§6. Acizi nucleici. ATP. Curs Acizi nucleici. Acizi nucleici ATP Ce monomeri alcătuiesc molecula de ATP

Continuare. Vezi nr. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Lecții de biologie la orele de științe

Planificare avansată, clasa a 10-a

Lecția 19

Echipament: tabele de biologie generală, o diagramă a structurii moleculei de ATP, o diagramă a relației dintre plastic și schimburile de energie.

I. Testul de cunoștințe

Efectuarea unui dictat biologic „Compuși organici ai materiei vii”

Profesorul citește tezele sub numere, elevii notează în caiet numerele acelor teze care se potrivesc ca conținut cu versiunea lor.

Opțiunea 1 - proteine.
Opțiunea 2 - carbohidrați.
Opțiunea 3 - lipide.
Opțiunea 4 - acizi nucleici.

1. În forma sa pură, ele constau numai din atomi C, H, O.

2. Pe lângă atomii C, H, O, ei conțin atomi de N și de obicei S.

3. Pe lângă atomii C, H, O, ei conțin atomi de N și P.

4. Au o greutate moleculară relativ mică.

5. Greutatea moleculară poate fi de la mii la câteva zeci și sute de mii de daltoni.

6. Cei mai mari compuși organici cu o greutate moleculară de până la câteva zeci și sute de milioane de daltoni.

7. Au greutăți moleculare diferite – de la foarte mici la foarte mari, în funcție de faptul că substanța este un monomer sau un polimer.

8. Constă din monozaharide.

9. Constă din aminoacizi.

10. Constă din nucleotide.

11. Sunt esteri superiori acizi grași.

12. Unitate structurală de bază: „bază azotată – pentoză – reziduu de acid fosforic”.

13. Unitate structurală de bază: „aminoacizi”.

14. Unitate structurală de bază: „monozaharidă”.

15. Unitate structurală de bază: „glicerol-acid gras”.

16. Moleculele de polimer sunt construite din aceiași monomeri.

17. Moleculele de polimer sunt construite din monomeri similari, dar nu tocmai identici.

18. Nu sunt polimeri.

19. Îndeplinesc aproape exclusiv funcții energetice, de construcție și stocare, în unele cazuri – de protecție.

20. Pe lângă energie și construcție, efectuează catalitice, semnalizare, transport, propulsie și functie de protectie;

21. Ele stochează și transferă proprietățile ereditare ale celulei și ale corpului.

Opțiunea 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
Opțiunea 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
Opțiunea 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
Opțiunea 4– 3; 6; 10; 12; 17; 21.

II. Învățarea de materiale noi

1. Structura acidului adenozin trifosforic

Pe lângă proteine, acizi nucleici, grăsimi și carbohidrați, un număr mare de alți compuși organici sunt sintetizați în materia vie. Printre acestea, un rol important în bioenergetica celulei îl joacă adenozin trifosfat (ATP). ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. În celule, acidul adenozin trifosforic este cel mai adesea prezent sub formă de săruri numite adenozin trifosfați. Cantitatea de ATP fluctuează și este în medie de 0,04% (în medie există aproximativ 1 miliard de molecule de ATP într-o celulă). Cea mai mare cantitate de ATP se găsește în mușchii scheletici (0,2-0,5%).

Molecula de ATP este formată dintr-o bază azotată - adenină, pentoză - riboză și trei resturi de acid fosforic, adică. ATP este o adenil nucleotidă specială. Spre deosebire de alte nucleotide, ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic. ATP se referă la substanțe macroergice - substanțe care conțin o cantitate mare de energie în legăturile lor.

Modelul spațial (A) și formula structurală (B) a moleculei de ATP

Din compoziția ATP sub acțiunea enzimelor ATPază, un reziduu de acid fosforic este scindat. ATP are o tendință puternică de a-și desprinde gruparea terminală de fosfat:

ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30,5 kJ + Fn,

deoarece aceasta duce la dispariţia repulsiei electrostatice nefavorabile energetic între sarcinile negative învecinate. Fosfatul rezultat este stabilizat prin formarea de legături de hidrogen favorabile energetic cu apa. Distribuția sarcinii în sistemul ADP + Fn devine mai stabilă decât în ​​ATP. Ca rezultat al acestei reacții, se eliberează 30,5 kJ (când o legătură covalentă convențională este ruptă, se eliberează 12 kJ).

Pentru a sublinia „costul” energetic ridicat al legăturii fosfor-oxigen în ATP, se obișnuiește să o notăm cu semnul ~ și să o numim legătură macroenergetică. Când o moleculă de acid fosforic este scindată, ATP este convertit în ADP (acid adenozin difosforic), iar dacă două molecule de acid fosforic sunt scindate, atunci ATP este transformat în AMP (acid adenozin monofosforic). Scindarea celui de-al treilea fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ, astfel încât în ​​molecula de ATP există doar două legături macroergice.

2. Formarea de ATP în celulă

Aportul de ATP în celulă este mic. De exemplu, într-un mușchi, rezervele de ATP sunt suficiente pentru 20-30 de contracții. Dar un mușchi poate lucra ore întregi și poate produce mii de contracții. Prin urmare, împreună cu descompunerea ATP în ADP, sinteza inversă trebuie să aibă loc în mod continuu în celulă. Există mai multe căi pentru sinteza ATP în celule. Să-i cunoaștem.

1. fosforilarea anaerobă. Fosforilarea este procesul de sinteză a ATP din ADP și fosfat cu greutate moleculară mică (Pn). În acest caz vorbim despre procesele fără oxigen de oxidare a substanțelor organice (de exemplu, glicoliza este procesul de oxidare fără oxigen a glucozei în acid piruvic). Aproximativ 40% din energia eliberată în timpul acestor procese (aproximativ 200 kJ / mol de glucoză) este cheltuită pentru sinteza ATP, iar restul este disipată sub formă de căldură:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Fn -–> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

2. Fosforilarea oxidativă- acesta este procesul de sinteză a ATP datorită energiei de oxidare a substanțelor organice cu oxigen. Acest proces a fost descoperit la începutul anilor 1930. Secolului 20 V.A. Engelhardt. Procesele de oxidare cu oxigen a substanțelor organice au loc în mitocondrii. Aproximativ 55% din energia eliberată în acest caz (aproximativ 2600 kJ / mol de glucoză) este transformată în energia legăturilor chimice ale ATP, iar 45% este disipată sub formă de căldură.

Fosforilarea oxidativă este mult mai eficientă decât sintezele anaerobe: dacă în timpul glicolizei sunt sintetizate doar 2 molecule de ATP în timpul descompunerii unei molecule de glucoză, atunci se formează 36 de molecule de ATP în timpul fosforilării oxidative.

3. Fotofosforilarea- procesul de sinteză a ATP datorită energiei luminii solare. Această cale de sinteză a ATP este caracteristică doar pentru celulele capabile de fotosinteză (plante verzi, cianobacterii). Energia cuantelor luminii solare este folosită de fotosintetice în faza luminoasă a fotosintezei pentru sinteza ATP.

3. Semnificația biologică a ATP

ATP se află în centrul proceselor metabolice din celulă, fiind legătura dintre reacțiile de sinteză biologică și dezintegrare. Rolul ATP în celulă poate fi comparat cu rolul unei baterii, deoarece în timpul hidrolizei ATP, energia necesară pentru diferite procese de viață ("descărcare") este eliberată și în procesul de fosforilare ("încărcare"). , ATP acumulează din nou energie în sine.

