Prirodzené zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou(polynukleotidy), ktoré sú podstatné zložky biochemické procesy prebiehajúce v ľudskom tele zohrávajú úlohu pri ukladaní a prenose dedičných informácií.

Štruktúra nukleových kyselín.

Štruktúra nukleových kyselín môže vysvetliť hydrolýzu. Úplnou hydrolýzou vzniká zmes pyrimidínových a purínových zásad, monosacharid a kyselina fosforečná.

Jedna z týchto zlúčenín pôsobí ako monosacharid:

Pri čiastočnej hydrolýze je reakčný produkt zmesou nukleotidov, ktorých molekuly sú postavené zo zvyškov kyseliny fosforečnej, monosacharidu a dusíkatej bázy. Zvyšok kyseliny fosforečnej je naviazaný na 3. alebo 5. atóm uhlíka a zvyšok bázy je naviazaný na 1. atóm uhlíka monosacharidu. Všeobecný vzorec nukleotidy:

Kde X = ON pre ribonukleotidy na báze ribózy resp X = N- pre deoxyribonukleotidy na báze deoxyribózy. V závislosti od typu dusíkatej bázy sa rozlišujú purínové a pyrimidínové nukleotidy.

Nukleotid- Hlavná konštrukčná jednotka nukleová kyselina - monomér.

Ak kompozícia obsahuje ribonukleotidy, potom sa takáto kyselina nazýva ribonukleová kyselina(RNA), a ak z deoxyribonukleotidov, potom - deoxyribonukleová kyselina (DNA).

IN RNA zahŕňajú: adenín, guanín, cytozín a uracil.

IN DNA zahŕňa zásady obsahujúce adenín, guanín, cytozín a tymín.

Vlastnosti DNA A RNA závisia od sekvencie báz v polynukleotidovom reťazci a priestorovej štruktúry reťazca. Je to postupnosť, ktorá nesie jedinečné genetický kód a zvyšky monosacharidov a kyseliny fosforečnej hrajú štrukturálnu úlohu.

Počas čiastočnej hydrolýzy sa odštiepi zvyšok kyseliny fosforečnej a vytvoria sa nukleozidy, ktoré pozostávajú zo zvyškov purínovej alebo pyrimidínovej bázy spojených s minosacharidovým zvyškom:

V molekule RNA A DNA nukleotidy sú spojené do jedného polymérneho reťazca:

Priestorová štruktúra polynukleotidových reťazcov bola určená rôntgenovou difrakčnou analýzou. V roku 1953 J. Watson a F. Crick navrhli model trojrozmerná štruktúra DNA, ktorého princípy boli nasledovné:

1. Molekula DNA Je to dvojitá špirála a pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov stočených v opačných smeroch.

2. Purínové a pyrimidínové bázy sú umiestnené vo vnútri špirály a zvyšky fosforu a deoxyribózy sú umiestnené vonku.

3. Na jedno úplné otočenie špirály pripadá 10 nukleotidov.

4. Dve skrutkovice sú navzájom spojené vodíkovými väzbami. Dôležitou vlastnosťou DNA je selektivita pri tvorbe väzieb - komplementárnosť. Okrem toho sa veľkosti báz vyberajú tak, aby sa tymín viazal iba na adenín a cytozín na guanín.

Dve špirály dovnútra DNA sa navzájom dopĺňajú. Poradie báz v jednom reťazci určuje poradie v susednom reťazci.

V každom páre báz spojených navzájom vodíkovými väzbami je jedna báza purínová a druhá pyrimidínová.

Dvojvláknová molekula DNA s komplementárnymi polynukleotidovými reťazcami poskytuje možnosť samoduplikácie ( replikácie).

Pred zdvojením sa vodíkové väzby prerušia a 2 reťazce sa oddelia a rozvinú. A potom sa každý reťazec stáva šablónou pre vytvorenie nového komplementárneho reťazca. Za účasti dochádza k syntéze nových reťazcov DNA- polymerázy.

Molekula RNA pozostáva z jedného polynukleotidového reťazca, ktorý nemá presne definovanú sekvenciu. Môže sa „zložiť“ na seba a vytvoriť samostatné dvojvláknové oblasti s vodíkovými väzbami medzi purínovými a pyrimidínovými bázami:

Biologická úloha nukleových kyselín.

DNA- hlavná molekula v živom organizme. Uchováva genetickú informáciu, ktorá sa prenáša z generácie na generáciu. IN DNA zloženie všetkých bielkovín v tele je zakódované.

