KNOWLEDGE HYPERMARKET


Нуклеиновые кислоты. Естествознание
 
Строка 5: Строка 5:
<br>  
<br>  
-
'''&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 5.5.2. Нуклеиновые кислоты '''<br><br>В классическом естествознании ещё в конце прошлого века было установлено, что наследственность растений и животных определяется наличием определенного числа хромосом в ядрах клетки. Химический состав хромосом отвечает смеси дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), с последними и стали отождествлять наследственный&nbsp; аппарат живого&nbsp; вещества. Судя по молекулярной массе, ДНК содержат от 10<sup>3</sup> до 10<sup>8</sup> отдельных звеньев-нуклеотидов в общей цепи. Меньшее число (от 80 до 200000) нуклеотидов содержат цепи рибонуклеиновых кислот (РНК), с помощью которых происходит синтез белка в клетке. <br>&nbsp;<br>Азотистых&nbsp; оснований&nbsp; в&nbsp; составе&nbsp; нуклеиновых&nbsp; кислот&nbsp; немного,&nbsp; всего пять. Термин пентоза является общим названием для рибозы и дексорибозы. Отличие между ними всего лишь в одной детали:&nbsp; если&nbsp; гидроксил ОН&nbsp; заменить на водород Н, то вместо рибозы получится дезоксирибоза. В зависимости от числа тетраэдров РО<sub>4</sub> в остатке фосфорных&nbsp; кислот,&nbsp; нуклеотиды&nbsp; называются моно-, ди- или трифосфатами. Образно&nbsp; говоря,&nbsp; пентоза&nbsp; является&nbsp; платформой,&nbsp; к&nbsp; которой&nbsp; с&nbsp; одного&nbsp; бока&nbsp; присоединяется&nbsp; блок азотистого основания а с другого - "хвост" остатка&nbsp; фосфорной&nbsp; кислоты.&nbsp; В&nbsp; качестве примеров&nbsp; приведем&nbsp; структурную формулу одного&nbsp; из&nbsp; самых&nbsp; важных&nbsp; нуклеотидов - АТФ (аденозинтрифосфорной&nbsp; кислоты). При&nbsp; некоторой&nbsp; игре&nbsp; воображения&nbsp; в форме молекулы можно увидеть поднятую&nbsp; голову, тело&nbsp; и&nbsp; хвост "насекомого".&nbsp; Сходство&nbsp; будет ещё более заметным, если указывать только линии химических связей и особенные группы атомов. Отметим, что формула АТФ,&nbsp; записаная&nbsp; в&nbsp; плоскости,&nbsp;&nbsp; не&nbsp; дает&nbsp; точного&nbsp; объемного&nbsp; расположения атомов. Модель&nbsp; в&nbsp; виде&nbsp; вдавленных&nbsp; друг&nbsp; в&nbsp; друга шаров&nbsp; разного&nbsp; размера&nbsp; и цвета (рис. 5.18) дает более точную пространственную конфигурацию. <br><br>[[Image:33-02-01.jpg]]<br><br>Если специфику аминокислот определяет боковой радикал, то индивидуальность нуклеотидов определяется азотистым основанием («головой» молекулы). Как отмечалось выше их всего пять, по четыре они входят в состав ДНК и РНК. <br><br>'''&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ДНК:'''&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Аденин (А), Гуанин (Г), Цитозин (Ц), Тимин (Т) <br>'''&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; РНК:&nbsp;'''&nbsp;&nbsp;&nbsp; Аденин (А), Гуанин (Г), Цитозин (Ц), Урацил (У) <br><br>Принцип&nbsp; полимеризации&nbsp; нуклеотидов&nbsp; в&nbsp; цепи ДНК&nbsp; или&nbsp; РНК&nbsp; следующий: фосфатный «хвост»&nbsp; одного&nbsp; звена&nbsp; присоединяется&nbsp; к&nbsp; углу&nbsp; пентозы,&nbsp; соседнему с тем, где «отрастает» фосфатная цепь другого нуклеотида, и получается&nbsp; цепь&nbsp; платформ,&nbsp; каждая&nbsp; из&nbsp; которых&nbsp; несет&nbsp; свое&nbsp; азотистое&nbsp; основание. Этот процесс&nbsp; определяет формирование первичной&nbsp; структуры нуклеиновых кислот. &nbsp;<br><br>Вторичная&nbsp; структура&nbsp; стабилизируется&nbsp; водородными&nbsp; связями,&nbsp; как&nbsp; и&nbsp; в структуре&nbsp; белков.