Тема урока: Структура и функции нуклеиновых кислот.
Цель урока:
- сформировать знания о строении, свойствах, структуре молекул нуклеиновых кислот, как биополимеров, о принципе комплиментарности в ДНК;
- раскрыть роль нуклеиновых кислот в живой природе.
План урока
Запишите в тетради дату, тему, цель и читайте текст конспекта, кратко! записывая основные мысли.
Из истории открытия нуклеиновых кислот
Фридрих Иоганн Мишер (1844-1895) родился в Базеле. Окончил с отличием гимназию в этом городе. Посещал музыкальный кружок, в котором участвовали также его отец – профессор патологической анатомии, дядя – профессор физиологии В.Гис, известный химик К.Шёнбейн. В 1868 году окончил Базельский университет В том же году начал исследовать клетки гноя в лаборатории Гоппе-Зейлера в Тюбингене. В 1869 году Мишером была открыта ДНК. Вначале новое вещество получило название нуклеин (лат. Nucleus – ядро), полагая, что оно содержится лишь в ядрах клеток. Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. Более того, даже в начале XX века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию. Постепенно было доказано, что именно ДНК, а не белки, как считалось раньше, является носителем генетической информации.
Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и “правил Чаргаффа”, согласно которым в каждой молекуле ДНК соблюдаются строгие соотношения, связывающие между собой количество азотистых оснований разных типов. К 1953 году было известно, что ДНК состоит из 4 нуклеотидов, а каждый из них – из одного азотистого основания, 5-углеродного сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Не было понятно, как эти части соединяются в молекулы ДНК.
Уотсон и Крик сделали модели нуклеотидов и попытались построить из них двойную спираль. Это получилось только после того, когда они догадались перевернуть одну из цепей, так что те шли навстречу друг другу – антипараллельно. Такая модель показывает, как способность ДНК к воспроизводству своей структуры (свойство, лежащее в основе передачи признаков при делении клеток) объясняется ее химическим строением: при копировании ДНК порядок чередования нуклеотидов в одной цепи однозначно задает порядок чередования нуклеотидов в другой цепи, строящейся на первой, как на матрице.
Позже предложенная Уотсоном и Криком модель строения ДНК была доказана, а их работа отмечена Нобелевской премией по физиологии и медицине 1962 г. Среди лауреатов не было скончавшейся к тому времени Розалинды Франклин, так как премия не присуждается посмертно.
Френсис Крик родился в Нортхемптоне (Великобритания). В 1937 году окончил Университетский колледж в Лондоне. С 1937 преподавал в Кембриджском университете. С 1939 по 1947 год работал в США. С 1977 года – в Биологическом институте в Сан-Диего (США). Вместе с Джеймсом Уотсоном разработал знаменитую модель ДНК – двойную спираль. В опытах на фагах установил основные принципы генетического кода. Член Лондонского королевского общества (с 1959 года), Национальной Академии наук США, Германской академии наук, почетный член Американской академии искусств и наук (с 1962 года).
Джеймс Дьюи Уотсон (род.1928), родился в Чикаго. Окончил Чикагский университет в 1947 году как зоолог. Работал в Индианском университете. Вирусолог С. Лурия посоветовал ему заняться ДНК. Уотсон поехал в Данию, и немного поработал в Копенгагенском университете, откуда перебрался в Кембриджский. Там Уотсон вместе с Френсисом Криком предложил знаменитую модель ДНК – двойную спираль.
Работал также в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. С 1956 года преподавал биологию в Гарвардском университете. С 1962 года консультант президента США по науке, с 1968 года – директор лаборатории в Колд-Спрингс-Харборе (штат Нью-Йорк). Изучал структуру вирусов и их роль в онкогенезе, исследовал бактериальные рибосомы и роль РНК в синтезе белка.
Сравнительная характеристика ДНК и РНК
Нуклеиновые кислоты – это полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
Каждый нуклеотид содержит:
1 молекула фосфорной кислоты
1 молекула сахара Дезоксирибоза или Рибоза
Одно из четырех азотистых оснований: Аденин. Гуанин. Цитозин. Тимин у ДНК, вместо Тимина Урацил у РНК.
