Что входит в состав нуклеиновых кислот: Состав нуклеиновых кислот | Химия онлайн

Содержание

Состав нуклеиновых кислот | Химия онлайн

Важнейшей характеристикой нуклеиновых кислот является их нуклеотидный состав. В состав нуклеотида — структурного звена нуклеиновых кислот — входят три составные части:

  • гетероциклическое азотистое основание — пиримидиновое или пуриновое;
  • моносахарид (пентоза) - рибоза или 2-дезоксирибоза;
  • остаток фосфорной кислоты.

Полный гидролиз нуклеиновых кислот

Аденин (А) и гуанин (Г) – производные пурина; цитозин (Ц), урацил (У), тимин (Т) – производные пиримидина.

В нуклеиновых кислотах содержатся основания 4-х разных видов: два из них относятся к классу пуринов и два – к классу пиримидинов.

Азот, содержащийся в кольцах азотистых оснований, придает молекулам основные свойства.

Гетероциклические азотистые основания

Пиримидиновые основания – производные пиримидина, входящие в состав нуклеиновых кислот: урацил, тимин, цитозин.

Для оснований, содержащих группу -ОН, характерно подвижное равновесие структурных изомеров, обусловленное переносом протона от кислорода к азоту и наоборот:

Пиримидиновые основания – входят в состав нуклеиновых кислот в кето-форме (лактамной форме).

Пуриновые основания — производные пурина, входящие в состав нуклеиновых кислот: аденин, гуанин.

Гуанин существует в виде двух структурных изомеров.

Углеводы (пентозы)

Рибоза и 2-дезоксирибоза относятся к моносахаридам, содержащим пять углеродных атомов.  В зависимости от вида пентозы, присутствующей в нуклеотиде, различают два вида нуклеиновых кислот – рибонуклеиновые кислоты (РНК), которые содержат рибозу, и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие дизоксирибозу.

В состав нуклеиновых кислот они входят в циклических b-формах:

Ортофосфорная кислота

Нуклеиновые кислоты являются многоосновными кислотами, потому что в их молекулах содержатся остатки ортофосфорной кислоты Н3РО4.

Нуклеиновые кислоты

1. Состав нуклеиновых кислот

ПЛАН

  1. Состав нуклеиновых кислот

    1. Состав ДНК

    2. Состав РНК

  2. Макромолекулярная структура ДНК

  3. Выделение дезоксирибонуклеиновых кислот

  4. Выделение рибонуклеиновых кислот

  5. Природа межнуклеотидных связей

    1. Межнуклеотидная связь в ДНК

    2. Межнуклеотидная связь в РНК

  1. Значение нуклеиновых кислот

  2. Список литературы

Нуклеиновые кислоты - это биополимеры, макромолекулы которых состоят из многократно повторяющихся звеньев - нуклеотидов. Поэтому их называют также полинуклеотидами. Важнейшей характеристикой нуклеиновых кислот является их нуклеотидный состав. В состав нуклеотида - структурного звена нуклеиновых кислот - входят три составные части:

  • азотистое основание - пиримидиновое или пуриновое. В нуклеиновых кислотах содержатся основания 4-х разных видов: два из них относятся к классу пуринов и два – к классу пиримидинов. Азот, содержащийся в кольцах, придает молекулам основные свойства.

  • моносахарид - рибоза или 2-дезоксирибоза. Сахар, входящий в состав нуклеотида, содержит пять углеродных атомов, т.е. представляет собой пентозу. В зависимости от вида пентозы, присутствующей в нуклеотиде, различают два вида нуклеиновых кислот – рибонуклеиновые кислоты (РНК), которые содержат рибозу, и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие дизоксирибозу.

  • остаток фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты являются кислотами потому, что в их молекулах содержится фосфорная кислота.

Нуклеотид - фосфорный эфир нуклеозида. В состав нуклеозида входят два компонента: моносахарид (рибоза или дезоксирибоза) и азотистое основание.

В конце 40-х — начале 50-х годов, когда появились такие методы исследования, как хроматография на бумаге и УФ-спектроскопия, были проведены многочисленные исследования нуклеотидного состава НК (Чаргафф, А. Н. Белозерский). Полученные данные позволили решительно отбросить старые представления о нуклеиновых кислотах, как о полимерах, содержащих повторяющиеся тетрануклеотидные последовательности (так называемая тстрануклеотидная теория строения ПК. господствовавшая в 30—40-е годы), и подготовили почву для создания современных представлений не только о первичной структуре ДНК и РНК, но и об их макромолекулярной структуре и функциях.

Метод определения состава ПК основан на анализе гндролизатов, образующихся при их ферментативном или химическом расщеплении. Обычно используются три способа химического расщепления НК. Кислотный гидролиз в жестких условиях (70%-ная хлорная кислота, 100°С, 1 ч или 100%-ная муравьиная кислота, 175 °C, 2 ч), применяемый для анализа как ДНК, так и РНК, приводит к разрыву всех N-гликозидных связей и образованию смеси пуриновых и пиримидиновых оснований. При исследовании РНК могут использоваться как мягкий кислотный гидролиз (1 н. соляная кислота, lOO°C, 1 ч), в результате которого образуются пуриновые основания и пирамидиповые нуклеозид-2'(3')-фосфаты, так и щелочной гидролиз (0,3 н. едкий кали, 37 °С, 20 ч), дающий смесь нуклеозид -2' (3') -фосфатов.

Поскольку в НК число нуклеотидов каждого вида равно числу соответствующих оснований, для установления нуклеотидного состава данной НК достаточно определить количественное соотношение оснований. Для этой цели из гидролизатов с помощью хроматографии на бумаге или электрофореза (когда в результате гидролиза получают нуклеотиды) выделяют индивидуальные соединения. Каждое основание независимо от того, связано оно с углеводным фрагментом или нет, обладает характерным максимумом поглощения в УФ, интенсивность которого зависит от концентрации. По этой причине, исходя из УФ-спектров выделенных соединений, можно определить количественное соотношение оснований, а следовательно, и нуклеотидный состав исходной НК.

При количественном определении минорных нуклеотидов, особенно таких неустойчивых, как дигидроуридиловая кислота, пользуются ферментативными методами гидролиза (ФДЭ змеиного яда и селезенки).

Использование описанных выше аналитических приемов показало, что ПК различного происхождения состоят за редким исключением из четырех основных нуклеотидов и что содержание минорных нуклеотидов может меняться в значительных пределах.

Как будет показано далее, при изучении нуклеотидного состава ДНК были получены данные, которые помогли установить ее пространственную структуру.

Нуклеиновые кислоты Химический состав нуклеиновых кислот

    ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ [c.97]

    Входящие в состав нуклеиновых кислот азотистые основания по химическому строению являются либо производными пурина — пуриновые основания, либо пиримидина — пиримидиновые основания. Напомним, что молекула пурина представляет собой два сконденсированных кольца пиримидина и имидазола. В зависимости от распространенности оснований в нуклеиновых кислотах вьщеляют главные и редкие (или минорные) пуриновые и пиримидиновые основания. К главным пуриновым основаниям относятся аденин (А) и гуанин (Г), а к главным пиримидиновым — цитозин (Ц), урацил (У) и тимин (Т). Главные азотистые основания имеют следующее химическое строение  [c.266]


    Типы нуклеиновых кислот. В 1930 г. были определены два типа нуклеиновых кислот — ДНК и РНК, различающиеся химическим составом, молекулярной массой, сложностью структуры молекул, а также выполняемыми функциями в организме. Название нуклеиновых кислот обусловлено присутствием в кислоте углевода если в состав нуклеиновой кислоты входит рибоза, то она называется рибонуклеиновая кислота (РНК), а если входит дезоксирибоза, то нуклеиновая кислота называется дезоксирибонуклеиновая (ДНК). Кроме углеводного компонента, отдельные типы нуклеиновых кислот различаются составом азотистых оснований и структурой молекулы. 
[c.216]

    В ТО же время бактерии бобовых растений, микроорганизмы почвы и водоросли в присутствии воды легко переводят атмосферный азот в аммиак при обычной температуре и нормальном давлении. Известно также, что атомы азота входят в состав нуклеиновых кислот и белков, играющих первостепенную роль в жизненных процессах. Долгое время оставалось загадкой, как в природных условиях в водной среде происходит биологическая фиксация азота, каков механизм связывания атмосферного азота с водородом й другими элементами при нормальном давлении и комнатной температуре. Основываясь на сходстве химических связей в молекулах азота и ацетилена, можно было предполагать, что синтез аммиака при обычных условиях может быть осуществлен при последовательном разрыве межатомных связей в молекуле N2 в присутствии соответствующего катализатора по схеме 

[c.122]

    Химический состав нуклеиновых кислот [c.171]

    Химический состав нуклеиновых кислот. При полном гидролизе нуклеиновых кислот образуется несколько простых низкомолекулярных органических веществ, таких как азотистые основания и углеводы, а также молекулы фосфорной кислоты. [c.213]

    В зависимости от строения моносахарида, входящего в состав нуклеиновых кислот (НК), различают дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Необходимость подобной классификации определяется не только различным химическим строением ДНК и РНК, но и различием выполняемых ими биологических функций. Дезоксирибонуклеиновые кислоты ответственны за передачу наследственных признаков в ряду поколений живых организмов, поэтому конкретное строение ДНК каждого вида животных организмов будет строго специфично, однако общая структура ДНК одинакова для многих типов клеток. Рибонуклеиновые кислоты участвуют в процессе биосинтеза белка. 

[c.613]


    Бионеорганическая химия (подобно геохимии, биохимии, биофизике и др.) возникла на стыке неорганической химии и биологии в последнее десятилетие. Этому способствовала четкая формулировка ее основных задач — изучение на молекулярном уровне взаимодействий между металлами (в первую очередь биометаллами) и биолигандами протеинами, нуклеиновыми кислотами, их фрагментами и некоторыми другими находящимися в организме веществами (в том числе витаминами, гормонами, метаболитами и антиметаболитами). Более 100 000 процессов в организме человека представляют собой совокупность многих химических реакций, большинство из которых катализируется металлами, входящими в состав ферментов. [c.560]

    Для большинства веществ частицы представляют собой молекулы. Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекулы в свою очередь состоят из атомов. Атом — наименьшая частица элемента, обладающая его химическими свойствами. В состав молекулы может входить раз личное число атомов. Так, молекулы благородных газов одно-атомны, молекулы таких веществ, как водород, азот,— двухатомны, воды — трехатомны и т. д. Молекулы наиболее сложных веществ — высших белков и нуклеиновых кислот — построены из такого количества атомов, которое измеряется сотнями тысяч. При этом атомы могут соединяться друг с другом не только в различных соотношениях, но и различным образом. Поэтому при сравнительно небольшом числе химических элементов, число различных веществ очень велико. 

[c.20]

    Производные пиримидина — урацил (За), тимин (36) и цитозин (4) — довольно широко распространены в природе и входят в состав нуклеиновых кислот в виде Ы-углеводных производных. Физические и химические свойства подобных производных пиримидина [c.303]

    Наиболее важными из входящих в состав нуклеиновых кислот пуриновых оснований являются аденин и гуанин, из пиримидиновых— урацил, 5-метилурацил, или тимин, и цитозин. Аденин по своему химическому строению является 6-аминопурином  [c.54]

    Химическое строение пуриновых и пиримидиновых оснований, а также углеводов, входяш их в состав нуклеиновых кислот, показано на следуюш,ей странице. [c.41]

    О том, как происходил отбор структур, каков его механизм, сказать довольно трудно. Но этот процесс оставил нам своего рода. музей. Подобно тому как из 107 химических элементов только 6 органогенов да 10—15 других элементов отобраны природой, чтобы составить основу биосистем, так же в результате эволюции происходил тщательный отбор и химических соединений. Из миллионов органических соединений в построении живого участвуют лишь несколько сотен из 100 известных аминокислот в состав белков входит только 20 лишь четыре нуклеотида лежат в основе-всех сложных полимерных нуклеиновых кислот, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза в любых живых организмах. 

