Биология Справочники / Загальна біологія та генетика. Задачі / Болгова И.В. Сборник задач по общей биологии с решениями для поступающих в вузы

это полимерное соединение с постоянным (стабильным) содержанием в лет е.

Строение ДНК. По своей стру туре моле ула ДНК представляет собой две полимерные цепи, соединенные между собой и за рученные в форме двойной спирали (рис. 39).

Создана модель стру туры ДНК в 1953 . Д. Уотсоном и Ф. Кри ом, за что оба были удостоены Нобелев- с ой премии. Ширина двой-

0,34 нм, а на один вито спирали приходится 10 ну леотидов. Моле улярная масса ДНК вели а: она составляет десят и, и даже сотни миллионов. Например, моле у- лярная масса (Mr) самой рупной хромосомы дрозофилы

равна 7,9•1010.

Основной стру турной единицей одной цепи является ну леотид, состоящий из азотисто о основания, дезо - сирибозы и фосфатной руппы. ДНК содержит 4 вида азотистых оснований:

пуриновые — аденин (А) и уанин (Г), пиримидиновые — цитозин (Ц) и тимин (Т). Суммарное оличество пуриновых оснований равно

сумме пиримидиновых.

211

Ну леотиды ДНК тоже будут 4 видов соответственно: адениловый (А), уаниловый (Г), цитидиловый (Ц) и тимидиловый (Т). Все ну леотиды ДНК соединены в полину - леотидную цепь за счет остат ов фосфорных ислот, расположенных между дезо сирибозами. В полину леотидной цепи может быть до 300 000 и более ну леотидов.

Та им образом, аждая цепь ДНК представляет полину леотид, в отором в стро о определенном поряд е расположены ну леотиды. Азотистые основания подходят дру дру у настоль о близ о (рис. 40), что между ними возни ают водородные связи. Чет о проявляется в их расположении важная за ономерность: аденин (А) одной цепи связан с тимином (Т) дру ой цепи двумя водородными связями, а уанин (Г) одной цепи связан тремя водородными связями с цитозином (Ц) дру ой цепи, в результате че о формируются пары A–Т и Г–Ц. Та ая способность

Рис. 40. Схематическое изображение молекулы ДНК

212

избирательному соединению ну леотидов называетсяомплементарностью, т. е. пространственное и химиче- с ое соответствие между парами ну леотидов (см. рис. 40).

Последовательность соединения ну леотидов одной цепи противоположна ( омплементарна) та овой в дру ой, т. е. цепи, составляющие одну моле улу ДНК, разнонаправлены, или антипараллельны. Цепи за ручиваются во ру дру дру а и образуют двойную спираль. Большое число водородных связей обеспечивает прочное соединение нитей ДНК и придает моле уле устойчивость, сохраняя в то же время ее подвижность — под влиянием ферментов она ле о рас ручивается (деспирализуется).

Репли ация ДНК (ред%пли ация ДНК) — процесс самовоспроизведения (самоудвоения) ма ромоле ул ну - леиновых ислот, обеспечивающий точное опированиеенетичес ой информации и передачу ее от по оления

по олению.

Репли ация ДНК происходит в период интерфазы перед леточным делением. Материнс ая моле ула ДНК ( оличество цепей ДНК в лет е равно 2c) под действием ферментов рас ручивается с одно о онца, а затем из свободных ну леотидов по принципу омплементарности на обеих цепях достраиваются дочерние полину леотидные цепи. В результате матричных реа ций возни ают две одина овые по ну леотидному составу дочерние моле улы ДНК, в оторых одна из цепей старая материн- с ая, а дру ая — новая, вновь синтезированная ( оличество ДНК в лет е становится равным 4c = 2 ç 2c).

Ф%н ции ДНК.

1. Хранение наследственной информации о стру туре бел ов или отдельных ее ор аноидов. Наименьшей единицей енетичес ой информации после ну леотида являются три последовательно расположенных ну леотида — триплет. Последовательность триплетов в полину леотидной цепи определяет последовательность расположения амино ислот одной бел овой моле улы (первичную стру туру бел а) и представляет собой ен. Вместе с бел-ами ДНК входят в состав хроматина, вещества, из о- торо о состоят хромосомы ядра лет и.

213

2.Передача наследственной информации в результате репли ации при леточном делении от материнс ой лет-и — дочерним.

3.Реализация наследственной информации (хранящейся в виде енов) в результате матричных реа ций биосинтеза через выработ у специфичес их для лет и и ор анизма бел ов. При этом на одной из ее цепей по принципу омплементарности из ну леотидов о ружающей моле улу среды синтезируются моле улы информационной РНК.

РНК — соединение с олеблющимся (лабильным) содержанием в лет е.

Строение РНК. По своей стру туре моле улы РНК менее рупные, чем моле улы ДНК с моле улярной массой от 20—30 тыс. (т-РНК) до 1 млн (р-РНК), РНК-одноцепо- чечная моле ула, построенная та же, а и одна из цепей ДНК. Мономеры РНК — ну леотиды состоят из азотисто о основания, рибозы (пентозы) и фосфатной руппы. РНК содержит 4 азотистых основания:

пуриновые — аденин (А); пиримидиновые — уанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У).

В РНК тимин заменен на близ ий нему по строению урацил (ну леотид — уридиловый). Ну леотиды соединены в полину леотидную цепь та же, а и

вДНК, за счет остат ов фосфорных ислот, расположенных между рибозами.

По мест% нахождения в лет е среди РНК выделяют: ядерные, цитоплазматичес ие, митохондриальные, пластидные.

По выполняемым ф%н циям среди РНК выделяют: транспортные, информационные и рибосомные.

Транспортные РНК (т-РНК) — одноцепочные, но имеющие трехмерную стру туру « леверный лист», созданную внутримоле улярными водородными связями (рис. 41). Моле улы т-РНК — самые орот ие. Состоят из 80—100 ну леотидов. На их долю приходится о оло 10% от обще о содержания РНК в лет е. Они переносят а тивированные амино ислоты ( аждая т-РНК свою амино ислоту, все о известно 61 т-РНК) рибосомам при биосинтезе бел а в лет е.

214

Информационная (матричная) РНК (и-РНК, м-РНК) —

одноцепочечная моле ула, оторая образуется в результате транс рипции на моле уле ДНК ( опирует ены) в ядре и несет информацию о первичной стру туре одной бел овой моле улы месту синтеза бел а в рибосомах. Моле ула и-РНК может состоять из 300—3000 ну леотидов. На долю и-РНК приходится 0,5—1% от обще о содержания РНК в лет е.

Рибосомные РНК (р-РНК) — самые рупные одноцепочечные моле улы, образующие вместе с бел ами сложные омпле сы, поддерживающие стру туру рибосом, на оторых идет синтез бел а.

На долю р-РНК приходится о оло 90% от обще о содержания РНК в лет е.

Вся енетичес ая информация ор анизма (стру тура е о бел ов), за лючена в е о ДНК, состоящей из ну леотидов, объединенных в ены. Напомним, что ен — единица наследственной информации (участо моле улы ДНК), содержащая информацию о стру туре одно о бел а — фермента. Гены, обусловливающие свойства ор анизмов, на-

215

зывают стру турными. А ены, оторые ре улируют проявление стру турных енов, называют ре уляторными. Проявление (э спрессия) ена (реализация наследственной информации) происходит следующим образом:

ДНК ( ен) транс рипция º

ºи-РНК ( опия ена) транс рипция º

ºБело — Фермент (на рибосомах) º

ºРеа ция в лет е º

ºСвойство или призна (фен).

Для осуществления э спрессии ена существует енетичес ий од — стро о упорядоченная зависимость между основаниями ну леотидов и амино ислотами (табл. 12).

216

Основные свойства енетичес о о ода. Триплетность — одирование амино ислот осуществ-

ляется трой ами (триплетами) оснований ну леотидов. Количество одирующих триплетов равно 64 (4 вида ну леотидов: А, Т, Ц, Г, 43 = 64).

Однозначность — аждый триплет одирует толь о одну амино ислоту.

Вырожденность — число одирующих триплетов превышает число амино ислот (64 > 20). Существуют амино-ислоты, одируемые более чем одним триплетом (в составе бел ов та ие амино ислоты встречаются чаще). Есть три триплета, не одирующие ни одну амино ислоту (УAA, УАГ, УГА). Они называются «нонсенсодонами» и и рают роль «стоп-си налов», означающих онец записи ена (общее оличество одирующих одонов — 61).

Непере рываемость (непрерывность) — считывание триплетов с ДНК при синтезе и-РНК идет стро о по трем последовательным ну леотидам, без пере рывания соседних одонов. Внутри ена нет «зна ов препинания».

