WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

рибонуклеиновые кислоты (РНК) дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) Характеристика ДНК Мономерами ДНК являются дезоксирибонуклеотиды, образованные остатком пятиуглеродного сахара — дезоксирибозы, остатком азотистого основания (пуринового — аденина, гуанина или пиримидинового — тимина, цитозина) и остатком фосфорной кислоты.

Э. Чаргафф, выявил следующую закономерность «правило комплиментарности»:

В фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина — тимину.

А+Г А = Т; Г = Ц или =Ц+Т Американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик воспользовались этим правилом при построении модели молекулы ДНК.

Трехмерная модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена этими учеными в 1953 г. За свои исследования они были удостоены Нобелевской премии.

Рис.12 Строение ДНК ДНК представляет собой двойную спираль. Ее молекула образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси. Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, шаг общей спирали, на который приходится 10 пар нуклеотидов — 3,4 нм. Длина молекулы — до нескольких сантиметров.

Молекулярный вес составляет десятки и сотни миллионов (для двойной спирали).

В ядре клетки человека общая длина ДНК около 2 м.

Одна цепь нуклеотидов образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. При этом между 3'углеродом остатка сахара одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает фосфо- ди -эфирная связь. В результате образуются неразветвленные полинуклеотидные ДНК. Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5'углеродом (его называют 5'-концом),. другой —3'-углеродом (3'-концом).

Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК удерживаются друг около друга благодаря возникновению водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов. Спаривание нуклеотидов не случайно, в его основе лежит принцип комплементарного взаимодействия пар оснований.

Последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой цепи ДНК.

Самоудвоение молекулы ДНК. Репликация.

Репликация — сложный процесс, идущий с участием ферментов (ДНК-полимераз). Репликация осуществляется полуконсервативным способом, то есть под действием ферментов молекула ДНК раскручивается и около каждой цепи, выступающей в роли матрицы, по принципу комплементарности достраивается новая цепь.

В материнской ДНК цепи антипараллельны.

На цепи 3'—5' репликация идет непрерывно. Это лидирующая цепь.

На цепи 5'—3' репликация протекает прерывисто, отдельными фрагментами Оказаки. Эта цепь называется отстающей.

Последовательность репликационного синтеза ДНК 1. ДНК-геликаза раскручивает участок двойной спирали ДНК и разрывает водородные связи.

Образуется репликационная вилка.

2. Дестабилизирующие белки выпрямляют участок цепи ДНК 3. ДНК-топоизомераза разрывает фосфодиэфирную связь в одной из полинуклеотидных цепей ДНК, снимая напряжение, вызываемое расплетением спирали и расхождением цепей в репликационной вилке.

4. РНК-праймаза синтезирует РНК-затравки для дочерней цепи и для каждого фрагмента Оказаки.

5. ДНК- полимераза осуществляет непрерывный синтез лидирующей цепи и синтез фрагментов Оказаки.

6. ДНК-лигаза «сшивает» фрагменты Оказаки после удаления РНК-затравки.

В каждой дочерней ДНК одна цепь является материнской, а вторая — вновь синтезированной. Благодаря самоудвоению молекулы ДНК осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления.

Характеристика РНК Мономерами РНК являются рибонуклеотиды, образованные остатками трех веществ:

пятиуглеродного сахара — рибозы; азотистым основанием — из пуриновых — аденином или гуанином, из пиримидиновых — урацилом или цитозином; остатком фосфорной кислоты.

Молекула РНК представляет собой неразветвленный полинуклеотид, имеющий третичную структуру.

В отличие от ДНК, она образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой.

Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

Рис.13 Схема строения молекул ДНК и РНК Информация о структуре молекулы РНК заложена в молекулах ДНК.

Последовательность нуклеотидов в РНК комплементарна кодирующей цепи ДНК и идентична, за исключением замены тимина на урацил, некодирующей цепи.

Если содержание ДНК в клетке относительно постоянно, то содержание РНК сильно колеблется.

Наибольшее количество РНК в клетках наблюдается во время синтеза белка.

Существует три основных класса нуклеиновых кислот:

1) Информационные РНК (и-РНК, м-РНК). 5% от общего содержания РНК Являются переносчиками генетической информации от ДНК к месту синтеза белка.

Служат матрицей для синтеза молекулы белка, т.к. определяют аминокислотную последовательность первичной структуры белковой молекулы.

2) Транспортные РНК (тРНК) 10 % от общего содержания РНК.

Молекулы тРНК доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, в рибосомы.

Каждый вид тРНК имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов.

Однако у всех молекул имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, благодаря наличию которых все тРНК имеют третичную структуру, напоминающую по форме лист клевера.

В тРНК различают антикодоновую петлю (участок, комплементарный кодовому триплету определенной аминокислоты) и акцепторный участок (с помощью фермента аминоацил-тРНКсинтетазы присоединить аминокислоту по заданному коду).



3) Рибосомные РНК ( рРНК) 80—85% от общего содержания РНК в клетке.

В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы.

