

Подобные связи могут возникать и в РНК (но здесь аденин комплементарен урацилу). Однако в РНК водородные связи образуются между нуклеотидами одной цепи, в результате чего молекула нуклеиновой кислоты сворачивается различным образом.

plustilino © 2019. All Rights Reserved

Нуклеиновые кислоты – виды, строение и функции

Виды нуклеотидов

В природе существует два вида нуклеиновых кислот — рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). Основанием каждой из них является азотистое основание, остаток фосфорной кислоты и пятиуглеродный сахар.

В состав ДНК входит четыре разновидности нуклеотидов, отличие которых заключается в азотистом соединении:

  • А — аденин;
  • Т — тимин;
  • Ц — цитозин;
  • Г — гуанин.

Что касается РНК, то они тоже имеют несколько видов в зависимости от азотистого основания:

  • У — урацилом;
  • Ц — цитозин;
  • Г — гуанин;
  • А — аденин.

Поговорим и о физических свойствах нуклеотидов. Они легко растворяются в воде, но при этом практически нерастворимы в растворителях, имеющих органическое происхождение. Очень восприимчивы к температурным перепадам, а также критическим показателям значения уровня рН.

Молекулы ДНК обладают весомой молекулярной массой, благодаря чему могут фрагментироваться в результате механического воздействия.

Нуклеиновые кислоты и их строение

Прежде всего необходимо узнать, что нуклеотидами являются мономеры нуклеиновых кислот. Они соединены между собой линейно, формируя длинные молекулярные соединения нуклеиновых кислот. Самыми длинными полимерами являются цепочки молекул ДНК. Как правило, длина молекул РНК значительно меньше, но при этом может отличаться (зависит от типа).

При формировании полинуклеотидного соединения остатки фосфорной кислоты взаимодействуют с трехатомным углеродом пентозы. Аналогичная связь формируется между фосфорной кислотой и пятиатомным углеродом сахара непосредственно в нуклеиновой кислоте.

Исходя из этого, индивидуальная характеристика нуклеиновой кислоты — это последовательность пентозы с мостиками фосфорных кислот. Азотистые основания отделяются по сторонам.

Стоит добавить, что молекулы ДНК не только длиннее в сравнении с РНК, но и состоят из нескольких цепей, которые соединены между собой химически водородными связями. Такие структурные связи формируются по принципу комплементарности: гуанин комплементарен цитозину, а аденин — тимину.

Нуклеотиды содержат в себе такие вещества:

Нуклеотиды Остаток фосфорной кислоты Соединения азота Пятиуглеродный сахар
РНК + Рибоза
ДНК + Дезоксирибоза

Образоваться такие связи могут и в структурах РНК, но водородные связи формируются между нукленовыми кислотами одной цепи.

Функции нуклеотидов

Местонахождение в клетках аминокислот, белка и нуклеотидов поддерживает их жизнедеятельность, а также сохранение, передачу и верную реализацию генетической наследственности. Стоит в отдельности рассмотреть функции ДНК, РНК и их разновидностей в жизни живых организмов.

Значение ДНК

В клетках ДНК вся информация в основном сосредоточена в ядре клетки.

Бактериальная среда, как правило, в формуле занимает одну кольцевую молекулу, находится в неправильной формы образовании в цитоплазме, именуемым нуклеотидом.

Гены, входящие в состав наследственной информации генома, являются единицей передачи генетической наследственности. Признак частицы — открытая рама считывания.

  1. Самая важная биологическая функция вида — генетическая, клетка является носителем генетической информации (благодаря этой особенности, каждый вид на планете обладает своими индивидуальными особенностями).
  2. Наследственную информацию ДНК способно передавать в ряду целых поколений не без дополнительного участия и РНК.
  3. Осуществляет процессы регуляции биосинтеза белка.

Хранение и передача информации (генетической предрасположенности) осуществляется за счет биосинтеза белка посредством и-РНК, т-РНК.

Свойства РНК

В природе различают три разновидности РНК, каждая из которых предназначена для выполнения особой роли в осуществлении синтеза белка.

