§6. Nukleinska kislina. ATP. Predavanje Nukleinske kisline. ATP nukleinske kisline Kateri monomeri sestavljajo molekulo ATP

Nadaljevanje. Glej št. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Pouk biologije pri pouku naravoslovja

Napredno načrtovanje, 10. razred

Lekcija 19

Oprema: tabele o splošni biologiji, diagram strukture molekule ATP, diagram razmerja med plastičnimi in energetskimi izmenjavami.

I. Preizkus znanja

Izvajanje biološkega diktata "Organske spojine žive snovi"

Učitelj prebere teze pod številkami, učenci v zvezek zapišejo številke tistih tez, ki vsebinsko ustrezajo njihovi različici.

Možnost 1 - beljakovine.
Možnost 2 - ogljikovi hidrati.
Možnost 3 - lipidi.
Možnost 4 - nukleinske kisline.

1. V svoji čisti obliki so sestavljeni le iz atomov C, H, O.

2. Poleg atomov C, H, O vsebujejo atome N in običajno S.

3. Poleg atomov C, H, O vsebujejo atome N in P.

4. Imajo relativno majhno molekulsko maso.

5. Molekulska masa je lahko od tisoč do nekaj deset in sto tisoč daltonov.

6. Največje organske spojine z molekulsko maso do nekaj deset in sto milijonov daltonov.

7. Imajo različne molekulske mase – od zelo majhnih do zelo visokih, odvisno od tega, ali je snov monomer ali polimer.

8. Sestoji iz monosaharidov.

9. Sestoji iz aminokislin.

10. Sestavljeni so iz nukleotidov.

11. So estri višjih maščobne kisline.

12. Osnovna strukturna enota: "dušikova baza - pentoza - ostanek fosforne kisline".

13. Osnovna strukturna enota: "aminokisline".

14. Osnovna strukturna enota: "monosaharid".

15. Osnovna strukturna enota: "glicerol-maščobna kislina".

16. Polimerne molekule so zgrajene iz istih monomerov.

17. Polimerne molekule so zgrajene iz podobnih, vendar ne povsem enakih monomerov.

18. Niso polimeri.

19. Izvajajo skoraj izključno energetske, gradbene in skladiščne funkcije, v nekaterih primerih - zaščitne.

20. Poleg energetike in gradbeništva opravljajo katalitsko, signalno, transportno, pogonsko in zaščitna funkcija;

21. Shranjujejo in prenašajo dedne lastnosti celice in telesa.

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

II. Učenje nove snovi

1. Struktura adenozin trifosforne kisline

Poleg beljakovin, nukleinskih kislin, maščob in ogljikovih hidratov se v živi snovi sintetizira še veliko drugih organskih spojin. Med njimi ima pomembno vlogo v bioenergetiki celice adenozin trifosfat (ATP). ATP najdemo v vseh rastlinskih in živalskih celicah. V celicah je adenozintrifosforjeva kislina najpogosteje prisotna v obliki soli, imenovane adenozin trifosfati. Količina ATP niha in v povprečju znaša 0,04 % (povprečno je v celici približno 1 milijarda molekul ATP). Največjo količino ATP najdemo v skeletnih mišicah (0,2–0,5%).

Molekulo ATP sestavljajo dušikova baza - adenin, pentoza - riboza in trije ostanki fosforne kisline, tj. ATP je poseben adenil nukleotid. Za razliko od drugih nukleotidov ATP ne vsebuje enega, ampak tri ostanke fosforne kisline. ATP se nanaša na makroergične snovi - snovi, ki vsebujejo veliko količino energije v svojih vezeh.

Prostorski model (A) in strukturna formula (B) molekule ATP

Iz sestave ATP pod delovanjem encimov ATPaze se odcepi ostanek fosforne kisline. ATP ima močno težnjo, da loči svojo končno fosfatno skupino:

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

Ker to vodi do izginotja energijsko neugodnega elektrostatičnega odboja med sosednjimi negativnimi naboji. Nastali fosfat se stabilizira s tvorbo energijsko ugodnih vodikovih vezi z vodo. Porazdelitev naboja v sistemu ADP + Fn postane bolj stabilna kot v ATP. Zaradi te reakcije se sprosti 30,5 kJ (pri prekinitvi običajne kovalentne vezi se sprosti 12 kJ).

Da bi poudarili visoko energijsko "ceno" vezi fosfor-kisik v ATP, je običajno, da jo označimo z znakom ~ in jo imenujemo makroenergetska vez. Ko se odcepi ena molekula fosforne kisline, se ATP pretvori v ADP (adenozin difosforno kislino), če pa se odcepita dve molekuli fosforne kisline, se ATP pretvori v AMP (adenozin monofosforna kislina). Cepitev tretjega fosfata spremlja sprostitev le 13,8 kJ, tako da sta v molekuli ATP samo dve makroergični vezi.

2. Tvorba ATP v celici

Zaloga ATP v celici je majhna. Na primer, v mišici zaloge ATP zadoščajo za 20–30 kontrakcij. Toda mišica lahko deluje več ur in povzroči na tisoče kontrakcij. Zato se mora skupaj z razpadom ATP v ADP v celici stalno pojavljati povratna sinteza. Obstaja več poti za sintezo ATP v celicah. Spoznajmo jih.

1. anaerobna fosforilacija. Fosforilacija je proces sinteze ATP iz ADP in fosfata z nizko molekulsko maso (Pn). V tem primeru pogovarjamo se o brezkisikovih procesih oksidacije organskih snovi (npr. glikoliza je proces brezkisikove oksidacije glukoze v piruvično kislino). Približno 40% energije, ki se med temi procesi sprosti (približno 200 kJ / mol glukoze), se porabi za sintezo ATP, preostanek pa se razprši v obliki toplote:

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

2. Oksidativna fosforilacija- to je proces sinteze ATP zaradi energije oksidacije organskih snovi s kisikom. Ta proces je bil odkrit v zgodnjih tridesetih letih prejšnjega stoletja. 20. stoletje V.A. Engelhardt. V mitohondrijih potekajo kisikovi procesi oksidacije organskih snovi. Približno 55% energije, ki se v tem primeru sprosti (približno 2600 kJ / mol glukoze), se pretvori v energijo kemičnih vezi ATP, 45% pa se razprši v obliki toplote.

Oksidativna fosforilacija je veliko učinkovitejša od anaerobnih sintez: če se med glikolizo med razpadom molekule glukoze sintetizirata samo 2 molekuli ATP, potem med oksidativno fosforilacijo nastane 36 molekul ATP.

3. Fotofosforilacija- proces sinteze ATP zaradi energije sončne svetlobe. Ta pot sinteze ATP je značilna samo za celice, ki so sposobne fotosinteze (zelene rastline, cianobakterije). Energijo kvantov sončne svetlobe fotosintetiki v svetlobni fazi fotosinteze uporabljajo za sintezo ATP.

3. Biološki pomen ATP

ATP je v središču presnovnih procesov v celici in je povezava med reakcijami biološke sinteze in razpada. Vlogo ATP v celici lahko primerjamo z vlogo baterije, saj se med hidrolizo ATP sprošča energija, ki je potrebna za različne življenjske procese ("praznjenje"), v procesu fosforilacije ("polnjenje") , ATP spet kopiči energijo v sebi.

