Носители генетической информации. ДНК и РНК

Хранение и передачу наследственной информации в живых организмах обеспечивают природные органические полимеры – нуклеиновые кислоты. Различают две разновидности – дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК). В состав ДНК входят азотистые основания (аденин, гуанин, тимин, цитозин), дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. В состав РНК вместо тимина входит урацил, а вместо дезоксирибозы – рибоза. Мономерами ДНК и РНК являются нуклеотиды, которые состоят из азотистых, пуриновых и пиримидиновых оснований, остатка фосфорной кислоты и углеводов (рибозы и дезоксирибозы). Молекулы ДНК содержатся в ядре клетки живых организмов, в эквивалентных структурах митохондрий, хлоропластов, в прокариотных клетках (без оформленного ядра) и во многих вирусах. Молекула ДНК – это двойной неразветвленный линейный полимер, имеющий вид правозакрученной или левозакрученной спирали. Нуклеотиды ДНК соединяются в цепь при помощи ковалентных связей. Цепи нуклеоидовсоединяются в одну молекулу ДНК по всей длине водородными связями: адениновый нуклеотид одной цепи соединяется с тиминовым нуклеотидом другой цепи, гуаниновый с цитозиновым. Эти пары оснований называются комплементарными, а принцип формирования двуцеочной молекулы ДНК – принципом комплементарности. Количество тимина равно кол-ву аденина, а кол-во гуанини – кол-ву цитозина.   

Структурная модель ДНК в виде двойной спирали предложена в 1953 г. Уотсоном и Криком. На основе анализа особенностей структуры молекулы ДНК ученые объяснили многие ее св-ва и биологические ф-ции, то положило начало молекулярной генетике. ДНК – материальный носитель информации, которая кодируется последовательностью нуклеотидов. Расположение 4 типов нуклеотидов определяет последовательность аминокислот в молекулах белка. От набора белков зависят св-ва клеток и индивидуальные признаки организмов. Определенное сочетание нуклеотидов, несущих информацию о структуре белка, и последовательность их расположения в молекуле ДНК образуют генетический код. Ген – единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо признака. Он занимает участок молекулы ДНК, определяющей структуру одной молекулы белка. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом организма – геном, а генетическая конструкция организма – генотип. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК, приводит к наследственным изменениям в организме – мутациям.  

РНК является одноцепочным полимером, который переносит информацию о последовательности аминокислот в белках от хромосом (где содержится ДНК) к местам синтеза белков в клетке (рибосомам) и участвует в синтезе белков. У ряда вирусов двуцепочные РНК являются хранителями наследственной информации. Связь между нуклеотидами в цепи РНК осуществляется так же, как и в одной цепи ДНК: через углевод и остаток фосфорной кислоты. Различают три вида РНК: и-РНК, т-РНК и р-РНК. Транспортные РНК переносят аминокислоты к местам синтез белков – рибосомам (содержат 80-100 нуклеотидов). Рибосомные РНК находятся в рибосомах и участвуют в синтезе белков (содержат 3000-5000 нуклеотидов). Информационная РНК переносит от ДНК информацию о последовательности аминокислот в белках к местам их синтеза (содержат 300-3000 нуклеотидов). 

Свойства генетического кода. Биосинтез белка.

Генетический код обладает удивительными св-вами. Главное из них – триплетность: одна аминокислота кодируется тремя расположенными рядом нуклеотидами – триплетом, называемым кодоном. При этом каждый кодон кодирует только одну аминокислоту. Другое не менее важное св-во – код един для всего живого на Земле. Это св-во генетического кода вместе со сходством аминокислотного состава всех белков свидетельствует о биохимическом единстве жизни, которое, по-видимому, отражает происхождение всех живых существ от единого предка. Для молекул ДНК характерно важное св-во удвоения – образования двух одинаковых двойных спиралей, каждая из которых идентична исходной молекуле. Такой процесс удвоения молекулы ДНК называется репликацией. Репликация включает разрыв старых и формирование новых водородных связей, объединяющих цепи нуклеотидов. В начале две старые цепи начинают раскручиваться и отделяться друг от друга. Затем по принципу комплементарности к двум старым цепям пристраиваются новые. Так образуются две идентичные двойные спирали. Репликация обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передает ее по наследству от поколения к поколению. Кодирование генетической информации и репликация молекул ДНК – два важнейших взаимосвязанных процесса, составляющих основу развития и воспроизведения живых организмов. Универсальность – код един для всего живого на Земле. Вырожденность – одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов. Специфичность – каждый триплет кодирует только одну аминокислоту. Неперекрываемость – кодоны одного гена не могут одновременно входить в соседний. Непрерывность – в пределах одного гена считывание генетической информации происходит в одном направлении.

Биосинтез белка – процесс создания в клетках белковых молекул из аминокислот. В процессе биосинтеза белка определяющую роль играет генетический код. Биосинтез белка состоит из двух этапов: трансляции и транскрипции. Транскрипция – биосинтез молекул всех типов РНК на оной из цепей молекулы ДНК при помощи ферментов РНК-полимеразы. Трансляция – перевод последовательности нуклеотидов в молекуле и-РНК в последовательность аминокислот в белке. Сборка одной молекулы белка из 200-300 аминокислот составляет 1-2 минуты.