Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты – биология

Нуклеиновые кислоты. Строение и функции нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты – фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Открыты они в 1869 г. швейцарским химиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, бактериях, вирусах и грибах.

В природе существуют два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пятиуглеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу. В настоящее время известно большое число разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по строению и значению в метаболизме.

ДНК локализуется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99 % всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК, кроме ядра, входит в состав рибосом, цитоплазмы, пластид и митохондрий.

Нуклеиновые кислоты – сложные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. В состав каждого нуклеотида входит пятиуглеродный сахар (рибоза или дезоксирибоза), азотистое основание и остаток фосфорной кислоты.

Существует пять основных азотистых оснований: аденин, гуанин, урацил, тимин и цитозин. Первые два являются пуриновыми – их молекулы состоят из двух соединенных между собой колец. Следующие три являются пиримидинами и имеют одно шестичленное кольцо.

Названия нуклеотидов происходят от названия соответствующих азотистых оснований; и те и другие обозначаются заглавными буквами: аденин – аденилат (А), гуанин – гуанилат (Г), цитозин – цитидилат (Ц), урацил – уридилат (У), тимин – дезокситимилилат (Т).

Количество нуклеотидов в молекуле нуклеиновых кислот бывает разным – от 80 в молекулах транспортных РНК до нескольких десятков миллионов у ДНК.

ДНК

Молекула ДНК – это двухцепочечная спираль, закрученная вокруг собственной оси.

В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и 3'-спиртовой группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между 3'-углеродом одного пентозного цикла и 5'-углеродом следующего.

Остов цепей ДНК образован, таким образом, сахарофосфатными остатками.

Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали, напоминая винтовую лестницу и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между аденином и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи). Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными.

В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых – числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа». Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой.

Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплементарностью, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы.

Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены, т. е., если одна цепь имеет направление от 3'-конца к 5'-концу, то в другой цепи 3'-концу соответствует 5'-конец и наоборот. Это свойство биспирали ДНК называется антипараллельностью.

Впервые двухцепочечная модель молекулы ДНК была предложена в 1953 г. американским ученым Дж. Уотсоном и англичанином Ф. Криком. Он объединил данные Э.

Чаргаффа о соотношении пуриновых и пиримидиновых оснований молекул ДНК и результаты рентгеноструктурного анализа, полученные М. Уилкинсом и Р. Франклин.

За разработку двухспиральной модели молекулы ДНК Уотсон, Крик и Уилкинс были удостоены в 1962 г. Нобелевской премии.

ДНК – самые крупные биологические молекулы. Их длина составляет от 0,25 мм – у некоторых бактерий до 40 мм – у человека. Это значительно больше самой крупной молекулы белка, которая в развернутом виде достигает не более 100-200 нм. Масса молекулы ДНК составляет 6 ∙ 10-12 г.

Диаметр молекулы ДНК – 2 нм, шаг спирали – 3,4 нм; каждый виток спирали содержит 10 пар нуклеотидов.

Спиральная структура поддерживается многочисленными водородными связями, возникающими между комплементарными азотистыми основаниями, и гидрофобными взаимодействиями.

Молекулы ДНК эукариотических организмов линейны. У прокариот ДНК, напротив, замкнута в кольцо и не имеет ни 3'-, ни 5'-концов.

Подобно белкам при изменении условий ДНК может подвергаться денатурации, которая называется плавлением. При постепенном возврате к нормальным условиям ДНК ренатурирует.

Функции ДНК

Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация о всех белках данного организма, о том, какие белки и в какой последовательности будут синтезироваться.

РНК

Строение молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Однако имеется и ряд существенных отличий. В молекуле РНК вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов входит рибоза. Вместо тимидилового нуклеотида (Т) входит уридиловый (У).

Главное отличие от ДНК состоит в том, что молекула РНК представляет собой одну цепь.

Однако ее нуклеотиды способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах тРНК, рРНК), но в этом случае речь идет о внутрицепочечном соединении комплементарных нуклеотидов.

Цепочки РНК значительно короче ДНК.

Виды РНК

В клетке существует несколько видов РНК, которые различаются по величине молекул, структуре, расположению в клетке и функциям.

Информационная (матричная) РНК – мРНК – наиболее разнородная по размерам и структуре. мРНК представляет собой незамкнутую полинуклеотидную цепь.

Она синтезируется в ядре при участии фермента РНК-полимеразы по принципу комплементарности участку ДНК, отвечающего за кодирование данного белка. мРНК выполняет важнейшую функцию в клетке.

Она служит в качестве матриц для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК. Каждый белок клетки кодируется специфичной ему мРНК.

Рибосомная РНК – рРНК. Это одноцепочечные нуклеиновые кислоты, которые в комплексе с белками образуют рибосомы – органеллы, на которых происходит синтез белка. Информация о структуре рРНК закодирована в участках ДНК, расположенных в области вторичной перетяжки хромосом.

На долю рРНК приходится 80 % всей РНК клетки, поскольку клетки содержат большое количество рибосом. рРНК обладают сложной вторичной и третичной структурой, образуя петли на комплементарных участках, что приводит к самоорганизации этих молекул в сложное по форме тело.

В состав рибосом входят 3 типа рРНК – у прокариот и 4 типа рРНК – у эукариот.

Транспортная (трансферная) РНК – тРНК. Молекула тРНК состоит в среднем из 80 нуклеотидов. Содержание тРНК в клетке – около 15 % всей РНК. Функция тРНК – перенос аминокислот к месту синтеза белка и участие в процессе трансляции.

Число различных типов тРНК в клетке невелико (около 40). Все они имеют сходную пространственную организацию. Благодаря внутрицепочечным водородным связям молекула тРНК приобретает характерную вторичную структуру, называемую клеверным листом.

