Презентация по биологии по теме:
Содержание 1. История открытия 2. Нуклеиновые кислоты Строение . Нуклеотиды Функции Репликация 3. ДНК. Строение Репарация 4. РНК. Строение Виды 5. АТФ, Строение Функции Список литературы Выход
История открытия. В 1869 году , когда Ф. Мишер выделил из ядер клеток особое вещество, обладавшее кислыми свойствами и названное им нуклеином. Нуклеин содержал большое количество фосфора. В 1889 году Альтман ввёл термин – нуклеиновая кислота. Начиная с 1879 года А. Коссель стал проводить свои исследования по химии нуклеина. Он показал, что в его состав кроме фосфорной кислоты входят пурины и пиримидины (азотистые основания), а также углеводные компоненты. Было обнаружено четыре азотистых оснований: два пурина – аденин и гуанин и два пиримидина – тимин и цитозин. далее
В 1924 году Р. Фельген разработал методы цитологического распознавания ДНК и РНК. Оказалось, что фуксин избирательно связывается с ДНК. Ранее считалось, что ДНК свойственна только животным клеткам. Фельген обнаружил ДНК в ядрах клеток растений. Он цитологически показал, что ДНК локализирует в ядрах клеток, а РНК – в цитоплазме. В 1936 году А. Н. Белозёрским и Н. И. Дубровской ДНК в чистом виде была выделена из ядер растений. В 1934 году Т. Касперссон, используя специфику поглощения ДНК ультрафиолетового цвета, показал связь молекул ДНК с хромосомами. далее
Хаймарстен и Касперссон обнаружили, что молекулы ДНК обладают большим молекулярным весом, превышающим вес молекул белка. В это же время В. Стэнли, Ф. Боуден и Н. Пири, исследуя растительные вирусы, пришли к заключению, что все вирусы содержат нуклеиновую кислоту. В свете этого они считали возможным придать нуклеиновым кислотам значение генетического материала. Эти открытия стимулировали глубокий интерес к молекулам ДНК и их генетической роли. далее
В 1947 году Э. Чаргафф обнаружил, что разные виды организмов характеризуются разным количественным соотношением пуриновых и пиримидиновых оснований. Это указывало на принципиально новое и важное положение, гласившее, что генетическая специфичность может быть связана с составом нуклеотидов в молекуле ДНК. далее
Вторым важнейшим открытием Э. Чаргаффа было обнаружение, что соотношение азотистых оснований в молекуле ДНК не случайно. Оказалось, что в данной выборке ДНК количество тиминов равно количеству аденинов, а количество гуанинов равно количеству цитозинов. далее
В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик, опираясь на данные Чаргаффа, на материал рентгеноструктурного анализа, на принципы теории гена в роль аналитических данных, создали модель макромолекулярной структуру ДНК. Согласно этой модели, молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, взаимно обвитых одна вокруг другой. Таким образом, модель Уотсона-Крика открыла путь к исследованию важнейших генетических явлений. назад
1. Нуклеиновые кислоты. Строение Существует три типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты), РНК (рибонуклеиновые кислоты) и АТФ (аденозинтрифосфат). Подобно углеводам и белкам, это полимеры. Как и белки, нуклеиновые кислоты являются линейными полимерами. Однако их мономеры – нуклеотиды – являются сложными веществами, в отличие от достаточно простых сахаров и аминокислот. назад
Нуклеотиды состоят из трёх компонентов: азотистого основания, сахара-пентозы и остатка фосфорной кислоты. Существует 5 азотистых оснований: аденин, гуанин, урацил, тимин, цитозин. далее
Первые два принадлежат пуринам – их молекулы состоят из двух колец, одно из которых содержит пять членов, а другое шесть. Следующие три являются пиримидинами и имеют одно шестичленное кольцо. Аденин, гуанин и цитозин встречаются как в ДНК, так и в РНК. далее
Помимо азотистых оснований в образовании нуклеотидов принимают участие два сахара: рибоза – в РНК и дезоксирибоза в ДНК. Третьим компонентом нуклеотидов как в ДНК, так и в РНК является остаток фосфорной кислоты – фосфат. Комплекс азотистого основания с сахаром называется нуклеозидом, а присоединение к последнему фосфата даёт нуклеотид. Названия нуклеотидов немного отличаются от названий соответствующих оснований, и те и другие принято обозначать заглавными буквами: цитозин – цитидин – Ц урацил – уридин - У аденин - аденозин - А тимин - тимидин - Т гуанин - гуанозин - Г далее
Чтобы различать нуклеотиды ДНК и РНК, к названию первых добавляется приставка дезокси, например, дезоксиаденозин, однако тимидин остаётся тимидином. назад
