Биополимеры. Органические полимеры Нуклеиновые кислоты как природные полимеры

Cлайд 1

Cлайд 2

Цель урока: Закрепить и углубить представления учащихся о природных полимерах на примере белков и нуклеиновых кислот. Систематизировать знания о составе, строении, свойств и функции белков. Иметь представление о химическом и биологическом синтезе белков, создании искусственной и синтетической пищи. Расширить представление о составе и строении нуклеиновых кислот. Уметь объяснять построение двойной спирали ДНК по принципу комплементарности. Знать роль нуклеиновых кислот в жизнедеятельности организмов. Продолжить развитие навыков самообразования, умения слушать лекцию, выделять главное. Делать записи по составлению плана или тезисов. Развивать познавательный интерес учащихся, устанавливать межпредметные связи (с биологией).

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Значения белков В составе ныне живущих на Земле организмов содержится около тысячи миллиардов тонн белков. Отличаюсь неисчерпаемым разнообразием структуры, которая в то же время строго специфична для каждого из них, белки создают вместе с нуклеиновыми кислотами материальную основу для существования всего богатства организмов окружающего нас мира. Белкам свойственна способность к внутримолекулярным взаимодействиям, поэтому так динамична структура и изменчива форма белковых молекул. Белки вступают во взаимодействие с самыми различными веществами. Объединяясь друг с другом или с нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами, они образуют рибосомы, митохондрии, лизосомы, мембраны эндоплазматической сети и другие субклеточные структуры, в которых осуществляются многообразные процессы обмена веществ. Поэтому именно белки играют выдающуюся роль в явлениях жизни.

Cлайд 6

Уровни организации белковый молекулы Первичная Вторичная Третичная Четвертичная Одной из трудных задач химии белков была расшифровка последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи, т. е. первичной структуры белковой молекулы. Впервые она была решена английским ученым Ф. Сангером и его сотрудниками в 1945- 1956 гг. Они установили первичную структуру гормона инсулина – белка, вырабатываемого поджелудочной железой. За это Ф. Сангеру в 1958 г. была присуждена Нобелевская премия.

Cлайд 7

определенная последовательность a-аминокислотных остатков в полипептидной цепи Первичная структура -

Cлайд 8

Cлайд 9

Четвертичная структура– агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей

Cлайд 10

Химические свойства белков (видеофильм) Характерная реакция белков – денатурация: Свертывание белков при нагревании. Осаждение белков концентрированным спиртом. Осаждение белков солями тяжелых металлов. 2. Цветные реакции белков: Ксантопротеиновая реакция Биуретовая реакция Определение содержания серы в составе белковой молекулы.

Cлайд 11

Роль белков в процессах жизнедеятельности Огромный интерес представляет изучение не только структуры, но и роли белков в процессах жизнедеятельности. Многие из них обла-дают защитными (иммуноглобулины) и токсическими (яды змей, холер-ный, дифтерийный и столбнячный токсины, энтеротоксин. В из стафило-кокка, токсин бутулизма) свойствами, важными для медицинских целей. Но главное - белки составляют важнейшую и незаменимую часть пищи человека. В наше время 10-15% населения Земли голодают, а 40% получают неполноценную пищу с недостаточным содержанием белка. Поэтому чело вечество вынуждено индустриальными путями производить белок – наиболее дефицитный продукт на Земле. Эту задачу интенсивно решают тремя способами: производством кормо вых дрожжей, приготовлением на заводах белково-витаминных концентратов на базе углеводородов нефти и выделением белков из непищевого сырья растительного происхождения. В нашей стране из углеводородного сырья изготовляют белково-витаминный концентрат. В качестве заменителя белка перспективно также промышленное производство незаменимых аминокислот. Познание структуры и функций белков приближает человечество к овладению сокровенной тайной самого явления жизни.

Cлайд 12

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, полинуклеотиды, обеспечивают хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах. Нуклеиновые кислоты открыл в 1869 г. швейцарский ученый Ф. Мишер как составную часть клеточных ядер, поэтому свое название они получили от латинского слова nucleus - ядро. Nycleus»- ядро. Впервые ДНК и РНК были извлечены из ядра клетки. Поэтому их называют нуклеиновыми кислотами. Строение и выполняемые функции нуклеиновых кислот изучили американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик.

