В чем заключается правило комплементарности в днк и рнк

Описание спирали

Воспроизведение молекулы ДНК основано на следующем — цепочку можно использовать в качестве матрицы для сборки новой молекулы. В результате деления происходит самопроизведение либо репликация. Сущность процесса заключается в получении каждой дочерней клеткой копии материнского ДНК. Главная роль соединения — передача наследственной информации.

Сама молекула состоит из следующих форм РНК:

Они, в отличие от ДНК, обладают следующими признаками: нет азотистого основания тимина, вместо него используется урацил. Отсутствует сахар, но есть рибоза. Определение структуры односпиральных белков зависит от набора и порядка расположения аминокислот в пептидных цепочках. Подобная информация зашифрована при помощи генетического кода (ГК).

Он представлен в виде единой системы записи наследственной информации. Подобная последовательность нуклеотидов в ДНК определяет цепочку аминокислот в белке. Структурная единица ГК представлена в виде кодирующего тринуклеотида. Пара кодов должна соответствовать последовательности аминокислот белка.

Так как существует 4 разных нуклеотида, суммарное количество кодов равняется 64. Информация о некоторых аминокислотах может удерживаться только в 61 аминокислоте. Остальные 3 стоп-кода указывают на остановку трансляции полипептидной цепи.

Свойства и катаболизм

В старших классах на биологии изучаются свойства ГК. Один код может образовать только одну аминокислоту. Чтобы записать мРНК, «запятые» не используются. При шифровке должно соблюдаться следующее условие — одна аминокислота кодируется различными кодами. Примеры других свойств молекул:

Чтобы разобраться, в чем заключается принцип комплементарности, необходимо рассмотреть некоторые процессы: всасывание и переваривание нуклеиновых кислот (НК), катаболизм (энергетический обмен). Учёные доказали, что организм способен переварить до 1 гр НК в сутки. Процесс переваривания осуществляется в тонком кишечнике. Предварительно НК под воздействием ферментов превращаются в мононуклеотиды.

В тонком кишечнике от веществ отщепляется фосфорная кислота. Образуются нуклеозиды. Некоторая часть распадается на углеводы и азотистые основания. Удерживать НК — задача печени. Процесс энергетического обмена, диссимиляции либо катаболизма заключается в распаде сложных компонентов на более простые. Наблюдается окисление любого вещества. Явление сопровождается освобождением энергии в виде молекулы АТФ с теплом.

В клетках обмен РНК протекает интенсивнее, чем обмен ДНК. На последнем этапе процесса НК расщепляются на следующие компоненты:

Пуриновые АС при катаболизме теряют аминогруппу, окисляясь, превращаясь в мочевую кислоту. Пиримидиновые АС подвергаются глубокому расщеплению до воды, углекислого газа и аммиака. Углеводы переходят в глюкозу. Фосфорная кислота не подвергается распаду. Она принимает участие в реакциях фосфорилирования и фосфолиза либо при избытке выделяется из организма с уриной.

Закон взаимодополнения

Термином «комплементарность» в биологии обозначают взаимное соответствие молекул биополимеров, которые обеспечивают связь между комплементарными (пространственно взаимодополняющими) частями молекул вследствие любых супрамолекулярных взаимодействий (водородных, гидрофобных). Правило комплементарности ДНК и РНК заключается в следующем — водородная связь и двойная спираль образуются только тогда, когда более крупное основание А в одной цепи имеет в качестве партнёра во второй цепи меньшее по параметрам пиримидиновое основание Т, а Г связан с Ц. Такой закон можно записать следующим образом:

Подобная закономерность часто отображается в виде таблицы. Соответствие А Т и Г Ц — правило комплементарности, а цепи — комплементарными. С учётом закона содержание А в ДНК всегда совпадает с количеством Т, а объём Г равен числу Ц. Две цепи ДНК могут отличаться химически, но они несут одну информацию, так как по правилу Уотсона и Крика следует, что одна цепочка задаёт другую.

Структура РНК считается менее упорядоченной, чем ДНК. Чаще это простая молекула, только некоторые вирусы состоят из двух цепей. Последняя структура считается более гибкой, чем ДНК. Определённые участки в молекуле РНК взаимно комплементарны, а при изгибании они спариваются. Таким способом образуются двухцепочечные структуры. Подобной характеристикой обладают транспортные РНК.

