Фотогалерея

Понедельник, 09 Ноября 2009

Нуклеиновые кислоты Печать Email
09.11.2009 20:34

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной(генетической) информации в живых организмах.
В природе существуют нуклеиновые кислоты двух типов, различающиеся по составу, строению и функциям. Одна из них содержит угле водный компонент дезоксирибозу и названа дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК).
Другая содержит рибозу и названа рибонуклеиновой кислотой (РНК).
ДНК — представляет собой двухцепочечный биологический полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, содержащие одно из азотистых оснований, дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты. Полинуклеотидные цепи молекулы ДНК антипараллельны и соединены друг с другом водородными связями по принципу комплиментарности. Двойная спираль, открытая в 1953г. Уотсоном и Криком, содержит шаг размером 3,4 нм, включающем 10 пар комплементарно связанных оснований.
ДНК состоит из Нуклеотидов: пуриновых оснований аденина(А) и гуанина (Г) и пиримидиновых оснований цитозина(Ц) и тимина(Т). РНК состоит изтех же оснований с различием лишь в то, что у РНК вместо тимина присутствует урацил(У). (Тимин отличается от урацила наличием метильной группы (-СН3), которой нет в урациле)
нуклеотид - вещество, состоящее из азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты.
 

Пуриновые основания


 

Пиримидиновые основания

Э. Чаргафф обнаружил, что количество пуринового основания аденина (А) равно количеству пиримидинового основания тимина (Т), т. е. А = Т. Сходным образом количество второго пурина — гуанина (Г) всегда равно количеству второго пиримидина—цитозина (Ц),т. е. Г = Ц. Таким образом, число пуриновых оснований в ДНК всегда равно числу пиримидиновых, количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — количеству цитозина. Такая закономерность получила название правил Чаргаффа. 

Картина полностью прояснилась в 1953 г., когда американский биохимик Дж. Уотсон и английский физик Ф. К р и к, исследуя структуру молекулы ДНК, пришли к выводу, что сахарофосфатный остов находится на периферии молекулы ДНК, а пуриновые и пиримидиновые основания — в середине. Причем последние ориентированы таким образом, что между основаниями из противоположных цепей могут образоваться водородные связи. Из построенной ими модели выявилось, что какой-либо пурин в одной цепи всегда связан водородными связями с одним из
пиримидинов в другой цепи. Такие пары имеют одинаковый размер по всей длине молекулы. Не менее важно то, что аденин может спариваться лишь с тимином, а гуанин только с цитозином. При этом между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином три. Противоположные последовательности и соответствующие полинуклеотидные партнеры называются комплементарными. Хотя водородные связи, стабилизирующие пары оснований, относительно слабы, каждая молекула ДНК содержит так много пар, что в физиологических условиях (температура, рН) комплементарные цепи никогда самостоятельно не разделяются.

Посмотреть объёмную модель молекулы ДНК


Функция у ДНК одна - хранение генетической информации
РНК - также полимер, мономерами которой являются нуклеотиды. РНК представляет собой однонитевую молекулу. Она построена таким же образом, как и одна из цепей ДНК. Нуклеотиды РНК очень близки, хотя и не тождественны, нуклеотидам ДНК. Их тоже четыре и они состоят из азостистого основания, пентозы и фосфорной кислоты. Три азотистых основания совершенно такие же, как в ДНК: — Аденин, Гуанин и Цитозин. Однако вместо Тимина у ДНК, в РНК присутствует близкий к нему по строению пиримидин - урацил. Различие между ДНК
и РНК существует также в характере углевода: в нуклеотидах ДНК углевод — дезоксирибоза, у РНК — рибоза
В отличие от ДНК, содержание которой в клетках конкретных организмов относительно постоянно, содержание РНК сильно в них колеблется. Оно заметно повышено в клетках, в которых происходит синтез белка. 
 

Функции РНК
 

По выполнению функций выделяют несколько видов РНК.


