Как называется последовательность нуклеотидов днк

§ 7. Нуклеиновые кислоты. Строение и функции ДНК

Оглавление

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

Известно, что признаки и свойства организма определяются, прежде всего, белками, которые синтезируются в его клетках. Поэтому информацию о первичной структуре белков называют наследственной или генетической. Установлено, что данная информация содержится в молекулах нуклеиновых кислот. Эти биополимеры также обеспечивают синтез белков, т. е. реализацию наследственной информации и ее передачу последующим поколениям при размножении.

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 7.1. Азотистые основания и соответствующие им нуклеозиды

Источник

Лекция № 4. Строение и функции нуклеиновых кислот АТФ

К нуклеиновым кислотам относят высокополимерные соединения, распадающиеся при гидролизе на пуриновые и пиримидиновые основания, пентозу и фосфорную кислоту. Нуклеиновые кислоты содержат углерод, водород, фосфор, кислород и азот. Различают два класса нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

Строение и функции ДНК

ДНК — полимер, мономерами которой являются дезоксирибонуклеотиды. Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком (для построения этой модели они использовали работы М. Уилкинса, Р. Франклин, Э. Чаргаффа).

Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси, т.е. представляет собой двойную спираль (исключение — некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют одноцепочечную ДНК). Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами — 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Молекулярный вес — десятки и сотни миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека — около 2 м. В эукариотических клетках ДНК образует комплексы с белками и имеет специфическую пространственную конформацию.

Мономер ДНК — нуклеотид (дезоксирибонуклеотид) — состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и 3) фосфорной кислоты. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов. Пиримидиновые основания ДНК (имеют в составе своей молекулы одно кольцо) — тимин, цитозин. Пуриновые основания (имеют два кольца) — аденин и гуанин.

Моносахарид нуклеотида ДНК представлен дезоксирибозой.

Название нуклеотида является производным от названия соответствующего основания. Нуклеотиды и азотистые основания обозначаются заглавными буквами.

Полинуклеотидная цепь образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. При этом между 3′-углеродом остатка дезоксирибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает фосфоэфирная связь (относится к категории прочных ковалентных связей). Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5′-углеродом (его называют 5′-концом), другой — 3′-углеродом (3′-концом).

Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное: против аденина одной цепи в другой цепи всегда располагается тимин, а против гуанина — всегда цитозин, между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином — три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (аденин — тимин, гуанин — цитозин) и избирательно соединяются друг с другом, называется принципом комплементарности. Следует отметить, что Дж. Уотсон и Ф. Крик пришли к пониманию принципа комплементарности после ознакомления с работами Э. Чаргаффа. Э. Чаргафф, изучив огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, установил, что в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина — тимину («правило Чаргаффа»), но объяснить этот факт он не смог.

Из принципа комплементарности следует, что последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой.

Цепи ДНК антипараллельны (разнонаправлены), т.е. нуклеотиды разных цепей располагаются в противоположных направлениях, и, следовательно, напротив 3′-конца одной цепи находится 5′-конец другой. Молекулу ДНК иногда сравнивают с винтовой лестницей. «Перила» этой лестницы — сахарофосфатный остов (чередующиеся остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты); «ступени» — комплементарные азотистые основания.

Функция ДНК — хранение и передача наследственной информации.

Репликация (редупликация) ДНК

Репликация ДНК — процесс самоудвоения, главное свойство молекулы ДНК. Репликация относится к категории реакций матричного синтеза, идет с участием ферментов. Под действием ферментов молекула ДНК раскручивается, и около каждой цепи, выступающей в роли матрицы, по принципам комплементарности и антипараллельности достраивается новая цепь. Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна цепь является материнской, а вторая — вновь синтезированной. Такой способ синтеза называется полуконсервативным.

«Строительным материалом» и источником энергии для репликации являются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, ТТФ, ГТФ, ЦТФ), содержащие три остатка фосфорной кислоты. При включении дезоксирибонуклеозидтрифосфатов в полинуклеотидную цепь два концевых остатка фосфорной кислоты отщепляются, и освободившаяся энергия используется на образование фосфодиэфирной связи между нуклеотидами.

В репликации участвуют следующие ферменты:

С помощью геликаз в определенных участках ДНК расплетается, одноцепочечные участки ДНК связываются дестабилизирующими белками, образуется репликационная вилка. При расхождении 10 пар нуклеотидов (один виток спирали) молекула ДНК должна совершить полный оборот вокруг своей оси. Чтобы предотвратить это вращение ДНК-топоизомераза разрезает одну цепь ДНК, что дает ей возможность вращаться вокруг второй цепи.

ДНК-полимераза может присоединять нуклеотид только к 3′-углероду дезоксирибозы предыдущего нуклеотида, поэтому данный фермент способен передвигаться по матричной ДНК только в одном направлении: от 3′-конца к 5′-концу этой матричной ДНК. Так как в материнской ДНК цепи антипараллельны, то на ее разных цепях сборка дочерних полинуклеотидных цепей происходит по-разному и в противоположных направлениях. На цепи 3’–5′ синтез дочерней полинуклеотидной цепи идет без перерывов; эта дочерняя цепь будет называться лидирующей. На цепи 5’–3′ — прерывисто, фрагментами (фрагменты Оказаки), которые после завершения репликации ДНК-лигазами сшиваются в одну цепь; эта дочерняя цепь будет называться запаздывающей (отстающей).

Купить проверочные работы
по биологии

Особенностью ДНК-полимеразы является то, что она может начинать свою работу только с «затравки» (праймера). Роль «затравок» выполняют короткие последовательности РНК, образуемые при участи фермента РНК-праймазы и спаренные с матричной ДНК. РНК-затравки после окончания сборки полинуклеотидных цепочек удаляются.

Репликация протекает сходно у прокариот и эукариот. Скорость синтеза ДНК у прокариот на порядок выше (1000 нуклеотидов в секунду), чем у эукариот (100 нуклеотидов в секунду). Репликация начинается одновременно в нескольких участках молекулы ДНК. Фрагмент ДНК от одной точки начала репликации до другой образует единицу репликации — репликон.

Репликация происходит перед делением клетки. Благодаря этой способности ДНК осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним.

Репарация («ремонт»)

Репарацией называется процесс устранения повреждений нуклеотидной последовательности ДНК. Осуществляется особыми ферментными системами клетки (ферменты репарации). В процессе восстановления структуры ДНК можно выделить следующие этапы: 1) ДНК-репарирующие нуклеазы распознают и удаляют поврежденный участок, в результате чего в цепи ДНК образуется брешь; 2) ДНК-полимераза заполняет эту брешь, копируя информацию со второй («хорошей») цепи; 3) ДНК-лигаза «сшивает» нуклеотиды, завершая репарацию.

Наиболее изучены три механизма репарации: 1) фоторепарация, 2) эксцизная, или дорепликативная, репарация, 3) пострепликативная репарация.

Изменения структуры ДНК происходят в клетке постоянно под действием реакционно-способных метаболитов, ультрафиолетового излучения, тяжелых металлов и их солей и др. Поэтому дефекты систем репарации повышают скорость мутационных процессов, являются причиной наследственных заболеваний (пигментная ксеродерма, прогерия и др.).

Строение и функции РНК

РНК — полимер, мономерами которой являются рибонуклеотиды. В отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой (исключение — некоторые РНК-содержащие вирусы имеют двухцепочечную РНК). Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между собой. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

Мономер РНК — нуклеотид (рибонуклеотид) — состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и 3) фосфорной кислоты. Азотистые основания РНК также относятся к классам пиримидинов и пуринов.

Пиримидиновые основания РНК — урацил, цитозин, пуриновые основания — аденин и гуанин. Моносахарид нуклеотида РНК представлен рибозой.

Выделяют три вида РНК: 1) информационная (матричная) РНК — иРНК (мРНК), 2) транспортная РНК — тРНК, 3) рибосомная РНК — рРНК.

Все виды РНК представляют собой неразветвленные полинуклеотиды, имеют специфическую пространственную конформацию и принимают участие в процессах синтеза белка. Информация о строении всех видов РНК хранится в ДНК. Процесс синтеза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией.

Транспортные РНК содержат обычно 76 (от 75 до 95) нуклеотидов; молекулярная масса — 25 000–30 000. На долю тРНК приходится около 10% от общего содержания РНК в клетке. Функции тРНК: 1) транспорт аминокислот к месту синтеза белка, к рибосомам, 2) трансляционный посредник. В клетке встречается около 40 видов тРНК, каждый из них имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех тРНК имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, из-за которых тРНК приобретают конформацию, напоминающую по форме лист клевера. У любой тРНК есть петля для контакта с рибосомой (1), антикодоновая петля (2), петля для контакта с ферментом (3), акцепторный стебель (4), антикодон (5). Аминокислота присоединяется к 3′-концу акцепторного стебля. Антикодон — три нуклеотида, «опознающие» кодон иРНК. Следует подчеркнуть, что конкретная тРНК может транспортировать строго определенную аминокислоту, соответствующую ее антикодону. Специфичность соединения аминокислоты и тРНК достигается благодаря свойствам фермента аминоацил-тРНК-синтетаза.

Рибосомные РНК содержат 3000–5000 нуклеотидов; молекулярная масса — 1 000 000–1 500 000. На долю рРНК приходится 80–85% от общего содержания РНК в клетке. В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы — органоиды, осуществляющие синтез белка. В эукариотических клетках синтез рРНК происходит в ядрышках. Функции рРНК: 1) необходимый структурный компонент рибосом и, таким образом, обеспечение функционирования рибосом; 2) обеспечение взаимодействия рибосомы и тРНК; 3) первоначальное связывание рибосомы и кодона-инициатора иРНК и определение рамки считывания, 4) формирование активного центра рибосомы.

Информационные РНК разнообразны по содержанию нуклеотидов и молекулярной массе (от 50 000 до 4 000 000). На долю иРНК приходится до 5% от общего содержания РНК в клетке. Функции иРНК: 1) перенос генетической информации от ДНК к рибосомам, 2) матрица для синтеза молекулы белка, 3) определение аминокислотной последовательности первичной структуры белковой молекулы.

Строение и функции АТФ

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный источник и основной аккумулятор энергии в живых клетках. АТФ содержится во всех клетках растений и животных. Количество АТФ в среднем составляет 0,04% (от сырой массы клетки), наибольшее количество АТФ (0,2–0,5%) содержится в скелетных мышцах.

АТФ состоит из остатков: 1) азотистого основания (аденина), 2) моносахарида (рибозы), 3) трех фосфорных кислот. Поскольку АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты, она относится к рибонуклеозидтрифосфатам.

Для большинства видов работ, происходящих в клетках, используется энергия гидролиза АТФ. При этом при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), при отщеплении второго остатка фосфорной кислоты — в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту). Выход свободной энергии при отщеплении как концевого, так и второго остатков фосфорной кислоты составляет по 30,6 кДж. Отщепление третьей фосфатной группы сопровождается выделением только 13,8 кДж. Связи между концевым и вторым, вторым и первым остатками фосфорной кислоты называются макроэргическими (высокоэнергетическими).

Запасы АТФ постоянно пополняются. В клетках всех организмов синтез АТФ происходит в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения фосфорной кислоты к АДФ. Фосфорилирование происходит с разной интенсивностью при дыхании (митохондрии), гликолизе (цитоплазма), фотосинтезе (хлоропласты).

АТФ является основным связующим звеном между процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии, и процессами, протекающими с затратами энергии. Кроме этого, АТФ наряду с другими рибонуклеозидтрифосфатами (ГТФ, ЦТФ, УТФ) является субстратом для синтеза РНК.

Перейти к лекции №3 «Строение и функции белков. Ферменты»

Перейти к лекции №5 «Клеточная теория. Типы клеточной организации»

Смотреть оглавление (лекции №1-25)

Источник

Урок Бесплатно Нуклеиновые кислоты. АТФ. Витамины

Введение

Долгое время функция нуклеиновых кислот в клетке была неясна, считалось что эти вещества являются всего лишь запасником фосфора в организме.

Хотя Ф. Мишер писал, что это вещество явно связано с процессом оплодотворения, но до середины XX века биологи так и не могли разгадать загадку нуклеиновых веществ.

По мнению ученых того времени, строение молекул нуклеиновых кислот было слишком однообразным и не могло рассматриваться в качестве носителя генетической информации.

Постепенно было доказано, что именно нуклеиновые кислоты являются носителем наследственной информации, благодаря им дочерние клетки наследуют свойства и признаки материнской клетки.

Нуклеиновые кислоты- природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах.

Нуклеиновые кислоты. Общая характеристика

Нуклеиновые кислоты— биологические полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

К нуклеиновым кислотам относят:

ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.

ДНК у прокариот находится в цитоплазме в составе нуклеоида.

ДНК у эукариотических организмов содержится исключительно в ядре клетки.

РНК содержится и в ядре, и в ядрышке, и в цитоплазме эукариотических клеток.

Нуклеотид (мономер) нуклеиновых кислот состоит из:

Связи между нуклеотидами легко подвергаются распаду при реакции с водой (гидролиз).

Азотистые основания- это ароматические гетероциклические соединения, производные пиримидина или пурина.

Пять соединений этого класса являются основными структурными компонентами нуклеиновых кислот, общими для всей живой материи.

Пуриновые основания являются производными пурина, молекула которого состоит из двух гетероциклов. К пуриновым основаниям относятся:

Пиримидиновые основания наиболее просто устроены и к ним относят:

Для сокращения названий нуклеотидов в биологии принято обозначать одной буквой- первой буквой их названия:

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Почему ДНК- это кислота?

Вначале ДНК называли нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, оно получило название нуклеиновая кислота.

РНК и ДНК содержат в своём составе фосфатную группу.

Она присутствует в составе многих биомолекул. Именно в ДНК фосфаты осуществляют связь между нуклеотидами, поэтому из-за них ДНК и РНК и проявляют кислотные свойства.

ДНК- дезоксирибонуклеиновая кислота

Нуклеиновую кислоту, содержащую дезоксирибозу, называют дезоксирибонуклеиновой кислотой или ДНК.

ДНК- это вещество, которое отличается необычным молекулярным строением и не похоже ни на одно химическое соединение.

Функции ДНК:

Молекула ДНК представляет собой две спирально закрученные друг вокруг друга цепи:

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

У человека молекулы ДНК находятся в особых структурах ядра- хромосомах.

В каждой соматической клетке тела человека находится 46 хромосом.

Длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке тела человека равна почти 2 метрам.

Тело взрослого человека состоит примерно из 30-40 триллионов клеток. Получается, что общая длина молекул ДНК в организме достигает 80 трлн. км, что в тысячи раз превышает расстояние от Земли до Солнца, которое составляет 150 млн км.

Во всех молекулах ДНК одной клетки человека содержится 3,2 млрд пар нуклеотидов, что соответствует 800 мегабайтам информации.

Используя все имеющиеся данные о нуклеиновых кислотах, в 1953 году в США учеными Ф.Криком и Д.Уотсоном была смоделирована пространственная модель ДНК, где четко видно, что ДНК- это полимер, а его мономерами являются нуклеотиды.

Нуклеотид ДНК состоит из 3-х компонентов:

Нуклеотиды соединены в одной цепи через углевод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего нуклеотида прочной ковалентной связью.

В двойную цепь нуклеотиды соединены комплементарно через азотистые основания водородными связями:

Нуклеотидный состав ДНК в 1905 г. впервые количественно проанализировал американский биолог Эрвин Чаргафф.

Он обнаружил, что в молекуле ДНК число пуриновых оснований всегда равно числу пиримидиновых.

Молекулярное количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно цитозину- это правило Чаргаффа или принцип комплементарности (дополнительности).

Согласно принципу комплементарности можно восстановить недостающую цепь ДНК.

Задача:

Первая цепочка ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

А- Г- Ц- Т- Т- Ц- Г- Г- А- Г

достойте вторую цепочку ДНК, используя принцип комлементарности.

Решение:

Мы видим, что первый нуклеотид в первой цепи ДНК- аденин (А), смотрим правило комплементарности:

значит, аденину (А) соответствует тимин (Т).

Далее второй нуклеотид в первой цепи гуанин (Г). Опять обращаемся к принципу комплементарности, гуанин (Г) соответствует цитозину (Ц).

И таким образом, мы можем достроить всю вторую цепь ДНК.

Первая цепь ДНК: А- Г- Ц- Т- Т- Ц- Г- Г- А- Г

Вторая цепь ДНК: Т- Ц- Г- А- А- Г- Ц- Ц- Т- Ц

Кроме достраивания цепей ДНК в ЕГЭ присутствуют задачи на определение количества (%) нуклеотидов в гене и определение длины гена.

Для решения таких задач тоже используют правило Чаргаффа: молекулярное количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно цитозину.

Нуклеотиды расположены на расстоянии друг от друга 0,34 нм и молекулярная масса одного нуклеотида равна 345. Эти величины постоянные, они также используются для решения задач по ДНК.

Примеры задач:

Задача

В молекуле ДНК доля тиминовых нуклеотидов составляет 15% от общего количества нуклеотидов.

Определите количество других видов нуклеотидов в данной молекуле ДНК.

Решение:

1. По правилу Чаргаффа количество Тимина (Т) в ДНК равно аденину (А), следовательно, если доля Т = 15%, значит, и А будет = 15%.

2. В сумме А + Т = 30%

3. Всего всех нуклеотидов ДНК = 100%, из них на долю А + Т приходится 30%

Ответ: А = (15%), Т = (15%), Г = (35%), Ц = (35%)

Задача

Участок цепи ДНК содержит 1500 нуклеотидов. В одной из цепей содержится 150 нуклеотидов А, 200 нуклеотидов Т, 250 нуклеотидов Г и 150 нуклеотидов Ц. Сколько нуклеотидов каждого вида будет во второй цепи ДНК?

Решение:

По правилу Чаргаффа в ДНК количество гуанина (Г) равно цитозину (Ц), количество тимина (Т) равно аденину (А). Если А в первой цепочке 150 нуклеотидов, значит и Т во второй цепи будет тоже 150, следовательно, получается:

А = 150 Т = 150

Т = 200 А = 200

Г = 250 Ц = 250

Ц =1 50 Г = 150

Ответ: Во второй цепи ДНК: Т=150; А=200; Ц=250; Г=150

Задача

В молекуле ДНК обнаружено 880 гуаниловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего количества нуклеотидов этой ДНК. Сколько каждого нуклеотида содержится в этой молекуле ДНК? Какова длина этой молекулы ДНК?

Решение:

1) Исходя из принципа комплементарности (А + Т) + (Г+ Ц) = 100%

Тогда количество цитидиловых нуклеотидов равно: Г = Ц = 880, или 22%, то есть Г = 22% и Ц = 22%

3) Необходимо посчитать количество нуклеотидов, исходя из процентных данных. Составляем пропорцию:

Х = (880*56) : 22 = 2400 нуклеотидов, приходится в сумме на А+Т

Так как А = Т, то 2400 : 2=1120 нуклеотидов, то есть 1120 = А и 1120 нуклеотидов Т

3) Всего в этой молекуле ДНК содержится (880 х 2) + (1120 х 2) = 4000 нуклеотидов.

