30107

Наследственная роль ДНК и РНК

Доклад

Биология и генетика

Представленная нами модель молекулы ДНК совсем не отвечает на вопрос: как информация заключенная в ней достигает белковых фабрик рибосом находящихся в цитоплазме далеко от ядра местонахождения ДНК В этом большую помощь оказывает другая нуклеиновая кислота РНК Существует три вида РНК информационная матричная рибосомная и транспортная: иРНК мРНК ' рРНК и тРНК соответственно.Молекулы мРНК и рРНК представляют собой одинарные нуклеотидные цепочки. Цепочки тРНК еще короче чем у мРНК и рРНК они состоят всего из нескольких...

Русский

2013-08-22

19.84 KB

2 чел.

4. Наследственная роль ДНК и РНК:

Нуклеиновые кислоты были открыты около 100 лет назад (1868) швейцарским ученым Ф. Мишером. Поскольку они обладали кислотными свойствами и находились преимущественно в ядре, их назвали нуклеиновыми кислотами (от лат. nucleus — ядро).
Нуклеиновые кислоты являются полимерными соединениями. Простейшие составные части этих соединений, нуклеотиды, состоят из одной молекулы фосфорной кислоты, одной молекулы сахара и одной молекулы органического основания. Сахар в нуклеиновых кислотах встречается в двух видах: рибоза (молекула содержит 5 атомов углерода, тогда как у глюкозы их шесть) и дезоксири-боза. Соответственно этим двум сахарам существует и два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая (РНК) и де-зоксирибонуклеиновая (ДНК).

В клетке ДНК содержится главным образом в ядре, а РНК — в цитоплазме. В качестве азотистых оснований в состав нуклеотидов входят пуриновые и пиримидиновые основания (основаниями они названы за свои основные свойства, т.е. способность взаимодействовать с кислотами с образованием солей). ДНК содержит два пурина — а'денин (А) и гуанин (Г) и два пиримидина — цитозин (Ц) и тимин (Т). В состав РНК входят те же самые основания, только вместо тимина — урацил (У).
Таким образом, в составе нуклеиновых кислот находятся четыре типа нуклеотидов, различающихся между собой лишь азотистыми основаниями. Причем в ДНК число пуринов всегда равно числу пиримидинов и число А равно числу Т, а число Г   числу Ц. Эта особенность связана со структурой молекулы ДНК. Впервые модель молекулы ДНК была предложена в 1953 г. американским ученым-химиком Д. Уотсоном и английским биохимиком Ф. Криком.
Согласно этой модели, молекула ДНК состоит их двух спирально закрученных вокруг друг друга нитей. Расстояние между этими нитями всегда строго постоянно (около 2,0 нм). Сами же нити представляют собой цепочки нуклеотидов, число которых колеблется от 77 до десятков тысяч. Соединение нуклеотидов в цепочки осуществляется через фосфатные и сахарные группы при помощи сильных химических связей. Более слабые водородные связи соединяют азотистые основания противоположных цепочек. Причем более крупные пурины соединяются всегда с пири-мидинами, а точнее, аденин (А) соединяется всегда с ти-мином (Т), в молекуле РНК — с урацилом (У), а гуанин (Г)—с цитозином (Ц).
Именно в этом соотношении азотистые основания укладываются в строго отмеренном для них пространстве. Таким образом, если на каком-то участке одной цепи ДНК нуклеотиды располагаются в следующем порядке: Ц — Ц — Г — А — А — Г — Т. . . и т. д.,— то в противоположной цепочке будут соответственно этим основания располагаться так: Г — Г-— Ц — Т — Т — Ц — А.

