Почему постоянство содержания днк. Геном: постоянство в ходе развития

Типы нуклеиновых кислот. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Мономеры-нуклеотиды ДНК и РНК сходны в основных чертах строения. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями.

Каждый из нуклеотидов, входящих в состав РНК, содержит пятиуглеродный сахар - рибозу; одно из четырех органических соединений, которые называют азотистыми основаниями, - аденин, гуанин, цитозин, урацил (А, Г, Ц, У); остаток фосфорной кислоты.

Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар - дезоксирибозу, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин (А, Г, Ц, Т); остаток фосфорной кислоты.

В составе нуклеотидов к молекуле рибозы (или дезоксирибозы) с одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой - остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи - четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых оснований.

Рис. 7. Схема строения ДНК. Многоточием обозначены водородные связи

Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями (рис. 7). Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц. Схематически сказанное можно выразить следующим образом:

А (аденин) - Т (тимин)
Т (тимин) - А (аденин)
Г (гуанин) - Ц (цитозин)
Ц (цитозин) - Г (гуанин)

Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями. На рисунке 8 приведены две нити ДНК, которые соединены комплементарными участками.

Рис. 8. Участок двуспиральной молекулы ДНК

Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.

Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, т. е. их первичную структуру. Набор белков (ферментов, гормонов и др.) определяет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их поколениям потомков, т. е. являются носителями наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольшом количестве в митохондриях и хлоропластах.

Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информация о строении белка передается в цитоплазму особыми молекулами РНК, которые называются информационными (иРНК). Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов - рибосом идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах. В синтезе белка принимает участие и другой вид РНК - транспортная (тРНК), которая подносит аминокислоты к месту образования белковых молекул - рибосомам, своеобразным фабрикам по производству белков.

В состав рибосом входит третий вид РНК, так называемая рибосомная (рРНК), которая определяет структуру и функционирование рибосом.

Каждая молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы она содержит рибозу и вместо тимина - урацил.

Итак, нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация о всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.

1. Рассмотрите рисунок 7 и скажите, в чем особенность строения молекулы ДНК. Какие компоненты входят в состав нуклеотидов?
2. Почему постоянство содержания ДНК в разных клетках организма считается доказательством того, что ДНК представляет собой генетический материал?
3. Используя таблицу, дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.

1. Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав: -А-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г-. Достройте вторую цепь.
2. В молекуле ДНК тиминов насчитывается 20% от общего числа азотистых оснований. Определите количество азотистых оснований аденина, гуанина и цитозина.
3. В чем сходство и различие между белками и нуклеиновыми кислотами?

Клетки различных типов отличаются друг от друга главным образом потому, что помимо белков, необходимых всем клеткам без исключения для поддержания жизнедеятельности, клетки каждого типа синтезируют свой собственный набор специализированных белков. Например, в клетках эпидермиса синтезируется кератин, в эритроцитах - гемоглобин, в клетках хрусталика - кристаллины и т.д. Поскольку для клеток каждого типа характерны специфические наборы генных продуктов, может возникнуть вопрос: не объясняется ли это просто тем, что клетки обладают различными наборами генов? Клетки хрусталика, например, утратили гены кератина, гемоглобина и т.д., но сохранили гены кристаллинов, или же в них за счет амплификации избирательно увеличилость число копий кристаллиновых генов. Однако целый ряд данных показывает, что это не так: клетки почти всех типов содержат одинаковый полный геном, имевшийся первоначально в оплодотворенном яйце. Причина различия в свойствах клеток заключена не в обладании разными наборами генов, а в их дифференциальной экспрессии. Иными словами, активность генов регулируется: они могут включаться и выключаться.

Наиболее убедительные доказательтва этого были получены в опытах с пересадкой ядер в клетки амфибий. Как правило, размеры яйцеклетки амфибий позволяют с помощью микропипетки инъецировать в них ядра, полученные из других клеток. Ядро самого яйца предварительно разрушают, облучая ультрафиолетом. Укол микропипеткой побуждает яйцеклетку к началу развития. Оказалось, что при замене ядра яйцеклетки ядром кератиноцита из кожи взрослой лягушки или ядром эритроцита получались нормальные плавающие головастики. Такие эксперименты имеют ряд ограничений: они успешны при использовании ядер лишь некоторых дифференцированных клеток и яйцеклеток определенных видов. Тем не менее, результаты и других исследований позволяют придти к заключению о том, что в процессе развития постоянство генома сохраняется.

