Роль и функции ДНК и РНК как основы жизни
В состав клетки входят макромолекулы следующих основных органических соединений: углеводов, липидов (жиров), белков, нуклеиновых кислот.
Углеводы — органические соединения, состоящие из одной или нескольких молекул простых сахаров. Углеводывыполняют в основном энергетическую функцию. При их сжигании организм получает основную часть необходимой энергии (при распаде 1 г углеводов выделяется около 18 кДж). Кроме этого, углеводы в виде сахара дизоксирибоза и рибоза входят в состав нуклеиновых кислот.
Липиды(жиры) — жироподобные органические соединения. Основные функции липидов следующие: структурная (входят в состав мембран), резервная энергетическая (при распаде 1 г жира выделяется около 39 кДж), термоизоляционная, защитная, регуляторная (участие в обмене веществ, гормональном обмене, обеспечение относительного постоянства химического состава всех частей организма).
Белки (протеины, полипептиды)— это высокомолекулярные органические соединения, состоящие из аминокислот.Сухая масса клетки состоит на 50 - 80% из белков. Функции белков разнообразны: каталитическая, строительная (участвуют в образовании клеточных мембран и органелл), двигательная (сокращение мышц и т. д.), защитная (антитела из белков распознают чужеродные организму вещества), транспортная (перенос кислорода гемоглобином), регуляторная (участвуют в регуляции обмена веществ), энергетическая (при распаде 1 г белка выделяется около 18 кДж).
Организм человека образован из более 5 млн. белков, разнообразие которых обеспечивается комбинацией всего 20 (из более чем 100 известных) аминокислот.
Белки имеют разные уровни организации: типа нити, нить, закрученная в виде спирали, спираль, скрученная в клубок (глобулу), структура из нескольких клубков.
Нуклеиновые кислоты,как и белки, являются полимерами, но мономерами в них выступают нуклеотиды. Нуклеотид— это структура, состоящая из трех компонентов: азотистого основания, сахара пентозы и остатка фосфорной кислоты. В нуклеотиды могут входить две разновидности сахара: дезоксирибоза и рибоза, соответственно известны два вида нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). В ДНК входит дезоксирибоза, в РНК — рибоза. Нуклеиновым кислотам принадлежит основная роль в хранении и передаче наследственной информации. Они находятся в ядре клетки.
В состав нуклеотидов входит пять азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц), урацил (У).Аденин, гуанин и цитозин (А, Г, Ц)входят в ДНК и РНК, тимин Т — только в ДНК, урацил У — только в РНК.
Нуклеотиды соединены в цепочки. В ДНК имеются две полимерные цепи нуклеотидов. Они закручены в спираль вокруг общей пространственной оси. Цепочку ДНК можно представить в виде огромного текста, состоящего из последовательности четырех букв: (A, Г, Ц, T) в разных сочетаниях. Цепочки ДНК соединены между собой водородными связями, причем аденин всегда связывается с тимином (А-Т), а цитозин с гуанином (Ц-Г). Такая связь структурно соответствующих друг другу оснований называется принципом комплиментарности. Подобная модель ДНК была предложена в 1953 г. американским биохимиком Дж. Уотсоном и английским физиком Ф.Криком.
Общая длина ДНК в каждой клетке человека равна приблизительно 2 м, общая длина ДНК всех клеток человека составляет примерно 1014 км.
Воспроизводство всего живого определяется синтезом белков при помощи ДНК и РНК. Каждая цепь ДНК выступает в роли матрицы для синтеза новых полинуклеиновых цепей. Участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка, называется ген.
Генетический код— это система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Изменение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК приводит к мутациям.
Геном– это совокупность генов, сосредоточенных в единичном наборе хромосом данного организма. Геном человека — это геном биологического вида Homo sapiens, он состоит из 46 хромосом.
Для кодирования одной аминокислоты требуется сочетание трех нуклеотидов. Единица генетического кода, состоящая из трех последовательно расположенных нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК, называется кодоном. Ген состоит из кодонов. 20 аминокислот образуют 61 кодон.
ДНК сильно скручивается, уплотняется и упаковывается в определенную форму, образуя хромосому. Хромосомы— элементы ядер клетки, содержащие гены. В нормальной ситуации в клетке человека должно присутствовать 46 хромосом (23 пары): 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол (XY — у мужчин или ХХ — у женщин).
Реализация генетического кода (матричный синтез белка) осуществляется по схеме ДНК—РНК—белок. Способность к самоудвоению молекул ДНК является основой механизма наследственности.
Процесс воспроизводства ДНК можно разделить на несколько стадий. Сначала разрываются водородные связи двойной молекулы ДНК и образуются одинарные цепи. Затем каждая из нитей по своей поверхности строит новую, причем новые цепи пристраиваются к старым по принципу комплиментарности (происходит репликация). Репликация(лат. replication - повторение) — процесс самовоспроизведения молекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий передачу по наследству точных копий генетической информации. Таким образом, из двух отдельных цепей образуются две молекулы ДНК, которые дают начало двум новым клеткам.
Важнейшую роль в передаче генетической информации играет РНК.РНК — это одноцепочечный полимер, состоящий из нуклеотидов. В него вместо сахара дезоксирибоза входит сахар рибоза, а вместо азотистого основания тимина (Т) входит азотистое основание урацил (У). Полимер РНК в сто раз короче, чем ДНК. В зависимости от выполняемых функций выделяют несколько видов РНК: информационная и-РНК и транспортная т-РНК.
Весь процесс синтеза белка занимает не более 6 минут. С молекулы ДНК генетический код переноситься на молекулу и-РНК, которая представляет собой копию части ДНК. Синтез белка осуществляется в рибосоме, куда и-РНКпереносит информацию о структуре белка от ДНК. Рибосома— органелла клетки. Рибосомы можно сравнить с микроскопическими сборными заводами, на которых и-РНК играют роль сборочных машин. Т-РНК доставляет свободные аминокислоты в рибосому. Каждый сорт т-РНК захватывает один определенный вид аминокислот, несет их в рибосому и ставит на свое место, согласно информации, содержащейся в молекулах и-РНК. Тут же к аминокислотам подходят катализаторы – ферменты и осуществляют соединение аминокислот в одну молекулу белка. Этот процесс называется трансляцией.
Механизм матричного синтеза белков представляет собой не простое копирование, а копирование с частичными изменениями, что делает возможным как наследование признаков, так и отклонения от исходного состояния.
Дата добавления: 2017-01-13; просмотров: 2025;