Нуклеотиди та нуклеїнові кислоти – біологія

Нуклеїнові кислоти. Будова та функції нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти – біополімери, що містять фосфор, живих організмів, що забезпечують зберігання і передачу спадкової інформації. Відкрито вони у 1869 р. швейцарським хіміком Ф. Мішером у ядрах лейкоцитів. Згодом нуклеїнові кислоти були виявлені у всіх рослинних та тваринних клітинах, бактеріях, вірусах та грибах.

У природі є два види нуклеїнових кислот – дезоксирибонуклеїнова (ДНК) та рибонуклеїнові (РНК) Відмінність у назвах пояснюється тим, що молекула ДНК містить п'ятивуглецевий цукор дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу. В даний час відома велика кількість різновидів ДНК і РНК, що відрізняються один від одного за будовою та значенням у метаболізмі.

ДНК локалізується переважно в хромосомах клітинного ядра (99% всієї ДНК клітини), а також у мітохондріях та хлоропластах. РНК, крім ядра, входить до складу рибосом, цитоплазми, пластид та мітохондрій.

Нуклеїнові кислоти – складні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. До складу кожного нуклеотиду входить п'ятивуглецевий цукор (рибоза або дезоксирибоза), азотна основа і залишок фосфорної кислоти.

Існує п'ять основних азотистих основ: аденін, гуанін, урацил, тимін та цитозин. Перші два є пуриновими – їх молекули складаються із двох з'єднаних між собою кілець. Наступні три є піримідинами і мають одне шестичленне кільце.

Назви нуклеотидів походять від назви відповідних азотистих основ; і ті та інші позначаються великими літерами: аденін – аденілат (А), гуанін – гуанілат (Г), цитозин – цитидилат (Ц), урацил – уридилат (У), тимін – дезокситимілілат (Т).

Кількість нуклеотидів у молекулі нуклеїнових кислот буває різною – від 80 у молекулах транспортних РНК до кількох десятків мільйонів у ДНК.

ДНК

Молекула ДНК - Це дволанцюжкова спіраль, закручена навколо своєї осі.

У полінуклеотидному ланцюжку сусідні нуклеотиди пов'язані між собою ковалентними зв'язками, які утворюються між фосфатною групою одного нуклеотиду та 3'-спиртовою групою пентози іншого. Такі зв'язки називаються фосфодіефірними. Фосфатна група утворює місток між 3'-вуглецем одного пентозного циклу та 5'-вуглецем наступного.

Остів ланцюгів ДНК утворений таким чином сахарофосфатними залишками.

Полінуклеотидний ланцюг ДНК закручений у вигляді спіралі, нагадуючи гвинтові сходи і з'єднаний з іншим, комплементарним ним ланцюгом за допомогою водневих зв'язків, що утворюються між аденіном і тиміном (два зв'язки), а також гуаніном і цитозином (три зв'язки). Нуклеотиди А та Т, Г і Ц називаються комплементарними.

В результаті у кожного організму число аденілових нуклеотидів дорівнює числу тимідилових, а число гуанілових - числу цитидилових. Ця закономірність отримала назву "правило Чаргаффа". Завдяки цій властивості послідовність нуклеотидів в одному ланцюзі визначає їх послідовність в іншій.

Така здатність до вибіркового з'єднання нуклеотидів називається комплементарністю, і це властивість є основою утворення нових молекул ДНК з урахуванням вихідної молекули.

Ланцюги в молекулі ДНК протилежно спрямовані.е., якщо один ланцюг має напрямок від 3'-кінця до 5'-кінця, то в іншому ланцюгу 3'-кінцю відповідає 5'-кінець і навпаки. Ця властивість біспіралі ДНК називається антипаралельністю.

Вперше дволанцюжкова модель молекули ДНК була запропонована в 1953 р. американським ученим Дж. Вотсоном та англійцем Ф. Криком. Він об'єднав дані Еге.

Чаргаффа про співвідношення пуринових та піримідинових основ молекул ДНК та результати рентгеноструктурного аналізу, отримані М. Уїлкінсом та Р. Франклін.

За розробку двоспіральної моделі молекули ДНК Вотсон, Крік і Уілкінс були удостоєні в 1962 Нобелівської премії.

ДНК – найбільші біологічні молекули. Їхня довжина становить від 0,25 мм – у деяких бактерій до 40 мм – у людини. Це значно більше за найбільшу молекулу білка, яка в розгорнутому вигляді досягає не більше 100-200 нм. Маса молекули ДНК становить 6 ∙ 10-12 р.

Діаметр молекули ДНК – 2 нм, крок спіралі – 3,4 нм; кожен виток спіралі містить 10 пар нуклеотидів.

Спіральна структура підтримується численними водневими зв'язками, що виникають між комплементарними азотистими основами та гідрофобними взаємодіями.

Молекули ДНК еукаріотів лінійні. У прокаріотів ДНК, навпаки, замкнена в кільце і не має ні 3'-, ні 5'-кінців.

Подібно до білків при зміні умов ДНК може піддаватися денатурації, яка називається плавленням. При поступовому поверненні до нормальних умов ДНК ренатурує.

Функції ДНК

Функцією ДНК є зберігання, передача та відтворення у ряді поколінь генетичної інформації. У ДНК будь-якої клітини закодована інформація про всі білки даного організму, про те, які білки і в якій послідовності синтезуватимуться.