Транспортная РНК(т-РНК). Молекулы т-РНК самые короткие: они состоят всего из 80—100 нуклео-тидов. Молекулярная масса таких частиц равна 25—30 тыс. Транспортная РНК в основном содержится в цитоплазме клетки. Функция состоит в переносе аминокислот в рибосомы, к месту синтеза белка. Из общего содержания РНК клетки на долю т-РНК приходится около 10%.
Рибосомная РНК (р-РНК). Это самые крупные РНК в их молекулы входит 3—5 тыс. нуклеотидов, соответственно их молекулярная масса достигает 1,0—1, 5 млн. Рибосомная РНК составляет существенную часть структуры рибосомы. Из общего содержания РНК в клетке на долю р-РНК приходится около 90%.
Информационная РНК (и-РНК), или матричная (м-РНК). Содержится в ядре и цитоплазме. Функция ее состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. На долю и-РНК приходится примерно 0,5—1% от общего содержания РНК клетки.

Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.
АТФ - аденозинтрифосфорная кислота. Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) входит в состав всех РНК; при присоединении еще двух молекул фосфорной кислоты (НзРО4) она превращается в АТФ и становится источником энергии, которая запасается в двух последних остатках фосфатов:
Как во всякий нуклеотид, в АТФ входит остаток азотистого основания (аденин), пентоза (рибоза) и остатки фосфорной кислоты (у АТФ их три). Из состава АТФ под действием фермента АТФ-азы отщепляются остатки фосфорной кислоты.При отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Реакции отщепления каждой молекулы фосфорной кислоты сопровождаются освобождением 419 кДж/моль. Для того чтобы подчеркнуть высокую энергетическую «стоимость» фосфорнокислородной связи в АТФ, ее принято обозначать знаком ~ и называть макроэргической связью. В АТФ имеются две макроэргические связи.
Значение АТФ в жизни клетки велико, она играет центральную роль в клеточных превращениях энергии. В реакциях с участием АТФ она, как правило, теряет одну молекулу фосфорной кислоты и переходит в АДФ. А далее АДФ может присоединить остаток фосфорной кислоты с поглощением 419 кДж/моль, восстановив запас энергии. Основной синтез АТФ происходит в митохондриях.


Органические вещества


Углеводы


Углеводы - органические вещества, с общей формулой Cn(H2O)m.
В животной клетке углеводы находятся в количествах не превышающих 5% . Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание достигает до 90% сухой массы(картофель, семена и т.д.) 
Углеводы делят на простые (моносахариды и дисахариды) и сложные (полисахариды).
Моносахариды - такие вещества, как глюкоза, пентоза, фруктоза, рибоза. дисахариды - сахар, сахароза (состоит из глюкозы и фруктозы.

Полисахариды - образованны многими моносахаридами. Мономерами таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза является глюкоза. 

Функции углеводов
Углеводы выполняют две основные функции: энергетическую и строительную. Например целлюлоза образует стенки растительных клеток (клетчатка), хитин - главный структкрный компонент наружного скелета членистоногих. 
Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. в процессе окисления 1 г углеводов освободждается 17,6 кДж. Крахмал у растений и гликоген у животных, откладывается в клетках, служат энергетическим резервом.
 

Жиры
Жиры (липиды) представляют собой соединения высокомолекулярных жирных кислот и трёх-атомного спирта глицерина.

 

Жиры не растворяются в воде, они гидрофобны (греч. hydor - вода и phobos - страх).
Содержание жира в клетке колеблется в пределах 5 - 15% от массы сухого вещества. В клетках жировой ткани количество жира достигает 90%. 


Функции жиров  
Накапливаясь в клетках жировых тканей животных, в семенах и плодах рестений, жир служит запасным источником энергии.
Важна роль жиров и как растворителей гидрофобных органических соединений, необходимых для нормального протекания биохимических превращений в организме.
Жиры также выполняют и строительную функцию: Они входят в состав мембран, таким образом они во - первых не пропускают воду в клетки, а также служат теплоизолятором, т.к жиры имеют очень плохую теплопроводимость.
И также как и углеводы жиры выполняют энергетическую функцию: из расщепления 1г жира освобождается 38,9 кДж энергии.


