1. Какие типы нуклеиновых кислот существуют? Что является мономерами нуклеиновых кислот?

Существует два типа нуклеиновых кислот: в) РНК, г) ДНК.

Мономерами нуклеиновых кислот являются: е) нуклеотиды.

2. Опишите строение нуклеотида. Каким образом могут соединяться нуклеотиды в молекуле ДНК?

Нуклеотид состоит из азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. В составе нуклеотида ДНК содержится одно из четырёх азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин или тимин), пятиуглеродный сахар представлен дезоксирибозой. В нуклеотиде РНК азотистое основание представлено аденином, гуанином, цитозином или урацилом, а пятиуглеродный сахар – рибозой.

Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Нуклеотиды в составе каждой цепи соединены между собой ковалентными связями. Эти связи образуются между остатком фосфорной кислоты одного нуклеотида и пентозой другого нуклеотида. Парные нуклеотиды противоположных цепей ДНК соединены водородными связями, причём между аденином и тимином образуется две водородных связи, а между гуанином и цитозином – три. Такое соответствие парных нуклеотидов называется комплементарностью.

3. Установлена последовательность нуклеотидов одной из цепей ДНК: ЦТГАГТТЦА. Определите порядок нуклеотидов комплементарной цепи.

В молекуле ДНК аденин (А) комплементарен тимину (Т), а гуанин (Г) – цитозину (Ц), поэтому порядок нуклеотидов комплементарной цепи ДНК будет следующим: ГАЦТЦААГТ.

4. Охарактеризуйте пространственную структуру молекулы ДНК.

Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси, и представляет собой двойную спираль диаметром около 2 нм (наподобие винтовой лестницы). Каждый виток спирали включает 10 пар нуклеотидов и имеет длину 3,4 нм. Противоположные цепи ДНК комплементарно дополняют друг друга, поскольку нуклеотиды этих цепей образуют пары (А и Т, Г и Ц). Между парными нуклеотидами возникают водородные связи, стабилизирующие двойную спираль ДНК.

5. Какие типы РНК содержатся в клетке? Сравните их по выполняемым функциям, особенностям строения и процентному содержанию от общего количества РНК в клетке.

В клетке содержится три типа РНК: рибосомные (рРНК), транспортные (тРНК) и информационные, или матричные (иРНК, мРНК). Функции всех типов РНК связаны с процессами синтеза белка.

Молекулы рРНК выполняют структурную функцию. В комплексе с особыми белками они приобретают определённую пространственную конфигурацию и образуют рибосомы (а точнее, субъединицы рибосом), на которых происходит синтез белков из аминокислот.

Транспортные РНК осуществляют перенос аминокислот к рибосомам и участвуют в процессе синтеза белка. Молекулы тРНК сравнительно небольшие (в среднем состоят из 80 нуклеотидов), благодаря внутримолекулярным водородным связям они имеют специфическую пространственную структуру, напоминающую лист клевера.

Информационные или матричные РНК (иРНК, мРНК) наиболее разнородны по размерам и структуре. Они содержат информацию о структуре определённых белков и служат матрицами в ходе синтеза этих белков на рибосомах.

Рибосомные РНК составляют около 80% всех РНК клетки, транспортные – около 15%, информационные – 3-5%.

6. Сравните по различным признакам ДНК и РНК. Выявите черты их сходства и различия.

Сходство:

● Являются органическими веществами, биополимерами, относятся к нуклеиновым кислотам.

● Построены из нуклеотидов, в состав каждого из них входит азотистое основание, пентоза и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основания аденин (А), гуанин (Г) и цитозин (Ц) входят как в состав нуклеотидов ДНК, так и в состав нуклеотидов РНК.

● Молекулы образованы атомами углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), азота (N) и фосфора (Р).

Различия:

● В состав нуклеотидов ДНК входит остаток пятиуглеродного сахара дезоксирибозы, а нуклеотиды РНК содержат остаток рибозы. Азотистое основание тимин (Т) может входить только в состав нуклеотидов ДНК, а урацил (У) встречается только в составе нуклеотидов РНК.