[c.196]

    Классификация химических мутагенов и некоторые особенности их действия, I. Ингибиторы азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Сюда входят кофеин, этилуретан, теобромин, 5-аминоурацил и др. Эти мутагены подавляют синтез гуанина и тимина, в результате чего образуются необычные основания, которые затем включаются в ДНК и тем самым вызывают мутации. [c.200]

    В состав нуклеиновых кислот входят углерод, кислород, водород, азот и фосфор. Известны две группы этих кислот рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК). Они отличаются химическим строением и биологическими свойствами. [c.45]

    АДЕНОЗИНТРИФОСФОРНАЯ КИСЛОТА (АТФ). Основное соединение, в котором запасается и переносится энергия, необходимая для осуществления синтетических процессов в обмене веществ, а также для выполнения работы нивыми организмами. В состав АТФ входят остатки аденина, углевода рибозы и три остатка фосфорной кислоты. Энергия, высвобождаемая АТФ, может переноситься почти без потерь на другие соединения или использоваться для синтеза белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров, витаминов и многих других соединений. Энергия АТФ потребляется также при мышечном сокращении, в нервных клетках и при других видах работы в живых организмах. АТФ в организме образуется из адепозиндифосфорной кислоты (АДФ) и минеральной фосфорной кислоты за счет энергпп, которая выделяется при окислении различных органических веществ в живых клетках или при фотосинтезе за счет световой энергии. Во всех этих процессах энергия, как правило, не теряется, а переходит в особый вид химической энергии, заключенной в фосфатных связях АТФ. При окислении в процессе дыхания грамм-молекулы глюкозы, например, может образоваться до 30 молекул АТФ. [c.14]

    Аминогруппа настолько химически активна и богата химическими взаимодействиями и реакциями, что все соединения с аминогруппами уже входят в биологические молекулярные структуры и обеспечивают переход от неживого вещества к живому, способствуют переходу от химической формы движения материи к биологической форме. Аминогруппы всех трех типов входят в состав белков и нуклеиновых кислот, главных молекул живого вещества. Амины могут быть линейными, если Ы-атом включен в углеродную цепь, и циклическими, если он замыкает углеродную цепь в цикл. [c.544]


    Другая, также важнейшая функция биополимеров связана с сохранением и передачей по наследству свойств живого индивида будущим его поколениям. Эта функция называется наследственностью. Ее выполняют нуклеиновые кислоты, биополимеры, в состав которых входят химически связанные азотистые основания с ядрами пурина и пиримидина, углеводы (дезоксирибоза) и остатки фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК) являются носителями закодированной в их структуре наследственной информации каждого живого индивида и передают ее по наследству, так как осуществляют биосинтез белка в живой клетке. [c.720]

    Другую группу важнейших биологических высокомолекулярных соединений составляют нуклеиновые кислоты, в состав которых входят остатки фосфорной кислоты, пеп-тозановых сахаридов и пуриновых или пиримидиновых оснований. Более подробно строение и химические свойства нуклеиновых кислот рассматриваются в курсе биологической химии. [c.197]

    ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ - бесцветные кристаллические вещества с высокой температурой плавления, малорастворимы в воде. П. о.— органические природные соединения, производные пурина, входят в состав нуклеиновых кислот, нуклеотидов, нуклеозидов и некоторых коферментов. Свободные П. о. найдены во многих растениях, в печени, крови, молоке, камнях мочевого пузыря, в рыбьей чешуе и др. Наиболее распространены аденин, гуанин, гипоксаптин. Конечным продуктом пуринового обмена у большинства животных является мочевая кислота. Химические свойства П. о. определяются, главным образом, заместителями в пуриновом ядре. П. о. получают из нуклеиновых кислот, нуклеотидов, нуклеозидов, а также синтетически. [c.206]

    Барбер и Кларк [5] нашли, что энергии ls- и Nls-орбиталей трех оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот — аденина, цитозина и тимина, вычисленные методом аЬ initio, зависят линейно от соответствующих энергий связи . В этой работе показано, что более высокие значения энергии связи иногда соответствуют ионам с большей отрицательностью и что непосредственное сопоставление химических сдвигов с плотностями зарядов может ввести в заблуждение. В действительности оригинальное соображение, что изменение плотности заряда должно параллельно изменять величину энергии связиГ не имеет строгой теоретической основы, хотя после введения поправки Маделунга были получены исключительно хорошие линейные зависимости. Ван дер Аву-ар, например, показал, что отклонения от прямолинейного хода изменений заряда от величины сдвига. [c.126]

    В химическом отношении витамин Вг представляет собой сложное ге-тдюцнклическое соединение — производное изоаллоксазина, содержащее остаток углевода рибозы, входящего также в состав нуклеиновых кислот. Его строение может быть выражено следующей структурной формулой (1) наличие в витамине Вг остатка рибозы является причиной его распространенного названия — рибофлавин. [c.64]

    В самое последнее время удалось пролить свет на механизм участия нуклеиновых кислот в этих важнейших для л изни клетки процессах. Установлено, что химическая природа синтезируемых в клетке аминокислот определяется структурой рибонуклеиновой кислоты и, прежде всего, химической природой и порядком расположения входящих в состав нуклеотидов оснований. Каждой из аминокислот соответствует РНК с определенным набором и чередованием компонентов в тринуклеотиде. Именно благодаря этому и становится возможным регулирование направления синтеза и природы синтезируемых 20 различных аминокислот молекулой нуклеиновой кислоты. Весьма важно также, что роль фактора, определяющего специфичность синтеза аминокислот и, следовательно, специфичность белкового синтеза, вы- [c.40]

    Химическая структура нуклеиновых кислот различного происхождения неодинакова. Нуклеиновые кислоты цитоплазмы и ядра клетки отличаются друг от друга по своим химическим особенностям. Имеются основания полагать, что качественный состав нуклеиновых кислот клетки не остается постоянным, а зависит от условий среды, от процессов обмена веществ в клетке. Между тем структура нуклеиновых кислот остается, в основном, характерной для каждого живого существа и определяет специфичность синтезирующихся в них белков. Более того, известно, что вирусы и бактериофаги, состоящие, в основном, из специфических для каждого из них нуклепротеидов, при внедрении их нуклеиновых кислот в поражаемые клетки, в случае благоприятных условий для размножения, включаются в ферментные системы, осуществляющие синтез белков, и изменяют обычный для клеток синтез белковых веществ. Все эти факты свидетельствуют о том, что нуклеиновые кислоты активно участвуют в процессах биосинтеза белков. Это, однако, еще не выявляет, в чем именно заключается роль нуклеиновых кислот. На этот счет существуют положения, которые находят свое экспериментальное подтверждение. [c.429]

    Исследование химического строения нуклеиновых кислот, начатое Ф. Мишером, далее было продолжено К. А. Косселем (1879 г.), который обнаружил в нуклеиновых кислотах азотсодержащие гетероциклические основания. Первым выделенным гетероциклическим основанием, присутствующим в нуклеиновых кислотах, был гуанин (ранее выделенный из перуанского гуано — помета птиц, ценного азотистого удобрения). Впоследствии из нуклеиновых кислот были выделены тимин (из клеток тимуса быка), цитозин (от греч. ytos — клетка) и аденин (от греч. aden — железа). В результате проведенных исследований русский химик Ф. Левен установил, что в состав нуклеиновых кислот входят азотсодержащие гетероциклические основания (производные пурина и пиримидина), фосфорная кислота и углеводный компонент — рибоза или дезоксирибоза. [c.264]

    Основания, входящие в состав нуклеиновых кислот, — пурины и пиримидины — видимо, возникали при химических реакциях, идущих в сравнительно мягких условиях с участием цианидов [583, 1122, 1124, 1270, 1373, 1376, 1379, 1607]. Основания нуклеиновых кислот могли также возникать в реакциях типа Фишера—Тропша [2040]. Сахара получены Гей- [c.48]

    Ионизирующая радиация разрушает химические связи и таким образом расщепляет молекулу. При низком уровне радиации молекула разрушается немного, и систем1Я организма могут ликвидировать опасность. Однако при большей дозе, попющинной организмом, повреждается слишком много молекул. Наибольшую опасность представляют повреждения белков и нуклеиновых кислот. Белки охл-авляют основу мягких тканей организма, и входят в состав ферментов, молекул, контролирующих все жизненные процессы. Когда большое число молекул в непосредственной близости друг от друга разрушаются, организму н( хв 1тает молекул для поддержания жизнедеятельности. [c.353]

    К первому из них относят теории биогенеза, отправным постулатом которых является специфика вещественной основы биологических систем, т. е. строго определенный состав элементов-органогенов и не менее определенная структура входящих в живой организм химических соединений. Все особенности функционирования организмов, с позиций этих теорий, выводят из свойств конкретного биохимического состава организмов — белков, нуклеиновых кислот и других биополимеров. Решение проблемы биогенеза представители этого подхода видят в выяснении путей постепеннога усложнения органических соединений вплоть до белковоподобных [c.193]

    Важное биологическое значение нуклеиновых кислот состоит в том, что они осуществляют хранение и передачу наследственной имформации, а также определяют синтез нужных белков в клетке я его регуляцию. По химическому строению нуклеиновые кислоты представляют собой линейные неразветвлет1ые) цепочки, составленные из остатков большого числа нуклеотидов указанных выше типов. Как и для белков, для нуклеиновых кислот характерна первичная и вторичная структура. Важнейшей характеристикой данной нуклеиновой кислоты является ее первичная структура, т. е. последовательность чередования входящих в ее состав четырех типов нуклеотидов. На стр. 442 и 443 для иллюстрации приведены фрагменты цепочек ДНК и РНК- [c.441]

    Скорость восстановления (ренатурации) двойной спирали зависит от вероятности столкновения двух комплементарных нуклеотидных последовательностей и их концентрации в растворе. Скорость реакции гибридизации можно использовать для определения концентрации любьсс последовательностей РНК или ДНК в смеси, содержащей и другие фрагменты нуклеиновых кислот. Для этого необходимо иметь чистый одноцепочечный фрагмент ДНК, комплементарный к тому фрагменту, который надлежит выявить. Обычно фрагмент ДНК, полученный клонированием либо химическим путем, метят по Р в целях прослеживания включения фрагмента в состав дуплексов при гибридизации. Одноцепочеч- [c.110]

    На понижении растворимости и переходе от полного смешения к ограниченной растворимости основаны также многочисленные случаи коацервации (Бунгенберг-де-Ионг). Так, например, коацерваты с расслоением в капельножидкой форме или в виде двух слоев могут быть получены из водных растворов желатины добавлением спирта или сернокислого натрия, из спиртовых растворов проламинов при разбавлении их водой, из положительно заряженных молекул желатины (при pH 1,2—4,8) и отрицательно заряженных частиц гуммиарабика или крахмалофосфорной кислоты, из растворов двух белков с сильно различными положениями изоточек, из растворов белка и нуклеиновых кислот и др. Во всех этих случаях коацерваты возникают в условиях перехода к взаимно ограниченной растворимости компонентов раствора. Степень расслоения полимеров при коацервации очень велика, например, при получении коацервата из 1%-ного раствора желатины до 93% ее количества входит в состав коацерватного слоя, а при более низких концентрациях — относительно еще больше поэтому оба слоя при коацервации резко различаются по содержанию коллоидных веществ. Физико-химические свойства коацерватов в ряде отношений напоминают соответствующие свойства протоплазмы, что привлекает к ним внимание биологов согласно Опарину, коацервация имела большое значение для пространственного отделения и организации коллоидных веществ в истории возникновения жизни на Земле. [c.187]

    Сенжер и Коулсон создали метод анализа последовательности ДНК, который основан на ферментативном копировании однонитевых частиц ДНК [18]. Максам и Гилберт создали метод, в основу которого положена химическая модификация четырех оснований, входящих в состав ДНК, и который с одинаковым успехом применим как к однонитевым, так и к двунитевым молекулам ДНК [19]. Оба метода используют авторадиографическое определение згр-меченных олигонуклеотидов, которые разделяют в зависимости от их длины электрофорезом денатурированных фрагментов в полиакриламидном геле. На практике, успех этих методов во многом определяется недавними достижениями в энзимологии нуклеиновых кислот, особенно использованием ферментов рестрикции, расщепляющих молекулы ДНК, и обратной транскриптазы, с помощью которой получают циклические ДНК, комплиментарные РНК-матрице. Нижеследующее описание методики анализа будет, однако, предполагать наличие гомогенных образцов ДНК подходящей длины. [c.188]

    Простые белки в свою очередь делятся на основании некоторых условно выбранных критериев на ряд подгрупп протамины, гистоны, альбумины, глобулины, проламины, глютелины и др. Классификация сложных белков (см. главу 2) основана на химической природе входящего в их состав небелкового компонента. В соответствии с этим различают фосфопротеины (содержат фосфорную кислоту), хромопротеины (в состав их входят пигменты), пуклеопротеины (содержат нуклеиновые кислоты), гликопротеины (содержат углеводы), липопротеины (содержат липиды) и металлопротеины (содержат металлы). [c.72]

    Пуклеопротеины состоят из белков и нуклеиновых кислот. Последние рассматриваются как простетические группы. В природе обнаружено 2 типа нуклеопротеинов, отличающихся друг от друга по составу, размерам и физико-химическим свойствам,— дезоксирибонуклеопротеины (ДНП) и рибонуклеопротеины (РНН). Названия нуклеопротеинов отражают только природу углеводного компонента (пентозы), входящего в состав нуклеиновых кислот. У РНП углевод представлен рибозой, у ДНП—дезоксирибозой. Термин пуклеопротеины связан с названием ядра клетки, однако ДНП и РНП содержатся и в других субклеточных структурах. Следовательно, речь идет о химически индивидуальном классе органических веществ, имеющих своеобразные состав, структуру и функции независимо от локализации в клетке. Доказано, что ДНП преимущественно локализованы в ядре, а РНП —в цитоплазме. В то же время ДНП открыты в митохондриях, а в ядрах и ядрышках обнаружены также высокомолекулярные РНП. [c.86]

    Среди природных соединений важное место занимают углеводы. Они участвуют в построении живых структур, служат материалом для биосинтеза соединений других классов, им принадлежит важная роль в биоэнергетике клетки. Углеводы входят в состав физиологически активных гликозидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов, гликолипидов и гликопротеидов. С ними связаны имму-нохимические свойства тканей, специфические реакции организма на внешние химические раздражители. Многочисленные превращения углеводов все шире используются промышленностью для получения синтетического волокна, в гидролизном производстве и пищевой промышленности. [c.3]


Строение нуклеиновых кислот

По общему строению все нуклеиновые кислоты являются молекулами-полимерами, т. е. биополимерами, их мономерами являются нуклеотиды. Строение конкретного типа нуклеиновой кислоты имеет свои особенности как на уровне нуклеотидов, так и на уровне вторичной и третичной структуры молекул.