Datorită energiei eliberate în timpul hidrolizei ATP, au loc aproape toate procesele vitale din celulă și corp: impulsuri nervoase, biosinteza substantelor, contractiile musculare, transportul substantelor etc.

III. Consolidarea cunoștințelor

Rezolvarea problemelor biologice

Sarcina 1. Când alergăm repede, respirăm adesea, există transpirație crescută. Explicați aceste fenomene.

Sarcina 2. De ce oamenii înghețați încep să calce și să sară în frig?

Sarcina 3. În binecunoscuta lucrare a lui I. Ilf și E. Petrov „Cele douăsprezece scaune” printre multe sfaturi utile poți găsi și asta: „Respiră adânc, ești entuziasmat”. Încercați să justificați acest sfat din punctul de vedere al proceselor energetice care au loc în organism.

IV. Teme pentru acasă

Începeți să vă pregătiți pentru test și test (dictați întrebările testului - vezi lecția 21).

Lecția 20

Echipament: tabele de biologie generală.

I. Generalizarea cunoștințelor secțiunii

Lucrarea elevilor cu întrebări (individual) cu verificare și discuție ulterioară

1. Dați exemple de compuși organici care includ carbon, sulf, fosfor, azot, fier, mangan.

2. Cum se poate distinge o celulă vie de una moartă prin compoziția ionică?

3. Ce substanțe se află în celulă sub formă nedizolvată? Ce organe și țesuturi includ acestea?

4. Dați exemple de macronutrienți incluși în centrii activi ai enzimelor.

5. Ce hormoni conțin oligoelemente?

6. Care este rolul halogenilor în corpul uman?

7. Prin ce diferă proteinele de polimerii artificiali?

8. Care este diferența dintre peptide și proteine?

9. Care este numele proteinei care face parte din hemoglobina? Din câte subunități este compusă?

10. Ce este ribonucleaza? Câți aminoacizi sunt în el? Când a fost sintetizat artificial?

11. De ce este scăzută viteza reacțiilor chimice fără enzime?

12. Ce substanțe sunt transportate de proteine ​​prin membrana celulară?

13. Cum diferă anticorpii de antigene? Vaccinurile conțin anticorpi?

14. Ce substanțe descompun proteinele din organism? Câtă energie este eliberată în acest caz? Unde și cum este neutralizat amoniacul?

15. Dați un exemplu de hormoni peptidici: cum participă aceștia la reglarea metabolismului celular?

16. Care este structura zahărului cu care bem ceaiul? Ce alte trei sinonime pentru această substanță cunoașteți?

17. De ce grăsimea din lapte nu se colectează la suprafață, ci este în suspensie?

18. Care este masa ADN-ului din nucleul celulelor somatice și germinale?

19. Cât de mult ATP folosește o persoană pe zi?

20. Din ce proteine ​​fac oamenii haine?

Structura primară a ribonucleazei pancreatice (124 de aminoacizi)

II. Teme pentru acasă.

Continuați pregătirea pentru test și testare în secțiunea „Organizarea chimică a vieții”.

Lecția 21

I. Efectuarea unui test oral pe întrebări

1. Compoziția elementară a celulei.

2. Caracteristicile elementelor organogenice.

3. Structura moleculei de apă. Legătura de hidrogen și semnificația ei în „chimia” vieții.

4. Proprietăţile şi funcţiile biologice ale apei.

5. Substanțe hidrofile și hidrofobe.

6. Cationii și semnificația lor biologică.

7. Anionii și semnificația lor biologică.

8. Polimeri. polimeri biologici. Diferențele dintre polimerii periodici și neperiodici.

9. Proprietăţile lipidelor, funcţiile lor biologice.

10. Grupe de carbohidrați distinse prin caracteristici structurale.

11. Funcţiile biologice ale carbohidraţilor.

12. Compoziția elementară a proteinelor. Aminoacizi. Formarea peptidelor.

13. Structuri primare, secundare, terțiare și cuaternare ale proteinelor.

14. Funcția biologică a proteinelor.

15. Diferențele dintre enzime și catalizatorii nebiologici.

16. Structura enzimelor. Coenzime.

17. Mecanismul de acţiune al enzimelor.

18. Acizi nucleici. Nucleotidele și structura lor. Formarea polinucleotidelor.

19. Regulile lui E.Chargaff. Principiul complementarității.

20. Formarea unei molecule de ADN dublu catenar și spiralizarea acesteia.

21. Clase de ARN celular și funcțiile lor.

22. Diferențele dintre ADN și ARN.

23. Replicarea ADN-ului. Transcriere.

24. Structura și rolul biologic al ATP.

25. Formarea ATP în celulă.

II. Teme pentru acasă

Continuați pregătirea pentru test în secțiunea „Organizarea chimică a vieții”.

Lecția 22

I. Efectuarea unei probe scrise

Opțiunea 1

1. Există trei tipuri de aminoacizi - A, B, C. Câte variante de lanțuri polipeptidice formate din cinci aminoacizi se pot construi. Specificați aceste opțiuni. Vor avea aceste polipeptide aceleași proprietăți? De ce?

2. Toate viețuitoarele constau în principal din compuși de carbon, iar siliciul, analogul carbonului, al cărui conținut în scoarța terestră este de 300 de ori mai mult decât carbonul, se găsește doar în foarte puține organisme. Explicați acest fapt în ceea ce privește structura și proprietățile atomilor acestor elemente.

3. Moleculele de ATP marcate cu 32P radioactiv la ultimul, al treilea rest de acid fosforic au fost introduse într-o celulă, iar moleculele de ATP marcate cu 32P la primul rest cel mai apropiat de riboză au fost introduse într-o altă celulă. După 5 minute, conținutul de ion fosfat anorganic marcat cu 32P a fost măsurat în ambele celule. Unde va fi semnificativ mai mare?

4. Studiile au arătat că 34% din numărul total de nucleotide ale acestui ARNm este guanină, 18% este uracil, 28% este citozină și 20% este adenină. Determinați compoziția procentuală a bazelor azotate ale ADN-ului dublu catenar, din care ARNm specificat este o turnare.

Opțiunea 2

1. Grasimile constituie „prima rezerva” in metabolismul energetic si sunt folosite atunci cand rezerva de carbohidrati este epuizata. Cu toate acestea, în mușchii scheletici, în prezența glucozei și a acizilor grași, aceștia din urmă sunt utilizați într-o măsură mai mare. Proteinele ca sursă de energie sunt întotdeauna folosite doar ca ultimă soluție, atunci când organismul moare de foame. Explicați aceste fapte.

2. Ionii metalelor grele (mercur, plumb etc.) și arsenul se leagă cu ușurință de grupele sulfurice ale proteinelor. Cunoscând proprietățile sulfurilor acestor metale, explicați ce se întâmplă cu proteina atunci când este combinată cu aceste metale. De ce sunt metalele grele otrăvitoare pentru organism?

3. În reacția de oxidare a substanței A în substanța B, se eliberează 60 kJ de energie. Câte molecule de ATP pot fi sintetizate maxim în această reacție? Cum va fi folosită restul energiei?

4. Studiile au arătat că 27% din numărul total de nucleotide ale acestui ARNm este guanină, 15% este uracil, 18% este citozină și 40% este adenină. Determinați compoziția procentuală a bazelor azotate ale ADN-ului dublu catenar, din care ARNm specificat este o turnare.

Va urma

LA acizi nucleici includ compuși cu înaltă polimeri care se descompun în timpul hidrolizei în baze purinice și pirimidinice, pentoză și acid fosforic. Acizii nucleici conțin carbon, hidrogen, fosfor, oxigen și azot. Există două clase de acizi nucleici: acizi ribonucleici (ARN)Și acizi dezoxiribonucleici (ADN).

Structura și funcțiile ADN-ului

ADN- un polimer ai cărui monomeri sunt dezoxiribonucleotide. Modelul structurii spațiale a moleculei de ADN sub forma unui dublu helix a fost propus în 1953 de J. Watson și F. Crick (pentru a construi acest model, au folosit lucrările lui M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

molecula de ADN format din două lanțuri de polinucleotide, răsucite spiralat unul în jurul celuilalt și împreună în jurul unei axe imaginare, i.e. este o spirală dublă (excepție - unii virusuri care conțin ADN au ADN monocatenar). Diametrul dublei helix ADN este de 2 nm, distanța dintre nucleotidele adiacente este de 0,34 nm și există 10 perechi de nucleotide pe tură a helixului. Lungimea moleculei poate ajunge la câțiva centimetri. Greutatea moleculară - zeci și sute de milioane. Lungimea totală a ADN-ului din nucleul celulei umane este de aproximativ 2 m. În celulele eucariote, ADN-ul formează complexe cu proteinele și are o conformație spațială specifică.

Monomer ADN - nucleotidă (dezoxiribonucleotidă)- constă din reziduuri a trei substanțe: 1) o bază azotată, 2) o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (pentoză) și 3) acid fosforic. Bazele azotate ale acizilor nucleici aparțin claselor pirimidinelor și purinelor. Bazele pirimidinice ale ADN-ului(au un inel în molecula lor) - timină, citozină. Baze purinice(au două inele) - adenină și guanină.

Monozaharida nucleotidei ADN este reprezentată de deoxiriboză.

Numele nucleotidei este derivat din numele bazei corespunzătoare. Nucleotidele și bazele azotate sunt indicate cu majuscule.

baza azotata Denumirea nucleotidei Desemnare
adeninaAdenilA (A)
GuaninaGuanylG (G)
TimintimidilT(T)
CitozinaCitidilC (C)

Un lanț polinucleotidic se formează ca rezultat al reacțiilor de condensare a nucleotidelor. În acest caz, între carbonul de 3" al reziduului dezoxiriboză al unei nucleotide și restul de acid fosforic al celeilalte, legătura fosfoeterică(aparține categoriei de legături covalente puternice). Un capăt al lanțului de polinucleotide se termină cu un capăt de 5 "carbon (se numește capătul 5"), celălalt se termină cu un capăt de 3 "carbon (3").

Împotriva unui lanț de nucleotide se află un al doilea lanț. Dispunerea nucleotidelor în aceste două lanțuri nu este întâmplătoare, ci strict definită: timina este întotdeauna situată opus adeninei unui lanț din celălalt lanț, iar citozina este întotdeauna situată opus guaninei, între adenină și timină iau două legături de hidrogen, trei hidrogen. legături dintre guanină și citozină. Modelul conform căruia nucleotidele diferitelor catene de ADN sunt ordonate strict (adenină - timină, guanină - citozină) și se combină selectiv unele cu altele se numește principiul complementaritatii. De remarcat că J. Watson și F. Crick au ajuns să înțeleagă principiul complementarității după citirea lucrărilor lui E. Chargaff. E. Chargaff, după ce a studiat un număr mare de probe de țesut și organe diverse organisme, a descoperit că în orice fragment de ADN conținutul de reziduuri de guanină corespunde întotdeauna exact conținutului de citozină, iar adenina timinei ( „Regula lui Chargaff”), dar nu a putut explica acest fapt.

Din principiul complementarității rezultă că secvența de nucleotide a unui lanț determină secvența de nucleotide a altuia.

Catenele de ADN sunt antiparalele (opuse), adică. nucleotidele diferitelor lanțuri sunt situate în direcții opuse și, prin urmare, opus capătului 3 al unui lanț se află capătul 5 al celuilalt. Molecula de ADN este uneori comparată cu o scară în spirală. „Balustrada” acestei scări este coloana vertebrală zahăr-fosfat (reziduuri alternative de deoxiriboză și acid fosforic); „treptele” sunt baze azotate complementare.

Funcția ADN-ului- stocarea si transmiterea informatiilor ereditare.

Replicarea (reduplicarea) ADN-ului

- procesul de autodublare, principala proprietate a moleculei de ADN. Replicarea aparține categoriei reacțiilor de sinteză a matricei și implică enzime. Sub acțiunea enzimelor, molecula de ADN se desfășoară, iar în jurul fiecărei catene care acționează ca șablon, o nouă catenă este completată conform principiilor complementarității și antiparalelismului. Astfel, în fiecare ADN fiică, o catenă este catena părinte, iar a doua catenă este nou sintetizată. Acest tip de sinteză se numește semiconservatoare.

„Materialul de construcție” și sursa de energie pentru replicare sunt trifosfați dezoxiribonucleozidici(ATP, TTP, GTP, CTP) care conține trei resturi de acid fosforic. Când trifosfații dezoxiribonucleozidici sunt incluși în lanțul polinucleotidic, două resturi terminale de acid fosforic sunt scindate, iar energia eliberată este utilizată pentru a forma o legătură fosfodiesterică între nucleotide.


Următoarele enzime sunt implicate în replicare:

  1. helicaze (ADN-ul de desfășurare);
  2. proteine ​​destabilizatoare;
  3. ADN topoizomeraze (ADN tăiat);
  4. ADN polimeraze (selectează trifosfații dezoxiribonucleozidici și le atașează complementar la lanțul șablon de ADN);
  5. primaze ARN (formă primeri ARN, primeri);
  6. ADN ligaze (coaseți fragmente de ADN împreună).

Cu ajutorul helicazelor, ADN-ul este deztors în anumite regiuni, regiunile ADN monocatenar sunt legate de proteine ​​destabilizatoare și furcă de replicare. Cu o discrepanță de 10 perechi de nucleotide (o tură a helixului), molecula de ADN trebuie să finalizeze o revoluție completă în jurul axei sale. Pentru a preveni această rotație, ADN-topoizomeraza taie o catenă de ADN, permițându-i să se rotească în jurul celei de-a doua catene.

ADN polimeraza poate atasa doar o nucleotida la carbonul de 3" al dezoxiribozei nucleotidei anterioare, astfel ca aceasta enzima se poate deplasa de-a lungul ADN-ului matrita intr-o singura directie: de la capatul de 3" la capatul de 5" al acestui ADN matrita. Deoarece lanțurile din ADN-ul matern sunt antiparalele, atunci pe diferitele sale lanțuri asamblarea lanțurilor polinucleotidice fiice are loc în moduri diferite și în direcții opuse. Pe lanțul 3 „–5” sinteza lanțului polinucleotid fiice se desfășoară fără întrerupere; acest lanț fiică se va numi conducere. Pe lanțul 5 "–3" - intermitent, în fragmente ( fragmente din Okazaki), care, după terminarea replicării de către ADN ligaze, sunt fuzionate într-o singură catenă; acest lanț de copii se va numi întârziat (rămânând în urmă).

O caracteristică a ADN polimerazei este că își poate începe lucrul numai cu "seminte" (grund). Rolul „semințelor” este îndeplinit de secvențe scurte de ARN formate cu participarea enzimei primază ARN și asociate cu ADN șablon. Primerii ARN sunt îndepărtați după finalizarea ansamblării lanțurilor de polinucleotide.

