В чем заключается правило комплементарности
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.
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.
Многие люди слышали такое понятие как комплементарность. Это обычно нечто туманное и не совсем понятное, особенно для тех, кто давно закончил школу и чья работа не связана с биологией или химией. На самом деле суть понятия комплементарность довольно проста, и знать, что это, полезно каждому образованному человеку.
Общие сведения
Комплементарность в макромолекулах
Как известно, молекула ДНК двухцепочная. Связи между цепями могут образовываться только между комплементарными азотистыми основаниями. Правило комплементарности для азотистых оснований выглядит следующим образом:
А-Т (аденин комплементарен тимину).
Г-Ц (гуанин комплементарен цитозину).
Свой принцип комплементарности существует и для молекулы РНК. Эта макромолекула обычно одноцепочная, но бывают исключения в зависимости от разновидности РНК и ее функций.
В молекулах РНК присутствуют аденин, гуанин, цитозин и урацил. Принцип комплементарности для двухцепочной РНК выглядит так:
Как и в случае ДНК, только если комплементарные друг другу азотистые основания стоят друг напротив друга, формируется двойная цепь.
Природа комплементарности
Значение
Комплементарность в других областях биологии
Комплементарность
 | Список значений слова или словосочетания со ссылками на соответствующие статьи. Если вы попали сюда из другой статьи Википедии, пожалуйста, вернитесь и уточните ссылку так, чтобы она указывала на статью. |
Полезное
Смотреть что такое «Комплементарность» в других словарях:
комплементарность — соответствие, взаимодополняемость, взаимосоответствие Словарь русских синонимов. комплементарность сущ., кол во синонимов: 3 • взаимодополняемость (2) … Словарь синонимов
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ — в биохимии взаимное соответствие в химическом строении двух макромолекул, обеспечивающее их взаимодействие спаривание двух нитей ДНК, соединение фермента с субстратом, антигена с антителом. Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ … Большой Энциклопедический словарь
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ — пространственная взаимодополняемость (взаимное соответствие) поверхностей взаимодействующих молекул или их частей, приводящая, как правило, к образованию вторичных (Ван дер Ваальсовых, водородных, ионных) связей между ними. Уникальность и… … Биологический энциклопедический словарь
Комплементарность — явление, при к ром в 2 молекулах имеются дополнительные (зеркальные) по строению и зарядам участки. В результате К. 2 молекулы могут приблизиться друг к другу на такое расстояние, при к ром в результате действия электростатических и ван дер… … Словарь микробиологии
комплементарность — – явление высокоизбирательного связывания биомолекул и биоструктур за счет специфических и универсальных взаимодействий, а также высокого стереохимического сродства … Краткий словарь биохимических терминов
Комплементарность — * камплементарнасць * complementarity свойство нуклеотидов образовывать парные комплексы при взаимодействии цепей нуклеиновых кислот; в соответствии с правилами комплементарности оснований при формировании таких комплексов образуется двойная… … Генетика. Энциклопедический словарь
комплементарность — (биохим.), взаимное соответствие в химическом строении двух макромолекул, обеспечивающее их взаимодействие спаривание двух нитей ДНК, соединение фермента с субстратом, антигена с антителом. Комплементарные структуры подходят друг к другу как… … Энциклопедический словарь
Комплементарность — (от лат. complementum дополнение) пространственная взаимодополняемость молекул или их частей, приводящая к образованию водородных связей. Особую роль комплементарность играет в молекулах нуклеиновых кислот ДНК, где две полинуклеотидные цепи в… … Начала современного естествознания
КомплЕментарность — (дополнительность, взаимодополняемость) имманентное понятие, имеющее смысл в границах единого социокультурного пространства (цивилизации). «Противоположности не исключают, а дополняют друг друга» (Нильс Бор). КомплЕментарность есть частный случай … Геоэкономический словарь-справочник
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и Принцип комплементарности
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)
Первооткрыватели структуры ДНК
Американский биохимик Дж. Уотсон и английский генетик Ф. Крик в 1953 году предложили модель пространственной структуры ДНК. Позднее она была подтверждена экспериментально. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Они соединены между собой водородными связями, которые образуются между нуклеотидами: два – между аденином и тимином, три – между цитозином и гуанином. Каждый нуклеотид расположен в плоскости, которая перпендикулярна оси спирали. Две полинуклеотидные цепи ДНК, в соответствии с предложенной моделью, образуют правозакрученую спираль – вторичную структуру ДНК. Спирали ДНК разнонаправлены. Между азотистыми основаниями расстояние составляет 0,34 нм. Шаг спирали равняется 3,4 нм и содержит десять пар азотистых оснований, диаметр спирали составляет около 2 нм. Спираль ДНК может испытывать пространственное уплотнение и формировать суперспираль – третичную структуру.
Это возможно потому, что ДНК соединяется с ядерными белками.
Последним уровнем структурной организации ДНК является хромосома, которая наиболее компактна в период деления. У многих прокариот, некоторых вирусов, в митохондриях и хлоропластах эукариот ДНК имеет кольцевую структуру и не соединяется с белками.
Американский ученый Э. Чаргафф и его коллеги в 1950 году исследовали состав ДНК и обнаружили определенные закономерности. Правило Э. Чаргаффа (для ДНК): число адениловых нуклеотидов равняется количеству тимидиловых, а гуаниловых количеству цитозидиловых, то есть А = Т, Г = Ц, или А + Г (Ц) = Т + Ц (Г). Соотношение (А + Г)/ (Т + Ц) = 1.
Принцип комплементарности
Принцип комплементарности (от лат. complementum – дополнение) – это правило строгого соответствия: аденина (А) – тимину (Т) или урацилу (У), гуанина (Г) – цитозину (Ц).
Молекулы ДНК способны к самоудвоению – репликации (от англ. replica – отражение), редупликации (от лат. duplicatio– удвоение). В основе ее лежит принцип комплементарности. В новообразованной цепи последовательность нуклеотидов определяется их последовательностью в цепи первичной молекулы ДНК. Одна цепь принадлежит материнской молекуле, вторая – синтезируется. Такой метод называется полуконсервативным. Синтез новых цепей катализируется ферментом ДНК-полимеразой. Фермент этот движется вдоль каждой цепи от З’-конца до 5′-конца. Репликация начинается одновременно на многих участках ДНК. Синтезированные участки ДНК собираются потом в единое целое. Удвоение происходит в синтетический период интерфазы. Скорость репликации ДНК у млекопитающих составляет приблизительно 50 нуклеотидов в секунду. Под влиянием внешних факторов могут возникнуть любые повреждения. Они могут быть исправлены на матрице второй цепи. Соответствующие ферменты удаляют поврежденные участки, встраивают новые. Этот процесс называется репарацией.
Двухспиральная ДНК полностью или частично может распадаться на отдельные цепи и терять биологическую активность при определенных условиях (действие кислот, щелочей, высоких или низких температур и т. п.). Происходит процесс денатурации ДНК, то есть разрыв водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. После прекращения действия факторов ДНК может восстановить двухспиральное строение, то есть может происходить процесс ренатурации.
Функции ДНК
Сохраняет, воссоздает наследственную информацию, во время деления материнской клетки обеспечивает ее передачу дочерним клеткам, из нее происходит синтез белка. Количество ДНК в клетке является видовым признаком.