ДНК и РНК – строение и роль в образовании белков

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

ВЕТЕРИНАРНО-САНИТАРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ИНФЕКЦИОННЫХ И ПАРАЗИТАРНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

 

 

 

 

Реферат

по  гистологии

Тема: «ДНК и  РНК – строение и роль в образовании белков»

 

 

 

 

Выполнил: студент 2 курса 1группы

ветеринарно-санитарного  факультета  

Бычков В. С.

 

Проверил: доктор ветеринарных наук,

профессор Писменская В. Н.

 

 

 

Москва, 2009.

1. Содержание
1. Содержание…………………………………………………………….2
2. Строение нуклеиновых кислот………………………………………..3
3. Роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белков……………………..7
4. Приложение…………………………………………………………….9
4. 1. Схемы строения ДНК и РНК……………………………………….9
4. 2. Генетический код……………………………………………………11

Список литературы………………………………………………………...12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Строение нуклеиновых кислот

 

   Нуклеиновые кислоты –  это природные высокомолекулярные  соединения (полинуклеотиды), которые  играют огромную роль в хранении  и передачи наследственной информации в живых организмах. Молекулярная масса нуклеиновых кислот может меняться от сотен тысяч до десятков миллиардов. Они были открыты и выделены из клеточных ядер ещё в 19 в., но их биологическая роль выяснена только во второй половине 20 в.

   Строение нуклеиновых кислот  можно установить, анализируя продукты  их гидролиза. При полном гидролизе  нуклеиновых кислот образуется  смесь пиримидиновых и пуриновых оснований, моносахарид (β - рибоза или β - дезоксирибоза) и фосфорная кислота. Это означает, что нуклеиновые кислоты построены из фрагментов этих веществ.

   При частичном гидролизе  нуклеиновых кислот образуется  смесь нуклеотидов, молекулы которых построены из остатков фосфорной кислоты, моносахарида (рибозы или дезоксирибозы) и азотистого основания (пуринового или пиримидинового). Остаток фосфорной кислоты связан с 3-м или 5-м атомом углерода моносахарида, а остаток основания – с первым атомом углерода моносахарида. В зависимости от типа азотистого основания различают пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды.

   Нуклеотид – основная  структурная единица нуклеиновых  кислот, их мономерное звено. Нуклеиновые кислоты, состоящие из рибонуклеидов, называют рибонуклеиновыми кислотами (РНК). Нуклеиновые кислоты, состоящие из дезоксирибонуклеотидов, называют дезоксирибонуклеиновыми кислотами (ДНК). В состав молекул РНК входят нуклеотиды, содержащие основания аденин, гуанин, цитозин и урацил. В состав молекул ДНК входят нуклеотиды, содержащие аденин, гуанин, цитозин и тимин. Для обозначения оснований используют сокращения: аденин – А, гуанин – G, тимин – Т, цитозин – С, урацил – U.

   Свойства ДНК и РНК  определяются последовательностью  оснований в полинуклеотидной цепи и пространственным строением цепи. Последовательность оснований содержит генетическую информацию, а остатки моносахаридов и фосфорной кислоты играют структурную роль (носители оснований).

   В молекулах ДНК и РНК  отдельные нуклеотиды связаны  в единую полимерную цепь за счёт образования сложноэфирных связей между остатками фосфорной кислоты и гидроксильными группами при 3-м и 5-м атомах углерода моносахарида.

   Пространственная структура  полинуклеотидных цепей ДНК и  РНК была определена методом  рентгеноструктурного анализа. Одним  из самых крупных открытий биохимии 20 века оказалась модель двуспиральной структуры ДНК, которую предложили в 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик. Согласно этой модели, молекула ДНК представляет собой двойную спираль и состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в противоположные стороны вокруг общей оси. Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфата и дезоксирибозы – снаружи. Две спирали удерживаются вместе водородными связями между парами оснований. Важнейшее свойство ДНК – избирательность в образовании связей (комплементарность). Размеры оснований и двойной спирали подобраны в природе таким образом, что тимин образует водородные связи только с аденином, а цитозин – только с гуанином.

   Таким образом, две спирали  в молекуле ДНК комплементарны  друг другу. Последовательность нуклеотидов в одной из спиралей однозначно определяет последовательность нуклеотидов в другой спирали.

   В каждой паре оснований,  связанных водородными связями,  одно из оснований – пуриновое, другое – пиримидиновое. Отсюда следует, что общее число остатков пуриновых остатков в молекуле ДНК равно числу остатков пиримидиновых оснований.

   В отличие от ДНК молекулы  РНК состоят из одной полинуклеотидной  цепи. Число нуклеотидов в цепи колеблется от 75 до нескольких тысяч, а молекулярная масса РНК может изменяться в пределах от 2500 до нескольких миллионов. Полинуклеотидная цепь РНК не имеет строго определённой структуры.

   ДНК – главная молекула  в живом организме. Она хранит  генетическую информацию, которую передаёт от одного поколения к другому. В молекулах ДНК в закодированном виде записан состав всех белков организма. Каждой аминокислоте, входящей в состав белков, соответствует свой код в ДНК, т. е. некоторая последовательность азотистых оснований.

   ДНК содержит всю генетическую  информацию, но непосредственно в синтезе белков не участвует. Роль посредника между ДНК и местом синтеза белка выполняет РНК. Процесс синтеза белка на основе генетической информации схематично можно разбить на две основные стадии: считывание информации (транскрипция) и синтез белка (трансляция).