Трехмерная же модель тРНК выглядит несколько иначе. В тРНК выделяют четыре петли: акцепторную (служит местом присоединения аминокислоты), антикодоновую (узнает кодон в мРНК в процессе трансляции), две боковые.

Читать далее

Источник: http://ed-lib.ru/biology/13-nukleinovye-kisloty-stroenie-i-funkcii-nukleinovyh-kislot.html

Лекция № 19 Нуклеозиды. Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты

Главная » Лекции по » Химии » Лекция № 19 Нуклеозиды. Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты

Лекция № 19
НУКЛЕОЗИДЫ. НУКЛЕОТИДЫ. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
План

1. Нуклеиновые основания.
2. Нуклеозиды.
3. Нуклеотиды.
4. Нуклеотидные коферменты.
5. Нуклеиновые кислоты.

План

1. Нуклеиновые основания.
2. Нуклеозиды.
3. Нуклеотиды.
4. Нуклеотидные коферменты.
5. Нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты – присутствующие в клетках всех живых организмов биополимеры, которые выполняют важнейшие функции по хранению и передаче генетической информации и участвуют в механизмах ее

реализации в процессе синтеза клеточных белков.

Установление состава нуклеиновых кислот путем их последовательного гидролитического расщепления позволяет выделить следующие структурные

компоненты.

(). Нуклеиновые основания
имеют тривиальные названия и соответствующие однобуквенные обозначения.

Нуклеозиды – это N-гликозиды, образованные нуклеиновыми основаниями и рибозой
или дезоксирибозой.

Между аномерным атомом углерода моносахарида и атомом азота в положении 1
пиримидинового цикла или атомом азота в положении 9 пуринового цикла образуется

///

.

производные аденозина, содержащие остатки моно-, ди- и трифосфорных кислот. Особое место

занимают аденозин-5/

. Молекула этого кофермента состоит из трех структурных компонентов: пантотеновой кислоты,

2-аминоэтантиола и АДФ.

Никотинамидадениндинуклеотид (НАД+) +

+—+

нуклеиновых кислот представляет собой линейную полимерную цепь, построенную из мономеров – нуклеотидов, которые связаны между собой

3/-5/

представляет собой комплекс двух полинуклеотидных цепей, закрученных вправо вокруг общей оси так, что углевод-фосфатные цепи находятся снаружи, а

нуклеиновые основания направлены внутрь (двойная спираль Уотсона-Крика).

Шаг спирали — 3.4 нм, на 1 виток приходится 10 пар нуклеотидов. Полинуклеотидные

цепи антипараллельны,

/

Источник: http://studentik.net/lekcii/lekcii_xmia/3082-lekcija-19-nukleozidy-nukleotidy-nukleinovye.html

Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты: РНК и ДНК | Биология

Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты: РНК и ДНК

Нуклеотиды состоят из пентозы (рибозы или дезоксирибозы), остатка фосфорной кислоты и одного из пяти азотистых оснований.

Пентозы – это моносахариды с пятью атомами карбона. Азотистые основания – это производные пиримидина — цитозин, урацил, тимин или производные пурина – аденин и гуанин.

Нуклеотиды являются фосфорными эфирами нуклеозидов.

Нуклеозиды – это соединения азотистых оснований с рибозой или дезоксирибозой. В природе не встречается нуклеозид, который состоял бы из тимина и рибозы.

В природе более распространены нуклеотиды, фосфорилированные по пятому углеродному атому пентозы. Рибонуклеотиды имеют название в зависимости от азотистого основания: уридиловая (УМФ), гуаниловая (ГМФ), цитидиловая (ЦМФ), адениловая (дАМФ) кислоты.

Дезоксирибонуклеотиды – дизоксиадениловая (дАМФ), дезоксигуаниловая (дГМФ), дезоксиуридиловая (дУМФ), дезоксицитидиловая (дЦМФ), дезокситимидиловая (дТМФ) кислоты.

Наиболее известным соединением является АМФ (аденозинмонофосфорная кислота), которая может присоединять еще два остатка фосфорной кислоты и образовывать АТФ–аденозинтрифосфорную кислоту. Это богатое энергией соединение. При образовании связей между остатками фосфорной кислоты в нуклеотидах накапливается много энергии.

При разрыве этой связи выделяется много энергии, значительно больше, чем при разрыве обычной ковалентной связи. Такая связь называется макроэргической (от греч. макрос – большой, эргон – работа) и обозначается ~. Именно макроэргические связи используются для накапливания в нуклеотидах энергии в ходе метаболизма.

В молекуле АТФ две макроэргические связи. АТФ гидролитично расщепляется до АДФ (аденозиндифосфорной кислоты) или АМФ с выделением энергии. Восстанавливается из АДФ путем присоединения остатка фосфорной  кислоты, и сопровождается это аккумулированием энергии.

Отщепление 1 молекулы фосфорной кислоты сопровождается выделением почти 42 кДж энергии.

Источником энергии для деятельности рибосом – синтеза белка – является также гуанозинтрифосфат.

Нуклеотиды способны соединяться в полинуклеотиды – нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты

Впервые были описаны в 1869 году швейцарским биохимиком Ф. Мишером (1844-1895 гг.). Выявлены в ядре клеток, откуда происходит название (от лат. nucleus–ядро). Нуклеиновых кислот особенно много в клетках меристемы, регенерирующих тканях, железах секреции, клетках злокачественных опухолей. Это сложные высокомолекулярные вещества, мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

В зависимости от пентозы различают два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновую (РНК, входит рибоза) и дезоксирибонуклеиновую (ДНК, входит дезоксирибоза). Азотистые основания– это производные пиримидина–цитозин, урацил, тимин или производные пурина–аденин и гуанин.

