Функции и места локализации нуклеиновых кислот в клетке.
Функции и места локализации нуклеиновых кислот в клетке различны.
ДНК находится в ядре клетки и выполняет функции хранения наследственной информации и передачи ее дочерним клеткам при делении материнской.
РНК в клетке представлена тремя разновидностями:
· информационной (и-РНК)
· транспортной (т-РНК)
· рибосомной (р-РНК)
Все они синтезируются в ядре на особых участках ДНК, а затем поступают в цитоплазму, где выполняют различные функции.
Информационная РНК весьма не однородна; она может иметь молекулярный вес от 300000 до 2-х и более миллионов и отличается чрезвычайно высокой метаболической активностью. Является копией гена и играет роль матрицы при синтезе белка.
Транспортная РНК состоит из 80-90 нуклеотидов. Находится в составе основного вещества цитоплазмы. Составляет примерно 10-15% всей РНК и отвечает за доставку аминокислот к месту синтеза белка.
Рибосомная РНК находится главным образом в составе рибосом, она составляет до 80% всей РНК клетки. С пособствует образованию последовательности из аминокислот в цепочке синтезируемого белка.
Мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из одного пуринового (аденин – А, гуанин – Г) или пиримидинового (цитозин – Ц, Тимин – Т, урацил – У) азотистого основания, сахара-пентозы (рибоза или дезоксирибоза) и 1-3 остатков фосфорной кислоты.
Название нуклеотидов определяется видом основания и пентозы, входящих в их состав (адениловый рибонуклеотид, тимидиловый дезоксирибонуклеотид). В зависимости от числа фосфатных групп различают моно-, ди- и трифосфаты нуклеотидов, например аденозинмонофосфат – АМФ, гуанозиндифосфат – ГДФ, уридинтрифосфат – УТФ, тимидинтрифосфат – ТТФ и т.д.
|
|
|
Функции мононуклеотидов:
1. Энергетическая. Они выступают в качестве источников энергии, причем АТФ является универсальным соединением, энергия которого используется почти во всех внутриклеточных реакциях.
2. Транспортная. Производные нуклеотидов служат переносчиками некоторых химических групп, например НАД (никотинамидадениндинуклеотда) и ФАД (флавинадениндинуклеотид) – переносчики атомов водорода.
3. Строительная (структурная). Наиболее важная роль нуклеотидов состоит в том, что они служат строительными блоками для сборки полинуклеотидов: РНК и ДНК (рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот)
Полинуклеотиды. Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты – полимеры, мономерами которых служат нуклеотиды.
Нуклеотиды ДНК и РНК состоят из следующих компонентов:
1. азотистое основание (в ДНК: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК: аденин, гуанин, цитозин и урацил).
|
|
|
2. сахар-пентоза (в ДНК – дезоксирибоза, в РНК – рибоза).
3. остаток фосфорной кислоты.
ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) – длинноцепочечный неразветвленный полимер, состоящий из четырех типов мономеров – нуклеотидов А, Т, Г и Ц – связанных друг с другом ковалентной связью через остатки фосфорной кислоты.
Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей (двойная спираль). При этом аденин образует 2 водородные связи с тимином, а гуанин – 3 связи с цитозином. Эти пары азотистых оснований называют комплементарными. В молекуле ДНК они всегда расположены напротив друг друга. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Пространственная структура молекулы ДНК была установлена в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком.
Связываясь с белками молекула ДНК образует хромосому. Хромосома - комплекс одной молекулы ДНК с белками. Молекулы ДНК эукариотических организмов (грибов, растений и животных) линейны, незамкнуты, связаны с белками, образуя хромосомы. У прокариот (бактерий) ДНК замкнута в кольцо, не связана с белками, не образует линейную хромосому.
Функция ДНК: хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. ДНК определяет, какие белки и в каких количествах необходимо синтезировать.
|
|
|
РНК (рибонуклеиновые кислоты) вместо дезоксирибозы содержат рибозу, а вместо тимина – урацил. РНК, как правило, имеют лишь одну цепь, более короткую, чем цепи ДНК. Двуцепочечные РНК встречаются у некоторых вирусов.
Виды РНК:
1. информационная (матричная) РНК – иРНК (или мРНК). Имеет незамкнутую цепь. Служит в качестве матриц для синтеза белков, перенося информацию об их структуре с молекулы ДНК и рибосомам в цитоплазм.
2. транспортная РНК – тРНК. Доставляет аминокислоты к синтезируемой молекуле белка. Молекула тРНК состоит из 70-90 нуклеотидов и благодаря внутрицепочечным комплементарным взаимодействиям приобретает характерную вторичную структуру в виде «клеверного листа».
3. Рибосомная РНК – рРНК. В комплексе с рибосомными белками образует рибосомы – органоиды, на которых происходит синтез белка.
В клетке на долю мРНК приходится около 5%, тРНК – около 10%, и рРНК – около 85% всей клеточной РНК.
Функции РНК: участие в биосинтезе белков.
Самоудвоение ДНК. Молекулы ДНК обладают способностью, неприсущей ни одной другой молекуле – способностью к удвоению. Процесс удвоения молекул ДНК называется репликацией. В основе репликации лежит принцип комплементарности – образование водородных связей между нуклеотидами А и Т, Г и Ц.
|
|
|
Этот процесс осуществляют ферменты ДНК-полимеразы. Под их воздействием цеп молекулы ДНК разделяются на небольшом отрезке молекулы. На цепи материнской молекулы достраиваются дочерние цепи. Затем расплетается новый отрезок, и цикл репликации повторяется.
В результате образуются дочерние молекулы ДНК, ничем не отличающиеся друг от друга и от материнской молекулы. В процессе деления клетки дочерние молекулы ДНК распределяются между образующимися клетками. Так осуществляется передача информации из поколения в поколение.
Под воздействием различных факторов внешней среды (ультрафиолетового излучения, различных химических веществ) молекула ДНК может повреждаться. Происходят разрывы цепей, ошибочные замены азотистых оснований нуклеотидов и др. Кроме того, изменения в ДНК могут происходит самопроизвольно, например, в результате рекомбинации – обмена фрагментами ДНК. Произошедшие изменения в наследственной информации также передаются потомству.
В некоторых случаях, молекулы ДНК способны «исправлять» возникающие в ее цепях изменения. Эта способность называется репарацией. В восстановлении исходной структуры ДНК участвуют белки, которые узнают измененные участки ДНК и удаляют их из цепи, тем самым, восстанавливая правильную последовательность нуклеотидов, сшивая восстановленный фрагмент с остальной молекулой ДНК.
Аденозинтрифосфат (АТФ)
Среди органических веществ клетки особое место занимает аденозинтрифосфорная кислота. Она содержит три известных компонента: азотистое основание (аденин), углевод (рибоза) и фосфорную кислоту.
Все нуклеиновые основания могут участвовать не только в строительстве нуклеиновых кислот, но и соединяться с одним, двумя или тремя фосфатами (Р3O4)3, образуя очень важные для клетки молекулы, например аденозинтрифосфат (АТФ).
Эта молекула является универсальным носителем энергии в виде химической связи фосфатов. АТФ обеспечивает протекание многих реакций синтеза органических соединений, отдавая часть своей энергии с одним фосфатом. При этом сама молекула АТФ превращается в молекулу АДФ (аденозиндифосфат). В свою очередь АДФ может отдать еще один фосфат (а, следовательно, и энергию) для другой реакции, превратившись теперь в молекулу АМФ (аденозинмонофосфат). В химической связи двух фосфатов с аденозином заключается большая энергия, поэтому такие связи принято называть макроэнергитическими. 0дна макроэнергитическая связь в грамм-молекуле вещества заключает в себе до 16000 калорий.
Уникальность молекул носителей энергии заключается не только в их способности отдавать энергию, но и запасать энергию, выделяющуюся в самых разнообразных реакциях. Не трудно понять, что процесс накопления энергии идет в направлении постепенного присоединения фосфатов к аденозину: АМФ + фосфат ® АДФ, АДФ + фосфат ® АТФ.
Эти реакции присоединения фосфатов называются реакциями фосфорилирования. В зависимости от источника энергии для этих реакций фосфорилирование бывает следующих типов:
1. Циклическое фосфорилирование: запасается энергия электрона, возбужденного светом (при фотосинтезе).
2. Гликолитическое фосфорилирование: запасается энергия бескислородного расщепления молекулы глюкозы (при гликолизе).
3. Окислительное фосфорилирование; запасается энергия окисления кислородом молекул молочной кислоты (при дыхании).
Энергия, накопленная в молекулах АТФ, используется организмом в анаболических реакциях (реакциях биосинтеза).
Генетический код
Биосинтез белка осуществляется в процессе трансляции (синтез полипептидной матрицы), во время которой информация РНК реализуется в результате синтеза полипептидной цепи белка.
Информация о структуре белков записана в ДНК в виде последовательности нуклеотидов. В процессе транскрипции она переписывается синтезирующуюся молекулу м-РНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка. Определенному сочетанию нуклеотидов ДНК, а следовательно, и м-РНК соответствует определенная аминокислота в полипептидной цепи белка. Такая система записи генетической информации в виде последовательности нуклеотидов в цепи ДНК или РНК – генетический код.
Свойства генетического кода
1. Код триплетен. Одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (триплетом) в молекуле нуклеиновой кислоты.
2. Код универсален. Все живые организмы от вирусов до четырех используют единый генетический код.
3. Код вырожден. Одна аминокислота кодируется более чем одним трипленом.
4. Код однозначен. Кодон соответствует одной единственной аминокислоте.
5. Код не перекрывается. Один нуклеотид не пожжет входить в состав двух, а тем более трех кодонов в цепи.
6. Код не содержит знаков препинания. Все нуклеотиды цепи м-РНК входят в состав кодонов.
Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 287; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!