Белки
Белки – это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. 
В состав большинства белков входят 20 разных аминокислот. В каждой из них содержатся одинаковые группировки атомов: аминогруппа -NH2 и карбоксильная группа -COOH.
Участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильной групп, которыми отличаются аминокислоты, называют радикалами. В клетке находятся свободные аминокислоты, составляющие аминокислотный фонд, за счет которого происходит синтез новых белков. Этот фонд пополняется аминокислотами, постоянно поступающими в клетку вследствие расщепления белков пищи пищеварительными ферментами или собственных запасных белков. 
 

Структуры белка (образование первичной структуры белка)

 

Первичная
образована полипептидной цепью, т.е. нить аминокислот, связанных между собой пептидными связями
Связи межлу аминокислотами ковалентные, а следовательно очень прочные


 
Вторичная
Полипептидная нить закручена в спираль и образуются водородные связи между СООН одного виткаи NH2 другого витка, образуя достаточно прочную структуру.

 
  Третичная
Нить аминокислот далее свёртывается и образует клубок или фибриллу, специфичную для каждого белка.
Связи возникают вследствие гидрофобных взаимодействий. Это силы притяжения между неполярными молекулами или между неполярными участками молекул в водной среде/

 
 Четвертичная
молекулы белков четвертичной структуры состоят из нескольких макромолекул белков третичной структур, свёрнутых в клубок вместе


 

 

Биологические функции белков


Белки-ферменты. В каждой живой клетке непрерывно происходят сотни биохимических реакций. В ходе этих реакций идут распад и окисление поступающих извне питательных веществ. Клетка использует энергию, полученную вследствие окисления питательных веществ; продукты их расщепления служат для синтеза необходимых клетке органических соединений. Быстрое протекание таких биохимических реакций обеспечивают катализаторы (ускорители реакции) – ферменты.
Почти все ферменты являются белками (но не все белки – ферменты). Представление о том, что ферменты – белки, утвердилось не сразу. Для этого нужно было научиться выделять их в высокоочищенной кристаллической форме. Впервые фермент в такой форме выделил в 1926г. Дж. Самнер. Этим ферментом была уреаза, которая катализирует расщепление мочевины. 

Белки – регуляторы физиологических процессов. Известно, что в специальных клетках животных и растений производятся
регуляторы физиологических процессов – гормоны. Многие гормоны – белки. К ним, например, относятся все гормоны, производимые
в особых клетках мозга, находящихся в гипоталамической части его и в гипофизе. Это гормон роста, адренокортикотропный гормон
(АКТГ), тиреотропный гормон (ТТГ) и другие гормоны гипофиза, а также либерины и статины гипоталамуса, усиливающие или
подавляющие синтез и выход в кровь гормонов гипофиза.


Белки-транспортеры. В крови, наружных клеточных мембранах, в цитоплазме и ядрах клеток есть различные транспортные белки. В
крови имеются белки-транспортеры, которые узнают и связывают определенные гормоны и несут их к определенным клеткам. Такие
клетки оснащены рецепторами, узнающими эти гормоны. В цитоплазме и ядрах есть рецепторы гормонов, через которые они
осуществляют свое действие. В наружных клеточных мембранах имеются белки-транспортеры, которые обеспечивают активный и
строго избирательный транспорт внутрь и наружу клетки сахаров, различных веществ и ионов. 
Белки - средства защиты организма. В лимфоидных тканях (вилочковая железа, лимфатические железы, селезёнка) производятся лимфоциты - клетки, которые способны синтезировать защитные белки - Антитела. Такие антитела носят название иммуноголобулинов. Иммуноглобулины состоят из четырёх белковых цепей. Они имеют участок, распознающий "пришельца" и участок расправляющийся с ним

Биосинтез белка - образование белка. В ядре происходит транскрипция ДНК и получается информационная РНК (и-РНК), в которой зашифрована информация о конкретном белке. и-РНК поступает в цитоплазму(трансляция), и на неё нанизывается рибосома. К рибосоме из цитоплазмы подходят транспортные РНК с аминокислотами (Тип аминокислоты зависит от кода нуклеотидов на вершине т-РНК - антикодона). т-РНК подходят в активный центр рибосомы, если кодон и антикодон совпадают по принципу комплементарности, то между аминокислотами образуется пептидная связь, 1 из т-РНК отсоединяясь от и-РНК, уходит, рибосома делает скачок на следующий триплет и в активный центр рибосомы подходит следующая т-РНК. И так до тех пор, пока не будет собрана вся пептидная цепочка.