Cлайд 13

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК В 1953 г. американский биохимик Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик построили модель пространственной структуры ДНК; которая имеет вид двойной спирали. Она соответствовала данным английских ученых Р. Франклин и М. Уилкинса, которые с помощью рентгеноструктурного анализа ДНК смогли определить общие параметры спирали, ее диаметр и расстояние между витками. В 1962 г. Уотсону, Крику и Уилкинсу за это важное открытие была присуждена Нобелевская премия.

Cлайд 14

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота РНК рибонуклеиновая кислота Состав нуклеотида в ДНК Состав нуклеотида в РНК Азотистые основания: Аденин (А) Гуанин (Г) Цитозин (Ц) Урацил (У): Рибоза Остаток фосфорной кислоты Азотистые основания: Аденин (А) Гуанин (Г) Цитозин (Ц) Тимин (Т) Дезокси- рибоза Остаток фосфорной кислоты Информационная (матричная) РНК (и-РНК) Транспортная РНК (т-РНК) Рибосомная РНК (р-РНК)

Cлайд 15

Существует три типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты), РНК (рибонуклеиновые кислоты) и АТФ (аденозинтрифосфат). Подобно углеводам и белкам, это полимеры. Как и белки, нуклеиновые кислоты являются линейными полимерами. Однако их мономеры – нуклеотиды – являются сложными веществами, в отличие от достаточно простых сахаров и аминокислот. Строение нуклеиновых кислот

Cлайд 16

Сравнительная характеристика ДНК и РНК ДНК Биологический полимер Мономер – нуклеотид 4 типа азотистых оснований: аденин, тимин, гуанин, цитозин. Комплементарные пары: аденин-тимин, гуанин-цитозин Местонахождение - ядро Функции – хранение наследственной информации Сахар - дезоксирибоза РНК Биологический полимер Мономер – нуклеотид 4 типа азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, урацил Комплементарные пары: аденин-урацил, гуанин-цитозин Местонахождение – ядро, цитоплазма Функции –перенос, передача наследственной информации. Сахар - рибоза

Cлайд 17

Триплет Триплет – три последовательно расположенных нуклеотида. Последовательность триплетов определяет последовательность аминокислот в белке! Расположенные друг за другом триплеты, обуславливающие структуру одной белковой молекулы, представляют собой ГЕН.

Cлайд 18

Репликация – процесс самоудвоения молекулы ДНК на основе принципа комплементарности. Значение репликации: благодаря самоудвоению ДНК, происходят процессы деления клеток.

Cлайд 19

Между азотными основаниями пары А и Т образуются 2 водородные связи, а между Г и Ц - 3, поэтому прочность связи Г-Ц выше, чем А-Т: Комплементарные пары

Cлайд 20

Cлайд 21

Cлайд 22

Значение нуклеиновых кислот Хранение, перенос и передача по наследству информации о структуре белковых молекул. Стабильность НК- важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Изменение структуры НК- изменение структуры клеток или физиологических процессов- изменение жизнедеятельности.

Cлайд 23

Применение НК На протяжении жизни человек болеет, попадает в неблагоприятные производственные или климатические условия. Следствие этого – учащение «сбоев» в отлаженном генетическом аппарате. До определенного времени «сбои» себя внешне не проявляют, и мы их не замечаем. Увы! Со временем изменения становятся очевидными. В первую очередь они проявляются на коже. В настоящее время результаты исследований биомакромолекул выходят из стен лабораторий, начиная все активнее помогать врачам и косметологам в повседневной работе. Еще в 1960-х гг. стало известно, что изолированные нити ДНК вызывают регенерацию клеток. Но только в самые последние годы XX столетия стало возможно использовать это свойство для восстановления клеток стареющей кожи.