Из этого правила известно несколько исключений. Например, у некоторых беспозвоночных в соматических (не половых) клетках часть хромосом, представленных в клетках зародышевой линии (предшественниках гамет), утрачивается уже на ранних стадиях развития. В ооцитах некоторых других животных (в том числе и у Xenopus laevis) происходит избирательная репликация генов рибосомной РНК, а у личинок некоторых насекомых имеет место неравная политенизация хромосом, в результате чего происходит усиленная амплификация каких-то одних определенных генов. Синтез антител и антиген-специфических рецепторов лимфоцитами у позвоночных включает сплайсинг фрагментов ДНК, расположенных в геноме этих специализированных клеток в разных местах. Сплайсинг происходит по мере дифференцировки данных клеток. (

Cостоит из трех этапов: интерфаза, митоз и цитокинез. Собственно жизнедеятельность клетки происходит в начале первого периода интерфазы - пресинтетическом или G1 периоде, который часто называют G0 период, чтобы обозначить его особую функциональную роль. Все остальные этапы так или иначе связаны с делением. Подготовкой к делению, делением ядра или делением клетки.

Особую роль в жизненном цикле играет изменение упаковки генетического материала, который принимает вид хроматиновых нитей, молекулы ДНК, хромосом, удвоенных хромосом или хроматид. Разнообразие терминов, обозначающих функционально один и тот же элемент ядра - необходимость, которая подчеркивает их принципиальную структурную разницу.

Метафазная хромосома

Хромосомы представляют собой максимально сконденсированный хроматин. Наибольшей конденсации хромосомы достигают в период метафазы. В этом состоянии лучше всего выявляется их морфология, поэтому все описания, как правило, относятся к метафазным хромосомам. Они включат три основные характеристики - число, морфология, размеры.

Число хромосом в разных клетках варьирует в широких пределах. Половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом, соматические - диплоидный. Наименьшее возможное диплоидное число хромосом равно двум, таким числом обладает лошадиная аскарида. Две пары хромосом имеет растение из семейства сложноцветных Haploppapus gracilis. Многие виды растений и животных обладают небольшим числом хромосом. Однако, существуют виды, у которых число хромосом превышает несколько сотен и достигает полутора тысяч. Так, рекордсменами по числу видов являются папоротники ужовник сетчатый Ophioglossum reticulatum с числом хромосом 2n=1260 и ужовник густорядный O.pycnpstichum(2n=1320). У некоторых радиолярий число хромосом равно 1000-1500, у речного рака Astacus leptodactylis - 2n=196.

Хромосомные числа являются одной из важнейших характеристик вида и используются при решении многих вопросов систематики, филогении, генетики, практических задач селекции. Наиболее полной сводкой о числах хромосом, включающей данные о 15000 видов растений мировой флоры является атлас хромосомных чисел Дарлингтона и Уайли, изданный в 1955 г.

Хромосомы в стадии метафазы митоза представляют собой палочковидные структуры разной длины толщиной 0,5-1 мкм. Каждая хромосома в этот момент состоит из двух идентичных сестринских хромосом или хроматид . Хроматиды соединены и удерживаются вместе в районе первичной перетяжки . Этот район легко выявляется в хромосомах. В районе первичной перетяжки имеется около 110 нуклеотидов ДНК, которые не удваиваются в период, предшествующий делению клетки и служат своеобразной застежкой для двух параллельно лежащих хроматид. Последовательность ДНК в районе первичной перетяжки называется центромера . Первичная перетяжка делит хромосому на два плеча. Хромосомы с равными или почти равными плечами называют метацентрическими. Если плечи имеют неодинаковую длину, то хромосомы относят к субметацентрическим . Хромосомы палочковидные с очень коротким, почти незаметным вторым плечом обозначают как акроцентрические . Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку . Она обычно располагается вблизи дистального конца и отделяет маленький участок плеча. Именно в районе вторичной перетяжки располагается ядрышковый организатор.

