Будова і функції ДНК і РНК (таблиця)
Добре відомо, що всі форми живої матерії, починаючи від вірусів і закінчуючи високоорганізованим тваринами (в тому числі людиною), володіють унікальним спадковим апаратом. Він представлений молекулами двох видів нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнової і рибонуклеїнової. У цих органічних речовинах закодована інформація, яка передається від батьківських особин до потомству при розмноженні. У даній роботі ми вивчимо як будова, так і функції ДНК і РНК в клітині, а також розглянемо механізми, що лежать в основі процесів передачі спадкових властивостей живої матерії.
Як виявилося, властивості нуклеїнових кислот, хоча і мають деякі загальні ознаки, проте багато в чому розрізняються між собою. Тому ми порівняємо функції ДНК і РНК, що здійснюються цими биополимерами в клітинах різних груп організмів. Таблиця, представлена в роботі, допоможе розібратися, в чому полягає їх принципова відмінність.
Нуклеїнові кислоти - складні біополімери
Відкриття в галузі молекулярної біології, що відбулися на початку ХХ століття, зокрема, розшифровка будови дезоксирибонуклеїнової кислоти, послужили поштовхом для розвитку сучасної цитології, генетики, біотехнології і генної інженерії. З точки зору органічної хімії ДНК і РНК являють собою високомолекулярні речовини, що складаються з багаторазово повторюваних ланок - мономерів, званих також нуклеотидами. Відомо, що вони з'єднуються між собою, утворюючи ланцюги, здатні до просторової самоорганізації.
Такі макромолекули ДНК часто зв'язуються зі спеціальними білками, які мають особливі властивості і званими гистонами. Нуклеопротеїдні комплекси утворюють особливі структури - нуклеосоми, які, в свою чергу, входять до складу хромосом. Нуклеїнові кислоти можуть перебувати як в ядрі, так і в цитоплазмі клітини, коли вони присутні в складі деяких її органел, наприклад, мітохондрій або хлоропластів.
Просторова структура речовини спадковості
Щоб зрозуміти функції ДНК і РНК, потрібно детально розібратися з особливостями їх будови. Як і білків, нуклеїнових кислот притаманні кілька рівнів організації макромолекул. Первинна структура представлена полінуклеотидні ланцюгами, вторинна і третинна конфігурації самоусложняться завдяки виникає ковалентному типу зв'язку. Особлива роль в підтримці просторової форми молекул належить водневим зв'язкам, а також вандерваальсова силам взаємодії. В результаті утворюється компактна структура ДНК, звана суперспіраль.
Мономери нуклеїнових кислот
Будова і функції ДНК, РНК, білків та інших органічних полімерів залежать як від якісного, так і від кількісного складу їх макромолекул. Обидва види нуклеїнових кислот складаються зі структурних елементів, іменованих нуклеотидами. Як відомо з курсу хімії, будова речовини обов'язково впливає на його функції. ДНК і РНК не є винятком. Виявляється, що від нуклеотидного складу залежить вид самої кислоти і її роль в клітці. Кожен мономер містить три частини: азотистих основ, вуглевод і залишок ортофосфорної кислоти. Відомо чотири види азотистих основ для ДНК: аденін, гуанін, тимін і цитозин. У молекулах РНК ними будуть, відповідно, аденін, гуанін, цитозин і урацил. Вуглевод представлений різними видами пентози. У рибонуклеїнової кислоти знаходиться рибоза, а в ДНК - її обескіслороженная форма, звана дезоксирибозою.
Особливості дезоксирибонуклеїнової кислоти
Спочатку ми розглянемо будову і функції ДНК. РНК, що має більш просту просторову конфігурацію, буде вивчена нами в наступному розділі. Отже, дві полінуклеотидні нитки утримуються між собою багато разів повторюваними водневими зв'язками, що утворюються між азотистими підставами. У парі "аденін - тимін" присутні дві, а в парі "гуанін - цитозин" - три водневі зв'язку.
Консервативне відповідність пуринових і піримідинових основ було відкрито Е. Чаргафф і отримало назву принципу комплементарності. В окремо взятій ланцюга нуклеотиди пов'язані між собою фосфодіефірнимі зв'язками, що формуються між пентози і залишком ортофосфорної кислоти поруч розташованих нуклеотидів. Спіральний вигляд обох ланцюгів підтримується водневими зв'язками, що виникають між атомами водню і кисню, що знаходяться в складі нуклеотидів. Вища - третинна структура (суперспіраль) - характерна для ядерної ДНК еукаріотів. У такому вигляді вона присутня в хроматині. Однак бактерії і ДНК-віруси мають дезоксирибонуклеїнової кислоти, не пов'язану з білками. Вона представлена кільцеподібної формою і називається плазмидой.
Такий же вигляд має ДНК мітохондрій і хлоропластів - органел рослинних і тваринних клітин. Далі ми з'ясуємо, чим відрізняються між собою функції ДНК і РНК. Таблиця, наведена нижче, вкаже нам ці відмінності в будові і властивостях нуклеїнових кислот.
рибонуклеїнова кислота
Молекула РНК складається з однієї полинуклеотидной нитки (винятком є двухцепочние структури деяких вірусів), яка може перебувати як в ядрі, так і в клітинній цитоплазмі. Існує кілька видів рибонуклеїнових кислот, які різняться між собою будовою і властивостями. Так, інформаційна РНК має найбільшу молекулярну масу. Вона синтезується в ядрі клітини на одному з генів. Завдання іРНК - перенести інформацію про склад білка з ядра в цитоплазму. Транспортна форма нуклеїнової кислоти приєднує мономери білків - амінокислоти - і доставляє їх до місця біосинтезу.
Нарешті, рибосомная РНК формується в полісом і бере участь в синтезі білка. Як бачимо, функції ДНК і РНК в клітинному метаболізмі різноманітні і дуже важливі. Вони будуть залежати, насамперед, від того, в клітинах яких організмів знаходяться молекули речовини спадковості. Так, у вірусів рибонуклеїнова кислота може виступати носієм спадкової інформації, тоді як в клітинах еукаріотичних організмів цю здатність має лише дезоксирибонуклеїнової кислоти.
Функції ДНК і РНК в організмі
За своїм значенням нуклеїнові кислоти, поряд з білками, є найважливішими органічними сполуками. Вони зберігають і передають спадкові властивості і ознаки від батьківської особини до потомству. Давайте визначимо, чим відрізняються між собою функції ДНК і РНК. Таблиця, подана нижче, покаже ці відмінності докладніше.
Які особливості речовини спадковості вірусів?
Нуклеїнові кислоти вірусів можуть мати вигляд як одно-, так і двохниткових спіралей або кілець. Відповідно до класифікації Д.Балтімора, ці об'єкти мікросвіту містять молекули ДНК, що складаються з однієї або двох ланцюгів. До першої групи належать збудники герпесу і аденовіруси, а в другу входять, наприклад, парвовіруси.
Функції ДНК і РНК вірусів полягають в проникненні власній спадковій інформації в клітку, проведенні реакцій реплікації молекул вірусної нуклеїнової кислоти і збірці білкових частинок в рибосомах клітини-господаря. У підсумку весь клітинний метаболізм виявляється повністю підпорядкований паразитам, які, стрімко розмножуючись, призводять клітку до загибелі.
РНК-віруси
У вірусології прийнято поділ цих організмів на кілька груп. Так, до першої відносяться види, які називаються одноланцюжковий (+) РНК. У них нуклеїнова кислота виконує такі ж функції, як і інформаційна РНК еукаріотів. В іншу групу входять однонітевиє (-) РНК. Спочатку з їх молекулами відбувається транскрипція, яка веде до появи молекул (+) РНК, а ті, в свою чергу, служать матрицею для складання вірусних білків.
На підставі всього вищесказаного, для всіх організмів, включаючи і віруси, функції ДНК і РНК пояснюються так: зберігання спадкових ознак і властивостей організму і подальша передача їх потомству.
