Нуклеиновые кислоты

Информация о нуклеиновых кислотах в вопросах и ответах.

Когда и кем были открыты нуклеиновые кислоты? 
Нуклеиновые кислоты были открыты в 1869 г. швейцарским врачом Ф.Мишером в ядрах лейкоцитов, входящих в состав гноя. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, бактериях, протистах, грибах и вирусах.

Какова биологическая роль нуклеиновых кислот? 

Они играют центральную роль в хранении и передаче наследственной информации о свойствах организма.

Какие виды нуклеиновых кислот существуют в природе? 

В природе существует два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые, или ДНК, и рибонуклеиновые, или РНК.

Что отражает различие в их названиях? 

Молекула ДНК содержит сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.

Какие разновидности природных ДНК и РНК вы знаете? 

В настоящее время известны хромосомальная и внехромосомальная ДНК и рибосомальная, информационная и транспортная РНК, которые участвуют в синтезе белка. ДНК включает множество генов, определяющих различия в метаболизме. Например, ДНК бактериальной клетки кишечной палочки содержит несколько тысяч различных генов, а у животных и растений – много больше, причем каждый вид организмов имеет характерный только для него набор генов. Однако многие гены – общие для всех организмов, что подтверждает общность происхождения живых существ.

Где в клетке находятся нуклеиновые кислоты? 

Примерно 99% всей ДНК находится в хромосомах клеточного ядра, кроме того, ДНК имеется в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав ядрышек клеточного ядра, а также содержится в рибосомах, митохондриях, пластидах и цитоплазме.

Какое строение имеют молекулы ДНК и РНК? 

Молекула ДНК состоит из двух правозакрученных спиральных цепочек полинуклеотидов. Недавно была открыта левозакрученная ДНК. РНК состоит из одной спирально закрученной полинуклеотидной цепочки.

Полинуклеотидная цепь ДНК состоит из нуклеотидов. А что является структурными компонентами нуклеотидов? 

В состав любого нуклеотида ДНК входит одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц), а также сахар дезоксирибоза (C₃H₁₀O₄) и остаток фосфорной кислоты.

Какова общая структурная формула нуклеотида?

Различаются ли нуклеотиды между собой? 

Они отличаются только азотистыми основаниями, которые попарно имеют близкое химическое строение: Ц подобен Т (они относятся к пиримидиновым основаниям), А подобен Г (они относятся к пуриновым основаниям). А и Г по размерам несколько больше, чем Т и Ц. В ДНК входят нуклеотиды только четырех видов.

Чем отличаются составы нуклеотидов ДНК и РНК? 

РНК построена из тех же азотистых оснований, что и ДНК, но вместо тимина в ее состав входит урацил. Кроме того, углевод нуклеотидов РНК представлен рибозой.

Как происходит соединение нуклеотидов между собой в полинуклеотидной цепи?

В полинуклеотидной цепи соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между дезоксирибозой (в молекуле ДНК) или рибозой (в молекуле РНК) одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида.

Чем объясняется огромное разнообразие генов в составе молекулы ДНК? 

Хотя ДНК содержит всего четыре типа разных нуклеотидов, благодаря различной последовательности их расположения в длинной цепочке достигается огромное разнообразие их сочетаний в молекуле.

Как объединяются две полинуклеотидные цепи в единую молекулу ДНК? 

Между азотистыми основаниями нуклеотидов разных цепей образуются водородные связи (между А и Т – две, а между Г и Ц – три). При этом А соединяется водородными связями только с Т, а Г – с Ц. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых – числу цитидиловых. Эта закономерность получила название правила Чаргаффа. Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепочке определяет их последовательность в другой, т.е. цепи ДНК являются как бы зеркальными отражениями друг друга. Такое избирательное соединение нуклеотидов называется комплементарностью, и это свойство лежит в основе самосборки новой полинуклеотидной цепи ДНК на базе исходной. Помимо водородных связей в стабилизации структуры двойной спирали участвуют и гидрофобные взаимодействия.