Существует два основных типа нуклеиновых кислот — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).

Общее строение каждого нуклеотида-мономера, входящего в состав молекулы любой нуклеиновой кислоты, таково:

  • азотистое основание,
  • пентоза,
  • остаток фосфорной кислоты.

То есть каждый нуклеотид состоит из трех компонентов.

Строение и связи одного нуклеотида, входящего в состав нуклеиновой кислоты.
Числами обозначены номера атомов углерода в пентозе.

Пентоза — это углевод, включающий пять атомов углерода. В состав нуклеиновых кислот входят кольцевые (а не линейные) формы рибозы и дезоксирибозы. Первая входит в состав РНК, вторая — в ДНК. Дезоксирибоза отличается от рибозы тем, что лишена одной гидроксильной (-OH) группы. Пятичленное кольцо формируют четыре атома углерода и один атом кислорода. Один из атомов углерода (пятый) остается вне кольца и образует связь с остатком фосфорной кислоты.

Азотистые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот, делятся на две группы — пуриновые и пиримидиновые. Пуриновые основания состоят из двух колец, одно из которых имеет 5 атомов, а другое — 6, при этом кольца соединены так, что у них два атома общие. Пиримидиновые основания включают одно шестичленное кольцо. К пуринам относятся гуанин (Г) и аденин (А). К пиримидинам относятся тимин (Т), цитозин (Ц) и урацил (У).

В ДНК входят Г, А, Т, Ц. В РНК — Г, А, У, Ц. То есть в РНК тимин заменен на урацил.

Между собой нуклеотиды соединены через остатки фосфорной кислоты, чем и определяют строение полимера — нуклеиновой кислоты. Остаток фосфорной кислоты через один атом кислорода соединен с 5-м атомом углерода пентозы одного нуклеотида, а через другой атом кислорода – с 3-м атомом углерода пентозы другого нуклеотида. Таким образом между нуклеотидами образуется фосфодиэфирная связь. В итоге получается одна полинуклеотидная цепочка.

Сборка нуклеиновой кислоты из нуклеотидов катализирует фермент полимераза. Он присоединяет фосфатную группу очередного нуклеотида к гидроксильной группе, находящейся при 3-м атоме углерода пентозы нуклеотида, который уже является частью нуклеиновой кислоты. Таким образом, синтез полинуклеотидной цепи всегда осуществляется с 3'-конца.

5'-конец первого нуклеотида цепи всегда несет фосфатную группу с одной эфирной связью. Этот конец считается началом цепи.

По строению рибонуклеиновые кислоты — одноцепочечные молекулы. Молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты имеют в своем строении две полимерные цепочки, закрученные относительно друг друга в спираль. Этим определяется вторичная структура ДНК. Цепочки соединены между собой водородными связями, образующимися между азотистыми основаниями.

Азотистые основания в молекуле ДНК соединены между собой по принципу комплиментарности: аденин с тимином (образуют две водородные связи), а гуанином с цитозином (три связи).

Многие молекулы ДНК — самые длинные из существующих полимеров.

Существует несколько типов РНК. Наиболее известные — информационная (она же матричная), транспортная и рибосомальная. Транспортная РНК имеет вторичную структуру, по форме напоминающую клеверный лист. Ее третичная структура похожа на букву Г.

Третичную структуру ДНК определяют различные уровни ее компактизации.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - это... Что такое НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ?

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ, химические макромолекулы, присутствующие во всех живых организмах и в вирусах. Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая) хранит ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД, который является системой записи наследственной информации; и РНК (рибонуклеиновая кислота), которая доставляет эту закодированную информацию к клеточному БЕЛКУ. По химическому составу нуклеиновые кислоты являются полимерами НУКЛЕОТИДОВ. см. также ХРОМОСОМА, ФЕРМЕНТ, ИНФОРМАЦИОННАЯ РНК.

Научно-технический энциклопедический словарь.

  • НОУТБУК
  • НУКЛЕОЗИД

Смотреть что такое "НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ" в других словарях:

  • НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — полинуклеотиды, фосфорсодержащие биополимеры, имеющие универсальное распространение в живой природе. Впервые обнаружены Ф. Мишером в 1868 в клетках, богатых ядерным материалом (лейкоцитах, сперматозоидах лосося). Термин «Н. к.» предложен в 1889.… …   Биологический энциклопедический словарь

  • НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и… …   Современная энциклопедия

  • НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — (полинуклеотиды) высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Нуклеиновые кислоты — (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты – дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ, соединения, состоящие из остатков фосфорной кислоты, пуриновых и пиримидиновых оснований и углевода. Входят в качестве простетической (небелковой) группы в состав т. н. нуклео протеидов (см.), участвуя в построении клеточного …   Большая медицинская энциклопедия

  • нуклеиновые кислоты — – высокомолекулярные соединения, мономерами которых служат нуклеотиды …   Краткий словарь биохимических терминов

  • Нуклеиновые кислоты — (от лат. nucleus  ядро)  высокомолекулярные органические соединения, биополимеры (полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие …   Википедия

  • нуклеиновые кислоты — (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты  дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и… …   Энциклопедический словарь

  • НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — биополимеры, состоящие из остатков фосфорной кислоты, сахаров и азотистых оснований (пуринов и пиримидинов). Имеют фундаментальное биологическое значение, поскольку содержат в закодированном виде всю генетическую информацию любого живого… …   Энциклопедия Кольера

  • Нуклеиновые кислоты — они же полинуклеотиды, они же биополемеры, построенные из большого числа остатков нуклеотидов; постоянная и необходимая составная часть всех живых систем, которым принадлежит ведущая роль в биосинтезе белка и передаче наследственных признаков… …   Начала современного естествознания


Изучение нуклеиновых кислот в школьном курсе биологии и химии

Нуклеиновые кислоты изучаются в школьных курсах общей биологии в 9-х и 10-х классах и в курсе органической химии. Поэтому целесообразно проводить интегрированные уроки биологии и химии. Изучаемый материал очень объемный и рассчитан на два урока, которые сопровождаются презентацией Microsoft PowerPoint. <Презентация>. Данный материал тесно переплетается с темой “Биосинтез белка”, поэтому некоторые слайды представленной презентации можно использовать и при изучении этой темы.

Цель и задачи урока:

  • сформировать знания обучающихся о строении биополимеров – нуклеиновых кислот – в связи с их биологическими функциями;
  • развивать логическое мышление путем сравнения структуры нуклеиновых кислот ДНК и РНК, выявления их сходных и отличительных признаков;
  • провести подготовку обучающихся к ЕГЭ по биологии, решая задания на принцип комплементарности и выполняя итоговое тестирование по данной теме.

Ход урока

I. Объявление темы и цели урока. Мотивация учебной деятельности.

Из всего, что нас окружает, самой необъяснимой кажется жизнь. (Слайд 2) Мы привыкли, что она всегда вокруг нас и в нас самих, и потеряли способность удивляться. Но пойдите в лес, взгляните так, будто вы их увидели впервые, на деревья, траву, цветы, на птиц и муравьев, и вас охватит чувство беспомощности перед лицом великой тайны жизни. Неужели во всем этом есть нечто общее, нечто такое, что объединяет все живые существа, будь то человек или невидимый глазом микроб? Что определяет преемственность жизни, ее возрождение вновь и вновь из поколения в поколение? Эти вопросы стары как мир, но только во второй половине ХХ века посчастливилось впервые узнать ответы. В сущности, ответы оказались не слишком сложными и, главное, ослепительно красивыми. О том, как их удалось получить и в чем они состоят, мы узнаем сегодня на уроке. Центральное место в новой науке молекулярной биологии, которая призвана дать ответ на вечный вопрос: “Что такое жизнь?”, занимают молекулы ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты – это тот инструмент, с помощью которого можно проникнуть в тайны природы.

Сегодня на уроке мы познакомимся с видами нуклеиновых кислот, их структурой и биологической ролью, узнаем об истории открытия и изучения этих важных органических веществ и проведем подготовку к ЕГЭ, так как материал данного урока включен в задания экзаменационной работы по биологии.

План изучения нуклеиновых кислот (Слайд 3)

  • Строение.
  • История открытия и изучения.
  • Виды.
  • Биологическая роль.
  • Итоговое тестирование.

II. Формирование новых знаний.

1. Биологическое значение нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты – природные биополимеры, которые обеспечивают хранение наследственной информации в виде генетического кода, передачу ее при размножении дочерним организмам и ее реализацию при росте и развитии организма в течение жизни в виде участия в очень важном процессе – биосинтезе белков. (Слайд 4)

Поскольку большинство свойств и признаков клеток обусловлено белками, то понятно, что стабильность нуклеиновых кислот – важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Любые изменения строения нуклеиновых кислот влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя, таким образом, на их жизнеспособность.

По мере изучения материала учащиеся заполняют таблицу (Слайд 5), в которой отражены признаки сходства и различия ДНК и РНК (дан заполненный вариант таблицы). Данная таблица является обобщающим материалом темы.

Признаки

ДНК

РНК

СХОДСТВА Полинуклеотиды, мономеры которых имеют общий план строения.
РАЗЛИЧИЯ

1. Сахар-пентоза

дезоксирибоза рибоза
2. Азотистые основания Аденин – Тимин,

Гуанин – Цитозин

Аденин – Урацил,

Гуанин – Цитозин

3. Структура двойная спираль, состоящая из миллионов звеньев одноцепочечная молекула, число звеньев – сотни звеньев
4. Местонахождение в клетке ядро, митохондрии и хлоропласты ядро, митохондрии, хлоропласты, цитоплазма, рибосомы
5. Биологические функции хранение наследственной информации и передача ее из поколения в поколение участие в матричном биосинтезе белка на рибосоме, т.е. реализация наследственной информации

2. Структура нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, при гидролизе которых образуются продукты, относящиеся к различным классам органических соединений: азотистые основания, углевод-пентоза и неорганическое вещество – ортофосфорная кислота (Слайд 6).

Учащиеся самостоятельно, с использованием рисунка учебника и слайда презентации, находят отличия в строении тимина и урацила (в тимине есть метильный радикал СН3-), рибозы и дезоксирибозы (на отличие указывает название – “дезокси” – отнятие одного атома кислорода) и заполняют графы сравнительной таблицы.

Эти компоненты, соединенные прочными связями, составляют нуклеотид (Слайд 7).

Нуклеотиды связываются между собой в полинуклеотидную цепь сложноэфирными связями через 3-й углеродный атом одной молекулы пентозы, кислотный остаток фосфорной кислоты и 5-й углеродный атом другой молекулы пентозы. (Слайд 8)

Остатки азотистых оснований направлены в одну сторону (внутрь молекулы ДНК). Последовательность соединения нуклеотидов в полимерную цепь и является первичной структурой нуклеиновых кислот.

Вопрос для выявления понимания данной схемы и ее закрепления: какие атомы в молекуле ДНК отвечают за кислотные свойства? (на рисунке кислотные центры – атомы Н – в остатках фосфорной кислоты выделены жирным черным цветом).

Последовательность из трех нуклеотидов называют триплетом. Триплет кодирует одну аминокислоту. Молекула ДНК — спиральная, состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси (вторичная структура ДНК). (Слайд 9) Эти цепи обращены друг к другу азотистыми основаниями, между которыми образуются водородные связи ВС. Пары оснований располагаются строго перпендикулярно оси двойной спирали, подобно перекладинам в перевитой веревочной лестнице. Эти пары имеют почти точно одинаковые размеры, поэтому в структуру двойной спирали “вписываются” любые последовательности пар оснований.

Азотистые основания соединяются между собой по принципу комплементарности (Слайд 10), т.е. пространственного соответствия друг другу, — пуриновое основание с пиримидиновым. Аденин образует с тимином – 2 ВС, гуанин с цитозином – 3 ВС. Это обеспечивает равномерность в построении всей вторичной структуры ДНК. Для лучшего запоминания принципа комплементарности можно воспользоваться мнемоническим приемом – запомнить словосочетания: Тигр – Альбинос, Цапля – Голубая.

На закрепление данного материала предлагаются задачи. (Слайд 11)

1. Содержание адениновых нуклеотидов А в молекуле ДНК равно 20%. Определите содержание остальных (каких?) нуклеотидов.

2. Часть одной нити ДНК содержит основания А – Ц – Г – Т. Постройте участок второй нити ДНК.

Решение: (Слайд 12)

1. Содержание нуклеотидов в ДНК:

  • А
  • – 20%
  • Т
  • – 20% (равно А)
  • Г
  • – (100 – 2·20):2 = 30%
  • Ц
  • – 30% (равно Г)

2. Две нити ДНК: А – Ц – Г – Т

Т – Г – Ц – А

3. История открытия и изучения нуклеиновых кислот. – Доклад ученика <Приложение 1>.

4. Виды нуклеиновых кислот и их биологические функции. (Слайд 21)

А – ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

  • ядерная, в комплексе со специальными белками-гистонами образует хромосомы. (Слайд 22) Содержит информацию о структуре белков организма в виде генетического кода.
  • митохондриальная,
  • ДНК хлоропластов растительных клеток.