  1. Транспортная предназначена для транспортировки активированных аминокислот по организму к рибосомам. Это необходимо для осуществления синтеза полипептидных молекул. Исследования показали, что одна транспортная молекула способна связаться лишь с одной из 20 аминокислот. Они служат в качестве транспортировщиков специфических аминокислот и углеводов. Длина транспортной цепи значительно короче матричной, в состав входит приблизительно 80 нуклеотидов, визуально имеет вид клеверного листа.
  2. Матричная занимается копированием наследственного кода из ядра в цитоплазму. За счет этого процесса осуществляется синтез разнообразных белков. Схема строения представляет собой одноцепочную молекулу, она является неотъемлемой составляющей цитоплазмы. В составе молекулы содержится до нескольких тысяч нуклеотидов, они занимаются транспортировкой наследственной информации через мембрану ядра к очагу синтеза на рибосоме. Копирование информации осуществляется посредством транскрипции.
  3. Рибосомная задействует около 73 белков для формирования рибосом. Они собой представляют клеточные органеллы, на которых осуществляется сбор полипептидных молекул. Основные задачи рибосомной молекулы — это формирование центра рибосомы (активного); неотъемлемый структурный элемент рибосом, обеспечивающий их правильное функционирование; первоначальное взаимодействие рибосомы с кодоном-инициатором для выявления рамки считывания; обеспечение взаимодействия рибосомных молекул с транспортными.
Читайте также:  Естественные и искусственные водоемы - биология

История исследований

На протяжении десятилетий ведущие ученые мира занимались исследованием нуклеотидов. Рассмотрим более подробно историю изучения нуклеотидов.

  • Из экстракта мышц быка в 1847 году было изъято вещество, которое в скором было названо «инозиновая кислота». Это вещество и стало первым изученным в мире нуклеотидом. В течение нескольких последующих десятилетий ученые занимались изучением его химического строения.
  • Немного позднее швейцарским выдающимся химиком было открыто новое вещество, в составе которого содержался фосфор. Вещество не разрушалось под действием ферментов протеолитов. Также ему были свойственны выраженные кислотные свойства. Вещество было названо «нуклеин».
  • Рихард Альтман в 1889 году ввел в науку термин «нукленовая кислота», а также изобрел способ извлечения нуклеотидов, в составе которого отсутствуют белковые примеси.
  • В 40-х годах XX века научная группа под руководством Тодда Александера проводила масштабные синтетические лабораторные исследования в области нуклеозидов и нуклеотидов. Результат их опытов — изучение всех деталей стереохимии и химического строения нуклеотидов. Благодаря этим работам, выдающийся ученый в 1958 года был награжден Нобелевской премией в области химии.
  • Чаргаффом в 1951 году была выявлена закономерность содержания в кислотах нуклеотидов разных видов. Впоследствии результаты исследований получили название Правила Чаргаффа.
  • Несколькими годами позднее была подтверждена вторичная структура ДНК. Двойную спираль открыли биологи и химики Крик и Уотсон.

Нуклеотиды — это неотъемлемая составляющая каждой клетки живого организма, обеспечивающая ее жизнедеятельность, а также хранение, транспортировку и реализацию наследственной (генетической) наследственности. Ученые посвятили годы изучению видов и строения молекул, что открывает перед человеком большие возможности.

Биология. 11 класс

Для каждого вида живых организмов характерны свои отличительные особенности. Более того, различия существуют и между особями одного вида, поскольку каждая из них обладает уникальным сочетанием признаков. При этом каждый организм способен передавать свои признаки потомкам по наследству.

Известно, что признаки и свойства организма определяются, прежде всего, белками, которые синтезируются в его клетках.

Поэтому информацию о первичной структуре белков называют наследственной или генетической. Установлено, что данная информация содержится в молекулах нуклеиновых кислот.

Эти биополимеры также обеспечивают синтез белков, т. е. реализацию наследственной информации и ее передачу последующим поколениям при размножении.

Таким образом, нуклеиновые кислоты выполняют особые функции, не характерные для других химических соединений. Нуклеиновые кислоты — это биологические полимеры, обеспечивающие хранение, реализацию и передачу наследственной информации.

Нуклеиновые кислоты были открыты в 1869 г. швейцарским биологом Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов человека. От латинского слова nucleus — ядро и происходит название этих соединений. Нуклеиновые кислоты содержатся в клетках всех живых организмов, причем не только в ядре, но и в цитоплазме, в составе некоторых органоидов.