4) Для определения длины ДНК узнаем, сколько нуклеотидов содержится в одной цепи:

Мы знаем, что нуклеотиды расположены на расстоянии друг от друга 0,34 нм и вычисляем длину ДНК в одной цепи:

0,34 нм х 2000 нуклеотидов= 680 нм.

Ответ: в молекуле ДНК Г = Ц = 880 и А = Т = 1120 нуклеотидов; длина этой молекулы 680 нм.

Синтез ДНК

Каждая молекула ДНК способна к самоудвоению, в основе которого лежит тот же принцип комлементарности (дополнительности). Этот принцип поможет понять, как строится новая молекула ДНК в новой клетке.

Перед каждым делением клетки (в интерфазе) происходит образование новой молекулы ДНК под действием фермента дезоксирибонуклеазы.

Фермент разрывает двойную цепь ДНК и спираль раскручивается.

Каждая отдельная цепь собирает новую молекулу ДНК по принципу комплементарности, в результате образуется две молекулы ДНК.

Этот процесс называется редупликация ДНК— копирование молекулы ДНК.

Нуклеиновую кислоту, содержащую рибозу, называют рибонуклеиновой кислотой или РНК.

РНК— это полимер, мономерами которого являются нуклеотиды.

В отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой, и эта цепь очень похожа на одну из цепей ДНК.

РНК участвует в реализации генетической информации.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Оказывается РНК тоже может состоять из двух цепочек, как и ДНК.

Двухцепочечные РНК были обнаружены у вирусов группы реовирусы, у плесневелых грибов, высших растений, насекомых и некоторых позвоночных животных.

Вирус гриппа с молекулами РНК:

По своей структуре нуклеотиды РНК очень близки, но не тождественны нуклеотидам ДНК, они также образуют между собой водородные связи.

Цепи РНК значительно короче и их вес меньше цепей ДНК.

Состав мономера (нуклеотида) РНК:

Виды РНК

Все виды РНК представляют собой неразветвленные полимеры. Все они принимают участие в процессах образования белка.

Информация о строении всех видов РНК хранится в ДНК.

Процесс синтеза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией, этот процесс подробно раскрыт в теме биосинтез белка.

Выделяют три вида РНК:

Информационная РНК содержит информацию о первичной структуре (аминокислотной последовательности) белков.

Длина зрелой мРНК составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов.

На долю иРНК приходится до 5% от общего содержания РНК в клетке.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Различные мРНК имеют различную продолжительность жизни (стабильность).

В клетках бактерий молекула мРНК может существовать от нескольких секунд до более часа, а в клетках млекопитающих от нескольких минут до нескольких дней.

Чем больше стабильность мРНК, тем больше белка может быть синтезировано.

Ограниченное время жизни мРНК клетки позволяет быстро изменять синтез белка в ответ на изменяющиеся потребности клетки

Функции иРНК:

Транспортные РНК (тРНК) содержат обычно от 73 до 93 нуклеотидов.

По структуре тРНК напоминают лист клевера.

В клетке встречается около 40 видов тРНК, каждый из них имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов.

На долю тРНК приходится около 10% от общего содержания РНК в клетке.

В строении тРНК можно выделить участок, который состоит из трех нуклеотидов-антикодон.

Антикодоны специфически связываются с тройкой нуклеотидов (кодон) на матричной РНК при синтезе белка.

Конкретная тРНК может транспортировать строго определенную аминокислоту, соответствующую ее антикодону.

Рибосомные РНК (рРНК) содержат от 3000 до 5000 нуклеотидов.

На долю рРНК приходится 80- 85% от общего содержания РНК в клетке.

В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы- органоиды, осуществляющие синтез белка.

В эукариотических клетках синтез рРНК происходит в ядрышках.

Функции рРНК:

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

В клетках кроме мРНК, тРНК, рРНК еще есть и малые ядерные РНК (мяРНК)- компонент ядра клеток.

Ядерные РНК состоят примерно из ста нуклеотидов.

Долгое время их роль в клетке была неясна.

По последним данным мяРНК необходимы для регуляции факторов транскрипции при биосинтезе белка и для нормального процесса сплайсинга (процесса вырезания определённых нуклеотидных последовательностей из молекул РНК) для правильного соединения последовательностей РНК

Все виды РНК синтезируются в клеточном ядре на матрице ДНК под действием ферментов полимераз.

Таблица сравнения ДНК и РНК

Нуклеиновая кислота

Особенности строения

Двойная спираль, способность к репликации (самоудвоению)

Одинарная цепочка нуклеотидов.

