Лекци. Биополимеры. Нуклеиновые кислоты

План

1. Типы нуклеиновых кислот. Строение нуклеотидов.
2. ДНК ее строение и роль в клетке
3. Типы РНК и ее функции в клетке
4. АТФ
5. Витамины

1. Нуклеиновые кислоты (лат. nucleus — ядро) — при­родные высокомолекулярные (с молекулярной массой от 10 000 до нескольких миллионов) органические полиме­ры, обеспечивающие хранение и передачу наследствен­ной (генетической) информации в живых организмах, т. е. определяющие основные свойства живого.

Нуклеотиды — мономеры нуклеиновых кислот ДНК и РНК, состоящие из азотистых (пуриновых или пиримидиновых) оснований, остатка фосфорной кислоты и пентозы (рибозы или дезоксирибозы). Дезоксирибоза имеет на один атом кислорода меньше, чем рибоза (дезоксирибоза в переводе означает «лишенная кисло­рода рибоза»). Нуклеотиды отличаются друг от друга только азотистыми основаниями, в соответствии с ко­торыми их называют: нуклеотид с азотистым основа­нием аденин (сокращенно А), нуклеотид с гуанином (Г), нуклеотид с тимином (Т) и нуклеотид с цитозином (Ц). По размерам А равен Г, а Т равен Ц; размеры А и Г несколько больше, чем Т и Ц.

• Нуклеозиды — предшественники нуклеотидов, сое­динения азотистых оснований с пентозами посредст­вом атома азота. Нуклеозид, соединяясь с одной моле­кулой фосфорной кислоты, образует более сложное вещество — нуклеотид.

2. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — носитель генетической информации, содержится в хромосомах кле­точного ядра, в эквивалентных структурах митохондрий, хлоропластов, в нуклеотидах прокариотных клеток и во многих вирусах.

Молекула ДНК представляет собой двойной неразветвленный линейный полимер, имеет вид правозакрученной спирали (может быть и левозакрученная спираль). Мономером является дезоксирибонуклеотид, представлен­ный четырьмя видами: аденином, тимином, гуанином и цитозином. Нуклеотиды соединяются между собой ковалентными, фосфордиэфирными связями в одну цепь: дезоксирибоза одного нуклеотида соединяется с остатком фосфорной кислоты последующего нуклеотида. Две цепи нуклеотидов соединяются в одну молекулу ДНК по всей длине водородными связями. Водородные связи возни­кают между пуриновыми и пиримидиновыми азотными основаниями; формируется двойная цепочка одной моле­кулы ДНК: адениновый нуклеотид одной цепи соединя­ется с тиминовым другой цепи; гуаниновый одной цепи с цитозиновым другой. Эти пары оснований, как и нуклео­тиды, называются комплементарными. Принцип форми­рования двуцепочечной молекулы ДНК — принцип ком­плементарное— дополнительности.

Правило Чаргаффа. Число пуриновых оснований в ДНК всегда равно числу пиримидиновых, количество тимина равно количеству аденина, а гуанина — коли­честву цитозина.

Если известна последовательность оснований в од­ной цепи, например Т—Ц—А—Т—Г, то на основе комплементарности в другой цепи последовательность ос­нований будет следующей: А—Г—Т—А—Ц.

Цепи нуклеотидов образуют правозакрученные (не­которые — левозакрученные) объемные спирали по 10 оснований в каждом витке. При этом последователь­ность соединения нуклеотидов одной цепи противопо­ложна таковой в другой, т. е. цепи, составляющие одну молекулу ДНК, разнонаправленны, или антипараллельны. Последовательность межнуклеотидных связей в двух цепях направлена в противоположные стороны — 3'—5' и 5'—3'. Сахаро-фосфатные группировки нуклеоти­дов находятся снаружи, а азотистые основания — внутри.

Модель строения ДНК предложена в 1953 г. амери­канским биохимиком Джеймсом Уотсоном и англий­ским физиком Френсисом Криком. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики Расположение четырех типов нуклеотидов в цепях ДНК содержит важную информацию: оно опре­деляет последовательность аминокислот в линейных молекулах белка, т. е. их первичную структуру. На­бор этих белков, в свою очередь, в качестве ферментов или гормонов определяет свойства клеток и организ­ма. Таким образом, ДНК — носитель информации.

