Структура молекулы ДНК

 

Английские ученые Дж. Уотсон и Ф. Крик (1953) предложили пространственную модель молекулы ДНК. Согласно этой модели, макромолекула представляет собой спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси. Пуриновые и пиримидиновые основания направлены, внутрь спирали. Между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой возникают водородные связи. Эти основания составляют комплементарные пары:

А=Т (соединены двумя Н- связями), ГºЦ (три Н-связи).

Т.о., вторичная структура ДНК- это двойная спираль, образующаяся за счет Н- связей между комплементарными парами гетероциклических оснований и сил Ван дер Ваальса между азотистыми основаниями.

Водородные связи образуются между – NH группой одного основания и

NH×××××: О=С

группой другого

С=О

NH×××: Nº.

, а также между амидными и имидными атомами азота

Н-связи стабилизируют двойную спираль.

 

Комплементарность цепей – химическая основа важнейших функций ДНК– хранения и передачи наследственных признаков. В ДНК содержатся всего четыре основания (А, Г, Ц, Т). Кодирующей единицей для каждой АК белка является триплет (код из трех оснований). Участок молекулы ДНК, содержащий в последовательности своих нуклеотидов информацию о последовательности аминокислотных звеньев в синтезируемом белке, называют геном. В макромолекуле ДНК содержится много генов.

Однако нуклеотидная последовательность ДНК под действием различных факторов может подвергаться изменениям, которые называют мутациями. Наиболее распространенный вид мутации – замена какой-либо пары оснований на другую. Причина – сдвиг таутомерного равновесия. Например, замена обычной пары Т-А на пару Т-Г. При накоплении мутаций возрастает число ошибок в биосинтезе белка. Вторая причина возникновения мутации – химические факторы, а также различные виды излучений. Мутации под действием химических соединений имеют большое значение для управления наследственностью с целью ее улучшения – селекция сельскохозяйственных культур, создание штаммов микроорганизмов, производящих антибиотики, витамины, кормовые дрожжи.

Макромолекула РНК, как правило, представляет собой одну полипептидную цепь, принимающую различные пространственные формы, в том числе и спиралеобразные.

Молекулы ДНК находятся в ядрах клеток, а синтез белка осуществляется в цитоплазме на рибосомах при участии РНК, которые копируют генетическую информацию, переносят ее к месту синтеза белка, участвуют в процессе синтеза белка.

Нуклеотиды имеют большое значение не только как строительный материал для НК. Они участвуют в биохимических процессах, например в энергетическом обмене клетки (АТФ), переносе фосфатных групп, в окислительно-восстановительных р-циях и др.

Успехи в изучении строения НК и их функции привели к развитию новой ветви биологический науки – генной инженерии, позволяющей управлять внутриклеточными процессами. Отсюда исключительные перспективы в решении проблем медицины (предупреждение и лечение болезней), промышленности (например, биотехнологии на основе использования новых микроорганизмов, которые, благодаря наличию новых генов, синтезируют новые соединения) и т.д. Эти научные достижения показывают, что в основе процессов жизнедеятельности организмов лежат реальные химические процессы, протекающие в клетках на молекулярном уровне.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое аминокислоты?

2. Как классифицируются аминокислоты?

3. Какие виды номенклатуры используются для аминокислот?

4. Какие аминокислоты входят в состав белков организма?

5. Что представляет собой аминокислота в кислой, основной и нейтральной средах? Напишите эти структуры для фенилаланина.

6. Напишите уравнения реакций серина (2-амино-3-гидроксипропановой кислоты) с:

а) аммиаком; б) гидроксидом натрия; в) азотистой кислотой;

г) ангидридом уксусной кислоты; д) азотной кислотой.

7. Какие продукты получаются при нагревании α -, β -, γ – амнокилот? Чем это можно объяснить?

8. Напишите реакцию декарбоксилирования гистидина.

9. Опишите качественные реакции на аминокислоты и белки.

10. Что такое белки? Как они классифицируются?

11. Опишите структуру белка.

12. Какие функции белков в организме?

13. Что такое нуклеиновые кислоты? Каков их химический состав?

14. Напишите схему образования двух нуклеозидов: а) из β –D – рибофуранозы и гуанина; б) из β –D – дезоксирибофуранозы и Тимина.

15. Напишите строение участка РНК с последовательностью оснований аденинурацил.

16. Какова биологическая роль нуклеиновых кислот?