Строение нуклеотида

Азотистое основание- углевод- остаток фосфорной кислоты

Локализация в клетке

Ядро, митохондрии, хлоропласты

Ядро, ядрышко, цитоплазма, рибосомы, митохондрии, хлоропласты

Локализация в ядре

Азотистые основания

Тимин (Т)

Урацил (У)

Углевод нуклеотида

Пятиуглеродный моносахарид дезоксирибоза

Пятиуглеродный моносахарид рибоза

Функции

Хранение и передача наследственной информации

Биосинтез белка (реализация наследственной информации)

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

АТФ— аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфорная кислота.

Все проявления жизнедеятельности, все функции клетки осуществляются с затратой энергии.

Энергия требуется для движения, биохимических реакций, переноса веществ через клеточные мембраны, для любых форм клеточной активности.

Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

АТФ был открыт в 1929 г. Карлом Ломанном, а в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.

АТФ содержится в каждой клетке животного или растительного организма, в клетках бактерий и вирусах, хотя запас АТФ в клетках не велик.

За счет обменных процессов в организме происходит пополнение истраченных запасов этого богатого энергией вещества.

При усиленной, но кратковременной работе (например, при беге на короткую дистанцию) мышцы работают за счет распада собственного АТФ. После окончания бега спортсмен усиленно дышит, в этот период происходит интенсивное окисление углеводов и других веществ для восполнения израсходованной АТФ.

При длительной напряженной работе содержание АТФ в клетках может существенно не изменяться, так как реакции окисления успевают обеспечить быстрое и полное восстановление израсходованной АТФ.

Итак, АТФ представляет единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки.

В организме возможна передача энергии из одних частей клетки в другие и заготовка энергии впрок.

Синтез АТФ может происходить в одном месте клетки и в одно время, а использоваться в другом месте и в другое время.

Наиболее большое количество молекул АТФ можно обнаружить в скелетных мышцах.

АТФ- единый и универсальный источник энергообеспечения клетки.

По химическому строению АТФ является нуклеотидом.

Состав нуклеотида АТФ:

АТФ – очень неустойчивая структура. Самопроизвольно или под влиянием фермента в АТФ разрывается связь между фосфором (Р) и кислородом (О). К освободившимся связям легко присоединяются одна или две молекулы воды и отщепляются одна или две молекулы фосфорной кислоты.

Если отщепляется одна молекула фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). Если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, то образуется АМФ (аденозинмонофосфорная кислота).

И теперь самое важное: при реакции отщепления одного остатка фосфорной кислоты выделяется большое количество энергии (40 кДж).

Чтобы подчеркнуть такую высокую энергетическую эффективность фосфорно-кислородной связи в АТФ ее называют «связью, богатой энергией» или макроэргической и обозначают знаком «

В АТФ имеются две макроэргические связи.

АТФ играет центральную роль в энергетическом обмене клетки:

Синтез АТФ

Два исследователя Пол Д. Бойер (США) и Джон Э. Уолкер (Великобритания) в 1997 году получили Нобелевскую премию за объяснение ферментативного механизма, лежащего в основе синтеза АТФ.

АТФ синтезируется в митохондриях в несколько этапов при реакции специального фермента АТФ-синтазы с фосфатами во время дыхания клетки (окисление глюкозы в присутствии кислорода) и во время фотосинтеза (за счет солнечной энергии).

Синтез молекул АТФ происходит в ходе кислородного этапа энергетического обмена, во время которого в клетке образуется 36 молекул АТФ.

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Витамины

Витамины (лат. vita «жизнь»)- группа низкомолекулярных органических соединений простого строения и разнообразной химической природы, они необходимы для нормального функционирования организма.

Витамины являются составной частью ферментов, ускоряющих обменные процессы в организме.

История открытия витаминов

До XIX века о существовании витаминов ничего не было известно, хотя болезни от нехватки этих веществ у людей активно проявлялись и обычно причины болезненного состояния списывались на инфекцию.

Особенно страдали от нехватки витаминов мореплаватели, которые при длительных путешествиях погибали от цинги- болезни, вызываемой острым недостатком витамина C.

Витамины по большей части содержатся в овощах и фруктах, которые моряки не брали с собой, так как они быстро портились.

При цинге из-за недостатка витамина С нарушается биосинтез коллагена, входящего в состав соединительной ткани. В результате становятся слабыми сосуды, появляются кровотечения, поражаются кости, выпадают зубы, понижается иммунитет.

В 1747 году шотландский врач Джеймс Линд, пребывая в длительном плавании, провел своего рода эксперимент на матросах, больных цингой, дополнительно вводя в их рацион различные продукты.

В ходе этой работы было обнаружено, что у матросов, в рацион которых врач Линд добавлял фрукты, а в частности, цитрусовые лимоны и апельсины, болезнь проходила после 6 дней употребления этих фруктов.

Однако в то время его открытие признания в научном мире не заслужило.

Джеймс Линд и его работа:

В 1795 году лимоны и другие цитрусовые стали стандартной добавкой к рациону британских моряков.