Основное значение рРНК состоит в том, что она обеспечивает первоначальное связывание иРНК и рибосомы и формирует активный центр рибосомы, в котором происходит образование пептидных связей между аминокислотами в процессе синтеза полипептидной цепи.

Рис.14 Строение и –РНК, т –РНК.

Характеристика АТФ Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный переносчик и основной аккумулятор энергии в живых клетках. АТФ содержится во всех клетках растений и животных.

Наибольшее количество АТФ (0,2—0,5%) содержится в скелетных мышцах.

АТФ представляет собой нуклеотид, образованный остатками азотистого основания (аденина), углевода (рибозы) и трех остатков фосфорной кислоты.

АТФ — нестабильная молекула: при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). При этом выделяется энергия около кДж на 1 моль, тогда как при разрыве химических связей других соединений выделяется 12кДж.

Распаду может подвергаться и АДФ с образованием АМФ {аденозннмонофосфорная кислота).

Отщепление третьей фосфат ной группы сопровождается выделением только 13,8 кДж АМФ может восстаавливаться с образованием сначала АДФ, затем АТФ.

Таким образом, АТФ имеет две макроэргические связи.

Вместе с тем при наличии в клетке свободной энергии осуществляется образованием АТФ.

Рис. 15 Структурные формулы АМФ, АДФ, АТФ Пара АТФ/АДФ служит основным механизмом выработки энергии в клетке. Присоединение фосфорных остатков к АМФ и АДФ сопровождается накоплением (аккумуляцией) энергии, а их отщепление от АТФ и АДФ приводит к выделению энергии. Благодаря богатым энергией макроэргическим связям в молекулах АТФ клетка способна накапливать много энергии и расходовать ее по мере надобности на все жизненные процессы клетки и организма в целом.

Рис.16 Схема расходования и запасания энергии молекулами АТФ\АДФ Наступивший ХХI век - век глобальных открытий в области молекулярной биологии.

В результате работы международного проекта «Геном человека» - международная научная программа, организованная совместно США и Европой (HUGO – Human Genomic Organization) в 2000 году была просеквенирована (прочитана) ДНК человека.

Независимо от этой программы в США под руководством Craig Venter был организован частный институт Celera Genomics где эта же работа была успешно осуществлена.

В результате возникла и активно развивается новое направление в молекулярной биологии - геномика.

Задачами геномики, по определению английского генетика Томаса Родерика, возродившего в 1986 г. забытый термин, стали секвенирование, картирование, и аннотация геномов различных организмов.

Секвенирование – анализ первичной последовательности нуклеотидов в цепочке ДНК. Этот метод был разработан дважды лауреатом Нобелевской премии П. Сэнджером.

Аннотирование генома – описание генома, заключающееся в извлечении из секвенированных последовательностей биологической информации, установление генов и их регулярных элементов как функциональных элементов генома. По современным оценкам в геноме человека всего 30 тысяч структурных генов.

Картирование – составление генетических карт. Построив полные карты генов, изучив их мутации, можно определить формирование признаков.

Задачами проекта «Геном человека» было – определение последовательности нуклеотидов в геноме человека, их расположение в хромосомах, изучение мутаций, проведение филогенетических исследований.

Секвенирование ДНК показало, что только 1,2 % ДНК – последовательности человека кодирует структуру молекул белков, а 80% ДНК представлено повторяющимися последовательностями различной протяженности, функция которой еще не определена.

Структура геномов людей разных национальностей, разных расовых и этнических групп оказалась идентичной на 99,9 %. Межиндивидуальная вариабельность не превысила 0,1 % и была обусловлена, главным образом, однонуклеотидными заменами SNP (Single Nucleotide Polymorphisms). Именно эти замены, как оказалось, крайне важны для молекулярной диагностики наследсьвенных болезней и играют важную роль в генетическом полиморфизме белков человека. [ Баранов В.С.2003] В процессе филогенетических исследований было проведено изучение и митохондриальной (материнской) ДНК (мтДНК).

Первым использовал мтДНК для реконструкции истории человечества американский генетик Алан Уилсон ещ в 1985 г. Он изучил образцы мтДНК, полученные из крови людей из всех частей света, и на основе выявленных между ними различий построил филогенетическое древо человечества. Оказалось, что все современные мтДНК могли произойти от мтДНК общей праматери, жившей в Африке. Обладательницу предковой мтДНК тут же окрестили “митохондриальной Евой, что породило неверные толкования - будто все человечество произошло от одной-единственной женщины. На самом деле у Евы было несколько тысяч соплеменниц. Анализ вариаций в Y-хромосоме также указывают на существование единой предковой для современного человечества популяции, которая подверглась расселению и изоляции.

ЦИТОЛОГИЯ - наука о клетке Исторический очерк Представления о клетке появились в связи с изобретением микроскопа Увеличивающие стекла были известны еще в античные времена. В конце XIII в. были изобретены оптические линзы, их стали использовать в качестве очков.





1608 г. – итальянский ученый Галилео Галилей изобрел подзорную трубу (телескоп).