РНК

Будова молекул РНК багато в чому подібна до будови молекул ДНК. Однак є й ряд істотних відмінностей.

Головна відмінність від ДНК полягає в тому, що молекула РНК є одним ланцюгом.

Однак її нуклеотиди здатні утворювати водневі зв'язки між собою (наприклад, у молекулах тРНК, рРНК), але в цьому випадку йдеться про внутрішньоланцюжкову сполуку комплементарних нуклеотидів.

Ланцюжки РНК значно коротші за ДНК.

Види РНК

У клітині існує кілька видів РНК, які різняться за величиною молекул, структурою, розташуванням у клітині та функцій.

Інформаційна (матрична) РНК – мРНК – найбільш різнорідна за розмірами та структурою мРНК є незамкненим полінуклеотидним ланцюгом.

Вона синтезується в ядрі за участю ферменту РНК-полімерази за принципом комплементарності ділянці ДНК, що відповідає за кодування білка мРНК виконує найважливішу функцію в клітині.

Вона служить як матриця для синтезу білків, передаючи інформацію про їх структуру з молекул ДНК.

Рибосомна РНК - рРНК.Це одноланцюгові нуклеїнові кислоти, які в комплексі з білками утворюють рибосоми - органели, на яких відбувається синтез білка.

Перед рРНК припадає 80 % всієї РНК клітини, оскільки клітини містять велику кількість рибосом.рРНК мають складну вторинну і третинну структуру, утворюючи петлі на комплементарних ділянках, що призводить до самоорганізації цих молекул у складне за формою тіло.

До складу рибосом входять 3 типи рРНК - у прокаріотів і 4 типи рРНК - у еукаріотів.

Транспортна (трансферна) РНК – тРНК. Молекула тРНК складається з 80 нуклеотидів. Зміст тРНК у клітині – близько 15 % усієї РНК. Функція тРНК – перенесення амінокислот до місця синтезу білка та участь у процесі трансляції.

Число різних типів тРНК у клітині невелике (близько 40). Усі вони мають схожу просторову організацію. Завдяки внутрішньоланцюжковим водневим зв'язкам молекула тРНК набуває характерної вторинної структури, яка називається конюшинним листом.

Тривимірна модель тРНК виглядає дещо інакше. У тРНК виділяють чотири петлі: акцепторну (служить місцем приєднання амінокислоти), антикодонову (дізнається кодон у мРНК у процесі трансляції), дві бічні.

Читати далі

Лекція №19 Нуклеозиди. нуклеотиди. Нуклеїнові кислоти

Головна » Лекції з » Хімії » Лекція № 19 Нуклеозиди. нуклеотиди. Нуклеїнові кислоти

Лекція №19
НУКЛЕОЗИДИ. НУКЛЕОТИДИ. НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ
План

1. Нуклеїнові основи.
2. Нуклеозиди.
3. нуклеотиди.
4. Нуклеотидні коферменти.
5. Нуклеїнові кислоти.
1. Нуклеїнові основи.
2. Нуклеозиди.
3. нуклеотиди.
4. Нуклеотидні коферменти.
5. Нуклеїнові кислоти.

Нуклеїнові кислоти – присутні в клітинах всіх живих організмів біополімери, які виконують найважливіші функції зі зберігання та передачі генетичної інформації та беруть участь у механізмах її

реалізації у процесі синтезу клітинних білків.

Встановлення складу нуклеїнових кислот шляхом їх послідовного гідролітичного розщеплення дозволяє виділити такі структурні

(). Нуклеїнові основи
мають тривіальні назви та відповідні однолітерні позначення.

Нуклеозиди – це N-глікозиди, утворені нуклеїновими основами та рибозою
чи дезоксирибозою.

Між аномерним атомом вуглецю моносахариду та атомом азоту в положенні 1
піримідинового циклу або атомом азоту в положенні 9 пуринового циклу утворюється

похідні аденозину, що містять залишки моно-, ді-і трифосфорних кислот. Особливе місце

. Молекула цього коферменту складається з трьох структурних компонентів: пантотенової кислоти,

2-аміноетантіолу та АДФ.

Нікотинамідаденіндінуклеотид (НАД+) +

нуклеїнових кислот є лінійним полімерним ланцюгом, побудованим з мономерів – нуклеотидів, які пов'язані між собою

є комплексом двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених вправо навколо загальної осі так, що вуглевод-фосфатні ланцюги знаходяться зовні, а

нуклеїнові основи спрямовані всередину (подвійна спіраль Уотсона-Кріка).

Крок спіралі - 3.4 нм, на 1 виток припадає 10 пар нуклеотидів. Полінуклеотидні

нуклеотиди. Нуклеїнові кислоти: РНК та ДНК | Біологія

нуклеотиди. Нуклеїнові кислоти: РНК та ДНК

Нуклеотиди складаються з пентози (рибози або дезоксирибози), залишку фосфорної кислоти та однієї з п'яти азотистих основ.

Пентози - Це моносахариди з п'ятьма атомами карбону. Азотисті основи - це похідні піримідину - цитозин, урацил, тимін або похідні пурину - аденін і гуанін.

Нуклеотиди є фосфорними ефірами нуклеозидів.

Нуклеозиди – це сполуки азотистих основ із рибозою або дезоксирибозою.У природі не зустрічається нуклеозид, який складався б з тиміну та рибози.

У природі найпоширеніші нуклеотиди, фосфорилированные по п'ятому вуглецевому атому пентози. Рибонуклеотиди мають назву залежно від азотистої основи: уридилова (УМФ), гуанілова (ГМФ), цитидилова (ЦМФ), аденілова (дАМФ) кислоти.

Дезоксирибонуклеотиди – дизоксіаденілову (дАМФ), дезоксигуанілову (дГМФ), дезоксіуридилову (дУМФ), дезоксицитидилову (дЦМФ), дезокситимідилову (дТМФ) кислоти.

Найбільш відомою сполукою є АМФ (аденозинмонофосфорна кислота), яка може приєднувати ще два залишки фосфорної кислоти та утворювати АТФ–аденозинтрифосфорну кислоту. Це багате на енергію з'єднання. При освіті зв'язків між залишками фосфорної кислоти в нуклеотидах накопичується багато енергії.

При розриві зв'язку виділяється багато енергії, значно більше, ніж при розриві звичайного ковалентного зв'язку. Такий зв'язок називається макроергічним (від грец. макрос - великий, ергон - робота) і позначається ~. Саме макроергічні зв'язки використовуються для накопичення в нуклеотидах енергії під час метаболізму.

У молекулі АТФ два макроергічні зв'язки. АТФ гідролітично розщеплюється до АДФ (аденозиндифосфорної кислоти) або АМФ із виділенням енергії. Відновлюється з АДФ шляхом приєднання залишку фосфорної кислоти, і це супроводжується акумулюванням енергії.

Відщеплення 1 молекули фосфорної кислоти супроводжується виділенням майже 42 кДж енергії.

Джерелом енергії діяльності рибосом – синтезу білка – є також гуанозинтрифосфат.

Нуклеотиди здатні поєднуватися в полінуклеотиди – нуклеїнові кислоти.

Нуклеїнові кислоти

Вперше були описані в 1869 швейцарським біохіміком Ф. Мішером (1844-1895 рр.). Виявлено в ядрі клітин, звідки походить назва (від лат. Nucleus-ядро). Нуклеїнових кислот особливо багато в клітинах меристеми, тканинах, що регенерують, залозах секреції, клітинах злоякісних пухлин. Це складні високомолекулярні речовини, мономерами яких є нуклеотиди.

Нуклеотид складається з азотистої основи, вуглеводу (пентози) та залишку фосфорної кислоти.

Залежно від пентози розрізняють два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнову (РНК, входить рибоза) та дезоксирибонуклеїнову (ДНК, входить дезоксирибоза). Азотисті основи - це похідні піримідин-цитозин, урацил, тимін або похідні пурину-аденін і гуанін.

У нуклеотидах РНК містяться азотисті основи: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц), урацил (У). В нуклеотидах ДНК містяться азотисті основи: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц), тимін (Т). Таким чином, до складу як ДНК, так і РНК входять по чотири типи нуклеотидів.

Три типи азотистих основ у яких загальні, а, по четвертому ДНК (тимину) і РНК (урацилу) – різняться.

Основу нуклеїнових кислот складають ланцюги з пентоз, які чергуються з фосфатами (кожен залишок фосфорної кислоти пов'язаний фосфодіефірним зв'язком з п'ятим атомом вуглецю одного залишку пентози та третім атомом вуглецю другого залишку пентози).

Кінці ланцюгів нуклеотидів, з'єднаних у нуклеїнову кислоту, різні. На одному кінці розташований фосфат, пов'язаний з п'ятим атомом пентози. Цей кінець називається 5′-кінцем (5-штрих кінцем).

На іншому кінці залишається не пов'язана з фосфатом ОН-група біля третього атома пентози – 3′-кінець.

Нуклеїнові кислоти мають просторову первинну структуру (лінійну), а також складнішу (вторинну, третинну) просторову будову, яка формується за рахунок водневих зв'язків. Це – певна послідовність розташування нуклеотидів.

Молекули ДНК в організмі стабільні (постійна кількість), молекули РНК – лабільні (кількість змінюється).

Молекулярний рівеньРівні організації живого

Нуклеозиди, нуклеотиди та нуклеїнові кислоти. – Біологія

Нуклеозиди– окремий випадок молекул, що складаються з вуглеводної частини та нецукрової частини – агліконної та званих глікозидами. Взагалі, у глікозидах агліконна частина може бути залишком будь-якої молекули, здатної реагувати з напівацетальним гідроксилом вуглеводної частини. Це, наприклад, може бути спирт, що дає О-

Глікозид, що вийшов у даному випадку, є О-метилглікозидом.

О-глікозидами є також ді-, три-, оліго-і полісахариди. Крім них у природі є й інші О-глікозиди, наприклад, барвники антоціани: комплекси металів Ni, Cu, Fe, Мо з пігментною частиною:

Поряд з О-глікозидами в природі існують S-глікозиди та N-глікозиди. Серед N-глікозидів особливо важливими є нуклеозиди – похідні пуринових та піримідинівських основ. Загальна формула нуклеозидів:

Є й інші нуклеозиди, що мало відрізняються за будовою від названих у таблиці, розташованій нижче. Як правило в цих нуклеозидах в агліконовій частині

є зайві метильні чи оксиметильні групи. ,

Вільні нуклеозиди містяться у невеликих концентраціях у різних тканинах. Але основна їх маса входить у вигляді фрагментів у молекули нуклеїнових кислот

Нуклеозиди – безбарвні кристалічні речовини із високим температурою плавлення. Наприклад: у тимідину – 187°С, у аденозину – 229°С. Усі нуклеозиди оптично активні, але з мутаротируют, т.к. вони не мають вільного напівацетального гідроксилу. У тимідину [a]D = +32.2°С.

