Файл: Справочник (белкин).doc

23. Мономерами всех нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, состоящие из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (пентозы) и азотистого основания (рис. 5.9). Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из четырёх азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Им соответствуют названия нуклеотидов: адениловый (А), гуаниловый (Г), цитидиловый (Ц) и тимидиловый (Т), (рис. 5.8).

24. Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепь благодаря реакции полимеризации. Гидроксил фосфорной кислоты одного нуклеотида взаимодействует с гидроксилом пентозы соседнего нуклеотида, в результате чего выделяется молекула воды, и остатки нуклеотидов соединяются прочной ковалентной связью, (рис. 5.10). Из двух нуклеотидов получается динуклеотид, из трёх нуклеотидов – тринуклеотид, из многих – полинуклеотид. Число мономеров очень велико, молекулярная масса нуклеиновых кислот изменяется от 10 000 до нескольких миллионов углеродных единиц. Строго определённый порядок нуклеотидов в полимере определяет его свойства, по этой причине на базе только четырёх нуклеотидов может существовать гигантское число изомеров ДНК.

25. В двойной спирали ДНК азотистые основания располагаются по одну сторону каждой цепи в точности напротив азотистых оснований другой цепи и соединяются с ними водородными связями. Между аденином и тимином всегда возникают две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три водородные связи. По этой причине в соединении цепей наблюдается важная закономерность, называемая комплементарностью. По правилу комплементарности (дополнительности) напротив аденилового нуклеотида обязательно располагается тимидиловый (Т – А), напротив гуанилового – только цитидиловый (Г – Ц). Комплементарность цепей ДНК есть основа её важнейших функций: хранения и передачи наследственной информации, (рис. 5.8). Очевидно, что число адениловых нуклеотидов всегда равно числу тимидиловых, а число гуаниловых – числу цитидиловых.

26. Редупликацией или репликацией называется процесс удвоения молекул ДНК в процессе их синтеза с учётом комплементарности нуклеотидов. Двойная спиральная цепь с одного конца раскручивается, на каждой цепи собирается новая цепь из находящихся в окружающей среде свободных нуклеотидов, рис. 5.11. Против каждого нуклеотида А встает Т, против Г – Ц и т. д. В результате вместо одной молекулы ДНК возникают две молекулы точно такого же нуклеотидного состава.

Процесс редупликации осуществляет белок-фермент, продвигающийся вдоль молекулы ДНК и оставляющий после себя раздвоенные новые молекулы.

27. Молекулы РНК, как правило, построены из одной полинуклеотидной цепи, т. е. представляют собой одинарную спираль, содержащую от нескольких десятков до десятков тысяч нуклеотидов. Их молекулярная масса составляет от десяти тысяч до шести миллионов единиц. Характерным элементом вторичной структуры РНК являются, так называемые «шпильки», которые представляют собой двутяжевые спиральные структуры, образующиеся в результате комплиментарного спаривания азотистых оснований. Шпильки перемежаются однотяжевыми участками, вместе с которыми они укладываются в компактную третичную структуру. В организме РНК находятся главным образом в виде комплексов с белками – рибонуклеопротеидов.

28. Мономерами РНК являются четыре нуклеотида с различными азотистыми основаниями. Три из них те же, что у ДНК (аденин, гуанин, цитозин), к ним добавляется урацил (У). Соответствующий нуклеотид называется уридиловым. Правило комплементарности: А – У и Г – Ц. Кроме того, углеводом в нуклеотиде РНК является рибоза, в отличие от дезоксирибозы в нуклеотиде ДНК. В небольших количествах в состав рибонуклеиновых кислот входят также некоторые другие производные пурина и пиримидина.

Рибонуклеиновые кислоты играют важнейшую биологическую роль во всех живых организмах, участвуя в реализации генетической информации и биосинтезе белков. Многие вирусы содержат РНК в качестве единственного нуклеинового компонента. В таких РНК-содержащих вирусах рибонуклеиновые кислоты могут служить матрицей для биосинтеза не только РНК, но и ДНК.

29. Известно несколько типов РНК. Рибосомные (р-РНК), составляющие примерно 85 % всех РНК клетки, связываются с рибосомными белками и образуют рибосомы, в которых осуществляется синтез белка. Размеры и структура рибосомных РНК у организмов разных видов неодинаковы.

30. Транспортные (т-РНК) образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму клетки. Они составляют примерно 10 % клеточных РНК, осуществляют захват соответствующей аминокислоты и ее перенос к рибосомам – месту синтеза белка.

31. Информационные, или матричные (и-РНК, или м-РНК) представляют собой наиболее разнородную группу и играют роль матриц при биосинтезе белков в процессе трансляции (считывания нуклеотидного кода и перевода его в определённую последовательность аминокислот в полипептидных цепях белков). Они составляют около 5 % всех клеточных РНК. Все виды рибонуклеиновых кислот синтезируются в клетках на матрице ДНК, образуя последовательность рибонуклеотидов, комплементарную последовательности дезоксирибонуклеотидов в ДНК (процесс транскрипции). В клеточном ядре имеются гигантские молекулы – предшественники м-РНК, большая часть которых распадается внутри ядра и только сравнительно небольшая часть молекулы переходит в цитоплазму и образует собственно м-РНК. Быстро распадающаяся в клеточном ядре рибонуклеиновая кислота, вероятно, играет регуляторную роль.