Функции нуклеотидов Строительная. Из нуклеотидов построены полимерные цепи нуклеиновых кислот. Энергетическая. Эту функцию выполняет аденозинтрифосфат (АТФ), построенный на рибозе. Он является универсальным переносчиком и хранителем энергии для всех живых существ. В АТФ к имеющемуся фосфату присоединены 2 дополнительных. Связь между фосфатами не очень прочная и при её разрыве выделяется большое количество энергии (это так называемая макроэнергическая связь). далее
Соединения, обладающие связями, при разрыве которых выделяется много энергии, называются макроэргами. К ним относятся ГТФ – гуанозинтрифосфат, а также их дифосфаты – АДФ и ГДФ и ещё несколько соединений. Однако единственным универсальным макроэргом является АТФ. далее
Регуляторная. Эту функцию выполняет ещё одно производное аденозина – циклический аденозинмонофосфат ц. АМФ (с. АМР). Он является посредником, осуществляющим связь между гормонами и внутриклеточными ферментами, регулируя активность последних. далее
Каталитическая. Нуклеотиды могут являться предшественниками ряда витаминов (тиамин, рибофлавин, фолиевая кислота, витамин В 12), выступающих в роли коферментов – соединений, необходимых для осуществления каталитического действия некоторых ферментов. Кроме того, производными нуклеотидов можно считать НАД, НАДФ, ФАД и ФМН, которые являются участниками подавляющего количества биохимических реакции. назад
ДНК. Строение. ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота – высокомолекулярный линейный полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей. Мономерами ДНК являются нуклеотиды 4 типов: А, Т, Г и Ц; все они построены на основе сахара дезоксирибозы. Повторяться внутри ДНК нуклеотиды могут бесчисленное количество раз: 23 молекулы ДНК человека, например, содержат в себе более 3 млрд. пар нуклеотидов! далее
Каждая из цепей ДНК является линейным полимером, в котором нуклеотиды последовательно соединены друг с другом при помощи ковалентной фосфодиэфирной связи, которая образует между молекулой сахара, одного нуклеотида и фосфорной кислотой другого нуклеотида. далее
Образующаяся в результате цепочка имеет гигантскую длину – десятки и сотни миллионов нуклеотидов и вес 10 10 11 -11. Она столь велика, что молекулу ДНК видно в световой микроскоп в виде хромосомы. далее
В отличие от остальных веществ клетки, ДНК представляет собой двухцепочную молекулу, в которой обе цепи прочно связаны друг с другом. Существование подобной структуры возможно благодаря особенностям строения нуклеотидов. Цепи ДНК ориентированы строго определённым образом: азотистые основания нуклеотидов обеих цепей обращены внутрь, а сахара и фосфаты – наружу; кроме того, цепи расположены очень близко друг к другу (около 1, 8 нм). далее
В результате такого пространственного расположения между азотистыми основаниями двух нуклеотидов, расположенных друг напротив друга в обеих цепях, возникают нековалентные водородные связи. Это слабые связи, однако за счёт большого количества они прочно связывают обе цепи. далее
В 1949 году Э. Чаргафф опубликовал работы о закономерностях количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК, позже они были названы правилами Чаргаффа. Одно из них гласит, что количество аденинов А равно количеству тиминов Т, а количество гуанинов Г – цитозинов Ц, то есть А=Т, Г=Ц. Основанием этого правила является следующий факт. Структура азотистых оснований такова, что из всех возможных взаимодействий их друг с другом энергетически и пространственно осуществляется одноединственное, то есть определённое азотистое основание может взаимодействовать с одним единственным типом азотистых оснований. далее
Оказалось, что А может взаимодействовать только с Т, но не с А, Г или Ц. Т взаимодействует только с А, Г – только с Ц, а Ц – только с Г. Такое избирательное взаимодействие нуклеотидов друг с другом называют принципом комплементарности, а сами нуклеотиды – комплементарными. Говорят, что А комплементарен Т, а Г комплементарен Ц. Принцип комплементарности имеет огромное значения для строения и функционирования нуклеиновых кислот. далее
Поскольку нуклеотиды взаимодействуют друг с другом по принципу комплементарности, то существует строгая закономерность расположения обоих нуклеотидов в обеих цепях. Напротив А одной цепи находится Т в другой, а напротив Г стоит Ц, и наоборот. Поэтому, зная последовательность нуклеотидов одной цепи всегда можно точно знать нуклеотидную последовательность второй цепи. далее