У аденозину [a] D = +60 °С. Більшість нуклеозидів добре розчиняються в гарячій воді, гірше в холодній, набагато краще, ніж у холодній воді, вони розчиняються в кислих та лужних розчинах. Пиримидинсодержащие нуклеозиди за інших рівних умов розчинні краще пуринсодержащих.

Хімічні властивості нуклеозидів визначаються природою азотистих основ, будовою вуглеводної частини та міцністю N-глікозидного зв'язку.

Нуклеозиди мають в агліконі -ОН групу мають властивості слабких кислот (на рівні фенолів). Їх 9 Читайте також: Грунт у природі, біологія

Ця інформація потім зчитується за допомогою побудови РНК комплементарної ділянки кожної гілки ДНК. На РНК як у матриці будується білок. Встановлено, наприклад, що поєднанню в ланцюзі РНК трьох послідовно розташованих урацилів у білку відповідає фенілаланін.

Тобто, якщо взяти розчин суміші амінокислот і помістити в цю ж посудину полінуклеотид, що складається тільки з уридінмонофосфатів, то швидко при кімнатній температурі синтезується білок, що складається тільки з фенілаланину, а решта амінокислот залишаться в розчині вільними навіть якщо їх концентрації були більше, ніж концентрація фенілаланіну у кожної. Таким чином, нуклеїнові кислоти абсолютно селективні каталізатори поліконденсації амінокислот. РНК є тією матрицею, де йде синтез білка.

ДНК у клітинах живих організмів не розподілена рівномірно (дифузно), а організована у спеціальні структури, пов'язані з передачею спадкових якостей. Ці структури становлять основу так званої ядерної речовини клітин – хроматину.

Вони представлені у вигляді хромосом і у вищих організмів локалізовані в клітинному ядрі, а у більшості бактерій та інших нижчих організмів у протоплазмі у вигляді нук-леїдів.

Хромосома є єдиним комплексом, що складається з ДНК і молекул білка.

Генетична роль ДНК (вперше доведена експериментально ще 1944 року) пов'язані з двома процесами:

1) точним відтворенням самої себе, тобто здатністю до редуплікації (самоподвоєння). Це необхідно для того, щоб у нащадків була така сама.

ДНК, як у батьківських клітин;

2) визначальним впливом на обмін речовин у клітині і, отже, на її біологічні властивості. Цей вплив ДНК не є прямим і безпосереднім, а

йде різними шляхами через білковий синтез.

Рибонуклеїнова кислота (РНК)

Мономірною одиницею РНК, як було показано на сторінці 38, є нуклеотид на основі D-рибози, а як один з агіконів замість тиміну виступає урацил Будова макромолекули така ж як у ДНК.

РНК добре розчиняється у воді і слабких водно-сольових розчинах (не міцних); .РНК може бути обложена трьома обсягами етанолу з додаванням ацетатного буфера (суміш СН3СООН та CH3COONa) з рН = 5.Фосфорно-ефірні зв'язки РНК легко гідролізуються в кислому (рН = 2) та лужному середовищі (рН = 13). В результаті утворюється суміш нуклеотидів.

РНК із різних організмів не однакові як біологічно, і хімічно. Уявлення про це дає таблиця 1. У переважній більшості випадків у РНК (Г+Ц) > (А+У) на відміну від подібної нерівності у ДНК для (Г+Ц) та (А+Т), де знак

Нуклеїнові кислоти

Основні поняття

Нуклеїнові кислоти - біополімери, що містять фосфор, побудовані з мономерів - нуклеотидів і забезпечують зберігання і передачу спадкової (генетичної) інформації в живих організмах.

■ Відкрито Ф. Мішером (1869, Швейцарія).

* У молекулах нуклеїнових кислот міститься від 80 до декількох сотень мільйонів нуклеотидів.

■ Нуклеїнові кислоти містяться в ядрах, мітохондріях та пластидах клітин.

Нуклеотид — органічна сполука, до складу якої входять: одна з п'яти азотистих основ (аденін, гуанін, урацил, кмин, цитозин), п'ятивуглецевий моносахарид (рибоза або дезокснрибоза) та залишок молекули фосфорної кислоти (РO4).

• Назва та позначення нуклеотидів: нуклеотид називається на ім'я свого азотистого підстави і позначається першою великою літерою його назви (приклад: А - аденіновий нуклеотид).

Комплементарні нуклеотиди - Це пари нуклеотидів А і Т, а також Г і Ц, між азотистими основами яких можуть утворюватися водневі зв'язки.

Залежно від того, який цукор входить до складу нуклеотидів, нуклеїнові кислоти поділяються на дезоксирибонуклеїнові (ДНК) та рибонуклеїнові (РНК).

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)

■ п'ятивуглецевий цукор дезокси-рибозу,

■ азотисті основи (аденін, гуанін, тимін, цитозин),

■ залишок фосфорної кислоти.

❖ Структура ДНК вперше розшифрована Дж. Вотсоном та Ф. Криком у 1953 р.

■ молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюжків, спірально закручених одна щодо іншої;

■нуклеотиди в кожному ланцюжку ДНК пов'язані один з одним ковалентними фосфодіефірними зв'язками, що утворюються між фосфатною групою одного нуклеотиду та гідроксильною групою дезоксирибози сусіднього;

■ ланцюжки ДНК з'єднані один з одним двома або трьома водневими зв'язками між комплементарними азотистими основами: А = Т, Ц = Р.

Комплементарність — принцип, відповідно до якого об'єднуються два полінуклеотидні ланцюги в молекулі ДНК, а також здійснюється синтез усіх типів РНК на молекулах ДНК і синтез поліпептидів по і-РНК у рибосомах: проти нуклеотиду одного ланцюга може бути тільки нуклеотид Т іншого ланцюга, а проти нуклеотиду Г - лише нуклеотид Ц.

❖ Правило Чаргофа (наслідок комплементарності нуклеотидів): число аденілових нуклеотидів дорівнює числу тимідилових: А = Т, а число гуанілових нуклеотидів дорівнює числу циті-дилових: Г = Ц; звідки випливає, що А+Г=Т+Ц.

♦ Властивості ДНК: ця молекула здатна до транскрипції, репарації, реплікації.

Транскрипція - Це процес «зчитування» генетичної інформації з однієї з ниток молекули ДНК і копіювання її на молекулу і-РНК, що відбувається шляхом біосинтезу молекул і-РНК на відповідних ділянках ДНК; є першим етапом реалізації генетичної інформації у живих клітинах.

■ Транскрипція відбувається за допомогою ферменту РНК-лолі-мерази, який, рухаючись молекулою ДНК, підбирає нуклеотиди, комплементарні нуклеотидам ділянки ДНК, і з'єднує їх у ланцюжок і-РНК.

Репарація - процес виправлення пошкоджень (відновлення) в молекулах ДНК і компенсації мутацій, що вже закріпилися; відбувається за участю спеціальних ферментів.

Реплікація (або подвоєння) ДНК - процес синтезу нової молекули ДНК, що відбувається під контролем ферментів, як точної копії вже існуючої молекули ДНК при її використанні як матриці; спостерігається під час підготовки клітини до поділу. Матричний синтез ДНК іде за принципом комплементарності, антипаралельно; напівконсервативний уривчастий матричний синтез - від 3'- до 5'-кінця.

❖ Етапи реплікації ДНК:

■ поступовий поділ (за допомогою спеціального ферменту) комплементарних ланцюгів ДНК внаслідок розриву водневих зв'язків між ними;

■ деспіралізація ділянок полінуклеотидних ланцюгів ДНК, що розділилися (відбувається за участю ферменту ДНК-ізомерази);

■ комплементарний синтез нових (дочірніх) полінуклеотидних ланцюгів на кожному зі старих ланцюгів як на матриці; здійснюється за допомогою ферменту ДНК-полімерази.

Локалізація ДНК у клітинах:

■ у хромосомах клітинного ядра (близько 99% усієї ДНК клітини), у мітохондріях та пластидах еукаріотичних клітин;

■ у прокаріотичних клітинах занурена у цитоплазму.

❖Функції ДНК: зберігання, передача дочірнім клітинам та відтворення генетичної інформації.

■У ДНК будь-якої клітини закодована інформація про будову, кількість та послідовність синтезу всіх білків даного організму.

Рибонуклеїнова кислота (РНК)

Склад РНК:

■ п'ятивуглецевий цукор рибозу,

■ азотисті основи (аденін, гуанін, урацил, цитозин),

■ залишок фосфорної кислоти.

Структура РНК (див. рис. 1.3):

■ молекула РНК складається з одного полінуклеотидного ланцюжка;

■ нуклеотиди в кожному ланцюжку РНК пов'язані один з одним ковалентними фосфодіефірними зв'язками;

■ крім того, між сусідніми нуклеотидами ланцюжка можуть утворюватися водневі зв'язки;

* Ланцюжки РНК значно коротші за молекули ДНК, мають меншу молярну масу.

Види РНК:

■ інформаційна РНК (і-РНК),

■ транспортна РНК (т-РНК),

■ рибосомальна РНК (Р-РНК).

Інформаційна РНК (Складає 7 - рибозофосфатна основа близько 5% від всіх РНК клітини):

■ структура: незамкнений ланцюг, що містить від 300 до 30000 нуклеотидів; є комплементарною копією певної ділянки ДНК (ген);

* функції: кожна специфічна молекула і-РНК переносить інформацію про структуру певного білка від ДНК рибосоми (місце складання молекул білків) і є матрицею для синтезу молекул цього білка.

Транспортна РНК (Складає до 15% від усіх РНК клітини):

■ структура: містить 75-85 нуклеотидів; молекула т-РНК має вторинну структуру у формі «конюшинного листа» (через наявність водневих зв'язків) та дві активні ділянки: антикодонтриплет нуклеотидів на верхівці «конюшинного листа», і акцепторний кінець, до якого приєднуються амінокислоти;

■ функція т-РНК - Транспорт амінокислот в рибосому до місця збирання молекул білка.

