1-lekcija-stroenie-i-funkcii

1
Урок 7. Нуклеиновые кислоты и их роль в жизнедеятельности клетки
§ 12 до типов РНК.
1. Нуклеиновые кислоты и их типы.
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. Каждый нуклеотид состоит из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (пентозы) и азотистого основания
(рис. 17).
Рис. 17. Строение нуклеотида
Остаток фосфорной кислоты, связанный с пятым атомом С в пентозе, может
соединяться ковалентной связью с гидроксильной группой возле третьего атома
С другого нуклеотида. Обратите внимание: концы цепочки нуклеотидов, связанных в нуклеиновую кислоту, разные.
На одном конце расположен связанный с
пятым атомом пентозы фосфат, и этот
конец называется 5'-концом (читается
«пять-штрих»). На другом конце остается не связанная с фосфатом ОН-группа
около третьего атома пентозы (З'конец). Благодаря реакции полимеризации нуклеотидов образуются нуклеиновые кислоты (рис. 18).
В зависимости от вида пентозы различают два типа нуклеиновых кислот —
дезоксирибонуклеиновые (сокращенно
ДНК) и рибонуклеиновые (РНК).
Название кислот обусловлено тем, что
молекула ДНК содержит дезоксирибозу,
а молекула РНК — рибозу.
Нуклеотиды, входящие в состав ДНК,
содержат дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех
азотистых оснований: производных
пурина – аденина и гуанина, и производных пиримидина – тимина и цитозина.
Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов: адениловый (А), гуаниловый (Г), тимидиловый (Т) и цитидиловый (Ц).
2. Строение ДНК.
Трехмерная модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. американским биологом Дж.Уотсоном и английским физиком Ф.Криком. За свои исследования они были удостоены Нобелевской премии. Э.Чаргафф, обследовав огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, выявил следующую закономерность: в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина
— тимину. Это положение получило название "правила Чаргаффа":
А+Г
А = Т; Г = Ц или ——— = 1
Ц+Т
Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей нуклеоти-
2
дов, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.
Дж.Уотсон и Ф.Крик воспользовались этим правилом при построении модели молекулы ДНК. 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 дезоксирибозой 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.
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).
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.
Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, шаг общей спирали, на который приходится 10 пар нуклеотидов — 3,4 нм. Длина молекулы — до нескольких сантиметров. Молекулярный вес составляет десятки и сотни миллионов. В ядре клетки человека общая длина 46 молекул ДНК около 1 м.
Структура каждой молекулы ДНК строго индивидуальна и специфична, так как представляет собой
кодовую форму записи биологической информации (генетический код). Другими словами, с помощью
четырех типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация об организме, передающаяся по
наследству последующим поколениям.
Карточка у доски:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Где в клетке находятся молекулы ДНК?
Из каких компонентов состоят нуклеотиды ДНК?
Какие азотистые основания входят в состав нуклеотидов ДНК?
Какой углевод входят в состав нуклеотидов ДНК?
Сколько водородных связей образуется между комплементарными азотистыми основаниями в ДНК?
Какие функции выполняет ДНК в клетке?
Какова длина отрезка ДНК, состоящего из 10 пар нуклеотидов?
В молекуле ДНК А-нуклеотидов 20%. Каково содержание остальных нуклеотидов?
В одной цепи ДНК А-нуклеотидов 20%, Т-нуклеотидов 20%, Г-нуклеотидов 50%, Ц-нуклеотидов 10%. Каково процентное содержание нуклеотидов в двухцепочечной ДНК?
Карточки для письменной работы:
1.
2.
3.
4.
Строение ДНК.
В молекуле ДНК Т-нуклеотидов 20%. Определите и объясните процентное содержание остальных видов нуклеотидов.
В одной цепи нуклеотидов ДНК А-нуклеотидов – 10%, Г-нуклеотидов – 40%, Ц – нуклеотидов – 20%. Определите
процентный состав нуклеотидов в двухцепочечном отрезке.
Дайте определение или раскройте сущность термина: 1. ДНК. 2. Функции ДНК. 3. Нуклеотид ДНК. 4. Комплементарные азотистые основания. 5. Соединение нуклеотидов в одну цепь. 6. Размеры ДНК.
Компьютерное тестирование
**Тест 1. Молекулы ДНК в клетках животных, растений и грибов находятся:
1. В ядре.
2. В цитоплазме.
3. В митохондриях.
4. В пластидах.
5. В рибосомах.
**Тест 2. Какие азотистые основания входят в состав нуклеотидов ДНК?
1. Аденин.
2. Тимин.
3. Урацил.
4. Гуанин.
5. Цитозин.
3
**Тест 3. Сколько водородных связей образуется между комплементарными азотистыми основаниями в ДНК?
1. Между аденином и тимином – две водородные связи.
2. Между аденином и тимином – три водородные связи.
3. Между гуанином и цитозином – две водородные связи.
4. Между гуанином и цитозином – три водородные связи.
Тест 4. Какие углеводы входят в состав нуклеотидов ДНК?
1. Рибоза.
2. Дезоксирибоза.
3. Глюкоза.
4. Галактоза.
Тест 5. ДНК в клетке выполняет следующие функции:
1. Хранение генетической информации об углеводах и липидах.
2. Хранение генетической информации о белках.
3. Хранение генетической информации о углеводах и белках.
4. Хранение генетической информации о белках, жирах и углеводах.
Тест 6. Нуклеотиды ДНК соединены в одну цепь:
1. Через остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида и 3' атом дезоксирибозы другого.
2. Через остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида и азотистое основание другого.
3. Через остатки фосфорной кислоты соседних нуклеотидов.
4. Через дезоксирибозы соседних нуклеотидов.
Тест 7. Фрагмент ДНК содержит 30000 А-нуклеотидов. Происходит удвоение ДНК, для этого потребуется А- и Тнуклеотидов:
1. А — 60000, Т — 60000.
2. А — 30000, Т — 30000.
3. А — 15000, Т — 15000.
4. Данных для ответа недостаточно.
Тест 8. Фрагмент ДНК содержит 30000 А-нуклеотидов и 40000 Ц-нуклеотидов. В данном фрагменте Т- и Г-нуклеотидов:
1. Т — 40000, Г — 30000.
2. Т — 30000, Г — 40000.
3. Т — 60000, Г — 80000.
4. Данных для ответа недостаточно.
Тест 9. В 1953 году предложили модель строения молекулы ДНК:
1. Ф.Крик.
2. Г.Мендель.
3. Т.Морган.
4. Д.Уотсон.
**Тест 10. Верные суждения:
1. Цепи нуклеотидов в молекуле ДНК антипараллельны.
2. Между А- и Т-нуклеотидами 2 водородные связи, между Г- и Ц-нуклеотидами 3 водородные связи.
3. А- и Т-нуклеотиды относятся к пиримидиновым нуклеотидам.
4. В состав нуклеотидов ДНК входит сахар рибоза.