Пользуясь текстом учебника п.28, с. 187, заполните таблицу
| Признаки | ДНК | РНК |
| Строение макромолекулы | Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью | Одинарная полинуклеотидная цепочка |
| Азотистое основание | пуриновые: аденин, гуанин, пиримидиновые — тимин, цитозин | пуриновые: аденин, гуанин, пиримидиновые —урацил, цитозин |
| Сахар | дезоксирибоза | рибоза |
| Свойства | Способна к самоудвоению по принципу комплементарности (дополнительности) А = Т, Т = А, Г = Ц, Ц= Г. Стабильна | Не способна к самоудвоению. Лабильна. (Генетическая РНК вирусов способна к редупликации) |
| Функции | Хранение и передача наследственной информации | Каждый вид РНК выполняет специфическую функцию |
Репликация ДНК.
Молекулы ДНК обладают поразительным свойством, не присущим ни одной другой из известных молекул, - способностью к удвоению. Что представляет собой процесс удвоения? Вы помните, что двойная спираль ДНК построена по принципу комплементарности (см. рис. 59 в учебнике, п.28). Этот же принцип лежит в основе удвоения молекул ДНК. С помощью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК, разрываются, нити расходятся, и к каждому нуклеотиду каждой из этих нитей последовательно пристраиваются комплементарные нуклеотиды. Разошедшиеся нити исходной (материнской) молекулы ДНК являются матричными - они задают порядок расположения нуклеотидов во вновь синтезируемой цепи. В результате действия сложного набора ферментов происходит соединение нуклеотидов друг с другом. При этом образуются новые нити ДНК, комплементарные каждой из разошедшихся цепей
Таким образом, в результате удвоения создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из них имеет одну нить, полученную от материнской молекулы, и одну нить, синтезированную вновь.
Дочерние молекулы ДНК ничем не отличаются друг от друга и от материнской молекулы. При делении клетки дочерние молекулы ДНК расходятся по двум образующимся клеткам, каждая из которых вследствие этого будет иметь ту же информацию, которая содержалась в материнской клетке. Так как гены - это участки молекул ДНК, то две дочерние клетки, образующиеся при делении, имеют одинаковые гены.
Каждая клетка многоклеточного организма возникает из одной зародышевой клетки в результате многократных митотических делений, поэтому все клетки организма имеют одинаковый набор генов. Случайно возникшая ошибка в гене зародышевой клетки будет воспроизведена в генах миллионов ее потомков. Вот почему все эритроциты больного серповидноклеточной анемией имеют одинаково «испорченный» гемоглобин. Дети, больные анемией, получают «испорченный» ген от родителей через их половые клетки. Информация, заключенная в ДНК клеток (генетическая информация), передается не только из клетки в клетку, но и от родителей к детям. Ген является единицей генетической, или наследственной, информации.
Трудно, глядя на типографскую матрицу, судить о том, хорошая или плохая книга будет по ней напечатана. Невозможно судить и о качестве генетической информации по тому, «хороший» или «плохой» ген получили потомки по наследству, до тех пор, пока на основе этой информации не будут построены белки и не разовьется целый организм.
Виды РНК и их функции
и-РНК - информационная — передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы, могут состоять из 300-30000 нуклеотидов
р –РНК - рибосомальная — входит в состав рибосом; на ее долю приходится 80-90% РНК цитоплазмы, её молекулы относительно невелики и состоят из 3 -5 тысяч нуклеотидов
тРНК – транспортная— переносит аминокислоты к рибосомам, включают 76-85 нуклеотидов
митохондриальная и пластидная — входят в состав рибосом этих органелл
Генетический код
- Наследственная информация – это информация о первичной структуре молекулы белка (Все свойства живых организмов обусловлены их белками)
- Основное положение молекулярной биологии утверждает, что перенос генетической информации может происходить от ДНК через и-РНК к белку, то есть по схеме:
ДНК → и-РНК → белок.
Для перевода последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК и и-РНК в последовательность аминокислот в синтезируемой молекуле белка используется специальный генетический код.
Генетический код
- это последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющая последовательность расположения аминокислот в молекуле белка
Ген – это отрезок молекулы ДНК, несущий информацию об одном белке