В нуклеотидах РНК содержатся азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У). В нуклеотидах ДНК содержатся азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). Таким образом, в состав как ДНК, так и РНК, входят по четыре типа нуклеотидов.

Три типа азотистых оснований в них общие, а по четвертому ДНК (тимину) и РНК (урацилу) – различаются.

Основу нуклеиновых кислот составляют цепи из пентоз, которые чередуются с фосфатами (каждый остаток фосфорной кислоты связан фосфодиэфирной связью с пятым атомом углерода одного остатка пентозы и третьим атомом углерода второго остатка пентозы).

Концы цепей нуклеотидов, соединенных в нуклеиновую кислоту, разные. На одном конце расположен фосфат, связанный пятым атомом пентозы. Этот конец называется 5′-концом (5-штрих концом).

На другом конце остается не связанная с фосфатом ОН-группа возле третьего атома пентозы – 3′-конец.

Нуклеиновые кислоты имеют пространственную первичную структуру (линейную), а также более сложное (вторичное, третичное) пространственное строение, которое формируется за счет водородных связей. Это – определенная последовательность расположения нуклеотидов.

Молекулы ДНК в организме стабильные (постоянное количество), молекулы РНК – лабильные (количество изменяется).

Молекулярный уровеньУровни организации живого

Источник: https://xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai/obshchaya-biologiya/nukleotidy-i-nukleinovye-kisloty-rnk-i-dnk/

Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты. – Биология

Нуклеозиды– частный случай молекул, состоящих из углеводной части и неса­ харной части – агликонной и называемых гликозидами. Вообще в гликозидах агликонная часть может быть остатком любой молекулы, способной реагировать с полуацетальным гидроксилом углеводной части. Это, например, может быть спирт, дающий О-

алкилгликозид:

Получившийся в данном случае гликозид, является О-метилгликозидом.

О-гликозидами являются также ди-, три-, олиго- и полисахариды. Кроме них в природе имеются и другие О-гликозиды, например, красители антоцианы: комплексы металлов Ni, Cu, Fe, Мо с пигментной частью:

Наряду с О-гликозидами в природе существуют S-гликозиды и N-гликозиды. Среди N-гликозидов особенно важными являются нуклеозиды – производные пуриновых и пиримидиновьк оснований. Общая формула нуклеозидов следующая:

Имеются и другие нуклеозиды, мало отличающиеся по строению от названных в таблице, расположенной ниже. Как правило в этих нуклеозидах в агликоновой части по­

являются лишние метильные или оксиметильные группы. ,

Свободные нуклеозиды содержатся в небольших концентрациях в различных тканях. Но основная их масса входит в виде фрагментов в молекулы нуклеиновых кислот

и нуклеотидов. . ■

Нуклеозиды – бесцветные кристаллические вещества с высокой температурой плавления. Например: у тимидина – 187°С, у аденозина – 229°С. Все нуклеозиды оптиче­ски активны, но не мутаротируют, т.к. у них нет свободного полуацетального гидроксила. У тимидина [a]D = +32.2°С.

У аденозина [a]D = +60°С. Большинство нуклеозидов хорошо растворимы в горячей воде, хуже в холодной, гораздо лучше, чем в холодной воде, они растворимы в кислых и щелочных растворах. Пиримидинсодержащие нуклеозиды при прочих равных условиях растворимы лучше пуринсодержащих.

Химические свойства нуклеозидов определяются природой азотистых оснований, строением углеводной части и прочностью N-гликозидной связи.

Нуклеозиды имеющие в агликоне -ОН группу обладают свойствами слабых ки­слот (на уровне фенолов). Их 9 < рКа < 10. Нуклеозиды имеющие свободную аминогруппу обладают свойствами слабых оснований.

Наиболее важные N-гликозиды. Таблица.

Название нуклеозида	Название пуриновых или пиримидиновьгх оснований (агликонов)	R	R’ (название моносахарида)
Аденозин (9-β-D-рибофуранозиладенин)	Аденин	1. ОН D-рибоза Н 2' – D- дезоксирибоза
Гуанозин (9-β-D-рибофуранозилгуанин)	гуанин	1. ОН D-рибоза Н 2' – D- дезоксирибоза
Цитидин (3-β-D-рибофуранозилцитозин, цитозинрибозид)	цитозин	1. ОН D-рибоза 2. Н 2' – D- дезоксирибоза
Уридин (3-β-D-рибофуранозил-урацил, урацилрибо-зид)	урацил	ОН D-рибоза
тимидин [(3-β-D-2'-дезоксирибофу-ранозил)-2,4-диокси-5-метилпиримидин]	тимин	Н 2' – D- дезоксирибоза

N-гликозидная связь пуринсодержащих нуклеозидов достаточно легко гидроли-зуется с получением моносахарида и азотистого основания. Например в 10% серной ки­слоте за 1час при t = 100°C. Пиримидиновые нуклеозиды гораздо устойчивее.

Они не гид-ролизуются при кипячении в кислоте, однако гидролизируется в щелочах, при этом раз­рушается углеводная часть молекулы. Устойчивость к гидролизу теряется при гидрирова­нии так называемой двойной связи в положении 4,5.

Кроме того она теряется при броми-ровании производных пиримидина в положение 5.

Нуклеозиды могут быть проалкилированы и проацилированы по атомам азота кольца и аминогруппам. В пиримидиновых нуклеозидах водород в положении 5 может замещаться на галоген, нитро- и нитрозогруппу.

При действии нитрита натрия и соляной кислоты в аденозине, гуанозине и цити-дине NH2-группы «дезаминируются» по известной реакции:

и получаются другие нуклеозиды: инозин, ксантозин и уридин.

В отличие от нуклеозидов, содержащих 2-D-дезоксирибозу, нуклеозиды, содер­жащие рибозу, подвергаются периодатному окислению.

Получают нуклеозиды химическим или ферментативным гидролизом ДНК или

РНК.