❖ Рибосомальна РНК (Складає до 85% від усіх РНК клітини):

■ місце синтезу: молекули р-РНК синтезуються у ядрі клітини;

■ локалізація: у комплексі з білками утворює рибосоми – ор-ганели, на яких відбувається синтез білка;

■ функція р-РНК – забезпечення потрібного просторового взаємного розташування і-РНК та т-РНК у рибосомі.

Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ)

Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ) - Органічна речовина, що виконує роль акумулятора енергії в клітині у вигляді макроергічних зв'язків.

❖ Склад молекул АТФ:

■ п'ятивуглецевий цукор рибозу,

• азотисту основу аденін,

• три залишки молекул фосфорної кислоти.

❖ Енергетика хімічних зв'язків:

■ між залишками молекул фосфорної кислоти існують макроергічні зв'язки; при розриві одного такого зв'язку в результаті гідролітичного (під впливом молекули води) відщеплення виділяється) (40 кДж енергії;

■ акумуляція енергії у вищевказаних зв'язках відбувається в процесі синтезу АТФ за рахунок енергії, що звільняється при окисленні органічних речовин (окисне фосфорилювання).

❖ Деякі особливості АТФ:

■ АТФ синтезується в гіалоплазмі, мітохондріях та хлоропластах (у рослин у процесі фотосійтезу);

■ середній час життя молекули АТФ у клітині – менше 1 хв.

❖ Значення АТФ: це головне та універсальне джерело енергії для всіх процесів життєдіяльності в клітині.

5.Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти – це високомолекулярні органічні сполуки. Вперше вони були виявлені в ядрах клітин, звідси й одержали відповідну назву (нуклеус - ядро).

Значення нуклеїнових кислот у клітині дуже велике. Вони зберігають та передають спадкову інформацію. Існує два типи нукеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнова (ДНК) та рибонуклеїнова (РНК).

ДНК утворюється і міститься переважно в ядрі клітини, РНК, виникаючи в ядрі, виконує свої функції у цитоплазмі та ядрі.

Нуклеїнові кислоти - це полімери, побудовані з величезної кількості мономерних одиниць, званих нуклеотидами.

Кожен нуклеотид — хімічна сполука, що складається з азотистої основи, п'ятивуглецевого цукру (пентози) та залишку фосфорної кислоти.

Останній визначає приналежність нуклеїнових до класу кислот.

Два типи нуклеїнових кислот виділяють, виходячи з різних видів пентози, що присутня в нуклеотиді: рибонуклеїнові кислоти (РНК) містять рибозу, а дезоксирибонуклеїнові (ДНК) дезоксирибозу.

В обох типах нуклеїнових кислот містяться азотисті основи чотирьох різних видів: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц) і тимін (Т), а в РНК замість тиміну - урацил.

Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, звитих разом навколо однієї поздовжньої осі, у результаті утворюється подвійна спіраль. Два ланцюги ДНК з'єднані в одну молекулу азотистими основами.

При цьому аденін з'єднується лише з тиміном, а гуанін – з цитозином. У зв'язку з цим послідовність нуклеотидів в одному ланцюжку жорстко визначає їх послідовність в іншій.

Сувора відповідність нуклеотидів один одному в парних ланцюжках молекули ДНК одержала комплементарну назву. У полінуклеотидному ланцюжку сусідні нуклеотиди пов'язані між собою через цукор (дезоксирибозу) та залишок фосфорної кислоти.

У молекулі ДНК послідовно з'єднані багато тисяч нуклеотидів, молекулярна маса цієї сполуки досягає десятків і сотень мільйонів.

Роль ДНК полягає у зберіганні, відтворенні та передачі з покоління в покоління спадкової інформації. ДНК несе в собі закодовану інформацію про послідовність амінокислот у білках, що синтезуються клітиною. Клітина має необхідний механізм синтезу ДНК.

Процес самоподвоєння, або реплікації (Редуплікації, аутореплікації), йде поетапно: спочатку під дією спеціального ферменту розриваються водневі зв'язки між азотистими основами, потім в результаті цього вихідний подвійний ланцюжок молекули ДНК поступово розпадається на дві одинарні. Одна нитка ДНК відходить від іншої, потім кожна з них синтезує нову шляхом приєднання вільних комплементарних нуклеотидів, що знаходяться в цитоплазмі (аденін до тіміну, гуаніну до цитозину).

Так відновлюється подвійне коло ДНК — точна копія «материнської» молекули ДНК. Але тепер такі подвійні молекули вже дві. Тому синтез ДНК і отримав назву реплікації (подвоєння): кожна молекула ДНК як би сама себе подвоює.

Іншими словами, кожна нитка ДНК служить матрицею, а її подвоєння називається матричним синтезом. У живих клітинах внаслідок подвоєння нові молекули ДНК мають таку ж структуру, як і початкові: одна нитка була вихідною, а друга зібрана заново.

У зв'язку з цим у дочірніх клітинах зберігається та сама спадкова

інформація.У цьому полягає глибокий біологічний сенс, тому що порушення структури ДНК унеможливило б збереження та передачу у спадок генетичної інформації, що забезпечує розвиток властивих організму ознак.

Молекулярна структура РНК близька до такої ДНК. Але РНК на відміну ДНК в більшості випадків буває одноланцюжковою.

До складу молекули РНК входять також 4 типи нуклеотидів, але один з них інший, ніж у ДНК: замість тиміну в РНК міститься урацил.