   Клетки содержат три типа  РНК, которые выполняют различные  функции.

1. Информационная или матричная РНК (м-РНК) считывает и переносит генетическую информацию от ДНК, содержащейся в хромосомах, к рибосомам, где происходит синтез белка со строго определённой последовательностью аминокислот.
2. Транспортная РНК (т-РНК) переносит аминокислоты к рибосомам, где они соединяются с пептидной связью в определённой последовательности, которую задаёт м-РНК.
3. Рибосомная РНК (р-РНК) непосредственно участвует в синтезе белков в рибосомах. Рибосомы – сложные надмолекулярные структуры, которые состоят из четырёх р-РНК и нескольких десятков белков. Фактически рибосомы – это фабрики по производству белков.

   Все виды РНК синтезируются на двойной спирали ДНК.

   Последовательность  оснований в м-РНК – это  генетический код, управляющий последовательностью аминокислот в белках. Замечательная особенность генетического кода состоит в том, что он универсален для всех живых организмов. Одинаковым основаниям в разных РНК соответствуют одинаковые аминокислоты. Каждой аминокислоте соответствует своя последовательность из трёх оснований, называемая кодоном. Некоторые аминокислоты кодируются несколькими кодонами.  Три кодона являются сигналами для прекращения синтеза полипептидной цепи и называются кодонами - терминаторами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белков

   Белки синтезируют  все клетки, кроме безъядерных  (например, взрослых эритроцитов  млекопитающих). Структура белка определяется ядерной ДНК. Информация о последовательности аминокислот в одной полипептидной цепи находится в участке ДНК, который называется ген. Таким образом, в ДНК заложена информация о первичной структуре белка.

   Синтез белка начинается с транскрипции, то есть синтеза и-РНК по матрице одной из цепей ДНК. Процесс идёт по принципу комплементарности с помощью фермента РНК-полимеразы и начинается с определённого участка ДНК. Синтезированная и-РНК поступает в цитоплазму на рибосомы, где и идёт синтез белка.

   К рибосомам  подходят аминокислоты в соединении  с т-РНК; аминокислота прикрепляется  к акцепторному участку т-РНК.  Противоположный конец т-РНК называется антикодон, который несёт информацию о соответствующем триплете; т-РНК имеет структуру, похожую на лист клевера. Существует более 60 видов т-РНК.

   Перенос информации  с и-РНК на белок во время  его синтеза называется трансляцией.  Собранные в полисомы рибосомы  двигаются по и-РНК; движение происходит последовательно, по триплетам. В месте контакта рибосомы с и-РНК работает фермент, собирающий белок из аминокислот, доставляемых к рибосомам т-РНК. При этом происходит сравнение кодона и-РНК с антикодоном т-РНК: если они комплементарны, фермент (синтетаза) «сшивает» аминокислоты, а рибосома продвигается на один кодон вперёд.

   Таким образом,  трансляция – это перевод последовательности  нуклеотидов молекулы и-РНК в  последовательность аминокислот  синтезируемого белка. 

   Подсчитано, что  все белки организма млекопитающего  могут быть закодированы всего 2% ДНК, содержащимися в его клетках. А для чего же нужны остальные 98% ДНК? Оказывается, каждый ген устроен гораздо сложнее, чем считали раньше, и содержит не только тот участок, в котором закодирована структура какого – либо белка, но и специальные участки, способные «включать» и «выключать» работу каждого гена. Вот почему все клетки, имеющие одинаковый набор хромосом, способны синтезировать различные белки. Итак, в каждой клетке реализуется только часть генетической информации, содержащейся в её генах.

   Синтез белка  требует участия большого числа  ферментов. И для каждой отдельной  реакции белкового синтеза требуются  специализированные ферменты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Приложение

4. 1. Схемы строения ДНК и РНК

Рис 1. Фрагмент полимерной молекулы ДНК.

 

 

 

Рис 2. Вращающаяся  модель двойной спирали ДНК

 

 

Рис 3. Фрагмент молекулы РНК.

 

 

 

 

 

  

4. 2. Генетический код

 

Первое основание	Второе основание				Третье основание
5-конец	U	C	A	G	3-конец
U	Phe Phe Leu Leu	Ser Ser Ser Ser	Tyr Tyr «Стоп» «Стоп»	Cys Cys «Стоп» Trp	U C A G
C	Leu Leu Leu Leu	Pro Pro Pro Pro	His His Gln Gln	Arg Arg Arg Arg	U C A G
A	Ile Ile Ile Met («Старт»)	Thr Thr Thr Thr	Asn Asn Lys Lys	Ser Ser Arg Arg	U C A G
G	Val Val Val Val	Ala Ala Ala Ala	Asp Asp Glu Glu	Gly Gly Gly Gly	U C A G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. З. Брем «Справочник школьника и студента». М., изд. «Дрофа», 2003г.
2. Каменский А. А., Соколова Н. А., Валовая М. А. «Основы биологии. Учебное пособие для школьников и абитуриентов». М., изд. «Экзамен», 2004г.
3. Кузьменко Н. Е., Ерёмин В. В., Попков В. А. «Химия. Теории и задачи». М., изд. «Оникс», 2003г.
4. www.krugosvet.ru