Zaradi energije, ki se sprosti med hidrolizo ATP, potekajo skoraj vsi vitalni procesi v celici in telesu: živčnih impulzov, biosinteza snovi, mišične kontrakcije, transport snovi itd.

III. Utrjevanje znanja

Reševanje bioloških problemov

Naloga 1. Pri hitrem teku pogosto dihamo, povečano je potenje. Pojasnite te pojave.

Naloga 2. Zakaj zmrznjeni ljudje začnejo tepotati in skakati na mrazu?

Naloga 3. V znanem delu I. Ilfa in E. Petrova "Dvanajst stolov" med mnogimi uporabni nasveti najdete tudi tole: "Globoko dihajte, navdušeni ste." Poskusite utemeljiti ta nasvet z vidika energetskih procesov, ki potekajo v telesu.

IV. Domača naloga

Začnite se pripravljati na test in test (narekujte testna vprašanja – glejte lekcijo 21).

Lekcija 20

Oprema: tabele o splošni biologiji.

I. Posploševanje znanja razdelka

Delo študentov z vprašanji (individualno) z naknadnim preverjanjem in diskusijo

1. Navedite primere organskih spojin, ki vključujejo ogljik, žveplo, fosfor, dušik, železo, mangan.

2. Kako lahko po ionski sestavi ločimo živo celico od mrtve?

3. Katere snovi so v celici v neraztopljeni obliki? Katere organe in tkiva vključujejo?

4. Navedite primere makrohranil, vključenih v aktivne centre encimov.

5. Kateri hormoni vsebujejo elemente v sledovih?

6. Kakšna je vloga halogenov v človeškem telesu?

7. V čem se proteini razlikujejo od umetnih polimerov?

8. Kakšna je razlika med peptidi in proteini?

9. Kako se imenuje beljakovina, ki je del hemoglobina? Iz koliko podenot je sestavljen?

10. Kaj je ribonukleaza? Koliko aminokislin je v njem? Kdaj je bil umetno sintetiziran?

11. Zakaj je hitrost kemičnih reakcij brez encimov nizka?

12. Katere snovi prenašajo beljakovine skozi celično membrano?

13. Kako se protitelesa razlikujejo od antigenov? Ali cepiva vsebujejo protitelesa?

14. Katere snovi razgrajujejo beljakovine v telesu? Koliko energije se pri tem sprosti? Kje in kako se nevtralizira amoniak?

15. Navedite primer peptidnih hormonov: kako sodelujejo pri uravnavanju celičnega metabolizma?

16. Kakšna je zgradba sladkorja, s katerim pijemo čaj? Katere druge tri sinonime za to snov poznate?

17. Zakaj se maščoba v mleku ne zbira na površini, ampak je v suspenziji?

18. Kolikšna je masa DNK v jedru somatskih in zarodnih celic?

19. Koliko ATP porabi oseba na dan?

20. Iz katerih beljakovin ljudje izdelujejo oblačila?

Primarna struktura pankreasne ribonukleaze (124 aminokislin)

II. Domača naloga.

Nadaljujte s pripravo na test in test v razdelku "Kemijska organizacija življenja."

Lekcija 21

I. Izvedba ustnega preizkusa znanja na vprašanja

1. Elementarna sestava celice.

2. Značilnosti organogenih elementov.

3. Zgradba molekule vode. Vodikova vez in njen pomen v "kemiji" življenja.

4. Lastnosti in biološke funkcije vode.

5. Hidrofilne in hidrofobne snovi.

6. Kationi in njihov biološki pomen.

7. Anioni in njihov biološki pomen.

8. Polimeri. biološki polimeri. Razlike med periodičnimi in neperiodičnimi polimeri.

9. Lastnosti lipidov, njihove biološke funkcije.

10. Skupine ogljikovih hidratov, ki se razlikujejo po strukturnih značilnostih.

11. Biološke funkcije ogljikovih hidratov.

12. Elementarna sestava beljakovin. Amino kisline. Tvorba peptidov.

13. Primarne, sekundarne, terciarne in kvartarne strukture proteinov.

14. Biološka funkcija beljakovin.

15. Razlike med encimi in nebiološkimi katalizatorji.

16. Zgradba encimov. Koencimi.

17. Mehanizem delovanja encimov.

18. Nukleinska kislina. Nukleotidi in njihova struktura. Tvorba polinukleotidov.

19. Pravila E.Chargaffa. Načelo komplementarnosti.

20. Nastanek dvoverižne molekule DNA in njena spiralizacija.

21. Razredi celične RNA in njihove funkcije.

22. Razlike med DNA in RNA.

23. Replikacija DNK. Transkripcija.

24. Zgradba in biološka vloga ATP.

25. Tvorba ATP v celici.

II. Domača naloga

Nadaljujte s pripravo na test v razdelku "Kemijska organizacija življenja."

Lekcija 22

I. Izvedba pisnega preizkusa znanja

Možnost 1

1. Obstajajo tri vrste aminokislin - A, B, C. Koliko variant polipeptidnih verig, sestavljenih iz petih aminokislin, je mogoče zgraditi. Določite te možnosti. Ali bodo ti polipeptidi imeli enake lastnosti? Zakaj?

2. Vsa živa bitja so večinoma sestavljena iz ogljikovih spojin, silicij, analog ogljika, katerega vsebnost v zemeljski skorji je 300-krat večja od ogljika, najdemo le v zelo redkih organizmih. Pojasnite to dejstvo z vidika zgradbe in lastnosti atomov teh elementov.

3. V eno celico smo vnesli molekule ATP, označene z radioaktivnim 32P na zadnjem, tretjem ostanku fosforne kisline, v drugo celico pa molekule ATP, označene z 32P na prvem ostanku, ki je najbližje ribozi. Po 5 minutah smo v obeh celicah izmerili vsebnost anorganskega fosfatnega iona, označenega z 32P. Kje bo bistveno višja?

4. Študije so pokazale, da je 34% celotnega števila nukleotidov te mRNA gvanin, 18% uracil, 28% citozin in 20% adenin. Določite odstotno sestavo dušikovih baz dvoverižne DNA, katere odlitek je navedena mRNA.

Možnost 2

1. Maščobe predstavljajo »prvo rezervo« v energetski presnovi in ​​se porabijo, ko je rezerva ogljikovih hidratov izčrpana. Vendar pa se v skeletnih mišicah ob prisotnosti glukoze in maščobnih kislin slednje porabijo v večji meri. Beljakovine kot vir energije vedno uporabljamo le v skrajnem primeru, ko telo strada. Pojasnite ta dejstva.

2. Ione težkih kovin (živo srebro, svinec itd.) in arzen zlahka vežejo sulfidne skupine proteinov. Če poznate lastnosti sulfidov teh kovin, razložite, kaj se zgodi z beljakovino v kombinaciji s temi kovinami. Zakaj so težke kovine strupene za telo?

3. Pri reakciji oksidacije snovi A v snov B se sprosti 60 kJ energije. Koliko molekul ATP se lahko maksimalno sintetizira v tej reakciji? Kako bo porabljena preostala energija?

4. Študije so pokazale, da je 27% celotnega števila nukleotidov te mRNA gvanin, 15% uracil, 18% citozin in 40% adenin. Določite odstotno sestavo dušikovih baz dvoverižne DNA, katere odlitek je navedena mRNA.

