Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ.

Академия Государственного Управления при Президенте Кыргызской Республики им.Ж.Абдрахманова.

Факультет “Юриспруденция”.

Самостоятельная работа студента

По дисциплине: Концепция Современного Естествознания

Тема: Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

Выполнил: Усубакунов Акжол

Проверил: Мажитов Сейитбек Акимович

Введение

Сегодня мы разберем тему нуклеиновые кислоты, так как она затрагивает жизненноважные процессы, происходящие в организме. В задачи данной работы входит пояснить, что такое нуклеиновые кислоты и какие их виды существуют: разобраться, чем отличаются виды нуклеиновых кислот: подробнее разобрать функции ДНК и РНК.

Нуклеиновые кислоты и их история создания

Нуклеиновые кислоты, биополимеры, состоящие из остатков фосфорной кислоты, сахаров и азотистых оснований (пуринов и пиримидинов). Нуклеиновые кислоты играют главную роль в передаче наследственных признаков (генетической информации) и управлении процессом биосинтеза белка. Открытие нуклеиновых кислот связано с именем молодого врача из города Базеля (Швейцария) Фридриха Мишера. После окончания медицинского факультета Мишер был послан для усовершенствования и работы над диссертацией в Тюбинген (Германия) в физиолого-химическую лабораторию, возглавляемую Ф. Гоппе-Зейлером. Тюбингенская лаборатория в то время была известна ученому миру. Пройдя практику по органической химии, Мишер приступил к работе в биохимической лаборатории. Ему было поручено заняться изучением химического состава гноя. Молодой ученый не возражал против предложенной темы, так как считал лейкоциты, присутствующие в гное, одними из самых простых клеток. Путём многочисленных опытов он получил из гнойных клеток вещество ядерного происхождения. Мишер был уверен именно в ядерном его источнике. Поэтому он начал более тщательное выделение ядер. В то время еще никто в биохимических лабораториях не пытался выделить ядра или какие-либо другие субклеточные компоненты, так что и здесь он был пионером. Продолжив дальше очищать ядро от других клеточных фрагментов, он получил странное вещество. Оно не разлагалось протеолитическими ферментами, значит, не являлось белком. Отсутствие растворимости в горячем спирте указывало на то, что это вещество не являлось и фосфолипидом. По-видимому, оно относилось к новому классу биохимических соединений. Но Мишер с большой горячностью настаивал на точности своих результатов и добивался разрешения опубликовать их в печати. Тогда Гоппе-Зейлер решил проверить данные Мишера лично. Он и два его ассистента (одним из них был русский химик Любавин) в течение года шаг за шагом прошли все этапы аналитической работы Мишера и полностью подтвердили его данные, выделив нуклеин из клеток крови и из дрожжей. В 1871 г. работа Мишера вместе с подтверждающими ее контрольными работами Гоппе-Зейлера и его ассистентов увидела свет. Существование нуклеина как специфического ядерного вещества стало научным фактом. Вскоре методика Мишера была применена для выделения нуклеина из различных тканей. В 1879 немецкий химик К.А. Коссель открыл в нуклеине соединение желтого цвета, которое оказалось гуанином, ранее выделенным из перуанского гуано - помета птиц, ценного азотного удобрения. Впоследствии он же выделил тимин клеток вилочковой железы, или тимуса, быка (отсюда название), цитозин (от греч. cytos - клетка) и аденин (от греч. aden - железа). Русский химик Ф. Левен установил, что, кроме тетрады аденин, гуанин, тимин и цитозин, нуклеин содержит еще и фосфорную кислоту и сахар дезоксирибозу. Термин "нуклеиновые кислоты" был предложен в 1889: нуклеиновыми они были названы потому, что впервые были открыты в ядрах клеток, а кислотами - из-за наличия в их составе остатков фосфорной кислоты. Позже было показано, что нуклеиновые кислоты построены из большого числа нуклеотидов (от нескольких десятков до сотен миллионов). В состав каждого нуклеотида входит азотистое основание, углевод (пентоза) и фосфорная кислота. Сам же термин "нуклеиновые кислоты" был предложен в 1889 году: нуклеиновыми они были названы потому, что впервые были открыты в ядрах клеток, а кислотами - из-за наличия в их составе остатков фосфорной кислоты. Позже было показано, что нуклеиновые кислоты построены из большого числа нуклеотидов (от нескольких десятков до сотен миллионов). В состав каждого нуклеотида входит азотистое основание, углевод (пентоза) и фосфорная кислота. Впоследствии было установлено, что существует два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК), однако их функции долго оставались неизвестными. В 1928 английский бактериолог Ф. Гриффит обнаружил, что убитые патогенные пневмококки могут изменять генетические свойства живых непатогенных пневмококков, превращая последние в патогенные. В 1945 микробиолог О. Эвери из Рокфеллеровского института в Нью-Йорке сделал важное открытие: он показал, что способность к генетической трансформации обусловлена переносом ДНК из одной клетки в другую, а следовательно, генетический материал представляет собой ДНК. В 1940-1950 Дж. Бидл и Э. Тейтум из Станфордского университета (шт. Калифорния) обнаружили, что синтез белков, в частности ферментов, контролируется специфическими генами. В 1942 Т. Касперсон в Швеции и Ж. Браше в Бельгии открыли, что нуклеиновых кислот особенно много в клетках, активно синтезирующих белки. Все эти данные наводили на мысль, что носителем генетического материала являются нуклеиновые кислоты и что они каким-то образом участвуют в синтезе белков. Однако в то время многие полагали, что молекулы нуклеиновых кислот, несмотря на их большую длину, имеют слишком простую периодически повторяющуюся структуру, чтобы нести достаточно информации и служить основой генетической информации. Но в конце 1940-х годов Э. Чаргафф в США и Дж. Уайатт в Канаде, используя метод распределительной хроматографии на бумаге, показали, что структура ДНК не столь проста и эта молекула может служить носителем генетического материала. Структура ДНК была установлена в 1953 М. Уилкинсом, Дж. Уотсоном и Ф. Криком в Англии. Это фундаментальное открытие позволило понять, как происходит удвоение (репликация) нуклеиновых кислот. Вскоре после этого американские исследователи А. Даунс и Дж. Гамов предположили, что структура белков каким-то образом закодирована в нуклеиновых кислотах, а к 1965 эта гипотеза была подтверждена многими исследователями: Ф. Криком в Англии, М. Ниренбергом и С. Очоа в США, Х. Кораной в Индии. Все эти открытия, результат столетнего изучения нуклеиновых кислот, произвели подлинную революцию в биологии. Они позволили объяснить феномен жизни в рамках взаимодействия между атомами и молекулами.

Нахождение нуклеиновых кислот в природе

Нуклеиновые кислоты в природе встречаются во всех живых клетках. Живые клетки, за исключением сперматозоидов, в норме содержат значительно больше рибонуклеиновой, чем дезоксирибонуклеиновой кислоты. На методы выделения дезоксирибонуклеиновых кислот оказало большое влияние то обстоятельство, что, тогда как рибонуклеопротеиды и рибонуклеиновые кислоты растворимы в разбавленном (0,15 М) растворе хлористого натрия, дезоксирибонуклеопротеидные комплексы фактически в нем нерастворимы. Поэтому гомогенизированный орган или организм тщательно промывают разбавленным солевым раствором, из остатка с помощью крепкого солевого раствора экстрагируют дезоксирибонуклеиновую кислоту, которую осаждают затем добавлением этанола. В клетках эукариот (например, животных или растений) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеотид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Кроме того, одно - или двухцепочечные молекулы ДНК могут образовывать геном ДНК-содержащих вирусов.

Строение нуклеотида

Нуклеиновые кислоты состоят из цепочки связанных единиц, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из трех субъединиц: фосфатная группа и сахар (рибоза в случае РНК, дезоксирибозы в ДНК) составляют основу цепи нуклеиновой кислоты, и все это прикреплено к сахару. В нуклеиновых кислотах нуклеотиды играют важную роль в спаривании оснований нитей с образованием более высокого уровня, вторичную и третичную структуру, такие как знаменитая двойная спираль.

Четыре нуклеотидные основы цепи ДНК - аденин, цитозин, гуанин, тимин ковалентно связанные с фосфодиэфиром и обозначаются соответствующими буквами: A, C, G и Т. В типичном случае, последовательности идут друг с другом без промежутков, как и в последовательности АААGTCTGAC, читать слева направо в 5 'к 3'. Что касается транскрипции, последовательность находится на кодирующей цепи, если она имеет тот же порядок, что и транскрипции РНК.

Одна последовательность может быть дополнением к другой последовательности, а это означает, что они имеют базу на каждой позиции и дополняют друг друга. Например, комплементарная последовательность к TTAC является GTAA. Если одна нить ДНК двухцепочечной конструкции считать «смысловой» цепью, то другую прядь можно считать «антисмысловой».

Дезоксирибонуклеиновая кислота

ДНК как химическое вещество была выделена Иоганном Фридрихом

Мишером в 1868 году из остатков клеток, содержащихся в гное. Он выделил вещество, в состав которого входят азот и фосфор. Вначале новое вещество получило название нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, вещество получило название нуклеиновая кислота. Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. Более того, даже в начале XX века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию.

Что такое дезоксирибонуклеиновая кислота?

Дезоксирибонуклеиновая кислота-макромолекула,обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков. В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот(например дрожжей)встречаются также небольшие автономные, премущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Кроме того, одно- или двухцепочечные молекулы ДНК могут образовывать геном ДНК-содержащих вирусов.

Строение дезоксирибонуклеиновой кислоты.

В.Н.Сойфер: “Уотсон и Крик подвергли анализу данные рентгеноструктурного анализа ДНК, сопоставили их с результатами химических исследований соотношения нуклеотидов в ДНК (правила Чаргаффа) и применили к ДНК идею Л. Полинга о возможности существования спиральных полимеров, высказанную им в отношении белков. В результате они смогли предложить гипотезу о структуре ДНК, согласно которой ДНК представлялась составленной из двух полинуклеотидных нитей, соединенных водородными связями и взаимно закрученных друг относительно друга. Гипотеза Уотсона и Крика так просто объясняла большинство загадок о функционировании ДНК как генетической матрицы, что она буквально сразу была принята генетиками и в короткий срок экспериментально доказана».

Исходя из этого, Уотсон и Крик предложили следующую модель ДНК:

1. Две цепочки в структуре ДНК обвиты одна вокруг другой и образуют правозакрученную спираль.

2. Каждая цепь составлена регулярно повторяющимися остатками фосфорной кислоты и сахара дезоксирибозы. К остаткам сахара присоединены азотистые основания (по одному на каждый сахарный остаток)

3. ??Цепочки фиксированы друг относительно друга водородными связями, соединяющими попарно азотистые основания. В результате оказывается, что фосфорные и углеводные остатки расположены на наружной стороне спирали, а основания заключены внутри ее. Основания перпендикулярны к оси цепочек.

4.Имеется правило отбора для соединения оснований в пары. Пуриновое основание может сочетаться с пиримидиновым, и, более того, тимин может соединяться только с аденином, а гуанин - с цитозином.

5.Можно поменять местами: а) участников данной пары; б) любую пару на другую пару, и это не приведет к нарушению структуры, хотя решающим образом скажется на ее биологической активности.

Функции дезоксирибонуклеиновой кислоты.

1. Репликация (редупликация, удвоение)

Специальные ферменты раскручивают двойную спираль ДНК на две одинарных, затем фермент ДНК-полимераза достраивает каждую одинарную до двойной по принципу комплементарности. Получаются две дочерние двойные молекулы ДНК, каждая из них состоит из одной старой цепи и одной новообразованной (это называется «полуконсервативность»).

???2.Транскрипция - переписывание информации с ДНК на иРНК

В определенном участке (гене) специальные ферменты разрывают водородные связи, получается две одинарных цепочки. На одной из них (кодирующей) фермент РНК-полимераза строит иРНК по принципу комплементарности. Затем иРНК отсоединяется и уходит в цитоплазму, а цепочки ДНК снова соединяются между собой.

???3.Репарация (восстановление ДНК)

Если одна из цепей ДНК повреждена, то ее можно восстановить, используя вторую цепь и принцип комплементарности.

Рибонуклеиновая кислота

Клетка РНК впервые была открыта биохимиком из Германии Р. Альтманом при исследовании дрожжевых клеток. В середине двадцатого века была доказана роль ДНК в генетике. Лишь тогда описали и типы РНК, функции и так далее. До 80-90% массы в клетке приходится на р-РНК, образующих совместно с белками рибосому и участвующих в биосинтезе белка. нуклеиновая кислота рибонуклеиновый дезоксирибонуклеиновый

Что такое рибонуклеиновая кислота?

Рибонукленновая кислота - одна из трёх основных макромолекул, которые содержатся в клетках всех живых организмов. Так же, как ДНК, РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы.Последовательность нуклеотидов позволяет PHK кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы пспользуют РHK (мРНК) для программирования синтеза белков.

Виды рибонуклеиновой кислоты и ее функции.

1.Информационная РНК (и-РНК).

Иногда данный биополимер называют матричной РНК (м-РНК). Данный вид РНК располагается как в ядре, так и в цитоплазме клетки. Основное назначение - перенос информации о строении белка от дезоксирибонуклеиновой кислоты к рибосомам, где и происходит сбор белковой молекулы. Относительно небольшая популяция молекул РНК, составляющая менее 1% от всех молекул.

2.Рибосомная РНК (р-PHK).

Самый распространенный вид РНК (около 90% от всех молекул данного вида в клетке). Р-РНК расположена в рибосомах и является матрицей для синтеза белковых молекул. Имеет набольшие, по сравнению с другими видами РНК, размеры. Молекулярная масса может достигать 1,5 миллионов кДальтон и более.

3.Транспортная РНК (т-РНК).

Расположена, преимущественно, в цитоплазме клетки. Основное назначение-осуществление транспорта (переноса) аминокислот к месту синтеза белка (В рибосомы). Транспортная РНК составляет до 10% от всех молекул РНК, располагающихся в клетке. Имеет наименьшее, по сравнению с другими РНК-молекулами, размеры (до 100 нуклеотидов)

Чем ДНК отличается от РНК?

Названия отличаютя тем,что молекула ДНК содержит моносахарид декзоксирибозу,а РНК-рибозу.

Нуклеиновые кислоты подобно белкам, имеют первичную,вторичную и третичную структуру.

Чередование нуклеотидов в полимерной цепи образует первичную структуру нуклеиновой кислоты. Так, в состав РНК входят такие азотистые основания как: аденин (А), гуанин (Г). урацил (У), цитозин (Ц), а в состав ДНК входят: аденин (А), гуанин (Г). тимин (Т), цитозин (Ц).

ДНК и РНК также отличаются вторичной структурой: молекула ДНК состонт из двух полинуклеотидных цепочек, спирально закрученных одна относительно другой, а РНК- из одной полинуклеотидной цепочки

Две спирали в молекуле ДНК удерживаются вместе водородными связями между парами оснований. Двойная спираль ДНК строится по принципу комплиментарности: напротив аденинового нуклеотида одной цепи располагается тиминовый нуклеотид другой цепи, а против гуанинового- цитозиновый.

В РК гуанин (Г) может образовывать водородные связи как с урацилом (У), так и с цитозином(Ц). Поэтому двухцепочечные участки РНК некомплементарны, и нуклеотидный состав РНК может меняться в широких пределах.
Третичная структура нуклеиновых кислот - это пространственное расположение ДНК и РНК. ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра,а также митохондриях и хлоропластах.ДНК является основным строительным материалом генов, в которых хранится наследственная информация организма. РНК входит в состав ядрышек, митохондрий, рибосом, пластид, цитоплазмы. РНК выполняет различные функции, по причине того, что существует в виде трех разновидностей: рибосомные РНК (рРНК), транспортные РНК (тРНК) и информационные ,или матричные РНК (иРНК).

Заключение

В заключении можно сказать что нуклеиновые кислоты играют для организма огромную роль:

?они способствуют развитию организма;

?помогают запомнить человеку информацию;

?способствуют биосинтезу белка.

Благодаря этой работе освежил свою память,и в некоторых местах даже узнал что-то новое. Могу сказать,что эта работа принесла мне свою пользу!

Источники.

1."Строение нуклеотида" http://dnkworld.ru

???2."Нуклеиновые кислоты" http://www.o-med.ru

???3."История развития нуклеинов" http://uchi.ucoz.u

4."Структурная организация

кислот" http://www.biochemistry.ru

???5."Строение ДНК"http://biofile.ru/bio

??6."Репликация ДНК" http://dommedika.com

7. "Функции ДНК http://www.bio-faq.ru

8. Ленинджер А. Основы биохимии: Учебник. - М.: Мир, 1985.

9 . Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия: Учебник. - М.: Медицина, 1991.

10 . Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. - М.: Наука, 1981.

11 . Шабарова 3.А., Богданов А.А., Химия нуклеиновых кислот и их компонентов, М., 1978.

12 . Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., 1987.

13. Сайт: http://ru. wikipedia.org/wiki/%C2%F2%EE%F0%E8%F7%ED%E0%FF_%F1%F2%F0%F3%EA%F2%F3%F0%E0 . Сайт: http://slovari. yandex.ru/нуклеиновые%20кислоты/БСЭ/Нуклеиновые%20кислоты/

Размещено на Allbest.ru