Функции и места локализации нуклеиновых кислот в клетке

Функции и места локализации нуклеиновых кислот в клетке различны.

ДНК находится в ядре клетки и выполняет функции хранения наследственной информации и передачи ее дочерним клеткам при делении материнской.

 РНК в клетке представлена тремя разновидностями:

· информационной (и-РНК)

· транспортной (т-РНК)  

· рибосомной (р-РНК)

 Все они синтезируются в ядре на особых участках ДНК, а затем поступают в цитоплазму, где выполняют различные функции.

Информационная РНК весьма не однородна; она может иметь молекулярный вес от 300000 до 2-х и более миллионов и отличается чрезвычайно высокой метаболической активностью. Является копией гена и играет роль матрицы при синтезе белка.

Транспортная РНК состоит из 80-90 нуклеотидов. Находится в составе основного вещества цитоплазмы. Составляет примерно 10-15% всей РНК и отвечает за доставку аминокислот к месту синтеза белка.

Рибосомная РНК находится главным образом в составе рибосом, она составляет до 80% всей РНК клетки. Способствует образованию последовательности из аминокислот в цепочке синтезируемого белка.

 

Мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из одного пуринового (аденин – А, гуанин – Г) или пиримидинового (цитозин – Ц, Тимин – Т, урацил – У) азотистого основания, сахара-пентозы (рибоза или дезоксирибоза) и 1-3 остатков фосфорной кислоты.

Название нуклеотидов определяется видом основания и пентозы, входящих в их состав (адениловый рибонуклеотид, тимидиловый дезоксирибонуклеотид). В зависимости от числа фосфатных групп различают моно-, ди- и трифосфаты нуклеотидов, например аденозинмонофосфат – АМФ, гуанозиндифосфат – ГДФ, уридинтрифосфат – УТФ, тимидинтрифосфат – ТТФ и т.д.

Функции мононуклеотидов:

1. Энергетическая. Они выступают в качестве источников энергии, причем АТФ является универсальным соединением, энергия которого используется почти во всех внутриклеточных реакциях.

2. Транспортная. Производные нуклеотидов служат переносчиками некоторых химических групп, например НАД (никотинамидадениндинуклеотда) и ФАД (флавинадениндинуклеотид) – переносчики атомов водорода.

3. Строительная (структурная). Наиболее важная роль нуклеотидов состоит в том, что они служат строительными блоками для сборки полинуклеотидов: РНК и ДНК (рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот)

 

Полинуклеотиды. Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты – полимеры, мономерами которых служат нуклеотиды.

Нуклеотиды ДНК и РНК состоят из следующих компонентов:

1. азотистое основание (в ДНК: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК: аденин, гуанин, цитозин и урацил).

2. сахар-пентоза (в ДНК – дезоксирибоза, в РНК – рибоза).

3. остаток фосфорной кислоты.

 

ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) – длинноцепочечный неразветвленный полимер, состоящий из четырех типов мономеров – нуклеотидов А, Т, Г и Ц – связанных друг с другом ковалентной связью через остатки фосфорной кислоты.

Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей (двойная спираль). При этом аденин образует 2 водородные связи с тимином, а гуанин – 3 связи с цитозином. Эти пары азотистых оснований называют комплементарными. В молекуле ДНК они всегда расположены напротив друг друга. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Пространственная структура молекулы ДНК была установлена в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком.

Связываясь с белками молекула ДНК образует хромосому. Хромосома - комплекс одной молекулы ДНК с белками. Молекулы ДНК эукариотических организмов (грибов, растений и животных) линейны, незамкнуты, связаны с белками, образуя хромосомы. У прокариот (бактерий) ДНК замкнута в кольцо, не связана с белками, не образует линейную хромосому.

Функция ДНК: хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. ДНК определяет, какие белки и в каких количествах необходимо синтезировать.

 

РНК (рибонуклеиновые кислоты) вместо дезоксирибозы содержат рибозу, а вместо тимина – урацил. РНК, как правило, имеют лишь одну цепь, более короткую, чем цепи ДНК. Двуцепочечные РНК встречаются у некоторых вирусов.

Виды РНК:

1. информационная (матричная) РНК – иРНК (или мРНК). Имеет незамкнутую цепь. Служит в качестве матриц для синтеза белков, перенося информацию об их структуре с молекулы ДНК и рибосомам в цитоплазм.

2. транспортная РНК – тРНК. Доставляет аминокислоты к синтезируемой молекуле белка. Молекула тРНК состоит из 70-90 нуклеотидов и благодаря внутрицепочечным комплементарным взаимодействиям приобретает характерную вторичную структуру в виде «клеверного листа».

3. Рибосомная РНК – рРНК. В комплексе с рибосомными белками образует рибосомы – органоиды, на которых происходит синтез белка.

В клетке на долю мРНК приходится около 5%, тРНК – около 10%, и рРНК – около 85% всей клеточной РНК.

Функции РНК: участие в биосинтезе белков.

 

Самоудвоение ДНК. Молекулы ДНК обладают способностью, неприсущей ни одной другой молекуле – способностью к удвоению. Процесс удвоения молекул ДНК называется репликацией. В основе репликации лежит принцип комплементарности – образование водородных связей между нуклеотидами А и Т, Г и Ц.

Этот процесс осуществляют ферменты ДНК-полимеразы. Под их воздействием цеп молекулы ДНК разделяются на небольшом отрезке молекулы. На цепи материнской молекулы достраиваются дочерние цепи. Затем расплетается новый отрезок, и цикл репликации повторяется.

В результате образуются дочерние молекулы ДНК, ничем не отличающиеся друг от друга и от материнской молекулы. В процессе деления клетки дочерние молекулы ДНК распределяются между образующимися клетками. Так осуществляется передача информации из поколения в поколение.

Под воздействием различных факторов внешней среды (ультрафиолетового излучения, различных химических веществ) молекула ДНК может повреждаться. Происходят разрывы цепей, ошибочные замены азотистых оснований нуклеотидов и др. Кроме того, изменения в ДНК могут происходит самопроизвольно, например, в результате рекомбинации – обмена фрагментами ДНК. Произошедшие изменения в наследственной информации также передаются потомству.

В некоторых случаях, молекулы ДНК способны «исправлять» возникающие в ее цепях изменения. Эта способность называется репарацией. В восстановлении исходной структуры ДНК участвуют белки, которые узнают измененные участки ДНК и удаляют их из цепи, тем самым, восстанавливая правильную последовательность нуклеотидов, сшивая восстановленный фрагмент с остальной молекулой ДНК.