Молекулярные основы жизни

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - это биологические полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Молекулы нуклеиновых кислот, как правило, больше молекул белков. В клетке встречаются две разновидности нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Каждая из них образована многократным повторением нуклеотидов четырех типов.

Каждый нуклеотид состоит  из трех частей:

• Азотистое основание;
• Пятиуглеродный сахар;
• Фосфат.

В нуклеотидах ДНК встречаются  четыре типа азотистых основания, по названию которых даются названия нуклеотидам:

• адениновое основание – встречается в аденине ( А );
• тиминовое основание – в тимине ( т );
• цитозиновое – в цитозине ( Ц );
• гуаниновое – в гуанине ( Г ).

Эти азотистые основания  обладают уникальным свойством: они  способны образовывать комплиментарные связи , то есть связи строго соответствия одного основания другому. Так, например, адениновое основание может связаться только с тиминовым, а цитозиновое – с гуаниновым. Химически комплиментарные связи являются водородными.

В молекулах РНК также  встречаются четыре типа азотистых  оснований, но тимин заменен урацилом.

В нуклеотидах бывают две  разновидности пятиуглеродного сахара: в ДНК – дезоксирибоза, в РНК – рибоза. Эти сахара совместно с фосфатами обеспечивают ковалентные связи нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты.

Таким образом, ДНК отличается от РНК по составу. В ДНК встречается  дезоксирибоза и есть тимин. В РНК тимин заменен урацилом, а вместо дезоксирибозы встречается рибоза. Отличия между нуклеиновыми кислотами заключаются также и в структуре молекул. Так если РНК представляют собой одинарную цепочку нуклеотидов, то ДНК образована двойной цепочкой из двух полимерных нитей спирально скрученных друг относительно друга направо. Обе нити являются комплиментарными друг другу: то есть напротив тимина одной нити находится аденин другой нити, а напротив гуанина одной нити лежит цитозин другой. Водородные связи между комплиментарными нуклеотидами довольно слабы, но повторенные многократно по всей длине молекулы ДНК они обеспечивают достаточно прочную связь между обеими нитями (Рис. 1).

А-А-Т-Г-Г-А-А-Г-Т-Г

.. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

.. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

Т-Т-А-Ц-Ц-Т-Т-Ц-А-Ц

Рисунок 1. Строение участка молекулы ДНК.

Точками обозначены водородные связи комплиментарных нуклеотидов, расположенных в разных цепях, а черточками – ковалентные связи между соседними нуклеотидами одной цепи.

Молекулы ДНК в клетках  находятся в постоянной связи  со специальными белками, защищающими  ДНК от мутаций, а также обеспечивающими  ее удвоение и другие реакции. ДНК  может существовать в одном из двух состояний:

• В виде хроматина – тонких невидимых в световой микроскоп нитей;
• В виде хромосом – толстых укороченных, хорошо различимых в световой микроскоп образований. Каждая хромосома образуется в результате специальной укладки, скручивания одной из хроматиновой нити. Все хромосомы клетки имеют утолщенные участки – теломеры и тонкие перехваты между ними – центромеры.

Превращение хроматина в  хромосомы происходит только в период деления клетки. В это время  хорошо заметно, что хромосомы отличаются друг от друга деталями строения: длиной, размерами теломер. Эти различающиеся внешним строением хромосомы, отличаются и более существенными свойствами: они несут в себе совершенно различные гены. Такие хромосомы, не имеющие общих генов, называются хромосомами разного сорта или негомологичными хромосомами

Все виды живых организмов имеют строго определенное число  негомологичных хромосом. Например, любая  клетка человека имеет 23 негомологичных хромосомы, клетки голубя – 40, клетки березы – 42, а клетки лука – 8. Однако в клетках всех организмов хромосом в два раза больше, чем число негомологичных хромосом, так как каждый сорт хромосом представлен двумя штуками. Хромосомы одного сорта называются гомологичными. Гомологичные хромосомы имеют одинаковое внешнее строение и сходный состав генов. Удвоенный набор хромосом принято называть диплоидным . Полный, диплоидный, набор клетки человека 46 хромосомами, у голубя –80, у березы 84, у лука 16.

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) и рибосомной (р-РНК). Все они синтезируются в ядре на особых участках ДНК, а затем поступают в цитоплазму, где выполняют различные функции. Информационная РНК является копией гена и играет роль матрицы при синтезе белка. Транспортная РНК отвечает за доставку аминокислот к месту синтеза белка. Рибосомная РНК способствует образованию последовательности из аминокислот в цепочке синтезируемого белка.

АДЕНОЗИНТРИФОСФАТ

Все нуклеиновые основания  могут участвовать не только в  строительстве нуклеиновых кислот, но и соединяться с одним, двумя  или тремя фосфатами ( Р 3 О 4 3- ), образуя очень важные для клетки молекулы, например аденозинтрифосфат (АТФ). Эта молекула является универсальным носителем энергии в виде химической связи фосфатов. АТФ обеспечивает протекание многих реакций синтеза органических соединений, отдавая часть своей энергии с одним фосфатом. При этом сама молекула АТФ превращается в молекулу АДФ (аденозиндифосфат). В свою очередь АДФ может отдать еще один фосфат (а, следовательно, и энергию) для другой реакции, превратившись теперь в молекулу АМФ (аденозинмонофосфат). В химической связи двух фосфатов с аденозином заключается большая энергия, поэтому такие связи принято называть макроэргическими . Уникальность молекул носителей энергии заключается не только в их способности отдавать энергию, но и запасать энергию выделяющуюся в самых разнообразных реакциях. Не трудно понять, что процесс накопления энергии идет в направлении постепенного присоединения фосфатов к аденозину: АМФ + фосфат ® АДФ, АДФ + фосфат ® АТФ. Эти реакции присоединения фосфатов называются реакциями фосфорилирования . В зависимости от источника энергии для этих реакций фосфорилирование бывает следующих типов:

• Циклическое фосфорилирование : запасается энергия электрона, возбужденного светом (при фотосинтезе).
• Гликолитическое фосфорилирование : запасается энергия бескислородного расщепления молекулы глюкозы (при гликолизе).
• Окислительное фосфорилирование: запасается энергия окисления кислородом молекул молочной кислоты (при дыхании)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Биология ХХ века углубила понимание существенных черт живого, раскрыла молекулярные основы жизни. В  основе современной биологической  картины мира лежит представление  о том, что мир живого - это грандиозная  Система высокоорганизованных систем. Любая система (и в неорганической и в органической природе) состоит  из элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в  единое целое.

Современное определение  жизни звучит так:

«Жизнь - это макромолекулярная  открытая система, которой свойственна  иерархическая организация, способность  к самовозобновлению, обмен веществ и тонко регуляторный процесс».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.  Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. 4-е изд., стер. - М.: Академия, 2003.

2.  Калинин Ф.Л. Основы молекулярной биологии. - Киев: издательское объединение «Вища школа», 1978.

3.  Пехов А.П. Биология с основами экологии. Серия «Учебники для вузов. Специальная литература» — СПб.: Издательство «Лань», 2000.