Сущность жизни

Вид материала

Документы

Содержание Строение ДНК Правила Чаргаффа Функции ДНК РНК ( рибонуклеиновая кислота ) ДНК – зависимой фермента РНК Особенности полинуклеотидов

Подобный материал:

• В. П. Крючков Рассказы и пьесы, 957.62kb.
• Тематическое планирование курса «Обществознание», 10-11 классы, 470.24kb.
• Мировоззрение, его сущность, роль в жизни людей, 1231.6kb.
• Экзаменационные вопросы по философии, 16.84kb.
• Г. А. Василевич, доктор юридических наук, профессор сущность конституции, 68.32kb.
• Мы представляем фрагменты книги ш. А. Амонашвили «школа жизни» (М.: Издательский дом, 882.19kb.
• Прогнозирование и планирование: основные понятия, сущность и сфера применения. Изучив, 994.42kb.
• Программа для поступающих на направление подготовки магистратратуры 080200 «менеджмент», 256.74kb.
• Размножение и индивидуальное развитие организмов, 44.8kb.
• Закономерности возникновения жизни в космосе., 3156.97kb.

ДНК ( дезоксирибонуклеиновая кислота )

• Полинуклеотид ( молекулярная масса достигает 100 000 000 ; 6 10 ^{- 12} г .) , длина одной молекулы достигает 4 -5 см . ( гигантская макромолекула )
  
• Локализована в хромосомах ядра и исчезающе малых количествах в митохондриях и хлоропластах ( особеннномного содержится в меристемах , регенерирующих тканях , железах секреции , клетках злокачественных опухолей )
  
• Состоит из четырёх типов нуклеотидов А , Т , Г , Ц
  
• В клетке имеет сложную пространственную структуру , позволяющую компактно складываться в малом объёме клетки и её органоидов ( имеет несколько уровней структурной организации подобно всем биополимерам с большой молекулярной массой )
  

Строение ДНК

Первичная структура

• впервые установлена в 1950 году американским биохимиком Э . Чаргаффом
  
• апериодичная линейная последовательность дезоксирибонуклеотидов ( их количество исчисляется сотнями тысяч и миллионами ) ; например : А - Г - Т - Ц - Т - Т - А - Ц - Г - и т . д .
  
• последовательность нуклеотидов строго определена и постоянна для каждого вида ДНК данного организма ( основа генетического кода )
  
• поддерживается фосфодиэфирными связями ( стабильна в организме )
  

Вторичная структура

• впервые установлена в 1953 году ( Д . Уотсон -амер . и Ф . Крик - англ . ; Нобелевская премия 1962 года
  
• представляет собой две полинуклеотидных цепочки, спирально закрученных одна относительно другой ( двойная спираль )
  
• на переферии двойной спирали каждая цепь состоит из сахарофосфатного остова
  
• цепи обращены друг к другу азотистыми основаниями , способными к образованию водородных связей между соответствующими парами оснований (принцип комплементарности )
  
• Принцип комплементарности ( Э. Чаргафф ) - спаривание ( взаимодействие ) геометрически дополняющих друг друга азотистых оснований ( пуриновых с пиримидиновыми ) , завершающееся образованием водородных связеймежду ними
  
• геометрически разрешёнными оказываются только взаимодействия А - Т и Г - Ц ( комплементарные пары азотистых оснований )
  
• между А и Т образуется две водородных связи , а гуанином и цитозином - три ( водородные связи обеспечивают вторичной структуре ДНК ( двойной спирали ) стабильность
  
• благодаря комплементарности оснований ДНК ( А - Т и Г - Ц ) порядок чередования их в обеих нитях взаимно обусловлен ( последовательность нуклеотидов одной цепочки определяет последовательность нуклеотидов во второй )
  

А - Т – Г- Ц - Г - Ц - Т - А - Ц - А - А - Г - Т - . .. водородные связи . в Т - А - Ц - Г - Ц - Г - А - Т - Г- Т - Т - Ц - А - и т. д.