● Молекула ДНК двухцепочечная (за редким исключением), имеет вид двойной спирали. Молекулы РНК обычно одноцепочечные, могут иметь различную пространственную конфигурацию. Полинуклеотидные цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

● В клетках эукариот основная часть ДНК содержится в ядре (собственные небольшие молекулы ДНК имеют только митохондрии и хлоропласты). Молекулы РНК находятся не только в ядре, но и в цитоплазме клеток – в составе некоторых органоидов (рибосом, митохондрий, хлоропластов), в гиалоплазме.

● В клетке ДНК обеспечивает хранение наследственной информации (т.е. информации о структуре белков) и её передачу дочерним клеткам в процессе деления. Молекулы РНК обеспечивают реализацию наследственной информации, участвуя в процессе биосинтеза белков на рибосомах.

И (или) другие существенные признаки.

7. Фрагмент молекулы ДНК содержит 126 адениловых нуклеотидов (А), что составляет 18% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте. Какова длина данного фрагмента ДНК и сколько цитидиловых нуклеотидов (Ц) он содержит?

126 нуклеотидов составляют 18% от всех нуклеотидов данного фрагмента ДНК. Значит, общее количество нуклеотидов равно: 126: 18% × 100% = 700 нуклеотидов (или 350 пар нуклеотидов).

Один виток двойной спирали ДНК содержит 10 пар нуклеотидов и имеет длину 3,4 нм. Следовательно, одна пара нуклеотидов занимает участок ДНК длиной 0,34 нм. Фрагмент ДНК, содержащий 350 пар нуклеотидов, имеет длину: 350 × 0,34 нм = 119 нм.

В двухцепочечной молекуле ДНК А = Т, Г = Ц. Значит, А = Т = 126 нуклеотидов.

Сумма Г + Ц составляет: 700 – 126 – 126 = 448 нуклеотидов. Г = Ц = 448: 2 = 224 нуклеотида.

Ответ: фрагмент ДНК имеет длину 119 нм и содержит 224 цитидиловых (Ц) нуклеотида.

8. У исследователя имеется три молекулы ДНК одинаковой длины. Известно, что содержание тимидиловых нуклеотидов (Т) в первом образце составляет 20% от общего числа нуклеотидов, во втором - 36%, в третьем - 8%. Он начал нагревать данные образцы ДНК, постепенно повышая температуру. При этом происходило отделение комплементарных цепей друг от друга - так называемое плавление ДНК. Какой образец начал плавиться первым, а какой расплавился в последнюю очередь? Почему?

Плавление ДНК происходит вследствие разрыва водородных связей между комплементарными нуклеотидами. Между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три. Чем выше содержание пар Г–Ц во фрагменте ДНК, тем больше водородных связей в его составе, и тем больше энергии понадобится для их разрушения. И наоборот, чем больше пар А–Т содержит фрагмент ДНК, тем меньше энергии будет необходимо для плавления.

Поэтому сначала расплавится второй образец (в нём больше всего тимина, а значит, и пар А–Т), затем первый, а в последнюю очередь – третий (с наименьшим содержанием тимина).

2) Мономерами РНК и ДНК являются...... значит РНК и ДНК- ......
3) Структура молекул ДНК-......, а молекулы РНК- .......
4) Молекула ДНК состоит из....... цепочек, а молекула РНК-из....... цепочки
5) Молекулу ДНК образуют нуклеотиды.........., а РНК-нуклеотиды.........
6) В молекулах РНК азотистое основание......... заменен на......... В состав ДНК входит моносахарид........, а в состав РНК- ........

(Нуклеотиды, двух, рибоза,тимин,А,Т,Г,Ц, линейная,одной, спиральная, урацил, мономеров, нуклеотидов, А,Т,Г,Ц, дезоксирибоза)

А2. Кто из ученых открыл клетку? 1) А.Левенгук 2) Т.Шванн 3) Р.Гук 4) Р.Вирхов
А3. Содержание какого химического элемента преобладает в сухом веществе клетки? 1) азота 2) углерода 3) водорода 4) кислорода
А4. Какая фаза мейоза изображена на рисунке? 1) Анафаза I 2) Метафаза I 3) Метафаза II 4) Анафаза II
А5. Какие организмы относятся к хемотрофам? 1) животные 2) растения 3) нитрифицирующие бактерии 4) грибы А6. Образование двухслойного зародыша происходит в период 1) дробления 2) гаструляции 3) органогенеза 4) постэмбриональный период
А7. Совокупность всех генов организма называется 1) генетика 2) генофонд 3) геноцид 4) генотип А8. Во втором поколении при моногибридном скрещивании и при полном доминировании наблюдается расщепление признаков в соотношении 1) 3:1 2) 1:2:1 3) 9:3:3:1 4) 1:1
А9. К физическим мутагенным факторам относится 1) ультрафиолетовое излучение 2) азотистая кислота 3) вирусы 4) бензпирен
А10. В каком участке эукариотической клетки синтезируются рибосомные РНК? 1) рибосома 2) шероховатая ЭПС 3) ядрышко ядра 4) аппарат Гольджи
А11. Каким термином называется участок ДНК, кодирующий один белок? 1) кодон 2) антикодон 3) триплет 4) ген
А12. Назовите автотрофный организм 1) гриб-подберезовик 2) амеба 3) туберкулезная палочка 4) сосна
А13. Чем представлен хроматин ядра? 1) кариоплазма 2) нити РНК 3) волокнистые белки 4) ДНК и белки
А14. В какой стадии мейоза происходит кроссинговер? 1) профаза I 2) интерфаза 3) профаза II 4) анафаза I
А15. Что образуется в ходе органогенеза из эктодермы? 1) хорда 2) нервная трубка 3) мезодерма 4) энтодерма
А16. Неклеточная форма жизни – это 1) эвглена 2) бактериофаг 3) стрептококк 4) инфузория
А17. Синтез белка на и-РНК называется 1) трансляция 2) транскрипция 3) редупликация 4) диссимиляция
А18. В световой фазе фотосинтеза происходит 1) синтез углеводов 2) синтез хлорофилла 3) поглощение углекислого газа 4) фотолиз воды
А19. Деление клетки с сохранением хромосомного набора называется 1) амитоз 2) мейоз 3) гаметогенез 4) митоз
А20. К пластическому обмену веществ можно отнести 1) гликолиз 2) аэробное дыхание 3) сборка цепи и-РНК на ДНК 4) расщепление крахмала до глюкозы
А21. Выберите неверное утверждение У прокариот молекула ДНК 1) замкнута в кольцо 2) не связана с белками 3) вместо тимина содержит урацил 4) имеется в единственном числе
А22. Где протекает третий этап катаболизма – полное окисление или дыхание? 1) в желудке 2) в митохондриях 3) в лизосомах 4) в цитолазме
А23. К бесполому размножению относится 1) партенокарпическое образование плодов у огурца 2) партеногенез у пчел 3) размножение тюльпана луковицами 4) самоопыление у цветковых растений
А24. Какой организм в постэмбриональном периоде развивается без метаморфоза? 1) ящерица 2) лягушка 3) колорадский жук 4) муха
А25. Вирус иммунодефицита человека поражает 1) половые железы 2) Т-лимфоциты 3) эритроциты 4) кожные покровы и легкие
А26. Дифференцировка клеток начинается на стадии 1) бластулы 2) нейрулы 3) зиготы 4) гаструлы
А27. Что является мономерами белков? 1) моносахариды 2) нуклеотиды 3) аминокислоты 4) ферменты
А28. В каком органоиде происходит накопление веществ и образование секреторных пузырьков? 1) аппарат Гольджи 2) шероховатая ЭПС 3) пластида 4) лизосома
А29. Какая болезнь наследуется сцепленно с полом? 1) глухота 2) сахарный диабет 3) гемофилия 4) гипертония
А30. Укажите неверное утверждение Биологическое значение мейоза состоит в следующем: 1) увеличивается генетическое разнообразие организмов 2) повышается устойчивость вида при изменении условий среды 3) появляется возможность перекомбинации признаков в результате кроссинговера 4) понижается вероятность комбинативной изменчивости организмов.

живых организмов элементами являются:
a) N, О, H, S; б) С, Н, N, О; в) S, Fe, О, С; г) О, S,
Н, Fe
2. Азот как элемент входит в состав:
а) только белков и нуклеиновых кислот;
б) нуклеиновых кислот, белков и АТФ;
в) только белков;
г) белков, нуклеиновых кислот и липидов;
3. Водород как элемент входит в состав:
а) только воды и некоторых белков
б) только воды, углеводов и липидов
в) всех органических соединений клетки
г) только воды, углеводов, белков и
нуклеиновых кислот.
4. На каком уровне организации не
наблюдается различие между органическим и
неорганическим миром?
а) атомном, б) молекулярном, в) клеточном.
5.Воды содержится больше в клетках: а)
эмбриона, б) молодого человека, в) старика.
6. Вода - основа жизни:
а) она может находиться в трех состояниях
(жидком, твердом, газообразном);
б) является растворителем, обеспечивающим
как приток веществ в клетку, так и удаление
из неё продуктов обмена;
в) охлаждает поверхность при испарении.
7. Вещества, хорошо растворимые в воде,
называются: а)гидрофильные, б) гидрофобные,
в) амфифильные.
8. К гидрофобным соединениям клетки
относятся:
а) липиды и аминокислоты;
б) липиды;
в) липиды и минеральные соли;
г) аминокислоты и минеральные соли.
9. К углеводам моносахаридам относятся:
а) крахмал; б) гликоген; в) глюкоза; г) мальтоза.
10. К углеводам полисахаридам относятся:
а) крахмал; б) дезоксирибоза; в) рибоза; г)
глюкоза.
II. Основные функции жиров в клетке:
а) запасающая и структурная;
б) структурная и энергетическая;
в) энергетическая и запасающая;
г) структурная и защитная.
12.Белки - это биополимеры мономерами,
которого являются: а) нуклеотиды; б)
аминокислоты; в) азотистые основания. 13.
Аминокислоты различаются:
а)аминогруппой, б) карбоксильной группой; в)
радикалом.
12. В состав молекул белков входят:
а) только аминокислоты
б) аминокислоты и иногда ионы металлов
в) аминокислоты и иногда молекулы липидов
г) аминокислоты и иногда молекулы
углеводов
13. Структура молекулы белка, которую
определяет последовательность
аминокислотных остатков: а) первичная; б)
вторичная; в) третичная; г) четвертичная. 13.
Вторичная структура белка связана с:
а) спирализацией полипептидной цепи
б) пространственной конфигурацией
полипептидной цепи
в) числом и последовательностью
аминокислотных остатков
г) пространственной конфигурацией
спирализованной полипептидной цепи А 14.
14.Вторичная структура белка поддерживается
связями:
а) только пептидными;
б) только водородными;
в) дисульфидные и водородными;
г) водородными и пептидными;
15. Наименее прочными структурными белка
является:
а) первичная и вторичная
б) вторичная и троичная
в) третичная и четвертичная
г) четвертичная и вторичная
16. Белок каталаза выполняет в клетке
функцию;
а) сократительную;
б) транспортную;
в) структурную;
г) католическую.
17. При неполной денатурации белка первой
разрушается структура: а) первичная;
б)вторичная;
в) только третичная;
г) четвертичная, иногда третичная.
18. Мономерами молекул ДНК являются:
а) нуклеозиды;
б) нуклеотиды;
в) аминокислоты;
19 Нуклеотиды ДНК состоят из:
а) только азотистых оснований;
б) только азотистых оснований и остатков
сахаров;
в) только азотистых оснований и остатков
фосфорных кислот;
г) остатков фосфорных кислот, сахаров и
азотистых оснований.
20. Состав нуклеотидов ДНК отличается друг
от друга содержанием:
а) только сахаров;
б) только азотистых оснований;
в) сахаров и азотистых оснований;
г) сахаров, азотистых оснований и остатков
фосфорных кислот.
21. Нуклеотиды ДНК содержат азотистые
основания:
а) цитозин, урацил, аденин, тимин;
б) тимин, цитозин, гуанин, аденин;
в) тимин, урацил, аденин, гуанин;
г) урацил, цитозин, аденин, тимин.
22. Нуклеотиды РНК состоят из:
1) только азотистых оснований;
2) только азотистых оснований и остатков
сахаров;
3) только азотистых оснований и остатков
фосфорных кислот;
4) остатков фосфорных кислот, сахаров и
азотистых оснований.
23.Молекулы, при окислении которых
освобождается много энергии: а)
полисахариды; б) жиры; в) белки; г)
моносахариды.
Вставьте в текст пропущенные слова.
Белки - сложные органические вещества,.....

расщепляющие вещества 1,ядро 2,лизосомы 3,митохондрия 4,пластиды 10.Функция гладкой ЭПС клетки 1,синтез и транспорт белков 2,переварение органических веществ 3,участвует в межклеточных контактах 4,синтез и транспорт углеродов и жиров 11.Двухмембранным оргоноидом является: 1,клеточный центер 2,рибосомы 3,митохондрия 4,ЭПС 12.Из перечисленных элемнтов в состав молекулы гемоглабина крои входит: 1,железо 2,фосфор 3,калий 4,магний 13.При восхождении в горы для быстрого поддержания сил целесообразно съесть: 1,кусочек сахара 2,немного сала 3,шашлык 4,сыр 14.Аминокислоты входящие в состав белков отличаются друг от лруга 1,аминогруппами и карбоксильная группа 2,только радикал 3,только карбоксильная групппа 4,радикал и карбоксильная групппа 16.Транспорт РНК выполняет следущие функции 1,перенос аминокислот на рибосомы 2,снятие и перенос информации с ДНК 3,формирования рибосом 4,синтез второй цепи ДНК 17.Мономером белка является 1,азотистое основания 2,дезоксирорибоза или рибоза 3,аминокислоты 4,нуклеотиды 18.Какой из факторов в большей степени подверждает что ДНК является генетическим матерьялом клетки? 1,Днк состоит из четырех видоа нуклеотидов поэтому способны хранить информацию 2,В самотических клетках количества ДНК вдвое больше чем в гаметах 3,У каждой особи ДНК индивидуально по своей нуклеотидной последовательности 4,Азотистых оснований Т примерно столькоже сколько оснований А

Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, образованные остатками нуклеотидов. Полимерные формы нуклеиновых кислот называют полинуклеотидами. Цепочки из нуклеотидов соединяются через остаток фосфорной кислоты (фосфодиэфирная связь). Различают два класса нуклеиновых кислот:

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Сахар - дезоксирибоза, азотистые основания: пуриновые - гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые тимин (T) и цитозин (C). ДНК часто состоит из двух полинуклеотидных цепей, направленных антипараллельно. Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком.

Рибонуклеиновая кислота (РНК). Сахар - рибоза, азотистые основания: пуриновые - гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые урацил (U) и цитозин (C). Структура полинуклеотидной цепочки аналогична таковой в ДНК. Из-за особенностей рибозы молекулы РНК часто имеют различные вторичные и третичные структуры, образуя комплементарные участки между разными цепями.

Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси, т.е. представляет собой двойную спираль. Диаметр двойной спирали ДНК - 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами - 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Молекулярный вес - десятки и сотни миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека - около 2 м. В эукариотических клетках ДНК образует комплексы с белками и имеет специфическую пространственную конформацию.

Мономер ДНК - нуклеотид (дезоксирибонуклеотид) - состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы), 3) фосфорной кислоты.

Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов. Пиримидиновые основания ДНК (имеют в составе своей молекулы одно кольцо) - тимин, цитозин. Пуриновые основания (имеют два кольца) - аденин и гуанин.

Полинуклеотидная цепь образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. При этом между 3"-углеродом остатка дезоксирибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает фосфоэфирная связь (относится к категории прочных ковалентных связей). Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5"-углеродом (его называют 5"-концом), другой - 3"-углеродом (3"-концом). Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное: против аденина одной цепи в другой цепи всегда располагается тимин, а против гуанина - всегда цитозин, между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином - три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (аденин - тимин, гуанин - цитозин) и избирательно соединяются друг с другом, называется принципом комплементарности. Из принципа комплементарности следует, что последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой. Цепи ДНК антипараллельны (разнонаправлены), т.е. нуклеотиды разных цепей располагаются в противоположных направлениях, и, следовательно, напротив 3"-конца одной цепи находится 5"-конец другой. Молекулу ДНК иногда сравнивают с винтовой лестницей. «Перила» этой лестницы - сахарофосфатный остов (чередующиеся остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты); «ступени» - комплементарные азотистые основания.

Функция ДНК - хранение и передача наследственной информации.

РНК - полимер, мономерами которой являются рибонуклеотиды. В отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой (исключение - некоторые РНК-содержащие вирусы имеют двухцепочечную РНК). Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между собой. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. Мономер РНК - нуклеотид (рибонуклеотид) - состоит из остатков трех веществ:

1) азотистого основания,

2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы),

3) фосфорной кислоты.

Азотистые основания РНК также относятся к классам пиримидинов и пуринов. Пиримидиновые основания РНК - урацил, цитозин, пуриновые основания - аденин и гуанин. Моносахарид нуклеотида РНК представлен рибозой. Выделяют три вида РНК:

1) информационная (матричная) РНК - иРНК (мРНК),

2) транспортная РНК - тРНК,

3) рибосомная РНК - рРНК.

Все виды РНК представляют собой неразветвленные полинуклеотиды, имеют специфическую пространственную конформацию и принимают участие в процессах синтеза белка. Информация о строении всех видов РНК хранится в ДНК. Процесс синтеза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией.

Значение нуклеиновых кислот: хранение, перенос и передача по наследству информации о структуре белковых молекул. Стабильность НК - важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов.

Таким образом, нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.

Особенно ДНК, достаточно хорошо известны в науке. Объясняется это тем, что они являются веществами клетки, от которых зависит хранение и передача её наследственной информации. ДНК, открытое еще в 1868 году Ф. Мишером, представляет собой молекулы с ярко выраженными кислотными свойствами. Ученый выделил её из ядер лейкоцитов - клеток иммунной системы. В течение последующих 50 лет исследования нуклеиновых кислот проводились эпизодически, так как большинство ученых биохимиков считали главными органическими веществами, отвечающими в том числе и за наследственные признаки, белки.

С момента расшифровки проведенной Уотсоном и Криком в 1953 году, начинаются серьёзные исследования, выяснившие что, дезоксирибонуклеиновая кислота - это полимер, а мономерами ДНК служат нуклеотиды. Их виды и строение будут изучены нами в данной работе.

Нуклеотиды как структурные единицы наследственной информации

Одно из фундаментальных свойств живой материи - это сохранение и передача информации о строении и функциях как клетки, так и всего организма в целом. Эту роль выполняет а мономеры ДНК - нуклеотиды представляют собой своеобразные «кирпичики», из которых и построена уникальная конструкция вещества наследственности. Рассмотрим, какими же признаками руководствовалась живая природа, создавая суперспираль нуклеиновой кислоты.

Как образуются нуклеотиды

Чтобы ответить на этот вопрос, нам понадобятся некоторые знания из области химии органических соединений. В частности, мы напомним, что в природе существует группа азотсодержащих гетероциклических гликозидов, соединенных с моносахаридами - пентозами (дезоксирибозой или рибозой). Они называются нуклеозидами. Например, аденозин и другие виды нуклеозидов присутствуют в цитозоле клетки. Они вступают в реакцию этерификации с молекулами ортофосфорной кислоты. Продуктами этого процесса и будут нуклеотиды. Каждый мономер ДНК, а их четыре вида, имеет название, например, гуаниновый, тиминовый и цитозиновый нуклеотид.

Пуриновые мономеры ДНК

В биохимии принята классификация, разделяющая мономеры ДНК и их строение на две группы: так, пуриновыми являются адениновый и гуаниновый нуклеотиды. Они содержат в своем составе производные пурина - органического вещества, имеющего формулу C 5 H 4 N 4 . Мономер ДНК - гуаниновый нуклеотид, также содержит пуриновое азотистое основание, соединенное с дезоксирибозой N-гликозидной связью, находящейся в бетоконфигурации.

Пиримидиновые нуклеотиды

Азотистые основания, называемые цитидином и тимидином, являются производными органического вещества пиримидина. Его формула C 4 H 4 N 2 . Молекула представляет собой шестичленный плоский гетероцикл, содержащий два атома нитрогена. Известно, что вместо тиминового нуклеотида в молекулах таких как рРНК, тРНК, иРНК, содержится урациловый мономер. В процессе транскрипции, во время списывания информации с гена ДНК на молекулу иРНК, тиминовый нуклеотид замещается на адениновый, а адениновый нуклеотид - на урациловый в синтезируемой цепи иРНК. То есть справедливой будет следующая запись: А - У, Т - А.

Правило Чаргаффа

В предыдущем разделе мы уже частично коснулись принципов соответствия мономеров в цепях ДНК и в комплексе ген-иРНК. Известный биохимик Э. Чаргафф установил совершенно уникальное свойство молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты, а именно, что количество адениновых нуклеотидов в ней всегда равно тиминовым, а гуаниновых - цитозиновым. Главной теоретической базой принципов Чаргаффа послужили исследования Уотсона и Крика, установившие, какие мономеры образуют молекулу ДНК и какую пространственную организацию они имеют. Еще одна закономерность, выведенная Чаргаффом и названная принципом комплементарности, указывает на химическое родство пуриновых и пиримидиновых оснований и их способность при взаимодействии между собой образовывать водородные связи. Это значит, что расположение мономеров в обеих цепях ДНК строго детерминировано: так, напротив А первой цепи ДНК может находиться только Т другой и между ними возникают две водородные связи. Напротив гуанинового нуклеотида может располагаться только цитозиновый. В этом случае между азотистыми основаниями образуются три водородные связи.

Роль нуклеотидов в генетическом коде

Для осуществления реакции биосинтеза белка, происходящей в рибосомах, существует механизм перевода информации об аминокислотном составе пептида из последовательности нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот. Оказалось, что три рядом расположенных мономера несут в себе информацию об одной из 20 возможных аминокислот. Это явление получило название В решении задач по молекулярной биологии его применяют для определения как аминокислотного состава пептида, так и для выяснения вопроса: какие мономеры образуют молекулу ДНК, иными словами, каков состав соответствующего гена. Например, триплет (кодон) ААА в гене кодирует аминокислоту фенилаланин в молекуле белка, а в генетическом коде ей будет соответствовать триплет UUU в цепи иРНК.

Взаимодействие нуклеотидов в процессе редупликации ДНК

Как было выяснено ранее, структурные единицы, мономеры ДНК - это нуклеотиды. Их определенная последовательность в цепях является матрицей для процесса синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты. Это явление происходит в S-стадии интерфазы клетки. Последовательность нуклеотидов новой молекулы ДНК собирается на материнских цепях под действием фермента ДНК-полимеразы с учетом (А - Т, Д - С). Репликация относится к реакциям матричного синтеза. Это значит, что мономеры ДНК и их строение в материнских цепях служат основой, то есть матрицей для её дочерней копии.

Может ли изменяться строение нуклеотида

К слову скажем, что дезоксирибонуклеиновая кислота - это очень консервативная структура клеточного ядра. Этому есть логическое объяснение: хранящаяся в хроматине ядра, должна быть неизменной и копироваться без искажений. Ну а клеточный геном постоянно находится «под прицелом» факторов внешней среды. Например, таких агрессивных химических соединений, как алкоголь, лекарственное средство, радиоактивное излучение. Все они являются так называемыми мутагенами, под воздействием которых любой мономер ДНК может изменить свое химическое строение. Такое искажение в биохимии называют точковой мутацией. Частота возникновения их в геноме клетки достаточно высока. Мутации исправляются хорошо отлаженной работой клеточной репарационной системы, включающей в себя набор ферментов.

Одни из них, например рестриктазы, «вырезают» поврежденные нуклеотиды, полимеразы обеспечивают синтез нормальных мономеров, лигазы «сшивают» восстановленные участки гена. Если же вышеописанный механизм по какой-то причине в клетке не срабатывает и дефектный мономер ДНК остается в её молекуле, мутация подхватывается процессами матричного синтеза и фенотипически проявляется в виде белков с нарушенными свойствами, неспособных выполнять необходимые функции, присущие им в клеточном обмене веществ. Это является серьёзным негативным фактором, снижающим жизнеспособность клетки и сокращающим продолжительность её жизни.