Cлайд 24

Применение НК Наука еще далека от возможности использования нитей экзогенной ДНК (за исключением вирусной ДНК) в качестве матрицы для «нового» синтеза ДНК непосредственно в клетках человека, животного или растения. Дело в том, что клетка-хозяин надежно защищена от внедрения чужеродной ДНК присутствующими в ней специфическими ферментами – нуклеазами. Чужеродная ДНК неминуемо подвергнется разрушению, или рестрикции, под действием нуклеаз. ДНК будет признана «чужеродной» по отсутствию в ней специфической для каждого организма картины распределения метилированных оснований, присущих ДНК клетки-хозяина. Вместе с тем, чем ближе родство клеток, тем в большей степени их ДНК будут образовывать гибриды. Результат этого исследования – различные косметические кремы, включающие «волшебные нити» для омоложения кожи.

Cлайд 25

Закрепление урока (тестовая контроль) Вариант 1 1.Двойная полинуклеотидная цепочка характерна для молекул: а) ДНК б) РНК в) оба предыдущих ответа верны. 2. Средняя молекулярная масса, какого типа нуклеиновых кислот больше? а) ДНК б) РНК в) зависит от типа живой клетки 3. Какие вещества не являются составной частью нуклеотида? а) пиримидиновое или пуриновое основание. б) рибоза и дезоксирибоза в) α - аминокислоты г) фосфорная кислота 4. Нуклеотиды ДНК не содержат в качестве оснований остатки: а) цитозина в) гуанина б) урацила г) аденина д) тимина 5. Последовательность нуклеотидов представляет собой структуру нуклеиновых кислот: а) первичную в) третичную б) вторичную г) четвертичную 2 вариант 1. Нуклеиновые кислоты получили свое название от латинского слова: а) ядро в) жизнь б) клетка г) первый 2. Полимерная цепь, какой из нуклеиновых кислот представляет собой последовательность нуклеотидов? а) ДНК б) РНК в) обоих типов нуклеиновых кислот 3. Вторичная структура в виде двойной спирали характерна для молекул: а) ДНК в) РНК б) белков г) всех нуклеиновых кислот 4. Пуриновым основанием не является: а) аденин в) гуанин б) тимин г) все являются 5. Молекула нуклеотида не содержит: а) остаток моносахарида в) остаток азотистого основания б) остаток аминокислоты г) остаток фосфорной кислоты

Слайд 2

Слайд 3

Первая группа H, O, N, C (макроэлементы) Вторая группа P, S, Ka, Na, Ca, Mg, Fe, Cl Третья группа Zn, Cu, J, F и др. (микроэлементы) Химические элементы,входящие в состав клетки H N O C Са Ва

Слайд 4

Слайд 5

Значения белков

В составе ныне живущих на Земле организмов содержится около тысячи миллиардов тонн белков. Отличаюсь неисчерпаемым разнообразием структуры, которая в то же время строго специфична для каждого из них, белки создают вместе с нуклеиновыми кислотами материальную основу для существования всего богатства организмов окружающего нас мира. Белкам свойственна способность к внутримолекулярным взаимодействиям, поэтому так динамична структура и изменчива форма белковых молекул. Белки вступают во взаимодействие с самыми различными веществами. Объединяясь друг с другом или с нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами, они образуют рибосомы, митохондрии, лизосомы, мембраны эндоплазматической сети и другие субклеточные структуры, в которых осуществляются многообразные процессы обмена веществ. Поэтому именно белки играют выдающуюся роль в явлениях жизни.

Слайд 6

Слайд 7

определенная последовательность a-аминокислотных остатков в полипептидной цепи Первичная структура -

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Химические свойства белков(видеофильм)

Характерная реакция белков – денатурация: Свертывание белков при нагревании. Осаждение белков концентрированным спиртом. Осаждение белков солями тяжелых металлов. 2. Цветные реакции белков: Ксантопротеиновая реакция Биуретовая реакция Определение содержания серы в составе белковой молекулы.