Плечи хромосом оканчиваются теломерами . Они состоят из многих расположенных друг за другом последовательностей ДНК, которая богата гуаниновыми нуклеотидами и одинаковы у большинства организмов. Теломерные концы хромосом обеспечивают их дискретность, они не способны соединяться друг с другом, в отличие от разорванных концов хромосом, которые стремятся «залечить раны», присоединяясь друг к другу. Теломерные последовательности также предотвращают укорачивание хромосом, которое наступает при каждом цикле репликации ДНК.

В конечном итоге, чтобы молекула ДНК могла сформировать хромосому, она должна иметь три необходимых элемента. Первый центромера - который соединяет хромосому с веретеном деления, второй - теломеры, сохраняющие длину и дискретность хромосом, третий - наличие особых точек, с которых начинается удвоение ДНК (сайты инициации репликации ).

Размеры хромосом, как и их число, варьируют в широких пределах. Самые мелкие хромосомы обнаружены у некоторых двудольных растений, например, у льна, они с трудом поддаются изучению с помощью светового микроскопа, мелкие хромосомы у многих простейших, грибов, водорослей. Наиболее длинные хромосомы у прямокрылых насекомых, амфибий, однодольных растений, в частности, у лилейных. Размер самых крупных хромосом около 50 мкм. Длина самых мелких хромосом сопоставима с их толщиной.

Интерфазный хроматин

Структура хроматина в периоде G2 интерфазы представляет собой серию петель, каждая из них содержит примерно от 20 до 100 тысяч пар нуклеотидов. В основании петли располагается сайт-специфический ДНК-связывающий белок. Такие белки узнают определенные нуклеотидные последовательности (сайты) двух отстоящих участков хроматиновой нити и сближают их.

Хроматин в ядрах интерфазных клеток существует в двух состояниях, это диффузный хроматин и конденсированный хроматин . Диффузный хроматин рыхлый, в нем не просматриваются отдельные уплотнения, глыбки и нити. Наличие диффузного хроматина свидетельствует о высокой функциональной нагрузке клетки. Это активный хроматин или эухроматин .

Конденсированный хроматин образует скопления, сгустки, нити, особенно четко проявляющиеся по периферии ядра. Он может наблюдаться в виде тяжей, образующих подобие рыхлой сети, особенно у растений. Это гетерохроматин . Он очень компактен и функционально неактивен, инертен. Примерно 90% хроматина клетки находится именно в таком состоянии. По длине хромосомы гетерохроматин распределен неравномерно, он сосредоточен в околоцентромерных областях, возможны и относительно короткие участки гетерохроматина, разбросанные по длине хромосомы. При делении клетки весь ядерный хроматин переходит в конденсированное состояние, образуя хромосомы.

Хроматин после репликации

За время синтетического периода клетка очень точно воспроизводит свою ДНК, удваивает ее - происходит репликация ДНК. Скорость репликации в бактериальных клетках составляет примерно 500 нуклеотидов в секунду, в клетках эукариотических эта скорость меньшепримерно в 10 раз.
Это связано с упаковкой ДНК в нуклеосомы и высокой степенью конденсации.

Хромосомы в начале анафазы

Соединение хромосом с нитями веретена деления начинается в ранней метафазе и играет важную роль вплоть до окончания анафазы. На центромерах хромосом образуется белковый комплекс, который на электронных фотографиях выглядит как пластинчатая трехслойная структура - кинетохор. Обе хроматиды несут по одному кинетохору, именно к нему прикрепляются белковые микротрубочки веретена деления. Методами молекулярной генетики выяснено, что информация определяющая специфическую конструкцию кинетохоров заключена в нуклеотидной последовательности ДНК в районе центромеры. Микротрубочки веретена, прикрепленные к кинетохорам хромосом играют очень важную роль, они во-первых, ориентируют каждую хромосому относительно веретена деления так, чтобы два ее кинетохора были обращены к противоположным полюсам клетки. Во-вторых, микротрубочки перемещают хромосомы, чтобы их центромеры оказались в плоскости экватора клетки.

Анафаза начинается быстрым синхронным расщеплением всех хромосом на сестринские хроматиды, каждая из которых имеет свой кинетохор. Расщепление хромосом на хроматиды связано с репликацией ДНК в районе центромеры. Репликация такого небольшого участка происходит за несколько секунд. Сигнал к началу анафазы исходит из цитозоля, он связан с кратковременным быстрым повышением концентрации ионов кальция в 10 раз. Электронная микроскопия показала, что у полюсов веретена происходит скопление мембранных пузырьков, богатых кальцием.

