РАБОТА ВЫПОЛНЕНА учителем химии средней школы 118 Выборгского района Санкт - Петербурга ТИХОМИРОВОЙ ЛЮДМИЛОЙ ВИКТОРОВНОЙ

Детский вопрос. «Почему у коров рождаются телята, а у людей – люди?»

Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты - биологические полимерные молекулы, хранящие всю информацию об отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению. Нуклеиновые кислоты есть в ядрах клеток всех растительных и животных организмов, что определило их название ( лат. nucleus – ядро )

Виды НК: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) РНК (рибонуклеиновая кислота) АТФ (аденозинтрифосфорная кислота)

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономером которых является нуклеотид. Нуклеотид состоит из углевода, азотистого основания и остатка фосфорной кислоты. В молекулах ДНК и РНК присутствуют 4 вида нуклеотидов. НК состоят из элементов: C, O, H, N, P.

Состав ДНК. Углевод – дезоксирибоза Азотистые основания Остаток фосфорной кислоты

Состав РНК. Углевод – рибоза Азотистые основания Остаток фосфорной кислоты

Схема строения нуклеотида.

Первичная структура ДНК. Молекула ДНК служит отправной точкой в процессе роста и развития организма. На рисунке показано, как объединяются в полимерную цепь два типа чередующихся исходных соединений, показан не способ синтеза, а принципиальная схема сборки молекулы ДНК.

На втором этапе сборки к свободным группам ОН дезоксирибозы присоединяются показанные ранее азотсодержащие гетероциклические соединения, образуя у полимерной цепи боковые подвески

Вторичная структура ДНК.

В каком направлении читать ДНК?

Фрагмент молекулы ДНК.

Вращающаяся модель двойной спирали ДНК. Стреловидные окончания полимерных молекул указывают, что направление цепей противоположно

Строение полимерной цепи и обязательное присутствие четырех видов гетероциклов однотипно для всех представителей живого мира. У всех животных и высших растений количество пар А – Т всегда несколько больше, чем пар Г – Ц. Отличие ДНК млекопитающих от ДНК растений в том, что у млекопитающих пара А – Т на всем протяжении цепи встречается ненамного чаще (приблизительно в 1,2 раза), чем пара Г – Ц. В случае растений предпочтительность первой пары гораздо более заметна (приблизительно в 1,6 раза). ДНК – одна из самых больших известных на сегодня полимерных молекул, у некоторых организмов ее полимерная цепь состоит из сотен миллионов звеньев. Длина такой молекулы достигает нескольких сантиметров, это очень большая величина для молекулярных объектов. Т.к. поперечное сечение молекулы всего 2 нм (1 нм = м), то ее пропорции можно сопоставить с железнодорожным рельсом длиной в десятки километров.

Функции ДНК. Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В организме ДНК, являясь основой уникальности индивидуальной формы, определяет, какие белки и в каких количествах необходимо синтезировать.

Первичная структура РНК. Порядок следования группировок А, У, Г и Ц, а также их количественное соотношение может быть различным. Основное отличие от ДНК – наличие группировок ОН в рибозе (красный цвет) и фрагмента урацила (синий цвет). Полимерная цепь РНК приблизительно в десять раз короче, чем у ДНК. Дополнительное отличие в том, что молекулы РНК не объединяются в двойные спирали, состоящие из двух молекул, а обычно существуют в виде одиночной молекулы, которая на некоторых участках может образовывать сама с собой двухцепные спиральные фрагменты, чередующиеся с линейными участками.

Вторичная структура РНК. Пары, связанные водородными связями и формирующие спираль (А-У и Г-Ц), возникают на тех участках, где расположение групп оказывается благоприятным для такого взаимодействия

Виды РНК. Существует три основных вида РНК. Информационная ( матричная ) РНК – мРНК (5%) Наиболее разнородная по размерам, структуре и стабильности группа молекул РНК с длиной цепи нуклеотидов. мРНК представляет собой полинуклеотидную незамкнутую цепь. Единой пространственной структуры, характерной хотя бы для большинства мРНК, не обнаружено. Все мРНК объединяет их функция – они служат в качестве матриц для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК.

Образование матричной РНК. На первой стадии часть двойной спирали раскрывается, освободившиеся ветви расходятся, и на группах А, Т, Г и Ц, оказавшихся доступными, начинается синтез РНК, называемой матричной РНК, поскольку она как копия с матрицы точно воспроизводит информацию, записанную на раскрывшемся участке ДНК. Напротив группы А, принадлежащей молекуле ДНК, располагается фрагмент будущей матричной РНК, содержащий группу У, все остальные группы располагаются друг напротив друга в точном соответствии с тем, как это происходит при образовании двойной спирали ДНК

Синтез белковых молекул. На втором этапе матричная ДНК перемещается из ядра клетки в околоядерное пространство – цитоплазму. К полученной матричной РНК подходят так называемые транспортные РНК, которые несут с собой (транспортируют) различные аминокислоты. Каждая транспортная РНК, нагруженная определенной аминокислотой, приближается к строго обусловленному участку матричной РНК, нужное место обнаруживается с помощью все того же принципа взаимосоответствия групп А-У, и Г-Ц. В конечном итоге две аминокислоты, оказавшиеся рядом, взаимодействуют между собой, так начинается сборка будущей белковой молекулы

Транспортная ( акцепторная ) РНК – тРНК. Самая маленькая из РНК. Молекулы тРНК состоят из нуклеотидов. Функция тРНК – перенос аминокислот к синтезируемой молекуле белка. Число различных видов тРНК в клетке невелико : Все они имеют сходную пространственную организацию.

Строение транспортной РНК.

Рибосомная РНК – рРНК. Одноцепочечные нуклеиновые кислоты, которые в комплексе с рибосомными белками образуют рибосомы – органеллы, на которых происходит синтез белка. рРНК – разнородная группа молекул с длинной цепи нуклеотидов. В клетке больше всего содержится рРНК, значительно меньше тРНК и совсем немного мРНК. Так, у кишечной палочки E.coli соотношение этих видов РНК составляет примерно 82%, 16 и 2%, соответственно.

История открытия. В 1869 году, когда Ф. Мишер выделил из ядер клеток особое вещество, обладавшее кислыми свойствами и названное им нуклеином. Нуклеин содержал большое количество фосфора. В 1889 году Альтман ввёл термин – нуклеиновая кислота. Начиная с 1879 года А. Коссель стал проводить свои исследования по химии нуклеина. Он показал, что в его состав кроме фосфорной кислоты входят пурины и пиримидины ( азотистые основания ), а также углеводные компоненты. Было обнаружено четыре азотистых оснований : два пурина – аденин и гуанин и два пиримидина – тимин и цитозин

Из истории исследований нуклеиновых кислот. Понимание того, что в ДНК зашифрована вся информация о живом организме, пришло в середине 20 в., структуру двойной спирали ДНК установили в 1953 Дж.Уотсон и Ф.Крик на основании данных рентгеноструктурного анализа, что признано крупнейшим научным достижением 20 столетия. В середине 70-х годов 20 в. появились методики расшифровки детальной структуры нуклеиновых кислот, а вслед за тем были разработаны способы их направленного синтеза. Сегодня ясны далеко не все процессы, происходящие в живых организмах с участием нуклеиновых кислот, и сегодня это одна из самых интенсивно развивающихся областей науки. Дж.УотсонФ.Крик

АТФ. АТФ – аденозинтрифосфат – является производным нуклеотида аденозина, в котором к его фосфату линейной ковалентной связью присоединены ещё 2 фосфата ( остатка фосфорной кислоты ).

АТФ – достаточно стабильное соединение, он способен перемещаться по всей клетке, « храня в себе » запас энергии. В том месте, где она необходима, АТФ расщепляется и выделяет « порцию » энергии. Образуется АТФ преимущественно в митохондриях. АТФ является универсальным переносчиком энергии. Все живые организмы Земли используют его. Существуют и другие макроэргические связи, но только АТФ является « всеобщей энергетической валютой », которую « признают » все химические процессы.

Геном человека содержит 3,5 миллиарда оснований, которые составляют десятки тысяч генов в 23 парах хромосом человека. Проект «Геном человека» - с 1990 г по апрель 2003 года

Сравнение ДНК и РНК. Молекула ДНК содержит более 30 тысяч пар оснований М R = 100 тыс до нескольких млн. Находится в хромосомах ядер клетки. Молекула РНК содержит 5-6 тысяч пар оснований. М R = 20 тыс до 200 тыс Находятся в цитоплазме и рибосомах.

Нуклеиновые кислоты. Сравнение.ДНКРНК Состав нуклеотида Углевод Дезоксирибоза С 5 Н 10 О 4 Рибоза С 5 Н 10 О 5 Азотистое основание Аденин, Гуанин, Тимин, Цитозин Аденин, Гуанин, Тимин, Урацил Остаток кислоты Фосфорная Н 3 РО 4

МrМr 100 тыс – несколько млн 20 – 200 тыс Число структурных звеньев до 30 тыс.5 – 6 тыс Нахождение в клетке Ядро (хромосомы) ~ 30% не входят в состав генов Цитоплазма, рибосомы

Строение Первичная, вторичная структура ( двойная спираль), третичная Первичная и вторичная структуры Функции в организме Хранение и передача наследственной информации Информационная ( матричная ) РНК Транспортная ( акцепторная ) РНК Рибосомная РНК

Словарь терминов Мейтоз – деление клетки. Редупликация – удвоение цепи ДНК. Комплементарность – структурное соответствие двух цепей НК ( А – Т или А – У и Г – Ц и наоборот). Транскрипция – перенос информации с ДНК на РНК. Трансляция – процесс перевода информации с последовательности нуклеотидов мРНК в последовательность АК в полипептидной цепи белка.

Словарь терминов Ген –это участок ДНК, на котором записана последовательность нуклеотидов для синтеза одного белка. Генетический код – каждой АК соответствует строго определенная последовательность трех азотистых оснований. – КОДОН. (Г-Г-У – глицин, Г-Ц-У - аланин и т. д.)

Только осуществляя свои лучшие мечты, человечество подвигается вперед. К. Тимирязев.