Тема 4.6 "Нуклеиновые кислоты"
план-конспект урока

Нуклеиновые кислоты — самые крупные из молекул, образуемых живыми организмами. Их молекулярная масса может быть от 10 000 до нескольких миллионов углеродных единиц.

Так как наиболее высокое содержание нуклеиновых кислот обнаружено в ядрах клеток, то они и получили свое название от латинского «нуклеус» — ядро. Хотя теперь выяснено, что нуклеиновые кислоты есть и в цитоплазме, и в целом ряде органоидов — митохондриях, пластидах

Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, состоящими из мономеров — нуклеотидов.

Строение ДНК.

Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований\ аденин, гуанин, цитозин и тимин. Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов; адениловый (А), гуаниловый (Г), цитидиловый (Ц) и тишидиловый (Т) (рис. 18).

Каждая цепь ДНК представляет полинуклеотид, который может состоять из нескольких десятков тысяч и даже миллионов нуклеотидов. Нуклеотиды, входящие в состав одной цепи, последовательно соединяются за счет образования ковалентных связей между дезокси- рибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида. Азотистые основания, которые располагаются по одну сторону от образовавшегося остова одной цепи ДНК, формируют водородные связи с азотистыми основаниями второй цепи. Таким образом, в спиральной молекуле двухцепочечной ДНК азотистые основания находятся внутри спирали. Структура спирали такова, что входящие в ее состав полинуклеотидные цепи могут быть разделены только после раскручивания спирали.

Нобелевская премия 1962 г. была присуждена двум ученым — Дж. Уотсону и Ф, Крику, которые в 1953 г. предложили модель строения молекулы ДНК. Она была подтверждена экспериментально. Это открытие имело огромное значение для развития генетики, молекулярной биологии и других наук. У вирусов, в отличие от других организмов, встречаются одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК.

В двойной спирали ДНК азотистые основания одной цепи располагаются в строго определенном порядке против азотистых оснований другой. Между аденином и тимином всегда возникают две, а между гуанином и цитозином — три водородные связи, В связи с этим обнаруживается важная закономерность: против аденина одной цепи всегда располагается тимин другой цепи, против гуанина — цитозин и наоборот. Таким образом, пары нуклеотидов аденин и тимин, а также гуанин и цитозин строго соответствуют друг другу и являются дополнительными (пространственное взаимное соответствие), или комплементарными (от лат. complementum — дополнение).

Принцип комплементарности  наблюдается при транскрипции ДНК в РНК.

Следовательно, у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. А зная последовательность расположения нуклеотидов в одной цепи ДНК по принципу комплементарности, можно установить нуклеотиды другой цепи.

Правило Э. Чаргаффа. Э. Чаргафф – известный американский биохимик Содержание А=Т или А\Т=1 Содержание Г= Ц или Г\Ц=1 Значит число пиримидиновых оснований(Ц и Т) равно числу пуриновых оснований(А и Г).

Структура каждой молекулы ДНК строго индивидуальна и специфична, так как представляет собой кодовую форму записи биологической информации (генетический код). Три нуклеотида – триплет или кодон несут информацию об одной аминокислоте. Таким образом наследственная информация, записанная на ДНК – это последовательность аминокислот белковых малекул Другими словами, с помощью четырех типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация об организме, передающаяся по наследству последующим поколениям..
Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток, но небольшое их количество содержится в митохондриях и пластидах.

Молекула РНК в отличие от молекулы ДНК -— полимер, состоящий из одной цепочки значительно меньших размеров.

 Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из рибозы, остатка фосфорной кислоты и одного из четырех азотистых оснований. Три азотистых основания — аденин, гуанин и цитозин — такие же, как и у ДНК, а четвертым является урацил .

Образование полимера РНК происходит так же, как и у ДНК, через ковалентные связи между рибозой и остатком фосфорной кислоты соседних нуклеотидов. Молекула РНК может содержать от 75 до 10 000 нуклеотидов.

Типы РНК.

Выделяют три основных типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям.

