Нуклеиновые кислоты. ДНК

Тема: «Нуклеиновые кислоты. ДНК»

Задачи:

Дать характеристику нуклеиновым кислотам:

видам НК, локализации их в клетке, строению, функциям.

Нуклеиновые кислоты (НК)

К нуклеиновым кислотам относят высокополимерные соединения, образующие при гидролизе пуриновые и пиримидиновые основания, пентозу и фосфорную кислоту. Нуклеиновые кислоты содержат С, Н, О, Р и N .

Различают два класса нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые кислоты (РНК), содержащие сахар рибозу (С5Н10О5) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие сахар дезоксирибозу (С5Н10О4).

Значение нуклеиновых кислот для живых организмов заключается в обеспечении хранения, реализации и передачи наследственной информации.

ДНК содержатся в ядре, митохондриях и хлоропластах – хранят генетическую информацию. РНК – содержится еще и в цитоплазме и отвечает за биосинтез белка.

Нуклеиновые кислоты (НК)

Молекулы ДНК являются полимерами , мономерами которых являются дезоксирибонуклеотиды , образованные остатками:

1. Фосфорной кислоты;

2. Дезоксирибозы;

3. Азотистого основания (пуринового — аденина, гуанина или пиримидинового — тимина, цитозина).

Трехмерная модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. американским биологом Дж.Уотсоном и английским физиком Ф.Криком . За свои исследования они были удостоены Нобелевской премии.

Нуклеиновые кислоты (НК)

Практически Дж.Уотсон и Ф.Крик раскрыли химическую структуру гена.

ДНК обеспечивает хранение, реализацию и передачу наследственной информации. Содержится в ядре , митохондриях и пластидах .

Нуклеиновые кислоты (НК)

Э.Чаргафф , обследовав огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, выявил следующую закономерность:

в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина — тимину.

Это положение получило название "правила Чаргаффа":

А + Г

А = Т; Г = Ц или ——— = 1

Ц + Т

Нуклеиновые кислоты (НК)

Дж.Уотсон и Ф.Крик воспользовались этим правилом при построении модели молекулы ДНК.

ДНК представляет собой двойную спираль. Ее молекула образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга, и вместе вокруг воображаемой оси.

Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, шаг общей спирали, на который приходится 10 пар нуклеотидов — 3,4 нм. Длина молекулы — до нескольких сантиметров.

Молекулярный вес составляет десятки и сотни миллионов. В ядре клетки человека общая длина ДНК около 2м.

Нуклеиновые кислоты (НК)

Мономер нуклеиновых кислот – нуклеотид. Молекула нуклеотида состоит из трех частей: азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и фосфорной кислоты.

Азотистые основания имеют циклическую структуру, в состав которой наряду с атомами углерода входят атомы других элементов, в частности азота. За присутствие в этих соединениях атомов азота они и получили название азотистых, а поскольку они обладают щелочными свойствами — оснований. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов .

Нуклеиновые кислоты (НК)

Пиримидиновые основания являются производными пиримидина, имеющего в составе своей молекулы одно кольцо. К наиболее распространенным пиримидиновым основаниям относятся тимин , цитозин .

Пуриновые основания являются производными пурина, имеющего два кольца. К пуриновым основаниям относятся аденин и гуанин .

Характеристика ДНК

В результате реакции конденсации азотистого основания и дезоксирибозы образуется нуклеозид .

При реакции конденсации между нуклеозидом и фосфорной кислотой образуется нуклеотид .

Названия нуклеотидов отличаются от названий соответствующих оснований. И те, и другие принято обозначать заглавными буквами (А,Т,Г,Ц):

Аденин – адениловый; гуанин – гуаниловый; цитозин – цитидиловый; тимин – тимидиловый нуклеотиды.

Характеристика ДНК

Одна цепь нуклеотидов образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов.

При этом между 3'-углеродом остатка сахара одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает фосфодиэфирная связь.

В результате образуются неразветвленные полинуклеотидные цепи. Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5'-углеродом (его называют 5'-концом), другой –3'-углеродом (3'-концом).

Характеристика ДНК

Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК удерживаются друг около друга благодаря возникновению водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов, располагающихся друг против друга.

В основе лежит принцип комплементарного взаимодействия пар оснований: против аденина - тимин на другой цепи, а против гуанина - цитозин на другой, то есть аденин комплементарен тимину и между ними две водородные связи, а гуанин — цитозину (три водородные связи).

Комплементарностью называют способность нуклеотидов к избирательному соединению друг с другом.

Характеристика ДНК

Цепи ДНК антипараллельны (разнонаправлены), то есть против 3'-конца одной цепи находится 5'-конец другой.

На периферию молекулы обращен сахаро-фосфатный остов. Внутрь молекулы обращены азотистые основания.

Одним из уникальных свойств молекулы ДНК является ее репликация – способность к самоудвоению — воспроизведению точных копий исходной молекулы.

Репликация ДНК

Благодаря этой способности молекулы ДНК, осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления.

Процесс самоудвоения молекулы ДНК называют репликацией .

Репликация — сложный процесс, идущий с участием ферментов (ДНК-полимераз и других) и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов.

Репликация ДНК

Репликация осуществляется полуконсервативным способом , то есть каждая цепь ДНК выступает в роли матрицы, по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна цепь является материнской , а вторая — вновь синтезированной.

Репликация ДНК

В материнской ДНК цепи антипараллельны . ДНК-полимеразы способны двигаться в одном направлении — от 3'-конца к 5'-концу, строя дочернюю цепь антипараллельно — от 5' к 3'-концу.

Поэтому ДНК-полимераза непрерывно передвигается в направлении 3'→5' по одной цепи, синтезируя дочернюю. Эта цепь называется лидирующей .

Репликация ДНК

Другая ДНК-полимераза движется по другой цепи в обратную сторону (тоже в направлении 3'→5'), синтезируя вторую дочернюю цепь фрагментами (их называют фрагменты Оказаки), которые после завершения репликации сшиваются лигазами в единую цепь. Эта цепь называется отстающей .

Таким образом, на цепи 3'-5' репликация идет непрерывно, а на цепи 5'-3' — прерывисто.

Репликация ДНК

Во время репликации энергия молекул АТФ не расходуется, так как для синтеза дочерних цепей при репликации используются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (содержат три остатка фосфорной кислоты).

При включении дезоксирибонуклеозид-трифосфатов в полинуклеотидную цепь два концевых остатка отщепляются , и освободившаяся энергия используется на образование сложноэфирной связи между нуклеотидами.

Репликация ДНК

Повторение:

• В каких органоидах клетки находится ДНК?
• Каковы функции ДНК?
• Что обозначено на рисунке цифрами 1 — 6?
• Какие пуриновые и пиримидиновые основания входят в состав ДНК?
• Каков диаметр молекулы ДНК и каково расстояние между двумя нуклеотидами одной цепи?
• Как нуклеотиды ДНК соединены в одну цепь?
• Как цепи ДНК соединены друг с другом?
• Чем образованы "края" молекулы ДНК?

Повторение:

**Тест 1. ДНК в клетках эукариот содержится:

• В цитоплазме. 5. В пластидах.
• В ядре. 6. В комплексе Гольджи.
• В рибосомах.
• В митохондриях.

Тест 2. Размеры молекулы ДНК у человека:

• Ширина 20 мкм, длина до 8 см.
• Ширина 2 мкм, длина до 8 см.
• Ширина 20нм, длина до 8 см.
• Ширина 2 нм, длина до 8 см.

**Тест 3. В состав молекулы ДНК входят пуриновые основания:

• Аденин.
• Гуанин.
• Тимин.
• Цитозин.

Повторение:

Тест 4. Фрагмент ДНК содержит 30000 нуклеотидов. Для удвоения фрагмента потребуется свободных нуклеотидов:

• 60000.
• 45000.
• 30000.
• 15000.

Тест 5. Нуклеотиды ДНК соединены в одну цепь:

• Через остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида и 3' атом дезоксирибозы другого.
• Через остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида и азотистое основание другого.
• Через остатки фосфорной кислоты соседних нуклеотидов.
• Через дезоксирибозы соседних нуклеотидов.

Повторение:

Тест 6. Фрагмент ДНК содержит 30000 А-нуклеотидов. Для удвоения фрагмента потребуется:

• А — 60000, Т — 60000.
• А — 30000, Т — 30000.
• А — 15000, Т — 15000.
• Данных для ответа недостаточно.

Тест 7. Фрагмент ДНК содержит 30000 А-нуклеотидов и 40000 Ц-нуклеотидов. В данном фрагменте Т- и Г-нуклеотидов:

• Т — 40000, Г — 30000.
• Т — 30000, Г — 40000.
• Т — 60000, Г — 80000.
• Данных для ответа недостаточно.

**Тест 8. Предложили модель строения молекулы ДНК в 1953 году:

Ф.Крик.

Г.Мендель.

Т.Морган.

Д.Уотсон.

Повторение:

Тест 9. Функции ДНК в клетке:

• Один из основных источников энергии.
• Принимает непосредственное участие в синтезе белков.
• Обеспечивает синтез углеводов и липидов в клетке.
• Участвует в хранении и передаче наследственной информации.

**Тест 10. Верные суждения:

• Цепи нуклеотидов в молекуле ДНК антипараллельны.
• Между А- и Т-нуклеотидами 2 водородные связи, между Г- и Ц-нуклеотидами 3 водородные связи.
• А- и Т-нуклеотиды относятся к пиримидиновым нуклеотидам.
• В состав нуклеотидов ДНК входит сахар рибоза.