Ako sprostredkovateľ medzi DNA a miestom syntézy bielkovín je RNA, kde prebiehajú 2 procesy:

1. Messenger alebo messenger RNA (mRNA)číta a prenáša genetickú informáciu z DRC na ribozómy, kde dochádza k syntéze určitej proteínovej štruktúry. molekula mRNA pod vplyvom RNA-polymeráza sa syntetizuje v oddelenej časti jedného z 2 reťazcov DNA, a poradie v RNA prísne komplementárne k sekvencii v DNA:

2. Transfer RNA (tRNA) transportuje aminokyseliny do ribozómov, kde sú spojené peptidovými väzbami v špecifickej sekvencii.

3. Ribozomálna RNA (rRNA) podieľa sa na syntéze bielkovín v ribozómoch.

Nukleové kyseliny.

Nukleové kyseliny– prírodné vysokomolekulárne biopolyméry, ktoré zabezpečujú ukladanie a prenos dedičných (genetických) informácií v živých organizmoch.

Makromolekuly nukleových kyselín, s molekulovou hmotnosťou od 10 000 Daltonov do niekoľkých miliónov, objavil v roku 1869 švajčiarsky chemik F. Miescher v jadrách leukocytov, ktoré sú súčasťou hnisu, odtiaľ názov (nucleus – jadro).

Nukleové kyseliny sú polyméry, ktorých monoméry sú nukleotidy . Každý nukleotid pozostáva z dusíkatej bázy, pentózového cukru a zvyšku kyseliny fosforečnej. Dlhé molekuly sú postavené z nukleotidov - polynukleotidy .

Dusíkatý

základňu

Spojenie medzi

fosfát a cukor

Ryža. Štruktúra nukleotidov.

Cukor, ktorý je súčasťou nukleotidu, obsahuje päť atómov uhlíka, teda predstavuje pentóza . V závislosti od typu pentózy prítomnej v nukleotide sa rozlišujú dva typy nukleových kyselín - ribonukleové kyseliny (RNA), ktoré obsahujú ribóza a deoxyribonukleové kyseliny (DNA) obsahujúce deoxyribóza (C5H1004).

Dôvody, oba typy nukleových kyselín obsahujú štyri odlišné typy: dvaja z nich patria do triedy puríny a dva - do triedy pyrimidíny . Puríny zahŕňajú adenín (A) a guanín (D) a k počtu pyrimidínov - cytizín (C) a tymín (T) alebo uracil (U) (v DNA alebo RNA).

Nukleové kyseliny sú kyseliny, pretože ich molekuly obsahujú kyselina fosforečná.

Úloha nukleotidov v tele nie je obmedzená na to, že slúžia ako stavebné bloky nukleových kyselín; Niektoré dôležité koenzýmy sú tiež nukleotidy. Príklady zahŕňajú adenozíntrifosfát (ATP), nikotínamidadeníndinukleotid (NAD), nikotínamidadeníndinukleotidfosfát (NADP) a flavínadeníndinukleotid (FAD).

Nukleové kyseliny

DNARNA

jadrová cytoplazmatická mRNA tRNA rRNA

V súčasnosti známe veľké číslo odrody DNA a RNA, ktoré sa navzájom líšia štruktúrou a významom v metabolizme.

Príklad: Baktérie E. coli obsahujú asi 1000 rôznych nukleových kyselín a zvieratá a rastliny ich majú ešte viac.

Každý typ organizmu obsahuje svoj vlastný súbor týchto kyselín, charakteristických len pre neho. DNA je lokalizovaná prevažne v chromozómoch bunkové jadro(99 % všetkej bunkovej DNA), ako aj v mitochondriách a chloroplastoch. RNA je súčasťou jadier, ribozómov mitochondrií, plastidov a cytoplazmy.

Molekula DNA je univerzálnym nosičom genetická informácia v bunkách. Práve vďaka štruktúre a funkciám tejto molekuly sa črty dedia – z rodičov na potomkov, t.j. sa realizuje univerzálna vlastnosť živých vecí – dedičnosť. Molekuly DNA sú najväčšie biopolyméry.

Štruktúra DNA.

Štruktúru molekúl DNA rozlúštili v roku 1953 J. Watson a F. Crick. Za tento objav dostali Nobelovu cenu.

Podľa Watson-Crickove modely DNA, molekula DNA pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov skrútených doprava okolo toho istého osi , formovanie Dvojitý helix . Reťaze sú usporiadané antiparalelne, t.j. k sebe navzájom. Dva polynukleotidové reťazce sú spojené do jednej molekuly DNA pomocou vodíkových väzieb, ktoré vznikajú medzi dusíkatým základom nukleotidov rôznych reťazcov. V polynukleotidovom reťazci sú susedné nukleotidy prepojené kovalentnými väzbami, ktoré sa tvoria medzi deoxyribózou v molekule DNA (a ribózou v RNA) jedného a zvyškom kyseliny fosforečnej iného nukleotidu.

