Химический состав клетки. Нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты - биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Особенности строения ДНК

Молекула ДНК состоит из двух нуклеотидных цепей, образующих двойную правозакрученную спираль. Диаметр спирали 2 нм, на один виток спирали приходится 10 пар нуклеотидов, длина шага спирали 3,4 нм. (нанометр). Цепи удерживаются вместе благодаря образованию водородных связей между азотистыми основаниями. Между А (аденин) и Т (тимин) – две связи, между Г (гуанин) и Ц (цитозин) – три связи. Азотистые основания, способные образовывать водородные связи друг с другом называют комплементарными. Вторичная структура ДНК была расшифрована в 1953 году Уотсоном и Криком. Каждая цепь ДНК имеет определенную ориентацию. Один конец (3 штрих конец) несет гидроксильную группу (- ОН), присоединенную к 3- му углероду в сахаре дезоксирибозе, на другом конце цепи (5 штрих конце) находится остаток фосфорной кислоты, присоединенная к 5-му углероду сахара. Две комплементарные цепи в молекуле ДНК расположены в противоположных направлениях - антипараллельно: одна нить имеет направление от 5' к 3', другая - от 3' к 5'.

Свойства ДНК

1. Комплементарность двух цепей - взаимное дополнение азотистых оснований: аденин комплементарен тимину, гуанин – цитозину. Поэтому в молекуле ДНК всегда А=Т, Г=Ц и сумма А+Г = Т+Ц (правило Чаргаффа). Комплементарность лежит в основе деления клетки и размножения организмов.
2. Антипараллельность двух цепей. Каждая цепь ДНК имеет определенную ориентацию. Один конец несет гидроксильную группу (- ОН) – присоединенную к 3-му углероду в сахаре дезоксирибозе, это - 3' конец. Другой конец несет остаток фосфорной кислоты, присоединенный к 5-му углероду сахара – это 5' конец. Две цепи в молекуле ДНК расположены в противоположных направлениях - антипараллельны: одна нить имеет направление от 5' к 3', другая - от 3' к 5'.
3. Способность к транскрипции – синтезу молекулы всех видов РНК, комплементарно на участке матричной ДНК.
4. Способность к самоудвоению - репликации (редупликации). В процессе репликации участвуют много ферментов. Ферменты, синтезирующие новые нити ДНК и называемые ДНК - полимеразами, могут передвигаться вдоль матричных цепей лишь в одном направлении от 5' - конца к 3' - концу. Поэтому в процессе репликации одновременный синтез новых цепей идет антипараллельно. Одна цепь ДНК (материнская) является матрицей для другой цепи (дочерней). В ходе репликации одна дочерняя цепь (лидирующая) синтезируется непрерывно с 3' - конца материнской цепи. Вторая цепь (отстающая) синтезируется со стороны 5' - конца материнской цепи фрагментами. На отстающей цепи ДНК-полимераза начинает синтез фрагментов после синтеза РНК - праймера. Так как на синтез фрагментов и их «сшивание» требуется время, эта цепь отстает от лидирующей.

Последовательность репликации:

1. Раскручивание молекулы ДНК

2. Разделение ферментом двух цепей (фермент хеликаза)

3. Синтез РНК - праймеров ферментом РНК - праймазой (выполняет функции РНК-полимеразы) и прикрепление к ним ДНК-полимеразы

4. Комплементарное присоединение ферментом ДНК-полимеразой свободных нуклеотидов к двум цепям 5. Образование двух молекул ДНК Репликация ДНК является:

1) матричным – синтез идет на ДНК-матрице

2) симметричным – одновременно проходит на обоих цепях

3) полуконсервативным – молекула дочерней ДНК состоит из одной материнской и одной новой цепи 4) идет по принципу комплементарности

5) репликации идет в направлении от 5' к 3' концу.

Значение репликации: благодаря ей происходят процессы деления клеток и размножение организмов.

Основные функции ДНК – это кодирование, сохранение и реализация наследственной информации, передача ее дочерним клеткам при размножении. Кроме того, отдельные цепи молекулы ДНК служат матрицей для синтеза разных типов молекул РНК в ходе транскрипции.

Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Сходства

1. Мономеры - нуклеотиды.
2. Состоят из пятиуглеродного сахара, 4-х типов азотистых оснований и остатка фосфорной кислоты.
3. Образуются в ядре, содержатся в митохондриях, хлоропластах

Различия

1. Сахар

ДНК - дезоксирибоза

РНК - рибоза

2. Азотистые основания

ДНК - А (аденин), Ц (цитозин), Г (гуанин), Т (тимин)

РНК - А (аденин), Ц (цитозин), Г (гуанин), У (урацил)

3. Структура

ДНК - в виде двойной спирали

РНК - в виде одинарной цепи нуклеотидов

4. Разновидности

ДНК - нет

РНК - информационная (матричная) РНК (иРНК или мРНК) - 5%, транспортная РНК (тРНК) - 10%, рибосомная РНК (р-РНК) - 85%

5. Местонахождение

ДНК - в основном – в ядре, есть в митохондриях и хлоропластах. У прокариот кольцевые ДНК (нуклеоид и плазмиды) расположены в цитоплазме.

РНК - иРНК – в ядре и цитоплазме, тРНК – в цитоплазме, рРНК – в рибосомах. Свои молекулы РНК имеют хлоропласты и митохондрии.

6. Функции

ДНК - хранение и передача наследственной информации.

РНК - все типы РНК участвуют в синтезе белка:

иРНК – переносит информацию о составе белка из ядра к рибосомам;

тРНК - переносит определенные аминокислоты к рибосомам - месту синтеза белка;

рРНК – входят в состав рибосом, где идет синтез белка. У РНК - содержащих вирусов являются носителями наследственной информации.

7. Свойства

ДНК

1) Комплементарность

2) Антипараллельность

3) Способность к самоудвоению

4) Способность к транскрипции

РНК не способна к самоудвоению. Все виды РНК синтезируются на определенных участках ДНК. При синтезе РНК участвует фермент РНК - полимераз.

Скачать рабочий лист Рабочие листы, скачать файлы (portalbio.ru)

ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ! ВЫПОЛНИТЕ ТЕСТ "Химическая организация клетки" Химическая организация клетки. | Тестирование по биологии (portalbio.ru)