Сущность жизни



жүктеу 12.9 Mb.
бет5/47
Дата04.09.2018
өлшемі12.9 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   47

Нуклеозид Нуклеотид

аденин аденозин ( А )

гуанин гуанозин ( Г или G )

цитозин цитидин ( Ц или Z )

тимин тимидин ( Т )

урацил уридин ( У или U )



  • При щадящем гидролизе нуклеиновые кислоты расщепляются до нуклеозидов

  • Нуклеотиды могут соединяться между собой , образуя полинуклеотиды (нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК )

  • Соединение нуклеотидов осуществляется за счёт ковалентных фосфодиэфирных связей между пентозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого

азотистые основания

углевод (пентоза)

фосфодиэфирная связь фосфат



2 РО4)

ДНК ( дезоксирибонуклеиновая кислота )

  • Полинуклеотид ( молекулярная масса достигает 100 000 000 ; 6 10 - 12 г .) , длина одной молекулы достигает 4 -5 см . ( гигантская макромолекула )

  • Локализована в хромосомах ядра и исчезающе малых количествах в митохондриях и хлоропластах ( особеннномного содержится в меристемах , регенерирующих тканях , железах секреции , клетках злокачественных опухолей )

  • Состоит из четырёх типов нуклеотидов А , Т , Г , Ц

  • В клетке имеет сложную пространственную структуру , позволяющую компактно складываться в малом объёме клетки и её органоидов ( имеет несколько уровней структурной организации подобно всем биополимерам с большой молекулярной массой )

Строение ДНК

Первичная структура

  • впервые установлена в 1950 году американским биохимиком Э . Чаргаффом

  • апериодичная линейная последовательность дезоксирибонуклеотидов ( их количество исчисляется сотнями тысяч и миллионами ) ; например : А - Г - Т - Ц - Т - Т - А - Ц - Г - и т . д .

  • последовательность нуклеотидов строго определена и постоянна для каждого вида ДНК данного организма ( основа генетического кода )

  • поддерживается фосфодиэфирными связями ( стабильна в организме )

Вторичная структура

  • впервые установлена в 1953 году ( Д . Уотсон -амер . и Ф . Крик - англ . ; Нобелевская премия 1962 года

  • представляет собой две полинуклеотидных цепочки , спирально закрученных одна относительно другой ( двойная спираль )

  • на переферии двойной спирали каждая цепь состоит из сахарофосфатного остова

  • цепи обращены друг к другу азотистыми основаниями , способными к образованию водородных связей между соответствующими парами оснований (принцип комплементарности )

  • Принцип комплементарности ( Э. Чаргафф ) - спаривание ( взаимодействие ) геометрически дополняющих друг друга азотистых оснований ( пуриновых с пиримидиновыми ) , завершающееся образованием водородных связеймежду ними

  • геометрически разрешёнными оказываются только взаимодействия А - Т и Г - Ц ( комплементарные пары азотистых оснований )

  • между А и Т образуется две водородных связи , а гуанином и цитозином - три ( водородные связи обеспечивают вторичной структуре ДНК ( двойной спирали ) стабильность

  • благодаря комплементарности оснований ДНК ( А - Т и Г - Ц ) порядок чередования их в обеих нитях взаимно обусловлен ( последовательность нуклеотидов одной цепочки определяет последовательность нуклеотидов во второй )

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

Фосфодиэфирные связи



А Т

водородные связи фосфодиэфирная связь



Г Ц

Схематическое изображение вторичной структуры ДНК

  • расстояние между цепями равно расстоянию , занимаемому парой оснований (т.е. одним пурином и одним пиримидином )

  • каждый виток двойной спирали образуют по 10 пар комплементарных оснований

  • направление цепей в двойной спирали ДНК антипараллельно ( её диаметр 20 Ао , шаг спирали 34 Ао ; 1 Ао - ангстрем равен 10 -12 м )

  • нуклеотидный состав ДНК впервые количественно проанализировал Э . Чаргафф , который сформулировал выводы , известные как « Правила Чаргаффа »

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

  • число остатков аденина равно числу остатков тимина , т.е . А = Т или А \ Т =1

  • число остатков цитозина равно числу остатков гуанина , т.е. Ц = Г или Ц \ Г =1

  • количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина , т. е. А + Ц = Г + Т