В ответ на анафазный сигнал сестринские хроматиды начинают движение к полюсам. Это связано сначала с укорочением кинетохорных трубочек, которое идет путем их деполимеризации. Субъединицы теряются с плюс конца, т.е. со стороны кинетохора, в результате кинетохор передвигается вместе с хромосомой к полюсу.

Учебное пособие

Ответственный за выпуск Финаев В.И.

Редактор Белова Л.Ф.

Коррпектор Проценко И.А.

ЛП №020565 от 23.-6.1997 г. Подписано к печати

Офсетная печать Усл. п.л. – 10,1 Уч.-изд.л. – 9,7

Заказ № Тираж 500 экз.

_____________________________________________________

Издательство ЮФУ

Типография ЮФУ

ГСП 17А, Таганрог, 28, Некрасовский, 44

1. Доказательство генетической роли ДНК

2. Химическое строение нуклеиновых кислот

3.1. Строение ДНК

3.2. Уровни компактизации ДНК

3.3. Репликация ДНК

3.4. Репарация ДНК

3.5. Функции ДНК

5.1. Основные положения системной концепции гена

5.2. Плазмогены

5.3. Свойства гена

5.4. Функции гена

5.5. Строение гена про- и эукариот

5.6. Регуляция работы гена

6. Этапы экспрессии генетической информации

6.1. Транскрипция

6.2. Процессинг

6.3. Трансляция

6.3.1. Свойства генетического кода

6.3.2. Активация аминокислот

6.3.3. Этапы трансляции

6.4. Процессинг белка

Краткие биографические сведения

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ.

Мы вошли в клетку, нашу колыбель, и начали

составлять опись обретенного нами богатства.

Альберт Клод (1974г.)

Доказательство генетической роли ДНК.

Открыты нуклеиновые кислоты швейцарским биохимиком Ф. Мишером в 1869 году в ядрах клеток гноя (лейкоцитов) и сперматозоидов. В 1891 году немецкий биохимик А. Кессель показал, что нуклеиновые кислоты состоят из остатков сахара, фосфорной кислоты и четырех азотистых оснований, являющихся производными пурина и пиримидина. Он же впервые доказал существование двух типов нуклеиновых кислот – ДНК и РНК . Затем в 1908 – 1909 годах Ф. Левеном было дано описание строения нуклеозидов и нуклеотидов, а в 1952 году английскими исследователями под руководством А. Тодда – фосфодиэфирной связи. В 20-е годы Фельген обнаружил ДНК в хромосомах, а РНК были обнаружены в ядре и цитоплазме. В 1950 году Э. Чаргафф с сотрудниками из колумбийского университета установили различия в нуклеотидном составе ДНК у разных видов.

В 1953 году американским биохимиком и генетиком Дж. Уотсоном и английским физиком Ф. Криком была предложена модель двойной спирали ДНК. Эта дата официально считается днем рождения новой отрасли биологической науки – молекулярной биологии .

Надо отметить, что в годы, когда даже не было намека на генетическую роль нуклеиновых кислот, они воспринимались всеми как довольно странный материал, имеющий в химическом плане не очень сложное строение (азотистые основания, пентозы, остаток фосфорной кислоты). Однако их функциональное значение было расшифровано значительно позже, что было связано с незнанием особенностей строения нуклеиновых кислот. С точки зрения ученых конца 19 и начала 20 веков, они по сложности и комбинативности проигрывали белкам, мономерами которых были 20 видов аминокислот. Поэтому общепринятым в науке было мнение, что белки являются носителями наследственной информации, т.к. разнообразие аминокислот позволяло закодировать все многообразие свойств и признаков живых организмов.

Хотя еще в 1914 году русский исследователь Щепотьев высказал идею о возможной роли нуклеиновых кислот в наследственности, но не сумел доказать свою точку зрения. Однако постепенно накапливались научные факты о генетической роли нуклеиновых кислот.