Se nadaljuje

Za nukleinska kislina vključujejo visoko polimerne spojine, ki se med hidrolizo razgradijo v purinske in pirimidinske baze, pentozo in fosforno kislino. Nukleinske kisline vsebujejo ogljik, vodik, fosfor, kisik in dušik. Obstajata dva razreda nukleinskih kislin: ribonukleinske kisline (RNA) in deoksiribonukleinske kisline (DNK).

Zgradba in funkcije DNK

DNK- polimer, katerega monomeri so deoksiribonukleotidi. Model prostorske strukture molekule DNA v obliki dvojne vijačnice sta leta 1953 predlagala J. Watson in F. Crick (za izgradnjo tega modela so uporabili delo M. Wilkinsa, R. Franklina, E. Chargaff).

molekula DNK tvorita dve polinukleotidni verigi, spiralno zaviti druga okoli druge in skupaj okoli namišljene osi, tj. je dvojna vijačnica (izjema - nekateri virusi, ki vsebujejo DNA, imajo enoverižno DNA). Premer dvojne vijačnice DNA je 2 nm, razdalja med sosednjimi nukleotidi je 0,34 nm, na zavoj vijačnice je 10 parov nukleotidov. Dolžina molekule lahko doseže nekaj centimetrov. Molekulska masa - desetine in stotine milijonov. Celotna dolžina DNK v jedru človeške celice je približno 2 m.V evkariontskih celicah DNK tvori komplekse z beljakovinami in ima specifično prostorsko konformacijo.

DNA monomer - nukleotid (deoksiribonukleotid)- sestoji iz ostankov treh snovi: 1) dušikove baze, 2) petogljikovega monosaharida (pentoze) in 3) fosforjeve kisline. Dušikove baze nukleinskih kislin spadajo v razrede pirimidinov in purinov. Pirimidinske baze DNK(v svoji molekuli imajo en obroč) - timin, citozin. Purinske baze(imata dva obroča) - adenin in gvanin.

Monosaharid nukleotida DNA predstavlja deoksiriboza.

Ime nukleotida izhaja iz imena ustrezne baze. Nukleotidi in dušikove baze so označeni z velikimi črkami.

dušikova baza Ime nukleotida Imenovanje
adeninAdenilA (A)
gvaningvanilG (G)
TimintimidilT(T)
citozinCytidylC (C)

Polinukleotidna veriga nastane kot posledica reakcij kondenzacije nukleotidov. V tem primeru med 3'-ogljikom ostanka deoksiriboze enega nukleotida in ostankom fosforne kisline drugega, fosfoetrska vez(spada v kategorijo močnih kovalentnih vezi). En konec polinukleotidne verige se konča s 5" ogljikom (imenuje se 5" konec), drugi se konča s 3" ogljikom (3" konec).

Proti eni verigi nukleotidov je druga veriga. Razporeditev nukleotidov v teh dveh verigah ni naključna, ampak strogo določena: timin se vedno nahaja nasproti adenina ene verige v drugi verigi, citozin pa vedno nasproti gvanina, med adeninom in timinom nastaneta dve vodikovi vezi, tri vodikove vezi med gvaninom in citozinom. Vzorec, po katerem so nukleotidi različnih verig DNK strogo urejeni (adenin – timin, gvanin – citozin) in selektivno povezujejo med seboj, se imenuje načelo komplementarnosti. Opozoriti je treba, da sta J. Watson in F. Crick razumela načelo komplementarnosti po branju del E. Chargaffa. E. Chargaff, ki je preučil ogromno vzorcev tkiv in organov razni organizmi ugotovil, da v katerem koli fragmentu DNA vsebnost gvaninskih ostankov vedno natančno ustreza vsebnosti citozina in adenina timinu ( "Chargaffovo pravilo"), vendar tega dejstva ni znal pojasniti.

Iz načela komplementarnosti izhaja, da nukleotidno zaporedje ene verige določa nukleotidno zaporedje druge.

Niti DNK so antiparalelni (nasprotni), tj. nukleotidi različnih verig se nahajajo v nasprotnih smereh, zato je nasproti 3 "konec ene verige 5" konec druge. Molekulo DNK včasih primerjajo s spiralnim stopniščem. "Ograja" te lestve je hrbtenica sladkorja in fosfata (izmenični ostanki deoksiriboze in fosforne kisline); "stopnje" so komplementarne dušikove baze.

Funkcija DNK- shranjevanje in prenos dednih informacij.

Replikacija (reduplikacija) DNA

- proces samopodvajanja, glavna lastnost molekule DNA. Replikacija spada v kategorijo reakcij matrične sinteze in vključuje encime. Pod delovanjem encimov se molekula DNA odvije in okoli vsake verige, ki deluje kot matrica, se po principih komplementarnosti in antiparalelnosti dopolni nova veriga. Tako je v vsaki hčerinski DNK ena veriga matična veriga, druga veriga pa je na novo sintetizirana. Takšna sinteza se imenuje polkonzervativen.

"Gradbeni material" in vir energije za razmnoževanje sta deoksiribonukleozid trifosfati(ATP, TTP, GTP, CTP), ki vsebuje tri ostanke fosforne kisline. Ko so deoksiribonukleozid trifosfati vključeni v polinukleotidno verigo, se dva končna ostanka fosforne kisline odcepita, sproščena energija pa se porabi za tvorbo fosfodiesterske vezi med nukleotidi.


Pri replikaciji sodelujejo naslednji encimi:

  1. helikaze ("razvijanje" DNK);
  2. destabilizirajoče beljakovine;
  3. DNA topoizomeraze (rezana DNA);
  4. DNA polimeraze (izberejo deoksiribonukleozid trifosfate in jih komplementarno pritrdijo na verigo DNA predloge);
  5. RNA primaze (tvorijo RNA primerje, začetnike);
  6. DNA ligaze (sešijo fragmente DNA).

S pomočjo helikaz se DNA v določenih regijah odvija, enoverižne regije DNA vežejo destabilizirajoči proteini in replikacijske vilice. Z odstopanjem 10 parov nukleotidov (en obrat vijačnice) mora molekula DNK opraviti popoln obrat okoli svoje osi. Da prepreči to rotacijo, DNA topoizomeraza prereže eno verigo DNA in ji omogoči, da se vrti okoli druge verige.

Polimeraza DNA lahko pritrdi nukleotid le na 3"-ogljik deoksiriboze prejšnjega nukleotida, zato se lahko ta encim premika vzdolž matrične DNK samo v eno smer: od 3" konca do 5" konca te matrične DNK , Ker so verige v materini DNK antiparalelne, se na njegovih različnih verigah sestavljanje hčerinskih polinukleotidnih verig pojavi na različne načine in v nasprotnih smereh.Na verigi 3 "–5" se sinteza hčerinske polinukleotidne verige nadaljuje brez prekinitve; ta hčerinska veriga se bo imenovala vodilni. Na verigi 5 "–3" - občasno, v fragmentih ( fragmenti Okazakija), ki se po zaključku replikacije z DNA ligazami zlijejo v eno verigo; ta podrejena veriga se bo imenovala zaostajanje (zaostajajo).

Značilnost DNA polimeraze je, da lahko začne svoje delo šele z "semena" (temeljni premaz). Vlogo "semen" opravljajo kratke sekvence RNA, ki nastanejo s sodelovanjem encima primaze RNA in so povezane s šablonsko DNA. Po končanem sestavljanju polinukleotidnih verig odstranimo primerje RNA.

Replikacija poteka podobno pri prokariontih in evkariontih. Hitrost sinteze DNA pri prokariontih je za red velikosti večja (1000 nukleotidov na sekundo) kot pri evkariontih (100 nukleotidov na sekundo). Replikacija se začne istočasno v več regijah molekule DNA. Delček DNK iz enega izvora replikacije v drugega tvori enoto replikacije – replikon.

Replikacija se pojavi pred delitvijo celice. Zahvaljujoč tej sposobnosti DNK se izvede prenos dednih informacij iz matične celice v hčerinske celice.

Popravilo ("popravilo")

odškodnine je proces popravljanja poškodb nukleotidnega zaporedja DNK. Izvajajo ga posebni encimski sistemi celice ( popravljalni encimi). V procesu popravljanja strukture DNA lahko ločimo naslednje stopnje: 1) nukleaze, ki popravljajo DNA, prepoznajo in odstranijo poškodovano območje, kar povzroči vrzel v verigi DNA; 2) DNA polimeraza zapolni to vrzel s kopiranjem informacij iz druge (»dobre«) verige; 3) DNA ligaza "zamreži" nukleotide in tako dokonča popravilo.

Najbolj so bili raziskani trije mehanizmi popravljanja: 1) fotoreparacija, 2) ekscizna ali predreplikacijska reparacija, 3) postreplikacijska reparacija.

Spremembe v strukturi DNA se nenehno pojavljajo v celici pod vplivom reaktivnih metabolitov, ultravijoličnega sevanja, težkih kovin in njihovih soli itd. Zato napake v popravljalnih sistemih povečajo hitrost mutacijskih procesov in so vzrok za dedne bolezni (kseroderma). pigmentoza, progerija itd.).

Zgradba in funkcije RNA


je polimer, katerega monomeri so ribonukleotidi. Za razliko od DNA, RNA ne tvorita dve, ampak ena polinukleotidna veriga (izjema - nekateri virusi, ki vsebujejo RNA, imajo dvoverižno RNA). Nukleotidi RNA so sposobni med seboj tvoriti vodikove vezi. Verige RNK so veliko krajše od verig DNK.

RNA monomer - nukleotid (ribonukleotid)- sestoji iz ostankov treh snovi: 1) dušikove baze, 2) petogljikovega monosaharida (pentoze) in 3) fosforjeve kisline. Dušikove baze RNA prav tako spadajo v razrede pirimidinov in purinov.

Pirimidinske baze RNK so uracil, citozin, purinske baze pa adenin in gvanin. RNA nukleotidni monosaharid predstavlja riboza.

Dodeli tri vrste RNA: 1) informativni(matrika) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomski RNA - rRNA.

Vse vrste RNA so nerazvejeni polinukleotidi, imajo specifično prostorsko konformacijo in sodelujejo v procesih sinteze beljakovin. Informacije o strukturi vseh vrst RNK so shranjene v DNK. Proces sinteze RNK na predlogi DNK se imenuje transkripcija.



Prenos RNA običajno vsebujejo 76 (od 75 do 95) nukleotidov; molekulska masa - 25 000–30 000. Delež tRNA predstavlja približno 10% splošno vsebino RNA v celici. Funkcije tRNA: 1) transport aminokislin do mesta sinteze beljakovin, do ribosomov, 2) translacijski mediator. V celici najdemo približno 40 vrst tRNA, vsaka od njih ima samo zanjo značilno nukleotidno zaporedje. Vse tRNA pa imajo več intramolekularnih komplementarnih regij, zaradi česar tRNA pridobijo konformacijo, ki po obliki spominja na list detelje. Vsaka tRNA ima zanko za stik z ribosomom (1), zanko antikodona (2), zanko za stik z encimom (3), akceptorsko steblo (4) in antikodon (5). Aminokislina je pritrjena na 3' konec akceptorskega stebla. Antikodon- trije nukleotidi, ki "prepoznajo" kodon mRNA. Poudariti je treba, da lahko določena tRNA transportira strogo določeno aminokislino, ki ustreza njenemu antikodonu. Specifičnost povezave aminokislin in tRNA je dosežena zaradi lastnosti encima aminoacil-tRNA sintetaze.

Ribosomska RNA vsebujejo 3000–5000 nukleotidov; molekulska masa - 1 000 000–1 500 000. rRNA predstavlja 80–85% celotne vsebnosti RNA v celici. V kombinaciji z ribosomskimi proteini rRNA tvori ribosome - organele, ki izvajajo sintezo beljakovin. V evkariontskih celicah pride do sinteze rRNA v nukleolu. funkcije rRNA: 1) nujna strukturna komponenta ribosomov in s tem zagotavljanje delovanja ribosomov; 2) zagotavljanje interakcije ribosoma in tRNA; 3) začetna vezava ribosoma in iniciatorskega kodona mRNA ter določitev bralnega okvirja, 4) nastanek aktivnega središča ribosoma.

Informacijska RNA različne glede na vsebnost nukleotidov in molekulsko maso (od 50.000 do 4.000.000). Delež mRNA predstavlja do 5% celotne vsebnosti RNA v celici. Funkcije mRNA: 1) prenos genetske informacije iz DNA v ribosome, 2) matrika za sintezo proteinske molekule, 3) določitev aminokislinskega zaporedja primarne strukture proteinske molekule.

Zgradba in funkcije ATP

Adenozin trifosforna kislina (ATP) je univerzalni vir in glavni akumulator energije v živih celicah. ATP najdemo v vseh rastlinskih in živalskih celicah. Količina ATP je v povprečju 0,04 % (surove mase celice), največ ATP (0,2–0,5 %) je v skeletnih mišicah.

ATP je sestavljen iz ostankov: 1) dušikove baze (adenin), 2) monosaharida (riboza), 3) treh fosfornih kislin. Ker ATP ne vsebuje enega, ampak tri ostanke fosforne kisline, spada med ribonukleozidne trifosfate.

Za večino vrst dela, ki se pojavlja v celicah, se uporablja energija hidrolize ATP. Istočasno, ko se končni ostanek fosforne kisline odcepi, se ATP pretvori v ADP (adenozin difosforna kislina), ko se drugi ostanek fosforne kisline odcepi, postane AMP (adenozin monofosforna kislina). Izkoristek proste energije med izločanjem tako končnega kot drugega ostanka fosforne kisline je 30,6 kJ vsakega. Cepitev tretje fosfatne skupine spremlja sprostitev le 13,8 kJ. Vezi med terminalom in drugim, drugim in prvim ostankom fosforne kisline imenujemo makroergične (visokoenergijske).

Rezerve ATP se nenehno polnijo. V celicah vseh organizmov pride do sinteze ATP v procesu fosforilacije, tj. dodatek fosforne kisline k ADP. Fosforilacija poteka z različno intenzivnostjo med dihanjem (mitohondriji), glikolizo (citoplazma), fotosintezo (kloroplasti).

ATP je glavna povezava med procesi, ki jih spremlja sproščanje in kopičenje energije, ter procesi, ki potrebujejo energijo. Poleg tega je ATP skupaj z drugimi ribonukleozid trifosfati (GTP, CTP, UTP) substrat za sintezo RNK.