Вторая половина XIX века была периодом бурного развития химии и физиологии.

К тому времени были получены основные сведения о химической природе главных составных частей пищи: белков, жиров, углеводов.

В 1880 году русский врач Николай Иванович Лунин в 26 лет экспериментально доказал, что в молоке содержатся некие вещества, незаменимые для питания.

Опыт Лунина Н.И. состоял в следующем:

Исследователь взял две группы мышей.

Первую группу мышей кормил натуральным коровьим молоком, а вторую группу смесью белков, жиров, углеводов и минеральных солей, по составу и в соотношениях полностью соответствовавших коровьему молоку.

Опыт длился 70 дней.

Животные первой группы, питавшиеся натуральным молоком, оставались здоровыми на всем протяжении опыта.

Мыши из второй группы, питавшиеся смесью, погибали в срок от 11 до 21 дня.

Н.И.Лунин писал в своей диссертации: «В молоке, кроме казеина, жира, молочного сахара и солей, должны содержаться другие вещества, которые совершенно необходимы для питания. Обнаружить эти вещества и изучить их значение представляет большой интерес».

Именно исследование Н.И.Лунина можно считать первыми доказательствами существования витаминов, а самого Лунина российским первооткрывателем витаминов.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Бери-бери переводится с сингальского как «большая слабость».

Широкое распространение заболевание получило в конце XIX века в странах, где основным продуктом питания людей был очищенный рис.

Люди не знали, что витамин В₁ содержится именно в чешуйках и верхних слоях рисовых зерен.

Витамин В₁ играет важную роль в углеводном и жировом обмене.

Его недостаточность провоцирует биохимические сдвиги с накоплением пировиноградной кислоты в тканях (что является причиной повреждения нервных волокон), происходит потеря аппетита, нарушение пищеварения, уменьшение силы сердечных сокращений, слабость скелетной мускулатуры.

Истоки заболевания были найдены спустя годы.

В 1897 году ирландский врач Христиан Эйкман пришел к выводу, что, шлифуя рис, люди лишают себя необходимых полезных веществ, которые входят в состав верхних слоев неочищенных зерен.

В 1911 году польский учёный Казимир Функ, выделил кристаллический препарат из рисовых отрубей, небольшое количество которого излечивало бери-бери. Функ назвал это вещество «витамин»: от латинских слов «vita» (жизнь) и «amine» (азот).

С развитием биологической химии ученные постепенно установили химические формулы витаминов и научились получать их в чистом виде.

Благодаря применению витаминов исчезли такие массовые болезни, как рахит, цинга, пеллагра и другие авитаминозы.

Краткая история открытия жирорастворимых витаминов:

Витамин

Когда и какими учеными был открыт витамин

Витамин А

В 1917 г. был обнаружен независимо Элмером Макколом и Лайфайеттом VHS Менделем и Томасом Бурром Осборном.

Витамин Д

В 1937 г. Виндаус сумел выделить активный витамин Д3.

Витамин Е

В 1936 г. получены первые препараты витамина Е путем экстракции из масел ростков зерен.

Синтез витамина Е осуществлен в 1938г. Каррером.

Краткая история открытия водорастворимых витаминов:

Витамин

Когда и какими учеными был открыт витамин

Витамин В₁ (тиамин)

В 1911г. польским учёным Казимиром Функом.

В чистом виде впервые выделен Б. Янсеном в 1926г.

Витамин В₂ (рибофлавин)

В 1879 г. ученый Блисc открыл это вещество.

Как рибофлавин описан в 1932г.

Витамин В₃

В качестве витамина был открыт в 1933 г. Р.Уильямсом

Витамин С

В 1923 г. доктором Гленом Кингом было установлено химическое строение витамина С.

В 1928 г. доктор и биохимик Альберт Сент-Дьёрди впервые выделил витамин С.

В 1933 г. швейцарские исследователи синтезировали аскорбиновую кислоту (аналог витамина С)

Витамин К

В 1929 г. датский биохимик Хенрик Дам выделил жирорастворимый витамин, который в 1935 г. назвали витамином К. Участвует в свертываемости крови.

Витамин РР (никотиновая кислота)

С 1915 г. американский врач Гольдберг исследовал этот витамин, и постепенно был получен кристаллический препарат никотиновой кислоты

Классификация и роль витаминов в организме человека

Большую часть витаминов организм не способен синтезировать сам, поэтому витамины должны попадать в наш организм вместе с пищей.

Источниками витаминов для человека являются пищевые продукты растительного и животного происхождения.

Некоторые витамины образуются микрофлорой кишечника.

При недостатке или переизбытке в организме какого-либо витамина наступает болезненное состояние, характеризуемое определенным набором симптомов.

Гиповитаминоз- патологическое состояние, связанное с недостатком в организме определенного витамина.

Авитаминоз— тяжелое патологическое состояние, связанное с отсутствием в организме определенного витамина.