Универсальность — одни и те же триплеты одируют одни и те же амино ислоты у всех ор анизмов, живущих на Земле.

Общепринятые со ращения названий амино ислот:

Та им образом, ДНК-носитель всей енетичес ой информации в лет е — непосредственно о участия в синтезе бел а (т. е. реализации этой наследственной информации) не принимают. В лет ах животных и растений моле улы ДНК отделены ядерной мембраной от цито-

217

плазмы, де происходит синтез бел ов. К рибосомам — местам сбор и бел ов — высылается из ядра посредни , оторый несет с опированную информацию и способен пройти через поры ядерной мембраны. Та им посредни ом является информационная РНК, оторая участвует в матричных реа циях.

Матричные реа ции — это реа ции синтеза новых соединений на основе «старых» ма ромоле ул, выполняющих роль матрицы, т. е. формы, образца для опирования новых моле ул. Матричными реа циями реализации наследственной информации, в оторых принимают участие ДНК и РНК являются:

1.Репли ация ДНК — удвоение моле ул ДНК, бла-одаря оторым передача енетичес ой информации осуществляется от по оления по олению. Матрицей является материнс ая ДНК, а новыми, образованными по этой матрице — дочерние, вновь синтезированные 2 моле-улы ДНК (рис. 42).

2.Транс рипция (лат. transcription — переписывание) — это синтез моле ул РНК по принципу омплемен-

Ђочерí¤¤ї молеêулà Ќ

Рис. 42. Репликация ДНК

218

и для выполнения своих фун ций.

3. Трансляция (лат. translatio — передача, перевод) — это синтез полипетдиных цепей бел ов на матрице зрелой и-РНК, осуществляемый рибосомами. В этом процессе выделяют нес оль о этапов:

Этап первый — инициация (начало синтеза — цепи). В цитоплазме на один из онцов и-РНК (именно на тот, с оторо о начинался синтез моле улы в ядре) вступает рибосома и начинает синтез полипептида. Моле у- ла т-РНК, транспортирующая амино ислоту метионин (т-РНК мет), соединяется с рибосомой и при репляетсяначалу цепи и-РНК (все да одом АУГ). Рядом с первой т-РНК (не имеющей ни а о о отношения синтезирующему бел у) присоединяется вторая т-РНК с амино-ислотой. Если анти одон т-РНК, то между амино ислотами возни ает пептидная связь, оторую образует

219

определенный фермент. После это о т-РНК по идает рибосому (уходит в цитоплазму за новой амино ислотой), а и-РНК перемещается на один одон.

Второй этап — элон ация (удлинения цепи). Рибосома перемещается по моле уле и-РНК не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом. Третья т-РНК с амино-ислотой связывается своим анти одоном с одоном и-РНК. При установлении омплиментарности связи рибосома делает еще ша на один « одон», а специфичес ий фермент «сшивает» пептидной связью вторую и третью амино ислоту — образуется пептидная цепь. Амино ислоты в растущей полипептидной цепи соединяются в той последовательности, в оторой расположены шифрующие их одоны и-РНК (рис. 44).

Третий этап — терминация (о ончание синтеза) цепи. Происходит при трансляции рибосомой одно о из трех «нонсенсодонов» (УAA, УАГ, УГА). Рибосомы сос а-ивают с и-РНК, синтез бел а завершен.

Та им образом, зная порядо расположения амино-ислот в моле уле бел а, можно определить порядо ну леотидов (триплетов) в цепи и-РНК, а по ней — порядо пар ну леотидов в участ е ДНК и наоборот, учитывая принцип омплиментарности ну леотидов.

Естественно, что в процессе матричных реа ций вследствие а их-либо причин (естественных или ис усственных) мо ут происходить изменения — мутации. Это енные мутации на моле улярном уровне — результат различных повреждений в моле улах ДНК. Генные мутации, происходящие на моле улярном уровне, затра-ивают, а правило, один или нес оль о ну леотидов. Все формы енных мутаций можно разделить на две большие руппы.

Первая р%ппа — сдви рам и считывания — представляет собой встав и или выпадения одной или не- с оль их пар ну леотидов. В зависимости от места нарушения изменяется то или иное оличество одонов. Это наиболее тяжелые повреждения енов, та а в бело будут в лючены совершенно дру ие амино ислоты.

220