Одна из цепей ДНК имеет структуру А–Т–Ц–Ц–Г–А–А–Ц–Т. Используя принцип комплементарности, постройте вторую цепь.

Т–А–Г–Г–Ц–Т–Т–Г–А.

Как происходит репликация (самоудвоение) молекулы ДНК? 

Репликация начинается с того, что двойная спираль ДНК временно раскручивается. Под действием фермента ДНК-полимеразы происходит присоединение свободных нуклеотидов к одинарным полинуклеотидным цепям. Каждая полинуклеотидная цепь играет роль матрицы для новой комплементарной цепи, которая образуется после соединения нуклеотидов между собой. В результате из одной молекулы ДНК получаются две новые, у каждой из которых одна половина происходит от родительской молекулы, а другая является вновь синтезированной. При этом новые цепи синтезируются сначала в виде коротких фрагментов, которые затем «сшиваются» в длинные цепи специальными ферментами. Две новые молекулы ДНК представляют собой точные копии исходной молекулы. Этот процесс лежит в основе передачи наследственной информации, которая осуществляется на двух уровнях: клеточном и молекулярном.

Чем объясняется высокая точность репликации ДНК? 

Высокая точность обеспечивается специальным комплексом белков – «репликативной машиной». Эти белки выполняют три функции: 

– выбирают нуклеотиды, способные образовывать комплементарную пару с нуклеотидами родительской, матричной, цепи; 

– катализируют образование ковалентной связи между каждым новым нуклеотидом и концом растущей цепи; 

– исправляют ошибки сборки цепи, удаляя неправильно включившиеся нуклеотиды. Число ошибок «репликативной машины» составляет ничтожную величину – менее одной на 10⁹ нуклеотидов.

Какие бывают ошибки «репликативной машины» и к чему они приводят? 

В некоторых случаях «репликативная машина» пропускает или вставляет несколько лишних оснований, включает Ц вместо Т или А вместо Г. Каждое такое изменение в последовательности нуклеотидов молекулы ДНК – генетическая ошибка, называемая мутацией. Такие ошибки будут воспроизводиться во всех последующих поколениях клеток, что может приводить к разным последствиям, как положительным, так и негативным.

Каков диаметр и шаг спирали ДНК? 

Диаметр спирали ДНК – 2 нм, шаг спирали – 3,4 нм, каждый виток содержит 10 пар нуклеотидов.

Какова длина и масса нуклеиновых кислот? 

Длина молекулы нуклеиновой кислоты может достигать сотен тысяч нанометров, т.е. около 0,1 мм. Это значительно больше самой крупной молекулы белка, которая в развернутом виде достигает в длину 100–200 нм. Масса молекулы ДНК составляет около 6´10^-12 г.

Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Признаки	ДНК	РНК
Функции	химическая основа хромосомного генетического материала (генов); матрица для синтеза ДНК; матрица для синтеза РНК; информация о структуре белка	иРНК передает код наследственной информации о первичной структуре белка; рРНК входит в состав рибосом; тРНК переносит аминокислоты к рибосомам; митохондриальная и пластидная ДНК входят в состав этих органоидов
Местонахождение в клетке	ядро, митохондрии, пластиды	ядро, цитоплазма, рибосомы, митохондрии, пластиды
Строение	двойная спираль: две комплементарные полинуклеотидные цепи	одинарная полинуклеотидная цепь
Мономеры	дезоксирибонуклеотиды	рибонуклеотиды
Состав нуклеотида	азотистое основание (аденин, гуанин, тимин, цитозин), дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты	азотистое основание (аденин, гуанин, урацил, цитозин), рибоза и остаток фосфорной кислоты
Типы нуклеотидов	адениловый (А), гуаниловый (Г), тимидиловый (Т), цитидиловый (Ц)	адениловый (А), гуаниловый (Г), уридиловый (У), цитидиловый (Ц)
Свойства	способна к репликации (самоудвоению), стабильна	не способна к репликации, лабильна

О.В. ДЕГТЯРЕНКО,
учитель горнозаводской с.ш. No 8,
Ставропольский край

Источник