Гипервитаминоз— патологическое состояние, связанное с избытком в организме определенного витамина.

Авитаминозы и гиповитаминозы могут возникать не только в случае отсутствия витаминов в пище, но и при нарушении их всасывания при заболеваниях желудочно-кишечного тракта.

Жирорастворимые витамины накапливаются в жировой ткани и печени, поэтому гиповитаминозы и авитаминозы этих витаминов наблюдаются реже, чем у водорастворимых, которые не могут накапливаться в организме.

Таким образом, чаще наблюдаются гиповитаминозы водорастворимых витаминов и гипервитаминозы жирорастворимых витаминов.

Витаминология— медико-биологическая наука, изучающая структуру и механизмы действия витаминов, а также их применение в лечебных и профилактических целях.

Водорастворимые витамины:

Жирорастворимые витамины:

Различные факторы: кипячение, замораживание, высушивание, освещение могут оказать негативное влияние на витамины и разрушать их.

Наименее стойким из всех витаминов является витамин С, который начинает разрушаться при нагревании всего лишь до 60°С, а также при доступе воздуха, солнечного света, повышении влажности.

Витамин А более устойчив к действию высокой температуры, но легко окисляется при доступе воздуха.

Витамин D выдерживает продолжительное кипячение в кислой среде, а в щелочной быстро разрушается.

Витамины группы В более устойчивы и меньше разрушаются при кулинарной обработке. Наименее стоек из них витамин В1, который распадается при длительном кипячении и повышении температуры до 120°С.

Витамин Е выдерживает кипячение любой длительности.

Длительное хранение и высушивание губительно действуют на витамины А, С, но не разрушают витамины В₁, B₂, D, Е.

Витамин

Функции

Симптомы авитаминоза и гиповитаминоза

Источники витамина для организма

Для роста и развития, нормального функционирования слизистых оболочек, восприятия света,

иммунитет (синтез интерферонов, иммуноглобулина, лизоцима); антиоксидант

Печень, сливочное масло, сыр, в виде каротина- в моркови, красном перце, тыкве, и в других овощах и фруктах красного цвета

Необходим для нормальной деятельности нервной системы

Заболевание под названием Бери-бери – повышенная возбудимость, нарушение сна, снижение памяти, судороги, паралич

В оболочках зерен злаковых растений, гречневой и овсяной крупах, зеленом горошке, ржаной хлеб

Влияет на состояние эпителия слизистой оболочки ротовой полости и других пищеварительных органов

Воспаление слизистой оболочки в ротовой полости, трещинки в углах рта, Катаракта – помутнение хрусталиков глаз

Молоко, сыр, и другие молочные продукты, печень почки, гречневая крупа

Участвует в белковом обмене, уменьшает отложения в сосудах холестерина, который ведёт к развитию атеросклероза, ожирению печени и отложению камней в желчном пузыре

Ожирение печени, нарушение функции нервной системы, вызывает потерю аппетита, тошноту, воспаление языка, образова­ние трещин в углах рта, воспаление красной каймы губ

Дрожжи пекарские и пивные, печень животных и рыб, яичный желток, сельдь, треска, зеленый горошек, стручковая фасоль, куриное мясо. Частично синтезируется микробами

Участвует в синтезе ферментов, ответственных за созревание клеток крови в костном мозге

Ухудшение аппетита, слабость, снижение массы тела. Злокачественная анемия (малокровие)

Печень, яичные желтки, кисломолочные продукты

Участвует в синтезе белков соединительной ткани, повышает иммунитет

Быстрая утомляемость слабеет устойчивость к инфекциям, сонливость. Цинга – стенки кровеносных сосудов становятся хрупкими, кровоточат десна, расшатываются и выпадают зубы

Овощи, фрукты, ягоды, много в шиповнике, черной смородине, лимоне и капусте

Регулирует содержание кальция и фосфора в крови, минерализация костей и зубов

Рахит – кости теряют прочность, у детей искривляются ноги деформируется грудная клетка, замедляется рост. Нарушение усвоения кальция и фосфора, снижается тонус мышц и устойчивость к инфекционным болезням

Яичный желток, печень, рыбий жир, молоко, образуется в коже под влиянием УФ лучей

Обеспечивает нормальное протекание окислительно-восстановительных процессов, участвует в образовании гормонов надпочечников

Нарушение деятельности пищеварительной системы, потемнение кожи, покрытие её язвочками

Дрожжи, неочищенный рис, печень, яичный желток, молоко. Образуется в организме из продуктов питания

Н (биотин)

Участвует в энергетическом обмене

У маленьких детей недостаток витамина Н проявляется дерматитом.

У взрослых мелкое шелушение кожи,

Ананас, свекла, гречка, фасоль, мясо и субпродукты, грибы; синтезируется бактериальными симбионтами в толстом кишечнике

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Заключительный тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Источник