Будова і функцыі ДНК і РНК (табліца)

Добра вядома, што ўсе формы жывой матэрыі, пачынаючы ад вірусаў і заканчваючы высокаарганізаванымі жывёламі (у тым ліку чалавекам), валодаюць унікальным спадчынным апаратам. Ён прадстаўлены малекуламі двух відаў нуклеінавых кіслот: дэзаксірыбануклеінавай і рібанукляінавай. У гэтых арганічных рэчывах закадаваная інфармацыя, якая перадаецца ад бацькоўскіх асобін да нашчадкаў пры размнажэнні. У дадзенай працы мы вывучым як будынак, так і функцыі ДНК і РНК у клетцы, а таксама разгледзім механізмы, якія ляжаць у аснове працэсаў перадачы спадчынных уласцівасцяў жывой матэрыі.

Як аказалася, ўласцівасці нуклеінавых кіслот, хоць і маюць некаторыя агульныя прыкметы, тым не менш шмат у чым адрозніваюцца паміж сабой. Таму мы параўнаем функцыі ДНК і РНК, якія ажыццяўляюцца гэтымі біяпалімераў ў клетках розных груп арганізмаў. Табліца, прадстаўленая ў працы, дапаможа разабрацца, у чым складаецца іх прынцыповае адрозненне.

Нуклеінавыя кіслоты - складаныя біяпалімераў

Адкрыцці ў галіне малекулярнай біялогіі, якія адбыліся ў пачатку ХХ стагоддзя, у прыватнасці, расшыфроўка будынкі дэзаксірыбануклеінавай кіслаты, паслужылі штуршком для развіцця сучаснай цыталогіі, генетыкі, біятэхналогіі і геннай інжынерыі. З пункту гледжання арганічнай хіміі ДНК і РНК ўяўляюць сабой вялікамалекульныя рэчывы, якія складаюцца з шматкроць паўтаральных звёнаў - мономеров, званых таксама нуклеатыдаў. Вядома, што яны злучаюцца паміж сабой, утвараючы ланцугі, здольныя да прасторавай самаарганізацыі.

Такія макрамалекулы ДНК часта звязваюцца з адмысловымі вавёркамі, якія маюць асаблівыя ўласцівасці і званымі гистонами. Нуклеопротеидные комплексы ўтвараюць асаблівыя структуры - нуклеосомы, якія, у сваю чаргу, уваходзяць у склад храмасом. Нуклеінавыя кіслоты могуць знаходзіцца як у ядры, так і ў цытаплазме клеткі, прысутнічаючы ў складзе некаторых яе арганэл, напрыклад, мітахондрый ці хларапластаў.

Прасторавая структура рэчывы спадчыннасці

Каб зразумець функцыі ДНК і РНК, трэба дэталёва разабрацца з асаблівасцямі іх будынка. Як і вавёрак, нуклеінавых кіслот ўласцівыя некалькі узроўняў арганізацыі макрамалекул. Першасная структура прадстаўлена полинуклеотидными ланцугамі, другасная і трацічная канфігурацыі самоусложняются дзякуючы які ўзнікае кавалентная тыпу сувязі. Асаблівая роля ў падтрыманні прасторавай формы малекул належыць вадародным сувязях, а таксама вандерваальсовым сілам ўзаемадзеяння. У выніку ўтворыцца кампактная структура ДНК, званая суперспиралью.

Мономеры нуклеінавых кіслот

Будова і функцыі ДНК, РНК, бялкоў і іншых арганічных палімераў залежаць як ад якаснага, так і ад колькаснага складу іх макрамалекул. Абодва выгляду нуклеінавых кіслот складаюцца з структурных элементаў, названых нуклеатыдаў. Як вядома з курсу хіміі, будова рэчыва абавязкова ўплывае на яго функцыі. ДНК і РНК не з'яўляюцца выключэннем. Аказваецца, што ад нуклеотидного складу залежыць выгляд самой кіслаты і яе роля ў клетцы. Кожны манамер змяшчае тры часткі: азоцістых падстаў, вуглявод і рэшту ортофосфорной кіслаты. Вядома чатыры віды азоцістых падстаў для ДНК: аденин, Гуанінь, тимин і цитозин. У малекулах РНК імі будуць, адпаведна, аденин, Гуанінь, цитозин і урацил. Вуглявод прадстаўлены рознымі відамі пентозы. У рібанукляінавай кіслаце знаходзіцца рыбоза, а ў ДНК - яе обескислороженная форма, званая дезоксирибозой.

Асаблівасці дэзаксірыбануклеінавай кіслаты

Спачатку мы разгледзім будова і функцыі ДНК. РНК, якая мае больш простую прасторавую канфігурацыю, будзе вывучана намі ў наступным раздзеле. Такім чынам, дзве полинуклеотидные ніткі ўтрымліваюцца паміж сабой шматкроць паўтараюцца вадароднымі сувязямі, якія ўтвараюцца паміж азоцістымі падставамі. У пары "аденин - тимин" прысутнічаюць дзве, а ў пары "Гуанінь - цитозин" - тры вадародныя сувязі.

Кансерватыўнае адпаведнасць пурынавых і пиримидиновых падстаў было адкрыта Э. Чаргаффом і атрымала назву прынцыпу камплементарнай. У асобна ўзятай ланцуга нуклеатыдаў звязаныя паміж сабой фосфодиэфирными сувязямі, якія фармуюць паміж пентозы і астаткам ортофосфорной кіслаты побач размешчаных нуклеатыдаў. Спіральны выгляд абедзвюх ланцугоў падтрымліваецца вадароднымі сувязямі, якія ўзнікаюць паміж атамамі вадароду і кіслароду, якія знаходзяцца ў складзе нуклеатыдаў. Вышэйшая - трацічная структура (суперспираль) - характэрная для ядзернай ДНК эукарыятычнай клетак. У такім выглядзе яна прысутнічае ў храмаціне. Аднак бактэрыі і ДНК-змяшчаюць вірусы маюць дэзаксірыбануклеінавая кіслата, не звязаную з вавёркамі. Яна прадстаўлена кольцападобнай формай і называецца плазмидой.

Такі ж выгляд мае ДНК мітахондрый і хларапластаў - арганэл раслінных і жывёльных клетак. Далей мы высветлім, чым адрозніваюцца паміж сабой функцыі ДНК і РНК. Табліца, прыведзеная ніжэй, пакажа нам гэтыя адрозненні ў будынку і ўласцівасцях нуклеінавых кіслот.

рібанукляінавай кіслата

Малекула РНК складаецца з адной полинуклеотидной ніткі (выключэннем з'яўляюцца двухцепочные структуры некаторых вірусаў), якая можа знаходзіцца як у ядры, так і ў клеткавай цытаплазме. Існуе некалькі відаў рібанукляінавай кіслот, якія адрозніваюцца паміж сабой будовай і ўласцівасцямі. Так, інфармацыйная РНК мае найбольшую малекулярную масу. Яна сінтэзуецца ў ядры клеткі на адным з генаў. Задача иРНК - перанесці інфармацыю пра склад бялку з ядра ў цытаплазму. Транспартная форма нуклеінавых кіслаты далучае мономеры бялкоў - амінакіслоты - і дастаўляе іх да месца біясінтэзу.

Нарэшце, рибосомная РНК фарміруецца ў ядзерка і ўдзельнічае ў сінтэзе бялку. Як бачым, функцыі ДНК і РНК ў клеткавым метабалізме разнастайныя і вельмі важныя. Яны будуць залежаць, перш за ўсё, ад таго, у клетках якіх арганізмаў знаходзяцца малекулы рэчыва спадчыннасці. Так, у вірусаў рібанукляінавай кіслата можа выступаць носьбітам спадчыннай інфармацыі, тады як у клетках эукарыятычнай арганізмаў гэтую здольнасць мае толькі дэзаксірыбануклеінавая кіслата.

Функцыі ДНК і РНК ў арганізме

Па сваім значэнні нуклеінавыя кіслоты, нароўні з вавёркамі, з'яўляюцца найважнейшымі арганічнымі злучэннямі. Яны захоўваюць і перадаюць спадчынныя ўласцівасці і прыкметы ад бацькоўскай асобіны да нашчадкаў. Давайце вызначым, чым адрозніваюцца паміж сабой функцыі ДНК і РНК. Табліца, прадстаўленая ніжэй, пакажа гэтыя адрозненні падрабязней.

Якія асаблівасці рэчывы спадчыннасці вірусаў?

Нуклеінавыя кіслоты вірусаў могуць мець выгляд як адна-, так і двухнитевых спіраляў ці кольцаў. Паводле класіфікацыі Д.Балтимора, гэтыя аб'екты мікрасвету ўтрымліваюць малекулы ДНК, якія складаюцца з адной або двух ланцугоў. Да першай групы ставяцца ўзбуджальнікі герпесу і адэнавірусы, а ў другую ўваходзяць, напрыклад, парвовирусы.

Функцыі ДНК і РНК вірусаў заключаюцца ў пранікненні уласнай спадчыннай інфармацыі ў клетку, правядзенні рэакцый рэплікацыі малекул віруснай нуклеінавых кіслаты і зборцы бялковых часціц у Рыбасомы клеткі-гаспадара. У выніку ўвесь клеткавы метабалізм аказваецца цалкам падпарадкаваны паразітам, якія, імкліва размножваючыся, прыводзяць клетку да згубы.

РНК-якія змяшчаюць вірусы

У вірусалогіі прынята падзел гэтых арганізмаў на некалькі груп. Так, да першай адносяцца віды, якія называюцца одноцепочечными (+) РНК. У іх нуклеінавых кіслата выконвае такія ж функцыі, як і інфармацыйная РНК эукарыятычнай клетак. У іншую групу ўваходзяць однонитевые (-) РНК. Спачатку з іх малекуламі адбываецца транскрыпцыя, якая прыводзіць да з'яўлення малекул (+) РНК, а тыя, у сваю чаргу, служаць матрыцай для зборкі вірусных бялкоў.

На падставе ўсяго вышэйсказанага, для ўсіх арганізмаў, уключаючы і вірусы, функцыі ДНК і РНК коратка характарызуюцца так: захоўванне спадчынных прыкмет і ўласцівасцяў арганізма і далейшая перадача іх нашчадкам.