32. Важное биологическое значение имеетаденозинтрифосфорная кислота (АТФ), содержащаяся в каждой клетке животных и растений. По химической структуре она является нуклеотидом, т. е. содержит азотистое основание (аденин), углевод (рибозу) и фосфорную кислоту, но в количестве трёх молекул. Одна из молекул фосфорной кислоты может легко отщепляться, тогда АТФ переходит в АДФ – аденозиндифосфорную кислоту. При отщеплении от АТФ двух молекул она станет аденозинмонофосфорной кислотой (АМФ). Обе реакции сопровождаются очень большим энергетическим эффектом, составляющим 40 кДж при отщеплении одной грамм-молекулы фосфорной кислоты. Именно в АТФ запасается энергия, которая выделяется при ее расщеплении.

33. Синтез белков в клетках осуществляется в рибосомах. Молекулы ДНК, содержащиеся в ядре клетки, непосредственного участия в синтезе не принимают, они лишь хранят информацию о составе первичных структур разных белков. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называется геном. Ген представляет собой элементарную единицу наследственного материала, ответственную за формирование какого-либо элементарного признака. Молекула ДНК есть собрание нескольких сот генов. У некоторых вирусов генами являются отрезки РНК.

Каждый ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма. Главная функция гена – программирование синтеза ферментных и других белков, осуществляющегося при участии клеточных РНК – определяется химическим строением генов (последовательностью в них дезоксирибонуклеотидов – элементарных звеньев ДНК.

Различают две группы генов: структурные – отвечающие за синтез специфических (ферментных) белков, и регуляторные – осуществляющие контроль за активностью структурных генов. Регуляторные гены (иначе, гены-регуляторы) программируют синтез особых веществ белковой природы – репрессоров.

34. Последовательность аминокислот в белках кодируется в молекуле ДНК последовательностью нуклеотидов. Каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трёх стоящих рядом нуклеотидов. Три нуклеотида в молекулах ДНК или РНК представляют собой единицу генетического кода и называются кодоном (или триплетом нуклеотидов), табл. 5.2.

Число возможных комбинаций из четырёх нуклеотидов по три составляет 64, чего с избытком хватает для кодирования 20 аминокислот.

35. На первом этапе создается м-РНК с помощью транскрипции, на втором – на этой РНК синтезируется белок в рибосомах.

Таблица 5.2

Примеры кодирования аминокислот кодонами днк

36.Транскрипцией называется синтез матричной РНК на основе матричной ДНК согласно принципу комплементарности. Против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК располагается комплементарный ему нуклеотид матричной РНК (Г_ДНК соответствует Ц_РНК, Ц_ДНК  Г_РНК, А_ДНК  У_РНК, Т_ДНК  А_РНК). Например, последовательности Т–А–Ц–А–Г в ДНК соответствует последовательность А–У–Г–У–Ц в РНК. В результате образуется цепочка РНК, представляющая собой по составу и последовательности нуклеотидов точную копию одной из цепей ДНК, рис. 5.12.

Для транскрипции необходим особый фермент – РНК-полимераза. Одна молекула ДНК содержит множество генов, поэтому РНК-полимераза должна начинать синтез м-РНК со строго определённого места ДНК, иначе в синтезируемой структуре будет записана информация о чужом или несуществующем белке. Транскрипция происходит на участках ДНК, называемых транскриптонами. В начале и в конце транскриптона расположены специфические последовательности нуклеотидов – промотор и терминатор. РНК-полимераза взаимодействует с промотором и начинает синтез цепочки м-РНК с нужного места. Синтез прекращается, когда РНК-полимераза доходит до терминатора – последовательности нуклеотидов, указывающих на окончание процесса. Наличие множества транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов. У животных, растений и других эукариот в состав транскриптона входит, как правило, один ген. Транскриптоны бактерий обычно называются оперонами; многие из них содержат несколько генов, обычно функционально связанных.

Оперон представляет собой генетическую единицу механизма регуляции синтеза белков. Набор молекул ДНК одинаков во всех клетках одного организма, но в них осуществляется синтез не всех белков, а лишь некоторых, необходимых данной клетке в данный момент времени. Приведём механизм регуляции на примере одноклеточных организмов – прокариот. В начале оперона расположен участок для присоединения фермента РНК-полимеразы – именно он называется промотором. Далее следует участок ДНК, называемый оператором, непосредственно примыкающий к последующему блоку структурных генов, рис. 5.13. Оператор не является геном, поскольку он не несёт в себе информации о структуре какого-либо белка или ДНК. Оператор представляет собой область ДНК, способную специфически связывать белок-репрессор, в результате чего целая серия структурных генов может быть временно выключена – инактивирована. Иначе говоря, оператор может быть заблокирован белком-репрессором, тогда РНК-полимераза не начинает синтез м-РНК.