Фосфодиэфирные связи






А Т



водородные связи фосфодиэфирная связь



Г Ц



Схематическое изображение вторичной структуры ДНК

• расстояние между цепями равно расстоянию , занимаемому парой оснований (т.е. одним пурином и одним пиримидином )
  
• каждый виток двойной спирали образуют по 10 пар комплементарных оснований
  
• направление цепей в двойной спирали ДНК антипараллельно ( её диаметр 20 А^о , шаг спирали 34 А^о ; 1 А^о - ангстрем равен 10 ^-12 м )
  
• нуклеотидный состав ДНК впервые количественно проанализировал Э . Чаргафф , который сформулировал выводы , известные как « Правила Чаргаффа »
  

Правила Чаргаффа - сумма пуриновых оснований равно сумме пиримидиновых оснований , т . е . их отношение равно 1 : 1 или А + Г \ Ц + Т = 1

• число остатков аденина равно числу остатков тимина , т.е . А = Т или А \ Т =1
  
• число остатков цитозина равно числу остатков гуанина , т.е. Ц = Г или Ц \ Г =1
  
• количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина , т. е. А + Ц = Г + Т
  

Третичная структураъ

• у эукариот III структура ДНК представляет собой комплекс ДНК с белком гистоном ( нуклеопротеид ) , в результате чего образуется нуклеосом , имеющая сложную пространственную конфигурацию (нуклеосомная нить)
  

Нуклеосома - компактное тельце , состоящее из 8 гистоновых белков

• каждая нуклеосома обёрнута двумя витками двойной спирали ( при этом длина ДНК уменьшается в 7 раз , что обеспечивает компактное расположение длинной молекулы ДНК в малом объёме ядра )
  
• гистоновые белки выполняют структурную и регуляторную функции
  
• нуклеосомы образуют нуклеосомную нить ( элементарная структурная единица хромосомы ) , которая в электронный микроскоп выглядит как нитка , на которую нанизаны бусинки )
  

Четвертичная структура

• образуется в результате дальнейшего скручивания нуклеосомной нити , приводящего к формированию фибрилл
  
• дальнейшая пространственная укладка фибрилл связана с формированием петель и хроматиновой фибриллы ( в результате такой упаковки длина молекулы ДНК уменьшается в 200 раз ) - V структура
  
• IV и V структуры , образующиеся в результате реорганизации нуклеосомной нити называется спирализацией в результате спирализации молекулы длина ДНК с 5 см . уменьшается до 5 мкм , т.е. примерно в 5000 раз )
  
• спирализация приводит к образованию хромосом ( в min объёме хромосомы заключается огромное количество генетической информации ) ; хорошо видны в световой микроскоп
  
• подобно белкам , при резком изменений нормальных условий ДНК подвергается денатурации ( называется плавлением ) , а при восстановлении условий - ренатурирует
  

Функции ДНК

1. Хранение, воспроизведение ( репликация ) и передача ряду поколений наследственной генетической информации о первичной структуре всех белков и РНК - носитель генетической (наследственной ) информации ( единственное исключение - вирусы , у которых отсутствует ДНК ) ; установлено в 1944 году

• функциональной единицей ДНК ( и хромосом ) является ген ( гены располагаются в ДНК и хромосомах линейно , каждый ген занимает определённое место – локус )
  

Ген - участок ( фрагмент ) молекулы ДНК содержащий информацию о первичной структуре одного белка ( фермента ) или одной молеклы РНК

• в организме ДНК определяет , какие белки ( ферменты ) и РНК и в каких количествах необходимо синтезировать
  
• ДНК является основой уникальности индивидуального организма
  
• ДНК обуславливает явление наследственности
  

Репликация ( редупликация ) ДНК

• ферментативный процесс самовоспроизведения ( самоудвоения ) молекул ДНК , происходящий накануне деления клетки и обеспечивающий дочерние клетки количеством ДНК , равным материнскому ( передачу наследственной информации от одной клетки к другой )
  
• редупликация - уникальное свойство молекулы ДНК незвестное ни для одной другой известной молекулы
  
• осуществляется во всех клетках про- и эукариот накануне их деления
  
• связана с большими энергетическими затратами и огромным количеством превращений , поэтому репликация начинается локально на небольших участках ДНК , которые называются репликативными вилками – репликны ; в этом месте образуется вздутие - (« вилка » ) , которая перемещается вдоль « материнской » молекулы
  