Слайд 11

Роль белков в процессах жизнедеятельности

Огромный интерес представляет изучение не только структуры, но и роли белков в процессах жизнедеятельности. Многие из них обла-дают защитными (иммуноглобулины) и токсическими (яды змей, холер-ный, дифтерийный и столбнячный токсины, энтеротоксин. В из стафило-кокка, токсин бутулизма) свойствами, важными для медицинских целей. Но главное - белки составляют важнейшую и незаменимую часть пищи человека. В наше время 10-15% населения Земли голодают, а 40% получают неполноценную пищу с недостаточным содержанием белка. Поэтому человечество вынуждено индустриальными путями производить белок – наиболее дефицитный продукт на Земле. Эту задачу интенсивно решают тремя способами: производством кормовых дрожжей, приготовлением на заводах белково-витаминных концентратов на базе углеводородов нефти и выделением белков из непищевого сырья растительного происхождения. В нашей стране из углеводородного сырья изготовляют белково-витаминный концентрат. В качестве заменителя белка перспективно также промышленное производство незаменимых аминокислот. Познание структуры и функций белков приближает человечество к овладению сокровенной тайной самого явления жизни.

Слайд 12

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, полинуклеотиды, обеспечивают хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах. Нуклеиновые кислоты открыл в 1869 г. швейцарский ученый Ф. Мишер как составную часть клеточных ядер, поэтому свое название они получили от латинского слова nucleus - ядро. Nycleus»- ядро. Впервые ДНК и РНК были извлечены из ядра клетки. Поэтому их называют нуклеиновыми кислотами. Строение и выполняемые функции нуклеиновых кислот изучили американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик.

Слайд 13

Слайд 14

Слайд 15

Слайд 16

Сравнительная характеристика ДНК и РНК

ДНК Биологический полимер Мономер – нуклеотид 4 типа азотистых оснований: аденин, тимин, гуанин, цитозин. Комплементарные пары: аденин-тимин, гуанин-цитозин Местонахождение - ядро Функции – хранение наследственной информации Сахар - дезоксирибоза РНК Биологический полимер Мономер – нуклеотид 4 типа азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, урацил Комплементарные пары: аденин-урацил, гуанин-цитозин Местонахождение – ядро, цитоплазма Функции –перенос, передача наследственной информации. Сахар - рибоза

Слайд 17

Триплет

Триплет – три последовательно расположенных нуклеотида. Последовательность триплетов определяет последовательность аминокислот в белке! Расположенные друг за другом триплеты, обуславливающие структуру одной белковой молекулы, представляют собой ГЕН.

Слайд 18

Репликация –процесс самоудвоения молекулы ДНК на основе принципа комплементарности. Значение репликации: благодаря самоудвоению ДНК, происходят процессы деления клеток.

Слайд 19

Слайд 20

ДНК В СОСТАВЕ ХРОМОСОМ

Слайд 21

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК ДНК

Слайд 22

Значение нуклеиновых кислот

Хранение, перенос и передача по наследству информации о структуре белковых молекул. Стабильность НК- важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Изменение структуры НК- изменение структуры клеток или физиологических процессов- изменение жизнедеятельности.

Слайд 23

Применение НК

Слайд 24

На протяжении жизни человек болеет, попадает в неблагоприятные производственные или климатические условия. Следствие этого – учащение «сбоев» в отлаженном генетическом аппарате. До определенного времени «сбои» себя внешне не проявляют, и мы их не замечаем. Увы! Со временем изменения становятся очевидными. В первую очередь они проявляются на коже. В настоящее время результаты исследований биомакромолекул выходят из стен лабораторий, начиная все активнее помогать врачам и косметологам в повседневной работе. Еще в 1960-х гг. стало известно, что изолированные нити ДНК вызывают регенерацию клеток. Но только в самые последние годы XX столетия стало возможно использовать это свойство для восстановления клеток стареющей кожи.

Слайд 25

Закрепление урока(тестовая контроль)

Вариант 1 1.Двойная полинуклеотидная цепочка характерна для молекул: а) ДНК б) РНК в) оба предыдущих ответа верны. 2. Средняя молекулярная масса, какого типа нуклеиновых кислот больше? а) ДНК б) РНК в) зависит от типа живой клетки 3. Какие вещества не являются составной частью нуклеотида? а) пиримидиновое или пуриновое основание. б) рибоза и дезоксирибоза в) α - аминокислоты г) фосфорная кислота 4. Нуклеотиды ДНК не содержат в качестве оснований остатки: а) цитозина в) гуанина б) урацила г) аденина д) тимина 5. Последовательность нуклеотидов представляет собой структуру нуклеиновых кислот: а) первичную в) третичную б) вторичную г) четвертичную 2 вариант 1. Нуклеиновые кислоты получили свое название от латинского слова: а) ядро в) жизнь б) клетка г) первый 2. Полимерная цепь, какой из нуклеиновых кислот представляет собой последовательность нуклеотидов? а) ДНК б) РНК в) обоих типов нуклеиновых кислот3. Вторичная структура в виде двойной спирали характерна для молекул: а) ДНК в) РНК б) белков г) всех нуклеиновых кислот 4. Пуриновым основанием не является: а) аденин в) гуанин б) тимин г) все являются 5. Молекула нуклеотида не содержит: а) остаток моносахарида в) остаток азотистого основания б) остаток аминокислоты г) остаток фосфорной кислоты

Посмотреть все слайды

Особую, очень важную, группу химических природных веществ составляют высокомолекулярные соединения (полимеры) . Их можно разделить на две большие группы:

Природные органические полимеры - биополимеры

Природные неорганические полимеры

В начале рассмотрим вещества, относящиеся к биополимерам.

Масса молекул биополимеров достигает нескольких десятков тысяч и роль этих соединений огромна. Полимерные вещества являются основой Жизни на Земле.

Таблица 1

Органические природные полимеры – биополимеры – обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов. Интересно, что из множества возможных вариантов Природа "выбрала" всего 4 типа полимеров:

Рисунок 1

Полисахариды

Полисахариды – это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

Полисахариды составляют основную массу органической материи в биосфере Земли. В живой природе они выполняют важные биологические функции, выступая в качестве:

структурных компонентов клеток и тканей,

энергетического резерва,

защитных веществ.

Полисахариды образуются из низкомолекулярных соединений общей формулы С n Н 2 n О n называемых сахарами или углеводами. Для сахаров характерно наличие альдегидной или кетонной групп, в соответствии с этим первые называются альдозами, вторые – кетозами. Среди сахаров с n = 6, называемых гексозами, имеется 16 изомерных альдогексоз и 16 кетогексоз. Однако только четыре из них (α-галактоза, d -манноза, d -глюкоза, d -фруктоза) встречаются в живой клетке. Биологическая роль сахаров определяется тем, что они являются источником энергии, необходимой организму, которая выделяется при их окислении, и исходным материалом для синтеза макромолекул.

В последнем случае большое значение имеет способность сахаров образовывать циклические структуры, что иллюстрируется ниже на примере глюкозы и фруктозы:

Рис. 2

В водном растворе глюкоза содержит 99,976 % циклического изомера. У кетогексоз циклические изомеры пятичленные. Циклические молекулы моносахаридов могут связываться между собой с образованием так называемых гликозидных связей путем конденсации гидроксильных групп.

Наиболее распространены полисахариды, повторяющиеся звенья которых являются остатками α-D-глюкопиранозы или ее производных.

Основные представители полисахаридов - крахмал и целлюлоза - построены из остатков одного моносахарида - глюкозы . Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу:

(C6h10o5)n,

но совершенно различные свойства . Это обьясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза - из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы (выделена цветом):

Рисунок 3

С учетом пространственного строения шестичленного цикла формулы этих изомеров имеют вид:

Рисунок 4

К важнейшим полисахаридам относится также гликоген (C 6 H 10 O 5) n , образующийся в организмах человека и животных в результате биохимических превращений из растительных углеводов. Как и крахмал, гликоген состоит из остатков α-глюкозы и выполняет подобные функции (поэтому часто называется животным крахмалом).

Из химических свойств полисахаридов наибольшее значение имеют реакции гидролиза и образование производных за счёт реакций макромолекул по ОН-группам.

Гидролиз полисахаридов происходит в разбавленных растворах минеральных кислот (или под действием ферментов). При этом в макромолекулах разрываются связи, соединяющие моносахаридные звенья - гликозидные связи (аналогично гидролизу дисахаридов ). Полный гидролиз полисахаридов приводит к образованию моносахаридов (целюллоза, крахмал и гликоген гидролизуются до глюкозы):

(C 6 H 10 O 5) n + n H 2 O (H +) n C 6 H 12 O 6

При неполном гидролизе образуются олигосахариды, в том числе и дисахариды. Способность полисахаридов к гидролизу увеличивается в ряду:

целлюлоза < крахмал < гликоген

Из целлюлозы (отходов деревообрабатывающей промышленности) в результате кислотного гидролиза и последующего сбраживания образующейся глюкозы получают этанол (называемый "гидролизным спиртом").

Среди производных полисахаридов наибольшее практическое значение имеют простые и сложные эфиры целлюлозы. Их образование происходит в реакциях макромолекул целлюлозы по спиртовым ОН-группам (в каждом моносахаридном звене 3 группы ОН):

К важнейшим производным целлюлозы относятся: - метилцеллюлоза (простые метиловые эфиры целлюлозы) общей формулы

N (х = 1, 2 или 3);

- ацетилцеллюлоза (триацетат целлюлозы) - сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты

- нитроцеллюлоза (нитраты целлюлозы) - сложные азотнокислые эфиры целлюлозы:

N (х = 1, 2 или 3).

Эти полимерные материалы используются в производстве искусственных волокон, пластмасс, пленок, лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердых ракетных топлив и др.

Нуклеиновые кислоты – природные органические высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.

Нуклеиновые кислоты - это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Они были открыты в 1869 году Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов и названы нуклеиновыми, т.к. ядро - нуклеус (nucleus).

Биополимер, мономером которого является нуклеотид . ДНК – полинуклеотид с очень большой молекулярной массой. В одну молекулу могут входить 10 8 и более нуклеотидов. В состав нуклеотида входит пятиатомный сахар дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно азотистое основание. Азотистых оснований всего четыре - это аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). Таким образом, нуклеотидов всего четыре: адениновый, гуаниновый, цитозиновый и тиминовый (рис. 10).

Рис. 10. Схема строения ДНК Рис. 11. Строение участка молекулы ДНК

Порядок чередования нуклеотидов в ДНК у разных организмов разный.

В 1953 году Д. Уотсон и Ф. Крик построили пространственную модель ДНК. Этому открытию способствовали два экспериментальных достижения:

1) Чаргафф получил чистые образцы ДНК исделал анализ относительно числа оснований в каждом образце. Оказалось, что из какого бы организма не была выделена ДНК количество аденина равно количеству тимина (А = Т ), а количество гуанина равно количеству цитозина (Г = Ц );

2) Уилкинс и Фрэнклин при помощи рентгенограммы получили хороший снимок ДНК (рис. 12).

Молекула ДНК состоит из двух соединенных друг с другом цепей и походит на веревочную лестницу (рис. 11). Боковые стороны лестницы закручены наподобие электрических проводов. Боковые стороны - это чередующийся сахар и фосфорная кислота. Перекладинами этой лестницы являются азотистые основания, соединенные по принципу комплементарности (А = Т; Г = Ц). Между аденином и тимином двойная водородная связь, гуанином и цитозином тройная.

Рис. 13 Строение нуклеотида

Ширина двойной спирали - 1,7 нм, в один виток входит по 10 пар оснований, длина витка – 3,4 нм, между нуклеотидами расстояние = 0,34нм. При соединении с определенными белками – гистонами – степень спирализации молекулы повышается. Молекула утолщается и укорачивается. В дальнейшем спирализация достигает максимума, возникает спираль еще более высокого уровня – суперспираль. При этом молекула становится различима в световой микроскоп как вытянутое, хорошо окрашиваемое тельце – хромосома.

Синтез ДHK

ДНК входит в состав хромосом (комплекс ДНК с белком гистоном составляет 90 % хромосомы. Встает вопрос, почему после деления клетки количество хромосом не уменьшается, а остается таким же. Потому что перед делением клетки, происходит удвоение (синтез) ДНК, а, следовательно, и удвоение хромосом. Под воздействием фермента нуклеазы происходит разрыв водородных связей между азотистыми основаниями на определенном участке ДНК и двойная цепочка ДНК начинает раскручиваться, одна цепь отходит от другой. Из свободных нуклеотидов, которые находятся в ядре клетки под действием фермента ДНК-полимеразы строятся комплементарные нити. Каждая из разделившихся парных нитей молекулы ДНК служат матрицей для образования около неё другой комплементарной её нити. Затем каждая прежняя (материнская) и новая (дочерняя) нити вновь закручиваются в виде спирали. В результате образуются две новые совершенно одинаковые двойные спирали (рис. 14).