Между азотными основаниями пары А и Т образуются 2 водородные связи, а между Г и Ц - 3, поэтому прочность связи Г-Ц выше, чем А-Т: далее
Как и в случае с белками, клетке энергетически невыгодно держать очень длинную молекулу ДНК в развёрнутом виде, поэтому она подвергается укладке. Пространственная структура двухцепочечной молекулы ДНК была установлена в 1953 году Дж. Уотсоном и Ф. Криком. Они предложили модель, согласно которой 2 цепи вместе закручены вокруг общей оси, образуя двойную спираль. далее
Связываясь с белками, ДНК образует нуклеопротеин и подвергается дальнейшей компактизации, результатом которой является образование хромосом. Молекулы ДНК эукариотических организмов линейны, незамкнуты. У прокариот ДНК, напротив, замкнута в кольцо. Подобно белкам, при резких изменениях нормальных условий ДНК подвергается денатурации. При постепенном мягком восстановлении условии ДНК ренатурируется ( «отжигается» ). далее
У прокариот ДНК в виде нуклеоида расположена прямо в цитоплазме. У эукариот основное количество ДНК в виде хромосом находится в ядре. Однако у них есть ещё 2 органеллы – митохондрии и пластиды – которые обладают собственной ДНК, которую называют внеядерной ДНК. Это обычная двухцепочечная ДНК, хотя гораздо меньших размеров, чем ядерная. По ряду признаков (замкнута в кольцо, ряд химических особенностей) она ближе к ДНК прокариот. Эти особенности внеядерной ДНК рассматривают как доказательство возникновения эукариот путём симбиоза прокариотических клеток. назад
Функции ДНК. Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В организме ДНК, являясь основой уникальности индивидуальной формы, определяет, какие белки и в каких количествах необходимо синтезировать. назад
Репликация ДНК. Существование механизма «размножения» молекул ДНК, благодаря которому воспроизводятся точные копии исходных молекул, делает возможным передачу генетической информации от материнской клетки дочерним во время деления. далее
Процесс удвоения молекул ДНК называется репликацией. Это сложный процесс, осуществляемый ферментами, полное название которых – ДНК-зависимые-ДНК-полимеразы типа I, II или III (или просто ДНК-полимеразы). В основе репликации лежит способность нуклеотидов к комплементарному взаимодействию с образованием водородных связей между А и Т, Г и Ц. далее
Специальные белки разрывают связи между цепями и «расплетают» молекулу ДНК, так что её цепи разделяются. Это расплетение осуществляется на небольшом отрезке в несколько десятков нуклеотидов. На расплетённом участке ДНКполимеразы строят дочерние цепи ДНК. При этом материнские цепи выступают в роли матриц, по которым ферменты, подбирая комплементарные нуклеотида один за одним, выстраивают новые После того, как дочерние клетки цепи ДНК построены и соединены с материнскими, происходит расплетение нового отрезка, и цикл репликации повторяется. далее
Такой способ репликации, при котором в каждую дочернюю клетку отходит двухцепочечная ДНК, одна цепь которой является «старой» , материнской, а другая – новосинтезированной, называется полуконсервативным способом репликации ДНК. Точность воспроизведения информации (точность синтеза дочерних цепей) при репликации почти абсолютная – любая малейшая ошибка может привести к серьёзным последствиям. далее
Однако ошибки встречаются и здесь, вызывая спонтанные мутации. Для повышения надёжности сохранения информации в клетке имеются систему репарации, восстанавливающие повреждённую цепь ДНК по неповреждённой. Все реакции репарации осуществляются ферментами. Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской молекулы к дочерним, что и происходит при делении соматических клеток. назад
Репарация ДНК – механизм, обеспечивающий способность к исправлению нарушенной последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Изменение обычно происходит в одной из цепей ДНК, вторая цепь остаётся неизменной. Поврежденный участок первой цепи может «вырезаться» с помощью ферментов – ДНК репарирующих нуклеаз. Другой фермент – ДНК-полимераза копирует информацию с неповрежденной цепи, вставляя необходимые нуклеотиды в поврежденную цепь. Затем ДНК-лигаза «сшивает» молекулу ДНК, и повреждённая молекула восстанавливается. назад
