Андрей Каменский - Биология. Общая биология. 10–11 классы

1. Какова роль ядра в клетке?

2. С какими органоидами клетки связана передача наследственных признаков?

3. Какие вещества называются нуклеиновыми кислотами?

Нуклеиновые кислоты и их типы.Нуклеиновые кислоты – самые крупные из молекул, образуемых живыми организмами. Их молекулярная масса может быть от 10 000 до нескольких миллионов углеродных единиц.

Так как наиболее высокое содержание нуклеиновых кислот обнаружено в ядрах клеток, то они и получили своё название от латинского «нуклеус» – ядро. Хотя теперь выяснено, что нуклеиновые кислоты есть и в цитоплазме, и в целом ряде органоидов – митохондриях, пластидах.

Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, состоящими из мономеров – нуклеотидов . Каждый нуклеотид состоит из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (пентозы) и азотистого основания (рис. 17).

Остаток фосфорной кислоты, связанный с пятым атомом С в пентозе, может соединяться ковалентной связью с гидроксильной группой возле третьего атома С другого нуклеотида. Обратите внимание: концы цепочки нуклеотидов, связанных в нуклеиновую кислоту, разные. На одном конце расположен связанный с пятым атомом пентозы фосфат, и этот конец называется 5'-концом (читается «пять-штрих»). На другом конце остаётся не связанная с фосфатом ОН-группа около третьего атома пентозы (3'-конец). Благодаря реакции полимеризации нуклеотидов образуются нуклеиновые кислоты (рис. 18).

В зависимости от вида пентозы различают два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые (сокращённо ДНК ) и рибонуклеиновые ( РНК ). Название кислот обусловлено тем, что молекула ДНК содержит дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.

Рис. 17. Общая формула нуклеотида

Рис. 18. Структура ДНК

Строение ДНК.Молекула ДНКимеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из четырёх азотистыхоснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов: адениловый (А), гуаниловый (Г), цитидиловый (Ц) и тимидиловый (Т) (см. рис. 18).

Каждая цепь ДНК представляет полинуклеотид, который может состоять из нескольких десятков тысяч и даже миллионов нуклеотидов. Нуклеотиды, входящие в состав одной цепи, последовательно соединяются за счёт образования ковалентных связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида. Азотистые основания, которые располагаются по одну сторону от образовавшегося остова одной цепи ДНК, формируют водородные связи с азотистыми основаниями второй цепи. Таким образом, в спиральной молекуле двухцепочечной ДНК азотистые основания находятся внутри спирали. Структура спирали такова, что входящие в её состав полинуклеотидные цепи могут быть разделены только после раскручивания спирали (см. рис. 18).

В двойной спирали ДНК азотистые основания одной цепи располагаются в строго определённом порядке против азотистых оснований другой. Между аденином и тимином всегда возникают две, а между гуанином и цитозином – три водородные связи. В связи с этим обнаруживается важная закономерность: против аденина одной цепи всегда располагается тимин другой цепи, против гуанина – цитозин и наоборот. Таким образом, пары нуклеотидов аденин и тимин, а также гуанин и цитозин строго соответствуют друг другу и являются дополнительными (пространственное взаимное соответствие), или комплементарными (от лат. complementum – дополнение).

Следовательно, у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых – числу цитидиловых. А зная последовательность расположения нуклеотидов в одной цепи ДНК по принципу комплементарности, можно установить нуклеотиды другой цепи.

Структура каждой молекулы ДНК строго индивидуальна и специфична, так как представляет собой кодовую форму записи биологической информации (генетический код). Другими словами, с помощью четырёх типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация об организме, передающаяся по наследству последующим поколениям.

Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток, но небольшое их количество содержится в митохондриях и пластидах.

Строение РНК.Молекула РНК в отличие от молекулы ДНК – полимер, состоящий из одной цепочки значительно меньших размеров.

Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из рибозы, остатка фосфорной кислоты и одного из четырёх азотистых оснований. Три азотистых основания – аденин, гуанин и цитозин – такие же, как и у ДНК, а четвёртым является урацил (рис. 19).

Образование полимера РНК происходит так же, как и у ДНК, через ковалентные связи между рибозой и остатком фосфорной кислоты соседних нуклеотидов. Молекула РНК может содержать от 75 до 10 000 нуклеотидов.

Типы РНК.Выделяют три основных типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям.

Рибосомные РНК (рРНК) синтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно 85 % всех РНК клетки. Они входят в состав рибосом и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка.

Транспортные РНК (пгРНК) образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму. Они составляют около 10 % клеточной РНК и являются самыми небольшими по размеру РНК, состоящими из 70–100 нуклеотидов. Каждая тРНК присоединяет определённую аминокислоту и транспортирует её к месту сборки полипептида в рибосоме.

Все известные тРНК за счёт комплементарного взаимодействия образуют вторичную структуру, по форме напоминающую лист клевера. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом (рис. 20).

Каждой аминокислоте соответствует комбинация из трёх нуклеотидов – триплет. Кодирующие аминокислоты триплеты – кодоны ДНК – передаются в виде информации триплетов (кодонов) иРНК. У верхушки клеверного листа располагается триплет нуклеотидов, который комплементарен соответствующему кодону иРНК. Этот триплет различен для тРНК, переносящих разные аминокислоты, и кодирует именно ту аминокислоту, которая переносится данной тРНК.