Наличие собственных РНК и кольцевых ДНК в митохондриях и хлоропластах свидетельствует о симбиотическом происхождении эукариотической клетки. (Слайд 23) Согласно этой гипотезе, митохондрии и пластиды были когда-то свободноживущими прокариотическими клетками. Органеллами они стали в процессе симбиоза на заре эволюции жизни. По своему строению нуклеиновые кислоты митохондрий сходны с нуклеиновыми кислотами пурпурных бактерий, РНК и ДНК хлоропластов ближе к таковым у цианобактерий.

Б – РНК – рибонуклеиновая кислота

  • информационная (матричная) – и-РНК (0,5-1% всех РНК клетки). (Слайд 24) Являясь копией с определенного участка молекулы ДНК, и-РНК содержит информацию о первичной структуре одного белка. Последовательность из трех нуклеотидов (триплет или кодон) в молекуле и-РНК (первооснова – ДНК!) кодирует определенный вид аминокислоты. Эту информацию сравнительно небольшая молекула и-РНК переносит из ядра, проходя через поры в ядерной оболочке, к рибосоме – месту синтеза белка.
  • транспортные РНК – т-РНК (9-10%). Доставляют аминокислоты к рибосоме. (Слайд 25)
  • рибосомальная РНК – р-РНК. Синтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно 85-90% всех РНК клетки. (Слайд 26) В комплексе с белками они входят в состав рибосом и осуществляют синтез пептидных связей между аминокислотными звеньями при биосинтезе белка.

5. Роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белка. (Слайд 27)

I этап

Место синтеза белка – рибосомы, которые находятся в цитоплазме клетки (или на мембранах шероховатой эндоплазматической сети), а хранители наследственной информации, огромные молекулы ДНК в виде хромосом – в ядре клетки, которое окружено ядерной мембраной. Для переноса информации о структуре одного белка к рибосоме и существуют молекулы и-РНК, которые синтезируются в ядре как копии с определенного участка одной цепи ДНК по принципу комплементарности. Данный процесс называется транскрипцией. (Слайд 28)

Задание (Слайд 29): постройте молекулу и-РНК, если участок молекулы ДНК имеет следующее строение:

А – А – Ц – Г – Г – Ц – Г – Т – А – Ц – Г – Т

У – У – Г – Ц – Ц – Г – Ц – А – У – Г – Ц – А – решение.

Необходимо напомнить, что вместо тимина в РНК содержится урацил (мнемоника: вместо Тигра-Альбиноса в РНК строится Утка-Альбинос)

Дополнительный вопрос: сколько аминокислотных звеньев в молекуле белка кодирует данный участок? Решение: Так как данный участок и-РНК состоит из 12 нуклеотидов, а одну аминокислоту кодирует триплет, т. е. тройка нуклеотидов, то число аминокислотных звеньев равно 12 : 3 = 4

II этап (Слайд 30)

Трансляция – это перевод последовательности нуклеотидов молекулы и-РНК (матричной) в последовательность аминокислот молекулы белка. и-РНК взаимодействует с рибосомой, которая начинает двигаться по и-РНК, задерживаясь на каждом ее участке, который включает в себя два кодона (т.е. 6 нуклеотидов). Время задержки составляет всего 0,2 с. За это время молекула т-РНК, антикодон которой комплементарен кодону, находящемуся в рибосоме, успевает распознать его. Та аминокислота, которая была связана с этой т-РНК, отделяется от нее и присоединяется к растущей цепочке белка. Синтез пептидных связей осуществляется под влиянием р-РНК, которые в комплексе с белками входят в состав рибосом. Завершение синтеза белка на рибосоме кодирует специальный стоп-кодон. Белковая молекула отсоединяется от рибосомы, выходит в цитоплазму и формирует присущую этому белку вторичную, третичную и четвертичную структуру. Все описываемые реакции происходят очень быстро. Подсчитано, что на синтез крупной молекулы белка уходит всего около двух минут. Одновременно к одной молекуле иРНК может присоединиться несколько рибосом – образуется полисома. В результате сразу синтезируется не одна, а несколько молекул данного белка.

III. Обобщение и корректировка знаний.

– Проверка правильности заполнения обобщающей таблицы (Слайд 31)

IV. Итоговое тестирование.

(Слайды 32-34)

1. Молекулы ДНК представляют собой материальную основу наследственности, так как в них

закодирована информация о структуре молекул

а – полисахаридов; б – белков; в – липидов; г – аминокислот.

2. В состав нуклеиновых кислот НЕ входят

а – азотистые основания; б – остатки пентоз; в – остатки фосфорной кислоты;

г – аминокислоты.

3. Связь, возникающая между азотистыми основаниями двух комплементарных цепей ДНК, -

а – ионная; б – пептидная; в – водородная; г – сложноэфирная.

4. Комплементарными основаниями НЕ является пара

а – тимин – аденин; б – цитозин – гуанин; в – цитозин – аденин;

г – урацил – аденин.

5. В одном из генов ДНК 100 нуклеотидов с тимином, что составляет 10% от общего

количества. Сколько нуклеотидов с гуанином?

а – 200; б – 400; в – 1000; г – 1800.

6. Молекулы РНК, в отличие от ДНК, содержат азотистое основание

а – урацил; б – аденин; в – гуанин; г – цитозин.

7. Благодаря репликации ДНК

а – формируется приспособленность организма к среде обитания;

б – у особей вида возникают модификации;

в – появляются новые комбинации генов;

г – наследственная информация в полном объеме передается от материнской клетки к

дочерним во время митоза.

8. Молекулы и-РНК

а – служат матрицей для синтеза т-РНК;

б – служат матрицей для синтеза белка;

в – доставляют аминокислоты к рибосоме;

г – хранят наследственную информацию клетки.

9. Кодовому триплету ААТ в молекуле ДНК соответствует триплет в молекуле и-РНК

а – УУА; б – ТТА; в – ГГЦ; г – ЦЦА.

10. Белок состоит из 50 аминокислотных звеньев. Число нуклеотидов в гене, в котором

зашифрована первичная структура этого белка, равно

а – 50; б – 100; в – 150; г – 250.

11. В рибосоме при биосинтезе белка располагаются два триплета и-РНК, к которым в

соответствии с принципом комплементарности присоединяются антикодоны

а – т-РНК; б – р-РНК; в – ДНК; г – белка.

12. Какая последовательность правильно отражает путь реализации генетической информации?

а) ген – ДНК – признак – белок; б) признак – белок – и-РНК – ген – ДНК;

в) и-РНК – ген – белок – признак; г) ген – и-РНК – белок – признак.

13. Собственные ДНК и РНК в эукариотической клетке содержат

а – рибосомы; б – лизосомы; в – вакуоли; г – митохондрии.

14. В состав хромосом входят

а – РНК и липиды; б – белки и ДНК; в – АТФ и т-РНК; г – АТФ и глюкоза.

15. Ученые, которые предположили и доказали, что молекула ДНК – двойная спираль, это

а – И. Ф. Мишер и О. Эвери; б – М. Ниренберг и Дж. Матеи;

в – Дж. Д. Уотсон и Ф. Крик; г – Р. Франклин и М. Уилкинс.

Правильные ответы (Слайд 35): 1б, 2г, 3в, 4в, 5б, 6а, 7г, 8б, 9а, 10в, 11а, 12г, 13г, 14б, 15в.

Использованные источники информации (Слайд 36):

  1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В.
– Учебник Общая биология 10-11 классы – М.: Дрофа, 2006.
  • Мамонтов С. Г., Захаров В. Б.
  • – Общая биология: учебное пособие – М.: Высшая школа, 1986.
  • Бабий Т. М., Беликова С. Н.
  • – Нуклеиновые кислоты и АТФ // “Я иду на урок” // М.: “Первое сентября”, 2003.
  • ЕГЭ 2008. Биология
  • // Учебно-тренировочные материалы для подготовки учащихся./ Г. С. Калинова, А. Н. Мягкова, В. З. Резникова. – М.: Интеллект-Центр, 2007.
  • Франк-Каменецкий М. Д. –
  • Самая главная молекула. – М.: Библиотечка “Квант”, вып. 25, 1983.
  • Э. Рис, М. Стернберг.
  • – От клеток к атомам. – М.: “Мир”, 1988.
  • Воротынцева Л. В.
  • – Статья № 556195 Урок биологии “Нуклеиновые кислоты” // Фестиваль педагогических идей “Открытый урок” 2008/2009 – ИД “Первое сентября”.-диметиладенин, N-тметил-гуанин, 5-метилцитозин, 5-оксиметилцитозин, 4-тиоурацил, Диги-дроурацил и др.)., которые из-за малого количества получили название экзотических , или минорных компонентов. Их биологическая роль, очевидно, сводится к защите НК от разрушительного действия ферментов. Особенно много минорных оснований в составе тРНК (около 60). При физиологических условиях более стабильными являются кетоструктуры; в кетоформи азотистые основания входят в состав нуклеиновых кислот.

     

    Из пяти вышеназванных пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований в состав ДНК входят аденин, гуанин, цитозин и ти-мин. Они содержатся и в РНК, но вместо тимина присутствует урацил. Название НК зависит от пентозы, входит в ее состав: в ДНК углеводный компонент представлен дезоксирибозы, в РНК - рибоза. Разница в строении рибозы и дезоксирибозы (замена у второго углеродного атома рибозы ОН-группы на Н) способствует укреплению связи между вторым и третьим атомами углерода и создает благоприятные условия для компактной укладки молекулы ДНК.

     

    При ферментном гидролизе НК образуются продукты, состоящие из остатков азотистых оснований, рибозного или дезок-сирибозного компонентов и фосфорной кислоты. Атомы углерода пентозы имеют цифровые обозначения со штрихом, чтобы можно было отличить их от углеродных атомов, входящих в пуриновые или пиримидиновые гетероциклы.

     

    Соединения, состоящие из остатков той или иной азотистого основания, пентозного (рибозного или дезоксирибозного) компонента и фосфорной кислоты, называются нуклеотидами. Они мо-номерными единицами олигонуклеотидов и полинуклеотидных структур НК. Отщепление от нуклеотида фосфорной кислоты сопровождается образованием соответствующего нуклеозида. Продукты фосфорилирования нуклеозидов, в частности нуклеозидтрифосфа-ти, используются для биосинтеза ДНК и РНК. Нуклеозиды и нуклеотиды получают названия по азотистыми основаниями, входящих в их состав. Если углеводный компонент нуклеозида представлен дезоксирибозы, то перед названием соответствующего нуклеотида относится префикс дезокси, например дезоксигуа-нозин-5-трифосфат (д-ГТФ). Существуют нуклеотиды, имеющие циклическом строении. Это прежде всего циклического аденозинмонофосфата (цАМФ или сАМР), гуа-нозинмонофосфаты (цГМФ или сGМР) и цитозинмонофосфаты (цЦМФ или Ссмр). Циклические АМФ и ГМФ образуются из соответствующих нуклеозидтрифосфатив под действием ферментов аденилат-циклазу и гуанилатциклазы. Биологическое значение цАМФ заключается в его контроле за активностью ферментов (вторичный медиатор), роль первичного регулятора выполняет адреналин, активирует аденилатциклазу. Механизм действия цГМФ и цАМФ подобный, однако при действии на тот же фермент цГМФ оказывает противоположный эффект, т.е. является ингибитором ферментов. Первичная структура. Остатки нуклеотидов в полену-клеотидному цепи соединены фосфодиэфирных связей между 5'-ОН-группой пентозы одного нуклеотида и 3'-ОН-группой пентозы другого нуклеотида. При сокращенном изображении формул НК углеводный компонент имеет вид вертикальных линий, над которыми находятся символы азотистых оснований. Иногда ограничиваются обозначением принадлежности азотистых оснований к пуринов (Пу, Pu) или пиримидинов (Пи, Ру). Фосфодиэфирных связей между остатками соседних нуклеотидов имеют вид косых линий, посередине которых находится химический знак фосфора (Р). Международной программы «Геном человека», конечной целью которой стало определение полной генетической карты человека и расшифровка нуклеотидных последовательностей не только в екзонних, но и в интронная фрагментах ДНК. В 2001 году, но уже без участия СССР, который в настоящее время прекратил свое существование, впервые опубликованы сведения о первичной структуре ДНК человека. В решении этого вопроса участвовали тысячи ученых из более чем 20 стран мира. Они установили, что в 23-х парах хромосом ядра соматической клетки человека находятся около 3,2 млрд. мононуклеотидних пар, не считая нуклеотидный состав митохондрий. Интересно сообщение о том, что общая длина ДНК в ядрах всех клеток человека достигает астрономической величины -1011 км, что почти в 1000 раз превосходит расстояние от Земли до Солнца.

     

    Вторичная структура. При изучении химического состава нуклеиновых кислот были установлены значительные различия в относительном содержании азотистых оснований в различных ДНК, однако молярное соотношение между аденина и тимина, а также между цитозином и гуанином во всех исследованных ДНК оставалось равным примерно 1:1, то есть число остатков аденина равно числу остатков тимина, а число остатков гуанина - числу остатков цитозина. На основе этих данных Чаргаффу Е. (1950) была выдвинута концепция о спаривания оснований в ДНК, или правило комплементарности, согласно которому азотистые основания взаимодействуют между собой при биосинтезе молекул ДНК в любых организмах: аденин - с тимином, а гуанин - с цитозином.

     

    Франклин Р. и Уилкинс М. методом рентгеноструктурного анализа получили данные, из которых следовало, что молекулы ДНК, наверное, имеют строение спирали, состоящей из нескольких цепей.