Функции и возобновление

Принцип комплементарности лежит в основе взаимодействия, удвоения либо репликации молекул ДНК. По нему образуется дочерняя цепочка. При последующем делении материнской клетки каждая дочерняя получает по 1 копии молекулы ДНК. Она идентична структуре матери. Процесс обеспечивает тонкую передачу генетической информации между поколениями.

От правильности репликации зависит точность соответствия комплементарных пар оснований. Другие характеристики явления:

Репликация протекает в несколько этапов. Предварительно расплетаются молекулы с помощью фермента хеликазы. Образуются матрицы, на которых будет осуществляться синтез новых линий. На следующем этапе происходит фиксация новых нуклеотидов по принципу комплементарности. Новые клетки расходятся, скручиваясь в спираль. За одну секунду происходит репликация 750 нуклеотидов.

Главная функция молекулы заключается в хранении и передаче следующему поколению наследственной информации, записанной в ней. За счёт принципа комплементарности репликация создаёт точную копию первичной молекулы. Таким способом образуются новые клетки, идентичные материнским.

Значение принципа

Взаимодополняемость считается важным процессом при формировании белков. Без него невозможен синтез дочерних клеток. Явление играет важную роль в делении молекул, так как каждый новый организм получает по одной одинаковой копии ДНК. За счёт комплементарности обеспечивается передача генетической информации от поколения к поколению.

Изучив принцип, можно понять механизм образования мутаций, способы их предупреждения. Из закона вытекает следующее следствие: репликация дезоксирибонуклеиновой кислоты — важное событие в делении клеток и синтезе белка. На основе принципа комплементарности работает практическая медицина ДНК-технологий.

Закон позволил подробно изучить механизм развития заболеваний, которые передаются наследственным путём, проанализировав их патогенез.

Области генетики и медицины, в которых успешно применяется закон:

Перспективы комплементарности

За счёт современного развития генетики и медицины взаимодополняемость получает широкое применение в разных исследованиях. Принцип способствовал установлению и внедрению в лечебную практику теории функционирования живого организма, его саморегуляцию, взаимоотношение функциональных систем.

Комплементарность позволяет применять некоторые методики лечения, направленные на устранение внутренних патологических процессов с использованием компенсаторных возможностей. Процесс изучения нуклеотидов предоставляет шанс внедрять в главные терапевтические методы самые последние достижения генной инженерии. Подобная возможность позволяет побороть тяжёлые наследственные патологии, обеспечив пациентам полноценную жизнь.

При проведении исследований учёные выявили некоторые интересные факты. В геноме существует более трёх миллиардов нуклеотидов, но только около одного процента участвует в кодировке белков. Всего у человека найдено свыше 20 000 генов, при этом каждый из них хранится в соответствующей клетке. Около 4/5 генома переписывается на РНК. В ДНК сосредоточено несколько дополнительных участков, которые контролируют кодировку и синтез белка.

Источник

Раздел 1. Задачи по теме «Принцип комплементарности, правило Чаргаффа»

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

Для решения задач данного типа необходимы знания о строении и свойствах ДНК и РНК, принципе комплементарности, коде ДНК и его свойствах, механизме биосинтеза белка, этапах диссимиляции глюкозы, роли АТФ в клеточном метаболизме.

Основные биологические понятия:

ген – участок ДНК, в матричной цепи которого зашифрована информация о первичной структуре одной полипептидной цепи; матрица для синтеза всех видов РНК;

генетический код – система записи информации о порядке аминокислот в белковой молекуле в виде последовательности нуклеотидов ДНК или РНК;

триплет (кодон) – три последовательно соединенных нуклеотида ДНК или РНК, несущих информацию об определенной аминокислоте;

антикодон – кодовый триплет т-РНК, комплементарный кодону и-РНК и определяющий аминокислоту, которую переносит данная т-РНК;

комплементарность – свойство азотистых оснований избирательно соединяться друг с другом (А-Т (У), Ц-Г);

репликация – процесс удвоения ДНК в соответствии с принципом комплементарности;

транскрипция («переписывание») – процесс синтеза и-РНК на кодирующей цепи гена в соответствии с принципом комплементарности;

трансляция – процесс синтеза белковой молекулы на рибосоме в соответствии с последовательностью кодонов и-РНК;

правило Чаргаффа – правило соответствия количества пуриновых (А+Г) нуклеотидов в молекуле ДНК количеству пиримидиновых (Т+Ц) нуклеотидов. Следствие: в любой двуцепочной структуре нуклеиновых кислот количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых (уридиловых), а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству цитидиловых, т. е. А = Т(У); Г = Ц;