Крім того, у всіх нуклеотидах молекули РНК знаходиться не дезоксирибозу, а рибозу. Молекули РНК менш великі, як молекули ДНК. Існує кілька форм РНК.

Назви їх пов'язані з виконуваними функціями або розташуванням клітини.

Молекули рРНК відносно невеликі і складаються з 3-5 тис. нуклеотидів.

Інформаційні (ІРНК), або матричні (мРНК), РНК переносять інформацію про послідовність нуклеотидів у ДНК, що зберігається в ядрі, до місця синтезу білка. Розмір цих РНК залежить від довжини ділянки ДНК, де вони були синтезовані. Молекули мРНК можуть складатися із 300 - 30 000 нуклеотидів.

Молекули транспортних РНК (тРНК) найкоротші і складаються з 76 - 85 нуклеотидів. Транспортні РНК доставляють амінокислоти до місця синтезу білка, причому кожна амінокислота має тРНК. Всі види РНК синтезуються в ядрі клітини за тим самим принципом комплементарності на одному з ланцюгів ДНК.

Значення РНК у тому, що вони забезпечують синтез у клітині специфічних нею білків.

Аденозинтрифосфат (АТФ) входить до складу будь-якої клітини, де виконує одну з найважливіших функцій накопичувача енергії. Це нуклеотид, що складається з азотистої основи аденіну, цукру рибози та трьох залишків фосфорної кислоти.

Нестійкі хімічні зв'язки, якими з'єднані молекули фосфорної кислоти в АТФ, дуже багаті на енергію (макроергічні зв'язки). При розриві цих зв'язків енергія вивільняється та використовується у живій клітині, забезпечуючи процеси життєдіяльності та синтезу органічних речовин.

Відрив однієї молекули фосфорної кислоти супроводжується виділенням близько 40 кДж енергії. При цьому АТФ переходить до аденозиндифосфату (АДФ), а при подальшому відщепленні залишку фосфорної кислоти від АДФ утворюється аденозинмонофосфат (АМФ) (рис. 1.4).

Отже, АТФ — головна макроергічна сполука клітини, яка використовується для здійснення різних процесів, на які витрачається енергія..

1. Які хімічні елементи входять до складу клітин?

2. Які неорганічні речовини входять до складу клітин?

3. У чому полягає значення води для життєдіяльності клітини?

4. Які органічні речовини входять до складу клітин?

5. Назвіть функції білків.

6. Чим відрізняється будова молекул ДНК та РНК?

Нуклеїнові кислоти

Інформація про нуклеїнові кислоти у питаннях та відповідях.

Коли та ким були відкриті нуклеїнові кислоти?
Нуклеїнові кислоти були відкриті 1869 р. швейцарським лікарем Ф.Мішером у ядрах лейкоцитів, що входять до складу гною. Згодом нуклеїнові кислоти були виявлені у всіх рослинних та тваринних клітинах, бактеріях, протистах, грибах та вірусах.

Яка біологічна роль нуклеїнових кислот?

Вони відіграють центральну роль зберіганні та передачі спадкової інформації про властивості організму.

Які види нуклеїнових кислот існують у природі?

У природі існує два види нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнові, або ДНК і рибонуклеїнові, або РНК.

Що відображає різницю в їх назвах?

Молекула ДНК містить цукор дезоксирибозу, а молекула РНК – рібозу.

Які різновиди природних ДНК та РНК ви знаєте?

В даний час відомі хромосомальна та позахромосомальна ДНК та рибосомальна, інформаційна та транспортна РНК, які беруть участь у синтезі білка. ДНК включає безліч генів, що визначають відмінності у метаболізмі.

Наприклад, ДНК бактеріальної клітини кишкової палички містить кілька тисяч різних генів, а тварин і рослин – набагато більше, причому кожен вид організмів має характерний лише йому набір генів.

Проте багато генів – загальні всім організмів, що підтверджує спільність походження живих істот.

Де в клітці знаходяться нуклеїнові кислоти?

Приблизно 99% усієї ДНК знаходиться в хромосомах клітинного ядра, крім того, ДНК є в мітохондріях та хлоропластах. РНК входить до складу ядерців клітинного ядра, а також міститься в рибосомах, мітохондріях, пластидах та цитоплазмі.

Яку будову мають молекули ДНК та РНК?

Молекула ДНК складається з двох правозакручених спіральних ланцюжків полінуклеотидів. Нещодавно було відкрито лівозакручену ДНК. РНК складається з одного спірально закрученого полінуклеотидного ланцюжка.

Полінуклеотидний ланцюг ДНК складається з нуклеотидів. А що є структурними компонентами нуклеотидів?

До складу будь-якого нуклеотиду ДНК входить одна з чотирьох азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) та цитозин (Ц), а також цукор дезоксирибозу (C3H10O4) та залишок фосфорної кислоти.

Яка загальна структурна формула нуклеотиду?

Чи відрізняються нуклеотиди між собою?

Вони відрізняються лише азотистими основами, які попарно мають близьку хімічну будову: Ц подібний до Т (вони відносяться до піримідинових основ), А подібний до Г (вони відносяться до пуринових основ). А і Р за розмірами дещо більше, ніж Т і Ц. До ДНК входять нуклеотиди лише чотирьох видів.

Чим відрізняються склади нуклеотидів ДНК та РНК?

РНК побудована з тих самих азотистих основ, що і ДНК, але замість тиміну до її складу входить урацил.Крім того, вуглевод нуклеотидів РНК представлений рибозою.

Як відбувається з'єднання нуклеотидів між собою в полінуклеотидному ланцюзі?

У полінуклеотидному ланцюзі сусідні нуклеотиди пов'язані між собою ковалентними зв'язками, які утворюються між дезоксирибозою (у молекулі ДНК) або рибозою (у молекулі РНК) одного нуклеотиду та залишком фосфорної кислоти іншого нуклеотиду.

Чим пояснюється велика різноманітність генів у складі молекули ДНК?

Хоча ДНК містить лише чотири типи різних нуклеотидів, завдяки різній послідовності їх розташування в довгому ланцюжку досягається величезна різноманітність їх поєднань у молекулі.

Як поєднуються два полінуклеотидні ланцюги в єдину молекулу ДНК?

Між азотистими основами нуклеотидів різних ланцюгів утворюються водневі зв'язки (між А і Т – два, а між Г та Ц – три). У цьому А з'єднується водневими зв'язками лише з Т, а Р – із Ц.

В результаті у кожного організму число аденілових нуклеотидів дорівнює числу тимідилових, а число гуанілових - числу цитидилових. Ця закономірність одержала назву правила Чаргаффа.

Завдяки цій властивості послідовність нуклеотидів на одному ланцюжку визначає їх послідовність на другий, тобто. ланцюги ДНК є ніби дзеркальними відбиттями один одного.

Така вибіркова сполука нуклеотидів називається комплементарністю, і ця властивість лежить в основі самоскладання нового полінуклеотидного ланцюга ДНК на базі вихідної. Крім водневих зв'язків у стабілізації структури подвійної спіралі беруть участь і гідрофобні взаємодії.

Один з ланцюгів ДНК має структуру А-Т-Ц-Ц-Г-А-А-Ц-Т. Використовуючи принцип комплементарності, побудуйте другий ланцюг.

Як відбувається реплікація(самоподвоєння)молекули ДНК?

Реплікація починається із того, що подвійна спіраль ДНК тимчасово розкручується. Під дією ферменту ДНК-полімерази відбувається приєднання вільних нуклеотидів до одинарних полінуклеотидних ланцюгів.

Кожен полінуклеотидний ланцюг відіграє роль матриці для нового комплементарного ланцюга, який утворюється після з'єднання нуклеотидів між собою.

У результаті з однієї молекули ДНК виходять дві нові, кожна з яких одна половина походить від батьківської молекули, а інша є знову синтезованою.

При цьому нові ланцюги синтезуються спочатку у вигляді коротких фрагментів, які потім зшиваються в довгі ланцюга спеціальними ферментами. Дві нові молекули ДНК є точними копіями вихідної молекули. Цей процес лежить в основі передачі спадкової інформації, що здійснюється на двох рівнях: клітинному та молекулярному.

Чим пояснюється висока точність реплікації ДНК?

Висока точність забезпечується спеціальним комплексом білків – реплікативною машиною. Ці білки виконують три функції:

– вибирають нуклеотиди, здатні утворювати комплементарну пару з нуклеотидами батьківського, матричного ланцюга;

- каталізують утворення ковалентного зв'язку між кожним новим нуклеотидом і кінцем зростаючого ланцюга;

- Виправляють помилки складання ланцюга, видаляючи нуклеотиди, що неправильно включилися. Число помилок «реплікативної машини» становить незначну величину – менше однієї на 109 нуклеотидів.

Які бувають помилки "реплікативної машини" і до чого вони призводять?

У деяких випадках «реплікативна машина» пропускає або вставляє кілька зайвих підстав, включає Ц замість Т або замість А Г.

Кожна така зміна у послідовності нуклеотидів молекули ДНК – генетична помилка, яка називається мутацією.

Такі помилки відтворюватимуться у всіх наступних поколіннях клітин, що може призводити до різних наслідків, як позитивних, так і негативних.

Який діаметр та крок спіралі ДНК?

Діаметр спіралі ДНК – 2 нм, крок спіралі – 3,4 нм, кожен виток містить 10 пар нуклеотидів.

Яка довжина та маса нуклеїнових кислот?

Довжина молекули нуклеїнової кислоти може сягати сотень тисяч нанометрів, тобто. близько 0,1 мм. Це значно більше за найбільшу молекулу білка, яка в розгорнутому вигляді досягає в довжину 100-200 нм. Маса молекули ДНК становить близько 610-12 р.

Порівняльна характеристика ДНК та РНК

інформація про структуру білка

мітохондріальна та пластидна ДНК входять до складу цих органоїдів

Місцезнаходження у клітці

ядро, мітохондрії, пластиди

ядро, цитоплазма, рибосоми, мітохондрії, пластиди

подвійна спіраль: два комплементарні полінуклеотидні ланцюги

одинарний полінуклеотидний ланцюг

азотиста основа (аденін, гуанін, тимін, цитозин), дезоксирибоза та залишок фосфорної кислоти

азотиста основа (аденін, гуанін, урацил, цитозин), рибоза та залишок фосфорної кислоти

аденіловий (А), гуаніловий (Г), тимідиловий (Т), цитидиловий (Ц)

аденіловий (А), гуаніловий (Г), уридиловий (У), цитидиловий (Ц)

здатна до реплікації (самоподвоєння), стабільна

не здатна до реплікації, лабільна