     

    Модель ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. Уотсоном Дж. и Криком Ф. на основании анализа полученных Франклин Р. и Уилкинс М. картин рентгеновской дифракции волокон ДНК. Уотсон Дж. и Крик Ф. установили, что ДНК - это двойная спираль, состоящую из двух антипара-параллельных полинуклеотидных цепей. антипараллельных цепей путем образования между ними водородных связей, которые могут возникнуть только при условии, что по ходу биспиральные структуры ДНК аденин образует пару с тимином, а гуанин - с цитозином. 3', а в другом - в противоположном направлении - 3'-5 '. Антипа-параллельных направленность комплементарных цепей имеет биологическую основу при репликации и транскрипции ДНК.

     

    Кроме водородных связей между атомами водорода, азота и кислорода в комплементарных азотистых основаниях в стабилизации биспиральные структуры ДНК важную роль играют так называемые стекинг-взаимодействия, возникающие между азотистыми основаниями в связи с гидрофобными силами, действующими на расстоянии ван-дер -ваальсовых-го радиуса.

     

    Рентгеноструктурный анализ волокон и кристаллов показал, что существует три типа двойной спирали ДНК (А-, В-и Z-форма) и один тип двойной спирали РНК. А-и В-ДНК является правозакручены-ми спиралями, а Z-ДНК - ливозакручена форма. В-форма ДНК устойчива при относительной влажности, превышающей 92%, если же влажность опускается ниже 75%, большинство дезоксирибонуклео-тидних последовательностей принимает А-форму. Обе формы напоминают гибкие лестницы, спирально закрученные вокруг центральной оси. Остатки дезоксирибозы и фосфатные группы, чередующиеся служат поручнями «лестницы», а ступеньками является комплементарные пуринпиримидинови пары оснований.

     

    Места присоединения азотистых оснований к остаткам дезоксирибозы в комплементарных цепях ДНК расположены не четко друг против друга по оси спирали. Это сказывается на всей конформации ДНК. С той стороны от оси спирали, где угол между дезок-сирибознимы кольцами меньше 180 °, содержится желоб, именуемый малой или гликозидной бороздой (в ее сторону направлены гликозидные связи, соединяющие дезоксирибозни остатки с азотистыми основаниями), с противоположной стороны находится крупная борозда, или Негликозидные желоб. В биспиральные структуре ДНК фосфатные группы составляют бы стенки большого и малого желобов, а «края» пуриновых и пирамидинових основ образуют дно. На дне большой борозды находятся атомы азота и кислорода, могут соединяться водородными связями с боковыми цепями аминокислотных остатков белка и играть важную роль в процессе распознавания.-группа - донор водорода. В связи с тем, что каждую комплементарную пару можно рассматривать в противоположном направлении Т-А и С-G, то возможны четыре варианта сочетаний донорских и акцепторных группировок в цепи ДНК, которые могут распознаваться репрессор или другими регуляторными белками. Следовательно, информация, закодированная в ДНК в виде последовательности азотистых оснований, со стороны большого борозды может быть расшифрована любой другой крупной молекулой. Малая борозда менее информативна и в В-форме ДНК она играет другую роль.

     

    А-и В-формы ДНК отличаются между собой в основном расположением и углом наклона пары оснований относительно оси спирали. В В-форме плоскости основ почти перпендикулярны оси спирали, проходящей через центры пар оснований. Малая борозда узкая за большую через несимметричность мест присоединения азотистых оснований к остаткам дезоксирибозы, а глубина обоих борозд примерно одинакова.


    нуклеотидов: состав и структура

    нуклеотидов: состав и структура

    Нуклеотиды: Состав и Структура

    Типы и функции нуклеиновых кислот

    Есть два типа нуклеиновых кислот, дезоксирибонуклеиновой кислоты, ДНК и рибонуклеиновой кислоты, РНК. ДНК хранит генетическую информацию, используемую для синтеза белков, включая ферменты и находится в ядре и митохондриях.РНК выполняет несколько функций и находится в ядре, цитозоле и митохондриях. Информационная РНК (мРНК) несет генетическая информация, полученная из ДНК, на сайты, которые транслируют информацию в белок. Переносная РНК (тРНК) переносит активированные аминокислоты к сайтам, где аминокислоты связаны вместе с образованием полипептидов. Рибосомная РНК (рРНК) является структурным компонентом рибосом, которые служат сайтами для белка синтез. Малая ядерная РНК (мяРНК) является компонентом малого ядерного рибонуклеопротеина. частицы.Эти частицы обрабатывают гетерогенную РНК (гяРНК, незрелая форма мРНК) в зрелую мРНК. В некоторых вирусах функции РНК, ВИЧ, гриппа, полиомиелита. как хранилище генетической информации.

    Обзор

    Исследование репликации а выражение генетической информации включает однонаправленный поток от ДНК. Преобразование РНК в белок:

    ДНК -------------> РНК -------------> Белок

    Наше исследование генетики рассмотрим эти процессы относительно диаграммы, показанной ниже.

    Обзор Базы

    Пиримидины:

    Пурины:

    Нуклеотидная композиция

    База Рибонуклеозид

    Рибонуклеотид

    (основа + рибоза) (основание + рибоза + фосф.)
    Аденин (А) Аденозин Аденозин-5'-монофосфат (AMP)
    Гуанин (G) Гуанозин Гуанозин 5'-монофосфат (GMP)
    Цитозин (C) Цитидин Цитидин 5'-монофосфат (CMP)
    Урацил (У) Уридин

    уридин 5'-монофосфат (UMP)

    Рибоза:

    A "Рибонуклеозид", A «Дезоксирибонуклеозид», A «Рибонуклеотид»

    Производные нуклеотидов :

    Многие биосинтетические реакции в углеводном обмене требуются производные нуклеотидов.

    т.е. глюкозо-1-фосфат + АТФ ----> АДФ-глюкоза

    нуклеотидов Структура

    Первичная структура нуклеиновых кислот:

    Последовательность или порядок нуклеотидов определяет первичную структуру ДНК и РНК. Нуклеотиды полимера связаны фосфодиэфирными связями, соединяющими кислород на углероде 5 'одного к кислороду на 3' углероде другого.Кислород и атомы азота в основной цепи придают ДНК и РНК «полярность».

    Среднее Структура нуклеиновых кислот:

    Пуриновое основание всегда соединяется с пиримидиновое основание или, более конкретно, гуанозин (G) с цитозином (C) и аденином (A) с тимином (T) или урацилом (U).

    Обратите внимание на пару G-C имеет три водородные связи, в то время как пара A-T имеет две водородные связи.

    ДНК: вторичный структура ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, обернутых одна вокруг другой образовать двойную спираль. Ориентация спирали обычно правосторонняя. с двумя цепями, идущими антипараллельно друг другу.

    Комплементарность:

    Последовательность оснований на каждой нити устроена так, чтобы все оснований на одной паре прядей со всеми основаниями на другой пряди, т.е.е. количество гуанозинов всегда равно количеству цитозинов и количеству аденинов всегда равно количеству тиминов.

    На двойной канавке есть две канавки, одна большая и одна второстепенная. спираль. Белки и лекарства взаимодействуют с функциональными группами на основаниях, которые выставлены в пазах.

    Структурные формы ДНК могут различаться по четырем аспектам: «хиральность». (вправо или влево), длина витка спирали, количество пар оснований на поворот, и разница в размерах между большой и малой канавками.Большинство Распространенной структурной формой ДНК является B-форма.

    РНК:

    Вторичная структура РНК состоит из одного полинуклеотида. РНК может сворачиваться, так что спаривание оснований происходит между комплементарными областями. РНК молекулы часто содержат как одноцепочечные, так и двухцепочечные области. Пряди антипараллельны и принимают спиралевидную форму. Спирали имеют А-образную форму (см. выше).

    Структура t (трансфер) и r (рибосомная) РНК состоит из множественные однонитевые структуры «стебель-петля».Стебли состоят из спиралей. образована спариванием оснований комплементарных областей внутри РНК. Вторичный структура тРНК и рРНК важны для их биологических функций, мРНК также предполагает некоторую степень вторичной структуры, но не в такой степени, как тРНК и рРНК.

    Химическая модификация:

    Некоторые из баз в ДНК и РНК можно химически модифицировать посредством метилирования. Ферменты, аналогичные к протеазам, называемым экзо- и эндонуклеазами, способными расщеплять РНК и ДНК.Экзонуклеазы отщепляют нуклеиновые кислоты с концов. Эндонуклеазы распознают определенные последовательности дуплексной ДНК и расщеплять в определенном месте в пределах или рядом с распознанной последовательностью. Распознаваемые последовательности имеют длину от четырех до восьми пар оснований. Полученные фрагменты можно объединять с другими фрагментами для создания новых комбинаций. последовательностей ДНК.

    ДНК может быть денатурирована в одинарные нити и снова ренатурируют в двойную спираль.Обратимая денатурация необходим для биологических процессов репликации и транскрипции; и для молекулярно-биологических методов, таких как саузерн-блоттинг и полимераза цепные реакции (ПЦР). Есть три способа денатурировать ДНК: ферментативно, химически или с помощью тепла. Денатурация ДНК при нагревании может сопровождаться спектрофотометр, настроенный на длину волны 260 нм. Поглощение увеличивается с увеличение тепла, разрушающее водородные связи, скрепляющие пряди, распаковка и разоблачение баз.Этот эффект называется гиперхромным эффектом. Температура, при которой денатурируется 50% ДНК, называется температурой плавления. или Т м . Поскольку пары оснований GC удерживаются вместе с тремя атомами водорода связей (у AT всего две), чем выше процент пар оснований GC, тем выше T m , необходимый для плавления ДНК.

    Для ренатурации на две нити ДНК должны контактировать друг с другом, чтобы инициировать основание спаривание.Как только это происходит, две нити быстро воссоединяются по всей своей длине. длина. На ренатурацию влияют несколько факторов: сложность, концентрация ДНК, концентрация катионов и температура. Катионы, такие как натрий, калий и магний уменьшает межмолекулярное отталкивание отрицательно заряженного фосфата скелеты двух нитей ДНК. Ренатурация произойдет только в том случае, если температура ниже Tm, однако, если температура слишком низкая, скорость ренатурации уменьшится.Исследования показали, что большая часть ренатуры ДНК млекопитающих состоит из повторяющихся последовательностей, из которых только около 5% составляют уникальные последовательности, кодирующие белки и ферменты.

    Возможна гибридизация между комплементарными цепями нуклеиновых кислот, полученных из разных источников. Образующаяся двухцепочечная нуклеиновая кислота представляет собой гетеродуплекс, и степень гетеродуплексов указывает на гомологию между двумя источниками нуклеиновых кислот. Для Например, люди и мыши смешиваются с очень небольшой фракцией ренатурирующей ДНК. но люди и шимпанзе дают более 98% гомологии.ДНК и РНК также могут гибридизуются друг с другом с образованием гетеродуплексов.

    © Доктор Ноэль Штурм 2020


    Заявление об ограничении ответственности: Взгляды и мнения, выраженные на неофициальных страницах штата Калифорния Университет, преподаватели, сотрудники или студенты университета Домингес Хиллс являются строго такими же авторы страницы. Содержание этих страниц не проверялось или одобрен Калифорнийским государственным университетом, Домингес-Хиллз.

    Структура нуклеиновых кислот | Биология для майоров I

    Результаты обучения

    • Опишите основную структуру нуклеиновых кислот

    Нуклеиновые кислоты - самые важные макромолекулы для продолжения жизни.Они несут генетический план клетки и несут инструкции для функционирования клетки.

    Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) . ДНК - это генетический материал, содержащийся во всех живых организмах, от одноклеточных бактерий до многоклеточных млекопитающих. Он находится в ядре эукариот, органеллах, хлоропластах и ​​митохондриях. У прокариот ДНК не заключена в мембранную оболочку.

    Все генетическое содержание клетки известно как ее геном, а изучение геномов - это геномика. В эукариотических клетках, но не в прокариотах, ДНК образует комплекс с гистоновыми белками с образованием хроматина, вещества эукариотических хромосом. Хромосома может содержать десятки тысяч генов. Многие гены содержат информацию для производства белковых продуктов; другие гены кодируют продукты РНК. ДНК контролирует всю клеточную активность, «включая» или «выключая» гены.

    Другой тип нуклеиновой кислоты, РНК, в основном участвует в синтезе белка.Молекулы ДНК никогда не покидают ядро, а вместо этого используют посредника для связи с остальной частью клетки. Этим посредником является информационная РНК (мРНК) . Другие типы РНК, такие как рРНК, тРНК и микроРНК, участвуют в синтезе белка и его регуляции.

    ДНК и РНК состоят из мономеров, известных как нуклеотиды. Нуклеотиды объединяются друг с другом с образованием полинуклеотида, ДНК или РНК. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного (пятиуглеродного) сахара и фосфатной группы (рис. 1).Каждое азотистое основание в нуклеотиде присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к одной или нескольким фосфатным группам.