Рибосомные РНК (рРНК) синтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно 85% всех РНК клетки. Они входят в состав рибосом и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка.

Транспортные РНК (тРНК) образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму. Они составляют около 10% клеточной РНК и являются самыми небольшими по размеру РНК, состоящими из 70— 100 нуклеотидов. Каждая тРНК присоединяет определенную аминокислоту и транспортирует ее к месту сборки полипептида в рибосоме.
Все известные тРНК за счет комплементарного взаимодействия образуют вторичную структуру, по форме напоминающую лист клевера. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом (рис. 20).

Каждой аминокислоте соответствует комбинация из трех нуклеотидов — триплет. Кодирующие аминокислоты триплеты — кодоны ДНК — передаются в виде информации триплетов (кодонов) иРНК. У верхушки клеверного листа располагается триплет нуклеотидов, который комплементарен соответствующему кодону иРНК. Этот триплет различен для тРНК, переносящих разные аминокислоты, и кодирует именно ту аминокислоту, которая переносится данной тРНК. Он получил название антикодон.

Акцепторный конец является «посадочной площадкой» для аминокислоты.

Информационные, или матричные, РНК (иРНК) составляют около 5% всей клеточной РНК. Они синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется. В зависимости от объема копируемой информацией молекула иРНК может иметь различную длину.

Таким образом, различные типы РНК представляют собой единую функциональную систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка.

Молекулы РНК находятся в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях и пластидах клетки.

Все типы РНК, за исключением генетической РНК вирусов, не способны к самоудвоению и самосборке.

Строение молекул нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты являются биологическими полимерами, состоящими из нуклеотидов.

Нуклеотид — это вещество, образованное из азотистого основания, моносахарида (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

В состав нуклеотидов может входить два вида пентоз — рибоза и дезоксирибоза. В РНК содержится рибоза, а в ДНК — дезоксирибоза.

Азотистых оснований обнаружено пять: аденин, тимин, цитозин, гуанин и урацил. В обеих нуклеиновых кислотах есть аденин, цитозин и гуанин. Четвёртое основание в молекулах ДНК — это тимин, а в РНК — урацил.

Рис. 1. Состав ДНК и РНК

Нуклеотиды соединены в цепи за счёт связей между углеводом одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого. Азотистые основания остаются сбоку от цепи.

Есть ешё одно отличие нуклеиновых кислот: молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи, а молекулы ДНК — из двух.

Рис. 2. Строение ДНК

В ДНК две цепи удерживаются вместе за счёт водородных связей между нуклеотидами аденином и тимином, цитозином и гуанином. Молекулы этих оснований соответствуют друг другу по размерам и расположению атомов. Такое соответствие называют комплементарностью. Между аденином и тимином образуется две водородные связи, а между цитозином и гуанином — три. 

Двойная молекула ДНК закручивается в виде спирали. Один виток спирали состоит из 10 нуклеотидов и имеет длину 0,34 нм.

Теоретический материал

Тема нашего исследования: нуклеиновые кислоты.

 Сегодня мы с вами рассмотрим определение нуклеиновых кислот и их типы, строение молекул ДНК и РНК, роль нуклеиновых кислот в хранении и передаче наследственной информации.

Вы, наши научные сотрудники, проведя генетический анализ нуклеиновых кислот – ДНК и РНК, можете дать ответ этой паре.

Но для того, чтобы провести анализ ДНК и РНК мы должны изучить следующие вопросы:

1. Определение нуклеиновых кислот и их типы – ДНК и РНК.

2. Открытие нуклеиновых кислот.

3. Местонахождение ДНК в клетке.

 4. Строение нуклеотида ДНК.

5. Строение молекулы ДНК.

 6. Принцип комплементарности.

7. Репликация ДНК.

8. Местонахождение РНК в клетке.

 9. Строение нуклеотида РНК.

 10. Строение молекулы РНК.

11. Типы РНК

Студенты, пользуясь УМК, находят ответы на поставленные вопросы и записывают в тетрадь