Строение нуклеотидов и образование полинуклеотидной цепи. Нуклеиновые кислоты — *нерегулярные* полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Каждый из них состоит из трех компонентов: азотистого основания, пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. Центральное положение в структуре нуклеотида занимает пентоза.

Азотистое основание и остаток фосфорной кислоты присоединены к ней ковалентными связями (рис. 7.1).

*Атомы углерода в составе пентозы принято обозначать цифрами с символом «штрих» — от 1' до 5', чтобы отличать их от атомов, образующих скелет азотистого основания (для их нумерации используют цифры без штрихов). Азотистое основание присоединяется к 1'-углеродному атому пентозы, а остаток фосфорной кислоты — к 5'.*

В состав нуклеотида может входить одно из пяти азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил. Аденин и гуанин относятся к пуриновым основаниям, *т. к.

они являются производными пурина — гетероциклического соединения, молекула которого образована двумя конденсированными кольцами — пятичленным и шестичленным*.

Цитозин, тимин и урацил *— производные шестичленного гетероциклического пиримидина, поэтому их* называют пиримидиновыми основаниями.

Название нуклеотида зависит от того, какое азотистое основание входит в его структуру. Так, существуют адениловые, гуаниловые, цитидиловые, тимидиловые и уридиловые нуклеотиды. Для удобства азотистые основания и соответствующие им нуклеотиды обычно записывают сокращенно: А, Г, Ц, Т, У.

Известны два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Они различаются функциями, размером и формой молекул, а также особенностями строения нуклеотидов.

Нуклеотиды ДНК содержат остаток дезоксирибозы, а нуклеотиды РНК — рибозы. Отсюда и названия — дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты. Кроме того, азотистое основание тимин (Т) может входить только в состав нуклеотидов ДНК, а урацил (У) встречается лишь в нуклеотидах РНК. Следовательно, молекулы ДНК, так же как и РНК, содержат по четыре типа нуклеотидов.

*Соединения, образованные азотистым основанием и пентозой, называют нуклеозидами. В их молекулах пятиуглеродный сахар соединен с атомом азота в составе азотистого основания N-гликозидной связью. Нуклеозиды могут присоединять остаток фосфорной кислоты, превращаясь в нуклеотиды. Названия нуклеозидов, входящих в состав нуклеотидов РНК и ДНК, приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1. Азотистые основания и соответствующие им нуклеозиды

В составе нуклеотидов РНК В составе нуклеотидов ДНК
Азотистое основание Нуклеозид Азотистое основание Нуклеозид
Аденин Аденозин Аденин Дезоксиаденозин
Гуанин Гуанозин Гуанин Дезоксигуанозин
Цитозин Цитидин Цитозин Дезоксицитидин
Урацил Уридин Тимин Дезокситимидин*

*Ковалентные связи между нуклеотидами формируются следующим образом. Гидроксильная группа, присоединенная к 3'-углеродному атому пентозы одного нуклеотида, взаимодействует с остатком фосфорной кислоты, связанным с 5'-атомом пентозы другого нуклеотида. В результате выделяется молекула воды, и нуклеотиды соединяются так называемой фосфоэфирной связью (рис. 7.2).*

*Фосфоэфирная связь также имеется внутри каждого нуклеотида: с ее помощью остаток фосфорной кислоты соединен с 5'-углеродным атомом пентозы. Поэтому можно сказать, что нуклеотиды связаны между собой при помощи фосфодиэфирных мостиков.

Соединение нуклеотидов ковалентными связями приводит к формированию линейной полинуклеотидной цепи. На одном ее конце имеется свободная 3'-ОН группа пентозы (это 3'-конец), а на другом — 5'-остаток фосфорной кислоты (5'-конец). Как к 3'-, так и к 5'-концу могут присоединяться другие нуклеотиды.*

*Короткие цепи, содержащие относительно небольшое число нуклеотидов, например 5'АТТЦГААГ3', называются олигонуклеотидами. Они находят широкое применение в молекулярной биологии, генной инженерии и медицине. Олигонуклеотиды получают либо с помощью ферментов, расщепляющих нуклеиновые кислоты, либо путем химического синтеза.

В состав молекул нуклеиновых кислот, содержащихся в клетках живых организмов, входит большое количество нуклеотидов  — от нескольких десятков до сотен миллионов. Таким образом, нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Молекулы ДНК являются самыми крупными из молекул, присущих живым организмам.*

Ссылка на основную публикацию