1609 г. – Галилео Галилей сконструировал первый микроскоп – оптический прибор, имеющий сложную систему линз, для получения увеличительного изображения предметов, невидимых глазом на близком расстоянии. Прибор имел две линзы и увеличивал в 35-40 раз.

1665 г. – английский физик Роберт Гук создал усовершенствованный трехлинзовый микроскоп, добавил конденсор. Роберт Гук, рассматривая под микроскопом срез пробки, обнаружил, что она состоит из ячеек, разделенных перегородками. Эти ячейки он назвал «клетками». Роберт Гук открыл и описал клетки растений.

1671 г. – итальянский биолог и врач Марчелло Мальпиги описал сосудисто-проводящие пучки корней, стеблей и листьев. Англичанин Неемия Грю, изучая растения, впервые ввел в науку понятие «ткани» - совокупности клеток и межклеточного вещества.

1674 г. – голландский натуралист Антонии Ван Левенгук первым открыл простейших, бактерий (1676 г), пластиды (1676 г), сперматозоиды животных (1677 г), дрожжевые грибки (1680 г), эритроциты лягушки, в которых заметил ядра (1680 г), жгутиковых простейших (1681г) и других микроскопически «противных существ», как он их называл.

1825-1827 г. - чешский микроскопист Ян Пуркинье впервые описал жидкое содержимое клетки и назвал его протоплазмой.

1831 г – шотландский ученый Роберт Броун описал в клетках кожицы листа орхидей округлые структуры, которые он назвал ядрами. Впервые ввел в науку понятие «ядро».

1837 г. – немецкий ботаник Маттиас Шлейден сформулировал теорию образования растительных клеток из бесструктурной плазмы.

1838 г. – немецкий зоолог Теодор Шванн обосновал клеточную теорию строения организмов.

Клеточная теория строения была сформулирована и опубликована Т. Шванном и М.

Шлейденом в 1839 г. Суть е можно выразить в следующих положениях:

— клетка - элементарная структурная единица строения всех живых существ;

— клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре. Существенным дополнением основного положения клеточной теории было открытие еще в 1827 г. академиком Российской АН К. М. Бэром яйцеклетки млекопитающих.

К. М. Бэр установил, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки, представляющей собой оплодотворенное яйцо. Это открытие показало, что клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

1840 г.- Николай Железнов впервые описал амитоз.

1856-1858 г. немецкий патогоанатом, антрополог, гигиенист Рудольф Вирхов сделал обобщение: новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.

1875 г. – Эдвард Адольф Страсбургер впервые описал митоз и хромосомы. Термин хромосома предложил В.Вальдейер (1883 г).

1880-1883 г. – А.Шимпер и В.Мейер открыли, описали и классифицироваи пластиды:

хлоропласты, лейкопласты, хромопласты.

1890 г. – Альтман обнаружил митохондрии с помощью специального окрашивания и описал их как биопласты, которые Бенда в 1897 г. назвал митохондриями.

1892 г. – русский ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский открыл вирусы.

1929 г. – биологи впервые использовали электронный микроскоп для изучения клеток. (Е.

Руска, М. Кнолль и Б. Боррие).

1955 г. – В.П. Уйльсон дал обобщенную схему строения клетки, которая вошла во все учебники.

Таким образом, к началу XX века были сформулированы представление об общности происхождения и единстве всего живого.

Основные методы изучения клеток:

- использование микроскопов: светового, дающего увеличение до 3 тыс. раз, электронного, увеличивающего в 300 тыс. раз и более.

- центрифугирование с целью разделения органоидов, имеющих различную массу и скорость осаждения.

- хроматография и электрофорез - методы разделения биологических молекул.

- использование радиоактивных изотопов фосфора (32Р), углерода (14С), водорода (3Н).

Строение клетки От внешней среды клетку отделяет клеточная оболочка.

Клеточная оболочка образована плазматической мембраной и клеточной стенкой.

Клеточная стенка растений состоит из слоя волокон клетчатки (целлюлозы), у грибов из хитина, у бактерий из муреина.

В животной клетке клеточной стенки нет.

Строение плазматической мембраны:

В настоящее время общепринята жидкостно-мозаичная модель строения мембраны.

Основу мембраны составляет двойной липидный слой, образованный фосфолипидами – обеспечивают непроницаемость мембраны.

В бислое хвосты молекул в мембране обращены друг к другу, а полярные головки — наружу, к воде.

В состав мембраны входят белки (в среднем = 60%) – обеспечивают специфическое свойство мембраны – избирательную проницаемость.

Молекулы белков не образуют сплошного слоя.

В мембране различают следующие белки:

периферические — белки, располагающиеся на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя, полуинтегральные— белки, погруженные в липидный бислой на различную глубину, интегральные, или трансмембранные - пронизывающие мембрану, контактируя при этом и с наружной, и с внутренней средой клетки.

Мембранные белки могут выполнять различные функции: транспорт определенных молекул, катализ реакций, происходящих на мембранах, поддержание структуры мембран, получение и преобразование сигналов из окружающей среды.

В состав мембраны может входить от 2 до 10% углеводов.

Углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны.

Углеводы обеспечивают рецепторные функции мембраны.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.