• начинается с ферментативного разрыва Н - связей , соединяющих комплементарные азотистые основания в двойной спирали ( двойная спираль разделяется на две полинуклеотидные нити - в районе репликона )
  
• свободные нуклеотиды кариоплазмы ( ядерного сока ) или цитоплазмы присоединяются к обеим нитям по принципу комплементарности под действием фермента ДНК - завимсммой ДНК - полимеразы
  
• каждая из двух цепей « материнской » молекулы ДНК служит матрицей для постройки на ней новой нити ДНК , в результате чего образуются две новых ( дочерних ) спирали ; новые цепи синтезируются вначале в виде коротких фрагментов , которые затем сшиваются в длинные цепи специальным ферментом
  
• в результате репликации образуются две совершенно одинаковые молекулы ДНК , каждая из которых содержит одну « старую » и одну вновь синтезированную цепь ( принцип полуконсервативности )
  
• число ошибок при репликации составляет ничтожную величину : менее 1 на 10 нуклеотидов ( каждое случайное изменение последовательности нуклеотидов при репликации ДНК - генетическая ошибка , называется мутацией )
  

РНК ( рибонуклеиновая кислота )

• линейный природный биополимер , состоящий из одной полинуклеотидной цепочки , последовательность нуклеотидов в которой обязательно комплементарна к определённому участку одной из спиралей ДНК
  
• все молекулы РНК синтезируются на матрице ( генах ) ДНК с помощью фермента ДНК – зависимой фермента РНК - полимеразы ; этот процесс называется транскрипцией
  

Транскрипция – ферментативный синтез молекул РНК на матрице ( генах ) ДНК

• мономеры - рибонуклеотиды : аденозин , уридин , гуанозин , цитидин
  
• в состав нуклеотида РНК входят :
  

• один из 4 видов азотистых оснований - аденин , гуанин , цитозин или урацил (вместо тимина у ДНК )
  

• сахар - пентоза - рибоза
  

• остаток фосфорной кислоты ( фосфат )
  

• соединение нуклеотидов осуществляется фосфодиэфирными связями
  

• в результате транскрипции могут быть образованы три основных вида РНК : информационные ( матричные ) , транспортные , рибосомальные ; в процессе постсинтетической химической модификации информационной РНК образуются т. н. малые ядерные РНК
  

Информационная РНК ( и - РНК ) или матричная ( м - РНК )

• содержится в ядре и цитоплазме (от 0,5 до 5% от общего содержания РНК в клетке )
  
• наиболее разнородная по размерам , структуре и стабильности группа молекул РНК
  
• все и - РНК объединяет их функция - перенос информации о I структуре белка от гена ДНК к месту синтеза белка в рибосомах ( служат в качестве матриц для синтеза полинуклеотидной цепи белка в ходе реализация генетической информации – экспресси генов )
  
• каждому гену или группе генов соответствует своя собственная и-РНК
  
• синтезировавшиеся в ядре и - РНК выходят в цитоплазму через ядерные поры и объединяются с рибосомами , образуя с ними комплекс для синтеза белка
  
• имеет вторичную и третичную компактизирующие структуры
  

Транспортная ( акцепторная ) РНК ( т - РНК )

• имеет самые короткие молекулы ( 70 - 100 нуклеотидов ) ; молекулярная масса - 25 - 30 тыс.
  
• содержится в основном в цитоплазме клетки ( составляет около 10 % от общего содержания РНК в клетке)
  
• синтезируется в ядре на матрице ( генах ) ДНК в результате транскрипции и переходит в цитоплазму через поры в ядре
  
• функция т-РНК - перенос активированных аминокислот к месту синтеза белка в рибосомы и участие в «считывании» информации с и-РНК в процессе синтеза белка ( трансляции )
  
• выполнению функций соответствует определённая пространственная структура т-РНК - вторичная и третичная
  
• вторичная структура т - РНК имеет вид плоского клеверного листа , в которой выделяют четыре петли ( или плеча )
  

• акцепторная петля ( служит местом присоединения переносимой аминокислоты )
  

• антикодоновая петля ( находится на противоположном конце молекулы и содержит триплет - варьирующую последовательность трёх нуклеотидов , называемый антикодоном ; служит для узнавания триплетов и-РНК (кодонов ) в процессе трансляции ( см . « Синтез белка » )
  