1928 год. Английский микробиолог Фредерик Гриффит работал с двумя штаммами микроорганизмов: вирулентным (имел полисахаридную капсулу) и авирулентным (капсулы не имел) (рис.1). Вирулентный вызывал пневмонию у мышей и их гибель. Если вирулентный штамм нагреть, то он инактивируется и не опасен – все мыши выживают (постулат ученых того времени: ген имеет белковую природу, при нагревании белки денатурируют и теряют свою биологическую активность). Если смешать нагретый вирулентный и живой авирулентный, то часть мышей гибнет. При вскрытии мышей у них были обнаружены вирулентные капсульные формы. Аналогичная картина наблюдалось, если к живому авирулентному штамму бактерии добавить бесклеточный экстракт из вирулентных форм. Из этих опытов Ф. Гриффит сделал вывод, что от убитых нагреванием вирулентных форм и бесклеточных экстрактов к живым бескапсульным формам передается какой-то фактор , который переводит авирулентную форму в вирулентную. Это явление получило название «трансформация » бактерий и много лет «оставалось загадкой».

Рис. 1 Опыты Ф. Гриффита по трансформации у бактерий.

1. При заражение мышей авирулентными пневмококками они все выживали.

2. При заражение мышей вирулентными пневмококками они все погибали от пневмонии.

3. При заражение мышей убитыми нагреванием вирулентными пневмококками они все выживали.

4. При заражение мышей смесью живых авирулентных и убитых нагреванием

вирулентных пневмококков часть мышей погибала.

5. При заражение мышей смесью живых авирулентных и экстракта из убитых нагреванием вирулентных пневмококков часть мышей погибала. («От молекул до человека», 1973, с. 83)

Однако объяснить природу трансформирующего фактора Ф. Гриффит не смог. Это сделали американские ученые О. Эйвери, Дж. Мак – Леод, М. Мак – Карти в 1944 году . Они показали, что очищенные экстракты ДНК пневмококков могут вызвать трансформацию бактерий. Очищенный трансформирующий агент содержал небольшое количество белков. Протеолитические ферменты его не инактивировали, а дезоксирибонуклеаза – инактивировала. Своими блестящими экспериментами они показали, что ДНК – то вещество, которое изменяет генетическую информацию . Эти опыты были первым научным доказательством генетической роли нуклеиновых кислот. Окончательно этот вопрос был решен в экспериментах на вирусах бактерий - бактериофагах в 1948 – 1952гг . Бактериофаги имеют очень простое строение: они состоят из белковой оболочки и молекулы нуклеиновой кислоты. Это делает их идеальным материалом для изучения вопроса о том, что служит генетическим материалом – белок или ДНК. В опытах с мечеными соединениями А. Херши и М. Чейз (1952г.) было убедительно показано, что ДНК является носителем генетической информации , так как вирус впрыскивает её в тело бактериальной клетки, а белковая «оболочка» остается снаружи (рис.2).

Рис.2. Бактериофаг Т2 при помощи «хвоста» прикрепляется к бактерии. Он вводит в нее свою ДНК, после чего происходит ее репликация и синтез новых белковых оболочек. Затем бактерия лопается, высвобождая множество новых частиц вируса, каждая из которых может заразить новую бактерию («От молекул до человека», 1973, с. 86)

В результате описанных выше экспериментов стало ясно, что у бактерий и фагов генетическим материалом служит ДНК . Но является она носителем наследственной информации у эукариотических клеток? Ответ на этот вопрос был получен в экспериментах по переносу целых хромосом из одной клетки в другие. В реципиентных клетках проявились некоторые признаки клетки – донора. А затем, благодаря успехам генной инженерии, смогли добавлять отдельные гены (ДНК, содержащую только один ген), которые были утрачены мутантными клетками. Этими экспериментами было установлено, что ДНК у эукариот является генетическим материалом и была доказана возможность переноса генов между разными видами с сохранениями их функциональных свойств.

О генетической функции ДНК говорят следующие факты:

1. Локализация ДНК почти исключительно в хромосомах.

2. Постоянство числа хромосом в клетках одного вид равное 2n.

3. Постоянство количества ДНК в клетках одного вида равное 2С или 4С, в зависимости от стадии клеточного цикла.

4. Уменьшенное вдвое количество ДНК в ядрах половых клеток

5. Влияние мутагенов на химическую структуру ДНК.

6. Явление генетической рекомбинации у бактерий при их конъюгации.

7. Явление трансдукции – перенос генетического материала от одного штамма бактерий в другой с помощью ДНК фага.

8. Инфицирующая функция изолированной нуклеиновой кислоты вирусов.

Полное название образовательного учреждения: Департамент общего образования Томской области Филиал областного государственного образовательного учреждения «Томский государственный педагогический колледж » в г. Колпашево

Курс: Биология

Раздел: Общая биология

Тема: Биополимеры. Нуклеиновые кислоты, АТФ и другие органические соединения.

Цель занятия: продолжить изучение биополимеров, способствовать формированию приемов логической деятельности, познавательных способностей.

Задачи урока:

Образовательные: познакомить студентов с понятиями нуклеиновые кислоты, способствовать осмыслению и усвоению материала.

Развивающие: развивать когнитивные качества студентов (умение видеть проблему, умение задавать вопросы).

Воспитательные: формировать положительную мотивацию к изучению биологии, стремление получить конечный результат, умение принимать решения и делать выводы.

Время реализации: 90 мин.

Оборудование:

· раздаточный дидактический материал (список кодирования аминокислот);

План:

1. Типы нуклеиновых кислот.

2. Строение ДНК.

3. Основные виды РНК.

4. Транскрипция.

5. АТФ и другие органические соединения клетки.

Ход занятия:

I. Организационный момент.
Проверка готовности к занятию.

II. Повторение.

Устный опрос:

1. Охарактеризуйте функции жиров в клетке.

2. В чем отличие биополимеров белков от биополимеров углеводов? В чем их сходство?

Тестирование (3 варианта)

III. Изучение нового материала.

1. Типы нуклеиновых кислот. Название нуклеиновые кислоты происходит от латинского слова «нуклеос», т. е. ядро: они впервые были обнаружены в клеточных ядрах. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Мономеры-нуклеотиды ДНК и РНК сходны в основных чертах строения и играют центральную роль в хранении и передаче наследственной информации. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями. Каждый из нуклеотидов, входящих в состав РНК, содержит триуглеродный сахар - рибозу; одно из четырех органических соединений, которые называют азотистыми основаниями, - аденин, гуанин, цитозин, урацил (А, Г, Ц, У); остаток фосфорной кислоты.

2. Строение ДНК . Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар - дезоксирибозу; одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин (А, Г, Ц, Т); остаток фосфорной кислоты.

В составе нуклеотидов к молекуле рибозы (или дезоксирибозы одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой - остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи - четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых основания.

Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц.

Схематически сказанное можно выразить следующим образом:

А (аденин) - Т (тимин)

Т (тимин) - А (аденин)

Г (гуанин) - Ц (цитозин)

Ц (цитозин) - Г (гуанин)

Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями.

Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.

Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, т. е. их первичную структуру. Набор белков (ферментов, гормонов и др.) определяет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их поколениям потомков, т. е. являются носителями наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольшом количестве в митохондриях и хлоропластах.

3. Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информация о строении белка передается в цитоплазму особыми молекулами РНК, которые называются информационными (и-РНК). Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов – рибосом идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах.

В синтезе белка принимает участие и другой вид РНК - транспортная (т-РНК), которая подносит аминокислоты к месту образования белковых молекул - рибосомам, своеобразным фабрикам по производству белков.

В состав рибосом входит третий вид РНК, так называемая рибосомная (р-РНК), которая определяет структуру и функционирование рибосом.

Каждая молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы она содержит рибозу и вместо тимина - урацил.

Итак, нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация обо всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.

4. Транскрипция.

Процесс образования и-РНК называется транскрипцией (от лат. «транскрипцио» - переписывание). Транскрипция происходит в ядре клетки. ДНК → и-РНК с участием фермента полимеразы. т-РНК выполняет функцию переводчика с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот, т-РНК получает команду от и-РНК - антикодон узнает кодон и несет аминокислоту.

Конечный продукт" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">конечных продуктов биосинтеза относятся аминокислоты, из которых в клетках синтезируются белки; нуклеотиды - мономеры, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК); глюкоза, которая служит мономером для синтеза гликогена, крахмала, целлюлозы.

