Молекулярные основы эволюции (белки, нуклеиновые кислоты, первичный и вторичный генетический коды)

     Белки - высокомолекулярные природные полимеры, построенные из остатков аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью - СО-NH- Каждый белок характеризуется специфической аминокислотной последовательностью и индивидуальной пространственной структурой (конформацией). Функционирование белков лежит в основе важнейших процессов жизнедеятельности организма. Обмен веществ (пищеварение, дыхание и др.), мышечное сокращение, нервная проводимость и жизнь клетки в целом неразрывно связаны с активностью ферментов. По составу белки делят на простые, состоящие только из аминокислотных остатков, и сложные. Сложные могут включать ионы металла или пигмент. В соответствии с формой молекул белки подразделяют на глобулярные и фибриллярные. Молекулы первых свернуты в компактные глобулы сферической или эллипсоидной формы, молекулы вторых образуют длинные волокна (фибриллы) и высокоасимметричны. Большинство глобулярных белков, в отличие от фибриллярных, растворимы в воде.

     Практически все белки построены из 20 аминокислот, принадлежащих, за исключением глицина, к L-ряду. Аминокислоты соединены между собой пептидными связями, образованными карбоксильной и аминогруппами соседних аминокислотных остатков (см. формулу I): 

       (формула I) 

     Белковая молекула может состоять из одной или нескольких цепей, содержащих от 50 до нескольких сотен (иногда - более тысячи) аминокислотных остатков. Молекулы, содержащие менее 50 остатков, часто относят к пептидам.

     Биосинтез белков происходит в результате трансляции в субклеточных частицах - рибосомах, представляющих собой сложный рибонуклеопротеидный комплекс. Информация о первичной структуре белка «хранится» в соответствующих генах - участках ДНК - в виде последовательности нуклеотидов. В процессе транскрипции эта информация с помощью фермента - ДНК - зависимой РНК - полимеразы - передается на матричную рибонуклеиновую кислоту, которая, соединяясь с рибосомой, служит матрицей для синтеза белка. Выходящие из рибосомы синтезированные полипептидные цепи, самопроизвольно сворачиваясь, принимают присущую данному белку конформацию, а также подвергаются модификации благодаря реакциям различных функциональных групп аминокислотных остатков и расщеплению пептидных связей.

     Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды), биополимеры, осуществляющие хранение и передачу генетической информации во всех живых организмах, а также участвующие в биосинтезе белков.

     Первичная структура нуклеиновых кислот (Н.к.) представляет собой последовательность остатков нуклеотидов. Последние в молекуле Н.к. образуют неразветвленные цепи. В зависимости от природы углеводного остатка в нуклеотиде Н.к. подразделяют соответственно на дезоксирйбонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты. В молекуле ДНК гетероциклы, входящие в остаток нуклеотида, представлены двумя пуриновыми основаниями - адeнином (А) и гуанином (G), и двумя пиримидиновыми основаниями - тимином (Т) и цитозином (С); РНК вместо Т содержит урацил (U). Кроме того, в Н.к. в небольших количествах обнаруживаются модифицированные остатки нуклеозидов - минорные нуклеозиды.

     Пространствю структура ДНК описывается как комплекс двух полинуклеотидных антипараллельных цепей, закрученных относительно общей оси. Комплементарное спаривание А с Т и G с С осуществляется посредством водородных связей. Установлено, что молекула ДНК в клетке представляет собой совокупность генов, регуляторных участков, районов, участвующих в организации генов в хромосомах.

     Рибонуклеиновые кислоты, как правило, построены из одной полинуклеотидной цепи, характерный элемент вторичной структуры которой - «шпильки», перемежающиеся однотяжевыми участками. Шпилька - двутяжевая спиральная структура, образующаяся в результате комплементарного спаривания оснований (А с U и G с С). Шпильки и соединяющие их однотяжевые участки РНК укладываются в компактную третичную структуру. Для РНК вторичная структура имеет характерную форму, которую называют «клеверным листом». Известны редкие примеры целиком двухспиральных молекул РНК.

     Реализация генетического кода в клетке происходит в два этапа: 1) синтез молекулы матричной, или информационной, мРНК на соответствующем участке ДНК; при этом последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в нуклеотидную последовательность мРНК; 2) синтез белка, при котором последовательность нуклеотидов РНК переводится в соответствующую последовательность аминокислот.

     Важнейшее свойство Г.к. - его однонаправленность. Кодоны информативны только в том случае, если они считываются в одном направлении - от первого нуклеотида к последующим.

      Заключение

     Химическая эволюция на Земле создала все предпосылки для появления живого из неживой природы. А Земля оказалась в таких специфических условиях, что эти предпосылки смогли реализоваться. Жизнь во всем ее многообразии возникла на Земле самопроизвольно из неживой материи, она сохранилась и функционирует уже миллиарды лет. Жизнь полностью зависит от сохранения соответствующих условий ее функционирования. А это во многом зависит от самого человека. Видимо, одним из проявлений природы и является появление человека как самосознающей себя материи. На определенном этапе он может оказывать ощутимое воздействие на среду собственного обитания, причем как позитивное, так и негативное.

      Список используемой литературы

Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / В.Н. Лавриненко, В.П. Ратников, Г.В. Баранов и др.; Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999. - 303 с.

Концепции современного естествознания: Учебник. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Альфа-М, 2004. - 622 с. (в пер.)

Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для вузов / А.А. Горелов. - М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003. - 380, [4] с. - (Высшая школа).

Пуассон А. Теории и символы алхимиков // Теории и символы алхимиков. М., 1995. С. 36.

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/2974.html

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3846.html

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2665.html

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/486.html

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/970.html