Генетическая роль нуклеиновых кислот.

«Молекулярные и биохимические основы генетики»

2. Строение и сравнительная характеристика молекул ДНК, РНК.

3. Репликация ДНК, генетический код, реализация генетической информации.

Молекулярная биология стала активно развиваться с конца 19 века. Долгое время оставалось неизвестным, что представляет собой вещество способное к саморепликации, мутациям и фенотипическому проявлению.

Нуклеиновые кислоты впервые описал швейцарский биохимик И.Ф. Лишнер (Липшер, Мишер) в 1869 году. Обнаруженное в ядре клетки вещество он первоначально назвал нуклеон от лат. Nucleus - ядро. До начала XX века предполагалось, что наследственную информацию передают белки. Благодаря совместной работе физиков, химиков, биологов, генетиков в XX веке началось активное изучение биологически активных молекул, входящих в состав клетки и оказалось, что наследственная информация зашифрована (закодирована) в молекуле ДНК. Впервые это доказал бактериолог Ф. Гриффит в 1928 году при изучении бактерий пневмококков, которые вызывают пневмонию. В 1927 году русский биолог Н.К. Кольцов сформулировал принцип редупликации наследственных структур. В 1940 году американские учёные Джордж Бидл и Эдвард Татум доказали, что в генах закодирована информация о структуре белка. В 1953 году Френсис Крик и Джеймс Уотсон предложили модель строения ДНК. В 1969 году индийский учёный Г. Корана впервые осуществил искусственный синтез гена. Фундаментальные открытия в области молекулярной биологии позволили понять, как работают механизмы наследственности на молекулярном уровне, с которого начинается формирование любых фенотипических признаков человека.

Генетическая роль нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) стала известна, как только были открыты законы наследственности. Их функция состоит в хранении, передачи и воспроизводстве генетической информации и регуляции жизнедеятельности клетки.

Строение и сравнительная характеристика молекул ДНК и РНК.

Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) представляют собой биополимеры (макромолекулы, полинуклеотиды), мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты — это очень длинные молекулы, которые могут содержать до нескольких миллиардов нуклеотидов.

Нуклеотид состоит из трёх частей: 1) азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин, тимин, уроцил), 2) углевод (рибоза, дезоксирибоза), 3) остаток фосфорной кислоты.

В состав молекулы ДНК входят только четыре типа азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин. В молекулу РНК также входят четыре типа азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, но вместо тимина содержится уроцил.

2) Углевод, входящий в состав нуклеотида содержит пять атомов углерода т.е. относится к классу пентоз. В состав молекулы ДНК входит дезоксирибоза, а в состав молекулы РНК входит рибоза.

Нуклеиновые кислоты являются кислотами потому, что в их состав входит остаток фосфорной кислоты.

Соединение нуклеотидов в нити происходит посредством ковалентных связей через углерод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего нуклеотида. Каждый нуклеотид обозначается заглавной буквой в зависимости от содержащегося в нём азотистого основания: Л - адениловый, Г - гуаниловый, Ц - цитидиловый,

Работы английского биохимика, Эдвина Чаргаффа выявили одну особенность молекулы Д11К - какой бы длины не была молекула ДНК и к какому бы организму она не относилась, в ней всегда молярное содержание аденина равно содержанию тимина, а содержание гуанина равно содержанию цитозина. (А=Т, Г=Ц) это равенство получило название «правило Чаргаффа». Таким образом, в любой молекуле ДНК количество пуриновых оснований (аденин, гуанин) соответствует количеству пиримидиновых оснований (тимин, цитозин, уроцил). Меняется только количественное соотношение пар. В молекуле ДНК соотношение А=Т: Г=Ц. В молекуле РНК А=У: Г=Ц.

Согласно модели, предложенной в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком, молекула ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепочки, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль. Цепочки в молекуле расположены антипараллельно т.е. навстречу друг другу. Они удерживаются рядом за счёт водородных связей. Водородные связи возникают между комплементарными (подходящие друг к другу как ключ к замку) азотистыми основаниями. Аденин комплементарен тимину (А = Т) две водородные связи, гуанин комплементарен цитозину (Г = Ц) три водородные связи. Комплементарность двух нитей ДНК приводит к тому, что число пуриновых оснований равно числу пиримидиновых А=Т, Г=Ц или (А+Г) / (Т+Ц) = 1. Молекулы ДНК бывают либо линейными, либо замкнутыми в кольцо. В ядре клетки находятся линейные ДНК (ядерные), а в митохондриях (митохондриальные ДНК) и пластидах (хлоропласты, лейкопласты) кольцевые ДНК. Размеры ДНК могут меняться в широких пределах - от нескольких пар нуклеотидов до миллиардов пар нуклеотидов. Средняя длина молекулы ядерной ДНК около 4 см, а общая длина всех молекул ДНК в клетках человеческого организма около 176 см.

Для молекулы наследственности, которой является ДНК, свойственно не только самоудвоение (репликация), но и кодирование информации с помощь определённой последовательности нуклеотидов. Известно, что ДНК состоит из четырёх видов нуклеотидов, то есть информация в ДНК записывается 4 буквами (А, Т, Г, Ц). Математические расчёты показывают, что

1. Если использовать 1 нуклеотид, то получим 4 разных сочетания, 4<20.

2. Если использовать 2 нуклеотида, то получим 16 разных сочетаний (4²=16), 16<20.

Таким образом, комбинации из 3 нуклеотидов будет достаточно, чтобы закодировать 20 аминокислот. Из 64 возможных триплетов 61 триплет кодирует 20 незаменимых аминокислот, обнаруженных в составе клеточных белков, а 3 триплета являются стоп- сигналами или терминаторами, которые прекращают считывание информации.

Сочетания из трёх нуклеотидов, кодирующие определённые аминокислоты, называются кодом ДНК, или генетическим кодом. В настоящее время генетический код полностью расшифрован, то есть известно, какие триплетные сочетания нуклеотидов кодируют 20 аминокислот. Пользуясь комбинацией, состоящей из трёх нуклеотидов, можно закодировать больше аминокислот, чем необходимо для кодирования 20 аминокислот. Оказалось, что каждая аминокислота может кодироваться несколькими триплетами, кроме метионина и триптофана. Аминокислоты входящие в состав природных белков могут относится к разным группам, заменимые кислоты (З), незаменимые (НЗ).

Генетический код - это система записи генетической информации в ДНК в виде определённой последовательности нуклеотидов (или способ записи последовательности аминокислот в белке с помощью нуклеотидов).

Генетический код обладает несколькими свойствами (7 свойств).

Таблица. Аминокислоты входящие в состав природных белков.

В таблице приведён состав триплетов, которыми закодированы все 20 аминокислот (названия сокращены). Так как при синтезе полипептидной цепи молекулы белка информация считывается с и-РНК, то назван состав триплетов нуклеотидов и-РНК, а в скобках указаны комплементарные основания ДНК.

Правила пользования таблицей. Первый нуклеотид в триплете берётся из левого вертикального ряда. Второй нуклеотид берётся из верхнего горизонтального ряда. Третий нуклеотид берётся из правого вертикального ряда. Там, где пересекутся линии, идущие от трёх нуклеотидов, и находится искомая аминокислота.

«Молекулярные и биохимические основы генетики»

2. Строение и сравнительная характеристика молекул ДНК, РНК.

3. Репликация ДНК, генетический код, реализация генетической информации.

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

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

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