Имеются и синтетические методы получения нуклеозидов, что используется для получения аналогов природных нуклеозидов для биологических исследований, в фармакологии и медицине. Например, для получения антибиотика – пуроницина:

Нуклеотиды– сложные эфиры нуклеозидов и фосфорной кислоты – природные
биологически активные соединения, широко распространенные в животных и раститель­ ных тканях и микроорганизмах, как в свободном виде, так и в составе соединений: нук­-

леиновых кислот, некоторых коферментов, и витаминов.

Мононуклеотидами, или собственно нуклеотидами называют соединения, обра­зованные из одного фрагмента азотистого основания, одного фрагмента моносахарида и одного остатка фосфорной кислоты. Например, тимидинмонофосфорная кислота.

Такие нуклеотиды, содержащие остатки тимина, аденина, гуанина, цитозина и урацила являются мономерами полимерных молекул дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и рибонуклеиновых кислот (РНК), образованных путем поликонденсации с выде-­

лением воды:

Мононуклеотиды, соединяясь друг с другом с выделением воды от фрагментов
фосфорных кислот, образуют динуклеотиды, например, никотинамидадениндинуклеотид НАД+:

По количеству остатков фосфорной кислоты различаютнуклеозидмонофосфор-ные (как выше представленная тимидинмонофосфорная кислота), нуклеозиддифосфорные и нуклеозидтрифосфорные кислоты.

В качестве примера можно привести аденозинтрифосфорную кислоту:

При кислотном гидролизе АТФ отщепляются γ и β-остатки фосфорной кислоты и разрывается N-гликозидная связь, а α-остаток остаётся связанным с рибозой. При мягком щелочном гидролизе разрывется β-связь и получается пирофосфат и аденозин-5'-монофосфат.

АТФ, как диамин, образует в воде медные комплексы и, как 1,2-диол, окисляется йодной кисло­той. Действие нитрита натрия и соляной кислоты приводит к замене группы NH2 в остат­ке аденина на группу ОНи превращение АТФ в инозинтрифосфорную кислоту.

При отщеплении каждого из первых двух фосфатных остатков выделяется при­близительно 40 кДж/моль энергии, которая используется на энергетические нужды орга­низма.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты- сложные полимеры биологического происхождения. Они разделяются на две группы: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеи­новые кислоты (РНК). Различие между этими группами кислот заключается, в том что в состав ДНК входит в качестве фрагментов полимерной цепи 2-D-дезоксирибоза, а в РНК в качестве фрагментов цепи входит D-рибоза.

В качестве фрагментов макромолекулы, являющихся ответвлениями от полимерной цепи выступают пуриновые и пиримидино-вые основания. В ДНК это аденин, гуанин, цитозин и тимин, а в РНК аденин, гуанин, ци-тозин и урацил. Следует отметить, что в состав ДНК микроорганизмов входят и другие азотистые основания, впрочем не сильно отличающиеся (на группы СН3-и -СН2ОН).

Полимерная цепь ДНК построена следующим образом: за счет отрыва протона от гидроксилов в положениях 5' и 3' дезоксирибозы и гидроксилов от фосфорной кисло­ты с выделением воды (т.е. это поликонденсация) образуется полимерная цепь. Азоти­стые основания (АО) в образовании полимерной цепи не участвуют. Ниже представлена схема образования фрагмента макромолекулы ДНК из нуклеотидов:

Прямоугольником выделено многократно повторяющееся элементарное звено, которым, как видно, является остаток нуклеотида. В нём в качестве азотистого осно­вания может быть один из четырех остатков: аденина, гуанина, цитозина или тимина.

РНК построена аналогично. Ниже приведен участок полимерной цепи РНК. Элементарным звеном в этой цепи, то есть многократно повторяющимся участком является нуклеотид, включающий в себя остатки ортофосфорной кислоты, рибофуранозы и одного из следующих оснований: аденина, гуанина, цитозина или урацила:

Когда из биологических тканей были выделены нуклеиновые кислоты и проведе­ны работы по изучению состава и строения нуклеиновых кислот, то обнаружились сле­дующие закономерности:

1) Молярное содержание аденина равно молярному содержанию тимина.

2) Молярное содержание гуанина равно молярному содержанию цитозина.

3) Суммарное молярное содержание пуриновых нуклеотидов равно суммарному со­
держанию пиримидиновых нуклеотидов.

4) Суммарное молярное содержание нуклеотидов, имеющих в положении 6 и 4 амино­ группу, равно суммарному молярному содержанию нуклеотидов, имеющих в поло­

жении 6 и 4 карбонильную группу.

С учётом установленных закономерностей и на основании данных рентгено-структурного анализа и спектральных данных Уотсон и Крик в 1953 году создали модель пространственной конфигурации ДНК.

Эта модель совмещает простоту и удивительную стройность и до самого последнего времени согласуется с новыми экспериментальными данными.

Согласно модели Уотсона и Крика молекула ДНК состоит из двух полинуклео-тидных цепей, имеющих в качестве первичной структуры цепь из чередующихся фраг­ментов молекул 2-D-дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Две такие цепи обвиваются вокруг общего цилиндра с одинаковым шагом винтовой линии.

При этом одна ветвь от­стаёт от другой на полшага. Получается как бы «двухзаходная резьба» (как на импортных шурупах).

Гетероциклические основания при этом обращены внутрь цилиндра и могут поворачиваться вокруг C-N гликозидной связи (а возможно и вокруг связи О-С3 и О-С3' дезоксирибозного фрагмента) так, что азотистые основания оказываются в одной плоско­сти.

Упомянутые выше экспериментальные данные (пункты а-г) позволили Уотсону и Крику предположить, что в одну плоскость могут попасть только соответствующие друг другу по расположению амино- и карбонильных групп пуриновое с одной стороны и пиримидиновое с другой стороны основания.

Такие основания называются комплементар­ными, то есть взаимно дополняющими. Нетрудно догадаться, что каждый гуанин должен быть комплементарен цитозину, так как будучи в одной плоскости и расположившись определённым образом они образуют три водородных связи:

Аналогично для пары – аденин-тимин, но образуются только две водородные связи:

Получается две цепи сцепленные «тяжами» из азотистых оснований, связанных довольно прочно (Г-Ц=60-80 кДж/моль; А-Т=40-56 кДж/моль)

Небольшой фрагмент ДНК можно схематически изобразить так:

Фрагмент ДНК часто изображают в виде двух спиралей скреплённых тяжами из комплементарных азотистых оснований. Расстояние между плоскостями двух соседних слоев, состоящих из оснований составляет 3,4 Ả, что очень близко к расстоянию между слоями в графите – 3,35 Ả.

Один виток – 34 Ả, в нем уложено десять слоев из комплемен­тарных азотистых оснований. Угол поворота между линиями, соединяющими места при­крепления азотистых оснований к дезоксирибозе (атомы С3 рибозы одной и другой вет­ви) составляет 360°. Диаметр цилиндра около 20 Ả.

Считается, что 11 Ả из них занимает

плоская система комплементарной пары А-Т или Г-Ц. Остальные 4,5 (20-11=9) Ả, по-видимому занимают остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты, расположенные под углом как к оси цилиндра,

так и к воображаемым линиям, соединяющим атомы углерода (С1) в

остатках дезоксирибозы с двух сторон от комплементарных азоти­стых оснований. '

Схема, двух- спиральной структуры ДНК (модель Уотсона и Крика Крика).

Первый угол обеспечивает подъём по винтовой линии, а второй уменьшает размеры цилиндра.

Не будь этого угла поворота, то есть, если бы оба фрагмента дезоксирибозы (их размер ~3 Ả) лежали в той же плоскости, что и азотистые основания, то диаметр цилиндра был бы на много больше: (3+5) *2=1б Ả 16+11=27 Ả.

Тот и другой углы обеспечиваются валентным углом между плоскостью гетероцикла и плоскостью фуранозного кольца дезоксирибозы, а также поворотом этой плоскости вокруг связи N3(9)-C.

Число нуклеотидньгх единиц в цепи ДНК составляет от 3 000 до 10 000 000.

Это означает, что молекулярная масса составит (аМА+ аМт + вМг + вМц) 2n, где n – число нуклеотидных единиц, МА, Мт, MГ и МЦ – молярные массы мононуклеотидов из аденина, тимина, гуанина и цитозина соответственно.

Коофициенты а и b – доли (от едини­цы) тех или иных нуклеотидов. Доля заметно колеблется для различных ДНК. Так, на­пример, соотношение (Г+Ц) / (А+Т) колеблется для разных видов, (см. Таблицу 1)

Молярная масса большинства известных ДНК составляет от 4 до 16 миллионов, а для некоторых фагов 150 миллионов г/моль.

ДНК хорошо растворяется в воде, в слабых и даже крепких солевых растворах, образуя вязкую бесцветную жидкость. Она осаждается 2-3 объёмами 96% этанола, обра­зуя студнеобразный или волокнистый осадок. ДНК денатурируется при нагревании вод­ных растворов до 100°С, при подкислении до рН = 1-2 или подщелачивании выше рН = 10-12.

При кислотном гидролизе от ДНК отщепляются пуриновые основания: аденин и гуанин. При нагревании с гидразином, наоборот, разрушаются пиримидиновые основа­ния: цитозин и тимин. При действии на ДНК фермента дезоксирибонуклеазы происходит гидролиз фосфорноэфирных связей ДНК и она разбивается на нуклеотиды (моно).

При помоши ферментов поджелудочной железы удаётся получить смесь тетра-, три- и динук Роль ДНК в организме состоит (по меньшей мере) в следующем. С помощью оп­ределённого кода на каждой из ветвей ДНК записывается вся наследственная информа­ция.

Эта информация потом считывается с помощью построения РНК комплементарной , участкам каждой ветви ДНК. На РНК как на матрице строится белок. Установлено, на­пример, что сочетанию в цепи РНК трёх последовательно расположенных урацилов в белке соответствует фенилаланин.

То есть, если взять раствор смеси аминокислот и по­местить в этот же сосуд полинуклеотид, состоящий только из уридинмонофосфатов, то быстро при комнатной температуре синтезируется белок, состоящий только из фенилала- нина, а все остальные аминокислоты, останутся в растворе свободными даже если их концентрации были больше, чем концентрация фенилаланина у каждой. Таким образом нуклеиновые кислоты абсолютно селективные катализаторы поликонденсации аминокис­лот. РНК является той матрицей, на которой идёт синтез белка.

ДНК в клетках живых организмов не распределена равномерно (диффузно), а ор­ганизована в особые структуры, связанные с передачей наследственных свойств. Эти структуры составляют основу так называемого ядерного вещества клеток – хроматина.

Они представлены в виде хромосом и у высших организмов локализованы в клеточном ядре, а у большинства бактерий и других низших организмов в протоплазме, в виде нук-леидов.

Хромосома представляет собой единый комплекс, состоящий из ДНК и молекул белка.

Таблица 1

Вид	Показатели специфичности
В ДНК: Г + Ц / А + Т	В РНК: Г + Ц / А + У
Животные:
Крыса 0,79 1,66 Морской ёж 0,62 1,30 Тутовый шелкопряд 0,79 0,99 Высшие растения: Фасоль 0,69 1,25 Лук 0,58 1,20 Сосна 0,65 1,04
Грибы: Шампиньон Аспергилл	0,80 1,00	1,01 1,23
Бактерии:Туберкулёзная палочка Тифозная бактерия Стафилококк	2,08 1,13 0,53	1,45 1,21 1,05
Вирусы: Табачной мозаики Желтой мозаики репы	0,78 1,23

Генетическая роль ДНК (впервые доказана экспериментально ещё в 1944 году) связана с двумя процессами:

1) точным воспроизведением самой себя, то есть способностью к редупликации (самоудвоению). Это необходимо для того, чтобы у потомков была точно такая же

ДНК, как у родительских клеток;

2) определяющим влиянием на обмен веществ в клетке и, следовательно, на её биоло­- гические свойства. Это влияние ДНК не является прямым и непосредственным, а

идёт различными путями через белковый синтез.

Рибонуклеиновая кислота (РНК)

Мономерной единицей РНК, как было показано на странице 38, является нуклеотид на основе D-рибозы, а в качестве одного из агликонов вместо тимина выступает урацил. Строение макромолекулы такое же как у ДНК. Полимерная цепь так же не разветвлена.

РНК хорошо растворяется в воде и слабых водно-солевых растворах (не креп­ких); высокополимерная РНК с молекулярной массой 0,5 – 2 миллиона медленно выпадает в растворах с концентрацией NaCl 1 – 1,5 моль/л, что используется для отделения от низко­полимерных РНК. РНК может быть осаждена тремя объёмами этанола с добавлением ацетатного буфера (смесь СН3СООН и CH3COONa ) с рН = 5. Фосфорно-эфирные связи РНК легко гидролизуются в кислой (рН = 2) и щелочной среде (рН = 13). В результате обра­зуется смесь нуклеотидов.

РНК из различных организмов не одинаковы как биологически, так и химически. Представление об этом даёт таблица 1. В подавляющем большинстве случаев в РНК (Г+Ц) > (А+У) в отличие от подобного неравенства у ДНК для (Г+Ц) и (А+Т), где знак

может быть и «>» и «

Источник: https://student2.ru/biologiya/12745-nukleozidy-nukleotidy-i-nukleinovye-kisloty/

Нуклеиновые кислоты

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)

❖ 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.

Источник: https://esculappro.ru/nukleinovyie-kislotyi.html

5.Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые  кислоты  —  это  высокомолекулярные  органические  соединения.  Впервые  они  были  обнаружены  в  ядрах  клеток, отсюда  и  получили  соответствующее  название  (нуклеус  —  ядро).

Значение нуклеиновых кислот в клетке очень велико. Они хранят и передают  наследственную информацию.  Существует два типа нукеиновых  кислот: дезоксирибонуклеиновая  (ДНК)  и  рибонуклеиновая  (РНК).

  ДНК  образуется  и  содержится  преимущественно  в ядре  клетки,  РНК,  возникая  в  ядре,  выполняет  свои  функции  в цитоплазме  и  ядре.

  Нуклеиновые кислоты — это полимеры,  построенные  из  огромного  числа  мономерных  единиц,  называемых нуклеотидами. 

Каждый  нуклеотид  —  химическое  соединение,  состоящее  из  азотистого  основания,  пятиуглеродного  сахара  (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

Последний и определяет принадлежность нуклеиновых к классу кислот.

Два типа нуклеиновых кислот выделяют,  исходя  из разных видов пентозы,  присутствующей  в  нуклеотиде:  рибонуклеиновые  кислоты  (РНК)  содержат  рибозу,  а  дезоксирибонуклеиновые  (ДНК)  —  дезоксирибозу.

  В обоих типах  нуклеиновых кислот содержатся  азотистые основания четырех разных видов: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и  тимин  (Т),  а в  РНК  вместо тимина  —  урацил.

Молекула ДНК  состоит  из двух  полинуклеотидных  цепей,  свитых  вместе  вокруг  одной  продольной  оси,  в  результате  чего  образуется  двойная спираль.  Две  цепи ДНК соединены  в одну молекулу азотистыми  основаниями.

  При  этом  аденин  соединяется  только с тимином, а гуанин — с цитозином.  В связи с этим последовательность  нуклеотидов  в одной  цепочке жестко определяет их последовательность в другой.

  Строгое соответствие  нуклеотидов друг другу в  парных  цепочках молекулы ДНК получило название  комплементарное.  В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны  между  собой  через  сахар  (дезоксирибозу)  и  остаток  фосфорной кислоты.

В молекуле ДНК последовательно соединены многие тысячи нуклеотидов,  молекулярная  масса этого соединения достигает десятков и сотен миллионов.

Роль ДНК заключается в хранении,  воспроизведении  и  передаче  из  поколения  в  поколение  наследственной информации. ДНК несет в себе закодированную информацию о последовательности аминокислот в белках, синтезируемых клеткой. Клетка обладает необходимым механизмом синтеза ДНК.

Процесс самоудвоения,  или  репликации  (редупликации,  ауторепликации), идет поэтапно: сначала под действием специального фермента  разрываются  водородные  связи  между  азотистыми  основаниями,  затем  в  результате  этого  исходная  двойная  цепочка  молекулы  ДНК  постепенно  распадается  на две  одинарные.  Одна  нить ДНК  отходит  от  другой,  затем  каждая  из  них  синтезирует  новую путем  присоединения  свободных  комплементарных  нуклеотидов, находящихся в цитоплазме  (аденин к тимину,  гуанин к цитозину).

Так восстанавливается двойная цепь ДНК — точная копия «материнской»  молекулы ДНК.  Но теперь таких двойных  молекул уже  две.  Поэтому  синтез  ДНК  и  получил  название  репликации (удвоения): каждая молекула ДНК как бы сама себя удваивает.

  Иными  словами,  каждая  нить  ДНК  служит  матрицей,  а  ее  удвоениеназывается матричным синтезом.  В живых клетках в результате удвоения  новые  молекулы ДНК имеют ту же структуру,  что и первоначальные:  одна  нить  была  исходной,  а  вторая  собрана  заново.