экзон – фрагмент гена эукариот, несущий информацию о структуре белковой молекулы;

интрон – фрагмент гена эукариот, не несущий информации о структуре белковой молекулы;

зрелая и-РНК (матричная) – и-РНК эукариот, образовавшаяся в результате рестрикции и сплайсинга и состоящая только из экзонов;

диссимиляция глюкозы – процесс ферментативного расщепления и окисления глюкозы;

фосфорилирование – процесс образования АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты;

гликолиз – процесс ферментативного расщепления глюкозы без участия кислорода до ПВК или молочной кислоты c образованием 2 молекул АТФ;

аэробный гликолиз – процесс ферментативного расщепления и окисления органических веществ (в том числе, глюкозы) до конечных продуктов с участием кислорода как акцептора электронов в ходе окислительного фосфорилирования;

дыхание – процесс окисления сложных органических веществ до более простых с целью аккумуляции энергии в АТФ;

— Один шаг это полный виток спирали ДНК-поворот на 360 0

— Один шаг составляют 10 пар нуклеотидов

— Молекулярная масса одной аминокислоты – 100 г/мол

-В молекуле ДНК: А+Г=Т+Ц (Правило Чаргаффа)

-Комплементарность нуклеотидов: А=Т; Г=Ц

-Цепи ДНК удерживаются водородными связями, которые образуются между комплементарными азотистыми основаниями: аденин с тимином соединяются 2 водородными связями, а гуанин с цитозином тремя.

-В среднем один белок содержит 400 аминокислот

Генетический код имеет следующие свойства.

Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона (триплетность ).

6.Вырожденность, или избыточность,- одну аминокислоту может кодировать несколько триплетов.

Хромосомные мутации (аберрации)(делеции, дупликации, инверсии, транслокации).

Раздел 1. Задачи по теме «Принцип комплементарности, правило Чаргаффа»

Для решения задач этого типа необходимо знание принципа комплементарности, строения и свойств ДНК и РНК, правило Чаргаффа.

Задача 1. Достроить вторую цепочку молекулы ДНК, имеющую следующую последовательность нуклеотидов в одной цепи: АТТЦГАЦГГЦТАТАГ. Определить ее длину, если один нуклеотид имеет длину 0,34 нм по длине цепи ДНК.

1. Вторая цепочка ДНК строится по принципу комплементарности (А-Т, Г-Ц):

1-ая цепь ДНК – А Т Т Ц Г А Ц Г Г Ц Т А Т А Г

2-ая цепь ДНК – Т А А Г Ц Т Г Ц Ц Г А Т А Т Ц

в одной цепи ДНК = 0,34нм × 15 = 5,1 нм

Ответ: вторая цепь ДНК имеет состав нуклеотидов

ТААГЦТГЦЦГАТАТЦ, длина ДНК составляет 5,1 нм.

При оформлении задач такого типа краткую запись того, что в задаче дано можно не записывать. При написании нуклеотидов в комплементарных цепях следует аккуратно комплементарные нуклеотиды размещать друг напротив друга.

Задача 2. В молекуле ДНК тимидиловых нуклеотидов 30, что составляет 15% от общего количества нуклеотидов. Определите количество других видов нуклеотидов в данной молекуле ДНК.

1. По правилу Чаргаффа количество Т в ДНК = А; следовательно А будет 15%.

2. В сумме А+Т = 30%, что составляет 60 нуклеотидов.

3.Находим общее количество нуклеотидов в молекуле ДНК: х=3000/20=150

4. Г + Ц = 100%-30%=70%, значит Г=35%,Ц=35%

Г+Ц=90, значит Г=45, Ц=45.

Ответ: А=30(15%), Т=30(15%), Г=45(35%), Ц=45(35%).

При решении задач такого типа строгих регламентирующих правил оформления нет. Однако учитывайте, что в записи решения задачи по молекулярной биологии должен прослеживаться ход рассуждений и должна быть записана четкая последовательность действий.

2. Зная, что и-РНК синтезируется с кодирующей цепи гена по принципу комплементарности (причем Т заменяется на У), подсчитываем процентный состав

нуклеотидов в одной цепочке гена:

Ц и-РНК = Г гена = 26%,

А и-РНК = Т гена = 28%,

У и-РНК = А гена = 40%.

Задача 4. Химический анализ показал, что в составе и-РНК 20% адениловых нуклеотидов, 16% урациловых, 30% цитидиловых. Определите качественный состав нуклеотидов в ДНК, с которой была считана информация на и-РНК.