Третичная структураъ

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

Нуклеосома - компактное тельце , состоящее из 8 гистоновых белков

  • каждая нуклеосома обёрнута двумя витками двойной спирали ( при этом длина ДНК уменьшается в 7 раз , что обеспечивает компактное расположение длинной молекулы ДНК в малом объёме ядра )

  • гистоновые белки выполняют структурную и регуляторную функции

  • нуклеосомы образуют нуклеосомную нить ( элементарная структурная единица хромосомы ) , которая в электронный микроскоп выглядит как нитка , на которую нанизаны бусинки )

Четвертичная структура

  • образуется в результате дальнейшего скручивания нуклеосомной нити , приводящего к формированию фибрилл

  • дальнейшая пространственная укладка фибрилл связана с формированием петель и хроматиновой фибриллы ( в результате такой упаковки длина молекулы ДНК уменьшается в 200 раз ) - V структура

  • IV и V структуры , образующиеся в результате реорганизации нуклеосомной нити называется спирализацией в результате спирализации молекулы длина ДНК с 5 см . уменьшается до 5 мкм , т.е. примерно в 5000 раз )

  • спирализация приводит к образованию хромосом ( в min объёме хромосомы заключается огромное количество генетической информации ) ; хорошо видны в световой микроскоп

  • подобно белкам , при резком изменений нормальных условий ДНК подвергается денатурации ( называется плавлением ) , а при восстановлении условий - ренатурирует

Функции ДНК

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

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

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

  • в организме ДНК определяет , какие белки ( ферменты ) и РНК и в каких количествах необходимо синтезировать

  • ДНК является основой уникальности индивидуального организма

  • ДНК обуславливает явление наследственности

Репликация ( редупликация ) ДНК

  • ферментативный процесс самовоспроизведения ( самоудвоения ) молекул ДНК , происходящий накануне деления клетки и обеспечивающий дочерние клетки количеством ДНК , равным материнскому ( передачу наследственной информации от одной клетки к другой )

  • редупликация - уникальное свойство молекулы ДНК незвестное ни для одной другой известной молекулы

  • осуществляется во всех клетках про- и эукариот накануне их деления

  • связана с большими энергетическими затратами и огромным количеством превращений , поэтому репликация начинается локально на небольших участках ДНК , которые называются репликативными вилками репликны ; в этом месте образуется вздутие - (« вилка » ) , которая перемещается вдоль « материнской » молекулы

  • начинается с ферментативного разрыва Н - связей , соединяющих комплементарные азотистые основания в двойной спирали ( двойная спираль разделяется на две полинуклеотидные нити - в районе репликона )

  • свободные нуклеотиды кариоплазмы ( ядерного сока ) или цитоплазмы присоединяются к обеим нитям по принципу комплементарности под действием фермента ДНК - завимсммой ДНК - полимеразы

  • каждая из двух цепей « материнской » молекулы ДНК служит матрицей для постройки на ней новой нити ДНК , в результате чего образуются две новых ( дочерних ) спирали ; новые цепи синтезируются вначале в виде коротких фрагментов , которые затем сшиваются в длинные цепи специальным ферментом

  • в результате репликации образуются две совершенно одинаковые молекулы ДНК , каждая из которых содержит одну « старую » и одну вновь синтезированную цепь ( принцип полуконсервативности )

  • число ошибок при репликации составляет ничтожную величину : менее 1 на 10 нуклеотидов ( каждое случайное изменение последовательности нуклеотидов при репликации ДНК - генетическая ошибка , называется мутацией )



РНК ( рибонуклеиновая кислота )

  • линейный природный биополимер , состоящий из одной полинуклеотидной цепочки , последовательность нуклеотидов в которой обязательно комплементарна к определённому участку одной из спиралей ДНК

  • все молекулы РНК синтезируются на матрице ( генах ) ДНК с помощью фермента ДНК зависимой фермента РНК - полимеразы ; этот процесс называется транскрипцией

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

  • мономеры - рибонуклеотиды : аденозин , уридин , гуанозин , цитидин

  • в состав нуклеотида РНК входят :

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

  • сахар - пентоза - рибоза

  • остаток фосфорной кислоты ( фосфат )

  • соединение нуклеотидов осуществляется фосфодиэфирными связями

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

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

  • содержится в ядре и цитоплазме (от 0,5 до 5% от общего содержания РНК в клетке )