  В связи с этим в дочерних клетках сохраняется та же  наследственная

информация.В этом заключается  глубокий биологический смысл, потому что  нарушение  структуры ДНК сделало  бы  невозможными сохранение  и  передачу  по  наследству  генетической  информации, обеспечивающей  развитие  присущих  организму  признаков.

Молекулярная структура РНК близка к таковой ДНК.  Но  РНК в отличие от ДНК в большинстве случаев бывает одноцепочечной.

В состав  молекулы  РНК входят также 4 типа нуклеотидов,  но один из  них  иной,  чем  в ДНК:  вместо  тимина  в  РНК  содержится  урацил.

  Кроме того,  во всех нуклеотидах молекулы  РНК находится не дезоксирибоза, а рибоза.  Молекулы  РНК не столь велики,  как молекулы ДНК. Существует несколько форм РНК.

Названия их связаны  с  выполняемыми  функциями  или расположением  в  клетке. 

Молекулы рРНК относительно невелики и состоят из 3 — 5 тыс. нуклеотидов.

Информационные  (иРНК),  или  матричные  (мРНК),  РНК  переносят информацию о последовательности нуклеотидов в ДНК, хранящуюся  в ядре,  к месту синтеза белка.  Размер  этих  РНК зависит от длины участка ДНК, на котором они были синтезированы.  Молекулы  мРНК могут  состоять  из  300 — 30 000  нуклеотидов.

Молекулы  транспортных  РНК  (тРНК)  самые  короткие  и  состоят из 76 — 85 нуклеотидов. Транспортные РНК доставляют аминокислоты  к  месту  синтеза  белка,  причем  каждая  аминокислота имеет свою тРНК.  Все  виды  РНК синтезируются  в ядре клетки по тому  же  принципу  комплементарности  на  одной  из  цепей  ДНК.

Значение РНК состоит в том, что они обеспечивают синтез в клетке специфических для  нее белков.

Аденозинтрифосфат  (АТФ)  входит  в  состав  любой  клетки,  где выполняет одну из важнейших функций — накопителя энергии. Это    нуклеотид,  состоящий  из  азотистого  основания  аденина,  сахара рибозы  и  трех остатков  фосфорной  кислоты.

  Неустойчивые химические связи,  которыми  соединены  молекулы  фосфорной  кислоты в АТФ, очень богаты энергией (макроэргические связи). При разрыве этих связей энергия высвобождается и используется в живой клетке,  обеспечивая  процессы  жизнедеятельности  и  синтеза  органических  веществ.

  Отрыв  одной  молекулы  фосфорной  кислоты  сопровождается выделением около 40 кДж энергии.  При  этом АТФ переходит  в аденозиндифосфат  (АДФ),  а  при  дальнейшем  отщеплении остатка фосфорной  кислоты от АДФ образуется аденозинмонофосфат  (АМФ)  (рис.  1.4).

  Следовательно,  АТФ  —  главное  макроэргическое  соединение  клетки,  используемое  для  осуществления  различных  процессов,  на  которые  затрачивается  энергия.

Контрольные вопросы

1. Какие химические элементы входят в состав клетки?

2. Какие неорганические вещества входят в состав клетки?

3. В чем заключается значение воды для жизнедеятельности клетки?

4. Какие органические вещества входят в состав клетки?

5. Назовите функции белков.

6. Чем отличается строение молекул ДНК и РНК?

Источник: http://www.xn--90aeobaarlnb3f3fe.xn--p1ai/load/obshhaja_biologija/5_nukleinovye_kisloty/3-1-0-12

Нуклеиновые кислоты

Информация о нуклеиновых кислотах в вопросах и ответах.

Когда и кем были открыты нуклеиновые кислоты? 
Нуклеиновые кислоты были открыты в 1869 г. швейцарским врачом Ф.Мишером в ядрах лейкоцитов, входящих в состав гноя. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, бактериях, протистах, грибах и вирусах.

Какова биологическая роль нуклеиновых кислот?

Они играют центральную роль в хранении и передаче наследственной информации о свойствах организма.

Какие виды нуклеиновых кислот существуют в природе?

В природе существует два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые, или ДНК, и рибонуклеиновые, или РНК.

Что отражает различие в их названиях?

Молекула ДНК содержит сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.

Какие разновидности природных ДНК и РНК вы знаете?

В настоящее время известны хромосомальная и внехромосомальная ДНК и рибосомальная, информационная и транспортная РНК, которые участвуют в синтезе белка. ДНК включает множество генов, определяющих различия в метаболизме.

Например, ДНК бактериальной клетки кишечной палочки содержит несколько тысяч различных генов, а у животных и растений – много больше, причем каждый вид организмов имеет характерный только для него набор генов.

Однако многие гены – общие для всех организмов, что подтверждает общность происхождения живых существ.

Где в клетке находятся нуклеиновые кислоты? 

Примерно 99% всей ДНК находится в хромосомах клеточного ядра, кроме того, ДНК имеется в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав ядрышек клеточного ядра, а также содержится в рибосомах, митохондриях, пластидах и цитоплазме.

Какое строение имеют молекулы ДНК и РНК?

Молекула ДНК состоит из двух правозакрученных спиральных цепочек полинуклеотидов. Недавно была открыта левозакрученная ДНК. РНК состоит из одной спирально закрученной полинуклеотидной цепочки.

Полинуклеотидная цепь ДНК состоит из нуклеотидов. А что является структурными компонентами нуклеотидов?

В состав любого нуклеотида ДНК входит одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц), а также сахар дезоксирибоза (C3H10O4) и остаток фосфорной кислоты.

Какова общая структурная формула нуклеотида?