1.Определяем в процентах содержание гуаниловых нуклеотидов в и-РНК:

Г (и-РНК)= 100%-(А+У+Ц)= 100%-(20%+16%+30%)= 34%

2.Определяем качественный состав цепи РНК и ДНК, с которой проходила транскрипция:

Задача 5. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК, которая является матрицей для транскрипции, имеет следующий вид: ААТ-ГТА-ТТГ-ТЦГ. Установите последовательность нуклеотидов в антикодонах т-РНК, которые принимают участие в биосинтезе белка, закодированного в данной молекуле ДНК.

Практическое применение принципа комплементарности для написания последовательностей нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот:

Возможные варианты, приведенные в задачах:

2)и-РНК ДНК и и-РНК антикодоны т-РНК

3)антикодоны т-РНК и-РНК ДНК

4)и-РНК 1 цепочка ДНК 2 цепочка ДНК

Каждая правильно восстановленная последовательность.

тРНК: ААУ, ГУА, УУГ, УЦГ

Молекулярная масс молекулы ДНК составляет 41400 г/моль. Определите количество нуклеотидов в молекуле и её длину.

1. Находим количество нуклеотидов в молекуле ДНК: 41400:345=120 (в двух цепях).

2. Длину определяем одной цепи, а значит, последовательность из 60 нуклеотидов. 60 0,34 нм=20,4 нм.

Источник

Принцип комплементарности — основа, суть и роль правила в биологии

К заслугам учёных Уотсона и Крика относится определение и выделение ДНК как двойной спирали. Генетики подробно описали строение молекулы в теме «Нуклеиновые кислоты». В её состав входят следующие основания принципа комплементарности: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц), гуанин (Г). Между ними существует водородная связь, которая возникает только на определённых участках цепи.

Описание спирали

Воспроизведение молекулы ДНК основано на следующем — цепочку можно использовать в качестве матрицы для сборки новой молекулы. В результате деления происходит самопроизведение либо репликация. Сущность процесса заключается в получении каждой дочерней клеткой копии материнского ДНК. Главная роль соединения — передача наследственной информации.

Сама молекула состоит из следующих форм РНК:

Они, в отличие от ДНК, обладают следующими признаками: нет азотистого основания тимина, вместо него используется урацил. Отсутствует сахар, но есть рибоза. Определение структуры односпиральных белков зависит от набора и порядка расположения аминокислот в пептидных цепочках. Подобная информация зашифрована при помощи генетического кода (ГК).

Он представлен в виде единой системы записи наследственной информации. Подобная последовательность нуклеотидов в ДНК определяет цепочку аминокислот в белке. Структурная единица ГК представлена в виде кодирующего тринуклеотида. Пара кодов должна соответствовать последовательности аминокислот белка.

Так как существует 4 разных нуклеотида, суммарное количество кодов равняется 64. Информация о некоторых аминокислотах может удерживаться только в 61 аминокислоте. Остальные 3 стоп-кода указывают на остановку трансляции полипептидной цепи.

Свойства и катаболизм

В старших классах на биологии изучаются свойства ГК. Один код может образовать только одну аминокислоту. Чтобы записать мРНК, «запятые» не используются. При шифровке должно соблюдаться следующее условие — одна аминокислота кодируется различными кодами. Примеры других свойств молекул:

Чтобы разобраться, в чем заключается принцип комплементарности, необходимо рассмотреть некоторые процессы: всасывание и переваривание нуклеиновых кислот (НК), катаболизм (энергетический обмен). Учёные доказали, что организм способен переварить до 1 гр НК в сутки. Процесс переваривания осуществляется в тонком кишечнике. Предварительно НК под воздействием ферментов превращаются в мононуклеотиды.

В тонком кишечнике от веществ отщепляется фосфорная кислота. Образуются нуклеозиды. Некоторая часть распадается на углеводы и азотистые основания. Удерживать НК — задача печени. Процесс энергетического обмена, диссимиляции либо катаболизма заключается в распаде сложных компонентов на более простые. Наблюдается окисление любого вещества. Явление сопровождается освобождением энергии в виде молекулы АТФ с теплом.

В клетках обмен РНК протекает интенсивнее, чем обмен ДНК. На последнем этапе процесса НК расщепляются на следующие компоненты:

Пуриновые АС при катаболизме теряют аминогруппу, окисляясь, превращаясь в мочевую кислоту. Пиримидиновые АС подвергаются глубокому расщеплению до воды, углекислого газа и аммиака. Углеводы переходят в глюкозу. Фосфорная кислота не подвергается распаду. Она принимает участие в реакциях фосфорилирования и фосфолиза либо при избытке выделяется из организма с уриной.

