По благословению Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Алексия II Автор С. Ю. Вертьянов ( E - mail : SergijV@ yandex. ru ) Под общей научной редакцией д.б.н. М. Г.

Страница 6 из 16

В каких организмах запасающую энергетическую функцию выполняет гликоген, а в каких — крахмал? 3. Сходны ли по химическому строению с пищевым сахаром древесина и панцирь членистоногих? 4. Почему организм запасает энергию в двух формах — в виде углеводов и жиров? 5. Каковы основные функции липидов? § 5. Биополимеры. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК Нуклеиновые (<лат. nucleus ядро) кислоты были открыты в 1868 г. швейцарским биохимиком Ф.

Мишером при иссле­довании ядер лейкоцитов человека. Их биологическое значе­ние огромно. В нуклеиновых кислотах хранится наследствен­ная информация всего организма. Они необходимы как для поддержания жизни существ, так и для ее воспроизведения. Существуют два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибо-нуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

; Основное количе­ство ДНК хранится в клеточных ядрах. Митохондрии и хлоропласты содержат небольшие кольцевые молекулы ДНК, не­сущие информацию о строении этих органоидов. Пространствен­ная структура ДНК была выявлена в 1953 г. английским физиком Ф. Криком и американским биологом Дж. Уотсоном, работавшими в области молекулярной биологии. ДНК состоит из двух параллельных молекулярных нитей, скрученных в двойную правую спираль.

Ширина спирали все­го 2 нм при длине более 100 000 нм. Соединяясь со специ­альными белками — гистонами, двойная спираль ДНК навива­ется на гистон, образуя сложную пространственную структу­ру – суперспираль. Молекула ДНК при этом укорачивается, утолщается и становится хорошо различимой в световой мик­роскоп. Эту суперспираль, упакованную сложным образом, и называют хромосомой.

Упаковка ДНК в ядре очень плотная, 46 хромосом человека общей длиной ДНК 1,8 м (6x109 пар нуклеотидов) содержатся в ядре диаметром 6х10-6 м . Каждая нить ДНК – полимер, мономером которого явля­ются нуклеотиды. Полимерная цепочка может содержать до 100 млн. нуклеотидов. В состав нуклеотида входит одно из че­тырех азотистых оснований: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г)

, а также моносахарид дезоксирибоза и ос­таток фосфорной кислоты. Четыре вида нуклеотидов различа­ются только азотистыми основаниями. В полинуклеотидной цепи ДНК молекулы дезоксирибозы связаны прочными ковалентными связями с остатками фосфор­ной кислоты соседних нуклеотидов. Две нити ДНК связываются друг с другом посредством водородных связей между азотисты­ми основаниями.

В соответствии со строением молекул азотис­тых оснований наблюдается следующая закономерность: А свя­зывается только с Т, а Г – только с Ц. Такой порядок соеди­нения энергетически выгоден, поскольку обеспечивает наибольшее количество водородных связей и параллельность нитей ДНК (поскольку направления считывания противоположны, нити называют антипараллельными).

Нуклеотиды как бы до­полняют друг друга, образуя так называемые комплементар­ные пары А-Т и Г-Ц (<лат. complementum средство пополнения). Если известен порядок следования нуклеотидов в одной нити ДНК, то по принципу комплементарности можно установить по­рядок нуклеотидов в другой нити. На каждый виток спирали приходится 10 пар нуклеотидов.

Комплементарность цепочек ДНК позволяет молекуле удваи­ваться (реплицироваться) в две абсолютно идентичные дочерние молекулы. ДНК Двойная спираль ДНК, накручиваясь на белки-гистоны, образует суперспираль-хромосому Гистоны Фрагмент двойной спирали ДНК Фермент ДНК-полимераза легко разрушает слабые водородные связи между витками спирали ДНК и, раскручивая молекулу, удваивает ее по принципу комплементарности.

Над репликацией каждой ДНК работает сразу несколько полимераз. В спирали ДНК миллионы витков, для разъединения дочерних макромолекул специ­альные ферменты «разрезают» ДНК на фрагменты и после раскручивания снова «сшивают». Установив структуру ДНК, Ф. Крик и Дж. Уотсон предпо­ложили, что наследственная информация закодирована после­довательностью нуклеотидов, в которой каждому гену соответ­ствует своя нуклеотидная цепочка.

Особенности строения ДНК озадачивали многих ученых. Один из открывателей двойной спирали ДНК нобелевский лауреат Ф. Крик заявил, что «нет никакой вероятности самопроизволь­ного возникновения жизни из химических элементов Земли». Чу­десные свойства ДНК побуждают нас задуматься о Творце. Рибонуклеиновая кислота (РНК). Молекулы РНК большин­ства организмов представляют собой одиночную нить нуклеоти­дов, схожую по строению с отдельной нитью ДНК.