Способность к воспроизведению является очень важной особенностью молекулы ДНК.

Рис. 14. «Материнская» ДНК служит матрицей для синтеза комплементарных цепей

Функция ДНК в клетке

Дезоксирибонуклеиновая кислота выполняет чрезвычайно важные функции, необходимые как для поддержания, так и воспроизведения жизни.

Во – первых, - это хранение наследственной информации, которая заключена в последовательности нуклеотидов одной из ее цепей. Наименьшей единицей генетической информации после нуклеотида являются три последовательно расположенных нуклеотида – триплет. Последовательность триплетов в полинуклеотидной цепи определяет последовательность аминокислот в белковой молекуле. Расположенные друг за другом триплеты, обусловливающие структуру одной полипептидной цепи, представляют собой ген.

Вторая функция ДНК – передача наследственной информации из поколения в поколение. Она осуществляется благодаря редупликации (удвоения) материнской молекулы и последующего распределения дочерних молекул между клетками – потомками. Именно двухцепочечная структура молекул ДНК определяет возможность образования абсолютно идентичных дочерних молекул при редупликации.

Наконец, ДНК участвует в качестве матрицы в процессе передачи генетической информации из ядра в цитоплазму к месту синтеза белка. При этом на одной из ее цепей по принципу комплементарности из нуклеотидов окружающей молекулу среды синтезируется молекула информационной РНК.

РНК – так же, как ДНК представляет собой биополимер (полинуклеотид), мономерами которого являются нуклеотиды (рис. 15). Азотистые основания трех нуклеотидов те же самые, что входят в состав ДНК (аденин, гуанин, цитозин), четвертое – урацил – присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК содержат другую пентозу – рибозу (вместо дезоксирибозы). По структуре различают двухцепочечные и одноцепочечные РНК. Двухцепочечные РНК являются хранителями генетической информации у ряда вирусов, т.е. выполняют у них функции хромосом.

РНК переносят информацию о последовательности аминокислот в белках, т.е. о структуре белков, от хромосом к месту их синтеза, и участвуют в синтезе белков.

Существует несколько видов одноцепочечных РНК. Их названия обусловлены выполняемой функцией и местонахождением в клетке. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит матрицей.

1. Транспортная РНК (т-РНК) Самая маленькая, в состав входит 76 - 85 нуклеотидов. Имеет вид клеверного листочка, на длинном конце которого находится триплет нуклеотидов (АЦЦ), куда присоединяются активированная аминокислота.На коротком конце находится азотистое основание - гуанин, он не дает разрушаться т-РНК. На противоположном конце находится антикодон, который строго комплементарен генетическому коду на информационной РНК. Основная функция т-РНК – это перенос аминокислот к месту синтезабелка. Из общего содержания РНК в клетке на долю т-РНК приходится 10 %.

2. Рибосомальная РНК (р-РНК) содержаться в рибосомах, состоят от 3 - 5 тыс. нуклеотидов. Из общего содержания РНК в клетке на долю р-РНК приходится 90 %.

3. Информационная (и-РНК) или матричная (м-РНК ) . Содержится в ядре и в цитоплазме, молекулы информационной РНК могут состоять из 300 – 30000 нуклеотидов. Функция её состоит в переносе информации о первичной структуре белка в рибосомы. На долю и-РНК приходится 0,5 - 1 % от общего содержания РНК клетки.

Генетический код

Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК (рис.16).

Рис.16 Генетический код

Свойства генетического кода

1. Код триплетен. Это означает, что каждая из аминокислот зашифрована последовательностью трех нуклеотидов, называемых триплетом или кодоном . Так, аминокислоте цистеину соответствует триплет АЦА, валину – ЦАА, лизину – ТТТ (рис.).