Различаются ли нуклеотиды между собой? 

Они отличаются только азотистыми основаниями, которые попарно имеют близкое химическое строение: Ц подобен Т (они относятся к пиримидиновым основаниям), А подобен Г (они относятся к пуриновым основаниям). А и Г по размерам несколько больше, чем Т и Ц. В ДНК входят нуклеотиды только четырех видов.

Чем отличаются составы нуклеотидов ДНК и РНК?

РНК построена из тех же азотистых оснований, что и ДНК, но вместо тимина в ее состав входит урацил. Кроме того, углевод нуклеотидов РНК представлен рибозой.

Как происходит соединение нуклеотидов между собой в полинуклеотидной цепи?

В полинуклеотидной цепи соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между дезоксирибозой (в молекуле ДНК) или рибозой (в молекуле РНК) одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида.

Чем объясняется огромное разнообразие генов в составе молекулы ДНК?

Хотя ДНК содержит всего четыре типа разных нуклеотидов, благодаря различной последовательности их расположения в длинной цепочке достигается огромное разнообразие их сочетаний в молекуле.

Как объединяются две полинуклеотидные цепи в единую молекулу ДНК?

Между азотистыми основаниями нуклеотидов разных цепей образуются водородные связи (между А и Т – две, а между Г и Ц – три). При этом А соединяется водородными связями только с Т, а Г – с Ц.

В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых – числу цитидиловых. Эта закономерность получила название правила Чаргаффа.

Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепочке определяет их последовательность в другой, т.е. цепи ДНК являются как бы зеркальными отражениями друг друга.

Такое избирательное соединение нуклеотидов называется комплементарностью, и это свойство лежит в основе самосборки новой полинуклеотидной цепи ДНК на базе исходной. Помимо водородных связей в стабилизации структуры двойной спирали участвуют и гидрофобные взаимодействия.

Одна из цепей ДНК имеет структуру А–Т–Ц–Ц–Г–А–А–Ц–Т. Используя принцип комплементарности, постройте вторую цепь.

Как происходит репликация(самоудвоение)молекулы ДНК? 

Репликация начинается с того, что двойная спираль ДНК временно раскручивается. Под действием фермента ДНК-полимеразы происходит присоединение свободных нуклеотидов к одинарным полинуклеотидным цепям.

Каждая полинуклеотидная цепь играет роль матрицы для новой комплементарной цепи, которая образуется после соединения нуклеотидов между собой.

В результате из одной молекулы ДНК получаются две новые, у каждой из которых одна половина происходит от родительской молекулы, а другая является вновь синтезированной.

При этом новые цепи синтезируются сначала в виде коротких фрагментов, которые затем «сшиваются» в длинные цепи специальными ферментами. Две новые молекулы ДНК представляют собой точные копии исходной молекулы. Этот процесс лежит в основе передачи наследственной информации, которая осуществляется на двух уровнях: клеточном и молекулярном.

Чем объясняется высокая точность репликации ДНК?

Высокая точность обеспечивается специальным комплексом белков – «репликативной машиной». Эти белки выполняют три функции: 

– выбирают нуклеотиды, способные образовывать комплементарную пару с нуклеотидами родительской, матричной, цепи; 

– катализируют образование ковалентной связи между каждым новым нуклеотидом и концом растущей цепи; 

– исправляют ошибки сборки цепи, удаляя неправильно включившиеся нуклеотиды. Число ошибок «репликативной машины» составляет ничтожную величину – менее одной на 109 нуклеотидов.

Какие бывают ошибки «репликативной машины» и к чему они приводят?

В некоторых случаях «репликативная машина» пропускает или вставляет несколько лишних оснований, включает Ц вместо Т или А вместо Г.

Каждое такое изменение в последовательности нуклеотидов молекулы ДНК – генетическая ошибка, называемая мутацией.

Такие ошибки будут воспроизводиться во всех последующих поколениях клеток, что может приводить к разным последствиям, как положительным, так и негативным.

Каков диаметр и шаг спирали ДНК?

Диаметр спирали ДНК – 2 нм, шаг спирали – 3,4 нм, каждый виток содержит 10 пар нуклеотидов.

Какова длина и масса нуклеиновых кислот?

Длина молекулы нуклеиновой кислоты может достигать сотен тысяч нанометров, т.е. около 0,1 мм. Это значительно больше самой крупной молекулы белка, которая в развернутом виде достигает в длину 100–200 нм. Масса молекулы ДНК составляет около 6´10-12 г.

Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Признаки	ДНК	РНК
Функции	химическая основа хромосомного генетического материала (генов); матрица для синтеза ДНК; матрица для синтеза РНК; информация о структуре белка	иРНК передает код наследственной информации о первичной структуре белка; рРНК входит в состав рибосом; тРНК переносит аминокислоты к рибосомам; митохондриальная и пластидная ДНК входят в состав этих органоидов
Местонахождение в клетке	ядро, митохондрии, пластиды	ядро, цитоплазма, рибосомы, митохондрии, пластиды
Строение	двойная спираль: две комплементарные полинуклеотидные цепи	одинарная полинуклеотидная цепь
Мономеры	дезоксирибонуклеотиды	рибонуклеотиды
Состав нуклеотида	азотистое основание (аденин, гуанин, тимин, цитозин), дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты	азотистое основание (аденин, гуанин, урацил, цитозин), рибоза и остаток фосфорной кислоты
Типы нуклеотидов	адениловый (А), гуаниловый (Г), тимидиловый (Т), цитидиловый (Ц)	адениловый (А), гуаниловый (Г), уридиловый (У), цитидиловый (Ц)
Свойства	способна к репликации (самоудвоению), стабильна	не способна к репликации, лабильна

Источник

Источник: http://bio9klass.blogspot.com/2012/10/blog-post_23.html