    Рис. 1. Нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного сахара и одной или нескольких фосфатных групп. Остатки углерода в пентозе пронумерованы от 1 'до 5' (штрих отличает эти остатки от остатков в основании, которые пронумерованы без использования штрихового обозначения). Основание прикреплено к положению 1 'рибозы, а фосфат присоединено к положению 5'.Когда образуется полинуклеотид, 5'-фосфат входящего нуклеотида присоединяется к 3'-гидроксильной группе в конце растущей цепи. Два типа пентозы содержатся в нуклеотидах: дезоксирибоза (содержится в ДНК) и рибоза (содержится в РНК). Дезоксирибоза похожа по структуре на рибозу, но имеет H вместо OH в положении 2 '. Основания можно разделить на две категории: пурины и пиримидины. Пурины имеют двойную кольцевую структуру, а пиримидины - одинарное кольцо.

    Азотистые основания, важные компоненты нуклеотидов, представляют собой органические молекулы и названы так потому, что содержат углерод и азот.Они являются основаниями, потому что содержат аминогруппу, которая может связывать дополнительный водород и, таким образом, снижает концентрацию ионов водорода в окружающей среде, делая его более основным. Каждый нуклеотид в ДНК содержит одно из четырех возможных азотистых оснований: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Нуклеотиды РНК также содержат одно из четырех возможных оснований: аденин, гуанин, цитозин и урацил (U), а не тимин.

    Аденин и гуанин классифицируются как пурины .Первичная структура пурина - это два углеродно-азотных кольца. Цитозин, тимин и урацил классифицируются как пиримидины , которые имеют одно углеродно-азотное кольцо в качестве первичной структуры (рис. 1). К каждому из этих основных углеродно-азотных колец присоединены разные функциональные группы. В сокращении молекулярной биологии азотистые основания обозначаются просто символами A, T, G, C и U. ДНК содержит A, T, G и C, тогда как РНК содержит A, U, G и C.

    Пентозный сахар в ДНК - это дезоксирибоза, а в РНК - это рибоза (рис. 1).Разница между сахарами заключается в наличии гидроксильной группы на втором углероде рибозы и водорода на втором углероде дезоксирибозы. Атомы углерода молекулы сахара пронумерованы как 1 ', 2', 3 ', 4' и 5 '(1' читается как «один штрих»). Фосфатный остаток присоединен к гидроксильной группе 5'-углерода одного сахара и гидроксильной группе 3'-углерода сахара следующего нуклеотида, что образует 5'– 3 ' фосфодиэфирную связь . Фосфодиэфирная связь не образуется в результате простой реакции дегидратации, как другие связи, соединяющие мономеры в макромолекулах: ее образование включает удаление двух фосфатных групп.Полинуклеотид может иметь тысячи таких фосфодиэфирных связей.

    Структура двойной спирали ДНК

    Рис. 2. ДНК представляет собой антипараллельную двойную спираль. Фосфатный каркас (изогнутые линии) находится снаружи, а основания - внутри. Каждая основа взаимодействует с основанием противоположной нити. (Источник: Джером Уокер / Деннис Митс)

    ДНК

    имеет структуру двойной спирали (рис. 2). Сахар и фосфат находятся на внешней стороне спирали, образуя основу ДНК.Азотистые основания уложены в интерьере, как ступени лестницы, попарно; пары связаны друг с другом водородными связями. Каждая пара оснований в двойной спирали отделена от следующей пары оснований на 0,34 нм.

    Две нити спирали идут в противоположных направлениях, что означает, что 5'-углеродный конец одной нити будет обращен к 3'-угольному концу соответствующей нити. (Это называется антипараллельной ориентацией и важно для репликации ДНК и во многих взаимодействиях нуклеиновых кислот.)

    Разрешены только определенные типы пары оснований. Например, определенный пурин может сочетаться только с определенным пиримидином. Это означает, что A может соединяться с T, а G может соединяться с C, как показано на рисунке 3. Это называется базовым дополнительным правилом. Другими словами, нити ДНК комплементарны друг другу. Если последовательность одной цепи представляет собой AATTGGCC, комплементарная цепь будет иметь последовательность TTAACCGG. Во время репликации ДНК каждая цепь копируется, в результате получается двойная спираль дочерней ДНК, содержащая одну родительскую цепь ДНК и вновь синтезированную цепь.

    Практический вопрос

    Рис. 3. В двухцепочечной молекуле ДНК две цепи идут антипараллельно друг другу, так что одна цепь проходит от 5 'к 3', а другая - от 3 'к 5'. Фосфатный остов расположен снаружи, а основания - посередине. Аденин образует водородные связи (или пары оснований) с тимином, а пары оснований гуанина - с цитозином.

    Происходит мутация, и цитозин заменяется аденином. Как вы думаете, какое влияние это окажет на структуру ДНК?

    Показать ответ

    Аденин больше, чем цитозин, и не сможет правильно образовать пару оснований с гуанином на противоположной цепи.Это вызовет вздутие ДНК. Ферменты репарации ДНК могут распознать выпуклость и заменить неправильный нуклеотид.

    РНК

    Рибонуклеиновая кислота, или РНК, в основном участвует в процессе синтеза белка под руководством ДНК. РНК обычно одноцепочечная и состоит из рибонуклеотидов, связанных фосфодиэфирными связями. Рибонуклеотид в цепи РНК содержит рибозу (пентозный сахар), одно из четырех азотистых оснований (A, U, G и C) и фосфатную группу.

    Существует четыре основных типа РНК: информационная РНК (мРНК), рибосомная РНК (рРНК), транспортная РНК (тРНК) и микроРНК (миРНК). Первая, мРНК, несет информацию от ДНК, которая контролирует всю клеточную активность в клетке. Если клетке требуется синтез определенного белка, ген этого продукта включается, и информационная РНК синтезируется в ядре. Последовательность оснований РНК комплементарна кодирующей последовательности ДНК, с которой она была скопирована. Однако в РНК основание T отсутствует, а вместо него присутствует U.Если цепь ДНК имеет последовательность AATTGCGC, последовательность комплементарной РНК - UUAACGCG. В цитоплазме мРНК взаимодействует с рибосомами и другими клеточными механизмами (рис. 4).

    Рис. 4. Рибосома состоит из двух частей: большой субъединицы и малой субъединицы. МРНК находится между двумя субъединицами. Молекула тРНК распознает кодон на мРНК, связывается с ним путем комплементарного спаривания оснований и добавляет правильную аминокислоту к растущей пептидной цепи.

    мРНК читается в наборах из трех оснований, известных как кодоны.Каждый кодон кодирует одну аминокислоту. Таким образом, мРНК считывается и производится белковый продукт. Рибосомная РНК (рРНК) является основным компонентом рибосом, с которыми связывается мРНК. РРНК обеспечивает правильное выравнивание мРНК и рибосом; рРНК рибосомы также обладает ферментативной активностью (пептидилтрансфераза) и катализирует образование пептидных связей между двумя выровненными аминокислотами. Трансферная РНК (тРНК) - одна из самых маленьких из четырех типов РНК, обычно длиной 70–90 нуклеотидов.Он доставляет нужную аминокислоту к месту синтеза белка. Именно спаривание оснований между тРНК и мРНК позволяет вставить правильную аминокислоту в полипептидную цепь. микроРНК представляют собой самые маленькие молекулы РНК, и их роль включает регуляцию экспрессии генов путем вмешательства в экспрессию определенных сообщений мРНК.

    Внесите свой вклад!

    У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

    Улучшить эту страницуПодробнее

    Что такое нуклеиновые кислоты? | Протокол

    3.8: Что такое нуклеиновые кислоты?

    Обзор

    Нуклеиновые кислоты представляют собой длинные цепи нуклеотидов, связанных вместе фосфодиэфирными связями. Есть два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, и рибонуклеиновая кислота, или РНК. Нуклеотиды как в ДНК, так и в РНК состоят из сахара, азотистого основания и молекулы фосфата.

    Нуклеиновые кислоты являются генетическим материалом клетки

    Наследственный материал клетки состоит из нуклеиновых кислот, которые позволяют живым организмам передавать генетическую информацию от одного поколения к другому.Есть два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК и РНК очень мало различаются по своему химическому составу, но играют совершенно разные биологические роли.

    Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры нуклеотидов

    С химической точки зрения нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды - цепочки нуклеотидов. Нуклеотид состоит из трех компонентов: пентозного сахара, азотистого основания и фосфатной группы. Сахар и основание вместе образуют нуклеозид. Следовательно, нуклеотид иногда называют монофосфатом нуклеозида.Каждый из трех компонентов нуклеотида играет ключевую роль в общей сборке нуклеиновых кислот.

    Как следует из названия, пентозный сахар имеет пять атомов углерода, которые обозначены 1 o , 2 o , 3 o , 4 o и 5 o . Пентозный сахар в РНК представляет собой рибозу, то есть 2 o атомов углерода несет гидроксильную группу. Сахар в ДНК - дезоксирибоза, то есть 2 o атомов углерода присоединены к атому водорода. Сахар присоединен к азотному основанию на 1 o атомах углерода и к молекуле фосфата на 5 o атомах углерода.

    Нуклеотиды связаны между собой фосфодиэфирными связями

    Молекула фосфата, присоединенная к 5 o атому углерода одного нуклеотида, может образовывать ковалентную связь с 3 o гидроксильной группой другого нуклеотида, связывая два нуклеотида вместе. Эта ковалентная связь называется фосфодиэфирной связью. Фосфодиэфирная связь между нуклеотидами создает чередующийся сахарный и фосфатный остов в полинуклеотидной цепи. Связывание конца 5 o одного нуклеотида с концом 3 o другого придает направленность полинуклеотидной цепи, которая играет ключевую роль в репликации ДНК и синтезе РНК.На одном конце полинуклеотидной цепи, называемом концом 3 o , сахар имеет свободную гидроксильную группу 3 o . На другом конце, на конце 5 o , сахар имеет свободную 5 o фосфатную группу.

    Пиримидины и пурины - два основных класса азотных оснований

    Азотистые основания - это молекулы, содержащие одно или два кольца, состоящих из атомов углерода и азота. Эти молекулы называются «основаниями», потому что они являются химически основными и могут связываться с ионами водорода.Есть два класса азотистых оснований: пиримидины и пурины. Пиримидины имеют шестичленную кольцевую структуру, тогда как пурины состоят из шестичленного кольца, конденсированного с пятичленным кольцом. Пиримидины включают цитозин (C), тимин (T) и урацил (U). Пурины включают аденин (А) и гуанин (G).

    Цитозин, аденин и гуанин присутствуют как в ДНК, так и в РНК. Однако тимин специфичен для ДНК, а урацил находится только в РНК. Пурины и пиримидины могут образовывать водородные связи друг с другом по определенной схеме, основанной на наличии дополнительных химических групп, которые аналогичны частям мозаики.В нормальных клеточных условиях аденин образует водородные связи с тимином (в ДНК) или урацилом (в РНК), тогда как гуанин образует водородные связи с цитозином. Это комплементарное спаривание оснований имеет решающее значение для структуры и функции ДНК.

    Структура ДНК и РНК
    ДНК

    имеет внутри клетки двойную спиральную структуру. Двойная спираль состоит из двух полинуклеотидных цепей, называемых нитями, которые наматываются друг на друга по спирали (т. Е. По спирали). Две нити имеют противоположную ориентацию или «антипараллельны» друг другу, что означает, что конец одной нити 5 o находится близко к концу 3 o другой.Две цепи удерживаются вместе за счет комплементарного спаривания оснований (например, цитозина с гуанином).

    В двойной спирали ДНК сахарно-фосфатный остов присутствует снаружи, тогда как основания с водородными связями находятся внутри. РНК в основном представляет собой одноцепочечную молекулу. Одиночная цепь РНК может образовывать локализованные вторичные структуры посредством комплементарного спаривания оснований внутри цепи. Различные типы вторичных структур РНК выполняют разные функции внутри клетки.


    Рекомендуемая литература

    Трэверс, Андрей и Георгий Мусхелишвили.«Структура и функции ДНК». Журнал FEBS 282, вып. 12 (2015): 2279–95. [Источник]

    элементов нуклеиновых кислот | Sciencing

    Жизнь на Земле существует только благодаря классу органических соединений, называемых нуклеиновыми кислотами. Эта классификация соединений состоит из полимеров, построенных из нуклеотидов. К наиболее известным нуклеиновым кислотам относятся ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). ДНК обеспечивает план жизни в живых клетках, тогда как РНК позволяет переводить генетический код в белки, которые составляют клеточные компоненты жизни.Каждый нуклеотид в нуклеиновой кислоте состоит из молекулы сахара (рибоза в РНК и дезоксирибоза в ДНК) с азотистым основанием и фосфатной группой. Фосфатные группы позволяют нуклеотидам соединяться вместе, создавая сахарно-фосфатный остов нуклеиновой кислоты, в то время как азотистые основания обеспечивают буквы генетического алфавита. Эти компоненты нуклеиновых кислот состоят из пяти элементов: углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора.

    TL; DR (слишком долго; не читал)

    Во многих отношениях жизнь на Земле требует соединений, называемых нуклеиновыми кислотами, сложных комбинаций углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора, которые действуют как чертежи, и предварительный заказ читателей генетики организмов.

    Углеродные молекулы

    Как органическая молекула, углерод действует как ключевой элемент нуклеиновых кислот. Атомы углерода появляются в сахаре основной цепи нуклеиновой кислоты и азотистых основаниях.

    Молекулы кислорода

    Атомы кислорода присутствуют в азотистых основаниях, сахаре и фосфатах нуклеотидов. Важное различие между ДНК и РНК заключается в структуре соответствующих сахаров. К углеродно-кислородной кольцевой структуре рибозы присоединены четыре гидроксильные (ОН) группы.В дезоксирибозе один водород заменяет одну гидроксильную группу. Это различие в атоме кислорода приводит к термину «дезокси» в дезоксирибозе.