Dvojzávitnicové reťaze komplementárne navzájom, pretože párovanie báz prebieha v prísnom súlade: adenín sa spája s tymínom a guanín sa spája s cytozínom.

Výsledkom je, že v každom organizme Obr. Párovanie nukleotidov.

číslo adenylový nukleotidov rovných počtu tymidyl a číslo guanyl– číslo cytidyl. Tento vzor sa nazýva „Chargaffovo pravidlo“.

Striktná zhoda nukleotidov nachádzajúcich sa v párových antiparalelných reťazcoch DNA sa nazýva komplementárnosť. Táto vlastnosť je základom tvorby nových molekúl DNA na základe pôvodnej molekuly.

Dvojitá špirála je teda stabilizovaná mnohými vlastnosti vodíka(dve sa tvoria medzi A a T a tri medzi G a C) a hydrofóbnymi interakciami.

Pozdĺž osi molekuly sú susedné páry báz umiestnené vo vzájomnej vzdialenosti 0,34 nm. Úplná zákrutašpirála je 3,4 nm, t.j. 10 párov báz (jedna otáčka). Priemer špirály je 2 nm. Vzdialenosť medzi sacharidovými zložkami dvoch párových nukleotidov je 1,1 nm. Dĺžka molekuly nukleovej kyseliny dosahuje stovky tisíc nanometrov. Táto je výrazne väčšia ako najväčšia proteínová makromolekula, ktorá po rozložení dosahuje dĺžku nie viac ako 100-200 nm. Hmotnosť molekuly DNA je 6*10 -12 g.

Proces zdvojenia molekuly DNA je tzv replikácie . Replikácia prebieha nasledovne. Pôsobením špeciálnych enzýmov (helikáza) dochádza k prerušeniu vodíkových väzieb medzi nukleotidmi dvoch reťazcov. Špirála sa odvíja. Podľa princípu komplementarity sa k uvoľneným väzbám za prítomnosti enzýmu DNA polymerázy pridajú zodpovedajúce nukleotidy DNA. Toto nahromadenie môže nastať len v smere 5"→3". To znamená nepretržitú schopnosť kopírovať iba jeden reťazec DNA (hore na obrázku). Tento proces sa nazýva nepretržitá replikácia. Kopírovanie iného reťazca sa musí zakaždým začať odznova, výsledkom čoho sú prerušenia reťazca. Na ich odstránenie je potrebný enzým – DNA ligáza. Táto replikácia sa nazýva prerušovaný.

Táto metóda Replikácia DNA navrhnutá Watsonom a Crickom je známa ako semikonzervatívna replikácia .

V dôsledku toho poradie nukleotidov v „starom“ reťazci DNA určuje poradie nukleotidov v „novom“, t.j. „Starý“ reťazec DNA je akoby templátom pre syntézu „nového“. Takéto reakcie sú tzv reakcie syntézy matrice ; sú charakteristické len pre živé veci.

Replikácia (reduplikácia) umožňuje zachovať stálosť štruktúry DNA. Syntetizovaná molekula DNA je z hľadiska sekvencie nukleotidov absolútne identická s tou pôvodnou. Ak pod vplyvom rôzne faktory Počas procesu replikácie dochádza v molekule DNA k zmenám v počte a poradí nukleotidov a dochádza k mutáciám. Schopnosť molekúl DNA korigovať vznikajúce zmeny a obnovovať pôvodné je tzv reparáciu .

Funkcie DNA:

1) Uchovávanie dedičných informácií.

DNA uchováva informácie ako sekvenciu nukleotidov.

2) Rozmnožovanie a prenos genetickej informácie.

Schopnosť prenášať informácie do dcérskych buniek je zabezpečená schopnosťou chromozómov rozdeliť sa na chromatidy s následnou reduplikáciou molekúl DNA. Kóduje genetickú informáciu o sekvencii aminokyselín v molekule proteínu. Úsek DNA, ktorý nesie informácie o jednom polypeptidovom reťazci, sa nazýva gén.

3) Štrukturálne.

DNA je prítomná na chromozómoch ako konštrukčný komponent, t.j. je chemický základ chromozomálne genetický materiál(gén).

4) DNA je templát na vytváranie molekúl RNA.

RNA sa nachádza vo všetkých živých bunkách vo forme jednovláknových molekúl. Od DNA sa líši tým, že obsahuje pentózu ribóza (namiesto deoxyribózy) a ako jedna z pyrimidínových báz - uracil (namiesto tymínu). Existujú tri typy RNA. Sú to messenger RNA (mRNA, mRNA), transferová RNA (tRNA) a ribozomálna RNA (rRNA). Všetky tri sú syntetizované priamo z DNA a množstvo RNA v každej bunke závisí od množstva proteínu produkovaného touto bunkou.