2 Код вырожден . Всего генетических кодов 64, в то время как кодируется 20 аминокислот, когда они идут на и-РНК синтез белка прекращается. Каждая аминокислота шифруется несколькими генетическими кодами, исключение составляют метионин и триптофан. Эта избыточность кода имеет большое значение для повышения надежности передачи генетической информации. Например, аминокислоте аргинину могут соответствовать триплеты ГЦА, ГЦТ, ГЦЦ и т.д. Понятно, что случайная замена третьего нуклеотида в этих триплетах никак не отразиться на структуре синтезируемого белка.

3. Код универсален . Генетический код один для всех живущих на Земле существ (для человека, животных, растений, бактерий и грибов).

4. Генетический код непрерывный . Нуклеотиды в ДНК не наползают друг на друга, между триплетами (кодонами) отсутствуют пробелы и знаки препинания. Каким же образом участок молекулы ДНК, несущей информацию о структуре одного белка, отграничивается от других участков? Существуют триплеты, функцией которых является запуск синтеза полинуклеотидной цепочки, и триплеты (УАА, УАГ, УГА ), которые прекращают синтез.

5. Генетический код специфичный. Нет случаев, когда один и тот жетриплет соответствовал бы более чем одной аминокислоте.

Биосинтез белка в клетке

Биосинтез белков в клетке состоит из двух этапов:

1. Транскрипция.

2. Трансляция.

1. Транскрипция - это переписывание информации о первичной структуре белка с определенного участка ДНК (гена) на и-РНК по принципу комплементарности при помощи фермента РНК - полимеразы.

Считываниенаследственной информации начинается с определенного участка ДНК, который называется промотор. Он располагается перед геном и включает около 80 нуклеотидов. Фермент РНК - полимераза узнает промотор, прочно с ним связывается и расплавляет его, разъединяя, нуклеотиды комплементарных цепей ДНК, затем этот фермент начинает

двигаться вдоль гена и по мере разъединения цепей ДНК на одной из них, которая называется смысловой, синтезируется и-РНК. Готовая и-РНК через поры ядерной оболочки выходит в цитоплазму и пронизывает малую субъединицу рибосомы, а те участки гена, на которых полимераза образовала и-РНК, вновь закручиваются в спираль, и-РНК может пронизывать сразу несколько рибосом и этот комплекс называется полисома. В цитоплазме аминокислоты активизируются ферментом аминоацил-т-синтетаза и присоединяются к длинному концу т-РНК (рис.17). 2. Трансляция - это перевод наследственной информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.

Трансляция начинается со стартового кодона АУГ, к которому своим антикодоном УАЦ присоединяется нагруженная метионином т-РНК. В большой субъединице рибосомы имеется аминоацильный и пептидильный центры. Сначала I аминокислота (метионин) попадает в аминоацильный центр, а затем вместе со своей т-РНК перемешается в пептидильный центр. Аминоацильный центр освобождается и может принять следующую т-РНК со своей аминокислотой. Вторая т-РНК, нагруженная 2-ой аминокислотой, поступает в большую субъединицу рибосомы и своим антикодоном соединяется с комплементарным кодоном и-РНК. Сразу же при помощи фермента пептидил - трансферазы предшествующая аминокислота своей карбоксильной группой (СООН) соединяется с аминогруппой (NH 2) вновь пришедшей аминокислоты. Между ними образуется пептидная связь (-CO-NH-). В результате т-РНК, принесшая метионин, освобождается, а в аминоацильном центре к т-РНК присоединяются две аминокислоты (дипептид). Для дальнейшего процесса роста полипептидной цепи требуется освободить аминоацильный центр. Большая и малая субъединица рибосомы прокручивается относительно друг друга (по типу завода часов) триплет нуклеотидов на и-РНК продвигается вперед, на его место становится следующий триплет нуклеотидов. В освободившийся аминоацильный центр следующая т-РНК приносит в соответствии с кодономи и-РНК аминокислоту, которая при помощи пептидной связи соединяется с предыдущей, а вторая т-РНК уходит из рибосомы. Далее рибосома снова продвигается на один кодон и процесс повторяется. Происходит последовательное присоединение аминокислот к полипептидной цепи в строгом соответствии с последовательностью колонов на и-РНК.