В чем заключается принцип комплементарности биология 9

05.10.202309.07.2022 admin 0 Comments

Строение молекул нуклеиновых кислот. Различия в строении молекул ДНК и РНК

Вопрос 1. Какое строение имеет нуклеотид?
Нуклеотид включает в себя три компонента: азотистое основание, углевод, которым является пятиуглеродный сахар (дезоксирибоза или рибоза), и остаток фосфорной кислоты. Азотистых оснований четыре: у ДНК это аденин, гуанин, цитозин, тимин, а у РНК — те же нуклеотиды, но вместо тимина — урацил.

Вопрос 2. Какое строение имеет молекула ДНК?
Нуклеиновые кислоты являются биологическими полимерами. Мономерными звеньями ДНК являются нуклеотиды (аденин, гуанин, цитозин, тимин) — фосфорные эфиры нуклеозидов, которые, в свою очередь, построены из пентозы и гетероциклического основания. Мономерные остатки в нуклеиновых кислотах связаны между собой фосфодиэфирными связями. Согласно модели Уотсона и Крика молекула ДНК представляет собой правильную правовинтовую спираль, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными друг относительно друга и вокруг общей оси. Полинуклеотидные цепи молекулы ДНК соединены между собой водородными связями. Водородные связи образуются между соответствующими парами азотистых оснований (между аденином и тимином — две, а между цитозином и гуанином — три водородные связи). Таким образом, по структуре ДНК напоминает веревочную лестницу, спирально закрученные перекладины которой образованы парами азотистых оснований. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

Вопрос 3. В чем заключается принцип комплементарности?
Мономером ДНК является дезоксирибонуклеотид, состоящий из азотистого основания (аденина (А), цитозина (Ц), тимина (Т) или гуанина (Г); пентозы (дезоксирибозы) и фосфата. Нуклеотиды соединяются в цепь за счет остатков фосфорной кислоты, расположенных между пентозами; в полинуклеотиде может быть до 30 000 нуклеотидов. Последовательность нуклеотидов одной цепи комплементарна (то есть соответствует) последовательности в другой цепи за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями (две водородные связи между АТ и три между Г и Ц). Согласно принципу комплементарности, число гуаниловых равно числу цитидиловых, а число адениловых — числу тимидиловых оснований (правило Чаргафа).

Вопрос 4. Что общего, и какие различия в строении молекул ДНК и РНК?
Общее в нуклеиновых кислотах то, что их молекулы являются полинуклеотидами. Различий межу ДНК и РНК несколько. Вот самые главные из них:
1. молекула ДНК двуцепочечная, а молекула РНК — одноцепочечная и меньших размеров;
2. нуклеотид ДНК включает углевод дезоксирибозу, а в нуклеотиде РНК в качестве пятиуглеродного сахара присутствует рибоза;
3. у молекулы РНК вместо азотистого основания тимина находится урацил.

Вопрос 5. Какие типы молекул РНК вам известны? Каковы их функции?
Во всех клетках присутствуют следующие виды РНК:
1. Рибосомные (рРНК). Они входят в состав рибосом и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где осуществляется синтез белка;
2. Транспортные (тРНК). Они транспортируют аминокислоты к месту сборки белковой молекулы;
3. Информационная или матричная (мРНК). Они копируют информацию о структуре белка с ДНК, расположенной в ядре, и переносят ее к рибосомам, где эта информация реализуется в полипептид;
4. Большинство клеток содержат много малых цитоплазматических РНК (мцРНК);
5. В клетках эукариот присутствуют малые ядерные РНК (мяРНК).

Источник

В чем заключается принцип комплементарности биология 9

Подробное решение Праграф § 9 по биологии для учащихся 9 класса, авторов В.В. Пасечник, А.А. Каменский, Е.А. Криксунов

1. Какова роль ядра в клетке?

Ядро клетки содержит хромосомы, несущие наследственную информацию и контролирует процессы размножения и обмена веществ клетки.

2. С какими органоидами клетки связана передача наследственных признаков?

Передача наследственных признаков связана с ядром и рибосомами, в которых идет синтез белка на основании информации, записанной в ДНК.

3. Какие вещества называются кислотами?

Вопросы

1. Какое строение имеет нуклеотид?

Каждый нуклеотид состоит из трёх компонентов, соединённых прочными химическими связями. Это азотистое основание, углевод (рибоза или дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты.

2. Какое строение имеет молекула ДНК?

Каждая цепь ДНК представляет полинукпеотид, состоящий из нескольких десятков тысяч нуклеотидов.

Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

При образовании двойной спирали ДНК азотистые основания одной цепи располагаются в строго определённом порядке против азотистых оснований другой.

3. В чём заключается принцип комплементарности?

4. Что общего и какие различия в строении молекул ДНК и РНК?

5. Какие типы молекул РНК вам известны? Каковы их функции?

Выделяют три типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям.

Рибосомные РНК (рРНК) входят в состав рибосом и участвуют в формировании их активных центров, где происходит процесс биосинтеза белка.

Информационные, или матричные, РНК (иРНК) синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется.

Задания

1. Составьте план параграфа.

1. Понятие о нуклеиновых кислотах.

2. Типы нуклеиновых кислот.

3. Строение нуклеиновых кислот:

А) Строение и виды нуклеотидов;

Б) Принцип комлементарности;

В) Отличие в строении РНК от ДНК.

2. Учёные выяснили, что фрагмент цепи ДНК имеет следующий состав: Ц Г Г А А Т Т Ц Ц. Используя принцип комплементарности, достройте вторую цепь.

Поэтому вторая цепь ДНК, комплементарная данной, следующая:

3. В ходе исследования было установлено, что в изучаемой молекуле ДНК аденины составляют 26 % от общего числа азотистых оснований. Подсчитайте количество азотистых оснований в этой молекуле.

Исходя из принципа комплементарности у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых. Поэтому в изучаемой молекуле ДНК тимины составляют тоже 26 % от общего числа азотистых оснований.

Отсюда можно узнать, сколько % в молекуле приходится на цитозин и гуанин вместе: 100 – 26 – 26 = 48 % (Г+Ц)

Исходя из принципа комплементарности у всякого организма число гуаниловых нуклеотидов равно числу цитидиловых.

Источник

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

Транскрипция и трансляция

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.

Транскрпиция (лат. transcriptio — переписывание)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.

«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК»

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник