Биология в лицее

Нуклеиновые кислоты. Строение и функции. АТФ

Основные вопросы теории

Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus – ядро) – азотфосфорсодержащие органические соединения, гетерополимеры, обеспечивающие хранение и реализацию наследственной информации. Нуклеиновые кислоты открыл Ф. Мишер в 1868 г. (лейкоциты, сперматозоиды). Они могут находиться в ядре, цитоплазме, митохондриях, пластидах.

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономер – нуклеотид.

Азотистые основания

азотистое основание + пентоза = нуклеозид

ДНК

ДНК – двойная спираль пар комплементарных, антипараллельных, полинуклеотидных цепей.

Мономер – дезоксирибонуклеотид: фосфат, дезоксирибоза, азотистые основания: А, Т, Ц, Г.

Уровни организации молекулы ДНК

1. Первичная структура – полинуклеотидная цепь (10⁹ нуклеотидов): 3,5-фосфодиэфирная связь (между С₃-атомом одной молекулы дезоксирибозы и С₅-атомом следующей).

2. Вторичная структура – двойная спираль. Две полинуклеотидные цепи удерживаются посредством водородных связей между азотистыми основаниями параллельных цепей. Для постоянства шага спирали каждая пара включает одно пуриновое и одно пиримидиновое основание (2+1=3 кольца), причем между А и Т – 2 водородные связи, между Ц и Г – 3 водородные связи.

Цепи антипараллельны, т.к. одна образуется в направлении от 5^’→3^’, а другая от 3^’→5^’ (А. Тодд, 1950 г.).

Цепи комплементарны из-за спаривания оснований: А=Т; Ц≡Г. Последовательность оснований одной цепи автоматически определяет последовательность оснований другой цепи.

Правило Э. Чаргаффа (1951 г.): сумма пуриновых оснований (А, Г) в ДНК всегда равна сумме пиримидиновых (Ц, Т). Количество А равно количеству Т, а количество Г равно количеству Ц.

В 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик расшифровали структуру ДНК. Шаг спирали – 3,4 нм, между нуклеотидами – 0,34 нм, в каждом шаге – 10 нуклеотидов, диаметр спирали – 2 нм.

3. Третичная структура ДНК – нуклеопротеиды – соединение ДНК с белками.

При соединении ДНК с белками-гистонами степень спирализации молекулы ДНК повышается – возникает суперспираль ДНК, толщина которой возрастает, а длина сокращается. Выделяют 4 уровня компактизации ДНК:

1. Нуклеосомный (двойная спираль ДНК + 8 гистонов).
2. Нуклеомерный (спираль из нуклеосомной нити (6–8 нуклеосом в глобулу с образованием фибриллы – соленоид).
3. Хромомерный (петли фибрилл объединены скрепками из негистоновых белков).
4. Хромонемный (петли в стопки – хроматин, при суперспирализации – хроматиды).

При изменении условий ДНК, подобно белкам, может подвергаться денатурации, называемой плавлением. При возврате к нормальным условиям ДНК ренатурирует (репарация).

Репликация (редупликация) – самоудвоение ДНК

С помощью фермента геликазы спираль ДНК раскручивается из-за разрыва водородных связей. На каждой из цепей по принципу комплементарности синтезируется новая цепь ДНК из свободных нуклеотидов ядра. Это осуществляет фермент ДНК-полимераза, который движется в направлении 5^’→3^’. Поскольку цепи антипараллельны, ДНК-полимераза непрерывно строит лишь одну новую цепь. Другая строится короткими участками, которые потом сшивает фермент ДНК-лигаза.

Функции ДНК

Хранение, передача, воспроизведение генетической информации в ряду поколений. ДНК содержит информацию о первичной структуре белка.

РНК

РНК  – биополимер, мономер – рибонуклеотид: фосфат, рибоза, азотистые основания (А, У, Г, Ц); меньше М и размеры (70–4500 нуклеотидов).

По структуре РНК

Виды РНК

1. иРНК (мРНК): 3-5% РНК клетки. Перенос из ядра к рибосомам генетической информации о последовательности аминокислот в белке. 75-3000 нуклеотидов.

2. рРНК: 80-90% РНК клетки. Составляет в комплексе с белками рибосому. Участие в синтезе белка. Кодируется особыми генами ядрышкового организатора. 150-4500 нуклеотидов.

3. тРНК: 10-15% РНК клетки. Доставляет аминокислоты к месту синтеза белка и осуществляет точную ориентацию аминокислоты на рибосоме. 70-100 нуклеотидов.

4. рибозим РНК-фермент катализирует собственную подготовку к трансляции.

АТФ

АТФ – органическое соединение – нуклеотид: аденозин (аденин+рибоза) + остатки фосфорной кислоты (Ф), соединенные макроэргической связью (~).

АТФ образуется в процессе клеточного дыхания в митохондриях (окислительное фосфорилирование) и в процессе фотосинтеза в хлоропластах (фотофосфорилирование).

АТФ – вещество-макроэрг, т. к. два концевых остатка фосфорной кислоты в АТФ связаны между собой макроэргической связью.

При гидролитическом отщеплении одной фосфатной группы выделяется 30,6 кДж.

При последующем отщеплении фосфатной группы выделяется 30,6 кДж.

При отщеплении последней фосфатной группы выделяется 13,8 кДж.

Функции: АТФ – универсальный носитель энергии клетки.