НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновые кислоты - это органические кислоты с очень большой относительной молекулярной массой. Они содержатся во всех живых организмах и играют исключительно важную роль в биосинтезе белков, а также в передаче наследственных

Рис. 20.11. Образование озазонов из альдоз и кетоз.

свойств. Нуклеиновые кислоты являются материальными носителями генетического кода, который определяет последовательность аминокислот в белках. Именно эта генетическая информация программирует структуру и метаболическую активность живых организмов.

Нуклеиновые кислоты являются полимерами. Их мономерными звеньями служат нуклеотиды. Поэтому нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды.

Нуклеотиды и нуклеозиды. Всякий нуклеотид состоит из трех составных частей-фосфатной группы, сахарного остатка и основания, а нуклеозид включает только две из этих трех составных частей сахарный остаток и основание:

Аденозинтрифосфат (АТФ) представляет собой нуклеотид, а аденозин - нуклеозид.

Важнейшими нуклеиновыми кислотами являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Сахарные компоненты ДНК представляют собой 2-дезоксирибозу (а), а сахарным компонентом РНК служит

На рис. 20.12 показана обобщенная структура ДНК и РНК.

В молекулу ДНК входят четыре разных основания. Два из них представляют собой пиримидиновые основания, а два других - пуриновые основания (рис. 20.13). Для обозначения каждого основания используется начальная буква (латинская) его названия.

В молекулу РНК входят те же основания, что и в ДНК, за исключением тимина, вместо которого в РНК входит урацил:

Редупликация и биосинтез белка

ДНК является важнейшей составной частью почти всех живых организмов. Она хранит генетическую информацию, которая передается от одного поколения к следующему. ДНК находится в хромосомах, расположенных в клеточном ядре. Хромосома представляет собой нитевидный комплекс ДНК и белка, свернутый в плотноупакованную структуру (рис. 20.14). У высших организмов до 65% хромосом имеют белковую природу.

В большинстве случаев, хотя и не всегда, ДНК имеет форму двойной нити. Две нити ДНК удерживаются вместе водородными связями (см. гл. 2), которые образуются

Рис. 20.12. Структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и рибонуклеиновой кислоты (РНК). Здесь в ДНК и в РНК.

Рис. 20.13. Четыре основания, входящие в состав ДНК.

Рис. 20.14. Генетическая информация в живой клетке: клеточное ядро (а) содержит набор хромосом (б); в хромосомах содержатся гены, или генетический код. Каждая хромосома состоит из нитевидного комплекса ДНК и белка, свернутого в плотноупакованную структуру (в).

между парами оснований. Каждая такая пара оснований состоит из пуринового и пиримидинового оснований. В молекуле ДНК могут встречаться пары оснований только двух типов: А-Т или С-G (рис. 20.15).

Каждая нить ДНК содержит определенную последовательность оснований. Этой последовательности должна строго соответствовать дополняющая ее (комплементарная) последовательность оснований в другой нити. Например, последовательности G-A-C-T в одной нити должна соответствовать последовательность в другой нити (рис. 20.16).

Рис. 20.15. Пары оснований в ДНК: а - тиминаденин, б - цитозингуанин. Каждая пара оснований удерживается как единое целое водородными связями.

Рис. 20.16. Последовательность оснований в одной нити ДНК соответствует комплементарной (дополнительной) последовательности оснований в другой нити.

Трехмерную структуру ДНК установили Джеймс Уотсон и Френсис Крик, работавшие в Кембридже. Их результаты были основаны на рентгеноструктурных данных, полученных для ДНК лондонскими учеными Морисом Уилкинсом и Розалиндой Франклин. Они обнаружили, что две нити ДНК свернуты в двойную винтовую спираль (рис. 20.17). За эти исследования Уотсон, Крик и Уилкинс в 1962 г. получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Редупликация (репликация). Клетки здоровых растений и животных с течением времени подвергаются делению, в результате чего новые клетки заменяют отмирающие. Этот процесс называется редупликацией. В процессе редупликации происходит разрыв водородных связей, связывающих между собой две нити двойной спирали ДНК. Каждая из образующихся простых нитей выступает в роли лекала, на котором происходит образование новой двойной спирали (рис. 20.18).

Синтез белков. Хотя генетическая информация определяется последовательностью оснований в молекуле ДНК, сама эта молекула не принимает участия в синтезе белков. Она передает необходимую для этого информацию путем образования молекулы РНК.

У некоторых простейших вирусов РНК содержит генетический код, а кроме того, РНК непосредственно участвует в синтезе белков всех живых организмов. Молекулы РНК могут состоять из одной либо двух нитей.

Генетическая информация, содержащаяся в ДНК, передается молекуле РНК в процессе транскрипции. Синтез белков, основанный на информации, содержащейся в РНК, называется трансляцией. Таким образом, РНК играет роль посредника в синтезе белков:

(см. скан)

Рис. 20.17. Двойная спираль ДНК.

(см. скан)

Рис. 20.18. Редупликация. Двойная спираль разделяется на две отдельные нити.

Синтез ДНК и РНК происходит в клеточном ядре, а синтез белков происходит в цитоплазме, окружающей клеточное ядро.

РНК, принимающие участие в синтезе белков, состоят из одной нити и подразделяются на три типа: рибосомная, матричная и транспортная.

Рибосомные РНК Эта разновидность РНК образует структурную часть рибосом. Рибосомы состоят из РНК и белка и находятся в цитоплазме. Они являются центрами синтеза белков.

Матричные РНК Такая РНК переносит генетическую информацию от ДНК, содержащейся в хромосомах в клеточном ядре, к рибосомам, содержащимся в цитоплазме. Матричная РНК эффективно программирует рибосомы на синтез белка со строго определенной последовательностью аминокислот. Эта информация содержится в конкретной последовательности оснований у Такая последовательность оснований образуется в результате транскрипции (переписывания) с исходной молекулы ДНК.

Генетическая информация, содержащаяся в преобразуется в конкретную аминокислотную последовательность с помощью триплетного кода. В этом коде каждая последовательность трех оснований соответствует определенной аминокислоте. Например, GCU «переводится» как аланин GGU «переводится» как глиции

«Кодовые слова» наподобие GCU называются кодонами. У каждой аминокислоты может быть несколько кодонов. Например, лейцин имеет кодоны UUA, UUG, CUU, CUC, CUA и CUG. Кодоны UAA, UAG и UGA означают конец последовательности («точки в предложениях»). Они указывают рибосоме необходимость прекратить присоединение аминокислот к полипептиду, и, получив эту информацию, рибосома высвобождает синтезированный ею полипептид.

Транспортные РНК Такая форма РНК называется также растворимой. Она состоит из группы небольших молекул. Каждая разновидность переносит конкретную аминокислоту к рибосомам в цитоплазме с целью возможного использования этой аминокислоты в синтезе белка.

На долю рРНК приходится до 80% общего количества РНК в клетке. Приблизительно 5% приходится на долю мРНК и 15%-на долю тРНК.

Итак, повторим еще раз!

1. Углеводы имеют общую формулу

2. Углеводы принято подразделять на моносахариды, дисахариды и полисахариды.

3. Альдозы и кетозы содержат асимметрические атомы углерода.

4. Моносахариды существуют преимущественно в циклической форме.

5. Шестичленные циклы, содержащие атом кислорода, называются пиранозны-ми структурами.

6. Пиранозные структуры обычно имеют конформацию кресла.

7. Дисахарид состоит из двух моносахаридов, связанных гликозидиой связью.

8. Целлюлоза - пример полисахарида. Она состоит из звеньев.

9. Гидролиз полисахаридов приводит к образованию моносахаридов.

10. При этерификации сахаров образуются гликозиды.

11. Сахара со свободными альдегидными группами называются свободными или восстанавливающими сахарами.

12. Для обнаружения восстанавливающих сахаров можно воспользоваться раствором Фелинга.

13. Для идентификации сахаров используется образование озазонов.

14. Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды.

15. Нуклеотид имеет структуру, состоящую из трех частей: фосфат сахар - основание.

16. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) хранит в себе генетическую информацию. Она имеет структуру двойной винтовой спирали.

17. ДНК передает генетическую информацию рибонуклеиновой кислоте (РНК) в процессе, называемом транскрипцией.

18. РНК принимает непосредственное участие в синтезе белков.