РНК. Строение молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Тем не менее имеется ряд существенных отличий. В состав нуклеотидов РНК вместо дезоксирибозы входит сахар рибоза. Основание тимин замещено на урацил. Главное отличие от ДНК состоит в том, что РНК имеет лишь одну цепь. Из-за этого химически РНК менее стабильна, чем ДНК: вводных растворах РНК быстрее подвергается расщеплению. Поэтому РНК менее подходит для долговременного хранения информации. далее
Однако её нуклеотиды также способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах т. РНК), но это внутри, - а не межцепочечное соединение комплементарных нуклеотидов. Устойчивых комплексов с другими молекулами РНК или ДНК в норме РНК не образует. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. У небольшой группы вирусов носителем генетической информации является двухцепочная РНК, которая заменяет ДНК остальных живых организмов. Это единственный пример стабильного РНК-РНК комплекса. РНК обнаружено также в цитоплазме. назад
Виды РНК. Существует три основных вида РНК. Информационная (матричная) РНК – м. РНК. Наиболее разнородная по размерам, структуре и стабильности группа молекул РНК с длиной цепи 75 -3000 нуклеотидов. м. РНК представляет собой полинуклеотидную незамкнутую цепь. Единой пространственной структуры, характерной хотя бы для большинства м. РНК, не обнаружено. Все м. РНК объединяет их функция – они служат в качестве матриц для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК. далее
Транспортная (акцепторная) РНК – т. РНК. Самая маленькая из РНК. Молекулы т. РНК состоят из 75 -100 нуклеотидов. Функция т. РНК – перенос аминокислот к синтезируемой молекуле белка. Число различных видов т. РНК в клетке невелико: 20 -61. Все они имеют сходную пространственную организацию. далее
Благодаря внутрицепочечным комплементарным взаимодействиям молекула т. РНК приобретает характерную вторичную структуру, которую традиционно изображают в виде плоского креста, называя его клеверным листом. Трёхмерная же модель т. РНК выглядит несколько иначе. В т. РНК выделяют 4 петли (или плеча): - акцепторная (служит местом присоединения переносимой кислоты). - антикодоновая (узнаёт кодон в м. РНК в процессе трансляции). - 2 боковые далее
Рибосомная РНК – р. РНК. Одноцепочечные нуклеиновые кислоты, которые в комплексе с рибосомными белками образуют рибосомы – органеллы, на которых происходит синтез белка. р. РНК – разнородная группа молекул с длинной цепи 1203500 нуклеотидов. В клетке больше всего содержится р. РНК, значительно меньше т. РНК и совсем немного м. РНК. Так, у кишечной палочки E. coli соотношение этих видов РНК составляет примерно 82%, 16 и 2%, соответственно. наза
В силу ряда причин связь между двумя фосфатами энергетически очень насыщена и при её разрыве выделяется большое количество энергии. Подобные связи называют макроэргическими, а вещества, обладающие ими, - макроэргами. При разрыве первой макроэргической связи в молекуле АТФ (между концевым и вторым фосфатами) выделяется 40 к. Дж/моль и столько же при разрыве второй (между вторым и внутренним фосфатами далее
Третья связь (между внутренним фосфатом и рибозой) макроэргической не является. Таким образом, АТФ способен к двухступенчатому гидролизу с высвобождением 2 фосфатов, при этом выделяется 80 к. Дж/моль: АТФ АДФ + Ф АМФ + Ф 40 к. Дж/моль назад
Функции АТФ. Главной функцией АТФ является хранение, перенос и выделение энергии, необходимой для протекания любых реакций. Все процессы в клетке, которые обеспечивают её энергией, в конечном счёте приводят к образованию АТФ из АДФ и фосфата (или из АМФ и двух фосфатов). далее
АТФ. Строение. АТФ – аденозинтрифосфат – является производным нуклеотида аденозина, в котором к его фосфату линейно ковалентно присоединены ещё 2 фосфата (остатка фосфорной кислоты). далее
АТФ – достаточно стабильное соединение, он способен перемещаться по всей клетке, «храня в себе» запас энергии. В том месте, где она необходима, АТФ расщепляется и выделяет «порцию» энергии. Образуется АТФ преимущественно в митохондриях. АТФ является универсальным переносчиком энергии. Все живые организмы Земли используют его. Существуют и другие макроэргические связи и другие макроэрги, но только АТФ является «всеобщей энергетической валютой» , которую «признают» все химические процессы. назад
Список Литературы. 1. И. Ю. Павлов, Д. В. Вахненко, Д. В. Москвичёв «Биология, репетитор для поступления в вузы» 2002 год, Ростов-на-Дону. 2. С. Г. Мамонтов «Биология» 2002 год, Москва. 3. Диск 1 С: Репетитор. Биология, 2001 год, Москва 4. Диск «Энциклопедия Кирилла и Мефодия» , 2004 год, Москва. назад
КОНЕЦ