  • наиболее разнородная по размерам , структуре и стабильности группа молекул РНК

  • все и - РНК объединяет их функция - перенос информации о I структуре белка от гена ДНК к месту синтеза белка в рибосомах ( служат в качестве матриц для синтеза полинуклеотидной цепи белка в ходе реализация генетической информации – экспресси генов )

  • каждому гену или группе генов соответствует своя собственная и-РНК

  • синтезировавшиеся в ядре и - РНК выходят в цитоплазму через ядерные поры и объединяются с рибосомами , образуя с ними комплекс для синтеза белка

  • имеет вторичную и третичную компактизирующие структуры

Транспортная ( акцепторная ) РНК ( т - РНК )

  • имеет самые короткие молекулы ( 70 - 100 нуклеотидов ) ; молекулярная масса - 25 - 30 тыс.

  • содержится в основном в цитоплазме клетки ( составляет около 10 % от общего содержания РНК в клетке)

  • синтезируется в ядре на матрице ( генах ) ДНК в результате транскрипции и переходит в цитоплазму через поры в ядре

  • функция т-РНК - перенос активированных аминокислот к месту синтеза белка в рибосомы и участие в «считывании» информации с и-РНК в процессе синтеза белка ( трансляции )

  • выполнению функций соответствует определённая пространственная структура т-РНК (вторичная и третичная )

  • вторичная структура т - РНК имеет вид плоского клеверного листа , в которой выделяют четыре петли ( или плеча )

  • акцепторная петля ( служит местом присоединения переносимой аминокислоты )

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

  • две боковые петли

  • третичная структура обладает большей компактностью , благодаря складыванию молекулы в виде буквы Г

  • каждая аминокислота имеет свои т - РНК ( со спецефическими антикодонами ) и не способна взаимодействовать с т -РНК для других аминокислот

акцепторная петля

боковые петли

. антикодоновая петля

А У Ц

Рибосомальные РНК ( р - РНК )


  • самые распространённые и крупные РНК ( состоят из 3 - 5 тыс . нуклеотидов ; молекулярная масса 1 - 1.5 млн . ; около 90 % от общего содержания РНК в клетке )

  • образуется на генах ДНК ( матрицах ) в ядрышках ядра в процессе транскрипции

  • выполняют в клетке структурную функцию ( входят в состав рибосом , образуя их остов , включающий три молекулы р - РНК , прочно связанных с белками рибосомы ) и участвуют в формировании активного центра рибосомы

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

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

Особенности полинуклеотидов

ПризнакиДНКРНК1 . Локализация

2 . Размеры молекулы

3. Вторичная структура

( число цепей ) 4. Третичная структура

5. Азотистые основания

6 . Комплементарные пары оснований

7 . Углевод ( пентоза )

8 . Механизм образования

9 . Время образования

10 . Стабильность молекулы

11 . Длина полипептидных цепей - количество нуклеотидов

12 . Постоянство содержания в клетке

14. Изменение структуры

15 . Уровни пространственной структуры

16. Виды в клетке

17 . Функции

в ядре - 99 , 999 % , митохондрии , хлоропласты центриоли кл . центра

1 молекула - 2 - 5 см .

двойная спираль ( две цепи )

связана с гистоновыми белками (нуклеопротеид ) . А , тимин , Г , Ц

А - Т ; Г - Ц

Дезоксирибоза

Репликация

Накануне деления клети Стабильна

очень длинные ( 105 - 106 )

количество относительно постоянно в клетках одного вида

вызывает мутации

имеет много уровней - I , II III , IV , V и т. д. ( спирализация )

линейная ( ядерная ) , кольцевая ( митохондральная , плазмиды прокариот )

хранение , воспроизводство и передача наследственной информации

матрица для синтеза РНК

химический субстрат для наследственной изменчивости ( мутационной и др )

ядро , цитоплазма , рибосомы , митохондрии , хлоропласты

небольшие ( мкм )

зависит от типа РНК (одна цеп

не образует устойчивых комплексов с другими молекулами

А , урацил , Г , Ц

А - У ; Г – Ц

Рибоза

Транскрипция



постоянно

нестабильнаотносительно короткие ( до 103 )

сильно колеблется

не вызывает

меньшее количество - I , II, III (не спирализуется )

и - РНК , т – РНК , р - РНК

см . функции и - РНК

т - РНК


р - РНК

Общие признаки нуклеиновых кислот

  1. Элементарный состав включает азот и фосфор

  2. Являются линейными , информационными полинуклеотидами

  3. Мономером является нуклеотид , включающий :

  • Азотистые основания – аденин , гуанин , цитозин

  • Углевод ( пентоза )

  • Остаток фосфорной кислоты

  1. Мономеры соединяются в полинуклеотиде с помощью фосфодиэфирной связи

  2. В основу структуры , синтеза в клетке и выполнения функций положен принцип комплементарности

  • Комплементарные пары азотистых оснований : гуанин --- цитозин

  1. Для поддержания структуры и выполнения функций необходимы водородные связи

  2. В клетке структурированы ( имеют I , II, и III структуры )

  3. Содержат информацию о первичной структуре белка в виде генетического кода

  4. Участвуют в биосинтезе белка и реализации наследственной генетической информации

  5. Синтезируются в процессе ферментативных реакций матричного синтеза

  6. Содержаться в ядре , митохондриях и хлоропластах

  7. Гидролизуются до нуклеозидов и фосфорной кислоты

Мононуклеотиды : АТФ , АДФ , АМФ

  • Соединения , молекулы которых представлены одним нуклеотидом

  • Широко распространены в живой природе и играют огромную роль в энергетическом обмене клетки

АТФ ( аденозинтрифосфорная кислота )

  • содержится во всех клетках в растворимой фракции цитоплазмы ( гиалоплазме ) ,митохондриях , хлоропластах , ядре

  • молекула представляет собой один нуклеотид :

  • содержит единственное азотистое основание - аденин

  • в качестве сахара ( пентозы ) - рибозу

  • включает три остатка фосфорной кислоты ( Н2 РО4 ) --- Р

АДЕНИН РИБОЗА Р ~ Р ~ Р

  • связь между остатками фосфорной кислоты называется макроэргической ( обозначается значком ) ; в АТФ имеется две таких связи

  • молекула АТФ имеет подвижную неустойчивую структуру и легко отщепляет остатки фосфорной кислоты под действием фермента АТФ азы ( гидролиз АТФ )

  • при гидролитическом отщеплении концевой молекулы фосфорной кислоты и разрыве ( гидролизе ) макроэргической связи освобождается 40 кдЖ энергии ( АТФ при этом превращается в АДФ - аденозиндифосфорную кислоту , которая имеет одну макроэргическую связь )

  • при отщеплении от АДФ ещё одной молекулы фосфорной кислоты путём гидролиза второй макроэргической связи получается АМФ - аденозинмонофосфорная кислота ( входит в состав всех РНК ) и высвобождается ещё 40 кдЖ

Схема гидролиза АТФ

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 40 кдЖ

АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 40 кдЖ

  • соединения , обладающие связями , при разрыве которых выделяется много энергии , называются макроэргами (АТФ - единственный универсальный макроэрг для всех организмов )

  • другие нуклеотиды - Г , Ц , У , Т - монофосфаты - также могут присоединять остатки фосфорной кислоты и превращаться в ди- и трифосфаты - макроэрги ( энергия отщепления от трифосфата макроэргического фосфора используется для соединения их в полинуклеотиды

Функции АТФ

  • универсальный источник энергии для всех видов клеточной активности ( эндотермические процессы в клетке и организме )

  • аккумулятор клеточной энергии , выделяющейся при дыхании ( окислении органических веществ на митохондриях )

  • энергетический посредник между источником энергии в клетке ( дыхание ) и её потребителями ( эндотермические процессы в клетке и организме )

Синтез АТФ

  • Основной синтез АТФ осуществляется в митохондриях и хлоропластах

  • АТФ образуется из АМФ или АДФ и неорганических фосфатов ( Н3 РО4 ) за счёт энергии , освобождающейся при окислении органических веществ на митохондриях и в процессе фотосинтеза (этот процесс называется фосфорилированием )

  • около 50 % энергии , выделяющейся при расщеплении углеводов , жиров и белков идёт на синтез АТФ , остальные 50 % рассеивается в виде тепла и теряется

  • при этом для образования каждой макроэргической связи затрачивается не менее 40 кдЖ \ моль АТФ , которая в них и аккумулируется


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   47


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет