Водородные связи между азотистыми основаниями: Водородные связи оснований — Справочник химика 21

Содержание

Водородные связи оснований — Справочник химика 21

    Авторы работы [399] попытались использовать также независимый от критериев способ определения числа водородных связей, основанный на вычислении площади под первым максимумом пика функции распределения расстояния / он(й он). На условность и неоднозначность методов подобного рода для анализа структурных особенностей ансамблей /-структур уже указывалось ранее [386]. Обратим внимание, что применение критерия он приводит к числу водородных связей, равному или даже большему, чем полученное с энергетическим критерием Инв = = 8,37 кДж/моль (2 ккал/моль). Как показывает опыт численного моделирования, среди пар молекул, энергия взаимодействия которых близка к этому значению, встречаются такие, кон- [c.141]
    Автором и сотр. [405] предложен динамический критерий водородной связи, основанный на анализе не только данной конфигурации, полученной в ходе молекулярно-динамического моделирования, но и ее предыстории и ее дальнейшей судьбы . Построение временных зависимостей энергий взаимодействия двух молекул в большинстве случаев позволяет судить о том, существует ли при данной конфигурации водородная связь, в какие моменты времени она возникла и когда была разорвана (рис. 8.2). Как и всегда при рассмотрении ансамбля /-структур, при использовании этого подхода могут возникать сомнительные случаи. Однако такие случаи редки и по степени определенности поиска водородных связей динамический критерий приближается к анализу f-структур. 
[c.142]

    Здесь мы ограничились рассмотрением структур кристаллических оксокислот и кислых солей, хотя системы с водородными связями могут быть представлены и другими типами соединений. Два примера в табл. 8.5 иллюстрируют трехмерные системы водородных связей, основанные на простейших сетках со связанностью 4 и 6. Этот ряд можно дополнить примерами [c.46]

    Компонентами нуклеиновых кислот являются основания, формулы которых приведены на рис. 1-4. Эти основания состоят из относительно гидрофобных циклов, которые содержат группы, способные образовывать водородные связи при этом получаются пары оснований, показанные на рисунке. Основание ковалентно связано с сахаром (2-дезокси-о-ри6оза в ДНК или о-рибоза в РНК), к которому присоединена фосфатная группа при поликонденсации таких веществ между мономерами возникают фос-фодиэфирные связи и образуются нуклеиновые кислоты, как показано на рис. 1-5. Когда между основаниями образуются водородные связи, полярная часть каждого из них становится менее доступной для воды поскольку гетероциклы явно гидрофобны (особенно по сравнению с сахаром и заряженным фосфатным остатком), в нуклеиновых кислотах, где присутствуют водородные связи, основания расположены таким образом, что они ми- 

[c.12]

    Уместно вспомнить об одном обстоятельстве из истории развития теории химической связи и межмолекулярного взаимодействия. После первых расчетов энергии связи в молекулах с разными атомами (металл — металлоид) стало ясно, что эта величина мало чувствительна к принятой модели. Расчеты гетерополярных молекул с учетом или без учета поляризации, по модели твердых шаров или по любой модели, учитывающей отталкивание, почти всегда приводили к близким к эксперименту значениям энергии связи. Попытки вычислить энергию, например, водородной связи, основанные на разных моделях как электростатических, так и ковалентных, почти всегда давали вполне удовлетворительный результат. То же относится и к расчетам теплот адсорбции. Правильный порядок величины обеспечивается тем, что из эксперимента берутся две или три константы, а правильный характер всей потенциальной кривой постулирован заранее. Сама по себе полуэмпирическая потенциальная кривая, будь то кривая Леннард-Джонса или кривая, в которой коэффициент при берется по Лондону или каким-либо иным теоретическим способом, ничего не может сказать о природе сил адсорбции, так же как и кривая Морзе для двухатомной молекулы ничего не говорит о природе связи атомов в ней. 

[c.83]


    Во многих случаях, когда существует необычно сильная связь между молекулами или между разными группами в одной и той же молекуле, эксперимент показывает, что в связи участвует атом водорода. Речь идет о так называемой водородной связи. Основанием для этого служат четыре источника данных  [c.450]

    Величина 5 характеризует среднее число нуклеотидных пар, связанных в упорядоченную биспиральную структуру, а А — среднюю длину такого упорядоченного участка спирали. Таким образом, эти величины дают сведения о размерах областей цепи ДНК, на которые распространяется дальний порядок в ориентации плоскостей оснований, ответственных за отрицательную анизотропию цепи и удерживаемых внутримолекулярными водородными связями. Упорядоченные структурные элементы связаны между собой участками, где вторичная структура молекулы (водородные связи оснований) оказывается почему-либо ослабленной, что обеспечивает некоторую гибкость цепи (рис. 311) [258]. В то же время динамооптические свойства ДНК явно не соответствуют модели прямого стержня, ибо в этом случае число мономеров в сегменте 5 просто было бы равно степени полимеризации и анизотропия молекулы, например, для образца, представленного в табл. 40, соответственно должна была бы в М/Ме = 50 раз превосходить величину, найденную экспериментально. Гидродинамические свойства растворов ДНК также лучше согласуются с моле- 

[c.478]

    Соединенные водородными связями основания никогда не бывают идентичными, причем аденин всегда соединен с тими-ном, а гуанин — с цитозином. Истинная причина такого выбора или предпочтения одного соединения другому точно еще не установлена, но поскольку они соединяются при помощи водородной связи, то этот выбор может иметь близкое отношение к стерическим условиям и к природе самой водородной связи. 

[c.90]

    Альтернативное описание ковалентного вклада в водородную связь, основанное на методе молекулярных орбиталей, по мнению автора, более удовлетворительно. Одна из проблем водородной связи заключается в том, что для ее образования необходимо, чтобы атом водорода, обладающий единственной 15-орбиталью, способной к образованию связи, взаимодействовал с двумя атомами. В резонансной модели это объяснялось несвязывающим резонансом между структурами а, с ж е. ]У1етод молекулярных орбиталей дает вполне обоснованное объяснение связывания атома водорода, которое по существу эквивалентно объяснению образования донорно-акцепторпых (с переносом заряда) комплексов и пятивалентного переходного состояния в 5 Jv2-замещении при атоме углерода без привлечения орбиталей с высокой энергией [1[. В соответствии с этой моделью молекулярные орби- [c.270]

    В работе предяожевн алектростатическая модель воды и теория водородной связи, основанная на учете электростатического взаимодействия дробных зарядов во взаинодействуицих молекулах водн . 

[c.675]

    Антипараллельность цепей имеет решающее значение при спаривании оснований в одноцепочечных молекулах (таких, как тРНК). Параллельное спаривание не может обеспечить образование щпилек. Двойные спирали, изображенные на рис. 3.12, 3.13 и 3.14, имеют второй набор осей псевдосимметрии С , проходящих между соседними парами связанных водородными связями оснований. Для самокомплементарных последовательностей, таких, как СрС или АрТ (или палиндромных последовательностей, аналогичных приведенным на рис. 3.5), оси, проходящие между двумя центральными парами, являются истинными осями симметрии, поскольку поворот на 180° не изменяет положения остова и переводит пары оснований в идентичные положения. [c.173]

    Макромолекула ДНК состоит из двух нитей, закрученных одна вокруг другой так, что образуется так называемая «двойная спираль» (рис. 2.2). Нити состоят из «остова» — чередующихся фосфатных и сахарных групп — и прикрепленного к каждой сахарной группе азотистого основания. Они соединены между собой водородными связями оснований. Если двойную спираль раскрутить, то она будет напоминать лестницу (рис. 2.2, а(, где вертикальные части состоят из сахарофосфатного остова (рис. 2.2, б и г), а перекладины — из комбинации пар оснований, соединенных водородньши связями (рис. 2.2, д). Существуют четыре типа оснований два пиримидиновых (тимин и цитозин) и два пуриновых (гуанин и аденин). Число молекул аденина в любом образце ДНК всегда равно числу молекуп тимина, и соответственно чиспо молекул цитозина равно числу молекул гуанина. Эти пары оснований расположены в спирали друг против друга (рис. 2.2, бив), что делает нити комплементарными одна другой. Издавна существовали проблемы, связанные с супер-спирализацией ДНК и с разделением двойной спирали — такую модель строения ДНК в свое время предложили Уотсон и Крик. Недавно Сазисе- 

[c.31]

    Два вида сил удерживают две полидезоксирибонуклеотидные цепи в биспиральной молекуле ДНК. Во-первых, это водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями, обращенными внутрь двойной спирали ДНК (см. рис. 66). Образуя водородные связи, основания находятся в плоскости, перпендикулярной продольной оси В-формы ДНК, так что эти связи действуют в поперечном направлении. Во-вторых, это силы гидрофобных взаимодействий между азотистыми основаниями, собранными в стопку вдоль молекулы ДНК при такой упаковке оснований в водной среде возникают силы, препятствующие контактам неполярных (гидрофобных) оснований с молекулами воды, вследствие чего основания сближаются, а стопкообразная упаковка упрочняется вследствие межплоскостных взаимодействий их друг [c.208]


    При сравнительном изучении поведения ДНК, синтетических полинуклеотидов и природных РНК при нагревании в растворе Доти и др. [469] иришди 11 выводу, что при определенных условиях Р1-1К содержит многочисленные 1гезначительпой длины спиральные участки, образованные спаренными посредством водородных связей основаниями, перемежающиеся с одноцепочечпыми областями. Молекулы РИК при этом имеют более или менее компактную структуру. Степень спирализации молекулы РНК при стандартных условиях в некоторой степени зависит от состава оснований. 
[c.65]

Водородные связи в между полинуклеотидами

    Специфич. наборы водородных связей между пиримидиновыми и пуриновыми основаниями в комплементарных участках цепей (см. Комплементарность), а также меж-плоскостные взаимод. между соседними основаниями в цепи определяют формирование и стабилизацию вторичной и третичной структуры нуклеиновых к-т. Последовательность пуриновых и пиримидиновых оснований в полинуклеотидной цепи определяет генетич информацию ДНК и матричных РНК. Модификация Пов полинуклеотидах под воздействием мутагенов может приводить к изменению информац. смысла (точковой мутации). 
[c.530]

    Информация, необходимая для построения определенной аминокислотной последовательности, содержится в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Молекула ДНК является полинуклеотидом, образованным основаниями аденином (А), гуанином (G), цитозином (С), тимином (Т), остатками фосфорной кислоты и 2-дезоксирибозой в качестве углеводного компонента. Все ДНК построены как регулярные двойные спирали, структура которых стабилизирована водородными связями между комплементарными парами оснований А — Т и О — С. В ДНК каждые три следующих один за другим нуклеотида (триплетный код) кодируют одну аминокислоту (189 — 192]. Для 20 протеиногенных аминокислот существуют 64 кодовые единицы (кодона), из которых по 6 приходится на аминокислоты Leu, [c.391]

    Вторичная структура молекулы ДНК, по Уотсону и Крику, представляет собой а-спираль, состоящую из двух полинуклеотид ных цепей, закрученных одна вокруг другой и вокруг общей для обеих цепей оси (рис. 92). Эти цепи связаны водородными связями между молекулами пиримидиновых и пуриновых оснований. Причем было установлено, что такого рода прочные связи образуются лишь между, специфическими парами аденин — тимин, гуанин — цитозин  [c.557]

    Какую роль можно приписать Mg++ при получении смешанных двойных спиралей поли-А и поли-У, учитывая, что цепи полинуклеотидов в спиральной структуре удерживаются вместе за счет водородных связей между комплементарными основаниями  [c.355]

    Приведенные в табл. 6-1 результаты позволяют предположить, что специфичность обусловлена присутствием и расположением функциональных групп, обнаруженных лишь в пиримидиновых производных, в соответствии с постулатом [125], согласно которому образование водородной связи между карбонильным кислородом при атоме Сг пиримидинового кольца и 2 -гидроксильной группой сахара усиливает нуклеофильный характер этой гидроксильной группы (и может вполне объяснить любые различия в конформации сахара в пуриновых нуклеозидах по сравнению с пиримидиновыми нуклеозидами), облегчая таким образом нуклеофильную атаку атома фосфора и образование нуклеозид-2, З -циклофосфата. (Некоторым подтверждением этой концепции может служить большая устойчивость к химическому гидролизу пуриновых полинуклеотидов по сравнению с пиримидиновыми полинуклеотидами.) Циклическая система пиримидинового кольца, по-видимому, необходима для сохранения стереохимических возможностей взаимодействия. [c.380]

    Далее оказалось, что простые полинуклеотидные цепочки обладают способностью давать значительно большее разнообразие спиральных комплексов, чем природные сополимеры сложного состава. Так, цепи составленные из одних пиримидиновых полинуклеотидов, дают спиральные комплексы сами с собой. Это явление не противоречит теории, так как условия для образования водородных связей между основаниями здесь налицо  [c.229]


    Двуспиральные полинуклеотиды. В большиистве случаев ДНК существует в виде двойной спирали Уотсона — Крика (рис. 1 1). Ее основные характеристики сводятся к следующему. Две поли-дезоксирибонуклеотидные цепи соединены друг с другом с помощью водородных связей и образуют правовинтовую спираль вокруг общей оси. Цепи двойной спирали антипараллельиы и комплементарны, т. е. образование водородных связей (поперечных) всегда происходит между основаниями С и О или А и Т. [c.335]

    В последнее время силам стэкинг-взаимодействия придают более существенное, чем. ранее, значение в поддержании вторичной структуры ДНК, а водородным связям между комплементарными парами оснований приписывают в большей мере направляющую роль во взаимной ориентации оснований в процессе стэкинг-взаимодействия. Действительно, вклад гидрофобных взаимодействий в поддержание вторичной структуры биспиральных полинуклеотидов возрастает при замене У на Т, т. е. за счет добавочно вводимого гидрофобного метильного радикала. [c.209]

    Так как формирование нового полинуклеотида идет на полинуклеотидной матрице при непрерывном замыкании водородных связей между комплементарными пуриновыми и пиримидиновыми основаниями матрицы и нуклеозидтрифосфатов, то условием функционирования этого механизма является одноцепочечная структура матрицы. Поэтому в случае биосинтеза молекул ДНК, характеризующихся биспиральной структурой, существенным моментом [c.248]

    Здесь и далее мы испо.пьзуем термин первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры нуклеиновых кислот в следующем смысле. Первичная структура — последовательность пуклеозндпых звеньев, соединенных фосфо-диэфирной связью в непрерывную и неразветвленную полинуклеотидную цепь. Вторичная структура — в случае одноцепочечных, главным образом монотонных полинуклеотидов, — пространственное расположение нуклеозидных звеньев, обусловленное межплоскостным взаимодействием оснований. В случае двух комплементарных цепей вторичная структура представляет собой жесткую двойную спираль, стабилизованную как ме.жплоскостным взаимодействием соседних оснований в пределах одной цепи, так и водородными связями между противолежащими основаниями в параллельных цепях. Третичная структура образуется в результате реализации наряду с двухспиральными иных типов фиксированной укладки полинуклеотидных цепей. Четвертичная структура — пространственное расположение взаимодействующих макромолекул (обычно полинуклеотидов и полипептидов) в нуклеопротеидах — рибосомах, вирусах и т. д. [c.16]

    Большие расхождения между структурными параметрами, полученными для одного и того же основания в разных работах, зависят в ряде случаев от того, является ли основание протонированным или непротонированным [13]. Кроме того, сказываются наличие межмолекулярных водородных связей и,, наверно, в меньшей степени характер упаковки молекул в кристалле. Несмотря на это, имеет смысл для расчетов конформаций моно- и полинуклеотидов использовать усредненные величины. [c.175]

    Полинуклеотиды связаны друг с другом водородными связями, образующими поперечные мостики между пиримидиновыми и пуриновыми основаниями (рис. 3.1), [c.255]

    Приблизительный квантово-механический расчет перекрывания я-электронных систем между параллельными плоскостями оснований в ДНК при расстоянии 3,36 А также указывает на существование заметного л-электронного взаимодействия, что может количественно объяснить аномалии в ультрафиолетовых спектрах олиго- и полинуклеотидов и частичную укладку оснований друг над другом даже в олигонуклеотидах без образования соответствующих водородных связей [378]. Различные величины перекрывания л-электронных систем для различных гетероциклических систем показывают, что распределение электронов и л-электронные взаимодействия зависят от последовательности оснований, что соответствует экспериментальным данным [379]. [c.635]

    Ввиду только что отмеченного обстоятельства разделение коротких олигонуклеотидов строго по их длине предпочитают вести в гелях, где фиксация однонитевого состояния нитей ДНК или РНК обеспечивается не щелочью, а присутствием высокой концентрации мочевины. Образуя прочные водородные связи с нуклеиновыми основаниями, мочевина препятствует их комплементарному спариванию. Сама по себе мочевина не распрямляет нити полинуклеотидов, но в отсутствие нейтрализации фосфатов ионами металлов эти нити оказываются достаточно расправленными для того, чтобы обеспечить надежное разделение олигонуклеотидов длиной в несколько сотен мономерных звеньев, отличающихся между собой всего лишь на одно звено. Именно такая задача стоит при использовании электрофореза в современных методах определения последовательности оснований ( секвенирования ) в молекулах ДНК и РНК. [c.131]

    Влияние pH на конформации полинуклеотидных цепей в растворе обусловлено тем обстоятельством, что водородные связи, стабилизующие спиральную структуру, образуются в этих молекулах между группами, способными к ионизации, и поэтому ионизация хотя бы одной из групп, участвующих в об.разовании водородной связи, означает одновременно разрыв последней, что ведет к изменению конформации молекулы. В этом случае мы встречаемся с ярким примером специфических взаимодействий, о которых говорилось ранее применительно к полипептидам (см. 26, 27). Действительно, ионизация оснований, т. е. процесс отдачи или связывания протона (соответственно для кислотных и основных ионизуемых групп) осуществляется лишь при отсутствии водородных связей в спиральной форме такой процесс не имеет места. Пуриновые и пиримидиновые основания, входящие в ДНК и синтетические полинуклеотиды, образуют водородные связи между аминогруппой и атомом азота, включенным в цикл, с одной стороны, и группой —МН—СО — с другой. Отрицательные логарифмы констант диссоциации этих групп соответственно равны —2,9 (гуанин) 3,7—3,8 (аденин) 4,5—4,8 (цитозин) р/Скн-со 9,5—11,4 (гуанин, тимин, урацил). Поскольку аминогруппа присоединяет протон, а группа —NH—СО— отдает его, то первая заряжена при pH рКш-со- Таким образом, в диапазоне рК 2 пиримидиновые основания не заряжены, и здесь возможно существование спиральной конформации молекул. Интересный [c.372]


    В отличие от мочевины, формамид является весьма сильным денатурирующим агентом. Он полностью разрушает вторичную Структуру полинуклеотидов—как водородные связи, так и стэ- инг-взаимодействие между плоскостями гетероциклических ко-Мп нуклеиновых оснований. Электрофоретическая подвижность нуклеиновых кислот в гелях с формамидом зависит только от молекулярной массы, что открывает возможность ее определения р помощью маркеров и для высокомолекулярной РНК. [c.135]

    Наконец, можно задать вопрос почему рибоза — единственный сахар, присутствующий в полинуклеотидах Нп один другой сахар не способен к столь эффективной реакции конденсации соответствующих нуклеотидов, а З -дезокси-нуклеотиды не полимеризуются. Видимо, и 2 -0Н, и З -ОН необходимы для протекания полимеризации. Причина этого заключается в образовании водородной связи между обеими группами, которые только в рибонуклеотидах находятся в ijti -положеиии, чю приводит к повышению кислотности R0—ОН-группы в 2 -положенпи. Еще один важный факт состоит в том, что конденсация полинуклеотидов очень специфична для 1уклеотидов, рибозные остатки которых имеют D-конфигурацию. Оргел показал это эксперимен-O Og тально. Если смесь L- и D-рибояуклеотидов добавить [c.188]

    Нуклеиновые кислоты образованы нуклеотидами, связанными фос-фодиэфирными группами через группы в положениях 3 и 5. Такая структура имеет большое число вращательных степеней свободы. Для закручивания структуры представляют интерес 5 точек сахарофосфатного остова и две внутренние точки молекулы нуклеотида (точки 2 и 3, в которых возможны эндо- и экзо-положения сахара). Последнее обстоятельство связано с возможностью вращения связи сахар—фосфат (син и ангт) в нуклеотиде. Рассмотрим возникающие конфигуращ1и с точки зрения энергетической выгодности. Стабилизирующими факторами двойной спирали являются электростатические силы отталкивания между фосфатными группами, гидрофобное взаимодействие между основаниями (стэкинг-взаимодействие) и водородные связи между комплементарными основаниями. Именно эти факторы должны определять углы вращения сахаров и оснований, а также всю структуру синтезируемых олиго- и полинуклеотидов. [c.190]

    Свойством полинуклеотидных молекул является способиость к точному воспроизведению, основанная на принципе структурной ком-плементарности. В модельных опытах было показано, что полинуклео-тидная цепь может служить матрицей, связывающей свободные нуклеотиды. При смешивании АМФ с полиуридилоеой кислотой свободные молекулы АМФ связываются с остатками полиуридило вой кислоты при помощи водородных связей между комплементарными основаниями. В результате возникала спиральная структура. Точно так же наблюдали формирование устойчивой комплементарной спирали при смешивании полицитидиловой кислоты с гуанозинмонофосфатом. Для синтеза комплементарных полинуклеотидов необходимо было, чтобы между связанными с матрицей мононуклеотидами образовались меж-нуклеотидные связи. Экспериментально была показана принципиальная возможность возникновения таких связей без какого-либо участия ферментов. Таким образом, полинуклеотиды могли служить матрицей для неферментативного синтеза (Комплементарных полинуклеотидов. [c.174]

    Детальный анализ всевозможных вариантов образования водородных связей между основаниями показал, что в биспиральной молекуле ДНК основания уложены парами пурин из одной цепи и пиримидин из другой в соответствии с правилами Чаргаффа. Поскольку ориентация оснований на плоскости не является, очевидно, произвольной, и основания в полинуклеотидах представлены в лактамной форме, наиболее вероятными были признаны пары аденин-тимин и гуанин-цитозин. Этот способ спаривания получил в дальнейшем экспериментальное подтверждение. Избирательность взаимодействия пар А-Т и Г-Ц принято выражать термином комплементарность , а соответствующие азотистые основания называют комплементарными. Стабильность А-Т оснований обеспечивается двумя водородными связями, а пар Г-Ц — тремя, что в свою очередь определяется особенностями расположения функциональных групп азотистых оснований. Длина водородных связей между основаниями составляет около 0,3 нм. Таким образом, комплементарными оказываются не только отдельные основания, но и дезоксирибонуклеотидные цепи ДНК [c.108]

    Эти ряды показывают, что двухспиральные рибополинуклеотиды более стабильны, чем двухспиральные дезоксирибополинуклеотиды. Такая закономерность наблюдается и для природных полинуклеотидов. Так, Гщ двухспиральной РНК вируса карликовости риса на 15° выше, чем Тщ ДНК с подобным составом оснований Данный эффект, возможно, связан с образованием водородных связей между гидроксилом остатка рибозы и соответствующим основанием [c.265]

    Несмотря на то что по гидродинамическим свойствам полиадениловая и полицитидиловая кислоты в нейтральных и щелочных средах представляют собой статистические клубки 229-232 наличие гипохромного эффекта 232.233 кругового дихроизмаи дисперсии оптического вращения 2зе, 237 свидетельствует о том, что между основаниями в этих полинуклеотидах существуют взаимодействия. Кривые дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма очень схожи с аналогичными кривыми для динуклеозидмонофосфатов (см. стр. 238), и это дает основание предположить, что в случае гомополимера водородные связи между основаниями не образуются. Расчеты кривых дисперсии оптического вращения для полиадениловой и полицитидиловой кислот, выполненные исходя из свойств динуклеозидфосфатов, дают результаты, согласующиеся с экспериментальными . Наиболее прямыми доказательствами односпиральной структуры этих полинуклеотидов является аналогия их свойств со свойствами полинуклеотидов, у которых невозможно образование водородных связей в силу замешения соответствующих водородов алкильными радикала-,vijj 71,239,2 g также результаты кинетических исследований реакции с формальдегидом [c.283]

    Одноцепочечные полинуклеотиды, в которых отсутствуют внутримолекулярные водородные связи между основаниями (например, полиуридиловая кислота), гладко реагируют с карбодиимидом СП ° Зо скорость реакции при этом несколько ниже, чем для уридина (см. табл. 5.7). С двухцепочечными комплексами рибо-полинуклеотндов и ДНК реакция практически не происходит Скорость и степень взаимодействия карбодиимида СП с тРНК сильно зависит от условий реакции При pH 8 и 30—40° С достигается полная модификация всех реакционноспособных остатков нуклеозидов в присутствии же ионов при более низкой тем- [c.384]

    Точно так же, как высокая поляризуемость симметричных водородных связей с двумя минимумами вызывает непрерывное поглощение в ИК-спектрах растворов, меньшая поляризуемость несимметричной водородной связи с перегибом на потенциальной кривой или с двумя минимумами является причиной ушире-ния полос. Иногда такое уширение наблюдается, например, для валентных колебаний ЫН, образующих водородную связь. Фол-дес и Сандорфи [237], рассматривая ангармоничность колебаний связи МН» -М, пришли к заключению, что потенциальная кривая имеет именно такой вид. Шульман [238] считает, что в полинуклеотидах несимметричная потенциальная кривая имеет место для водородной связи между атомами N(3) тимина и N(1) аденина (см. также разд. V. 17). Сильное уширение в действительности наблюдается для полос валентных колебаний ЫН-группы, образующей указанную водородную связь, так же как [c.299]

    Однако теперь уже стало ясно, что ь е водородные связи между основаниями являются определяющими для макроструктуры полинуклеотидов, как считали Уотсон и Крик. Поэтому истинным критерием для нахождения вторичной структуры тРНК и иРНК должна стать максимальная длина регулярного комплементарного участка, в котором основания располагаются стопкообразно (критерий максимального спаривания дает для случайных последовательностей весьма дефектные структуры, как это видно, в частности, из рис. 9.7а). Еще лучше, если эти критерии войдут в комбинаторные расчеты с соответствующими весами. [c.415]

    Молекула ДНК представляет собой комплекс из двух полимерных цепочек, связанных между собой межмолекулярными силами (рис. 4.2). Каждая цепочка в комплексе образует правую спираль (точнее, винтовую линию) и состоит из сахаро-фосфатного хребта с присоединенными к нему азотистыми основаниями четырех сортов — аденина (А), гуанина (Г), тимина (Т) и цитозина (Ц). Повторяющийся элемент цепочки (азотистое основание + сахар + фосфат) называется нуклеотидом. Таким образом, ДНК состоит из двух закрученных относительно друг друга полинуклеотид-ных цепочек. Существенно, что если связи между нуклеотидами внутри каждой цепочки являются жесткими, ковалентными и имеют энергию около 60 ккал/моль (3 эВ), то связи между полинуклеотидными цепочками по крайней мере на порядок слабее. Существует строгое правило компле-ментарности (соответствия) этих цепочек. Именно, всегда против аденина находится ТИМИН, а против гуанина цитозин. Комплементарность определяется стерическим соответствием оснований. При этом комплементарные пары оснований стабилизированы водородными связями (изображенными на рис. 4.3 пунктиром), электростатическими и ван-дер-ваальсовыми силами. Существенное значение для стабильности ДНК имеет взаимодействие между соседними парами оснований в двойной спирали. Параметры структуры ДНК следующие диаметр молекулы 20 А, расстояние между соседними парами оснований 3,4 А на виток спирали приходится 10 пар оснований, так что соседние пары повернуты относительно друг друга на угол [c.71]

    В последующих многочисленных работах, например [64—67], в которых критиковались количественные оценки, сделанные Де Во и Тиноко, использовались предложенные ими схемы вычисления свободной энергии. Корректность той или иной параметризации различных составляющих свободной энергии и в настоящее время не может быть доказана с определенностью. Между тем основные идеи были высказаны именно Де Во и Тиноко и ими же теоретически было установлено наличие сильных осевых взаимодействий, стабилизирующих структуру однотяжевых и двухтяжевых полинуклеотидов, в то время как водородные связи, на которых основывалась модель Уотсона и Крика, играют второстепен-ную роль. Анализируя результаты расчетов различных авторов, можно отметить, что хотя между ними нет количественного согласия, качественный вывод Де Во и Тиноко о доминирующей роли вертикальных взаимодействий в стабилизации спирали разделяется всеми. [c.185]

    В работах [63—65] были измерены температуры плавления других биологически важных макромолекул, синтетических полинуклеотидов и природных нуклеиновых кислот. В упорядоченном состоянии молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты состоит из двух спирально переплетенных цепей. Кристаллографическая структура, определенная Криком и Уотсоном [66], допускает только один способ образования пар гетероциклическими основаниями, входящими в состав каждой из этих цепей. Анализ состава нуклеиновых кислот показывает, что концентрация пуриновых оснований равна концентрации пиримидиновых оснований поэтому образование пар через водородную связь, по статистическим соображениям, возможно только между адени-ном (А) и ТИМИНОМ (Т), и между гуанином (Г) и цитозином (Ц). При плавлении цепи разделяются и переходят в беспорядочно свернутое состояние. [c.134]

    При нагревании растворов природной рибосомной РНК или РНК некоторых вирусов, например вируса табачной мозаики (ВТМ) (стр. 152), наблюдаются такие же, хотя и менее четко выраженные, изменения. Это говорит о том, что в некоторых местах цепь РНК сгибается на себя таким образом, что пары оснований сближаются и соединяются водородными связями, образующимися между аденином и урацилом и между гуанином и цитозином (фиг. 20). Поскольку сегменты цепи, сближающиеся таким путем, могут оказаться не точно комплементарными, образование пар облегчается тем, что некоплементарные участки образуют выступающие петли (буква X на фиг. 20). Как показал рентгеноструктурный анализ, те участки молекулы, в которых цепь РНК сгибается на себя, имеют спиральное строение. Таким образом, молекула РНК представляет собой, по-видимому, полинуклеотид-ную цепь, некоторые участки которой имеют форму коротких и неполных спиралей. Б этих участках образуются пары оснований [c.56]

    Хорошо известно (см., например, [8—11]), что молекулы биополимеров в растворе могут обладать различными конформациями в зависимости от температуры, состава растворителя, концентрации водородных и других ионов в нем. Так, молекулы ДНК и синтетических полинуклеотидов в растворе могут либо иметь структуру двойной спирали, стабилизуемой внутримолекулярными водородными связями и силами ван-дер-ваальсового взаимодействия (диполь-дипольными и дисперсионными), действующими между гидрофобными группами, либо находиться в конформации статистического клубка, в которой отсутствует упорядоченная система внутримолекулярных водородных связей. Синтетические полипептиды, в том числе полипептиды, несущие ионизуемые группы, как например поли-Ь-глутаминовая кислота, поли-Ь-ли-зин, также могут находиться либо в стабилизуемой внутримолекулярными водородными связями и ван-дер-ваальсовыми силами спиральной конформации, либо в конформации клубка. Глобулярные белки обладают компактной структурой, стабилизованной гидрофобными взаимодействиями и характеризующейся в ряде случаев наличием спиральных областей при денатурации компактная структура разрыхляется, спиральные области разрушаются. [c.19]

    Только что описанный метод — изучение кинетики ферментативного гидролиза полинуклеотидов — применяется в основном для определения числа цепей в структуре [296, 297[. Метод основан на том, что одноцепочечная структура будет расщепляться ири гидролизе хотя бы по одной межнуклеотидной связи, в то время как для расщепления двухцепочечной структуры необходимо, чтобы разрыв произошел, по крайней мере, в двух местах. Если предположить, что существование индукционного периода при понижении молекулярного веса не является результатом первоначального разрыва водородных связей в особых участках молекулы, то с помощью кинетики гидролиза можно различить одно-, двух-, трехцепочечные структуры или структуры с большим числом цепей. Далее, результаты, полученные при действии панкреатической ДНК-азы на ДНК из зобной железы теленка, показали, что минимальное число нуклеотидов между разрывами в двух цепях, при котором сохраняется двухтяжная структура, равно примерно шести. Отсюда ясно, что для того чтобы молекулярный вес ДНК уменьшался, ферментативное расщепление каждой из цепей должно происходить внутри участка из шести нуклеотидных пар (рис. 8-26). [c.600]

    В последующих многочисленных работах [32—35] количественные оценки, сделанные Де Во и Тиноко, неоднократно критиковались, в частности все авторы указывали на недопустимость приближения точечных диполей и проводили учет кулоновских взаимодействий, центрируя заряды ка атомах оснований. Корректность той или иной параметризации для различных составляющих свободной энергии полинуклеотида и в настоящее время не может быть доказана с определенностью. Между тем основные идеи были высказаны именно Де Во и Тиноко и ими же теоретически было установлено наличие сильных стэкинг-взаимодей-ствий, стабилизирующих структуру однотяжевых и двухтяжевых полинуклеотидов, в то время как водородные связи, на которых основывалась ьюдель Уотсона и Крика, играют второстепенную роль. Анализируя результаты расчетов различных авторов, можно от.метить, что хотя между ними нет количественного согласия, качественный вывод Де Во и Тиноко о доминирующей роли стэ-кинг-взаимодействий в стабилизации конформаций дикулеозид-фосфатов, олигомеров, а также однотяжевых и двухтяжевых полинуклеотидов разделяется всеми авторами. [c.412]

    Исследование нуклеиновых кислот стало в последнее десятилетие одной из наиболее заманчивых областей в молекулярной биологии. С химической точки зрения как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), так и рибонуклеиновая кислота (РНК) являются полинуклеотидами, основное звено которых состоит из фосфатной группы, сахара (рибозы или дезоксирибозы) и основания (пуринового или пиримидинового) основная цепь полимера представляет собой фосфоэфир, причем на одно повторяющееся звено приходится шесть атомов цепи в соответствии с моделью двойной спирали, предложенной Уотсоном и Криком [106]. В ДНК две антипараллельные цепи полинуклеотидов завернуты в спираль и соединены друг с другом водородными связями, образующимися между гетероциклами оснований. Макромолекула РНК представляет собой однотяжную спираль, вторичная структура которой определяется внутримолекулярными взаимодействиями. Полагают, что наиболее устойчивой из нескольких возможных структур является двутяжная спираль, образуемая участками одной и той же макромолекулы, подобная спирали ДНК, но участки с некомплементарными основаниями на периферии спирали образуют петли 1107, 108]. Для того чтобы лучше понять вторичную структуру нуклеиновых кислот, были приготовлены синтетические полинуклеотиды. Эти модельные соединения широко исследованы почти теми же средствами, что и синтетические полипептиды, моделирующие структуру белков. [c.118]

    Крика. По этой модели молекула ДНК состоит из двух очень тошдлинных цепей, закрученных правильными витками вокруг одной общей для них оси в двойную спираль (она похожа на электрический шнур, состоящий из двух переплетающихся проводов). В 1969 г. в Калифорнийском университете (США) при огромном увеличении удалось получить электронно-микроскопический снимок, на котором хорошо видны обе сппрали молекулы ДНК (рис. 54). В бактериальной клетке длина молекул ДНК достигает 1 см, а в клетке человеческого тела более 1 м. Каждая из двух цепочек представляет собой полинуклеотид, т. е. полимер, в котором остатки сахара двух соседних нуклеотидов связаны фосфатными группами. Между собой такие полинуклео-тидные цепочки соединены азотистыми основаниями. При этом пуриновые основания, состоящие из двух колец, связаны слабыми водородными связями с пиримидиновыми основаниями, состоящими из одного кольца. Этими же связями удерживаются вместе две цепи всей молекулы. [c.143]


Строение ДНК

По своему химическому строению ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является биополимером, мономерами которого являются нуклеотиды. То есть ДНК — это полинуклеотид. Причем молекула ДНК обычно состоит из двух цепей, закрученных друг относительно друга по винтовой линии (часто говорят «спирально закрученных») и соединенных между собой водородными связями.

Цепочки могут быть закручены как в левую, так и в правую (чаще всего) сторону.

У некоторых вирусов ДНК состоит из одной цепи.

Каждый нуклеотид ДНК состоит из 1) азотистого основания, 2) дезоксирибозы, 3) остатка фосфорной кислоты.

Двойная правозакрученная спираль ДНК

В состав ДНК входят следующие азотистые основания: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Аденин и гуанин относятся к пуринам, а тимин и цитозин — к пиримидинам. Иногда в состав ДНК входит урацил, который обычно характерен для РНК, где замещает тимин.

Азотистые основания одной цепи молекулы ДНК соединяются с азотистыми основаниями другой строго по принципу комплементарности: аденин только с тимином (образуют между собой две водородные связи), а гуанин только с цитозином (три связи).

Азотистое основание в самом нуклеотиде соединено с первым атомом углерода циклической формы дезоксирибозы, которая является пентозой (углеводом с пятью атомами углерода). Связь является ковалентной, гликозидной (C-N). В отличие от рибозы у дезоксирибозы отсутствует одна из гидроксильных групп. Кольцо дезоксирибозы формируют четыре атома углерода и один атом кислорода. Пятый атом углерода находится вне кольца и соединен через атом кислорода с остатком фосфорной кислоты. Также через атом кислорода у третьего атома углерода присоединяется остаток фосфорной кислоты соседнего нуклеотида.

Таким образом, в одной цепи ДНК соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями между дезоксирибозой и фосфорной кислотой (фосфодиэфирная связь). Образуется фосфат-дезоксирибозный остов. Перпендикулярно ему, навстречу другой цепочке ДНК, направлены азотистые основания, которые соединяются с основаниями второй цепочки водородными связями.

Строение ДНК таково, что остовы соединенных водородными связями цепочек направлены в разные стороны (говорят «разнонаправлены», «антипараллельны»). С той стороны, где одна заканчивается фосфорной кислотой, соединенной с пятым атомом углерода дезоксирибозы, другая заканчивается «свободным» третьим атомом углерода. То есть остов одной цепочки перевернут как бы с ног на голову относительно другой. Таким образом, в строении цепочек ДНК различают 5′-концы и 3′-концы.

При репликации (удвоении) ДНК синтез новых цепочек всегда идет от их 5-го конца к третьему, так как новые нуклеотиды могут присоединяться только к свободному третьему концу.

В конечном итоге (опосредованно через РНК) каждые идущие подряд три нуклеотида в цепи ДНК кодируют одну аминокислоту белка.

Открытие строения молекулы ДНК произошло в 1953 году благодаря работам Ф. Крика и Д. Уотсона (чему также способствовали ранние работы других ученых). Хотя как химическое вещество ДНК было известно еще в XIX веке. В 40-х годах XX века стало ясно, что именно ДНК является носителем генетической информации.

Двойная спираль считается вторичной структурой молекулы ДНК. У клетках эукариот подавляющее количество ДНК находится в хромосомах, где связана с белками и другими веществами, а также подвергается более плотной упаковке.

Классическая теория водородных связей пополнилась новым сценарием

Классическая теория водородных связей дополнена совершенно новым сценарием, который может играть существенную роль в биологических процессах, связанных с реконфигурацией ДНК и РНК.

Уникальные и критически важные для углеродных форм жизни свойства воды (например, относительно высокая температура кипения), а также белков и нуклеиновых кислот вытекают из способности атома водорода устанавливать связь сразу между двумя электроотрицательными атомами. Такая связь называется водородной связью, и ее энергии, хоть и значительно меньшей, чем энергия обычной ковалентной связи, достаточно, чтобы стабилизировать сложные пространственные структуры белков и нуклеиновых кислот, заставляя их макромолекулы сворачиваться в определенную форму.

В случае ДНК, например, в двойную спираль, нити которой сцеплены водородными связями между нуклеотидами.

Одна из догм химии, которая преподается еще в школе, гласит, что свойства органических соединений во многом диктуются наличием, числом и расположением водородных связей как внутри одной молекулы, так и в межмолекулярных комплексах, например, димерах и полимерах. Но похоже, что водород — простейший и самый распространенный в нашей Вселенной элемент — преподнесет химикам еще не один сюрприз помимо своей замечательной способности, будучи ковалентно связанным с одним атомом, по-хозяйски захватывать еще и неподеленную пару электронов от другого, который может принадлежать как родной, так и чужой молекуле.

Так, исследуя природу водородных связей на примере молекул урацила, группа химиков из Университета Южной Калифорнии, работающих в сотрудничестве с отделом химических исследований лаборатории Беркли, обнаружила, что в особых случаях протоны (положительно заряженные ядра водорода)

могут путешествовать между молекулами даже тогда, когда водородные связи блокированы.

Статью с описанием этого открытия публикует Nature Chemistry.

Урацил — одно из четырех азотистых оснований, входящих в состав РНК, схожей по структуре с ДНК, которая вместо урацила включает в себя тимин. Первоначальной целью авторов было установить, как ведут себя метилированные димеры (сдвоенные молекулы) урацила, подвергнутые сильной ионизации под действием синхротронного излучения, «выбивающего» электроны из молекул, в результате чего они становятся положительно заряженными.

«Диметилурацил — странное образование, не встречаемое в естественных условиях, но нашей целью было заблокировать водородные связи между двумя идентичными мономерами урацила, присоединив по метиловой группе к каждому», — поясняет один из авторов статьи Амир Голан, представляющий участвовавшую в эксперименте группу Беркли. Компьютерные модели показали, что молекулы метилурацила с блокированными водородными связями способны выстраивать вертикальные макроструктуры — «складироваться в пачки» — посредством бокового перекрывания электронных облаков, так называемых пи-связей, перпендикулярных обычным водородным.

Собственно, целью экспериментальной части работы было изучение природы пи-связей (также играющих важную роль в конфигурации ДНК и РНК) в, так сказать, чистом виде, то есть в молекулах азотистого основания со специально заблокированными водородными связями.

Но, копая в одном месте, химики сделали открытие в другом, существенно дополнив наши представления о том, как может вести себя водород в органических молекулах.

Облучив газовую взвесь молекул диметилурацила высокоэнергетичным пучком ультрафиолета на лабораторном синхротроне в Беркли и после взвесив ее компоненты с помощью масс-спектрометра, исследователи с удивлением обнаружили, что часть ионизованных димеров урацила, не перехваченных пи-связями, распалась в мономеры, несущие по одному лишнему протону.

close

100%

«Перенос протонов — это то, чего мы никак не ожидали тут увидеть. Необходимо было выяснить, откуда могли взяться эти протоны», — описывает ход эксперимента Голан.

Роль «водородного депо» могла сыграть блокирующая водородные связи метиловая группа, которая состоит из одного атома углерода и трех атомов водорода, однако нельзя было исключать миграцию (пусть и совершенно маловероятную) протонов из других доменов урациловой молекулы.

Химики решили действовать методом исключения, начав с главного подозреваемого — метиловой группы.

С этой целью были синтезированы метиловые молекулы, в которых атомы водорода были заменены на атомы дейтерия — тяжелого водорода, ядра которого состоят из одного протона и одного нейтрона, равного ему по массе. Масс-спектрометрический анализ мономеров, полученных после облучения жестким ультрафиолетом такого утяжеленного дейтерием диметилурацила, показал, что масса получившихся молекул-мономеров увеличилась на этот раз не на одну единицу, эквивалентную массе протона, а на две. Это подтвердило подозрение, что источником беглых протонов является именно метиловая группа.

Но даже вне связи с вопросом происхождения беглых протонов эксперимент однозначно показал, что пространственная реконфигурация молекул урацила

может идти по сценарию, сильно отличающемуся от того, который предлагает теория водородных связей, когда атом водорода «ненавязчиво» захватывает неподеленную пару электронов другого атома.

Выявленная экспериментом картина выглядит иначе: при пространственной перестройке димеров потребовалось, чтобы ядра водородных атомов в метиловых группах одних мономеров переместились ближе к атомам кислорода других, соседних, мономеров урацила.

«Мораль истории, — резюмирует Голан, — заключается в том, что метиловые группы, блокирующие водородные связи, не препятствуют переносу протонов и установлению водородных связей между молекулами, но эти связи устанавливаются по другому сценарию — трансферу непосредственно протонов».

Это означает, что эти малоизученные пока сценарии могут играть существенную роль в процессах реконфигурации ДНК и РНК (в том числе и в процессе метилирования, выключающем транскрипцию отдельных участков ДНК), а также в других биологических процессах.

Урок 19. молекулярная структура живого — Естествознание — 10 класс

Естествознание, 10 класс

Урок 19. «Молекулярная структура живого»

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

  • Какие химические элементы входят в состав живой клетки;
  • Какую роль играют углеводы и липиды;
  • Как устроены белки, и как их молекулы приобретают определённую пространственную форму;
  • Что такое ферменты, и как они распознают свои субстраты;
  • Какое строение имеют молекулы РНК и ДНК;
  • Какие особенности молекулы ДНК позволяют ей играть роль носителя генетической информации.

Глоссарий по теме:

Органические соединения – химические соединения, основой строения которых являются атомы углерода; составляют отличительный признак живого.

Полимер – (от греч поли – много, мерос – часть) – многозвеньевая цепь, образующаяся при соединении друг с другом относительно простых молекул – мономеров. Их называют высокомолекулярными соединениями или макромолекулами. К ним относят белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.

Мономеры – низкомолекулярные соединения, способные к образованию макромолекул. Мономерами белков являются аминокислоты; полисахаридов – моносахариды; нуклеиновых кислот – нуклеотиды.

Денатурация – нарушение природной структуры белка (изменение пространственной формы молекулы).

Принцип комплементарности – возможность возникновения водородной связи между определёнными (соответствующими) азотистыми основаниями. Комплементарные основания: А – Т, Г – Ц. Также компилементарными являются пары А – У.

Репликация – свойство молекулы ДНК заключающееся в самодублировании молекулы на основе принципа комплементарности. Этот процесс лежит в основе наследственности.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

  1. Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 88-93.

Электронные ресурсы:

Основы биохимии. Портал открытая биология // Электронный доступ: https://biology.ru/textbook/chapter8/section1/paragraph2/

Химические вещества клетки .Проект «вся биология» // Электронный доступ: http://www.sbio.info/materials/obbiology/obbkletka/

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Чтобы познакомиться с сущностью процессов, протекающих в живых организмах, следует, в первую очередь, познакомиться с их химическим составом. Представление о мельчайших структурах даёт понимание – как способствовать сохранению своего здоровья и биологических систем более высокого ранга.

Вы уже знаете, что из 104 элементов системы Д. И. Менделеева около 70 были обнаружены в живых организмах. Т.е., химический состав живой и неживой природы один и тот же, что свидетельствует об их единстве.

Атомы в клетках не существуют самостоятельно, они образуют различные соединения, которые выполняют определённую функцию.

Одним из важнейших неорганических соединений является вода, которая в клетках вода составляет 70-80%. Из школьного курса химии, вы знаете, что вода является хорошим растворителем. Из физики, что она обладает высокой теплоёмкостью и низкой теплопроводностью. Биологическая роль воды в организме состоит в том, что вода способствует движению веществ и нормальному ходу биохимических реакций, в ней хранится тепло. При недостатке воды, температура тела спортсмена может увеличиваться на 10°, а при движении – и более, так как метаболизм проходит непрерывно и интенсивно.

Основные вещества клетки представляют собой молекулы, состоящие из взаимосвязанных атомов углерода. Такие соединения углерода получили название органические соединения. Органические соединения клетки образуют макромолекулы, представляющие собой многозвеньевые цепи – полимеры. В их числе базовыми являются белки, жиры (липиды), углеводы и нуклеиновые кислоты. Липиды и углеводы играют важную роль в построении структур организмов, выполняют энергетическую и другие важные функции.

Однако, вторую по величине группу в вашем организме составляют белки, на их долю приходится около 50% соединений. Белки выполняют самые разнообразные задачи в организме: участвуют в построении мышечных волокон или соединительной ткани; порождают движение нашего тела; выполняют другие важные функции в организме. Например, – транспортную (гемоглобин), рецепторную, сигнальную, или регуляторную (белки-гормоны), каталитическую (белки-ферменты), защитную (антитела, интерфероны), энергетическую (при расщеплении 1г. белка выделяется 17,6 кДж энергии). Можно сказать, что практически нет таких процессов в биологической системе, которые бы шли без участия белков.

Структура белков. Белки (полипептиды) представляют собой высокомолекулярные соединения, которые состоят из большого количества остатков α-аминокислот соединённых пептидной связью . Эта молекулярная (или полипептидная) цепь (первичная структура) складывается всего из 20 аминокислот, несмотря на их огромное количество в природе. Вторичная структура (пространственное расположение молекулярной цепи) является результатом возникновения водородных связей между близко расположенных аминокислот в молекулярной цепи. В результате молекула приобретает форму спирали. Дальнейшая упаковка молекулы в компактные структуры приводит к образованию клубочков (глобул) – так называемой Третичной структуре. Под Четвертичной структурой понимают форму упаковки сложных белков, состоящих из двух или более полипептидных цепочек (например, гемоглобин, хлорофилл и др). Упаковка каждого типа белка уникальна, поскольку связана с первичной структурой, т.е. определённым набором и последовательностью аминокислот в цепочке. Именно в третичной и четвертичной структурах белок способен выполнять свои непосредственные функции.

Белок может терять, присущую ей, трёхмерную структуру (денатаруция). Это изменение может носить временный или постоянный характер, но и в том и в другом случае последовательность аминокислот белка остаётся неизменной. При денатурации молекула развёртывается и теряет способность выполнять свою обычную биологическую функцию. Вызвать денатурацию могут нагревание, воздействие различных излучений, взаимодействие с сильными кислотами, щелочами и концентрированными растворами солей, органическими растворителями. Обратный процесс – приобретение начальной структуры, получил название – ренатурация.

Такая способность к самоорганизации – уникальное свойство белков, определяющее выполнение ими функций. Свернувшись определённым образом, молекула-фермент может связаться только со своим специфичным веществом (субстратом), присоединив его к активному центру. При помощи белка-фермента происходят химические преобразования субстрата в конечный продукт. Например, фермент пищеварительного тракта липаза расщепляет только жиры. Биологическое значение ферментов – ускорение протекания биохимических реакций, т.е. являются биологическими катализаторами.

Собранные из 20-ти аминокислот белки можно представить как буквы в словах – их разные комбинации создают многообразие слов (белков). Набор белков для каждого организма уникален! Именно сочетание уникальных белков определяет различия и сходства организмов.

Каждому организму ежедневно требуется производить огромное количество белков. Как при этом не допускаются ошибки? В этом механизме безошибочной сборки белков участвуют нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты представляют собой многозвеньевые цепи, звеньями которых являются нуклеотиды. Нуклеотиды состоят из остатка фосфорной кислоты, углевода и азотистого основания. Различаются нуклеотиды по последнему компоненту: аденин, тимин, цитозин, гуанин и урацил (А, Т, Г, Ц, У – сокращённые буквенные обозначения).

Соединение нуклеотидов в цепочку происходит благодаря связи между углеводом одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого, что определяет направленность молекулы (начало-конец).

В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеотида (рибоза или дезоксирибоза), различают рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

Модель строения молекулы ДНК предложили ДЖ.Уотсон и Ф.Крик в 1953 году. На основе экспериментальных данных было установлено, что количество А=Т, Г=Ц. Молекула ДНК состоит из двух цепочек закрученных спирально вправо. Цепочки удерживаются друг возле друга за счёт водородных связей, которые возникают между комплементарными азотистыми основаниями: А — Т и Г – Ц. Пара полинуклеотидных цепей расположенных комплементарно друг другу называют комплементарными цепями.

Принцип комплементарности позволяет не только молекуле безошибочно само восстанавливаться, но и само удваиваться. Процесс самодублирования молекулы ДНК – репликации, происходит при участии сложного набора ферментов, которые разъединяют комплементарные цепи. На каждой одиночной (материнской) полинуклеотидной цепи начинается сборка новых цепей ДНК. Под действием группы ферментов, так называемой ДНК-полимеразы, нуклеотиды соединяются в цепи и в результате воссоздаются две идентичные двойные спирали ДНК. Репликация молекулы ДНК может происходить безошибочно многократно.

Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок аминокислот в молекулах белков. ДНК организма хранит информацию о всём наборе белков, определяющим свойства клеток и организма в целом. Благодаря наличию механизма репликации, эта информация может быть передана поколениям потомков. Поэтому молекулы ДНК являются носителями наследственной информации.

В отличие от ДНК молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи. Существует несколько типов РНК, которые выполняют в клетке разные функции:

— информационная или матричная РНК (мРНК) – играет роль посредника при передаче генетической информации от ДНК к структурам клетки, синтезирующим белок, — рибосомам;

— рибосомные РНК (р-РНК) – вместе с белками формируют рибосомы,

— транспортные РНК (тРНК), доставляют аминокислоты к месту синтеза белка,

и некоторые другие.

Вывод

Клетки всех живых существ обладают схожестью элементного химического состава, а также обнаруживает общность живого и неживого. Молекулярную структуру живого составляют белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты. Органические соединения клетки образуют макромолекулы, представляющие собой многозвеньевые цепи – полимеры. Такое сходство химического состава является подтверждением единства происхождения всего живого.

Белки принимают участие практически во всех биохимических реакциях клетки и организма. Цепочки молекул белка построены из 20 аминокислот в разных комбинациях и последовательностях. Для каждого организма состав белков уникален. Последовательность аминокислот белков организма зашифрована в молекула ДНК. Способность ДНК к самокопированию (репликации) обеспечивает возможность передачи генетической информации в живой природе.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Выберите один ответ:

Пространственную структуру в виде глобулы характерно для структуры белка называемой:

  • Первичной;
  • Вторичной;
  • Третичной;

Ответ: Третичной

Пояснение: первичная структура линейная последовательность аминокислот белка, вторичная – молекула образует спираль.

Задание 2. Найдите ошибку (ошибки) и вычеркните их.

«Молекулы белков состоят из остатков аминокислот и азотистых оснований. Замена одного аминокислотного звена другим в белковой молекуле не изменяет её свойств. Нарушение природной структуры белка называется денатурацией. При этом белки не утрачивают биологическую активность. Денатурация может происходить под действием радиации, низкой температуры, ряда органических растворителей (спирт, ацетон), воды.»

Ответ: «Молекулы белков состоят из остатков аминокислот и азотистых оснований. Замена одного аминокислотного звена другим в белковой молекуле не изменяет её свойств. Нарушение природной структуры белка называется денатурацией. При этом белки не утрачивают биологическую активность. Денатурация может происходить под действием радиации, низкой температуры, ряда органических растворителей (спирт, ацетон), воды

Пояснение: азотистые основания не входят в состав белков, это составная часть нуклеотидов (мономеров нуклеиновых кислот).

водородная связь — это… Что такое водородная связь?

водородная связь
Термин
водородная связь
Термин на английском
hydrogen bond
Синонимы
Аббревиатуры
H-bond
Связанные термины
клатрат, когезия, протеомика, супрамолекулярная химия, нанодиапазон, межмолекулярное взаимодействие
Определение
притяжение между ковалентно связанным атомом водорода и ковалентно связанным электроотрицательным атомом (O, N, F, Cl).
Описание

Для водородной связи необходимо наличие двух полярных ковалентных связей, в образовании одной из которых участвует атом водорода, а другой — электроотрицательный атом (кислород, азот, галоген). Как правило, водородная связь возникает между молекулами — это одно из самых распространенных межмолекулярных взаимодействий, хотя известны и многие примеры внутримолекулярных водородных связей (например, в белках). Водородная связь считается ключевым взаимодействием в супрамолекулярной химии. Она определяет структуру белков, двойной спирали ДНК (рис. 1), воды и льда (рис. 2), супрамолекулярных ансамблей, полимеров, оказывает влияние на свойства многих растворов.

Энергия меняется в широких пределах — от 5 до 100 кДж/моль, однако обычно водородная связь намного слабее ковалентных связей (рис. 3). В зависимости от энергии, водородная связь имеет различный характер — от чисто электростатического (слабые связи) до преимущественно ковалентного (сильные связи).

Авторы
  • Еремин Вадим Владимирович, д.ф.-м.н.
Ссылки
  1. Стид Дж.В., Этвуд Дж.Л. Супрамолекулярная химия. Т. 1 — М.: Академкнига, 2007 — гл. 1.7.4.
Иллюстрации

Рис. 1 — Водородные связи между азотистыми основаниями, определяющие структуру ДНК

Рис. 2 — Водородные связи в жидкой и твердой воде

Рис. 3 — Сравнение энергий водородных и ковалентных связей (в кДж/моль)


Теги
Разделы
Биомиметические наноматериалы
Выделение и иммобилизация биологических веществ с применением наноматериалов
Молекулярное распознавание c применением наноматериалов
Ферментные сенсоры и другие биосенсоры
Бионаноматериалы и биофункционализированные наноматериалы
Элементы или наборы элементов, контролируемо модифицированные функциональными молекулами, мицеллами или биологическими объектами субмикронных размеров
Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства
Органические и полимерные наноматериалы и волокна

Энциклопедический словарь нанотехнологий. — Роснано. 2010.

  • вискозиметрия
  • волновод

Полезное


Смотреть что такое «водородная связь» в других словарях:

  • ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ — ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ, ХИМИЧЕСКАЯ связь, образующаяся между некоторыми молекулами, содержащими водород. Атом водорода должен быть связан с электроотрицательным (отталкивающим электроны) атомом; связь возникает между положительным зарядом атома… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ — тип связи, промежуточный между ковалентной химической связью и невалентным межат. вз ствием и осуществляющийся с участием атома водорода, расположенного либо между молекулами, либо между атомами внутри молекулы. Примером межмолекулярной В. с. явл …   Физическая энциклопедия

  • ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ — вид химической связи типа А Н…А ; образуется в результате взаимодействия атома водорода, связанного ковалентной связью с электроотрицательным атомом А (N, O, S и др.), и неподеленной парой электронов другого атома А (обычно O, N). Атомы А и А… …   Большой Энциклопедический словарь

  • водородная связь — – особый вид трехцентровой химической связи X H…Y, в которой центральный атом водорода, соединенный ковалентной связью с электроотрицательным атомом X (C, N, O, S) образует дополнительную связь с атомом Y (N, O, S), имеющим направленную вдоль… …   Химические термины

  • водородная связь — — [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN hydrogen bond …   Справочник технического переводчика

  • Водородная связь — Пример межмолекулярных водородных связей Водо …   Википедия

  • водородная связь — вид химической связи типа А Н…А ; образуется в результате взаимодействия атома водорода, связанного ковалентной связью с электроотрицательным атомом A (N, O, S и др.), и неподелённой парой электронов другого атома А (обычно О, N). Атомы А и А… …   Энциклопедический словарь

  • Водородная связь —         вид химического взаимодействия атомов в молекулах, отличающийся тем, что существенное участие в нём принимает атом водорода (Н), уже связанный ковалентной связью с другим атомом (А). Группа А Н выступает донором протона (акцептором… …   Большая советская энциклопедия

  • ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ — невалентное взаимод. между группой АН одной молекулы (RAH) и атомом В другой (BR ). В результате этого взаимод. образуется устойчивый комплекс RAH…BR с межмолекулярной B.C., в к ром атом водорода играет роль мостика, соединяющего фрагменты RA и …   Химическая энциклопедия

  • водородная связь — hydrogen bond водородная связь. Cлабое электростатическое взаимодействие между атомами водорода, связанными с атомами кислорода либо азота; В.с. слабее ковалентной связи; В.с. играет важную роль в образовании структур высшего порядка у… …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.


Между азотистыми основаниями образуются ВОДОРОДНЫЕ связи.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ – полимерные молекулы, мономерами которых являются нуклеотиды. Основная функция нуклеиновых кислот: хранение, передача и реализация генетической информации.

Нуклеотиды – мономеры нуклеиновых кислот. Состоят из:

1) Азотистое основание – пуриновые и пиримидиновые. К пуриновым азотистым основаниям относятся аденин и гуанин. К пиримидиновым – урацил, тимин, цитозин. Во всех клетках — прокариотических и эукариотических — в состав нуклеиновых кислот входят эти пять основных азотистых оснований.

2) Пятиуглеродный сахар (моносахарид) – рибоза в РНК, дезоксирибоза в ДНК

3) Остаток фосфорной кислоты

СТРОЕНИЕ НУКЛЕОТИДА ДНК

Нуклеотид РНК будет выглядеть также, только Тимин заменяется Урацилом, а дезоксирибоза – рибозой.

ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА (ДНК)

Модель строения ДНК была предложена Уотсоном и Криком в 1953 году.

Молекула ДНК состоит из двух цепей нуклеотидов, закрученных в правостороннюю спираль.

Диаметр этой спирали – 2 нанометра.

Длина одного «завитка» спирали – 3,4 нанометра.

Один «завиток» содержит 10 ПАР нуклеотидов.

Суммарная длина ДНК ядра одной клетки человека – около 2 метров.

Между азотистыми основаниями образуются ВОДОРОДНЫЕ связи.

Между аденином и тимином – 2 водородные связи.

Между гуанином и цитозином – 3 водородные связи.

По принципу комплементарности: А=Т, Г=Ц

Из этого следует правило Чаргаффа:

1) число пуринов (А+Г) равно числу пиримидинов (Т+Ц)

2) число А=Т, число Г=Ц

 

В клетках эукариот ДНК находится в ядре. Там совместно с белками ДНК образует хромосомы. Хромосомы хорошо видны в период деления клетки (они спирализованы). В неделящейся клетке (в период интерфазы) хромосомы раскручены (деспирализованы), поэтому плохо видны в световой микроскоп.

Также ДНК локализуется в митохондриях и пластидах. Здесь ДНК представляет собой двуспиральную молекулу, замкнутую в кольцо.

В клетках прокариот ДНК находится непосредственно в цитоплазме в виде нуклеоида (замкнутая в кольцо двуцепочечная молекула), а также в плазмидах (маленькие молекулы ДНК, которые способны делиться независимо от нуклеоида).

Свойства ДНК:

1) Репликация (самоудвоение) – происходит в интерфазу перед делением клетки. Это происходит для того, чтобы после деления клетки у каждой дочерней был полный набор молекул ДНК. Репликация происходит с участием ферментов (ДНК-полимераз).

2) Репарация (самовоспроизведение) – способность ДНК исправлять возникшие в ней изменения

 

Как происходит репликация ДНК?

Репликация — сложный процесс, идущий с участием ферментов (ДНК-полимераз)

Репликация осуществляется под действием ферментов. Молекула ДНК раскручивается и около каждой цепи, выступающей в роли МАТРИЦЫ, по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна цепь является материнской, а вторая — вновь синтезированной. Раскручивание молекулы происходит на небольшом отрезке (несколько десятков нуклеотидов), называемом репликативной вилкой.

 

Рис 1 рис 2

Здесь (рис 1) представлен фрагмент одного нуклеотида ДНК. Целая цепочка ДНК содержит множество таких нуклеотидов, лежащих друг под другом (рис 2)

У цепи ДНК есть два конца: 3-штрих и 5-штрих. На 3 штрих конце находится свободная ОН-группа, на 5 штрих конце находится остаток фосфорной кислоты.

 

ДНК-полимеразы (ферменты репликации) могут двигаться только в одном направлении. От 3-штрих конца к 5-штрих концу.

У нас есть 2 цепочки ДНК. Находятся они друг напротив друга

 

Соответственно на каждой цепи ДНК-полимераза двигается в разные стороны.

По одной цепи процесс репликации происходит непрерывно – это лидирующая цепь

По другой цепи репликация происходит фрагментами – называются они фрагменты Оказаки, которые после завершения репликации сшиваются в одну полноценную цепь. Эта цепь называется отстающей.

Таким образом, на цепи 3′-5′ репликация идет непрерывно, а на цепи 5′-3′ — прерывисто

Еще раз схематично опишу процесс репликации:


Узнать еще:

22.2: Структура и функции ДНК

ПУТЬ ДЛЯ ЖЕНЩИН В НАУКЕ И ЗДРАВООХРАНЕНИИ

Исторически женщины были недопредставлены в науке и медицине, и часто их новаторский вклад оставался относительно незамеченным. Например, хотя Розалинда Франклин провела исследования дифракции рентгеновских лучей, демонстрирующие двойную спиральную структуру ДНК, именно Уотсон и Крик прославились этим открытием, опираясь на свои данные. До сих пор остаются большие разногласия по поводу того, было ли уместным получение ими ее данных и способствовали ли личные конфликты и гендерная предвзятость задержке признания ее значительного вклада.Точно так же Барбара МакКлинток провела новаторскую работу в области генетики кукурузы (кукурузы) с 1930-х по 1950-е годы, открыв транспозоны (прыгающие гены), но она была признана намного позже, получив Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1983 году (рисунок \ (\ PageIndex {9} \)).

Сегодня женщины по-прежнему недопредставлены во многих областях науки и медицины. В то время как женщины получают более половины ученых степеней бакалавра естественных наук, женщины получают только 46% докторских степеней.В академических кругах число женщин на каждом уровне карьерного роста продолжает сокращаться, при этом женщины занимают менее одной трети должностей ученых с докторской степенью на штатных должностях и менее четверти должностей. полное профессорство в 4-летних колледжах и университетах. 7 Даже в медицинских профессиях, как и почти во всех других областях, женщины часто недопредставлены во многих медицинских профессиях и зарабатывают значительно меньше, чем их коллеги-мужчины, как показано в исследовании 2013 года, опубликованном в журнале Американской медицинской ассоциации . 8

Почему такое неравенство продолжает существовать и как нам разорвать эти циклы? Ситуация сложна и, вероятно, является результатом сочетания различных факторов, в том числе того, как общество определяет поведение девочек с раннего возраста и поддерживает их интересы как в профессиональном, так и в личном плане. Некоторые предполагали, что женщины не принадлежат к лаборатории, в том числе лауреат Нобелевской премии Тим Хант, чьи публичные комментарии 2015 года о том, что женщины слишком эмоциональны для науки 9 , были встречены повсеместным осуждением.

Возможно, девочек с раннего возраста следует больше поддерживать в области естественных наук и математики (рис. \ (\ PageIndex {9} \)). Программы в области науки, технологий, инженерии и математики (STEM), спонсируемые Американской ассоциацией женщин с университетским образованием (AAUW) 10 и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) 11 , являются отличными примерами программ, которые предлагают такую ​​поддержку. Вклад женщин в науку должен быть более широко известен общественности, а маркетинг, ориентированный на молодых девушек, должен включать больше изображений исторически и профессионально успешных женщин-ученых и медицинских работников, поощряя все яркие молодые умы, включая девушек и женщин, к продолжению карьеры. в науке и медицине.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): (a) Работа Барбары МакКлинток по генетике кукурузы в 1930-1950-х годах привела к открытию транспозонов, но ее значение в то время не было признано. (b) Усилия по обеспечению надлежащего наставничества и постоянной социальной поддержки женщин в науке и медицине могут когда-нибудь помочь решить некоторые из проблем, препятствующих гендерному равенству на всех уровнях в науке и медицине. (кредит a: модификация работы Смитсоновского института; кредит b: модификация работы Haynie SL, Hinkle AS, Jones NL, Martin CA, Olsiewski PJ, Roberts MF)

Структура ДНК | HowStuffWorks

ДНК является одной из нуклеиновых кислот , содержащих информацию молекул в клетке ( рибонуклеиновая кислота, или РНК, является другой нуклеиновой кислотой).ДНК находится в ядре каждой клетки человека. (См. Боковую панель внизу страницы для получения дополнительной информации о РНК и различных типах клеток). Информация в ДНК:

  • направляет клетку (вместе с РНК) в создании новых белков, которые определяют все наши биологические черты.
  • передается (копируется) от одного поколения к следующему

Ключ ко всем этим функциям находится в молекулярной структуре ДНК, как описано Уотсоном и Криком.

Хотя это может показаться сложным, ДНК в клетке на самом деле представляет собой всего лишь структуру, состоящую из четырех различных частей, называемых нуклеотидами .Представьте себе набор блоков, состоящий всего из четырех фигур, или алфавит, состоящий только из четырех букв. ДНК — это длинная цепочка из этих блоков или букв. Каждый нуклеотид состоит из сахара ( дезоксирибоза, ), связанного с одной стороны с фосфатной группой и связанной с другой стороны с азотистым основанием .

Существует два класса азотистых оснований, называемых пуринами (двухкольцевые структуры) и пиримидинами (однокольцевые структуры).Четыре основания в алфавите ДНК:

  • аденин (A) — пурин
  • цитозин (C) — пиримидин
  • гуанин (G) — пурин
  • тимин (T) — пиримидин

Уотсон и Крик обнаружили, что ДНК имеет две стороны или нити, и что эти нити скручены вместе, как скрученная лестница — двойная спираль . Стороны лестницы содержат сахарно-фосфатные части соседних нуклеотидов, связанных вместе.Фосфат одного нуклеотида ковалентно связан (связь, в которой одна или несколько пар электронов разделяются двумя атомами) с сахаром следующего нуклеотида. Водородные связи между фосфатами заставляют нить ДНК скручиваться. Азотистые основания направлены внутрь на лестнице и образуют пары с основаниями на другой стороне, как ступеньки. Каждая пара оснований образована двумя комплементарными нуклеотидами (пурин с пиримидином), связанными вместе водородными связями. Пары оснований в ДНК — это аденин с тимином и цитозин с гуанином .

В следующем разделе мы узнаем, какой длины нити ДНК помещаются внутри крошечной клетки.

Азотистые основания: водородная связь, обзор — видео и стенограмма урока

Типы азотистых оснований

Аденин , сокращенно «А», имеет 2-кольцевую структуру, что делает его пурином . Когда он находится в ДНК, он соединяется с тимином. Когда он находится в РНК, он соединяется с урацилом. Аденин также выполняет другие функции в клетке: он составляет часть энергии молекулы АТФ и переносчиков электронов FAD и NAD, которые используются в клеточном дыхании.

Тимин , сокращенно «Т», представляет собой пиримидин , что означает, что он имеет 1-кольцевую структуру. Он присутствует только в ДНК, где соединяется с аденином. Как мы только что отметили, его двоюродный брат урацил выполняет ту же функцию в РНК.

Урацил , сокращенно U, встречается в РНК. Это пиримидин, и он связывается с аденином (представьте, что он выполняет ту же функцию в РНК, что и тимин в ДНК).

Гуанин , сокращенно «G», является частью как ДНК, так и РНК, где он связывается с цитозином.Гуанин — это пурин (забавный факт: он был впервые обнаружен в фекалиях птиц, известный как гуано, отсюда и название).

Цитозин , сокращенно «С», является частью ДНК и РНК и связывается с гуанином. У него одно кольцо, значит, это пиримидин.

Что в азотной основе?

Итак, что в азотной основе? Первая подсказка находится в названии — они содержат азота и , что вы можете увидеть как букву «N» на диаграммах сопряжения. В то время как углерод всегда образует четыре связи с другими атомами, азот образует три настоящие ковалентные связи и имеет дополнительную пару электронов.Эта пара делает азот слегка отрицательным, поэтому он может притягиваться к водороду и образовывать слабую водородную связь . Мы поговорим об этом подробнее в разделе о создании пары.

Как я упоминал ранее, существует два типа азотистых оснований: пуринов , которые имеют форму двойного кольца, и пиримидинов , которые имеют форму одиночного кольца. Не можете вспомнить, какие из них пурины? Подумайте о фразе «Girls Are Pure», обозначающей гуанин и аденин, и представьте девушку с двумя серьгами-кольцами.

Объединение в пары

Обратите внимание, что пурин (с двумя кольцами) всегда связывается с пиримидином (с одним кольцом), который идеально вписывается в ДНК — каждая пара оснований всегда одного размера: три кольца шириной. Ступеньки плоские, как ступеньки настоящей лестницы, что помогает основанию складываться, не мешая друг другу.

Азот на одном основании притягивается к водороду на его партнере, что мы называем водородной связью . Подумайте о том, как статическое электричество может заставить носок прилипнуть к вашим штанам, когда они вынуты из сушилки; носок легко снять, но он будет оставаться там, пока вы его не снимете.Таковы водородные связи. Это не настоящая ковалентная связь, а просто влечение, которое временно удерживает вещи вместе.

Поскольку водородные связи слабые, ферменты могут легко разорвать их, когда пришло время открыть цепь ДНК для создания копии. А поскольку у каждой основы всегда один и тот же партнер, ферменты знают, какую основу поместить на соответствующую нить. Например, если у вас есть нить с буквой A, вы знаете, что у другой нити должна быть буква T в том же месте. Давайте рассмотрим.

Резюме урока

Если вы думаете о ДНК как о витой лестнице, азотистых оснований — это ступеньки.«Они имеют форму плоских колец. Их функция — быть «буквами», обозначающими последовательность (некоторые, например, аденин , также играют другие роли в клетке). Азотистые основания образуют водородных связей , которые позволяют им образовывать пары со своим партнером. В ДНК это G к C и от A к T. В РНК U занимает место T. Связи достаточно сильны, чтобы удерживать двойную цепь ДНК вместе, но достаточно слабые, чтобы ферменты могли легко расстегнуть эту цепь, когда пришло время сделать ее. копия.

Результаты обучения

Когда вы закончите, вы сможете:

  • Назвать азотистые основания
  • Описание компонентов азотистых оснований
  • Обсудите связи между азотистыми основаниями

Структура ДНК и РНК — AP Biology

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Структура РНК

— Биология Видео от Brightstorm

Структура РНК представляет собой одну цепь, состоящую из нуклеотидов. В отличие от ДНК, он не имеет формы двойной спирали, но содержит ряд азотистых оснований (аденин, урацил, гуанин и цитозин).РНК может временно образовывать водородные связи между основаниями двух цепей.

Когда люди думают о нуклеиновых кислотах, они обычно думают о ДНК, но есть еще одна молекула РНК, которая не менее важна. Это тот, который берет информацию, которая хранится в ДНК, и отправляет ее в клетку, чтобы клетка действительно могла использовать эту информацию. ДНК — это действительно длинная молекула. ​​РНК, как правило, более короткая молекула, но она так же важна, как и ДНК.Именно рабочие помогают выполнять часть информации и инструкций ДНК, и она построена вместе, так же как ДНК, поэтому давайте рассмотрим подробнее.

Основными строительными блоками, из которых состоит РНК, являются нуклеотиды, как и в ДНК. Так же, как ДНК, у нее есть фосфатная группа, которая придает ей сильный отрицательный заряд, в ней есть пять углеродных сахаров, иногда называемых пентозой, и какое-то азотсодержащее основание или азотистое основание. Одно из различий между ДНК и РНК, которое следует иметь в виду, заключается в том, что такое пентозный сахар.Дезоксирибоза и рибоза — это два сахара. Дезоксирибоза. Можете ли вы угадать, в каком из них это используется? Ты прав! ДНК, которая означает нуклеиновую кислоту дезоксирибозы, в то время как РНК Рибонуклеиновая кислота использует рибозу, и если вы посмотрите на названия, они выглядят очень похоже, на самом деле, если я скрываю дезокси, я вижу слово рибоза, что это означает? Ну, это рибоза, вот здесь, на втором атоме углерода, есть группа ОН или гидроксильная группа для тех, кто занимается химией. Если я сниму этот кислород, то есть вычитаю его, я деоксигенировал эту рибозу здесь и смотрю, все, что осталось, это водород, так что это разница между рибозой и дезоксирибозным сахаром.

Еще одно отличие, которое вы увидите в структуре нуклеотидов, заключается в том, что в ней используются те же гуанин, аденин и цитозин, что и в ДНК, но вместо тимина используется особый вид пиримидина, называемый урацилом. Теперь, чтобы соединить молекулы РНК вместе, это работает почти так же, как соединение молекул ДНК вместе. Вы берете наш фосфат, сахар и азотистое основание, то есть нуклеотид, и вводите фосфатную группу следующего, и она соединяет фосфат с этим сахаром, а затем вы расширяете это, и таким образом вы накручиваете длинную цепь нуклеотидов РНК с их основаниями. торчащие из фосфатов и сахаров, образующих основу нити.

Теперь вы знакомы с этим с ДНК и знаете, что ДНК часто скручивается, образуя очень известную двойную спираль. Что ж, РНК не может этого сделать, но потому, что без добавления кислорода, который находится прямо здесь, на этом углероде, он имеет тенденцию делать его нестабильным на длинных отрезках, чтобы иметь двойную спиральную форму. Однако для коротких участков вы можете, и способ, которым вы можете сформировать цепь РНК в цепь РНК или РНК в цепь ДНК, следует тем же правилам спаривания оснований, что и ДНК с большим количеством скручиваний. Помните, что РНК не использует тимин, она использует урацил.ДНК, если мы связываем ДНК с РНК, и у нас здесь РНК аденин, это должен быть тимин для ДНК, но если бы я делал РНК на РНК, где у меня есть аденин, мне пришлось бы использовать урацил, который вы бы Сократите u, чтобы, если у меня здесь есть нить RNa, это a, c, a, я следую стандартным правилам спаривания оснований от a до t или u, от g до c, так что здесь c есть гуанин или g. Вот пример того, как я поместил тимин, так что это довольно просто, это очень похоже на ДНК, только с этими небольшими отличиями одна мнемоника или трюк, чтобы помочь вам запомнить ключевое отличие использования урацила вместо тимина, это запомнить, какое сокращение для урацила, это будет буква u, так что просто подумайте в своей голове, что вы правы, и если да, то вы правы.

Репликация


Создано Джорджем Райсом, Государственный университет Монтаны


В общем, ДНК реплицируется путем раскручивания спирали, разделения цепей путем разрыва водородных связей между комплементарными цепями и синтеза двух новых цепей путем спаривания комплементарных оснований. Репликация начинается в определенном участке ДНК, который называется точкой начала репликации. Репликация ДНК является двунаправленной от точки начала репликации.Чтобы начать репликацию ДНК, раскручивающие ферменты, называемые ДНК-геликазами, заставляют две родительские цепи ДНК раскручиваться и отделяться друг от друга в точке начала репликации с образованием двух «Y-образных» вилок репликации. Эти репликационные вилки и являются фактическим местом копирования ДНК. Белки, дестабилизирующие спираль, связываются с одноцепочечными областями, поэтому две цепи не соединяются повторно. Ферменты, называемые топоизимеразами, производят разрывы в ДНК, а затем воссоединяются с ними, чтобы снять напряжение в спиральной молекуле во время репликации.Поскольку нити продолжают раскручиваться и разделяться в обоих направлениях вокруг всей молекулы ДНК, водородная связь свободных нуклеотидов ДНК с нуклеотидами на каждой родительской нити дает новые комплементарные нити. Поскольку новые нуклеотиды выстраиваются в линию напротив каждой родительской цепи за счет водородных связей, ферменты, называемые ДНК-полимеразами, присоединяются к нуклеотидам посредством фосфодиэфирных связей. Фактически, нуклеотиды, выстраивающиеся путем комплементарного спаривания оснований, представляют собой дезоксинуклеозидтрифосфаты, состоящие из азотистого основания, дезоксирибозы и трех фосфатов.Когда фосфодиэфирная связь образуется между 5′-фосфатной группой нового нуклеотида и 3′-ОН последнего нуклеотида в цепи ДНК, два фосфата удаляются, обеспечивая энергию для связывания. Наконец, каждая родительская цепь служит шаблоном для синтеза комплементарной копии самой себя, в результате чего образуются две идентичные молекулы ДНК.

Ссылки по теме

Учебные ресурсы

Следующие ресурсы были первоначально доступны через коллекцию цифровых ресурсов BioSciEd Net (BEN), которая является Национальной научной цифровой библиотекой (NSDL) Pathway для образования в области биологических наук.Чтобы получить дополнительные учебные ресурсы, посетите BEN, чтобы использовать их базу данных с возможностью поиска. BEN можно использовать бесплатно, но требуется регистрация.

  • Репликация ДНК: Анимация процесса репликации ДНК, предоставленная MicrobeLibrary.org.
  • Репликация ДНК в эукариотических клетках: для использования этой обзорной статьи (для студентов и аспирантов) от MicrobeLibrary.org может потребоваться подписка.

Структура ДНК — Введение в генетический анализ

Хотя структура ДНК не была известна, основные строительные блоки ДНК были известен уже много лет.Основные элементы ДНК были выделены и определены частичное разрушение очищенной ДНК. Эти исследования показали, что ДНК состоит только из четыре основные молекулы, называемые нуклеотидами, идентичны, за исключением каждый из которых содержит различное азотное основание. Каждый нуклеотид содержит фосфат, сахар (типа дезоксирибозы) и одно из четырех оснований (). Когда фосфатная группа отсутствует, основание и дезоксирибоза образуют скорее нуклеозид, чем нуклеотид. Четыре основания — это аденин, гуанин, цитозин, и тимин.Полные химические названия нуклеотидов — дезоксиаденозин. 5′-монофосфат (дезоксиаденилат или dAMP), 5′-монофосфат дезоксигуанозина (дезоксигуанилат или dGMP), дезоксицитидин 5′-монофосфат (дезоксицитидилат или dCMP) и дезокситимидин-5′-монофосфат (дезокситимидилат или dTMP). Однако это удобнее просто обозначать каждый нуклеотид по аббревиатуре его основания (A, G, C и T соответственно). Два основания, аденин и гуанин, похожи в составе и называются пуринов. Два других основания, цитозин и тимин, также похожи и называются пиримидинами .

Рисунок 8-4

Химическая структура четырех нуклеотидов (два с пуриновыми основаниями и два с пиримидиновыми основаниями), которые являются основными строительными блоками ДНК. Сахар называется дезоксирибоза , потому что это разновидность обычного сахара, рибозы, которая имеет еще один кислород (подробнее …)

После того, как стала ясна центральная роль ДНК в наследственности, многие ученые решили определить точную структуру ДНК.Как может молекула с таким ограниченным диапазоном различных компонентов, возможно, хранят широкий спектр информации обо всех белковые первичные структуры живого организма? Первым удалось поставить строить блоки вместе и найти разумную структуру ДНК — Уотсон и Крик в 1953 г. — работал по двум типам улик. Сначала Розалинд Франклин и Морис Уилкинс накопил рентгеноструктурные данные о структуре ДНК. В таких экспериментах рентгеновские лучи стреляют по волокнам ДНК, и за рассеянием лучей от волокна наблюдают ловить их на фотопленке, где рентгеновские лучи образуют пятна.Угол разброс, представленный каждым пятном на пленке, дает информацию о положении атом или определенные группы атомов в молекуле ДНК. Эта процедура непростая выполнять (или объяснять), и интерпретация точечных паттернов очень сложно. Имеющиеся данные позволяют предположить, что ДНК длинная и тонкая, а также две одинаковые части, которые параллельны друг другу и проходят по длине молекула. Рентгеновские данные показали, что молекула имеет спиралевидную (спиралевидную) форму.Другой закономерности присутствовали в образцах пятен, но никто еще не придумал трехмерная структура, которая могла бы объяснить только эти узоры пятна.

Второй набор подсказок, доступных Уотсону и Крику, пришел из работы, проделанной несколькими годами ранее Эрвин Чаргафф. Изучение большого количества ДНК из разных организмов (), Чаргафф установили определенные эмпирические правила относительно количеств каждого компонента ДНК:

Таблица 8-1

Молярные свойства оснований * в ДНК из различных источников.

1.

Общее количество пиримидиновых нуклеотидов (Т + С) всегда равно общему количеству количество пуриновых нуклеотидов (A + G).

2.

Количество T всегда равно количеству A, а количество C всегда равно количеству G. Но количество A + T не обязательно равно количество G + C, как видно в последнем столбце. Это соотношение варьируется в зависимости от разные организмы.

Двойная спираль

Структура, которую Ватсон и Крик извлекли из этих подсказок, представляет собой двойную спираль, которая выглядит скорее как две взаимосвязанные пружины.Каждая пружина (спираль) представляет собой цепочку нуклеотидов. удерживаются вместе фосфодиэфирными связями, в которых фосфатная группа образует мостик между группами -ОН на двух соседних остатках сахара. Два «Пружины» (спирали) удерживаются вместе водородными связями, в два электроотрицательных атома «делят» протон между основаниями. Водород между атомами водорода с небольшим положительным зарядом и акцептором образуются связи. атомы с небольшим отрицательным зарядом. Например,

Каждый атом водорода в группе NH 2 является слабоположительным (δ + ), потому что атом азота стремится притягивать электроны связь N – H, в результате чего у атома водорода остается немного меньше электронов.В Атом кислорода имеет шесть несвязанных электронов во внешней оболочке, что делает его слегка отрицательная (δ ). Между одним H и O образуется водородная связь. Водородные связи довольно слабые (всего около 3% от силы ковалентная химическая связь), но эта слабость (как мы увидим) играет важную роль роль в функции молекулы ДНК в наследственности. Еще одно важное химический факт: водородная связь намного сильнее, если участвующие атомы «Указывая друг на друга» в идеальной ориентации.

Водородные связи образованы парами оснований и обозначены пунктирными линиями. in, на котором изображена часть эта парная структура с размотанными спиралями. Каждая базовая пара состоит из одного основание пурина и одно основание пиримидина, спаренные согласно следующему правилу: G пары с C, а пары с T. На упрощенном изображении намотки каждая из базовых пар имеет вид представлен «палочкой» между «лентами» или так называемым сахарно-фосфатным хребты цепей. В , обратите внимание, что две магистрали проходят в противоположных направлениях; они, таким образом, считаются антипараллельно, и (по причинам видно на рисунке) одна называется цепью 5 ‘→ 3’, а другая — 3 ‘→ 5’ прядь.

Рисунок 8-5

Двойная спираль ДНК, развернутая, чтобы показать сахарно-фосфатные скелеты. (синий) и ступеньки пары оснований (красный). Магистрали идут в противоположном направлении направления; концы 5 ‘и 3’ названы в честь ориентации 5 ‘и 3’ атомы углерода (подробнее …)

Рис. 8-6

Упрощенная модель, показывающая спиральную структуру ДНК. Палочки представляют собой пары оснований, а ленты представляют собой сахар-фосфатный основы двух антипараллельных цепей. Различные измерения даны в ангстремах (1 Å = 0.1 (подробнее …)

Двойная спираль хорошо учитывалась для рентгеновских данных и очень хорошо сочеталась с Данные Чаргаффа. Изучая модели, которые они сделали из конструкции, Ватсон и Крик понял, что наблюдаемый радиус двойной спирали (известный из Рентгеновские данные) можно было бы объяснить, если бы пуриновые основания всегда спаривались (водородом связывание) с пиримидиновым основанием (). Такое спаривание объясняет регулярность (A + G) = (T + C) наблюдаемый Чаргаффом, но он предсказал бы четыре возможных пары: T ··· A, T ··· G, C ··· A и C ··· G.Однако данные Чаргаффа показывают, что T соединяется только с A и C пар только с Г. Ватсоном и Криком показали, что только эти две пары иметь необходимые дополнительные формы «замок и ключ» для обеспечения эффективного водородная связь ().

Рисунок 8-7

Сочетание пуринов с пиримидинами точно объясняет диаметр двойной спирали ДНК, определенный по рентгеновским данным. (Из Р. Э. Дикерсон, «Спираль ДНК и как ее читать». Авторские права © 1983 г. компанией Scientific American, Inc.(подробнее …)

Рисунок 8-8

Водородная связь «замок-ключ» между A и T и между G и C. (Из G. S. Stent, Molecular Biology of Bacterial Вирусы. Авторские права © 1963 г., У. Х. Фриман и Company.)

Обратите внимание, что пара G – C имеет три водородные связи, тогда как пара A – T имеет только два. Мы могли бы предсказать, что ДНК, содержащая много пар G – C, будет более стабильной. чем ДНК, содержащая много пар A – T. Фактически, это предсказание подтверждается. ДНК структура четко объясняет данные Чаргаффа (), и эта структура согласуется с рентгеновскими данные.

Рис. 8-9

(a) Модель двойной спирали ДНК, заполняющая пространство. (б) размотанный представление короткого участка пар нуклеотидов, показывающее, как Спаривание A – T и G – C дает отношения Чаргаффа. Эта модель одна из нескольких форм ДНК, называемая (подробнее …)

Трехмерное изображение двойной спирали

В трех измерениях основания образуют довольно плоские структуры, и эти плоские основания частично укладываются друг на друга в скрученной структуре двойной спирали.Такое наложение оснований значительно увеличивает стабильность молекулы за счет исключение молекул воды из промежутков между парами оснований. (Этот это явление очень похоже на стабилизирующую силу, которую вы можете почувствовать, когда вы сожмите под водой две стеклянные пластины, а затем попытайтесь их разделить.) Впоследствии выяснилось, что в волокне присутствуют две формы ДНК. анализируется дифракцией. A form менее гидратирован, чем B форма и более компактна.Считается, что форма B ДНК — это форма, наиболее часто встречающаяся в живых клетках.

При наложении пар оснований в двойную спираль образуются две канавки в сахарно-фосфатные основы. Эти канавки обозначены как основные , и малые канавки и хорошо видны в заполнении пространства (трехмерная) модель в формате.

Значение структуры ДНК

Выяснение структуры ДНК вызвало большой интерес в генетике (и во всех областях биологии) по двум основным причинам.Во-первых, структура предполагает очевидный способ, которым молекула может быть дублирована , или реплицировано, , поскольку каждая база может указывать свои дополнительные основание водородной связью. Это важное свойство генетической молекулы было загадка до сих пор. Во-вторых, структура предполагает, что, возможно, последовательность пар нуклеотидов в ДНК определяет последовательность аминокислот в белке, организованном этим геном. Другими словами, какой-то генетического кода может написать информацию в ДНК в виде последовательности пар нуклеотидов, а затем преобразовать ее в другой язык аминокислотных последовательностей в белке.

Эта основная информация о ДНК теперь знакома почти каждому, кто читал учебник биологии в начальной или средней школе или даже журналы и газеты. Но попробуйте снова вернуться на сцену 1953 года и представить себе волнение.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.