&nbsp; Но&nbsp; в&nbsp; данном&nbsp; случае&nbsp; между «подходящими»&nbsp; азотистыми основаниями сразу образуется по две или по три водородных связи, что, конечно, упрочняет вторичную структуру. И самая&nbsp; главная особенность таких соединений - каждый конкретный нуклеотид может образовать «зацепление» только с единственным из трех других (в его группе). Если назвать один нуклеотид «замком»,&nbsp; то&nbsp; другой&nbsp; будет «ключом»,&nbsp; подходящим&nbsp; только&nbsp; к&nbsp; этому замку. Зацепления могут возникать как между&nbsp; азотистыми основаниями одной цепи, так и между основаниями соседних цепей. <br>&nbsp;<br>[[Image:33-02-02.jpg]]<br>&nbsp;<br>Говорят,&nbsp; что&nbsp; пары&nbsp; нуклеотидов&nbsp; отвечают&nbsp; принципу&nbsp; комплементарности, цитозин&nbsp; комплементарен&nbsp; гуанину,&nbsp; аденин -&nbsp; тимину и урацилу (последний&nbsp; отличается&nbsp; от&nbsp; тимина&nbsp; только&nbsp; отсутствием&nbsp; группы СН<sub>3</sub>). Принцип&nbsp; комплементарности позволяет объяснить механизм «молекулярного узнавания». Водородные связи (с одной стороны - доноры, с другой - акцепторы электрона) являются своеобразной системой поиска комплементарного участка, принадлежащего своей или другой цепи.<br>&nbsp; <br>Вторичная&nbsp; структура&nbsp; РНК&nbsp; в&nbsp; самом&nbsp; простом&nbsp; случае может&nbsp; быть&nbsp; представлена&nbsp; в&nbsp; виде&nbsp; испорченной&nbsp; застежки-молнии. Там,&nbsp; где&nbsp; подряд&nbsp; располагаются&nbsp; соответствующие&nbsp; друг&nbsp; другу&nbsp; комплементарные&nbsp; звенья, «молния»&nbsp; застегнута, где нет соответствия - появляется петля. В общей цепи могут образоваться&nbsp; несколько&nbsp; петель&nbsp; различного&nbsp; размера.&nbsp; Например,&nbsp; транспортные РНК (тРНК) в большинстве случаев имеют форму клеверного листа, изогнутого наподобие австралийского бумеранга. <br><br>Вторичная&nbsp; структура&nbsp; ДНК&nbsp; более&nbsp; сложная.&nbsp; При&nbsp; химическом&nbsp; анализе этих&nbsp; кислот&nbsp; было&nbsp; установлено&nbsp; эмпирическое&nbsp; правило&nbsp; Чаргаффа:&nbsp; какой&nbsp; бы длины&nbsp; ни&nbsp; была&nbsp; нуклеотидная&nbsp; цепь,&nbsp; всегда&nbsp; количество&nbsp; оснований&nbsp; аденина равнялось&nbsp; количеству&nbsp; оснований&nbsp; тимина,&nbsp; а&nbsp; количество&nbsp; цитозида&nbsp; равнялось количеству гуанина. Причины этого установили Д. Уотстон и Ф. Крик, введя принцип&nbsp; комплементарности.&nbsp; Они&nbsp; экспериментально&nbsp; показали,&nbsp; что&nbsp; ДНК представляет&nbsp; собой&nbsp; двойную&nbsp; спираль,&nbsp; составленную&nbsp; из&nbsp; полностью&nbsp; комплементарных цепей нуклеотидов. Начало одной цепи комплементарно окончанию другой. &nbsp;<br><br>Пояснить&nbsp; ситуацию&nbsp; можно схемой&nbsp; двух&nbsp; лент,&nbsp; закрученных вокруг общей для них оси (рис. 5.20). Шаг спирали b = 3,4 нм, на одном обороте спирали имеется 10 комплементарных&nbsp; пар&nbsp; нуклеотидов, так&nbsp; что&nbsp; межцепные&nbsp; водородные&nbsp;&nbsp; 114 Рис. 5.20. Схема вторичной структуры ДНК«разъемы» располагаются в среднем на расстоянии а = 0,34нм. <br><br>[[Image:33-02-03.jpg]]
+
'''&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 5.5.2. Нуклеиновые кислоты '''<br><br>В классическом естествознании ещё в конце прошлого века было установлено, что наследственность растений и животных определяется наличием определенного числа хромосом в ядрах клетки. Химический состав хромосом отвечает смеси дезоксирибонуклеиновых кислот ([[Тема_9._Нуклеїнові_кислоти:_ДНК_та_РНК.|ДНК]]), с последними и стали отождествлять наследственный&nbsp; аппарат живого&nbsp; вещества. Судя по молекулярной массе, ДНК содержат от 10<sup>3</sup> до 10<sup>8</sup> отдельных звеньев-нуклеотидов в общей цепи. Меньшее число (от 80 до 200000) нуклеотидов содержат цепи рибонуклеиновых кислот (РНК), с помощью которых происходит синтез белка в клетке. <br>&nbsp;<br>Азотистых&nbsp; оснований&nbsp; в&nbsp; составе&nbsp; нуклеиновых&nbsp; кислот&nbsp; немного,&nbsp; всего пять. Термин пентоза является общим названием для рибозы и дексорибозы. Отличие между ними всего лишь в одной детали:&nbsp; если&nbsp; гидроксил ОН&nbsp; заменить на водород Н, то вместо рибозы получится дезоксирибоза. В зависимости от числа тетраэдров РО<sub>4</sub> в остатке фосфорных&nbsp; [[13._Кислоти,_їх_склад,_назви|кислот]],&nbsp; нуклеотиды&nbsp; называются моно-, ди- или трифосфатами. Образно&nbsp; говоря,&nbsp; пентоза&nbsp; является&nbsp; платформой,&nbsp; к&nbsp; которой&nbsp; с&nbsp; одного&nbsp; бока&nbsp; присоединяется&nbsp; блок азотистого основания а с другого - "хвост" остатка&nbsp; фосфорной&nbsp; кислоты.&nbsp; В&nbsp; качестве примеров&nbsp; приведем&nbsp; структурную формулу одного&nbsp; из&nbsp; самых&nbsp; важных&nbsp; нуклеотидов - АТФ (аденозинтрифосфорной&nbsp; кислоты). При&nbsp; некоторой&nbsp; игре&nbsp; воображения&nbsp; в форме молекулы можно увидеть поднятую&nbsp; голову, тело&nbsp; и&nbsp; хвост "насекомого".&nbsp; Сходство&nbsp; будет ещё более заметным, если указывать только линии химических связей и особенные группы атомов. Отметим, что формула АТФ,&nbsp; записаная&nbsp; в&nbsp; плоскости,&nbsp;&nbsp; не&nbsp; дает&nbsp; точного&nbsp; объемного&nbsp; расположения атомов. Модель&nbsp; в&nbsp; виде&nbsp; вдавленных&nbsp; друг&nbsp; в&nbsp; друга шаров&nbsp; разного&nbsp; размера&nbsp; и цвета (рис. 5.18) дает более точную пространственную конфигурацию. <br><br>[[Image:33-02-01.jpg|атф строение]]<br><br>Если специфику аминокислот определяет боковой радикал, то индивидуальность нуклеотидов определяется азотистым основанием («головой» молекулы). Как отмечалось выше их всего пять, по четыре они входят в состав ДНК и [[Нуклеїнові_кислоти:_ДНК_та_РНК._Практикум|РНК]]. <br><br>'''&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ДНК:'''&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Аденин (А), Гуанин (Г), Цитозин (Ц), Тимин (Т) <br>'''&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; РНК:&nbsp;'''&nbsp;&nbsp;&nbsp; Аденин (А), Гуанин (Г), Цитозин (Ц), Урацил (У) <br><br>Принцип&nbsp; полимеризации&nbsp; нуклеотидов&nbsp; в&nbsp; цепи ДНК&nbsp; или&nbsp; РНК&nbsp; следующий: фосфатный «хвост»&nbsp; одного&nbsp; звена&nbsp; присоединяется&nbsp; к&nbsp; углу&nbsp; пентозы,&nbsp; соседнему с тем, где «отрастает» фосфатная цепь другого нуклеотида, и получается&nbsp; цепь&nbsp; платформ,&nbsp; каждая&nbsp; из&nbsp; которых&nbsp; несет&nbsp; свое&nbsp; азотистое&nbsp; основание. Этот процесс&nbsp; определяет формирование первичной&nbsp; структуры нуклеиновых кислот. &nbsp;<br><br>Вторичная&nbsp; структура&nbsp; стабилизируется&nbsp; водородными&nbsp; связями,&nbsp; как&nbsp; и&nbsp; в структуре&nbsp; [[Синтез_белков|белков]].&nbsp; Но&nbsp; в&nbsp; данном&nbsp; случае&nbsp; между «подходящими»&nbsp; азотистыми основаниями сразу образуется по две или по три водородных связи, что, конечно, упрочняет вторичную структуру. И самая&nbsp; главная особенность таких соединений - каждый конкретный нуклеотид может образовать «зацепление» только с единственным из трех других (в его группе). Если назвать один нуклеотид «замком»,&nbsp; то&nbsp; другой&nbsp; будет «ключом»,&nbsp; подходящим&nbsp; только&nbsp; к&nbsp; этому замку. Зацепления могут возникать как между&nbsp; азотистыми основаниями одной цепи, так и между основаниями соседних цепей. <br>&nbsp;<br>[[Image:33-02-02.jpg|нуклеиновые кислоты]]<br>&nbsp;<br>Говорят,&nbsp; что&nbsp; пары&nbsp; нуклеотидов&nbsp; отвечают&nbsp; принципу&nbsp; комплементарности, цитозин&nbsp; комплементарен&nbsp; гуанину,&nbsp; аденин -&nbsp; тимину и урацилу (последний&nbsp; отличается&nbsp; от&nbsp; тимина&nbsp; только&nbsp; отсутствием&nbsp; группы СН<sub>3</sub>). Принцип&nbsp; комплементарности позволяет объяснить механизм «молекулярного узнавания». Водородные связи (с одной стороны - доноры, с другой - акцепторы электрона) являются своеобразной системой поиска комплементарного участка, принадлежащего своей или другой цепи.<br>&nbsp; <br>Вторичная&nbsp; структура&nbsp; РНК&nbsp; в&nbsp; самом&nbsp; простом&nbsp; случае может&nbsp; быть&nbsp; представлена&nbsp; в&nbsp; виде&nbsp; испорченной&nbsp; застежки-молнии. Там,&nbsp; где&nbsp; подряд&nbsp; располагаются&nbsp; соответствующие&nbsp; друг&nbsp; другу&nbsp; комплементарные&nbsp; звенья, «молния»&nbsp; застегнута, где нет соответствия - появляется петля. В общей цепи могут образоваться&nbsp; несколько&nbsp; петель&nbsp; различного&nbsp; размера.&nbsp; Например,&nbsp; транспортные РНК (тРНК) в большинстве случаев имеют форму клеверного листа, изогнутого наподобие австралийского бумеранга. <br><br>Вторичная&nbsp; структура&nbsp; ДНК&nbsp; более&nbsp; сложная.&nbsp; При&nbsp; химическом&nbsp; анализе этих&nbsp; кислот&nbsp; было&nbsp; установлено&nbsp; эмпирическое&nbsp; правило&nbsp; Чаргаффа:&nbsp; какой&nbsp; бы длины&nbsp; ни&nbsp; была&nbsp; нуклеотидная&nbsp; цепь,&nbsp; всегда&nbsp; количество&nbsp; оснований&nbsp; аденина равнялось&nbsp; количеству&nbsp; оснований&nbsp; тимина,&nbsp; а&nbsp; количество&nbsp; цитозида&nbsp; равнялось количеству гуанина. Причины этого установили Д. Уотстон и Ф. Крик, введя принцип&nbsp; комплементарности.&nbsp; Они&nbsp; экспериментально&nbsp; показали,&nbsp; что&nbsp; ДНК представляет&nbsp; собой&nbsp; двойную&nbsp; спираль,&nbsp; составленную&nbsp; из&nbsp; полностью&nbsp; комплементарных цепей нуклеотидов. Начало одной цепи комплементарно окончанию другой. &nbsp;<br><br>Пояснить&nbsp; ситуацию&nbsp; можно схемой&nbsp; двух&nbsp; лент,&nbsp; закрученных вокруг общей для них оси (рис. 5.20). Шаг спирали b = 3,4 нм, на одном обороте спирали имеется 10 комплементарных&nbsp; пар&nbsp; нуклеотидов, так&nbsp; что&nbsp; межцепные&nbsp; водородные&nbsp;&nbsp; 114 Рис. 5.20. Схема вторичной структуры ДНК«разъемы» располагаются в среднем на расстоянии а = 0,34нм. <br><br>[[Image:33-02-03.jpg|структура днк]]
-
<br>Если поискать аналог спирали ДНК, то наиболее подходящим образом будет винтовая вертикальная лестница, ступеньками которой будут водородные&nbsp; связи,&nbsp; причем&nbsp; каждая&nbsp; последующая&nbsp; ступенька&nbsp; повернута&nbsp; относительно предыдущей&nbsp; на 36 °. Как&nbsp; и&nbsp; для&nbsp; белков,&nbsp; нуклеиновые&nbsp; кислоты могут&nbsp; иметь третичную структуру.<br>&nbsp; <br>Во многих&nbsp; случаях шнуры ДНК&nbsp; наматываются&nbsp; на&nbsp; белковые&nbsp; глобулы, образуя&nbsp; нуклеосомы.&nbsp; В&nbsp; чем «польза» дополнительной&nbsp; спирализации&nbsp; в&nbsp; шнуры и упорядоченные клубки? Вся польза - в компактности, которая позволяет достичь&nbsp; очень&nbsp; высокой&nbsp; объемной плотности&nbsp; генетической&nbsp; информации. Для&nbsp; примера&nbsp; приведем&nbsp; несколько цифр. В одной клетке человека, содержащей 46 хромосом, помещаются цепи ДНК&nbsp; длиной 2&nbsp; м&nbsp; при&nbsp; величине&nbsp; самой клетки&nbsp; около 25&nbsp; мкм&nbsp; и&nbsp; размере&nbsp; ядра клетки (где&nbsp; находятся&nbsp; хромосомы) примерно 5 мкм. Подсчитано, что если раскрутить&nbsp; все молекулы ДНК&nbsp; в&nbsp; организме человека в прямую ленту, то она была бы в 80 раз больше расстояния от Земли до Солнца! <br><br>[[Image:33-02-04.jpg]]<br><br><br><br><br>  
+
<br>Если поискать аналог спирали ДНК, то наиболее подходящим образом будет винтовая вертикальная лестница, ступеньками которой будут водородные&nbsp; связи,&nbsp; причем&nbsp; каждая&nbsp; последующая&nbsp; ступенька&nbsp; повернута&nbsp; относительно предыдущей&nbsp; на 36 °. Как&nbsp; и&nbsp; для&nbsp; белков,&nbsp; нуклеиновые&nbsp; кислоты могут&nbsp; иметь третичную структуру.<br>&nbsp; <br>Во многих&nbsp; случаях шнуры ДНК&nbsp; наматываются&nbsp; на&nbsp; белковые&nbsp; глобулы, образуя&nbsp; нуклеосомы.&nbsp; В&nbsp; чем «польза» дополнительной&nbsp; спирализации&nbsp; в&nbsp; шнуры и упорядоченные клубки? Вся польза - в компактности, которая позволяет достичь&nbsp; очень&nbsp; высокой&nbsp; объемной плотности&nbsp; генетической&nbsp; информации. Для&nbsp; примера&nbsp; приведем&nbsp; несколько цифр. В одной клетке человека, содержащей 46 хромосом, помещаются цепи ДНК&nbsp; длиной 2&nbsp; м&nbsp; при&nbsp; величине&nbsp; самой клетки&nbsp; около 25&nbsp; мкм&nbsp; и&nbsp; размере&nbsp; ядра клетки (где&nbsp; находятся&nbsp; [[Хромосомная_теория_наследственности|хромосомы]]) примерно 5 мкм. Подсчитано, что если раскрутить&nbsp; все молекулы ДНК&nbsp; в&nbsp; организме человека в прямую ленту, то она была бы в 80 раз больше расстояния от Земли до Солнца! <br><br>[[Image:33-02-04.jpg|нуклеосомы]]<br><br><br><br><br>  
<br>  
<br>  

Текущая версия на 10:31, 9 июля 2012

Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Нуклеиновые кислоты. Естествознание


                                                                            5.5.2. Нуклеиновые кислоты

В классическом естествознании ещё в конце прошлого века было установлено, что наследственность растений и животных определяется наличием определенного числа хромосом в ядрах клетки. Химический состав хромосом отвечает смеси дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), с последними и стали отождествлять наследственный  аппарат живого  вещества. Судя по молекулярной массе, ДНК содержат от 103 до 108 отдельных звеньев-нуклеотидов в общей цепи. Меньшее число (от 80 до 200000) нуклеотидов содержат цепи рибонуклеиновых кислот (РНК), с помощью которых происходит синтез белка в клетке.
 
Азотистых  оснований  в  составе  нуклеиновых  кислот  немного,  всего пять. Термин пентоза является общим названием для рибозы и дексорибозы. Отличие между ними всего лишь в одной детали:  если  гидроксил ОН  заменить на водород Н, то вместо рибозы получится дезоксирибоза. В зависимости от числа тетраэдров РО4 в остатке фосфорных  кислот,  нуклеотиды  называются моно-, ди- или трифосфатами. Образно  говоря,  пентоза  является  платформой,  к  которой  с  одного  бока  присоединяется  блок азотистого основания а с другого - "хвост" остатка  фосфорной  кислоты.  В  качестве примеров  приведем  структурную формулу одного  из  самых  важных  нуклеотидов - АТФ (аденозинтрифосфорной  кислоты). При  некоторой  игре  воображения  в форме молекулы можно увидеть поднятую  голову, тело  и  хвост "насекомого".  Сходство  будет ещё более заметным, если указывать только линии химических связей и особенные группы атомов. Отметим, что формула АТФ,  записаная  в  плоскости,   не  дает  точного  объемного  расположения атомов. Модель  в  виде  вдавленных  друг  в  друга шаров  разного  размера  и цвета (рис. 5.18) дает более точную пространственную конфигурацию.

атф строение

Если специфику аминокислот определяет боковой радикал, то индивидуальность нуклеотидов определяется азотистым основанием («головой» молекулы). Как отмечалось выше их всего пять, по четыре они входят в состав ДНК и РНК.

                                                     ДНК:     Аденин (А), Гуанин (Г), Цитозин (Ц), Тимин (Т)
                                                     РНК:     Аденин (А), Гуанин (Г), Цитозин (Ц), Урацил (У)

Принцип  полимеризации  нуклеотидов  в  цепи ДНК  или  РНК  следующий: фосфатный «хвост»  одного  звена  присоединяется  к  углу  пентозы,  соседнему с тем, где «отрастает» фосфатная цепь другого нуклеотида, и получается  цепь  платформ,  каждая  из  которых  несет  свое  азотистое  основание. Этот процесс  определяет формирование первичной  структуры нуклеиновых кислот.  

Вторичная  структура  стабилизируется  водородными  связями,  как  и  в структуре  белков.  Но  в  данном  случае  между «подходящими»  азотистыми основаниями сразу образуется по две или по три водородных связи, что, конечно, упрочняет вторичную структуру. И самая  главная особенность таких соединений - каждый конкретный нуклеотид может образовать «зацепление» только с единственным из трех других (в его группе). Если назвать один нуклеотид «замком»,  то  другой  будет «ключом»,  подходящим  только  к  этому замку. Зацепления могут возникать как между  азотистыми основаниями одной цепи, так и между основаниями соседних цепей.
 
нуклеиновые кислоты
 
Говорят,  что  пары  нуклеотидов  отвечают  принципу  комплементарности, цитозин  комплементарен  гуанину,  аденин -  тимину и урацилу (последний  отличается  от  тимина  только  отсутствием  группы СН3). Принцип  комплементарности позволяет объяснить механизм «молекулярного узнавания». Водородные связи (с одной стороны - доноры, с другой - акцепторы электрона) являются своеобразной системой поиска комплементарного участка, принадлежащего своей или другой цепи.
 
Вторичная  структура  РНК  в  самом  простом  случае может  быть  представлена  в  виде  испорченной  застежки-молнии. Там,  где  подряд  располагаются  соответствующие  друг  другу  комплементарные  звенья, «молния»  застегнута, где нет соответствия - появляется петля. В общей цепи могут образоваться  несколько  петель  различного  размера.  Например,  транспортные РНК (тРНК) в большинстве случаев имеют форму клеверного листа, изогнутого наподобие австралийского бумеранга.

Вторичная  структура  ДНК  более  сложная.  При  химическом  анализе этих  кислот  было  установлено  эмпирическое  правило  Чаргаффа:  какой  бы длины  ни  была  нуклеотидная  цепь,  всегда  количество  оснований  аденина равнялось  количеству  оснований  тимина,  а  количество  цитозида  равнялось количеству гуанина. Причины этого установили Д. Уотстон и Ф. Крик, введя принцип  комплементарности.  Они  экспериментально  показали,  что  ДНК представляет  собой  двойную  спираль,  составленную  из  полностью  комплементарных цепей нуклеотидов. Начало одной цепи комплементарно окончанию другой.  

Пояснить  ситуацию  можно схемой  двух  лент,  закрученных вокруг общей для них оси (рис. 5.20). Шаг спирали b = 3,4 нм, на одном обороте спирали имеется 10 комплементарных  пар  нуклеотидов, так  что  межцепные  водородные   114 Рис. 5.20. Схема вторичной структуры ДНК«разъемы» располагаются в среднем на расстоянии а = 0,34нм.

структура днк


Если поискать аналог спирали ДНК, то наиболее подходящим образом будет винтовая вертикальная лестница, ступеньками которой будут водородные  связи,  причем  каждая  последующая  ступенька  повернута  относительно предыдущей  на 36 °. Как  и  для  белков,  нуклеиновые  кислоты могут  иметь третичную структуру.
 
Во многих  случаях шнуры ДНК  наматываются  на  белковые  глобулы, образуя  нуклеосомы.  В  чем «польза» дополнительной  спирализации  в  шнуры и упорядоченные клубки? Вся польза - в компактности, которая позволяет достичь  очень  высокой  объемной плотности  генетической  информации. Для  примера  приведем  несколько цифр. В одной клетке человека, содержащей 46 хромосом, помещаются цепи ДНК  длиной 2  м  при  величине  самой клетки  около 25  мкм  и  размере  ядра клетки (где  находятся  хромосомы) примерно 5 мкм. Подсчитано, что если раскрутить  все молекулы ДНК  в  организме человека в прямую ленту, то она была бы в 80 раз больше расстояния от Земли до Солнца!

нуклеосомы





Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.



Содержание урока
1236084776 kr.jpg конспект урока
1236084776 kr.jpg опорный каркас  
1236084776 kr.jpg презентация урока
1236084776 kr.jpg акселеративные методы 
1236084776 kr.jpg интерактивные технологии 

Практика
1236084776 kr.jpg задачи и упражнения 
1236084776 kr.jpg самопроверка
1236084776 kr.jpg практикумы, тренинги, кейсы, квесты
1236084776 kr.jpg домашние задания
1236084776 kr.jpg дискуссионные вопросы
1236084776 kr.jpg риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
1236084776 kr.jpg аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
1236084776 kr.jpg фотографии, картинки 
1236084776 kr.jpg графики, таблицы, схемы
1236084776 kr.jpg юмор, анекдоты, приколы, комиксы
1236084776 kr.jpg притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
1236084776 kr.jpg рефераты
1236084776 kr.jpg статьи 
1236084776 kr.jpg фишки для любознательных 
1236084776 kr.jpg шпаргалки 
1236084776 kr.jpg учебники основные и дополнительные
1236084776 kr.jpg словарь терминов                          
1236084776 kr.jpg прочие 

Совершенствование учебников и уроков
1236084776 kr.jpg исправление ошибок в учебнике
1236084776 kr.jpg обновление фрагмента в учебнике 
1236084776 kr.jpg элементы новаторства на уроке 
1236084776 kr.jpg замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
1236084776 kr.jpg идеальные уроки 
1236084776 kr.jpg календарный план на год  
1236084776 kr.jpg методические рекомендации  
1236084776 kr.jpg программы
1236084776 kr.jpg обсуждения


Интегрированные уроки


Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.