    Молекулы водорода

    Атомы водорода прикреплены к атомам углерода и кислорода в сахарных и азотистых основаниях нуклеиновых кислот. Полярные связи, создаваемые водородно-азотными связями в азотистых основаниях, позволяют образовывать водородные связи между цепями нуклеиновых кислот, что приводит к созданию двухцепочечной ДНК, где две цепи ДНК удерживаются вместе водородными связями основания. пары.В ДНК эти пары оснований совпадают с аденином с тимином и гуанином с цитозином. Это спаривание оснований играет важную роль как в репликации, так и в трансляции ДНК.

    Молекулы азота

    Азотсодержащие основания нуклеиновых кислот представляют собой пиримидины и пурины. Пиримидины, однокольцевые структуры с азотом, расположенным в первом и третьем положениях кольца, включают цитозин и тимин в случае ДНК. Урацил заменяет тимин в РНК. Пурины имеют двойную кольцевую структуру, в которой пиримидиновое кольцо соединяется со вторым кольцом у четвертого и пятого атомов углерода с кольцом, известным как имидазольное кольцо.Это второе кольцо содержит дополнительные атомы азота в седьмом и девятом положениях. Аденин и гуанин - пуриновые основания, обнаруженные в ДНК. Аденин, цитозин и гуанин имеют дополнительную аминогруппу (содержащую азот), присоединенную к кольцевой структуре. Эти присоединенные аминогруппы участвуют в водородных связях, образованных между парами оснований различных цепей нуклеиновых кислот.

    Молекулы фосфора

    К каждому сахару присоединена фосфатная группа, состоящая из фосфора и кислорода.Этот фосфат позволяет молекулам сахара из разных нуклеотидов соединяться в полимерную цепь.

    Что такое ДНК? | Живая наука

    ДНК обозначает дезоксирибонуклеиновую кислоту, которая представляет собой молекулу, которая содержит инструкции, необходимые организму для развития, жизни и воспроизводства. Эти инструкции находятся внутри каждой клетки и передаются от родителей к потомкам.

    Из чего состоит ДНК?

    ДНК состоит из молекул, называемых нуклеотидами.Каждый нуклеотид содержит фосфатную группу, сахарную группу и азотистое основание. Четыре типа азотистых оснований - это аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C).

    Нуклеотиды соединяются вместе, образуя две длинные нити, которые закручиваются по спирали, образуя структуру, называемую двойной спиралью. Если представить структуру двойной спирали как лестницу, молекулы фосфата и сахара будут сторонами, а пары оснований - ступенями. Основания одной цепи соединяются с основаниями другой цепи: пары аденина с тимином (A-T) и пары гуанина с цитозином (G-C).

    ДНК человека состоит примерно из 3 миллиардов пар оснований, и более 99% этих оснований одинаковы у всех людей, согласно данным Национальной медицинской библиотеки США (NLM).

    Подобно тому, как порядок букв в алфавите может использоваться для образования слов, порядок азотистых оснований в последовательности ДНК формирует гены, которые на языке клетки сообщают клеткам, как производить белки. Сокращение этого процесса состоит в том, что гены «кодируют» белки. Но ДНК не является прямым шаблоном для производства белка.Чтобы создать белок, клетка делает копию гена, используя не ДНК, а рибонуклеиновую кислоту или РНК. Эта копия РНК, называемая информационной РНК, сообщает аппарату клеточного производства белков, какие аминокислоты соединить в белок, согласно « Biochemistry » (W. H. Freeman and Company, 2002).

    Молекулы ДНК длинные - настолько длинные, что они не могут поместиться в клетки без правильной упаковки. Чтобы поместиться внутри клетки, ДНК плотно скручена, образуя структуры, называемые хромосомами.Каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК. У человека 23 пары хромосом, которые находятся внутри ядра каждой клетки.

    Кто открыл ДНК?

    (Изображение предоставлено: Universal History Archive / Universal Images Group через Getty Images)

    ДНК была впервые обнаружена швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером в 1869 году, согласно статье, опубликованной в 2005 году в журнале Developmental Biology . Мишер использовал биохимические методы для выделения ДНК, которую он назвал нуклеином, из лейкоцитов и сперматозоидов и определил, что она сильно отличается от белка.(Термин «нуклеиновая кислота» происходит от «нуклеин».) Но в течение многих лет исследователи не осознавали важность этой молекулы.

    В 1952 году химик Розалинд Франклин , которая работала в лаборатории биофизика Мориса Уилкинса, использовала дифракцию рентгеновских лучей - способ определения структуры молекулы по тому, как от нее отражаются рентгеновские лучи, - чтобы узнать, что ДНК имела спиралевидную структуру. Франклин задокументировал эту структуру в том, что стало известно как Photo 51 .

    В 1953 году Уилкинс показал фотографию биологам Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик - без ведома Франклина.Вооруженные информацией о том, что ДНК представляет собой двойную спираль, и предыдущими сообщениями о том, что аденин и тимин присутствуют в ДНК в равных количествах, как и гуанин и цитозин, Уотсон и Крик опубликовали знаменательную статью 1953 года в журнале Nature . В этой статье они предложили модель ДНК в том виде, в каком мы ее теперь знаем: двойная спиральная лестница с сахарно-фосфатными сторонами и ступеньками, состоящими из пар оснований A-T и G-C. Они также предположили, что на основе предложенной ими структуры ДНК можно скопировать и, следовательно, передать.

    Уотсон, Крик и Уилкинс были удостоены Нобелевской премии по медицине в 1962 году «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и ее значения для передачи информации в живом материале». Франклин не была включена в награду, хотя ее работа была неотъемлемой частью исследования.

    Как функционирует ДНК?

    Гены кодируют белки, которые выполняют всевозможные функции для человека (и других живых существ). Например, человеческий ген HBA1 содержит инструкции по созданию белка альфа-глобина, который является компонентом гемоглобина, белка, переносящего кислород в красных кровяных тельцах, в соответствии с NLM .Другой пример: ген OR6A2 кодирует обонятельный рецептор, белок, который обнаруживает запахи в носу, сообщили ученые в 2021 году в журнале Gene в журнале . Согласно исследованию, опубликованному в 2012 году в журнале Flavor , в зависимости от того, какая у вас версия OR6A2, вы можете любить кинзу или думать, что она на вкус как мыло.

    Как секвенируется ДНК?

    Секвенирование ДНК включает технологию, которая позволяет исследователям определять порядок оснований в последовательности ДНК.Технология может использоваться для определения порядка оснований в генах, хромосомах или во всем геноме. В 2000 году исследователи завершили «рабочий проект» последовательности человеческого генома, согласно Национальному исследовательскому институту генома человека, и завершили проект в 2003 году.

    (Изображение предоставлено BSIP / UIG через Getty Images)

    Тестирование ДНК

    ДНК человека содержит информацию об его наследии и иногда может показать, подвержен ли он повышенному риску определенных заболеваний.ДНК-тесты или генетические тесты используются по разным причинам, в том числе для диагностики генетических нарушений, для определения того, является ли человек носителем генетической мутации, которую он может передать своим детям, и для проверки того, находится ли человек в группе риска. за генетическое заболевание. Например, известно, что определенные мутации в генах BRCA1 и BRCA2 увеличивают риск рака груди и яичников, и анализ этих генов с помощью генетического теста может выявить, есть ли у человека эти мутации.

    Результаты генетических тестов могут иметь значение для здоровья человека, и тесты часто предоставляются вместе с генетическим консультированием, чтобы помочь людям понять результаты и последствия.

    Люди также используют результаты генетического тестирования , чтобы найти родственников и узнать об их родословных через такие компании, как Ancestry и MyHeritage.

    Дополнительная информация от Алины Брэдфорд и Эшли П. Тейлор, соавторов Live Science.

    Дополнительные ресурсы

    Нуклеиновые кислоты - MHCC Biology 112: Biology for Health Professions

    Нуклеиновые кислоты являются ключевыми макромолекулами в непрерывности жизни. Они несут генетический план клетки и несут инструкции для функционирования клетки.Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) . ДНК - это генетический материал, содержащийся во всех живых организмах, от одноклеточных бактерий до многоклеточных млекопитающих. Другой тип нуклеиновой кислоты, РНК, в основном участвует в синтезе белка. Молекулы ДНК никогда не покидают ядро, а вместо этого используют посредника РНК для связи с остальной частью клетки. Другие типы РНК также участвуют в синтезе белка и его регуляции.Мы рассмотрим более подробно нуклеиновые кислоты в следующем разделе.

    ДНК и РНК состоят из мономеров, известных как нуклеотида , соединенных вместе в цепь ковалентными связями. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пятиуглеродного сахара и фосфатной группы (, рис. 1, ). Азотистое основание в одном нуклеотиде присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к фосфатной группе.

    Рисунок 1 Нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного сахара и одной или нескольких фосфатных групп.

    Азотистые основания, важные компоненты нуклеотидов, представляют собой органические молекулы и названы так потому, что содержат углерод и азот. Они являются основаниями, потому что содержат аминогруппу, которая может связывать дополнительный водород и, таким образом, снижает концентрацию ионов водорода в окружающей среде, делая его более основным. Каждый нуклеотид в ДНК содержит одно из четырех возможных азотистых оснований: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). РНК содержит базовый урацил (U) вместо тимина.Порядок оснований в нуклеиновой кислоте определяет информацию, которую несет молекула ДНК или РНК. Это связано с тем, что порядок оснований в гене ДНК определяет порядок, в котором аминокислоты будут собраны вместе, чтобы сформировать белок.

    Пентозный сахар в ДНК - это дезоксирибоза, а в РНК - это рибоза (рис. 1). Разница между сахарами заключается в наличии гидроксильной группы на втором углероде рибозы и водорода на втором углероде дезоксирибозы.Атомы углерода молекулы сахара пронумерованы как 1 ', 2', 3 ', 4' и 5 '(1' читается как «один штрих»). Фосфатный остаток присоединен к гидроксильной группе 5'-углерода одного сахара и гидроксильной группе 3'-углерода сахара следующего нуклеотида, что образует 5'-3'-фосфодиэфирную связь (особый тип ковалентной связи). связь). Полинуклеотид может иметь тысячи таких фосфодиэфирных связей.

    ДНК

    имеет двойную спиральную структуру ( Рисунок 2 ). Он состоит из двух нитей или цепочек нуклеотидов.Двойную спираль ДНК часто сравнивают с витой лестницей. Нити (внешние части лестницы) образованы путем связывания фосфатов и сахаров соседних нуклеотидов прочными химическими связями, называемыми ковалентными связями . Ступени витой лестницы состоят из двух оснований, соединенных вместе слабой химической связью, называемой водородными связями . Два основания, связанные водородными связями, называются парой оснований . Лестница закручивается по длине, отсюда и название «двойная спираль», что означает двойную спираль.

    Рисунок 2 Модель двойной спирали показывает ДНК как две параллельные нити переплетающихся молекул. (Источник: Джером Уокер, Деннис Мытс).

    Чередующиеся сахарные и фосфатные группы лежат на внешней стороне каждой цепи, образуя основу ДНК. Азотистые основания сложены внутри, как ступени лестницы, и эти основания соединяются в пару; пары связаны друг с другом водородными связями. Основания спариваются таким образом, чтобы расстояние между скелетами двух цепей было одинаковым по всей длине молекулы.

    В молекуле ДНК аденин (A) всегда соединяется с тимином (T), а цитозин (C) всегда соединяется с гуанином (G). Это означает, что последовательность одной цепи двойной спирали ДНК всегда можно использовать для определения другой цепи.

    Рисунок 3 Схема структуры молекулы ДНК, показывающая спаривание азотистых оснований, которые связаны водородными связями. В ДНК A всегда соединяется (водородные связи) с T, C всегда соединяется с G. Изображение Awedashsome; Викимедиа, CC SA 4.0.

    Основная функция ДНК и РНК - хранить и переносить генетическую информацию. Конкретный порядок нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК определяет генетическую информацию, которую она несет. Вы можете думать об этом как о буквах в книге - если бы порядок букв был изменен, книга больше не содержала бы ту же (или правильную) информацию.

    Если не указано иное, изображения на этой странице лицензированы OpenStax по лицензии CC-BY 4.0.

    OpenStax, Биология.OpenStax CNX. 27 мая 2016 г. https://cnx.org/contents/[email protected]:[email protected]/DNA-Structure-and-Sequencing

    Биологические строительные блоки | CancerQuest

    Клетка - основная единица жизни. Все организмы состоят из одной или нескольких клеток. Как будет показано ниже, люди состоят из многих миллионов клеток. Чтобы понять, что происходит при раке, важно понимать, как работают нормальные клетки. Первый шаг - обсудить структуру и основные функции клеток.

    Сначала мы познакомимся с общими строительными блоками ячеек. Все клетки, независимо от их функции или расположения в организме, имеют общие черты и процессы. Удивительно, но клетки почти полностью состоят всего из четырех основных типов молекул. Выше показана клетка, окруженная примерами этих молекул строительных блоков.

    Поскольку они присутствуют в живых существах, эти строительные блоки называются биомолекулами. В следующих разделах описываются структуры и функции каждого из этих основных строительных блоков.Дополнительную информацию по темам на этой странице также можно найти в большинстве вводных учебников по биологии, мы рекомендуем «Биология Кэмпбелла», 11-е издание.

    Углеводы

    Первый класс биомолекул, который мы обсудим, - это углеводы. Эти молекулы состоят из элементов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O). Обычно эти молекулы известны как сахаров . Углеводы могут иметь размер от очень маленького до очень большого. Как и все другие биомолекулы, углеводы часто выстраиваются в длинные цепочки, связывая вместе более мелкие единицы.Это похоже на добавление бусинок к браслету, чтобы сделать его длиннее. Общий термин для отдельного звена или шарика - мономер . Термин для длинной цепочки мономеров - , полимер .

    Примеры углеводов включают сахара, содержащиеся в молоке (лактоза) и столовый сахар (сахароза). Ниже представлена ​​структура мономера сахара глюкозы, основного источника энергии для нашего тела.

    Сфера Палка Поверхность Повернуть

    Углеводы выполняют в клетках несколько функций.Они являются отличным источником энергии для множества различных процессов, происходящих в наших клетках. Некоторые углеводы могут иметь структурную функцию. Например, материал, который заставляет растения стоять высоко и придает дереву жесткие свойства, представляет собой полимерную форму глюкозы, известную как целлюлоза. Другие типы сахарных полимеров составляют запасенные формы энергии, известные как крахмал и гликоген. Крахмал содержится в растительных продуктах, таких как картофель, а гликоген - в животных. Ниже показана короткая молекула гликогена.Вы можете сами манипулировать молекулой, чтобы хорошо рассмотреть.

    Палка Линия Заполнение пространства Повернуть

    Углеводы необходимы клеткам для взаимодействия друг с другом. Они также помогают клеткам прилипать друг к другу и к материалу, окружающему клетки в организме. Способность организма защищаться от вторжения микробов и удаления инородных материалов из тела (например, улавливание пыли и пыльцы слизью в носу и горле) также зависит от свойств углеводов.

    Узнайте больше о том, как доктор Майкл Пирс использует углеводы для исследования рака.

    Белки

    Как и углеводы, белки состоят из более мелких единиц. Мономеры, из которых состоят белки, называются аминокислотами . Существует около двадцати различных аминокислот. Структура простейшей аминокислоты, глицина, показана ниже.

    Сфера Палка Повернуть

    Белки выполняют в живых организмах множество функций, в том числе следующие:

    • Они помогают формировать многие структурные элементы тела, включая волосы, ногти и мышцы.Белки являются основным структурным компонентом клеток и клеточных мембран.
    • Они помогают транспортировать материалы через клеточные мембраны. Примером может служить захват глюкозы клетками из кровотока. Мы вернемся к этой важной способности, когда обсудим устойчивость раковых клеток к химиотерапевтическим агентам.
    • Они действуют как биологические катализаторы. Большая группа белков, известных как ферменты, способна ускорять химические реакции, необходимые для правильной работы клеток.Например, существует множество ферментов, которые участвуют в расщеплении пищи, которую мы едим, и обеспечении доступности питательных веществ.
    • Взаимодействия между клетками очень важны для поддержания организации и функционирования клеток и органов. Белки часто отвечают за поддержание контакта между соседними клетками и между клетками и их локальной средой. Хорошим примером могут служить взаимодействия клетки: клетки, которые удерживают клетки нашей кожи вместе. Эти взаимодействия зависят от белков соседних клеток, которые плотно связываются друг с другом.Как мы увидим, изменения в этих взаимодействиях необходимы для развития метастатического рака.
    • Белки контролируют активность клеток, включая решения относительно деления клеток. Раковые клетки неизменно имеют дефекты в этих типах белков. Мы вернемся к этим белкам более подробно, когда будем говорить о регуляции деления клеток.
    • Многие гормоны, сигналы, которые проходят по телу и изменяют поведение клеток и органов, состоят из белка.Ниже показан инсулин, небольшой белковый гормон, регулирующий усвоение глюкозы из кровотока.

    Заполнение пространства Лента Проволочная рама Повернуть

    Липиды

    Термин липид относится к широкому спектру биомолекул, включая жиры, масла, воски и стероидные гормоны. Независимо от их структуры, местоположения или функции в клетке / теле, все липиды имеют общие черты, которые позволяют группировать их вместе.

    • Не растворяются в воде; они гидрофобны.
    • Как и углеводы, они состоят в основном из углерода, водорода и кислорода.

    Гидрофобная природа липидов обуславливает многие их применения в биологических системах. Жиры являются хорошим источником накопленной энергии, а масла и воски используются для образования защитных слоев на нашей коже, предотвращая заражение. Некоторые липиды, стероидные гормоны, являются важными регуляторами клеточной активности. Мы вернемся к этому во время обсуждения информационного потока в ячейках.Активность стероидных гормонов, таких как эстроген, связана с раком женской репродуктивной системы. Процедуры, основанные на этих знаниях, будут подробно обсуждаться в разделе лечения на сайте.

    Заполнение пространства Палка Проволочная рама Повернуть

    Изображенный выше пример триацилглицерина или жира. Три длинные цепи состоят только из углерода и водорода, что придает молекуле гидрофобные свойства.Когда вы читаете о содержании насыщенных и ненасыщенных жиров на этикетке пищевых продуктов, они имеют в виду различия в этих длинных углеводородных цепях.

    Основная функция липидов - образование биологических мембран. Клетки окружены тонким слоем липидов. Слой состоит из липидов особого типа, которые обладают как гидрофобными, так и гидрофильными свойствами. Гидрофильные концы этих молекул обращены к наполненной водой среде внутри клеток и водной среде вне клеток.Внутри двух слоев существует гидрофобная область. Мембрана, окружающая клетки, богата белками и другими липидами, такими как холестерин.

    Большинство химических веществ не могут проникать через липидный бислой. Вода и некоторые другие небольшие молекулы могут свободно проходить через мембрану, в то время как другие молекулы должны активно транспортироваться через белковые каналы, встроенные в мембрану. Мембраны также содержат комбинацию биомолекул, которые были описаны до сих пор. Как показано выше, белки могут быть связаны с углеводами с образованием гликопротеинов.Гликопротеины играют важную роль в клетке: клеточные взаимодействия обсуждались ранее, и изменения количества или типов этих белков наблюдаются при раке. Точно так же сочетание липидов и углеводов приводит к образованию гликолипидов.

    Нуклеиновые кислоты

    Вся информация, необходимая для управления и построения клеток, хранится в этих молекулах.

    Существует два основных типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).Обе эти молекулы являются полимерами. Они состоят из мономерных субъединиц, подобных ранее описанным углеводам и белкам. Мономеры, используемые для создания нуклеиновых кислот, называются нуклеотидами. Нуклеотиды часто обозначаются однобуквенными сокращениями A, C, G, T и U. Как и все мономеры, описанные до сих пор, мономеры, используемые для построения ДНК, похожи друг на друга, но не совсем похожи. Одно из различий между ДНК и РНК - это подмножество нуклеотидов, используемых для создания полимеров.ДНК содержит A, C, G и T, а РНК содержит A, C, G и U.

    Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

    ДНК состоит из двух длинных цепочек (полимеров) нуклеотидов, скрученных друг вокруг друга, образуя спиральную или спиральную структуру, показанную ниже. Скрученные молекулы расположены определенным образом, причем определенные нуклеотиды всегда находятся напротив друг друга. Нуклеотид, содержащий аденин (A), всегда соединяется с нуклеотидом, содержащим тимин (T).Точно так же гуанин (G) всегда соединяется с цитозином (C). Если вы внимательно посмотрите на график ниже, вы увидите, что пары нуклеотидов взаимодействуют в середине спирали. Полимеры, образующие ДНК, могут быть очень длинными, достигая миллионов нуклеотидов на каждую отдельную молекулу ДНК. На следующем рисунке изображена короткая цепь двухцепочечной ДНК.

    Сфера Палка Поверхность Повернуть

    ДНК

    находится в ядре клетки, структура которой будет описана в следующем разделе сайта.Все ядерные клетки человеческого тела имеют одинаковое содержание ДНК независимо от их функции. Разница в том, какие части ДНК используются в той или иной клетке. Например, клетки, из которых состоит печень, содержат ту же ДНК, что и клетки, из которых состоят мышцы. Резко различающиеся активности этих двух типов клеток зависят от участков ДНК, которые активны в клетках. ДНК - это форма хранения генетической информации, которая действует как образец для клеток. Как мы увидим, изменения в последовательности ДНК могут приводить к изменениям в поведении клеток.Нерегулируемый рост, а также многие другие изменения, наблюдаемые при раке, в конечном итоге являются результатом мутаций, изменений в структуре ДНК.

    Рибонуклеиновая кислота

    Рибонуклеиновая кислота (РНК) во многом похожа на ДНК. Это полимер нуклеотидов, который несет информацию, содержащуюся в генах. Помимо некоторых химических различий между РНК и ДНК, существуют важные функциональные различия.

    • РНК копируется из ДНК в ядре, и большая часть ее отправляется в цитозоль.
    • РНК - это рабочая форма информации, хранящейся в ДНК.
    • РНК одноцепочечная, а не двухцепочечная

    Информация, хранящаяся в ДНК, работает для клеток так же, как архитектор использует план. Конкретное производство РНК позволяет клетке использовать только те страницы «плана», которые требуются в любой конкретный момент. Очень важно производить правильные РНК в правильное время. При раке производство или регуляция определенных РНК не происходит должным образом.Точно так же, как неправильное прочтение чертежа приведет к возникновению дефектов в здании, неправильное производство РНК вызывает изменения в поведении клеток, которые могут привести к раку. Эта важная тема будет подробно рассмотрена в разделе, посвященном функции генов. Сначала мы исследуем более сложные формы биомолекул, а затем познакомимся с некоторыми ключевыми функциональными компонентами эукариотических клеток.

    Комбинации

    Теперь мы познакомились с основными классами биомолекул.

    • углеводы
    • липиды
    • белков
    • нуклеиновых кислот

    Эти биомолекулы работают вместе, чтобы выполнять определенные функции и создавать важные структурные особенности клеток. Например, в разделе, посвященном липидам, мы впервые увидели схему мембраны ниже.

    Помимо липидного бислоя, состоящего из липидов особого типа, мембрана содержит множество белков и сахаров. Как показано, белки и сахара можно комбинировать с образованием гликопротеинов.К липидам также можно добавлять сахара для образования гликолипидов.

    Многие из белков, которые важны для развития и / или выявления рака, являются гликопротеинами. Например, диагностические тесты на рак простаты включают тестирование образцов крови на наличие гликопротеина, называемого специфическим антигеном простаты или ПСА. Рак яичников можно контролировать по выработке другого гликопротеина, называемого СА-125. CA означает связанный с раком.

    Подробнее о тесте CA-125

    Часто многие белки и другие биомолекулы объединяются, образуя функциональные структуры в клетках.Далее мы исследуем некоторые из этих более сложных структур, называемых органеллами.

    Сводка

    Все живые существа, включая клетки, составляющие человеческое тело, состоят из небольшого подмножества различных биомолекул. Существует четыре основных класса, как описано ниже:

    1. Углеводы
      • Углеводы состоят из элементов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O).
      • Сахар - это обычные углеводы.
      • Углеводы внутри клеток выполняют несколько функций:
        • Основной источник энергии
        • Обеспечить структуру
        • Связь
        • Клеточная адгезия
        • Защита от посторонних предметов и удаление посторонних предметов
    2. Белки
      • Белки состоят из аминокислот.
      • Белки внутри живых существ выполняют несколько функций:
        • Структура волос, мышц, ногтей, компонентов клеток и клеточных мембран
        • Транспорт клеток
        • Биологические катализаторы или ферменты
        • Поддержание контакта ячейки
        • Контрольная активность клеток
        • Передача сигналов через гормоны
    3. Липиды
      • Широкий спектр биомолекул, включая жиры, масла, воски и стероидные гормоны.
      • Липиды не растворяются в воде (они гидрофобны) и в основном состоят из углерода (C), водорода (H) и кислорода (O).
      • Липиды в живых организмах выполняют несколько функций:
        • Образует биологические мембраны
        • Жиры могут храниться в качестве источника энергии
        • Масла и воски обеспечивают защиту путем покрытия участков, которые могут быть заражены микробами (например, кожа или уши)
        • Стероидные гормоны регулируют активность клеток, изменяя экспрессию генов
    4. Нуклеиновые кислоты
      • Вся информация, необходимая для управления и построения клеток, хранится в этих молекулах.
      • Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов, обозначенных аббревиатурой A, C, G, T и U.
      • Существует два основных типа нуклеиновых кислот, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК):
        • ДНК
          • ДНК имеет структуру двойной спирали, состоящей из нуклеотидов A, C, G и T.
          • ДНК находится в ядре клетки.
          • ДНК - это форма хранения генетической информации.
        • РНК
          • РНК обычно одноцепочечная и состоит из нуклеотидов A, G, C и U.
          • РНК скопирована с ДНК и является рабочей формой информации.
          • РНК производится в ядре, а мРНК экспортируется в цитозоль.

    Дополнительные биомолекулы можно получить, комбинируя эти четыре типа. Например, многие белки модифицируются путем добавления углеводных цепей. Конечный продукт называется гликопротеином.

    Если материал окажется для вас полезным, разместите ссылку на наш веб-сайт.

    .

    Author: alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *