§12. Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

§12. Вспомните.

Задание №1

Какие вещества называют кислотами?

Ответ:

Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода (которые могут замещаться на атомы металлов) и кислотных остатков. Кислотные остатки могут быть представлены как одним атомом, так и группой атомов.

Задание №2

Какие органические вещества, содержащиеся в составе клетки, отвечают за хранение и передачу наследственных признаков?

Ответ:

Все живые клетки содержат дезоксирибонуклеиновую и рибонуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Нуклеиновые кислоты — это биополимеры, которые являются носителями генетической (наследственной) информации. Эти вещества хранят в закодированном виде, воспроизводят и передают информацию о первичной структуре всех белков, необходимых данному организму.

Задание №3

Какие процессы происходят в клетке перед началом её деления?

Ответ:

Перед началом деления идет интерфаза.
Интерфаза состоит из нескольких промежуточных фаз:
• G1−фаза (фаза начального роста – пресинтетическая): происходит транскрипция, трансляция и синтез белков;
• S−фаза (синтетическая фаза): происходит репликация ДНК;
• G2−фаза (постсинтетическая фаза): происходит подготовка клетки к митотическому делению.

Подумайте.

Задание №1

Возможно ли существование нуклеотидов в клетке не в качестве мономеров нуклеиновых кислот? Какие функции такие молекулы выполняют в этом случае?

Ответ:

Да, в клетке присутствуют свободные нуклеотиды. Свободные нуклеотиды, в частности АТФ, цАМФ, АДФ, играют важную роль в энергетических и информационных внутриклеточных процессах, а также являются составляющими частями многих коферментов.

Тренируемся.

Задание №1

Какую роль играют нуклеиновые кислоты в хранении и реализации наследственной информации?

Ответ:

Ещё один важный класс биополимеров — это нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро). Они являются носителями генетической информации, а также принимают участие в процессах её реализации, а точнее — в процессе синтеза белков.

Задание №2

Что представляет собой молекула ДНК как биополимер?

Ответ:

Молекула ДНК — биополимер, мономерами которого служат нуклеотиды. В состав мономера входят остаток фосфорной кислоты, пятиуглеродный сахар — дезоксирибоза и азотистое основание.

Задание №3

Какое строение имеет нуклеотид?

Ответ:

Нуклеотид — это органическая молекула, состоящая из трёх последовательно соединённых компонентов: азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и одного или нескольких остатков фосфорной кислоты. Нуклеотиды ДНК и РНК обладают сходной, но не одинаковой структурой. Те из них, что входят в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из четырёх азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин или тимин (сокращённо А, Г, Ц и Т). Ну а те, которые являются мономерами РНК, состоят из пятиуглеродного сахара рибозы, остатка фосфорной кислоты, а также одного из четырёх азотистых оснований: аденина, гуанина, цитозина или урацила (сокращённо А, Г, Ц и У).

Задание №4

В чём заключается принцип комплементарности?

Ответ:

Строгое соответствие нуклеотидов, расположенных напротив друг друга в парных цепях молекулы ДНК, называют принципом комплементарности (от лат. complementum — дополнение). Именно благодаря этому свойству молекулы ДНК возможно точное воспроизведение генетической информации в процессе самокопирования биологических систем (деления клетки или размножения организмов).

Задание №5

Как и когда происходит репликация ДНК в клетке?

Ответ:

Из−за структурных особенностей двойной спирали ДНК записанная в ней биологическая информация может точно копироваться и передаваться по наследству в череде поколений. Если разделить цепи этой молекулы и использовать каждую из них в качестве шаблона (матрицы) для построения второй, то получатся две новые идентичные молекулы ДНК, которые несут одинаковую генетическую информацию. Именно так и происходит удвоение (репликация) ДНК перед делением клетки. В результате разрыва водородных связей между азотистыми основаниями соседних цепей ДНК эти цепочки разделяются, а затем происходит синтез двух новых (дочерних) цепей с использованием в виде матрицы родительских молекул. Эти реакции были названы реакциями матричного синтеза.

Задание №6

Какие типы молекул РНК вам известны? Какие функции они выполняют?

Ответ:

В клетках существует три основных типа рибонуклеиновых кислот: информационная, или матричная, РНК (иРНК, или мРНК), транспортная РНК (тРНК) и рибосомная РНК (рРНК).
Информационные, или матричные, РНК (иРНК) синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется.
Рибосомные РНК (рРНК) входят в состав рибосом и участвуют в формировании их активных центров, в которых происходит процесс биосинтеза белка. Молекулы рРНК состоят из 3—5 тысяч нуклеотидов и синтезируются в особых областях клеточного ядра — ядрышках, где находятся многочисленные копии генов рибосомных РНК.
Транспортные РНК (тРНК) — самые маленькие по размеру — транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка, последовательно добавляя их к вновь синтезируемой полипептидной цепи. Эти аминокислоты могут прикрепляться к одному из концов молекулы тРНК. Молекулярная масса этой разновидности РНК невелика — от 75 до 90 нуклеотидов.

Совершенствуемся.

Задание №1

Прочитайте текст параграфа, раскрывающий структурные особенности молекул ДНК и РНК. В чём сходство и различия молекул данных нуклеиновых кислот и выполняемых ими функций? Представьте ответ в виде схемы или таблицы.

Ответ:

Признаки	ДНК	РНК
Местонахождение в клетке	Ядро, митохондрии, хлоропласты	Ядро, рибосомы, цитоплазмы, митохондрии, хлоропласты
Местонахождение в ядре	Хромосомы	Ядрышко
Строение макромолекулы	Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью	Одинарная полинуклеотидная цепочка
Мономеры	Дезоксирибонуклеотиды	Рибонуклеотиды
Состав нуклеотида	Азотистое основание (пуриновое−аденин, гуанин, пиримидиновое — тимин, цитозин); дезоксирибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты	Азотистое основание (пуриновое−аденин, гуанин, пиримидиновое−урацил, цитозин); рибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты
Функции	Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК, синтез РНК, информация о структуре белков	Информационная (иРНК) — передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы, рибосомальная (рРНК) — входит в состав рибосом; транспортная (тРНК) — переносит аминокислоты к рибосомам; митохондриальная и платидная РНК — входят в состав рибосом этих органелл

Задание №2

Выполните задания в тетради. Рибоза, в отличие от дезоксирибозы, входит в состав:
1) ДНК;
2) белков;
3) полисахаридов;
4) иРНК.
Установите соответствие между признаками нуклеиновой кислоты и её видами.

ПРИЗНАКИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ	ВИДЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
А) состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль	1) ДНК 2) тРНК
Б) состоит из одной полинуклеотидной неспирализованной цепи	1) ДНК 2) тРНК
В) передаёт наследственную информацию из ядра к рибосоме	1) ДНК 2) тРНК
Г) является хранителем наследственной информации	1) ДНК 2) тРНК
Д) состоит из нуклеотидов: АТГЦ	1) ДНК 2) тРНК
Е) состоит из нуклеотидов: АУГЦ	1) ДНК 2) тРНК

Ответ:

Рибоза входит в состав и РНК.
Ответ: 4.
А − 1, Б − 2, В − 2, Г − 1, Д − 1, Е − 2.

Проводим исследование.

Задание №1

Выполните лабораторную работу «Выделение ДНК из ткани печени» на с. 202.
Метод основан на способности ДНП (дезоксинуклеопротеида) растворяться в солевых растворах большой ионной силы и выпадать в осадок при снижении их концентрации.
Цель: выделить из клеток печени ДНП−соединение, состоящее из ДНК и белков.
Оборудование: ступка с пестиком, мелкий песок, кристаллизатор, мерный цилиндр объёмом 50 мл, деревянные палочки с насечками, водяная баня, марля для фильтрования.
Реактивы: хлорид натрия (5 %−ный раствор, содержащий 0,04 % нитрата натрия), дистиллированная вода, печень свежая или мороженая.
Ход работы:
1. 2−3 г ткани печени тщательно разотрите в ступке с песком, постепенно приливая 35−40 мл раствора хлорида натрия.
2. Из двух слоёв марли сделайте фильтр и пропустите через него полученный вязкий раствор в кристаллизатор.
3. Цилиндром отмерьте шестикратный (по отношению к фильтрату) объём дистиллированной воды и медленно добавьте её в фильтрат.
4. Возьмите деревянную палочку и намотайте на неё образовавшиеся нити ДНП.
5. Сделайте вывод.

Ответ:

Вывод: В результате выпадения белых нитей дезоксирибонуклеопротеидов в осадок в солевых растворах, мы понимаем, что клетки печени очень богаты нуклеопротеидами.