Длина нуклеотида – 0,34 нм. Масса нуклеотида – 345 да (аем).

Нуклеиновые кислоты. Впервые были описаны в 1869 году швейцарским биохимиком Ф. Мишером (1844-1895 гг.).

В зависимости от пентозыразличают два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновую (РНК, входит рибоза) и дезоксирибо­нуклеиновую (ДНК, входит дезоксирибоза). В нуклеотидах РНК содержатся азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У).

ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей.

В нуклеотидах ДНК содержатся азотистые основа­ния: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц).

Они соединены между собой водородными связями, которые образуются между нуклео­тидами: два — между аденином и тимином, три — между цито­зином и гуанином.

Американский биохимик Дж. Уотсон и английский генетик Ф. Крик в 1953 году предложили модель пространственной струк­туры ДНК. Позднее она была подтверждена экспериментально. 1) Первичная структура: ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Они соединены между собой водородными связями, которые образуются между нуклео­тидами: дв е связи — между аденином и тимином, три — между цито­зином и гуанином

2) Вторичная структура:Две полинуклеотидные цепи ДНК, образуют спираль. Между азотистыми основаниями рас­стояние составляет 0,34 нм.Шаг спирали равняется 3,4 нм и со­держит десять пар азотистых оснований, диаметр спирали состав­ляет около 2 нм.

3) Третичная структура: двойная спираль ДНК соединяется с ядерными белками (гистонами), и сокращается в 5 раз.

Образуется нуклеосома (от лат. nucleus — ядро, от греч. сома — тело). 4) Четвертичная структура: хромосома, которая наиболее компактна в период деления. Т.е. 1 уровень –связи между нуклеотидами (аденин, тимин, гуанин, цитозин), 2- й – спираль, 3- й нуклеосома, 4 – й – хромосома. Причём, аденин соединяется с тимином в противоположной цепи, гуанин с цитозин.

У многих прокариот, некоторых вирусов, в митохондриях и хлоропластах эукариот ДНК имеет кольцевую структуру и не соединя­ется с белками.

Денатурация ДНК - разрыв водородных связей между комплементарны­ми азотистыми основаниями. (действие кислот, щелочей, высоких или низких температур и т. п.)

Ренатурация – восстановление ДНК после прекращения действия неблагоприятных фак­торов.

Деструкция — это процесс разрушения первичной структуры ДНК.

Функции ДНК: сохраняет, воссоздает наследственную инфор­мацию, во время деления материнской клетки обеспечивает ее передачу дочерним клеткам, с нее происходит синтез белка. Ко­личество ДНК в клетке является видовым признаком.

Основная часть ДНК сосредоточена в хромосомах клетки. Незначительная ее часть находится в митохондриях и пластидах. У прокариот — кольцевая ДНК, плазмиды

Рибонуклеиновые кислоты (РНК). РНК состоит, как прави­ло, из одной цепи, закрученной в спираль. У вирусов есть двухце­почные РНК. РНК содержится в ядрышке, ядре, цитоплазме, ри­босомах. Молекулы РНК более длинные, чем молекулы ДНК.

Различают три типа РНК:

рибосомную, матричную (информа­ционную — иРНК), транспортную (тРНК).

Синтезируется РНК с участием ферментов PHК-полимераз на молекуле ДНК. Последовательность нуклеотидов участка молеку­лы ДНК определяет порядок расположения нуклеотидов в молеку­ле РНК. У большинства клеток содержание РНК значительно большее (от 5 до 10 раз), чем содержание ДНК. Наибольшая часть РНК приходится на рибосомную.

Функции РНК: реализует наследственную информацию, при­нимает участие в синтезе белков. Информационная (матричная) РНК (иРНК) представляет собой копию участка ДНК, то есть одного или нескольких генов. Она переносит генетическую информацию к месту синтеза полипептидной цепи и принимает в нем непосредственное участие. Аденину в РНК соответствует урацил.

Подобно молекуле ДНК, иРНК имеет вторичную и третичную структуры, которые формируются с помощью водородных связей, гидрофобных, электростатических взаимодействий и т. п.

Рибосомная РНК Входит в состав рибосомы и взаимодействует с ее белка­ми. Выполняет структурную фун­кцию: обеспечивает определенное пространственное расположение иРНК и тРНК на рибосоме.

Транспортная РНК (тРНК) — переносит аминокислоты к месту син­теза белка. К месту син­теза белка каждая аминокислота транспортируется своей тРНК. тРНК транспортируются элементами цитоскелета клетки.

Имеет форму трехлистника (листка клевера), наверхушке тРНК расположен триплет нуклеотидов – антикодон, соответ­ствующий кодону иРНК.

Возле ос­нования т - РНКесть участок, к которому благодаря ковалентной связи мо­лекула аминокислоты прикрепляется.

Наиболее известным соединением – рибонуклеотидом является АМФ (аденозинмонофосфорная кислота), которая может присоединять еще два ос­татка фосфорной кислоты и образовывать АТФ — аденозинтрифосфорную кислоту. Это богатое энергией соединение. При образова­нии связей между остатками фосфорной кислоты в нуклеотидах накапливается много энергии. При разрыве этой связи выделяет­ся много энергии, значительно больше, чем при разрыве обычной ковалентной связи.

Такая связь называется макроэргической (от греч. макрос — большой, эргон — работа).

В молекуле АТФ две макро­эргические связи. АТФ гидролитично расщепляется до АДФ (аденозиндифосфорной кислоты), а затем до АМФ с выделением энергии. Восстанавливается из АДФ путем присоединения остатка фосфор­ной кислоты, и сопровождается это аккумулированием энергии. Отщепление 1 молекулы фосфорной кислоты сопровождается вы­делением почти 4 0 кДж энергии. (всего АТФ содержит 80кДж).

Правило Чаргаффа (для ДНК): число адениловых ну­клеотидов равняется количеству тимидиловых, а гуаниловых — количеству цитозидиловых, то есть А = Т, Г = Ц, или А + Г = Т + Ц. Принцип комплементарности (от лат. complementum — до­полнение) — это правило строгого соответствия:

аденина (А) — тимину (Т) или урацилу (У) в РНК,

гуанина (Г) — цитозину (Ц).

Молекулы ДНК способны к самоудвоению — репликации (от англ. replica — отражение), редупликации (от лат. duplicatio — удвоение). В основе ее лежит принцип комплементарности. В ново­образованной цепи последовательность нуклеотидов определяется их последовательностью в цепи первичной молекулы ДНК. Одна цепь принадлежит материнской молекуле, вторая — синтезирует­ся. Такой метод называется полуконсервативным (рис. 12.2 стр 64 старого учебника). Синтез новых цепей катализируется ферментом ДНК-полимеразой.

Скорость репликации ДНК у млекопитающих составляет приблизительно 50 нуклеотидов в секунду. Под влиянием внешних факторов мо­гут возникнуть любые повреждения. Они могут быть исправлены на матрице второй цепи. Соответствующие ферменты (рестриктаза) удаляют по­врежденные участки, встраивают новые. Этот процесс называется репарацией.

рис. 4 Репликация ДНК

Решение задач по репликации и транскрипции.

1. Укажите последовательность нуклеотидов во второй цепи ДНК:

ЦАГ – ЦГТ – АЦЦ – ГАА – ТЦГ

ГТЦ – ГЦА – ТГГ – ЦТТ – АГЦ

2. Укажите последовательность нуклеотидов молекулы и - РНК, синтезированных на участке гена ДНК: ААЦ – ЦАЦ – ЦАГ – ГАЦ

УУГ – ГУГ – ГУЦ – ЦУГ

3. Укажите антикодон т – РНК, соответствующий кодону на и – РНК: АГЦ

а) ТЦГ б) УГЦ в) ТАГ г) УЦГ

4. В составе нуклеотидов молекулы и – РНК гуанина - 24%, аденина - 38%, цитозина - 22%.

Определить название и количество четвёртого нуклеотида.

Решение: 1) 24+38+22=84; 2) 100 – 84 = 16% урацила.

5. Двойная цепочка ДНК содержит 1400 тимидиловых нуклеотидов, что составляет 28% от общего количества нуклеотидов. Определить длину этой ДНК.

Решение: 1) Составляем пропорцию: 28% - 1400 нуклеотидов;

100% - х нуклеотидов. 1400 · 100: 28 = 5000 нукл.

2) 5000: 2 = 2500 нуклеотидов – количество нуклеотидов в одной цепочке.

3) 2500 · 0,24 = 850 нм – длина ДНК.

2. Фрагмент молекулы ДНК содержит 440 адениловых нуклеотидов, что составляет 22% от общего количества нуклеотидов в фрагменте. Определите, сколько цитодиловых, гуаниловых, и тимидиловых нуклеотидов содержится в данном фрагменте, каковы его длина и молекулярная масса.

Дано: А = 440 нуклеотидов = 22%.

Найти: Г -? Т -? Ц -?, и их количество; l фрагмента -?, m фрагмента -?

Решение:

1. По принципу комплементарности, А = Т = 440 = 22%.
2. По правилу Чаргаффа, (А + Т) + (Г + Ц) = 100%; А + Т = 22% + 22% = 44%.

Тогда Г + Ц = 100% - 44% = 56%. На Г и Ц отдельно – по 28%.

3. Найдём количество гуанина и цитозина:

22% - 440

28% - х

Х ₌ 440 · 28 ₌ 560 нуклеотидов. Г = Ц = 560.

1. Определим общее количество нуклеотидов в данном фрагменте ДНК:

440 + 440 +560 + 560 = 2000 нуклеотидов. Найдём вес этого фрагмента:

m фрагмента = 345 · 2000 = 690000 дальтон.

1. Длина фрагмента. Так как ДНК состоит из двух цепочек, то нам надо определить длину

2000: 2 = 1000 нуклеотидов.

Длина фрагмента: 0,34· 1000 = 340 нм.

Ответ: Т = 440 = 22%, Г =28%, Ц = 28%, Тимина – 440, Гуанина – 560, Циттозина – 560.

l фрагмента = 340 нм, m фрагмента = 690000 дальтон (аем).