Replicarea se desfășoară în mod similar în procariote și eucariote. Rata de sinteză a ADN-ului la procariote este cu un ordin de mărime mai mare (1000 de nucleotide pe secundă) decât la eucariote (100 de nucleotide pe secundă). Replicarea începe simultan în mai multe regiuni ale moleculei de ADN. O bucată de ADN de la o origine de replicare la alta formează o unitate de replicare - replicon.

Replicarea are loc înainte de diviziunea celulară. Datorită acestei capacități a ADN-ului, se realizează transferul de informații ereditare de la celula mamă la celulele fiice.

Reparație („reparație”)

reparatii este procesul de reparare a deteriorării secvenței de nucleotide a ADN-ului. Este realizat de sisteme enzimatice speciale ale celulei ( enzime reparatoare). Următoarele etape pot fi distinse în procesul de reparare a structurii ADN: 1) nucleazele reparatoare ADN recunosc și îndepărtează zona deteriorată, rezultând un gol în lanțul ADN; 2) ADN polimeraza umple acest gol prin copierea informațiilor din a doua catenă („bună”); 3) ADN ligaza „reticulă” nucleotidele, completând reparația.

Trei mecanisme de reparare au fost studiate cel mai mult: 1) fotorepararea, 2) repararea accizelor sau pre-replicative, 3) repararea post-replicativă.

Modificările în structura ADN-ului apar în mod constant în celulă sub influența metaboliților reactivi, a radiațiilor ultraviolete, a metalelor grele și a sărurilor acestora etc. Prin urmare, defectele sistemelor de reparare cresc rata proceselor de mutație și sunt cauza bolilor ereditare (xerodermie). pigmentosa, progeria etc.).

Structura și funcțiile ARN


este un polimer ai cărui monomeri sunt ribonucleotide. Spre deosebire de ADN, ARN-ul este format nu din două, ci dintr-un singur lanț de polinucleotide (excepție - unii virusuri care conțin ARN au ARN dublu catenar). Nucleotidele ARN sunt capabile să formeze legături de hidrogen între ele. Lanțurile de ARN sunt mult mai scurte decât lanțurile de ADN.

Monomer ARN - nucleotidă (ribonucleotidă)- constă din reziduuri a trei substanțe: 1) o bază azotată, 2) o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (pentoză) și 3) acid fosforic. Bazele azotate ale ARN aparțin și ele claselor de pirimidine și purine.

Bazele pirimidinice ale ARN sunt uracil, citozină, iar bazele purinice sunt adenina și guanina. Monozaharida nucleotidă ARN este reprezentată de riboză.

Aloca trei tipuri de ARN: 1) informativ(matrice) ARN - ARNm (ARNm), 2) transport ARN - ARNt, 3) ribozomal ARN - ARNr.

Toate tipurile de ARN sunt polinucleotide neramificate, au o conformație spațială specifică și participă la procesele de sinteză a proteinelor. Informațiile despre structura tuturor tipurilor de ARN sunt stocate în ADN. Procesul de sinteză a ARN-ului pe un șablon de ADN se numește transcripție.



Transfer ARN-uri conțin de obicei 76 (de la 75 la 95) nucleotide; greutate moleculară - 25 000–30 000. Ponderea ARNt reprezintă aproximativ 10% din continut general ARN în celulă. Funcții ARNt: 1) transportul aminoacizilor la locul sintezei proteinelor, la ribozomi, 2) mediator de translație. În celulă se găsesc aproximativ 40 de tipuri de ARNt, fiecare dintre ele având o secvență de nucleotide caracteristică doar pentru aceasta. Cu toate acestea, toate ARNt-urile au mai multe regiuni complementare intramoleculare, datorită cărora ARNt-urile capătă o conformație care seamănă cu o frunză de trifoi. Orice ARNt are o buclă pentru contactul cu ribozomul (1), o buclă anticodon (2), o buclă pentru contactul cu enzima (3), o tulpină acceptor (4) și un anticodon (5). Aminoacidul este atașat la capătul 3’ al tulpinii acceptoare. Anticodon- trei nucleotide care „recunosc” codonul ARNm. Trebuie subliniat faptul că un anumit ARNt poate transporta un aminoacid strict definit corespunzător anticodonului său. Specificitatea conexiunii dintre aminoacizi și ARNt se realizează datorită proprietăților enzimei aminoacil-ARNt sintetaza.

ARN ribozomal conțin 3000–5000 de nucleotide; greutate moleculară - 1 000 000–1 500 000. ARNr reprezintă 80–85% din conținutul total de ARN din celulă. În combinație cu proteinele ribozomale, ARNr formează ribozomi - organele care realizează sinteza proteinelor. În celulele eucariote, sinteza ARNr are loc în nucleol. funcțiile ARNr: 1) o componentă structurală necesară a ribozomilor și, astfel, asigurând funcționarea ribozomilor; 2) asigurarea interacțiunii ribozomului și ARNt; 3) legarea inițială a ribozomului și a codonului inițiator ARNm și determinarea cadrului de citire, 4) formarea centrului activ al ribozomului.

Informații ARN a variat în conținutul de nucleotide și greutatea moleculară (de la 50.000 la 4.000.000). Ponderea ARNm reprezintă până la 5% din conținutul total de ARN din celulă. Funcțiile ARNm: 1) transferul de informații genetice de la ADN la ribozomi, 2) o matrice pentru sinteza unei molecule de proteine, 3) determinarea secvenței de aminoacizi a structurii primare a unei molecule de proteine.

Structura și funcțiile ATP

Acid adenozin trifosforic (ATP) este o sursă universală și principalul acumulator de energie în celulele vii. ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. Cantitatea de ATP este în medie de 0,04% (din masa brută a celulei), cea mai mare cantitate de ATP (0,2–0,5%) se găsește în mușchii scheletici.

ATP este format din reziduuri: 1) o bază azotată (adenină), 2) o monozaharidă (riboză), 3) trei acizi fosforici. Deoarece ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic, acesta aparține trifosfaților ribonucleozidici.

Pentru majoritatea tipurilor de lucru care au loc în celule, este utilizată energia hidrolizei ATP. În același timp, când restul terminal al acidului fosforic este scindat, ATP este transformat în ADP (acid adenozin difosforic), când al doilea reziduu de acid fosforic este scindat, acesta devine AMP (acid adenozin monofosforic). Randamentul de energie liberă în timpul eliminării atât a resturilor terminale, cât și a celui de-al doilea de acid fosforic este de 30,6 kJ fiecare. Scindarea celei de-a treia grupări fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ. Legăturile dintre terminal și al doilea, al doilea și primul reziduu de acid fosforic se numesc macroergice (de înaltă energie).

Rezervele de ATP sunt reînnoite în mod constant. În celulele tuturor organismelor, sinteza ATP are loc în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de acid fosforic la ADP. Fosforilarea are loc cu intensitate diferită în timpul respirației (mitocondrii), glicolizei (citoplasmei), fotosintezei (cloroplaste).

ATP este principala legătură între procesele însoțite de eliberarea și acumularea de energie și procesele care necesită energie. În plus, ATP, împreună cu alți trifosfați ribonucleozidici (GTP, CTP, UTP), este un substrat pentru sinteza ARN.

Toată viața de pe planetă este formată din multe celule care mențin ordinea organizării lor datorită informațiilor genetice conținute în nucleu. Este stocat, implementat și transmis prin compuși complecși cu molecul mare - acizi nucleici, constând din unități monomerice - nucleotide. Rolul acizilor nucleici nu poate fi supraestimat. Stabilitatea structurii lor determină activitatea vitală normală a organismului, iar orice abateri ale structurii conduc în mod inevitabil la o schimbare a organizării celulare, a activității proceselor fiziologice și a viabilității celulelor în ansamblu.

Conceptul de nucleotidă și proprietățile sale

Fiecare sau ARN este asamblat din compuși monomeri mai mici - nucleotide. Cu alte cuvinte, o nucleotidă este material de construcții pentru acizi nucleici, coenzime și mulți alți compuși biologici care sunt esențiali pentru celulă în cursul vieții sale.

Principalele proprietăți ale acestor substanțe de neînlocuit includ:

Stocarea informațiilor despre și trăsăturile moștenite;
. exercitarea controlului asupra creșterii și reproducerii;
. participarea la metabolism și multe altele procese fiziologice curgând în celulă.

Vorbind despre nucleotide, nu putem decât să ne oprim pe o problemă atât de importantă precum structura și compoziția lor.

Fiecare nucleotidă este alcătuită din:

reziduuri de zahăr;
. baza azotata;
. o grupare fosfat sau un rest de acid fosforic.

Putem spune că o nucleotidă este un compus organic complex. În funcție de compoziția speciei a bazelor azotate și de tipul de pentoză din structura nucleotidei, acizii nucleici sunt împărțiți în:

acid dezoxiribonucleic sau ADN;
. acid ribonucleic sau ARN.

Compoziția acizilor nucleici

În acizii nucleici, zahărul este reprezentat de pentoză. Acesta este un zahăr cu cinci atomi de carbon, în ADN se numește deoxiriboză, în ARN se numește riboză. Fiecare moleculă de pentoză are cinci atomi de carbon, dintre care patru, împreună cu un atom de oxigen, formează un inel cu cinci membri, iar al cincilea este inclus în grupa HO-CH2.

Poziția fiecărui atom de carbon într-o moleculă de pentoză este indicată printr-un număr arab cu un prim (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Deoarece toate procesele de citire dintr-o moleculă de acid nucleic au o direcție strictă, numerotarea atomilor de carbon și aranjarea lor în inel servesc ca un fel de indicator al direcției corecte.

Pe gruparea hidroxil, un reziduu de acid fosforic este atașat la al treilea și al cincilea atom de carbon (3С´ și 5С´). Determină afilierea chimică a ADN-ului și ARN-ului la un grup de acizi.

O bază azotată este atașată la primul atom de carbon (1C´) din molecula de zahăr.

Compoziția speciilor a bazelor azotate

Nucleotidele ADN conform bazei azotate sunt reprezentate de patru tipuri:

Adenina (A);
. guanină (G);
. citozină (C);
. timină (T).

Primele două aparțin clasei purinelor, ultimele două sunt pirimidine. În ceea ce privește greutatea moleculară, purinele sunt întotdeauna mai grele decât pirimidinele.

Nucleotidele ARN pe bază de azot sunt reprezentate de:

Adenina (A);
. guanină (G);
. citozină (C);
. uracil (U).

Uracilul, ca și timina, este o bază de pirimidină.

În literatura științifică, se poate găsi adesea o altă denumire a bazelor azotate - cu litere latine (A, T, C, G, U).

Să ne oprim mai în detaliu asupra structurii chimice a purinelor și pirimidinelor.

Pirimidinele, și anume citozina, timina și uracilul, în compoziția lor sunt reprezentate de doi atomi de azot și patru atomi de carbon, formând un inel cu șase atomi. Fiecare atom are propriul său număr de la 1 la 6.

Purinele (adenina și guanina) sunt compuse din pirimidină și imidazol sau din doi heterocicli. Molecula de bază purinică este reprezentată de patru atomi de azot și cinci atomi de carbon. Fiecare atom este numerotat de la 1 la 9.

Ca rezultat al combinației unei baze azotate și a unui reziduu de pentoză, se formează o nucleozidă. O nucleotidă este un compus dintr-o grupare nucleozidă și fosfat.

Formarea legăturilor fosfodiesterice

Este important să înțelegem întrebarea cum nucleotidele sunt conectate într-un lanț polipeptidic și formează o moleculă de acid nucleic. Acest lucru se întâmplă din cauza așa-numitelor legături fosfodiester.

Interacțiunea a două nucleotide dă o dinucleotidă. Formarea unui nou compus are loc prin condensare, atunci când are loc o legătură fosfodiester între restul de fosfat al unui monomer și gruparea hidroxi a pentozei altuia.

Sinteza unei polinucleotide este repetarea repetată a acestei reacții (de câteva milioane de ori). Lanțul polinucleotidic este construit prin formarea de legături fosfodiester între al treilea și al cincilea atomi de carbon al zaharurilor (3C’ și 5C’).

Asamblarea polinucleotidelor este un proces complex care are loc cu participarea enzimei ADN polimeraza, care asigură creșterea lanțului de la un singur capăt (3´) cu o grupare hidroxil liberă.

Structura moleculei de ADN

O moleculă de ADN, ca o proteină, poate avea o structură primară, secundară și terțiară.

Secvența de nucleotide din lanțul ADN determină formarea sa primară datorită legăturilor de hidrogen, care se bazează pe principiul complementarității. Cu alte cuvinte, în timpul sintezei unui dublu, operează un anumit tipar: adenina dintr-un lanț corespunde timinei celuilalt, guanina citozinei și invers. Se formează perechi de adenină și timină sau guanină și citozină datorită a două legături de hidrogen în primul caz și trei în ultimul caz. O astfel de conexiune de nucleotide asigură o legătură puternică între lanțuri și o distanță egală între ele.

Cunoscând secvența de nucleotide a unei catene de ADN, prin principiul complementarității sau al adunării, o puteți completa pe a doua.

Structura terțiară a ADN-ului este formată din legături tridimensionale complexe, ceea ce face molecula sa mai compactă și mai capabilă să se potrivească într-un volum mic de celule. Deci, de exemplu, lungimea ADN-ului E. coli este mai mare de 1 mm, în timp ce lungimea celulei este mai mică de 5 microni.

Numărul de nucleotide din ADN, și anume raportul lor cantitativ, respectă regula Chergaff (numărul de baze purinice este întotdeauna egal cu numărul de baze pirimidinice). Distanța dintre nucleotide este o valoare constantă egală cu 0,34 nm, ca și greutatea lor moleculară.

Structura moleculei de ARN

ARN-ul este reprezentat de un singur lanț polinucleotidic format între pentoză (în acest caz, riboză) și reziduul fosfat. Este mult mai scurtă decât ADN-ul ca lungime. Există, de asemenea, diferențe în compoziția speciilor a bazelor azotate din nucleotidă. În ARN, uracilul este utilizat în locul bazei pirimidinice a timinei. În funcție de funcțiile îndeplinite în organism, ARN-ul poate fi de trei tipuri.

Ribozomal (ARNr) - conține de obicei de la 3000 la 5000 de nucleotide. Ca componentă structurală necesară, participă la formarea centrului activ al ribozomilor, locul unuia dintre cele mai importante procese din biosinteza celulei - proteine.
. Transport (ARNt) - constă într-o medie de 75 - 95 nucleotide, efectuează transferul aminoacidului dorit la locul sintezei polipeptidelor din ribozom. Fiecare tip de ARNt (cel puțin 40) are propria sa secvență unică de monomeri sau nucleotide.
. Informații (ARNm) - compoziția nucleotidelor este foarte diversă. Transferă informația genetică de la ADN la ribozomi, acționează ca o matrice pentru sinteza unei molecule de proteine.

Rolul nucleotidelor în organism

Nucleotidele din celulă îndeplinesc o serie de funcții importante:

Sunt folosite ca blocuri structurale pentru acizi nucleici (nucleotide din seria purinelor si pirimidinelor);
. participă la multe procese metabolice din celulă;
. fac parte din ATP - principala sursă de energie în celule;
. acţionează ca purtători ai echivalenţilor reducători în celule (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
. îndeplinește funcția de bioregulatori;
. poate fi considerat ca fiind mesagerii secundi ai sintezei extracelulare regulate (de exemplu, cAMP sau cGMP).

O nucleotidă este o unitate monomerică care formează compuși mai complecși - acizi nucleici, fără de care transferul informațiilor genetice, stocarea și reproducerea acesteia sunt imposibile. Nucleotidele libere sunt principalele componente implicate în procesele de semnalizare și energie care susțin funcționarea normală a celulelor și a corpului în ansamblu.

Amintiți-vă ce sunt un monomer și un polimer. Ce substanțe sunt monomerii proteici? Cum sunt proteinele ca polimeri diferite de amidon?

Acizii nucleici ocupă un loc special printre substanțele organice ale celulei. Au fost mai întâi izolați din nucleele celulelor, pentru care și-au primit numele (din latină. Nucleu - nucleul). Ulterior, acizii nucleici au fost găsiți în citoplasmă și în alte organele celulare. Dar numele lor original a fost păstrat.

Acizii nucleici, ca și proteinele, sunt polimeri, dar monomerii lor, nucleotidele, au o structură mai complexă. Numărul de nucleotide dintr-un lanț poate ajunge la 30 000. Acizii nucleici sunt substanțele organice cu cea mai mare moleculă ale unei celule.

Orez. 24. Structura și tipurile de nucleotide

Există două tipuri de acizi nucleici care se găsesc în celule: acidul dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN). Ele diferă prin compoziția nucleotidelor, structura lanțului polinucleotid, greutatea moleculară și funcțiile îndeplinite.

Orez. 25. Lanț polinucleotidic

Compoziția și structura ADN-ului. Compoziția nucleotidelor moleculei de ADN include acid fosforic, carbohidrat dezoxiriboză (care este motivul pentru denumirea ADN) și baze azotate - adenină (A), timină (T), guanină (G), citozină (C) (Fig. 24, 25).

Aceste baze corespund în perechi una cu cealaltă ca structură (A = T, G = C) și pot fi combinate cu ușurință folosind legături de hidrogen. Astfel de baze pereche sunt numite complementare (din latină complementum - adunare).

Oamenii de știință englezi James Watson și Francis Crick au stabilit în 1953 că molecula de ADN este formată din două lanțuri răsucite în spirală. Coloana vertebrală a lanțului este formată din reziduurile de acid fosforic și dezoxiriboză, iar bazele azotate sunt direcționate în interiorul helixului (Fig. 26, 27). Două lanțuri sunt legate între ele prin legături de hidrogen între baze complementare.

Orez. 26. Diagrama unei molecule de ADN

În celule, moleculele de ADN sunt localizate în nucleu. Ele formează fire de cromatină și, înainte de diviziunea celulară, se spiralizează, se combină cu proteinele și se transformă în cromozomi. În plus, ADN-ul specific se găsește în mitocondrii și cloroplaste.

ADN-ul dintr-o celulă este responsabil pentru stocarea și transmiterea informațiilor ereditare. Acesta codifică informații despre structura tuturor proteinelor din organism. Numărul de molecule de ADN servește ca o trăsătură genetică a unui anumit tip de organism, iar secvența de nucleotide este specifică fiecărui individ.

Structura și tipurile de ARN. Compoziția moleculei de ARN include acid fosforic, carbohidrați - riboză (de unde și denumirea de acid ribonucleic), baze azotate: adenină (A), uracil (U), guanină (G), citozină (C). În loc de timină, aici se găsește uracil, care este complementar adeninei (A = Y). Moleculele de ARN, spre deosebire de ADN, constau dintr-un singur lanț de polinucleotide (Fig. 25), care poate avea secțiuni drepte și elicoidale, formează bucle între baze complementare folosind legături de hidrogen. Greutatea moleculară a ARN-ului este mult mai mică decât cea a ADN-ului.

În celule, moleculele de ARN se găsesc în nucleu, citoplasmă, cloroplaste, mitocondrii și ribozomi. Există trei tipuri de ARN, care au greutăți moleculare diferite, forme moleculare și îndeplinesc diferite funcții.

ARN-ul mesager (ARNm) transportă informații despre structura unei proteine ​​de la ADN la locul sintezei acesteia pe ribozomi. Fiecare moleculă de ARNm conține informațiile complete necesare pentru sinteza unei molecule de proteină. Dintre toate tipurile de ARN, cele mai mari ARNm.

Orez. 27. Helix dublu al moleculei de ADN (model 3D)

ARN-urile de transfer (ARNt) sunt cele mai scurte molecule. Structura lor seamănă cu o frunză de trifoi (Fig. 62). Ei transportă aminoacizi la locul de sinteză a proteinelor pe ribozomi.

ARN-ul ribozomal (ARNr) reprezintă mai mult de 80% din masa totală de ARN din celulă și, împreună cu proteinele, fac parte din ribozomi.

ATP. Pe lângă lanțurile de polinucleotide, celula conține mononucleotide care au aceeași compoziție și structură ca și nucleotidele care formează ADN și ARN. Cel mai important dintre acestea este ATP - adenozin trifosfat.

Molecula de ATP constă din riboză, adenină și trei resturi de acid fosforic, între care există două legături de înaltă energie (Fig. 28). Energia fiecăruia dintre ele este de 30,6 kJ/mol. Prin urmare, se numește macroergic, spre deosebire de o legătură simplă, a cărei energie este de aproximativ 13 kJ / mol. Când unul sau două resturi de acid fosforic sunt scindate dintr-o moleculă de ATP, se formează o moleculă de ADP (adenozin difosfat) sau AMP (adenozin monofosfat). În acest caz, energia este eliberată de două ori și jumătate mai mult decât în ​​timpul divizării altor substanțe organice.

Orez. 28. Structura moleculei de alenozin trifosfat (ATP) și rolul acesteia în conversia energiei

ATP este o substanță cheie a proceselor metabolice din celulă și o sursă universală de energie. Sinteza moleculelor de ATP are loc în mitocondrii, cloroplaste. Energia este stocată ca urmare a reacțiilor de oxidare a substanțelor organice și a acumulării de energie solară. Celula folosește această energie stocată în toate procesele vieții.

Exerciții pentru lecția învățată

  1. Ce este un monomer de acid nucleic? Din ce componente este compusa?
  2. Cum sunt acizii nucleici, precum polimerii, diferiți de proteine?
  3. Ce este complementaritatea? Numiți fundațiile tribale. Ce legături se formează între ele?
  4. Ce rol joacă moleculele de ARN în corpurile vii ale naturii?
  5. Funcția ATP într-o celulă este uneori comparată cu o baterie sau o baterie. Explicați semnificația acestei comparații.