Закон взаимодополнения

Термином «комплементарность» в биологии обозначают взаимное соответствие молекул биополимеров, которые обеспечивают связь между комплементарными (пространственно взаимодополняющими) частями молекул вследствие любых супрамолекулярных взаимодействий (водородных, гидрофобных). Правило комплементарности ДНК и РНК заключается в следующем — водородная связь и двойная спираль образуются только тогда, когда более крупное основание А в одной цепи имеет в качестве партнёра во второй цепи меньшее по параметрам пиримидиновое основание Т, а Г связан с Ц. Такой закон можно записать следующим образом:

Подобная закономерность часто отображается в виде таблицы. Соответствие А Т и Г Ц — правило комплементарности, а цепи — комплементарными. С учётом закона содержание А в ДНК всегда совпадает с количеством Т, а объём Г равен числу Ц. Две цепи ДНК могут отличаться химически, но они несут одну информацию, так как по правилу Уотсона и Крика следует, что одна цепочка задаёт другую.

Структура РНК считается менее упорядоченной, чем ДНК. Чаще это простая молекула, только некоторые вирусы состоят из двух цепей. Последняя структура считается более гибкой, чем ДНК. Определённые участки в молекуле РНК взаимно комплементарны, а при изгибании они спариваются. Таким способом образуются двухцепочечные структуры. Подобной характеристикой обладают транспортные РНК.

Функции и возобновление

Принцип комплементарности лежит в основе взаимодействия, удвоения либо репликации молекул ДНК. По нему образуется дочерняя цепочка. При последующем делении материнской клетки каждая дочерняя получает по 1 копии молекулы ДНК. Она идентична структуре матери. Процесс обеспечивает тонкую передачу генетической информации между поколениями.

От правильности репликации зависит точность соответствия комплементарных пар оснований. Другие характеристики явления:

Репликация протекает в несколько этапов. Предварительно расплетаются молекулы с помощью фермента хеликазы. Образуются матрицы, на которых будет осуществляться синтез новых линий. На следующем этапе происходит фиксация новых нуклеотидов по принципу комплементарности. Новые клетки расходятся, скручиваясь в спираль. За одну секунду происходит репликация 750 нуклеотидов.

Главная функция молекулы заключается в хранении и передаче следующему поколению наследственной информации, записанной в ней. За счёт принципа комплементарности репликация создаёт точную копию первичной молекулы. Таким способом образуются новые клетки, идентичные материнским.

Значение принципа

Взаимодополняемость считается важным процессом при формировании белков. Без него невозможен синтез дочерних клеток. Явление играет важную роль в делении молекул, так как каждый новый организм получает по одной одинаковой копии ДНК. За счёт комплементарности обеспечивается передача генетической информации от поколения к поколению.

Изучив принцип, можно понять механизм образования мутаций, способы их предупреждения. Из закона вытекает следующее следствие: репликация дезоксирибонуклеиновой кислоты — важное событие в делении клеток и синтезе белка. На основе принципа комплементарности работает практическая медицина ДНК-технологий.

Закон позволил подробно изучить механизм развития заболеваний, которые передаются наследственным путём, проанализировав их патогенез.

Области генетики и медицины, в которых успешно применяется закон:

Перспективы комплементарности

За счёт современного развития генетики и медицины взаимодополняемость получает широкое применение в разных исследованиях. Принцип способствовал установлению и внедрению в лечебную практику теории функционирования живого организма, его саморегуляцию, взаимоотношение функциональных систем.

Комплементарность позволяет применять некоторые методики лечения, направленные на устранение внутренних патологических процессов с использованием компенсаторных возможностей. Процесс изучения нуклеотидов предоставляет шанс внедрять в главные терапевтические методы самые последние достижения генной инженерии. Подобная возможность позволяет побороть тяжёлые наследственные патологии, обеспечив пациентам полноценную жизнь.

При проведении исследований учёные выявили некоторые интересные факты. В геноме существует более трёх миллиардов нуклеотидов, но только около одного процента участвует в кодировке белков. Всего у человека найдено свыше 20 000 генов, при этом каждый из них хранится в соответствующей клетке. Около 4/5 генома переписывается на РНК. В ДНК сосредоточено несколько дополнительных участков, которые контролируют кодировку и синтез белка.

Источник