Этот принцип расположения нуклеотидов — принцип дополнительности — играет громадную роль при синтезе молекулы РНК (транскрипция) и синтезе новых молекул ДНК (репликация), осуществляемом при делении клеток.
Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК на первый взгляд кажется случайной, но это не так. Именно она и определяет специфичность белка. Говоря современным языком, информация о будущей молекуле белка, ее «проект» и «конструкция» записаны в молекуле ДНК точно так же, как на телетайпной ленте записывается какое-либо сообщение. Эта запись, как мы уже отмечали, ведется на особом «нуклеиновом языке», состоящем всего из четырех «букв» — нуклеотидов, «слова» же этого языка трехбуквенные. Сочетание трех азотистых оснований, поскольку нуклеотиды отличаются между собой лишь азотистыми основаниями, представляет собой информационную единицу, или кодовое слово.
Эти трехбуквенные «слова» называют «триплетами». Каждый триплет определяет конкретную аминокислоту. Например, ЦГУ означает аминокислоту аланин, а ГАУ — аспарагиновую кислоту.
Теперь ответим на вопрос: какое возможно количество комбинаций триплетов и хватит ли их для обозначения каждой из 20 существующих аминокислот? Простой арифметический подсчет показывает, что возможное число триплетов из четырех нуклеотидов — 64 (4 3), число аминокислот — всего лишь 20. Для чего же нужны «лишние» 44 триплета? В настоящее время это еще неизвестно. Be-" роятно, некоторые триплеты служат знаками «препинания», а скорее всего каждая аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Например, уже установлено, что аланин обозначается четырьмя кодовыми словами: АУЦ, ГЦУ, ГЦЦ, ГЦГ.
Представленная нами модель молекулы ДНК совсем не отвечает на вопрос: как информация, заключенная в ней, достигает «белковых фабрик» — рибосом, находящихся в цитоплазме далеко от ядра — местонахождения ДНК? В этом большую помощь оказывает другая нуклеиновая кислота — РНК Существует три вида РНК — информационная (матричная), рибосомная и транспортная: иРНК (мРНК) ', рРНК и тРНК соответственно.
Молекулы мРНК и рРНК представляют собой одинарные нуклеотидные цепочки. В отличие от цепей ДНК они значительно короче, молекулярная масса их также значительно меньше. Цепочки тРНК еще короче, чем у мРНК и рРНК, они состоят всего из нескольких десятков нуклеотидов. Один из концов тРНК представляет --собой своеобразный «крючок», который «цепляет» аминокислоты. На другом конце тРНК расположен триплет, который соответствует только одной из 20 аминокислот. Например, если на одном из концов тРНК содержится триплет УУУ (У-урацил), то другой конец служит для прикрепления аминокислоты — фенилаланина. Таким образом, для каждой аминокислоты существует своя транспортная РНК, которая осуществляет траспортировку соответствующей аминокислоты к рибосомам. Рибосомы — микроскопические органоиды клеток — поистине являются «белковыми фабриками», производящими каждую четверть секунды готовую белковую молекулу. Контролирует синтез молекул информационная РНК (мРНК). Главный «распорядитель» биосинтеза белка — ядерная ДНК, здесь в ядре хранятся «модели» белковых Молекул. Информация, закодированная в молекуле ДНК, переносится в рибосомы с помощью мРНК, которую ДНК синтезирует по своему «образу и подобию».

Таким образом, биосинтез белка начинается с синтеза информационной РНК Этот процесс осуществляется на одном из участков ДНК, соответствующих определенному белку. Мы теперь знаем, что каждая аминокислота кодируется сочетанием трех азотистых оснований — триплетов. Триплетная цепочка мРНК строится на молекуле ДНК на основе принципа дополнительности азотистых соединений (см. выше). Поэтому, если порядок азотистых оснований в молекуле ДНК выглядит так: АГГЦТАТЦГА и т. д., то в молекуле РНК порядок азотистых оснований будет следующим (А-У, Г-Ц): УЦЦГАУАГУУ и т.д. Следовательно, мРНК представляет собой своеобразный «негатив» с участка молекулы ДНК- Далее мРНК с помощью ферментов отделяется от молекулы ДНК и направляется в рибосомы. Здесь мРНК прикрепляется к рибосоме, где, как установлено в последнее время, фиксируются лишь  два триплета мРНК. Как только триплеты мРНК занимают на рибосоме соответствующее им место, к ним направляются молекулы тРНК, каждая со своей аминокислотой. При этом тРНК подходят к определенному участку мРНК и после соединения аминокислот (аминокислоты всегда соединяются друг с другом пептидной связью: аминогруппа конца одной аминокислоты соединяется с карбоксильной группой конца другой аминокислоты) информационная РНК передвигается в рибосоме на один триплет.Молекула тРНК, доставившая первую аминокислоту в будущую аминокислотную цепочку, освобождается, чтобы заполучить новую аминокислоту, запас которых в клетке пополняется в результате процессов питания. Триплет 2 теперь перемещается в рибосоме на место триплета 1, а триплет 3 оказывается на месте триплета 2, к нему тотчас подходит новая тРНК и новая аминокислота ставится на свое место. «Шаг за шагом» продвигается молекула мРНК вдоль поверхности рибосомы, и одновременно строится определенная аминокислотная цепь, так называемая первичная аминокислотная последовательность. Как только нужная аминокислотная цепь оказывается «сшитой», она отделяется от рибосомы и затем уже свертывается, образуя вторичные и третичные структуры белковых молекул, определяющие их форму. Полипептидные цепи могут соединяться друг с другом с образованием четвертичной структуры белка (так, например, образуется гемоглобин).
Белковый синтез идет очень быстро: за одну минуту могут соединяться до 5—6 тыс. аминокислот. Столь высокие темпы биохимических реакций в клетке пока еще трудно объяснить. Очевидно, на скорость химических процессов оказывают влияние ферменты и ряд других факторов, найти которые является задачей будущего.
Посколькуо жизнь мРНК длится десятки минут, а построение простой молекулы белка осуществляется за четверть секунды, можно предположить, что одна молекула мРНК участвует в синтезе многих одинаковых белковых молекул. Действительно, обычно одна молекула мРНК участвует в синтезе 20—30 белковых молекул. Более того, одна и та же молекула мРНК может одновременно участвовать в синтезе нескольких белковых молекул. Свободный участок мРНК, прошедший одну рибосому, вновь связывается со следующей рибосомой, и, таким образом, объединенными оказываются 5—7 рибосом (полисома), где и синтезируются одинаковые белковые молекулы. Процессы биосинтеза белка идут всегда с затратой энер-и, для образования каждой связи между аминокислотой и тРНК требуется одна молекула аденозинтрифосфор-ной кислоты (АТФ), являющейся универсальным переносчиком энергии, запас которой пополняется в клетке с помощью митохондрий.

Процесс сплайсинга:

Сплайсинг —процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК. Наиболее часто этот процесс встречается при созревании информационной РНК (мРНК) у эукариот, при этом путём биохимических реакций с участием РНК и белков из мРНК удаляются участки, не кодирующие белок (интроны) и соединяются друг с другом кодирующие аминокислотную последовательность участки — экзоны. Таким образом незрелая пре-мРНК превращается в зрелую мРНК, с которой считываются (транслируются) белки клетки. Большинство генов прокариот, кодирующих белки, не имеют интронов, поэтому у них сплайсинг пре-мРНК встречается редко. У представителей эукариот, бактерий и архей встречается также сплайсинг транспортных РНК (тРНК)  и других некодирующих РНК.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3366. Відсоткові розрахунки 38.51 KB
  Відсоткові розрахунки Мета: повторити і систематизувати зі студентами матеріал шкільного курсу по темам «Відношення та пропорції», «Відсотки», навести приклади, виробляти уміння та навички знаходити невідомий член пропорції, відсоток від числа, числ...
3367. Логістика в морському транспорті 444.5 KB
  ВСТУП Актуальність дисципліни “Логістика в морському транспорті” полягає в застосуванні логістичних принципів в організації руху матеріалопотоку і супутніх йому фінансових та інформаційних потоків на морському транспорті сприяє підв..
3368. Безпека життєдіяльності як категорія. Наукові засади безпеки життєдіяльності 27.04 KB
  Безпека життєдіяльності як категорія. Наукові засади безпеки життєдіяльності. Згідно з європейською програмою Form-ose, науки про безпеку пов’язані з: гуманітарними науками (філософія, теологія, лінгвістика та інші) природничими нау...
3369. Биохимия. Гормоны, белки, углеводы, холестерин и другие биохимические элементы жизнедеятельности человека 1.02 MB
  Структура, свойства и функции белков. Выяснение структуры белков является одной из главных проблем современной биохимии. Белковые молекулы представляют собой высокомолекулярные соединения, образованные аминокислотами. Большинство белков имеют 4 уров...
3370. Классическая генетика 130.5 KB
  Код раздела :1   Что такое аллельные гены? -гены, отвечающие за проявление разных вариантов одного и того же признака; -гены, расположенные в негомологичных локусах хромосом; +гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом; -ген...
3371. Медицинская генетика 171.5 KB
  Ретроспективное консультирование в МГК это: +консультирование после рождения больного ребенка, относительно здоровья будущих детей; -в семье нет больных детей, но имеет место близкородственный брак, -консультирование в связи с бесплод...
3372. Молекулярные основы наследственности 983 KB
  Молекулярные основы наследственности Свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями. Связь между поколениями, которая обеспечивается половыми или соматическими клетками называется..
3373. Бюджетный менеджмент. Краткий конспект лекций 443 KB
  Сущность и составные бюджетного менеджмента. Вопросы для рассмотрения: Сущность бюджетного менеджмента. Система управления бюджетом. Составные бюджетного менеджмента. Изложение вопросов темы: 1. Сущность бюджетного менеджмента. Бюдж...
3374. Понятие бухгалтерского баланса 121.5 KB
  Понятие бухгалтерского баланса Цель лекции – осветить элементы баланса Вопрос 1. Понятие баланса Вопрос 2. Виды баланса  Понятие бухгалтерского баланса В любом виде деятельности важное значение имеет соответствие между намеченными к выполн...