Біологія і хімія

Нуклеїнові кислоти - це високомолекулярні органічні сполуки. Вперше вони були виявлені в ядрах клітин, звідси і отримали відповідну назву (Нуклеус - ядро).

Значення нуклеїнових кислот в клітині дуже велике. Вони зберігають і передають спадкову інформацію. Існує два типи нукеінових кислот: дезоксирибонуклеїнова (ДНК) і рибонуклеїнова (РНК). ДНК утворюється і міститься переважно в ядрі клітини, РНК, виникаючи в ядрі, виконує свої функції в цитоплазмі і ядрі. Нуклеїнові кислоти - це полімери, побудовані з величезного числа мономерних одиниць, званих нуклеотидами.

Кожен нуклеотид - хімічна сполука, що складається з азотистої основи, пятиуглеродного цукру (пентози) і залишку фосфорної кислоти.

Останній і визначає приналежність нуклеїнових до класу кислот. Два типи нуклеїнових кислот виділяють, виходячи з різних видів пентози, присутньої в нуклеотиде: РНК (РНК) містять рибозу, а дезоксирибонуклеїнової (ДНК) - дезоксирибози. В обох типах нуклеїнових кислот містяться азотисті основи чотирьох різних видів: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц) і тимін (Т), а в РНК замість тиміну - урацил.

Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, свити разом навколо однієї поздовжньої осі, в результаті чого утворюється подвійна спіраль. Дві ланцюга ДНК з'єднані в одну молекулу азотистими підставами. При цьому аденін з'єднується тільки з тиміном, а гуанін - з цитозином. У зв'язку з цим послідовність нуклеотидів в одному ланцюжку жорстко визначає їх послідовність в іншій. Суворе відповідність нуклеотидів один одному в парних ланцюжках молекули ДНК отримала назву комплементарное. У полинуклеотидной ланцюжку сусідні нуклеотиди пов'язані між собою через цукор (дезоксирибози) і залишок фосфорної кислоти. У молекулі ДНК послідовно з'єднані багато тисяч нуклеотидів, молекулярна маса цього з'єднання досягає десятків і сотень мільйонів.

Роль ДНК полягає в зберіганні, відтворенні і передачі з покоління в покоління спадкової інформації. ДНК несе в собі закодовану інформацію про послідовність амінокислот в білках, синтезованих клітиною. Клітка має необхідний механізмом синтезу ДНК.

Процес самоудвоения. або реплікації (редуплікації, аутореплікації), йде поетапно: спочатку під дією спеціального ферменту розриваються водневі зв'язки між азотистими підставами, потім в результаті цього вихідна подвійна ланцюжок молекули ДНК поступово розпадається на дві одинарні. Одна нитка ДНК відходить від іншої, потім кожна з них синтезує нову шляхом приєднання вільних комплементарних нуклеотидів, що знаходяться в цитоплазмі (аденін до тимін, гуанін до цитозин).

Так відновлюється подвійна ланцюг ДНК - точна копія «материнської» молекули ДНК. Але тепер таких подвійних молекул вже дві. Тому синтез ДНК і отримав назву реплікації (подвоєння): кожна молекула ДНК як би сама себе подвоює. Іншими словами, кожна нитка ДНК служить матрицею, а її удвоеніеназивается матричних синтезом. У живих клітинах в результаті подвоєння нові молекули ДНК мають ту ж структуру, що і початкові: одна нитка була вихідною, а друга зібрана заново. У зв'язку з цим в дочірніх клітинах зберігається та ж спадкова

інформація.В цьому полягає глибокий біологічний сенс, тому що порушення структури ДНК зробило б неможливими збереження і передачу у спадок генетичної інформації, що забезпечує розвиток властивих організму ознак.

Молекулярна структура РНК близька до такої ДНК. Але РНК на відміну від ДНК в більшості випадків буває одноцепочечной.

До складу молекули РНК входять також 4 типи нуклеотидів, але один з них інший, ніж в ДНК: замість тиміну в РНК міститься урацил. Крім того, у всіх нуклеотидах молекули РНК знаходиться не дезоксирибоза, а рибоза. Молекули РНК не настільки великі, як молекули ДНК. Існує кілька форм РНК. Назви їх пов'язані з виконуваними функціями або розташуванням в клітці.

Молекули рРНК відносно невеликі і складаються з 3 - 5 тис. Нуклеотидів.

Інформаційні (іРНК). або матричні (мРНК), РНК переносять інформацію про послідовність нуклеотидів в ДНК, що зберігається в ядрі, до місця синтезу білка. Розмір цих РНК залежить від довжини ділянки ДНК, на якому вони були синтезовані. Молекули мРНК можуть складатися з 300 - 30 000 нуклеотидів.

Молекули транспортних РНК (тРНК) найкоротші і складаються з 76 - 85 нуклеотидів. Транспортні РНК доставляють амінокислоти до місця синтезу білка, причому кожна амінокислота має свою тРНК. Всі види РНК синтезуються в ядрі клітини за тим же принципом комплементарності на одній з ланцюгів ДНК.

Значення РНК полягає в тому, що вони забезпечують синтез в клітці специфічних для неї білків.

АТФ (АТФ) входить до складу будь-якої клітини, де виконує одну з найважливіших функцій - накопичувача енергії. Це нуклеотид, що складається з азотистої основи аденіну, цукру рибози і трьох залишків фосфорної кислоти. Нестійкі хімічні зв'язки, якими сполучені молекули фосфорної кислоти в АТФ, дуже багаті енергією (макроергічні зв'язку). При розриві цих зв'язків енергія вивільняється і використовується в живій клітині, забезпечуючи процеси життєдіяльності і синтезу органічних речовин. Відрив однієї молекули фосфорної кислоти супроводжується виділенням близько 40 кДж енергії. При цьому АТФ переходить в аденозиндифосфат (АДФ), а при подальшому відщепленні залишку фосфорної кислоти від АДФ утворюється аденозинмонофосфат (АМФ) (рис. 1.4). Отже, АТФ - головне макроергічних з'єднання клітини, що використовується для здійснення різних процесів, на які витрачається енергія.

1. Які хімічні елементи входять до складу клітини?

2. Які неорганічні речовини входять до складу клітини?

3. В чому полягає значення води для життєдіяльності клітини?

4. Які органічні речовини входять до складу клітини?

5. Назвіть функції білків.

6. Чим відрізняється будова молекул ДНК і РНК?