Всё это можно просмотреть на модели ниже:

 


 

 

Рибонуклеиновая кислота, РНК * ribonucleic acid, RNA - - как правило, однонитчатый низкомолекулярный полинуклеотид, характеризующийся наличием в нем сахара (рибозы, см.) и пиримидина урацила (вместо тимидина в ДНК). У многих вирусов геном состоит из одно- и двунитчатых РНК. У про- и эукариот функции РНК сильно различаются. РНК обеспечивает информационный поток (информационная и транспортная РНК), выполняет ферментативные функции (рибозимы, см.) и служит в качестве структурного каркаса для субклеточных частиц (рибосомная РНК, см.). Клеточная РНК состоит из рибосомной (рРНК, до 80-90% всей клеточной РНК), транспортной (тРНК, 6-8%) и информационной (иРНК, менее 2%). Возможно, в клетках РНК никогда не встречается в свободном виде, а всегда существует в комплексе с белками, образуя рибонуклеопротеиновые частицы (см. Рибонуклеопротеин). Кроме названных трех основных групп, имеется также большое количество особых мелких РНК, напр. низкомолекулярная ядерная РНК. У эукариот молекулы РНК, как правило, транскрибируются в виде больших молекул (предшественников про-РНК), а затем путем сплайсинга и др. посттранскрипционных модификаций преобразуются в активные (зрелые) формы, имеющие меньшие (иногда существенно) размеры. 

Рибонуклеозид * ribonucleoside - - пуриновое или пиримидиновое основание (см. Основание), ковалентно присоединенное к молекуле рибозы . 

Рибонуклеопротеин, РНП * ribonucleoprotein, RNP - - комплексная структура (макромолекула), содержащая РНК и белок. На основе функциональных особенностей различают разные виды РНП, из которых наибольшую значимость имеют информосомы , а также сплайсосомы , РНКаза и др., участвующие в процессинге и РНК. 

Рибонуклеотид * ribonucleotide - - органическая молекула, состоящая из пуринового или пиримидинового (включая редкие) основания (см. Основание), ковалентно п.

Рибосома, тельце Паладе * ribosome or Palade's granule - - асимметричная клеточная рибонуклеопротеидная частица диаметром 10-20 μm, состоящая из двух субъединиц в комплексе с Mg2+, необходимым для взаимодействия этих субъединиц, и обладающая каталитической функцией, ответственной за образование пептидных связей, т. е. за полимеризацию аминокислотных остатков в полипептидную цепь белка. При связывании Р. с информационной РНК (см. табл.) начинается синтез полипептидов (трансляция, см.). Малая субъединица содержит единственную цепь рРНК (16S - у прокариот, хлоропластов и растений, 18S рРНК - у животных, а также человека), ассоциированную с рибосомным белком (S-белки), которая связывается с иРНК (см. Шайна-Далгарно последовательность). Крупная субъединица является комплексом единственной большой цепи рРНК (23S рРНК - у прокариот, 25S - у растений и митохондрий, 28S - у животных), одной или двух малых рРНК (5S - у прокариот, 5S и 5,8S - у эукариот) и рибосомных L-белков. Этот комплекс несет сайт для присоединения 2-3 молекул транспортной 

Рибосомная ДНК, рДНК * ribosomal DNA, rDNA - - тандемный кластер генов (батарея генов), кодирующих 18S, 5,8S и 28S рибосомную РНК эукариот. Эти гены разделены т.н. внутренними спейсерами и транскрибируются последовательно РНК-полимеразой в большой транскрипт прорибосомной РНК. Два соседних кластера разделяются внешними (нетраснкрибируемыми) спейсерами различной длины. Частично транскрибируемые межгенные последовательности содержат серии Alu I-повторов длиной в 240 п. о. с энхансерными (см. Энхансер) функциями. Гены рРНК относятся к геномной фракции среднеповторяющейся ДНК (см. ДНК среднеповторяющаяся). 

 Источник

 

 

 

 


Главная