Наталья Стволинская - Цитология

Вопросы

1. Назовите азотистые основания, входящие в состав молекул ДНК и РНК. Какое азотистое основание присутствует в ДНК и отсутствует в РНК?

2. Что такое нуклеотид?

3. Как связаны между собой нуклеотиды в составе нуклеиновых кислот?

4. Что такое сахарофосфатный остов?

5. В чем принцип комплементарности азотистых оснований в молекуле ДНК? Приведите примеры.

6. Объясните структуру молекулы ДНК.

7. Что вы знаете о строении молекул РНК?

Функции РНК.Молекулы РНК в несколько раз меньше, чем молекулы ДНК. РНК, в отличие от ДНК, является одноцепочечной молекулой, хотя отдельные участки могут быть комплементарны друг другу, за счет чего образуются небольшие двуспиральные участки – «шпильки». Это важно при образовании пространственной структуры молекул РНК (рис. 3.4).

Рис. 3.4.Схема участка одинарной цепи РНК. Присутствуют короткие спаренные области, образованные за счет комплементарности азотистых оснований в небольших участках молекулы (по Албертс, Брей, Льюис и др., 1994).

РНК – это класс разнообразных по размерам и функциям молекул, которые служат посредником при реализации генетической информации в процессе биосинтеза белка. Все типы молекул РНК образуются на молекуле ДНК, как на матрице, по принципу комплементарности азотистых оснований:

Этот процесс образования РНК на одной из цепей молекулы ДНК называется транскрипцией. Во время транскрипции двуспиральная молекула ДНК раскручивается на небольшом участке, где происходит синтез РНК. Затем РНК отделяется от участка молекулы ДНК, а ДНК опять скручивается в двойную спираль. Молекулы РНК перемещаются из ядра в цитоплазму. В клетке процесс транскрипции и созревания молекул РНК, а также их выход в цитоплазму, происходит в несколько этапов, с участием большого количества ферментов, разнообразных структурных и регуляторных белков. Но наша задача – усвоить принцип процессов, обеспечивающих биосинтез белка, а, следовательно, процесс реализации генетической информации.

В клетке различают три основных класса молекул РНК: мРНК (матричная РНК), тРНК (транспортная РНК) и рРНК (рибосомная РНК). Матричную РНК часто называют информационной РНК (иРНК), это синонимы.

Матричная РНК, попадая в цитоплазму, соединяется с рибосомой. Последовательность нуклеотидов мРНК кодирует определенную последовательность аминокислот в молекуле белка.

Транспортная РНК также находится в цитоплазме вблизи рибосом. Она транспортирует аминокислоту из жидкой фазы цитоплазмы в рибосому. Транспортную РНК иногда называют трансферной, или адаптерной. Количество разных тРНК велико, так как каждой аминокислоте соответствует своя тРНК.

Рибосомная РНК представлена несколькими молекулами разного размера, которые входят в состав рибосом. Рибосомы почти полностью образуются в ядре, а потом в виде двух незрелых субъединиц выходят в цитоплазму. Следовательно, отдельных молекул рРНК в цитоплазме нет.

Таким образом, ДНК и РНК играют ключевую роль в кодировании и реализации генетической информации.

Функции ДНК. Одна из главных функций ДНК – кодирование генетической информации. Длинные молекулы ДНК «разделены» на отдельные участки, каждый из которых кодирует один полипептид. Такой участок ДНК называют геном. В одной молекуле ДНК может находиться от нескольких сотен до нескольких тысяч генов. Ключом к кодированию генетической информации является генетический код.

Генетический код – это последовательность трех нуклеотидов, которая кодирует одну аминокислоту полипептида. Итак, ген – это большой участок молекулы ДНК, а генетический код имеет в своем составе всего три нуклеотида.

Принцип кодирования одинаков для всех живых организмов. Это свойство генетического кода называют универсальностью. Универсальность генетического кода говорит о том, что принцип кодирования сложился на самых ранних этапах эволюции, еще в те времена, когда на Земле, кроме прокариот, не было других живых организмов.

Кроме триплетности и универсальности у генетического кода есть еще одно важное свойство – вырожденность. Оно означает, что одна аминокислота может быть закодирована не одним триплетом, а двумя, тремя, или даже четырьмя вариантами триплетов.

Таким образом, генетическая информация в ДНК закодирована в генах с помощью генетического кода.

Для сохранения жизни на Земле должен существовать не только принцип кодирования генетической информации, но и способ ее удвоения. Клетки делятся, из одной получаются две, и каждая из дочерних клеток должна получить идентичную генетическую информацию от материнской клетки.

Уникальным свойством воспроизведения себе подобной обладает только молекула ДНК. Процесс удвоения молекулы ДНК называется репликацией. Он сходен у прокариот и эукариот. У эукариот репликация ДНК происходит в ядре только во время S-фазы клеточного цикла и длится 9–10 часов. У прокариот молекула ДНК короче и реплицируется в течение 20–30 минут непосредственно в цитоплазме.

Принцип репликации простой: две нити двуспиральной молекулы ДНК отходят друг от друга, и на каждой из них синтезируется новая нить, комплементарная данной. Свойство комплементарности азотистых оснований обеспечивает образование двух новых молекул, полностью идентичных материнской ДНК. Каждая из двух новых молекул будет содержать одну нить ДНК исходную, материнскую, а другую новую, синтезированную заново. Такой способ репликации называют полуконсервативным (рис. 3.5).

Рис. 3.5.Модель репликации двойной спирали ДНК, предложенная Дж. Уотсоном и Ф. Криком. Полуконсервативный способ репликации (по Ченцову, 2004).

Изучение процесса репликации показало, насколько он сложен. В этом процессе работает ферментативный комплекс, объединяющий не менее 10 разнообразных ферментов. Начало репликации связано с образованием сложной пространственной структуры – «вилки» репликации, где спаренные цепи в молекуле ДНК расходятся при разрушении водородных связей между азотистыми основаниями. Главную работу по полимеризации нуклеотидов в цепи ДНК катализирует фермент ДНК-полимераза. Синтез двух новых цепей ДНК происходит не синхронно. На одной цепи этот процесс идет быстрее, а на другой медленнее. Соответственно, синтезируемые цепи ДНК так и называются – ведущая и отстающая.