Vse življenje na planetu je sestavljeno iz številnih celic, ki ohranjajo urejenost svoje organizacije zaradi genetske informacije, ki jo vsebuje jedro. Shranjujejo, izvajajo in prenašajo kompleksne visokomolekularne spojine - nukleinske kisline, sestavljene iz monomernih enot - nukleotidov. Vloge nukleinskih kislin ni mogoče preceniti. Stabilnost njihove strukture določa normalno vitalno aktivnost organizma, vsa odstopanja v strukturi pa neizogibno vodijo do spremembe v celični organizaciji, aktivnosti fizioloških procesov in sposobnosti preživetja celic kot celote.

Pojem nukleotid in njegove lastnosti

Vsaka ali RNA je sestavljena iz manjših monomernih spojin – nukleotidov. Z drugimi besedami, nukleotid je gradbeni material za nukleinske kisline, koencime in številne druge biološke spojine, ki so bistvene za celico v njenem življenju.

Glavne lastnosti teh nenadomestljivih snovi vključujejo:

Shranjevanje informacij o in dednih lastnostih;
. izvajanje nadzora nad rastjo in razmnoževanjem;
. sodelovanje pri metabolizmu in mnogi drugi fizioloških procesov teče v celici.

Ko govorimo o nukleotidih, se ne moremo osredotočiti na tako pomembno vprašanje, kot sta njihova struktura in sestava.

Vsak nukleotid je sestavljen iz:

ostanek sladkorja;
. dušikova baza;
. fosfatno skupino ali ostanek fosforne kisline.

Lahko rečemo, da je nukleotid kompleksna organska spojina. Glede na vrstno sestavo dušikovih baz in vrsto pentoze v strukturi nukleotidov delimo nukleinske kisline na:

Deoksiribonukleinska kislina ali DNK;
. ribonukleinska kislina ali RNA.

Sestava nukleinskih kislin

V nukleinskih kislinah je sladkor predstavljen s pentozo. To je petogljikov sladkor, v DNK se imenuje deoksiriboza, v RNK riboza. Vsaka molekula pentoze ima pet atomov ogljika, od katerih štirje skupaj z atomom kisika tvorijo petčlenski obroč, peti pa je vključen v skupino HO-CH2.

Položaj vsakega atoma ogljika v molekuli pentoze je označen z arabsko številko s praštevilo (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Ker imajo vsi procesi branja iz molekule nukleinske kisline strogo smer, služi oštevilčenje ogljikovih atomov in njihova razporeditev v obroču kot nekakšen pokazatelj pravilne smeri.

Na hidroksilno skupino je na tretji in peti atom ogljika (3С´ in 5С´) vezan ostanek fosforne kisline. Določa kemijsko pripadnost DNK in RNK skupini kislin.

Dušikova baza je vezana na prvi ogljikov atom (1C´) v molekuli sladkorja.

Vrstna sestava dušikovih baz

Nukleotidi DNA glede na dušikovo bazo so predstavljeni s štirimi vrstami:

adenin (A);
. gvanin (G);
. citozin (C);
. timin (T).

Prva dva spadata v razred purinov, zadnja dva sta pirimidina. Glede na molekulsko maso so purini vedno težji od pirimidinov.

Nukleotide RNA z dušikovo bazo predstavljajo:

adenin (A);
. gvanin (G);
. citozin (C);
. uracil (U).

Uracil je tako kot timin pirimidinska baza.

V znanstveni literaturi je pogosto mogoče najti drugo oznako dušikovih baz - z latinskimi črkami (A, T, C, G, U).

Oglejmo si podrobneje kemijsko strukturo purinov in pirimidinov.

Pirimidini, in sicer citozin, timin in uracil, so v svoji sestavi predstavljeni z dvema atomoma dušika in štirimi atomi ogljika, ki tvorijo šestčlenski obroč. Vsak atom ima svojo številko od 1 do 6.

Purini (adenin in gvanin) so sestavljeni iz pirimidina in imidazola oziroma dveh heterociklov. Molekulo purinske baze predstavljajo štirje atomi dušika in pet atomov ogljika. Vsak atom je oštevilčen od 1 do 9.

Kot rezultat kombinacije dušikove baze in pentoznega ostanka nastane nukleozid. Nukleotid je spojina nukleozidne in fosfatne skupine.

Tvorba fosfodiestrskih vezi

Pomembno je razumeti vprašanje, kako so nukleotidi povezani v polipeptidno verigo in tvorijo molekulo nukleinske kisline. To se zgodi zaradi tako imenovanih fosfodiestrskih vezi.

Interakcija dveh nukleotidov daje dinukleotid. Tvorba nove spojine se pojavi s kondenzacijo, ko nastane fosfodiesterska vez med fosfatnim ostankom enega monomera in hidroksi skupino pentoze drugega.

Sinteza polinukleotida je ponavljajoče se ponavljanje te reakcije (večmilijonkrat). Polinukleotidna veriga je zgrajena s tvorbo fosfodiestrskih vezi med tretjim in petim ogljikom sladkorjev (3C' in 5C').

Sestavljanje polinukleotidov je kompleksen proces, ki poteka s sodelovanjem encima DNA polimeraze, ki zagotavlja rast verige samo z enega konca (3´) s prosto hidroksilno skupino.

Zgradba molekule DNA

Molekula DNK ima tako kot protein lahko primarno, sekundarno ali terciarno strukturo.

Zaporedje nukleotidov v verigi DNA določa njeno primarno tvorbo zaradi vodikovih vezi, ki temeljijo na principu komplementarnosti. Z drugimi besedami, med sintezo dvojnika deluje določen vzorec: adenin ene verige ustreza timinu druge, gvanin citozinu in obratno. Pari adenin in timin oziroma gvanin in citozin nastanejo zaradi dveh v prvem in treh v zadnjem primeru vodikovih vezi. Takšna povezava nukleotidov zagotavlja močno vez med verigami in enako razdaljo med njimi.

Če poznate nukleotidno zaporedje ene verige DNK, lahko po principu komplementarnosti ali dodatka dokončate drugo.

Terciarno strukturo DNK tvorijo kompleksne tridimenzionalne vezi, zaradi česar je njena molekula bolj kompaktna in se lahko prilega majhnemu volumnu celice. Tako je na primer dolžina DNK E. coli večja od 1 mm, medtem ko je dolžina celice manjša od 5 mikronov.

Število nukleotidov v DNK, in sicer njihovo kvantitativno razmerje, je podrejeno Chergaffovemu pravilu (število purinskih baz je vedno enako številu pirimidinskih baz). Razdalja med nukleotidi je konstantna vrednost, enaka 0,34 nm, prav tako njihova molekulska masa.

Zgradba molekule RNA

RNA je predstavljena z eno samo polinukleotidno verigo, ki nastane med pentozo (v tem primeru riboza) in fosfatnim ostankom. Po dolžini je veliko krajši od DNK. Razlike so tudi v vrstni sestavi dušikovih baz v nukleotidu. V RNA se namesto pirimidinske baze timina uporablja uracil. Glede na funkcije, ki se izvajajo v telesu, je lahko RNA treh vrst.

Ribosomska (rRNA) - običajno vsebuje od 3000 do 5000 nukleotidov. Kot nujna strukturna komponenta sodeluje pri tvorbi aktivnega središča ribosomov, kjer poteka eden najpomembnejših procesov v celici - biosinteza beljakovin.
. Transport (tRNA) - sestoji iz povprečno 75 - 95 nukleotidov, izvaja prenos želene aminokisline do mesta sinteze polipeptida v ribosomu. Vsaka vrsta tRNA (vsaj 40) ima svoje edinstveno zaporedje monomerov ali nukleotidov.
. Informacijska (mRNA) – nukleotidna sestava je zelo raznolika. Prenaša genetske informacije iz DNK v ribosome, deluje kot matrica za sintezo proteinske molekule.

Vloga nukleotidov v telesu

Nukleotidi v celici opravljajo številne pomembne funkcije:

Uporabljajo se kot strukturni bloki za nukleinske kisline (nukleotidi purinske in pirimidinske serije);
. sodelujejo v številnih presnovnih procesih v celici;
. so del ATP - glavni vir energije v celicah;
. delujejo kot nosilci redukcijskih ekvivalentov v celicah (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
. opravljajo funkcijo bioregulatorjev;
. lahko obravnavamo kot sekundarne prenašalce redne zunajcelične sinteze (na primer cAMP ali cGMP).

Nukleotid je monomerna enota, ki tvori kompleksnejše spojine - nukleinske kisline, brez katerih je prenos genetske informacije, njeno shranjevanje in razmnoževanje nemogoče. Prosti nukleotidi so glavne komponente, ki sodelujejo pri signalnih in energetskih procesih, ki podpirajo normalno delovanje celic in telesa kot celote.

Spomnimo se, kaj sta monomer in polimer. Katere snovi so proteinski monomeri? Kako se beljakovine kot polimeri razlikujejo od škroba?

Nukleinske kisline zavzemajo posebno mesto med organskimi snovmi celice. Najprej so jih izolirali iz jeder celic, za kar so dobili ime (iz latinščine Nucleus - jedro). Pozneje so nukleinske kisline našli v citoplazmi in v nekaterih drugih celičnih organelih. Toda njihovo prvotno ime se je ohranilo.

Nukleinske kisline so tako kot proteini polimeri, vendar imajo njihovi monomeri, nukleotidi, bolj zapleteno strukturo. Število nukleotidov v verigi lahko doseže 30 000. Nukleinske kisline so najbolj visokomolekularne organske snovi celice.

riž. 24. Zgradba in vrste nukleotidov

V celicah najdemo dve vrsti nukleinskih kislin: deoksiribonukleinsko kislino (DNK) in ribonukleinsko kislino (RNA). Razlikujejo se po nukleotidni sestavi, strukturi polinukleotidne verige, molekulski masi in opravljenih funkcijah.

riž. 25. Polinukleotidna veriga

Sestava in struktura DNK. Sestava nukleotidov molekule DNK vključuje fosforno kislino, ogljikov hidrat deoksiriboze (kar je razlog za ime DNK) in dušikove baze - adenin (A), timin (T), gvanin (G), citozin (C) (slika 24, 25).

Te baze se med seboj ujemajo v parih po strukturi (A = T, G = C) in jih je mogoče zlahka združiti z uporabo vodikovih vezi. Takšne seznanjene baze imenujemo komplementarne (iz latinščine komplementum - dodatek).

Angleška znanstvenika James Watson in Francis Crick sta leta 1953 ugotovila, da je molekula DNK sestavljena iz dveh spiralno zavitih verig. Hrbtenico verige tvorijo ostanki fosforne kisline in deoksiriboze, dušikove baze pa so usmerjene znotraj vijačnice (slika 26, 27). Dve verigi sta med seboj povezani z vodikovimi vezmi med komplementarnimi bazami.

riž. 26. Diagram molekule DNA

V celicah se molekule DNA nahajajo v jedru. Tvorijo niti kromatina, pred delitvijo celice pa se spiralizirajo, združijo z beljakovinami in spremenijo v kromosome. Poleg tega se specifična DNK nahaja v mitohondrijih in kloroplastih.

DNK v celici je odgovoren za shranjevanje in prenos dednih informacij. V njem so zapisane informacije o strukturi vseh beljakovin v telesu. Število molekul DNK je genetska lastnost določene vrste organizma, nukleotidno zaporedje pa je specifično za vsakega posameznika.

Zgradba in vrste RNA. Sestava molekule RNA vključuje fosforno kislino, ogljikove hidrate - ribozo (od tod tudi ime ribonukleinska kislina), dušikove baze: adenin (A), uracil (U), gvanin (G), citozin (C). Namesto timina se tu nahaja uracil, ki je komplementaren adeninu (A = Y). Molekule RNA, za razliko od DNA, so sestavljene iz ene polinukleotidne verige (slika 25), ki ima lahko ravne in spiralne odseke, tvorijo zanke med komplementarnimi bazami z uporabo vodikovih vezi. Molekulska masa RNK je veliko manjša od molekulske mase DNK.

V celicah se molekule RNA nahajajo v jedru, citoplazmi, kloroplastih, mitohondrijih in ribosomih. Obstajajo tri vrste RNA, ki imajo različne molekulske mase, molekularne oblike in opravljajo različne funkcije.

Messenger RNA (mRNA) prenašajo informacije o strukturi proteina od DNA do mesta njegove sinteze na ribosomih. Vsaka molekula mRNA vsebuje celotno informacijo, ki je potrebna za sintezo ene proteinske molekule. Od vseh vrst RNA so največje mRNA.

riž. 27. Dvojna vijačnica molekule DNK (3D model)

Prenosne RNA (tRNA) so najkrajše molekule. Njihova zgradba po obliki spominja na list detelje (slika 62). Prenašajo aminokisline do mesta sinteze beljakovin na ribosomih.

Ribosomska RNA (rRNA) predstavlja več kot 80 % celotne mase RNA v celici in je skupaj z beljakovinami del ribosomov.

ATP. Celica poleg polinukleotidnih verig vsebuje mononukleotide, ki imajo enako sestavo in zgradbo kot nukleotidi, ki sestavljajo DNA in RNA. Najpomembnejši med njimi je ATP – adenozin trifosfat.

Molekula ATP je sestavljena iz riboze, adenina in treh ostankov fosforne kisline, med katerimi sta dve visokoenergijski vezi (slika 28). Energija vsakega od njih je 30,6 kJ/mol. Zato se imenuje makroergična, v nasprotju s preprosto vezjo, katere energija je približno 13 kJ / mol. Ko se en ali dva ostanka fosforne kisline odcepita od molekule ATP, nastane molekula ADP (adenozin difosfat) oziroma AMP (adenozin monofosfat). V tem primeru se energija sprosti dvainpolkrat več kot pri cepljenju drugih organskih snovi.

riž. 28. Struktura molekule alenozin trifosfata (ATP) in njegova vloga pri pretvorbi energije

ATP je ključna snov presnovnih procesov v celici in univerzalni vir energije. Sinteza molekul ATP poteka v mitohondrijih, kloroplastih. Energija je shranjena kot posledica oksidacijskih reakcij organskih snovi in ​​akumulacije sončne energije. Celica uporablja to shranjeno energijo v vseh življenjskih procesih.

Naučene vaje

  1. Kaj je monomer nukleinske kisline? Iz katerih komponent je sestavljen?
  2. Kako se nukleinske kisline, tako kot polimeri, razlikujejo od beljakovin?
  3. Kaj je komplementarnost? Poimenujte plemenske temelje. Kakšne povezave se oblikujejo med njimi?
  4. Kakšno vlogo imajo molekule RNA v živih telesih narave?
  5. Funkcijo ATP v celici včasih primerjajo z baterijo ali baterijo. Pojasnite pomen te primerjave.

Za nukleinska kislina vključujejo visoko polimerne spojine, ki se med hidrolizo razgradijo v purinske in pirimidinske baze, pentozo in fosforno kislino. Nukleinske kisline vsebujejo ogljik, vodik, fosfor, kisik in dušik. Obstajata dva razreda nukleinskih kislin: ribonukleinske kisline (RNA) in deoksiribonukleinske kisline (DNK).

Zgradba in funkcije DNK

DNK- polimer, katerega monomeri so deoksiribonukleotidi. Model prostorske strukture molekule DNA v obliki dvojne vijačnice sta leta 1953 predlagala J. Watson in F. Crick (za izgradnjo tega modela so uporabili delo M. Wilkinsa, R. Franklina, E. Chargaff).

molekula DNK tvorita dve polinukleotidni verigi, spiralno zaviti druga okoli druge in skupaj okoli namišljene osi, tj. je dvojna vijačnica (izjema - nekateri virusi, ki vsebujejo DNA, imajo enoverižno DNA). Premer dvojne vijačnice DNA je 2 nm, razdalja med sosednjimi nukleotidi je 0,34 nm, na zavoj vijačnice je 10 parov nukleotidov. Dolžina molekule lahko doseže nekaj centimetrov. Molekulska masa - desetine in stotine milijonov. Celotna dolžina DNK v jedru človeške celice je približno 2 m.V evkariontskih celicah DNK tvori komplekse z beljakovinami in ima specifično prostorsko konformacijo.

DNA monomer - nukleotid (deoksiribonukleotid)- sestoji iz ostankov treh snovi: 1) dušikove baze, 2) petogljikovega monosaharida (pentoze) in 3) fosforjeve kisline. Dušikove baze nukleinskih kislin spadajo v razrede pirimidinov in purinov. Pirimidinske baze DNK(v svoji molekuli imajo en obroč) - timin, citozin. Purinske baze(imata dva obroča) - adenin in gvanin.

Monosaharid nukleotida DNA predstavlja deoksiriboza.

Ime nukleotida izhaja iz imena ustrezne baze. Nukleotidi in dušikove baze so označeni z velikimi črkami.

Polinukleotidna veriga nastane kot posledica reakcij kondenzacije nukleotidov. V tem primeru med 3'-ogljikom ostanka deoksiriboze enega nukleotida in ostankom fosforne kisline drugega, fosfoetrska vez(spada v kategorijo močnih kovalentnih vezi). En konec polinukleotidne verige se konča s 5" ogljikom (imenuje se 5" konec), drugi se konča s 3" ogljikom (3" konec).

Proti eni verigi nukleotidov je druga veriga. Razporeditev nukleotidov v teh dveh verigah ni naključna, ampak strogo določena: timin se vedno nahaja nasproti adenina ene verige v drugi verigi, citozin pa vedno nasproti gvanina, med adeninom in timinom nastaneta dve vodikovi vezi, tri vodikove vezi med gvaninom in citozinom. Vzorec, po katerem so nukleotidi različnih verig DNK strogo urejeni (adenin – timin, gvanin – citozin) in selektivno povezujejo med seboj, se imenuje načelo komplementarnosti. Opozoriti je treba, da sta J. Watson in F. Crick razumela načelo komplementarnosti po branju del E. Chargaffa. E. Chargaff, ki je preučil ogromno vzorcev tkiv in organov različnih organizmov, je ugotovil, da v katerem koli fragmentu DNA vsebnost ostankov gvanina vedno natančno ustreza vsebnosti citozina in adenina timinu ( "Chargaffovo pravilo"), vendar tega dejstva ni znal pojasniti.

Iz načela komplementarnosti izhaja, da nukleotidno zaporedje ene verige določa nukleotidno zaporedje druge.

Niti DNK so antiparalelni (nasprotni), tj. nukleotidi različnih verig se nahajajo v nasprotnih smereh, zato je nasproti 3 "konec ene verige 5" konec druge. Molekulo DNK včasih primerjajo s spiralnim stopniščem. "Ograja" te lestve je hrbtenica sladkorja in fosfata (izmenični ostanki deoksiriboze in fosforne kisline); "stopnje" so komplementarne dušikove baze.

Funkcija DNK- shranjevanje in prenos dednih informacij.

Replikacija (reduplikacija) DNA

- proces samopodvajanja, glavna lastnost molekule DNA. Replikacija spada v kategorijo reakcij matrične sinteze in vključuje encime. Pod delovanjem encimov se molekula DNA odvije in okoli vsake verige, ki deluje kot matrica, se po principih komplementarnosti in antiparalelnosti dopolni nova veriga. Tako je v vsaki hčerinski DNK ena veriga matična veriga, druga veriga pa je na novo sintetizirana. Takšna sinteza se imenuje polkonzervativen.

"Gradbeni material" in vir energije za razmnoževanje sta deoksiribonukleozid trifosfati(ATP, TTP, GTP, CTP), ki vsebuje tri ostanke fosforne kisline. Ko so deoksiribonukleozid trifosfati vključeni v polinukleotidno verigo, se dva končna ostanka fosforne kisline odcepita, sproščena energija pa se porabi za tvorbo fosfodiesterske vezi med nukleotidi.

Pri replikaciji sodelujejo naslednji encimi:

  1. helikaze ("razvijanje" DNK);
  2. destabilizirajoče beljakovine;
  3. DNA topoizomeraze (rezana DNA);
  4. DNA polimeraze (izberejo deoksiribonukleozid trifosfate in jih komplementarno pritrdijo na verigo DNA predloge);
  5. RNA primaze (tvorijo RNA primerje, začetnike);
  6. DNA ligaze (sešijo fragmente DNA).

S pomočjo helikaz se DNA v določenih regijah odvija, enoverižne regije DNA vežejo destabilizirajoči proteini in replikacijske vilice. Z odstopanjem 10 parov nukleotidov (en obrat vijačnice) mora molekula DNK opraviti popoln obrat okoli svoje osi. Da prepreči to rotacijo, DNA topoizomeraza prereže eno verigo DNA in ji omogoči, da se vrti okoli druge verige.

Polimeraza DNA lahko pritrdi nukleotid samo na 3"-ogljik deoksiriboze prejšnjega nukleotida, zato se lahko ta encim premika vzdolž matrične DNK samo v eno smer: od 3" konca do 5" konca te matrične DNK , Ker so verige v materini DNK antiparalelne , potem na njegovih različnih verigah poteka sestavljanje hčerinskih polinukleotidnih verig na različne načine in v nasprotnih smereh.Na verigi 3 "-5" se sinteza hčerinske polinukleotidne verige nadaljuje brez prekinitev; ta hčerinska veriga se bo imenovala vodilni. Na verigi 5 "-3" - občasno, v fragmentih ( fragmenti Okazakija), ki se po zaključku replikacije z DNA ligazami zlijejo v eno verigo; ta podrejena veriga se bo imenovala zaostajanje (zaostajajo).

Značilnost DNA polimeraze je, da lahko začne svoje delo šele z "semena" (temeljni premaz). Vlogo "semen" opravljajo kratke sekvence RNA, ki nastanejo s sodelovanjem encima primaze RNA in so povezane s šablonsko DNA. Po končanem sestavljanju polinukleotidnih verig odstranimo primerje RNA.