Только вме­сто дезоксирибозы РНК включает другой моносахарид – рибозу (отсюда и название), а вместо тимина – урацил. Репликация (удвоение) ДНК происходит по принципу комплементарности. Процесс удвоения составляет молекулярную основу Размножения всех организмов Некоторые вирусы (реовирусы) для хранения информации используют двухцепочечную РНК, устроенную подобно ДНК.

В этих виру­сах РНК выполняет функции хромосом. Наследственную информацию, хранящуюся в ДНК, реали­зуют именно РНК. Их молекулы синтезируются на соответ­ствующих участках одной из нитей ДНК по принципу комплементарности. РНК переносят информацию о строении бел­ков от хромосом к месту синтеза и непосредственно участвуют в сборке белков. Общая масса РНК в клетках превышает количество ДНК и варьируется в зависимости от стадии жизненного цикла клет­ки.

Заметно большее количество РНК содержат клетки, интен­сивно синтезирующие белки. Различают три типа РНК: Информационные РНК (иРНК) содержат информацию о первичной структуре синтезируемых клеткой белков и пере­носят ее из ядра в цитоплазму к рибосомам, синтезирующим белки из аминокислот. Поскольку иРНК служат матрицей для синтеза белков, их еще называют матричными.

Это самые большие РНК, они могут включать до 30 тыс. нуклеотидов. Рибосомальные РНК (рРНК) определяют устройство и функционирование рибосом. Эти РНК не слишком велики, они содержат 3-5 тыс. нуклеотидов, но их очень много: рРНК составляют существенную часть рибосомы. На их долю при­ходится 90% общего количества РНК. Транспортные РНК (тРНК)

самые маленькие, в их состав входит всего около 80 нуклеотидов. Основная часть тРНК на­ходится в цитоплазме, где они и выполняют свою функцию: связывать и доставлять аминокислоты к рибосомам в процес­се синтеза белков. 1. Каковы функции ДНК? 2. Опишите строение молекулы ДНК. 3.

Как происходит удвоение ДНК и в чем главное значение этого процесса? 4. Откуда появляются в клетке РНК, какова их функция? § 6. Аденозинтрифосфорная кислота – АТФ. Другие соединения Энергия, поступающая в организм с пищей, запасается в виде химических связей синтезируемых клеткой молекул органических соединений.

Как мы уже знаем, универсальным источником энергии в клетке являются углеводы и липиды. Энергия, выделяющаяся при их расщеплении, аккумулиру­ется в молекулах АТФ. Использование АТФ позволяет орга­низму легко и быстро высвобождать и запасать значительные количества энергии. По строению АТФ сходна с адениновым нуклеотидом, вхо­дящим в состав РНК, только вместо одной фосфорной кисло­ты в состав АТФ входят три остатка фосфорной кислоты.

Клетки не в состоянии содержать кислоты в заметных коли­чествах, а только их соли. Поэтому фосфорная кислота вхо­дит в АТФ в виде остатка (вместо ОН-группы кислоты име­ется отрицательно заряженный атом кислорода). Под действием ферментов молекула АТФ легко подверга­ется гидролизу, то есть присоединяет молекулу воды и рас­щепляется с образованием аденозиндифосфорной кислоты (АДФ)

: АТФ + Н2О АДФ + Н3РО4 Отщепление еще одного остатка фосфорной кислоты пре­вращает АДФ в аденозинмонофосфорную кислоту АМФ: АДФ + Н2О АДФ + Н3РО4 Эти реакции обратимы, то есть АМФ может переходить в АДФ и далее в АТФ, аккумулируя энергию. Разрушение обыч­ной пептидной связи высвобождает лишь 12 кДж/моль энергии. А связи, которыми присоединены остатки фосфорной кислоты, высокоэнергетичны (их еще называют макроэргическими)

: при разрушении каждой из них выделяется 40 кДж/моль энергии. Поэтому АТФ играет в клетках центральную роль универсаль­ного биологического аккумулятора энергии. Молекулы АТФ синтезируются в митохондриях и хлоропластах (лишь незначительное их количество синтезируется в цитоплазме), а затем поступают к различным органоидам клет­ки, обеспечивая энергией все процессы жизнедеятельности.

За счет энергии АТФ происходит деление клетки, актив­ный перенос веществ через клеточные мембраны, поддержа­ние мембранного электрического потенциала в процессе пе­редачи нервных импульсов, а также биосинтез высокомоле­кулярных соединений и физическая работа. При усиленной нагрузке (например, в беге на короткие ди­станции) мышцы работают исключительно за счет запаса АТФ.

Претензии к содержанию