LA acizi nucleici includ compuși cu înaltă polimeri care se descompun în timpul hidrolizei în baze purinice și pirimidinice, pentoză și acid fosforic. Acizii nucleici conțin carbon, hidrogen, fosfor, oxigen și azot. Există două clase de acizi nucleici: acizi ribonucleici (ARN)Și acizi dezoxiribonucleici (ADN).

Structura și funcțiile ADN-ului

ADN- un polimer ai cărui monomeri sunt dezoxiribonucleotide. Modelul structurii spațiale a moleculei de ADN sub forma unui dublu helix a fost propus în 1953 de J. Watson și F. Crick (pentru a construi acest model, au folosit lucrările lui M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

molecula de ADN format din două lanțuri de polinucleotide, răsucite spiralat unul în jurul celuilalt și împreună în jurul unei axe imaginare, i.e. este o spirală dublă (excepție - unii virusuri care conțin ADN au ADN monocatenar). Diametrul dublei helix ADN este de 2 nm, distanța dintre nucleotidele adiacente este de 0,34 nm și există 10 perechi de nucleotide pe tură a helixului. Lungimea moleculei poate ajunge la câțiva centimetri. Greutatea moleculară - zeci și sute de milioane. Lungimea totală a ADN-ului din nucleul celulei umane este de aproximativ 2 m. În celulele eucariote, ADN-ul formează complexe cu proteinele și are o conformație spațială specifică.

Monomer ADN - nucleotidă (dezoxiribonucleotidă)- constă din reziduuri a trei substanțe: 1) o bază azotată, 2) o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (pentoză) și 3) acid fosforic. Bazele azotate ale acizilor nucleici aparțin claselor pirimidinelor și purinelor. Bazele pirimidinice ale ADN-ului(au un inel în molecula lor) - timină, citozină. Baze purinice(au două inele) - adenină și guanină.

Monozaharida nucleotidei ADN este reprezentată de deoxiriboză.

Numele nucleotidei este derivat din numele bazei corespunzătoare. Nucleotidele și bazele azotate sunt indicate cu majuscule.

Un lanț polinucleotidic se formează ca rezultat al reacțiilor de condensare a nucleotidelor. În acest caz, între carbonul de 3" al reziduului dezoxiriboză al unei nucleotide și restul de acid fosforic al celeilalte, legătura fosfoeterică(aparține categoriei de legături covalente puternice). Un capăt al lanțului de polinucleotide se termină cu un capăt de 5 "carbon (se numește capătul 5"), celălalt se termină cu un capăt de 3 "carbon (3").

Împotriva unui lanț de nucleotide se află un al doilea lanț. Dispunerea nucleotidelor în aceste două lanțuri nu este întâmplătoare, ci strict definită: timina este întotdeauna situată opus adeninei unui lanț din celălalt lanț, iar citozina este întotdeauna situată opus guaninei, între adenină și timină iau două legături de hidrogen, trei hidrogen. legături dintre guanină și citozină. Modelul conform căruia nucleotidele diferitelor catene de ADN sunt ordonate strict (adenină - timină, guanină - citozină) și se combină selectiv unele cu altele se numește principiul complementaritatii. De remarcat că J. Watson și F. Crick au ajuns să înțeleagă principiul complementarității după citirea lucrărilor lui E. Chargaff. E. Chargaff, după ce a studiat un număr mare de mostre de țesuturi și organe ale diferitelor organisme, a descoperit că în orice fragment de ADN conținutul de reziduuri de guanină corespunde întotdeauna exact conținutului de citozină, iar adenina timinei ( „Regula lui Chargaff”), dar nu a putut explica acest fapt.

Din principiul complementarității rezultă că secvența de nucleotide a unui lanț determină secvența de nucleotide a altuia.

Catenele de ADN sunt antiparalele (opuse), adică. nucleotidele diferitelor lanțuri sunt situate în direcții opuse și, prin urmare, opus capătului 3 al unui lanț se află capătul 5 al celuilalt. Molecula de ADN este uneori comparată cu o scară în spirală. „Balustrada” acestei scări este coloana vertebrală zahăr-fosfat (reziduuri alternative de deoxiriboză și acid fosforic); „treptele” sunt baze azotate complementare.

Funcția ADN-ului- stocarea si transmiterea informatiilor ereditare.

Replicarea (reduplicarea) ADN-ului

- procesul de autodublare, principala proprietate a moleculei de ADN. Replicarea aparține categoriei reacțiilor de sinteză a matricei și implică enzime. Sub acțiunea enzimelor, molecula de ADN se desfășoară, iar în jurul fiecărei catene care acționează ca șablon, o nouă catenă este completată conform principiilor complementarității și antiparalelismului. Astfel, în fiecare ADN fiică, o catenă este catena părinte, iar a doua catenă este nou sintetizată. Acest tip de sinteză se numește semiconservatoare.

„Materialul de construcție” și sursa de energie pentru replicare sunt trifosfați dezoxiribonucleozidici(ATP, TTP, GTP, CTP) care conține trei resturi de acid fosforic. Când trifosfații dezoxiribonucleozidici sunt incluși în lanțul polinucleotidic, două resturi terminale de acid fosforic sunt scindate, iar energia eliberată este utilizată pentru a forma o legătură fosfodiesterică între nucleotide.

Următoarele enzime sunt implicate în replicare:

  1. helicaze (ADN-ul de desfășurare);
  2. proteine ​​destabilizatoare;
  3. ADN topoizomeraze (ADN tăiat);
  4. ADN polimeraze (selectează trifosfații dezoxiribonucleozidici și le atașează complementar la lanțul șablon de ADN);
  5. primaze ARN (formă primeri ARN, primeri);
  6. ADN ligaze (coaseți fragmente de ADN împreună).

Cu ajutorul helicazelor, ADN-ul este deztors în anumite regiuni, regiunile ADN monocatenar sunt legate de proteine ​​destabilizatoare și furcă de replicare. Cu o discrepanță de 10 perechi de nucleotide (o tură a helixului), molecula de ADN trebuie să finalizeze o revoluție completă în jurul axei sale. Pentru a preveni această rotație, ADN-topoizomeraza taie o catenă de ADN, permițându-i să se rotească în jurul celei de-a doua catene.

ADN polimeraza poate atașa doar o nucleotidă la carbonul de 3" al dezoxiribozei nucleotidei anterioare, astfel încât această enzimă se poate deplasa de-a lungul ADN-ului șablon într-o singură direcție: de la capătul de 3" la capătul de 5" al acestui ADN șablon . Deoarece lanțurile din ADN-ul matern sunt antiparalele , atunci pe diferitele sale lanțuri ansamblul lanțurilor polinucleotidice fiice are loc în moduri diferite și în direcții opuse. Pe lanțul 3 „-5” sinteza lanțului polinucleotid fiice decurge fără întrerupere; acest lanț fiică se va numi conducere. Pe lanțul 5 "-3" - intermitent, în fragmente ( fragmente din Okazaki), care, după terminarea replicării de către ADN ligaze, sunt fuzionate într-o singură catenă; acest lanț de copii se va numi întârziat (rămânând în urmă).

O caracteristică a ADN polimerazei este că își poate începe lucrul numai cu "seminte" (grund). Rolul „semințelor” este îndeplinit de secvențe scurte de ARN formate cu participarea enzimei primază ARN și asociate cu ADN șablon. Primerii ARN sunt îndepărtați după finalizarea ansamblării lanțurilor de polinucleotide.