Replikacija poteka podobno pri prokariontih in evkariontih. Hitrost sinteze DNA pri prokariontih je za red velikosti večja (1000 nukleotidov na sekundo) kot pri evkariontih (100 nukleotidov na sekundo). Replikacija se začne istočasno v več regijah molekule DNA. Delček DNK iz enega izvora replikacije v drugega tvori enoto replikacije – replikon.

Replikacija se pojavi pred delitvijo celice. Zahvaljujoč tej sposobnosti DNK se izvede prenos dednih informacij iz matične celice v hčerinske celice.

Popravilo ("popravilo")

odškodnine je proces popravljanja poškodb nukleotidnega zaporedja DNK. Izvajajo ga posebni encimski sistemi celice ( popravljalni encimi). V procesu popravljanja strukture DNA lahko ločimo naslednje stopnje: 1) nukleaze, ki popravljajo DNA, prepoznajo in odstranijo poškodovano območje, kar povzroči vrzel v verigi DNA; 2) DNA polimeraza zapolni to vrzel s kopiranjem informacij iz druge (»dobre«) verige; 3) DNA ligaza "zamreži" nukleotide in tako dokonča popravilo.

Najbolj so bili raziskani trije mehanizmi popravljanja: 1) fotoreparacija, 2) ekscizna ali predreplikacijska reparacija, 3) postreplikacijska reparacija.

Spremembe v strukturi DNA se nenehno pojavljajo v celici pod vplivom reaktivnih metabolitov, ultravijoličnega sevanja, težkih kovin in njihovih soli itd. Zato napake v popravljalnih sistemih povečajo hitrost mutacijskih procesov in so vzrok za dedne bolezni (kseroderma). pigmentoza, progerija itd.).

Zgradba in funkcije RNA

je polimer, katerega monomeri so ribonukleotidi. Za razliko od DNA, RNA ne tvorita dve, ampak ena polinukleotidna veriga (izjema - nekateri virusi, ki vsebujejo RNA, imajo dvoverižno RNA). Nukleotidi RNA so sposobni med seboj tvoriti vodikove vezi. Verige RNK so veliko krajše od verig DNK.

RNA monomer - nukleotid (ribonukleotid)- sestoji iz ostankov treh snovi: 1) dušikove baze, 2) petogljikovega monosaharida (pentoze) in 3) fosforjeve kisline. Dušikove baze RNA prav tako spadajo v razrede pirimidinov in purinov.

Pirimidinske baze RNK so uracil, citozin, purinske baze pa adenin in gvanin. RNA nukleotidni monosaharid predstavlja riboza.

Dodeli tri vrste RNA: 1) informativni(matrika) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomski RNA - rRNA.

Vse vrste RNA so nerazvejeni polinukleotidi, imajo specifično prostorsko konformacijo in sodelujejo v procesih sinteze beljakovin. Informacije o strukturi vseh vrst RNK so shranjene v DNK. Proces sinteze RNK na predlogi DNK se imenuje transkripcija.

Prenos RNA običajno vsebujejo 76 (od 75 do 95) nukleotidov; molekulska masa - 25 000-30 000. Delež tRNA predstavlja približno 10% celotne vsebnosti RNA v celici. Funkcije tRNA: 1) transport aminokislin do mesta sinteze beljakovin, do ribosomov, 2) translacijski mediator. V celici najdemo približno 40 vrst tRNA, vsaka od njih ima samo zanjo značilno nukleotidno zaporedje. Vse tRNA pa imajo več intramolekularnih komplementarnih regij, zaradi česar tRNA pridobijo konformacijo, ki po obliki spominja na list detelje. Vsaka tRNA ima zanko za stik z ribosomom (1), zanko antikodona (2), zanko za stik z encimom (3), akceptorsko steblo (4) in antikodon (5). Aminokislina je pritrjena na 3' konec akceptorskega stebla. Antikodon- trije nukleotidi, ki "prepoznajo" kodon mRNA. Poudariti je treba, da lahko določena tRNA transportira strogo določeno aminokislino, ki ustreza njenemu antikodonu. Specifičnost povezave aminokislin in tRNA je dosežena zaradi lastnosti encima aminoacil-tRNA sintetaze.

Ribosomska RNA vsebujejo 3000-5000 nukleotidov; molekulska masa - 1 000 000-1 500 000. rRNA predstavlja 80-85% celotne vsebnosti RNA v celici. V kombinaciji z ribosomskimi proteini rRNA tvori ribosome - organele, ki izvajajo sintezo beljakovin. V evkariontskih celicah pride do sinteze rRNA v nukleolu. funkcije rRNA: 1) nujna strukturna komponenta ribosomov in s tem zagotavljanje delovanja ribosomov; 2) zagotavljanje interakcije ribosoma in tRNA; 3) začetna vezava ribosoma in iniciatorskega kodona mRNA ter določitev bralnega okvirja, 4) nastanek aktivnega središča ribosoma.

Informacijska RNA različne glede na vsebnost nukleotidov in molekulsko maso (od 50.000 do 4.000.000). Delež mRNA predstavlja do 5% celotne vsebnosti RNA v celici. Funkcije mRNA: 1) prenos genetske informacije iz DNA v ribosome, 2) matrika za sintezo proteinske molekule, 3) določitev aminokislinskega zaporedja primarne strukture proteinske molekule.

Zgradba in funkcije ATP

Adenozin trifosforna kislina (ATP) je univerzalni vir in glavni akumulator energije v živih celicah. ATP najdemo v vseh rastlinskih in živalskih celicah. Količina ATP je v povprečju 0,04 % (surove mase celice), največ ATP (0,2-0,5 %) je v skeletnih mišicah.

ATP je sestavljen iz ostankov: 1) dušikove baze (adenin), 2) monosaharida (riboza), 3) treh fosfornih kislin. Ker ATP ne vsebuje enega, ampak tri ostanke fosforne kisline, spada med ribonukleozidne trifosfate.

Za večino vrst dela, ki se pojavlja v celicah, se uporablja energija hidrolize ATP. Istočasno, ko se končni ostanek fosforne kisline odcepi, se ATP pretvori v ADP (adenozin difosforna kislina), ko se drugi ostanek fosforne kisline odcepi, postane AMP (adenozin monofosforna kislina). Izkoristek proste energije med izločanjem tako končnega kot drugega ostanka fosforne kisline je 30,6 kJ vsakega. Cepitev tretje fosfatne skupine spremlja sprostitev le 13,8 kJ. Vezi med terminalom in drugim, drugim in prvim ostankom fosforne kisline imenujemo makroergične (visokoenergijske).

Rezerve ATP se nenehno polnijo. V celicah vseh organizmov pride do sinteze ATP v procesu fosforilacije, tj. dodatek fosforne kisline k ADP. Fosforilacija poteka z različno intenzivnostjo med dihanjem (mitohondriji), glikolizo (citoplazma), fotosintezo (kloroplasti).

ATP je glavna povezava med procesi, ki jih spremlja sproščanje in kopičenje energije, ter procesi, ki potrebujejo energijo. Poleg tega je ATP skupaj z drugimi ribonukleozid trifosfati (GTP, CTP, UTP) substrat za sintezo RNK.

    Pojdi do predavanja №3»Zgradba in delovanje beljakovin. Encimi»

    Pojdi do predavanja številka 5"Celična teorija. Vrste celične organizacije»

Podobni članki

2022 videointercoms.ru. Mojster - Gospodinjski aparati. Razsvetljava. Obdelava kovin. Noži. Elektrika.