• две боковые петли
  

• третичная структура обладает большей компактностью , благодаря складыванию молекулы в виде буквы Г
  
• каждая аминокислота имеет свои т - РНК ( со спецефическими антикодонами ) и не способна взаимодействовать с т -РНК для других аминокислот
  

акцепторная петля





боковые петли

. антикодоновая петля

А У Ц


Рибосомальные РНК ( р - РНК )

• самые распространённые и крупные РНК ( состоят из 3 - 5 тыс . нуклеотидов ; молекулярная масса 1 - 1.5 млн около 90 % от общего содержания РНК в клетке )
  
• образуется на генах ДНК ( матрицах ) в ядрышках ядра в процессе транскрипции
  
• выполняют в клетке структурную функцию ( входят в состав рибосом , образуя их остов , включающий три молекулы р - РНК , прочно связанных с белками рибосомы ) и участвуют в формировании активного центра рибосомы
  

• Иногда РНК выделяют по месту их локализации : ядерные , цитоплазматические , митохондральные , РНК пластид
  

• Все типы РНК представляют собой функционально объединённую систему , направленную на осуществление синтеза спецефических клеточных белков в процессе экспрессии генов ( транскрипции и трансляции )
  

Особенности полинуклеотидов

Признаки	ДНК	РНК
1 . Локализация 2 . Размеры молекулы 3. Вторичная структура ( число цепей ) 4. Третичная структура 5. Азотистые основания 6 . Комплементарные пары оснований 7 . Углевод ( пентоза ) 8. Механизм образования 9 . Время образования 10 . Стабильность молекулы 11 . Длина полипептидных цепей - количество нуклеотидов 12 . Постоянство содержания в клетке 14. Изменение структуры 15 . Уровни пространственной структуры 16. Виды в клетке 17 . Функции	в ядре - 99 , 999 % , митохондрии , хлоропласты, центриоли 1 молекула - 2 - 5 см . двойная спираль ( две цепи ) связана с гистоновыми белками (нуклеопротеид ) . А , тимин , Г , Ц А - Т ; Г - Ц дезоксирибоза репликация накануне деления клети Стабильна очень длинные ( 105 - 106 ) количество относительно постоянно в клетках одного вида вызывает мутации имеет много уровней - I , II III , IV , V и т. д. ( спирализация ) линейная ( ядерная ) , кольцевая ( митохондральная , плазмиды прокариот ) 1. хранение , воспроизводство и передача наследственной информации 2. информационная матрица для синтеза РНК 3. химический субстрат наследственной изменчивости мутационной и др )	ядро , цитоплазма , рибосомы , митохондрии , хлоропласты небольшие ( мкм ) зависит от типа РНК (одна цеп не образует устойчивых комплексов с другими молекулами А , урацил , Г , Ц А - У ; Г – Ц рибоза транскрипция постоянно нестабильна относительно короткие ( до 103 ) сильно колеблется не вызывает I , II, III (не спирализуется ) и - РНК , т – РНК , р - РНК см . функции и - РНК т - РНК р - РНК

Общие признаки нуклеиновых кислот

1. Элементарный состав включает азот и фосфор
   
2. Являются линейными , информационными полинуклеотидами
   
3. Мономером является нуклеотид , включающий :
   

• Азотистые основания – аденин , гуанин , цитозин
  
• Углевод ( пентоза )
  
• Остаток фосфорной кислоты
  

4. Мономеры соединяются в полинуклеотиде с помощью фосфодиэфирной связи
   
5. В основу структуры , синтеза в клетке и выполнения функций положен принцип комплементарности
   

• Комплементарные пары азотистых оснований : гуанин --- цитозин
  

6. Для поддержания структуры и выполнения функций необходимы водородные связи
   
7. В клетке структурированы ( имеют I , II, и III структуры )
   
8. Содержат информацию о первичной структуре белка в виде генетического кода
   
9. Участвуют в биосинтезе белка и реализации наследственной генетической информации
   
10. Синтезируются в процессе ферментативных реакций матричного синтеза
    
11. Содержаться в ядре , митохондриях и хлоропластах
    
12. Гидролизуются до нуклеозидов и фосфорной кислоты