3.Рибонуклеиновая кислота (РНК).

– Одноцепочечный полимер РНК переносит информацию о последователь­ности аминокислот в белках, о структуре белков от хро­мосом к месту их синтеза в рибосомах и участвует в синтезе белков.

– Двуцепочечные РНК — хранители генетической ин­формации у ряда вирусов; они выполняют у них фун­кцию хромосом.

Мономерами РНК, одно- и двуцепочечной, являют­ся рибонуклеотиды: адениновый, цитозиновый, урациловый вместо тиминового (в ДНК) и гуаниновый. Связь между нуклеотидами осуще­ствляется так же, как и в од­ной цепи ДНК: через угле­вод и остаток фосфорной кислоты. В отличие от ДНК, содержание которой в клетках организмов определен­ных видов постоянно, содер­жание РНК в них сильно колеблется. Оно заметно по­вышено в клетках, где про­исходит синтез белка.

Функции РНК

— транспортная РНК(т- РНК) в основном содержится в цитоплазме, ее моле­кулы самые короткие (80—100 нуклеотидов) (рис. 4). Функция состоит в переносе аминокислот в рибосомы, где осуществляется синтез белка. Из всей РНК клет­ки на долю т-РНК приходится примерно 10%;

— рибосомная РНК (р-РНК) содержится в рибо­сомах, ее молекулы относительно невелики (3000—5000 нуклеотидов), она составляет большую часть РНК, на­ходящейся в клетке, на ее долю приходится до 90%;

— информационная, или матричная, РНК (и-РНК) содержится в ядре и цитоплазме, размер этих РНК зави­сит от длины участка ДНК, на котором они синтезиро­ваны. Молекулы иРНК могут состоять из 300—30 000 нуклеотидов; иРНК переносит к рибосомам информа­цию о последовательности аминокислот в белках, кото­рые должны быть синтезированы.

4. Аденозинтрифосфориая кислота (АТФ) — особый нуклеотид, играющий наиважнейшую роль в энергетике клетки, ее молекулы обеспечивают энергией все виды клеточных функций: биосинтез, механическую работу, активный перенос веществ через мембрану и т. д. Моле­кула АТФ состоит из остатка азотистого основания аде-нина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Под действием фермента АТФазы из АТФ отщепляются остатки фосфорной кислоты: при отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ(аденозиндифосфорную кислоту), при отщеплении двух молекул — в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту). Отщепление фосфорной группы сопровождается выде­лением энергии (порядка 419 кДж/моль вместо 12 кДж, выделяемых при разрыве обычных ковалентных связей). Такую связь принято обозначать значком «°°» и назы­вать макроэргической. В АТФ имеются две макроэргические связи, она наиболее энергоемка. Основ­ной синтез АТФ осуществляется в митохондриях.

5. Витамины. К конечным продуктам биосинтеза принадлежат витамины. К ним относят жизненно важные соединения, кото­рые организмы данного вида не способны синтезировать сами, а должны получать в готовом виде извне. Например, витамин С (аскорбиновая кислота) синтезируется в клетках большинства животных, а также в клетках растений и микроорганизмов. Клетки человека, человекообразных обезьян, морских свинок, некоторых видов летучих мышей утратили способность синте­зировать аскорбиновую кислоту. Поэтому она является витами­ном только для человека и перечисленных животных. Витамин РР животные не способны синтезировать, но его синтезируют все растения и многие бактерии.

Большинство известных витаминов в клетке становятся со­ставными частями ферментов и участвуют в биохимических ре­акциях. Суточная потребность человека в каждом витамине со­ставляет несколько микрограммов.

Только витамин С нужен в количестве около 100 мг в сутки. Недостаток ряда витаминов в организме человека и жи­вотных ведет к нарушению работы ферментов и является при­чиной тяжелых заболеваний — авитаминозов. Например, не­достаток витамина С является причиной тяжелого заболева­ния — цинги, при недостатке витамина D развивается рахит у детей.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: