Органические вещества клетки: нуклеиновые кислоты

ЕГЭ по биологии 90Нуклеиновые кислоты были открыты в 1868 г. швейцарским ученым Ф. Мишером.

В организмах существует несколько видов нуклеиновых кислот, которые встречаются в различных органоидах клетки – ядре, митохондриях, пластидах: это ДНК, и-РНК, т-РНк, р-РНК.

 

ЕГЭ по биологии 91Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – линейный полимер, имеющий вид двойной спирали, образованной парой антипараллельных комплементарных (соответствующих друг другу по конфигурации) цепей. Пространственная структура молекулы ДНК была смоделирована американскими учеными Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком в 1953 г., за это открытие они получили Нобелевскую премию в 1962 году.

Запись информации в ДНК основана на том, что гуанин и цитозин имеют по три водородных связи, а аденин и тимин – по две водородные связи.
Следовательно, к гуанину может присоединиться только цитозин, а к аденину – тимин. Но такая запись (по одному нуклеотиду) может привести к ошибкам, поэтому запись информации в ДНК осуществляется «буквами», которые состоят из трех нуклеотидов и называются кодонами. Кодон – это последовательность из трех нуклеотидов, например, ЦГА. Всего кодонов, то есть «букв» кода ДНК – 64. Математически это число перестановок из трех оснований, которое равно 64. Но используется всего 61 буква, которыми кодируются 20 аминокислот, а оставшиеся 3 буквы означают «стоп процесс» и называются стоп-кодонами. Таблица стандартного генетического кода имеется во всех ВУЗовских учебниках, пока ее запоминать не надо, просто надо иметь представление, что она существует:

ЕГЭ по биологии 92

Но комплементарность нуклеотидов надо запомнить, это можно сделать так:

ЕГЭ по биологии 93

ДНК и РНК отличаются по нуклеотидам, входящим в их состав. Запомнить входящие в ДНК нуклеотиды аденин, гуанин, тимин, цитозин и входящие в РНК нуклеотиды аденин, гуанин, цитозин, урацил можно так:

ЕГЭ по биологии 94

Кроме того, ДНК и РНК отличаются по гликозидам: в ДНК входит дезоксирибоза, а в РНК – рибоза. Запомнить просто: в ДНК – Дезоксирибоза, в РНК – Рибоза.

 

ЕГЭ по биологии 95Мономерами ДНК являются нуклеотиды.

Каждый нуклеотид ДНК состоит из пуринового (А – аденин или Г – гуанин) или пиримидинового (Т – тимин или Ц – цитозин) азотистого основания, 5-углеродного сахара – дезоксирибозы и фосфатной группы.

Нуклеотиды в молекуле ДНК обращены друг к другу азотистыми основаниями и объединены парами в соответствии с правилами комплементарности: напротив аденина расположен тимин, напротив гуанина – цитозин. Пара А – Т соединена двумя водородными связями, а пара Г – Ц – тремя. При репликации (удвоении) молекулы ДНК водородные связи рвутся, цепи расходятся и на каждой из них синтезируется новая цепь ДНК. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками.

Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК определяет ее специфичность, а также специфичность белков организма, которые кодируются этой последовательностью. Эти последовательности индивидуальны и для каждого вида организмов, и для отдельных особей.

Пример: дана последовательность нуклеотидов ДНК: ЦГА – ТТА – ЦАА.

На информационной РНК (и-РНК) будет синтезирована цепь ГЦУ – ААУ – ГУУ (вспоминаем комплементарность), в результате чего выстроится цепочка аминокислот: аланин – аспарагин – валин (это можно посмотреть по таблице, которую не надо помнить).

При замене нуклеотидов в одном из триплетов или их перестановке (мутации) этот триплет будет кодировать другую аминокислоту, а, следовательно изменится и белок, кодируемый данным геном.

 

ЕГЭ по биологии 96Рибонуклеиновая кислота (РНК) – линейный полимер, состоящий из одной цепи нуклеотидов. В составе РНК тиминовый нуклеотид замещен на урациловый (У). Каждый нуклеотид РНК содержит 5-углеродный сахар – рибозу, одно из четырех азотистых оснований и остаток фосфорной кислоты. В ядре происходит транскрипция — биосинтез молекул РНК на соответствующих участках ДНК; это первый этап реализации генетической информации в клетке, в процессе которого последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в нуклеотидную последовательность РНК.

Молекулы РНК формируются на матрице, которой служит одна из цепей ДНК, последовательность нуклеотидов в которой определяет порядок включения рибонуклеотидов по принципу комплементарности. РНК- полимераза, продвигаясь вдоль одной из цепей ДНК, соединяет нуклеотиды в том порядке, который определен матрицей. Образовавшиеся молекулы РНК называют транскриптами.