V reťazci RNA sú nukleotidy spojené vytvorením kovalentných väzieb (fosfodiesterových väzieb) medzi ribózou jedného nukleotidu a zvyškom kyseliny fosforečnej iného.

Na rozdiel od DNA sú molekuly RNA jednovláknový lineárny biopolymér pozostávajúci z nukleotidov.

Dvojvláknová RNA slúži v niektorých vírusoch na uchovávanie a reprodukciu dedičnej informácie, t.j. Vykonávajú funkcie chromozómov - vírusová RNA.

Nukleotidy jednej molekuly RNA môžu vstúpiť do komplementárnych vzťahov s inými nukleotidmi toho istého reťazca v dôsledku tvorby sekundárnych a terciárna štruktúra molekuly RNA.

Ryža. Štruktúra transferovej RNA.

Ribisomálna RNA(rRNA) tvorí 85 % celkovej RNA bunky, syntetizuje sa v jadierku, v kombinácii s proteínom je súčasťou ribozómov, mitochondrií (mitochondriálna RNA) a plastidov (plastidová RNA). Obsahuje od 3 do 5 tisíc nukleotidov. Syntéza bielkovín prebieha na ribozómoch.

Funkcie: rRNA vykonáva štruktúrna funkcia(časť ribozómov) a podieľa sa na tvorbe aktívne centrum ribozómy, kde dochádza k tvorbe peptidových väzieb medzi molekulami aminokyselín v procese biosyntézy bielkovín.

Messenger RNA(mRNA) tvorí 5 % všetkej RNA v bunkách. Syntetizuje sa pri transkripcii v špecifickom úseku molekuly DNA – géne. Štruktúra mRNA je komplementárna k časti molekúl DNA, ktorá nesie informácie o syntéze špecifického proteínu. Dĺžka mRNA závisí od dĺžky úseku DNA, z ktorého bola informácia načítaná (môže pozostávať z 300-30 000 nukleotidov)

Funkcie: mRNA prenáša informácie o syntéze proteínov z jadra do cytoplazmy do ribozómov a stáva sa templátom pre syntézu proteínových molekúl.

Preneste RNA(tRNA) tvorí asi 10 % všetkej RNA, je syntetizovaná v jadierku, má krátky reťazec nukleotidov a nachádza sa v cytoplazme. Má funkciu trojlístka. Každá aminokyselina má vlastná rodina molekuly tRNA. Dodávajú aminokyseliny obsiahnuté v cytoplazme do ribozómu.

Funkcie: Na jednom konci je triplet nukleotidov (antikodón), ktorý kóduje špecifickú aminokyselinu. Na druhom konci je triplet nukleotidov, ku ktorým je pripojená aminokyselina. Každá aminokyselina má svoju vlastnú tRNA.

Nukleové kyseliny- sú to vysokomolekulárne organické zlúčeniny, ktoré majú primár biologický význam. Prvýkrát boli objavené v jadre buniek (neskoro XIX c.), preto sme dostali vhodné meno(jadro – jadro). Nukleové kyseliny sa uchovávajú a prenášajú dedičná informácia.

Existujú dva typy nukleových kyselín: deoxyribonukleová(DNA) -a ribonukleová kyselina (RNA). Hlavnou lokalizáciou DNA je bunkové jadro. DNA sa nachádza aj v niektorých organelách (plastidy, mitochondrie, centrioly). RNA sa nachádzajú v jadierkach, ribozómoch a cytoplazme bunky.

Molekula DNA pozostáva z dvoch špirálovitých vlákien stočených vedľa seba. Jeho monoméry sú nukleotidy. Každý nukleotid je chemická zlúčenina, pozostávajúce z troch látok: dusíkatej bázy, päťatómového cukru deoxyribózy a zvyšku kyseliny fosforečnej. Existujú štyri typy dusíkatých báz: adenín (A), tymín (T), guanín (G) a cytozín (C), ktoré tvoria štyri typy nukleotidov v molekule DNA: adenyl, tymidyl, guanyl a cytidyl.

Schéma štruktúry nukleotidov

Dusíkaté bázy v molekule DNA sú navzájom spojené nerovnakým počtom vodíkových väzieb. Adenín - tymín si navzájom zodpovedajú v priestorovej konfigurácii a tvoria dve vodíkové väzby. Molekuly guanínu a cytozínu zodpovedajú svojou konfiguráciou rovnako, sú spojené tromi vodíkovými väzbami. Schopnosť selektívnej interakcie adenínu s tymínom a guanínu s cytozínom na základe priestorového usporiadania atómov týchto molekúl je tzv. komplementárnosť (komplementárnosť). V polynukleotidovom reťazci sú susedné nukleotidy navzájom spojené cez cukor (deoxyribóza) a zvyšok kyseliny fosforečnej. V molekule DNA je mnoho tisíc nukleotidov spojených do série. Molekulová hmotnosť tejto zlúčeniny dosahuje desiatky a stovky miliónov.

DNA sa nazýva látka dedičnosti. Biologická dedičná informácia je zašifrovaná (zakódovaná) v molekulách DNA pomocou chemického kódu. Bunky všetkých živých bytostí majú rovnaký kód. Je založená na postupnosti spájania štyroch dusíkatých báz v reťazcoch DNA: A, T, G, C. Vznikajú rôzne kombinácie troch susedných nukleotidov trojčatá volal kodóny. Sekvencia kodónov vo vlákne DNA zase určuje (kóduje) sekvenciu aminokyselín v polypeptidovom proteínovom reťazci. Pre každú z 20 aminokyselín, z ktorých bunky bez výnimky stavajú všetky proteíny daného organizmu, existuje vlastný špecifický kodón a susedné triplety sa neprekrývajú: v procese čítania informácie z molekuly DNA sa dusíkaté bázy z jedného kodónu nie sú nikdy zahrnuté do zloženia iného - číta sa trojica týchto nukleotidov a v sekvencii, v ktorej sú prezentované v tomto konkrétnom kodóne. Každý triplet zodpovedá jednej z 20 aminokyselín.

Zo štyroch dusíkatých zásad (G, C, A, T) Každá trojica obsahuje iba tri v rôznych kombináciách:

G-A-T, C-G-A, A-C-T, G-C-G, T-C-T atď. Takýchto neopakujúcich sa kombinácií môže byť 4x4x4=64 a počet aminokyselín je 20.

Výsledkom je, že niektoré aminokyseliny sú kódované viacerými tripletmi. Toto nadbytok kód má veľký význam zvýšiť spoľahlivosť prenosu genetickej informácie. Napríklad aminokyselina arginín zodpovedá tripletom HCA, HCH, HCT, HCC. Je jasné, že náhodné nahradenie tretieho nukleotidu v týchto tripletoch žiadnym spôsobom neovplyvní štruktúru syntetizovaného proteínu. Nižšie uvedený diagram zhruba ukazuje sekvenciu piatich tripletov-kodónov na malej časti reťazca DNA. Striedanie jednotlivých nukleotidov v jednom reťazci DNA sa môže meniť podľa potreby, ale ich sekvencia v druhom reťazci musí byť k nemu komplementárna, napríklad:

1. vlákno GAT____ TsGA____ACT____GCG____TCT atď.

2. vlákno TsTA____GCT____TGA____TsGTs____ AGA atď.

Bunka má potrebný mechanizmus samoduplikácie (autoreprodukcie) genetický kód. Proces sebazdvojenia prebieha v etapách: po prvé, pomocou enzýmov, vodíkových väzieb medzi nimi dusíkaté zásady. V dôsledku toho sa jeden reťazec DNA odchyľuje od druhého a potom sa každý z nich syntetizuje Nová cesta pripojenie komplementárnych nukleotidov umiestnených v cytoplazme. Keďže každá z báz v nukleotidoch môže pripojiť inú bázu, ktorá je komplementárna sama k sebe, reprodukuje sa presná kópia „materskej“ molekuly DNA. Inými slovami, každé vlákno DNA slúži ako templát a jeho duplikácia sa nazýva syntéza matrice. Matricová syntéza pripomína odlievanie mincí, medailí, typografických fontov atď. na matricu, v ktorej stuhnutý odliatok musí byť presnou kópiou. pôvodná forma. Preto v živých bunkách v dôsledku zdvojenia majú nové molekuly DNA rovnakú štruktúru ako pôvodné: jeden reťazec bol pôvodný a druhý bol znovu poskladaný.

Keďže nové molekuly DNA majú rovnakú štruktúru ako pôvodné, v dcérskych bunkách sa zachováva rovnaká dedičná informácia. Avšak v prípade preskupenia alebo nahradenia nukleotidov inými alebo ich úplnej straty v ktorejkoľvek časti DNA sa výsledné skreslenie presne skopíruje do dcérskych molekúl DNA. . O toto tu ide molekulárny mechanizmus variability: akékoľvek skreslenie dedičných informácií na úseku DNA počas procesu sebakopírovania sa prenesie z bunky do bunky, z generácie na generáciu

Iné dôležitý majetok Molekuly DNA - schopnosť syntetizovať ribonukleové kyseliny v oddelených úsekoch odpojených vlákien. Na to sa používajú a sú potrebné enzýmy (RNA polymeráza).

Plytvanie energiou. DNA prenáša svoje poradie striedania nukleotidov na vlákno RNA podľa princípu syntézy templátu. Tento proces sa nazýva prepis RNA je jednovláknová molekula a je oveľa kratšia ako DNA. Každý nukleotid v ňom pozostáva z päťatómového cukru ribózy, zvyškov kyseliny fosforečnej a dusíkatej bázy. Sú tiež štyri: adenín, guanín, cytozín, ale namiesto tymínu je tu uracil (U), ktorý je štruktúrou podobný a komplementárny k adenínu.

Schéma štruktúry ribonukleotidov

RNA je izolovaná informačný(mRNA), dopravy(tRNA) a ribozomálne(rRNA). V tomto prípade mRNA odstraňuje informácie z časti molekuly DNA a potom migruje do ribozómov umiestnených v cytoplazme bunky a tRNA dodáva aminokyselinové zvyšky do ribozómov. Reťazec tRNA je krátky a pozostáva len zo 70-80 nukleotidov. Jedna z tRNA sekcií obsahuje triplet, ku ktorému je pripojená jedna z 20 aminokyselín. Každá aminokyselina má svoju vlastnú tRNA. Pridanie aminokyseliny je aktivované špecifickým enzýmom, vďaka ktorému tRNA „rozpoznáva“ konkrétnu aminokyselinu. Druhá oblasť tRNA má triplet komplementárny k jednému z tripletov mRNA; tento triplet na tRNA sa nazýva antikodón. Nakoniec aminokyselina zaujme svoje miesto v polypeptidovom reťazci v súlade s informáciou o mRNA, ktorá je rozpoznaná vďaka komplementarite antikodónu tRNA ku kodónu mRNA.

RRNA je súčasťou ribozómov, tvoriacich ribozomálne telieska s proteínmi, ktoré sú miestom syntézy proteínov. Interaguje tiež s mRNA a tento komplex vykonáva syntézu proteínov.

Porovnávacie charakteristiky DNA a RNA(T.L. Bogdanova. Biológia. Zadania a cvičenia. Príručka pre uchádzačov o štúdium na vysokých školách. M., 1991)

Nukleové kyseliny sú organické zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou. Prvýkrát boli objavené v jadrách buniek, odtiaľ aj zodpovedajúci názov (nucleus – jadro).

Význam nukleových kyselín v bunke je veľmi veľký. Ukladajú a prenášajú dedičné informácie. Existujú dva typy nukeových kyselín: kyselina deoxyribonukleová (DNA) a kyselina ribonukleová (RNA) . DNA sa tvorí a je obsiahnutá najmä v bunkovom jadre, RNA, vznikajúca v jadre, plní svoje funkcie v cytoplazme a jadre. Nukleové kyseliny sú polyméry vyrobené z obrovské číslo monomérne jednotky nazývané nukleotidy .

Každý nukleotid je chemická zlúčenina pozostávajúca z dusíkatej bázy, päťuhlíkového cukru (pentózy) a zvyšku kyseliny fosforečnej.

Ten určuje, či nukleové kyseliny patria do triedy kyselín. Na základe rôznych typov pentózy prítomnej v nukleotide sa rozlišujú dva typy nukleových kyselín: ribonukleové kyseliny (RNA) obsahujú ribózu a deoxyribonukleové kyseliny (DNA) obsahujú deoxyribózu. Oba typy nukleových kyselín obsahujú dusíkaté bázy štyroch rôznych typov: adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T) a v RNA namiesto tymínu uracil.

molekula DNApozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov stočených okolo rovnakej pozdĺžnej osi, čo vedie k dvojitej špirále. Dva vlákna DNA sú spojené do jednej molekuly dusíkatými bázami. V tomto prípade sa adenín kombinuje iba s tymínom a guanín s cytozínom. V tomto ohľade sekvencia nukleotidov v jednom reťazci striktne určuje ich sekvenciu v druhom reťazci. Striktná zhoda nukleotidov medzi sebou v párových reťazcoch molekuly DNA sa nazýva komplementárna. V polynukleotidovom reťazci sú susedné nukleotidy navzájom spojené cez cukor (deoxyribóza) a zvyšok kyseliny fosforečnej. V molekule DNA je mnoho tisíc nukleotidov spojených do série. molekulová hmotnosť tejto zlúčeniny dosahuje desiatky a stovky miliónov.

Úlohou DNA je uchovávať, reprodukovať a prenášať dedičné informácie z generácie na generáciu. DNA nesie zakódovanú informáciu o sekvencii aminokyselín v proteínoch syntetizovaných bunkou. Bunka má potrebný mechanizmus na syntézu DNA.

Proces vlastnej duplikácie , alebo replikácie (reduplikácia, autoreplikácia), prebieha v etapách: najprv sa pôsobením špeciálneho enzýmu prerušia vodíkové väzby medzi dusíkatými bázami, následne sa v dôsledku toho pôvodný dvojvláknový reťazec molekuly DNA postupne rozpadne na dva jednoduché pramene. Jedno vlákno DNA sa odchyľuje od druhého, potom každý z nich syntetizuje nový pripojením voľných komplementárnych nukleotidov umiestnených v cytoplazme (adenín na tymín, guanín na cytozín).

Takto sa obnoví dvojvlákno DNA – presná kópia „materskej“ molekuly DNA. Ale teraz sú takí dvojité molekuly už dve. Preto sa syntéza DNA nazýva replikácia (zdvojenie): každá molekula DNA sa takpovediac zdvojnásobí. Inými slovami, každý reťazec DNA slúži ako templát a jeho duplikácia sa nazýva syntéza templátu. V živých bunkách majú nové molekuly DNA v dôsledku duplikácie rovnakú štruktúru ako pôvodné: jedno vlákno bolo pôvodné a druhé bolo znovu poskladané. V tomto ohľade to isté dedičné

informácie. To má hlboký biologický význam, pretože porušenie štruktúry DNA by znemožnilo uchovanie a dedenie genetickej informácie, ktorá zabezpečuje vývoj vlastností vlastných telu.

Molekulárna štruktúra RNA je blízka štruktúre DNA. Ale RNA, na rozdiel od DNA, je vo väčšine prípadov jednovláknová.

Molekula RNA tiež obsahuje 4 typy nukleotidov, ale jeden z nich je odlišný od DNA: namiesto tymínu obsahuje RNA uracil . Okrem toho všetky nukleotidy molekuly RNA obsahujú ribózu, nie deoxyribózu. Molekuly RNA nie sú také veľké ako molekuly DNA. Existuje niekoľko foriem RNA. Ich mená sú spojené s funkciami, ktoré vykonávajú, alebo ich umiestnením v bunke.

Molekuly rRNA sú relatívne malé a pozostávajú z 3 - 5 tisíc nukleotidov.

Informácie (mRNA) alebo templát (mRNA), RNA preniesť informácie o sekvencii nukleotidov v DNA, uložených v jadre, do miesta syntézy bielkovín . Veľkosť týchto RNA závisí od dĺžky oblasti DNA, z ktorej boli syntetizované. Molekuly mRNA môžu pozostávať z 300 - 30 000 nukleotidov.

Molekuly transferovej RNA (tRNA) sú najkratšie a pozostávajú zo 76 - 85 nukleotidov. Preneste RNA dodávajú aminokyseliny na miesto syntézy bielkovín a každá aminokyselina má svoju vlastnú tRNA. Všetky typy RNA sa syntetizujú v bunkovom jadre podľa rovnakého princípu komplementarity na jednom z DNA vlákna.

Význam RNA je v tom, že zabezpečujú syntézu bunkovo ​​špecifických proteínov.

Adenozíntrifosfát (ATP) je súčasťou akejkoľvek bunky, kde vykonáva jeden z základné funkcie— zásobník energie. Je to nukleotid pozostávajúci z dusíkatej bázy adenínu, cukrovej ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej. Nestabilný chemické väzby, ktoré spájajú molekuly kyseliny fosforečnej v ATP, sú energeticky veľmi bohaté (makroergické väzby). Keď sa tieto väzby prerušia, energia sa uvoľní a použije v živej bunke, čím sa zabezpečujú životne dôležité procesy a syntéza organickej hmoty. Oddelenie jednej molekuly kyseliny fosforečnej je sprevádzané uvoľnením asi 40 kJ energie. V tomto prípade sa ATP premieňa na adenozíndifosfát (ADP) a ďalším odštiepením zvyšku kyseliny fosforečnej z ADP vzniká adenozínmonofosfát (AMP) (obr. 1.4). teda ATP je hlavnou vysokoenergetickou zlúčeninou bunky, ktorá sa používa na uskutočnenie rôzne procesy, na ktoré sa vynakladá energia .

Kontrolné otázky

1. Čo chemické prvky sú súčasťou bunky?

2. Čo anorganické látky sú súčasťou bunky?

3. Aký význam má voda pre život bunky?

4. Aké organické látky tvoria bunku?

5. Vymenujte funkcie bielkovín.

6. Ako sa líšia štruktúry molekúl DNA a RNA?

DNA

Nukleové kyseliny sú podobne ako proteíny biopolyméry a ich funkciou je uchovávať, implementovať a prenášať genetickú (dedičnú) informáciu v živých organizmoch.

Existujú dva typy nukleových kyselín – deoxyribonukleové kyseliny (DNA) a ribonukleové kyseliny (RNA). Monoméry v nukleových kyselinách sú nukleotidy. Každý z nich obsahuje dusíkatú bázu, päťuhlíkový cukor (deoxyribóza v DNA, ribóza v RNA) a zvyšok kyseliny fosforečnej.

DNA obsahuje štyri typy nukleotidov, líšiacich sa v dusíkatej báze svojim zložením – adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T). Molekula RNA obsahuje aj 4 typy nukleotidov s jednou z dusíkatých báz – adenín, guanín, cytozín a uracil (U). DNA a RNA sa teda líšia tak v obsahu cukru v nukleotidoch, ako aj v jednej z dusíkatých báz (tabuľka 1).

stôl 1

Zložky nukleotidov DNA a RNA

Molekuly DNA a RNA sa výrazne líšia svojou štruktúrou a funkciami.

Molekula DNA môže zahŕňať veľké množstvo nukleotidy - od niekoľkých tisíc do stoviek miliónov (skutočne gigantické molekuly DNA možno „vidieť“ pomocou elektrónový mikroskop). Štrukturálne ide o dvojitú špirálu polynukleotidové reťazce(obr. 1), spojené vodíkovými väzbami medzi dusíkatými bázami nukleotidov. Vďaka tomu sú polynukleotidové reťazce pevne držané vedľa seba.

Pri štúdiu rôznych DNA (v rôznych typoch organizmov) sa zistilo, že adenín jedného reťazca sa môže viazať iba na tymín a guanín sa môže viazať iba na cytozín druhého. V dôsledku toho poradie usporiadania nukleotidov v jednom reťazci presne zodpovedá poradiu ich usporiadania v druhom reťazci. Tento jav sa nazýva komplementárnosť(t.j. komplementy) a nazývajú sa opačné polynukleotidové reťazce komplementárne. To určuje jedinečnú vlastnosť DNA medzi všetkými anorganickými a organickými látkami - schopnosť sebareprodukcie alebo zdvojnásobenie(obr. 2). V tomto prípade sa najprv rozchádzajú komplementárne reťazce molekúl DNA (pod vplyvom špeciálneho enzýmu sa zničia väzby medzi komplementárnymi nukleotidmi oboch reťazcov). Potom na každom reťazci začína syntéza nového („chýbajúceho“) komplementárneho reťazca vďaka voľným nukleotidom, ktoré sú vždy prítomné v veľké množstvá v klietke. Výsledkom je, že namiesto jednej („materskej“) molekuly DNA sa vytvoria dve („dcérske“) nové molekuly, ktoré sú navzájom identické v štruktúre a zložení, ako aj s pôvodnou molekulou DNA. Tento proces vždy predchádza bunkové delenie a zabezpečuje prenos dedičnej informácie z materskej bunky na dcéru a všetky nasledujúce generácie.

Ryža. 1. Dvojitá špirála DNA. Dve reťaze sú skrútené okolo seba. Každý reťazec (zobrazený ako stuha) pozostáva zo striedajúcich sa cukrových jednotiek a fosfátových skupín. Vodíkové väzby medzi dusíkatými bázami (A, T, G a C) držia tieto dva reťazce pohromade

Ryža. 2.replikácia DNA. Dvojzávitnica sa „rozopína“ podľaslabé vodíkové väzby spájajúce komplementárne základy dvoch reťazí. Každý zo starých obvodov slúži ako maticaaby sa vytvoril nový: nukleotidy s komplementárnymi základy sa zarovnajú so starou reťazou a spoja saspolu

Molekuly RNA sú zvyčajne jednovláknové (na rozdiel od DNA) a obsahujú výrazne menšie číslo nukleotidy. Existujú tri typy RNA (tabuľka 2), ktoré sa líšia veľkosťou molekúl a funkciami, ktoré vykonávajú – informačná (mRNA), ribozomálna (rRNA) a transportná (tRNA).

tabuľka 2

TrimilýRNA

Messenger RNA (i-RNA) sa nachádza v jadre a cytoplazme bunky, má najdlhší polynukleotidový reťazec spomedzi RNA a plní funkciu prenosu dedičnej informácie z jadra do cytoplazmy bunky.

Transferová RNA (tRNA) sa nachádza aj v jadre a cytoplazme bunky, jej reťazec má najviac komplexná štruktúra a je tiež najkratšia (75 nukleotidov). T-RNA dodáva aminokyseliny do ribozómov počas procesu translácie - biosyntézy bielkovín.

Ribozomálna RNA (r-RNA) sa nachádza v jadierku a ribozómoch bunky, má reťazec stredná dĺžka. Všetky typy RNA sa tvoria počas transkripcie zodpovedajúcich génov DNA.