Нуклеиновые кислоты, их структура и функции.

Нуклеиновые кислоты были открыты И.Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов в 1869 г. Но только в 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик предложили двухцепочечную модель строения молекулы ДНК.

В природе существуют два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Молекула ДНК представляет собой две спирально закрученные одна около другой цепи. Каждая цепь ДНК - полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты. ДНК всех живых организмов образованы соединением всего лишь четырех видов нуклеотидов. Во всех четырех нуклеотидах углевод и фосфорная кислота одинаковы. Нуклеотиды отличаются только по азотистым основаниям. В состав ДНК входят азотистые основания: пуриновые: аденин, гуанин, пиримидиновые: тимин и цитозин.

 

Рис. Схема строения ДНК

Цепи ДНК соединяются по принципу комплементарности – принципу строгого соответствия одних азотистых оснований другим:аденин всегда комплементарен тимину, гуанин — цитозину. Водородные связи образуются между азотистыми основаниями. Количество азотистых оснований, содержащих тимин, равно числу азотистых оснований, которые содержат аденин. И соответственно гуанин = цитозин. Между аденином и тимином образуется 2 водородные связи, а между гуанином и цитозином -3.

В каждой цепочке ДНК нуклеотиды соединяются между собой ковалентными связями, которые соединяют фосфат одного нуклеотида и дезоксирибозу другого.

В эукариотической клетке основная масса ДНК находится в ядре клетки (около 99%), где она связана с белками и образует хроматин. Остальная ДНК находится в двумембранных органоидах (митохондриях и пластидах).

 

Самоудвоение ДНК.

 

Самоудвоение (репликация, редупликация) ДНК происходит перед делением клетки в синтетический период интерфазы. С помощью фермента ДНК-полимеразы разрываются слабые водо­родные связи между двумя цепями ДНК, а затем к каждой, уже отдельной, цепочке достраиваются по принципу комплементарности нуклеотиды (А—Т, Г—Ц), при этом образуются уже две двухцепочечные молекулы ДНК. Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для построения новой комплементарной цепи. Репликация ДНК обеспечивает высочайшую точность воспроизведения генетической ин­формации в поколениях клеток и организмов в целом. Иногда могут произойти ошибки в репликации ДНК, они приводят к генным мутациям.

ДНК выполняет разнообразные функции:

1) хранение наследственной информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов;

2) передача наследственной информации из ядра в цитоплазму. Для этого при транскрипции иРНК снимает копию с ДНК и переносит информацию к рибосомам - месту синтеза белка;

3) воспроизведение наследственной информации при редупликации ДНК и передача наследственной информации от материнской клетки к до­черним клеткам.

Молекула РНК - полимер, ее мономерами также являются нуклеотиды. В отличие от ДНК, РНК - это:

1) одноцепочечная молекула;

2) вместо углевода дезоксирибозы в РНК входит рибоза;

3) вместо азотистого основания тимин в РНК входит урацил;

4) РНК состоит из меньшего количества нуклеотидов, чем ДНК.

Различают три вида РНК. Все они образуются в ядре клетки, а выполняют свои функции в цитоплазме.

иРНК (информационная), или мРНК (матричная) - переносит инфор­мацию о структуре белка от ДНК к рибосомам и непосредственно участвует в сборке молекулы полипептида на рибосомах. На долю иРНК приходится примерно 5% от общего содержания РНК клетки.

тРНК (транспортная) - присоединяет и переносит аминокислоты к рибосомам содержит около 80 нуклеотидов. Существует более 20 различных тРНК, различающихся по последовательности нуклеотидов. Из общего количества РНК клетки на долю тРНК приходится около 10 %.

рРНК (рибосомальная) - входит в состав ри­босом. На долю рРНК приходится около 85 % от общего количества РНК клетки.

АТФ и ее значение.

Важную роль в жизни клетки играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Это свободный нуклеотид, он не образует полимеров и содержит азотистое основание аденин, пятиуглеродный сахар - рибозу и три остатка фосфорной кислоты. Два остатка фосфорной кислоты соединены между собой макроэргическими связями. В процессе гидролиза (присоединения воды) АТФ расщепляется под действием ферментов до аденозиндифосфорной кислоты (АДФ), при этом выделяется 40 кДж энергии.

АТФ + Н₂О ® АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж

АДФ + Н₂О ® АМФ + Н₃РО₄ + 40 кДж

Образуется АТФ в результате реакций фосфорилирования за счет энергии, выделяющейся в ходе энергетического обмена. Присоединение остатка фосфорной кислоты сопровождается затратой около 40 кДж энергии