Replicarea se desfășoară în mod similar în procariote și eucariote. Rata de sinteză a ADN-ului la procariote este cu un ordin de mărime mai mare (1000 de nucleotide pe secundă) decât la eucariote (100 de nucleotide pe secundă). Replicarea începe simultan în mai multe regiuni ale moleculei de ADN. O bucată de ADN de la o origine de replicare la alta formează o unitate de replicare - replicon.

Replicarea are loc înainte de diviziunea celulară. Datorită acestei capacități a ADN-ului, se realizează transferul de informații ereditare de la celula mamă la celulele fiice.

Reparație („reparație”)

reparatii este procesul de reparare a deteriorării secvenței de nucleotide a ADN-ului. Este realizat de sisteme enzimatice speciale ale celulei ( enzime reparatoare). Următoarele etape pot fi distinse în procesul de reparare a structurii ADN: 1) nucleazele reparatoare ADN recunosc și îndepărtează zona deteriorată, rezultând un gol în lanțul ADN; 2) ADN polimeraza umple acest gol prin copierea informațiilor din a doua catenă („bună”); 3) ADN ligaza „reticulă” nucleotidele, completând reparația.

Trei mecanisme de reparare au fost studiate cel mai mult: 1) fotorepararea, 2) repararea accizelor sau pre-replicative, 3) repararea post-replicativă.

Modificările în structura ADN-ului apar în mod constant în celulă sub influența metaboliților reactivi, a radiațiilor ultraviolete, a metalelor grele și a sărurilor acestora etc. Prin urmare, defectele sistemelor de reparare cresc rata proceselor de mutație și sunt cauza bolilor ereditare (xerodermie). pigmentosa, progeria etc.).

Structura și funcțiile ARN

este un polimer ai cărui monomeri sunt ribonucleotide. Spre deosebire de ADN, ARN-ul este format nu din două, ci dintr-un singur lanț de polinucleotide (excepție - unii virusuri care conțin ARN au ARN dublu catenar). Nucleotidele ARN sunt capabile să formeze legături de hidrogen între ele. Lanțurile de ARN sunt mult mai scurte decât lanțurile de ADN.

Monomer ARN - nucleotidă (ribonucleotidă)- constă din reziduuri a trei substanțe: 1) o bază azotată, 2) o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (pentoză) și 3) acid fosforic. Bazele azotate ale ARN aparțin și ele claselor de pirimidine și purine.

Bazele pirimidinice ale ARN sunt uracil, citozină, iar bazele purinice sunt adenina și guanina. Monozaharida nucleotidă ARN este reprezentată de riboză.

Aloca trei tipuri de ARN: 1) informativ(matrice) ARN - ARNm (ARNm), 2) transport ARN - ARNt, 3) ribozomal ARN - ARNr.

Toate tipurile de ARN sunt polinucleotide neramificate, au o conformație spațială specifică și participă la procesele de sinteză a proteinelor. Informațiile despre structura tuturor tipurilor de ARN sunt stocate în ADN. Procesul de sinteză a ARN-ului pe un șablon de ADN se numește transcripție.

Transfer ARN-uri conțin de obicei 76 (de la 75 la 95) nucleotide; greutate moleculară - 25 000-30 000. Ponderea ARNt reprezintă aproximativ 10% din conținutul total de ARN din celulă. Funcții ARNt: 1) transportul aminoacizilor la locul sintezei proteinelor, la ribozomi, 2) mediator de translație. În celulă se găsesc aproximativ 40 de tipuri de ARNt, fiecare dintre ele având o secvență de nucleotide caracteristică doar pentru aceasta. Cu toate acestea, toate ARNt-urile au mai multe regiuni complementare intramoleculare, datorită cărora ARNt-urile capătă o conformație care seamănă cu o frunză de trifoi. Orice ARNt are o buclă pentru contactul cu ribozomul (1), o buclă anticodon (2), o buclă pentru contactul cu enzima (3), o tulpină acceptor (4) și un anticodon (5). Aminoacidul este atașat la capătul 3’ al tulpinii acceptoare. Anticodon- trei nucleotide care „recunosc” codonul ARNm. Trebuie subliniat faptul că un anumit ARNt poate transporta un aminoacid strict definit corespunzător anticodonului său. Specificitatea conexiunii dintre aminoacizi și ARNt se realizează datorită proprietăților enzimei aminoacil-ARNt sintetaza.

ARN ribozomal conţin 3000-5000 de nucleotide; greutate moleculară - 1 000 000-1 500 000. ARNr reprezintă 80-85% din conținutul total de ARN din celulă. În combinație cu proteinele ribozomale, ARNr formează ribozomi - organele care realizează sinteza proteinelor. În celulele eucariote, sinteza ARNr are loc în nucleol. funcțiile ARNr: 1) o componentă structurală necesară a ribozomilor și, astfel, asigurând funcționarea ribozomilor; 2) asigurarea interacțiunii ribozomului și ARNt; 3) legarea inițială a ribozomului și a codonului inițiator ARNm și determinarea cadrului de citire, 4) formarea centrului activ al ribozomului.

Informații ARN a variat în conținutul de nucleotide și greutatea moleculară (de la 50.000 la 4.000.000). Ponderea ARNm reprezintă până la 5% din conținutul total de ARN din celulă. Funcțiile ARNm: 1) transferul de informații genetice de la ADN la ribozomi, 2) o matrice pentru sinteza unei molecule de proteine, 3) determinarea secvenței de aminoacizi a structurii primare a unei molecule de proteine.

Structura și funcțiile ATP

Acid adenozin trifosforic (ATP) este o sursă universală și principalul acumulator de energie în celulele vii. ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. Cantitatea de ATP este în medie de 0,04% (din masa brută a celulei), cea mai mare cantitate de ATP (0,2-0,5%) se găsește în mușchii scheletici.

ATP este format din reziduuri: 1) o bază azotată (adenină), 2) o monozaharidă (riboză), 3) trei acizi fosforici. Deoarece ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic, acesta aparține trifosfaților ribonucleozidici.

Pentru majoritatea tipurilor de lucru care au loc în celule, este utilizată energia hidrolizei ATP. În același timp, când restul terminal al acidului fosforic este scindat, ATP este transformat în ADP (acid adenozin difosforic), când al doilea reziduu de acid fosforic este scindat, acesta devine AMP (acid adenozin monofosforic). Randamentul de energie liberă în timpul eliminării atât a resturilor terminale, cât și a celui de-al doilea de acid fosforic este de 30,6 kJ fiecare. Scindarea celei de-a treia grupări fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ. Legăturile dintre terminal și al doilea, al doilea și primul reziduu de acid fosforic se numesc macroergice (de înaltă energie).

Rezervele de ATP sunt reînnoite în mod constant. În celulele tuturor organismelor, sinteza ATP are loc în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de acid fosforic la ADP. Fosforilarea are loc cu intensitate diferită în timpul respirației (mitocondrii), glicolizei (citoplasmei), fotosintezei (cloroplaste).

ATP este principala legătură între procesele însoțite de eliberarea și acumularea de energie și procesele care necesită energie. În plus, ATP, împreună cu alți trifosfați ribonucleozidici (GTP, CTP, UTP), este un substrat pentru sinteza ARN.

    Mergi la cursurile №3„Structura și funcția proteinelor. Enzime»

    Mergi la cursurile numarul 5"Teoria celulei. Tipuri de organizare celulară»

Articole similare

2023 videointerfons.ru. Handyman - Aparate de uz casnic. Iluminat. Prelucrarea metalelor. Cutite. Electricitate.