Путь к синтезу каждого из конечных продуктов лежит через ряд промежуточных соединений. Многие вещества подвергаются в клетках ферментативному расщеплению, распаду.

Конечными продуктами биосинтеза являются вещества, играющие важную роль в регуляции физиологических процессов и развитии организма. К числу их относятся многие гормоны животных. Гормоны тревоги или стресса (например, адреналин) в условиях напряжения усиливают выход глюкозы в кровь, что, в конечном счете, приводит к увеличению синтеза АТФ и активному использованию энергии, запасенной организмом.

Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены еще два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). Молекула АТФ представляет собой нуклеотид, образованный азотистым основанием аденином, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой высокоэнергетическими (макроэргическими) связями.

АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ.

Средняя продолжительность жизни 1 молекулы АТФ в организме человека менее минуты, поэтому она расщепляется и восстанавливается 2400 раз в сутки.

В химических связях между остатками фосфорной кислоты молекулы АТФ запасена энергия (Е), которая освобождается при отщеплении фосфата:

АТФ = АДФ + Ф + Е

В этой реакции образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и фосфорная кислота (фосфат, Ф).

АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергия(40 кДж/моль)

АТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + энергия(40 кДж/моль)

АДФ + H3PO4 + энергия(60 кДж/моль) → АТФ + H2O

Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, передачи нервных импульсов, свечений (например, у люминесцентных бактерий), т. е. для всех процессов жизнедеятельности.

IV . Итог занятия.

1. О б о б щ е н и е изученного материала.

Вопросы к студентам:

1. Какие компоненты входят в состав нуклеотидов?

2. Почему постоянство содержания ДНК в разных клетках организма считается доказательством того, что ДНК представляет собой генетический материал?

3. Дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.

4. Решите задачи:

1)

Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т достройте вторую цепь.

Ответ: ДНК Г-Г-Г - А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т

Ц-Ц-Ц-Т-А-Т-Т-Г-Т-Ц-Т-А

(по принципу комплементарности)

2) Укажите последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, построенной на этом участке цепи ДНК.

Ответ: и-РНК Г-Г-Г-А-У-А-А-Ц-А-Г-Ц-У

3) Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:

А-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г-. достройте вторую цепь.

Ц-Т-А-Т-А-Г-Ц-Т-Г-.

5. Решите тест:

4) Какой из нуклеотидов не входит в состав ДНК?

б) урацил;

в) гуанин;

г) цитозин;

д) аденин.

Ответ: б

5) Если нуклеотидный состав ДНК

АТТ-ГЦГ-ТАТ - то каким должен быть нуклеотидный состав и-РНК?

а) ТАА-ЦГЦ-УТА;

б) ТАА-ГЦГ-УТУ;

в) УАА-ЦГЦ-АУА;

г) УАА-ЦГЦ-АТА.

Ответ: в

6) Антикодон т-РНК УУЦ соответствует коду ДНК?

Ответ: б

7) В реакцию с аминокислотами вступает:

Ответ: а

6. В чем сходство и различие между белками и нуклеиновыми кислотами?

7. Каково значение АТФ в клетке?

8. Что является конечными продуктами биосинтеза в клетке? Каково их биологическое значение?

9. Рефлексия:

Что было трудно запомнить на занятии?

Что нового узнал на занятии?

Что вызвало интерес на занятии?

VI . Домашнее задание.

Решить задачу:

АТФ - постоянный источник энергии для клетки. Его роль можно сравнить с ролью аккумулятора. Объясните, в чем заключается это сходство?

Список использованной литературы и Интернет-ресурсов:

1. Биология. Общая биология. 10-11 классы / , – М.: Просвещение, 2010. – с.22

2. Биология. Большой энциклопедический словарь /гл. ред. . – 3-е изд. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – с.863

3. Биология. 10-11классы: организация контроля на уроках. Контрольно-измерительные материалы /сост. – Волгоград: Учитель, 2010. – с.25

4. Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология /сост. . – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Авнта+, 1996. – ил: с. 704

5. Модель АТФ - http:///news/2009/03/06/protein/

6. Модель ДНК– http:///2011/07/01/dna-model/

7. Нуклеиновые кислоты – http:///0912/0912772_ACFDA_stroenie_nukleinovyh_kislot_atf. pptx