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.



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.
 

 
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.

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!

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

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

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

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

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

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

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 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.