Pentru o înțelegere detaliată a esenței metodei de diagnostic PCR, este necesar să faceți o scurtă digresiune în cursul de biologie școlară.

Chiar și din manualele școlare, știm că acidul dezoxiribonucleic (ADN) este un purtător universal de informații genetice și trăsături ereditare în toate organismele care există pe Pământ. Singurele excepții sunt unele microorganisme, de exemplu, virușii - purtătorul lor universal de informații genetice este ARN - acid ribonucleic monocatenar.

Structura moleculei de ADN

Descoperirea moleculei de ADN a avut loc în 1953. Francis Crick și James Watson au descoperit structura dublei helix ADN, iar munca lor a fost distinsă ulterior cu Premiul Nobel.

ADN-ul este o catenă dublă răsucită într-o spirală. Fiecare catenă este formată din „cărămizi” - din nucleotide conectate secvenţial. Fiecare nucleotidă ADN conține una dintre cele patru baze azotate - guanină (G), adenină (A) (purine), timină (T) și citozină (C) (pirimidine), asociate cu dezoxiriboză, acestora din urmă, la rândul său, un fosfat. grupul este atașat. Între ele, nucleotidele adiacente sunt legate într-un lanț printr-o legătură fosfodiester formată din grupări 3’-hidroxil (3’-OH) și 5’-fosfat (5’-PO3). Această proprietate determină prezența polarității în ADN, adică direcția opusă, și anume capetele 5’- și 3’: capătul 5’ al unei catene corespunde capătului 3’ al celei de-a doua catene.

0Matrice ( => Analize) Matrice ( => 2) Matrice ( =>.html) 2

Structura ADN-ului

Structura primară a ADN-ului este secvența liniară a nucleotidelor ADN dintr-un lanț. Secvența de nucleotide din lanțul de ADN este scrisă sub forma unei formule de litere ADN: de exemplu - AGTCATGCCAG, înregistrarea este de la capătul 5’- până la capătul 3’ al lanțului ADN.

Structura secundară a ADN-ului se formează datorită interacțiunilor nucleotidelor (în mare parte baze azotate) între ele, legături de hidrogen. Un exemplu clasic al structurii secundare a ADN-ului este dubla spirală a ADN-ului. Helixul dublu de ADN este cea mai comună formă de ADN din natură, constând din două catene polinucleotidice de ADN. Construcția fiecărui lanț ADN nou se realizează conform principiului complementarității, adică fiecare bază azotată a unui lanț ADN corespunde unei baze strict definite a celuilalt lanț: într-o pereche complementară, opusul A este T și opusul G. este C etc.

Sinteza ADN-ului. replicare

Proprietatea unică a ADN-ului este capacitatea sa de a se duplica (replica). În natură, replicarea ADN-ului are loc după cum urmează: cu ajutorul unor enzime speciale (giraze), care servesc drept catalizator (substanțe care accelerează reacția), helixul este deztors în celulă în zona în care replicarea (dublarea ADN-ului). ) ar trebui să apară. În plus, legăturile de hidrogen care leagă firele se rup, iar firele diverg.

În construirea unui nou lanț, o enzimă specială, ADN polimeraza, acționează ca un „constructor” activ. Dublarea ADN-ului necesită, de asemenea, un bloc de strat sau „fundație”, care este un mic fragment de ADN dublu catenar. Acest bloc de pornire, sau mai degrabă, secțiunea complementară a lanțului de ADN părinte, interacționează cu primerul, un fragment monocatenar de 20-30 de nucleotide. Replicarea sau clonarea ADN-ului are loc simultan pe ambele catene. Două molecule de ADN sunt formate dintr-o moleculă de ADN, în care o catenă este din molecula de ADN părinte, iar a doua, fiica, este nou sintetizată.

gastroenterologie complex de diagnostic - 5 360 de ruble

NUMAI ÎN MARTE economisește - 15%

1000 de ruble Înregistrare ECG cu interpretare

- 25%primar
Vizita la medic
terapeut de weekend

980 de ruble. numirea inițială la hirudoterapeut

programarea terapeutului - 1.130 de ruble (în loc de 1.500 de ruble) „Numai în martie, sâmbăta și duminica, o programare la un medic generalist cu o reducere de 25% - 1.130 de ruble, în loc de 1.500 de ruble (procedurile de diagnosticare se plătesc conform listei de prețuri)

Astfel, procesul de replicare (dublare) ADN include trei etape principale:

• Desfășurarea helixului ADN și separarea catenelor
• Atașarea amorselor
• Formarea unei noi catene de ADN a unei catene fiice

Analiza PCR se bazează pe principiul replicării ADN - sinteza ADN, pe care oamenii de știință moderni l-au putut recrea artificial: în laborator, medicii provoacă dublarea ADN-ului, dar nu întregul lanț de ADN, ci fragmentul său mic.

Funcțiile ADN-ului

O moleculă de ADN uman este un purtător de informații genetice, care este scrisă sub forma unei secvențe de nucleotide folosind codul genetic. Ca rezultat al replicării ADN-ului descrisă mai sus, are loc transferul genelor ADN de la o generație la alta.

Modificările în secvența nucleotidelor din ADN (mutații) pot duce la tulburări genetice în organism.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, în Elveția a avut loc un eveniment care a determinat cursul științei pentru multe decenii următoare: în cursul cercetărilor sale, omul de știință F. Miescher a descoperit în limfocite molecule necunoscute anterior.

Moleculele izolate au fost găsite ulterior la toate speciile biologice și au primit numele sub care acestea cunoscut astăzi: „acizi nucleici”. Funcțiile acizilor nucleici din celulă sunt de a stoca și transmite informații ereditare.

In contact cu

Acizii nucleici sunt clasificați în funcție de prezența în compoziția lor a unuia dintre soiuri zahăr cu cinci atomi de carbon (pentoză). Acidul dezoxiribonucleic sau ADN-ul conține dezoxiriboză, în timp ce acidul ribonucleic (ARN) conține riboză.

Pe scurt, interacțiunea lor poate fi exprimată după cum urmează: ARN-ul este sintetizat din ADN, iar proteina este sintetizată din ARN. Există multe asemănări în structura acizilor nucleici.

Să analizăm mai detaliat în ce parte se află acizii nucleici celulari, ce funcții îndeplinesc, care sunt caracteristicile structurii lor și ce tipuri de acizi nucleici există.

ADN

Molecula de ADN poate fi comparată cu o scară care este răsucită într-o spirală spre dreapta. Trepte sau „buiandrugi” pe el format din perechi de baze azotate:

• adenină (A);
• guanină (G);
• timină (T);
• citozină (C).

Fiecare bază se împerechează cu cealaltă folosind principiul complementarității, unde adenina se perechează exclusiv cu timină (AT) și guanină se perechează cu citozină (GC). Prin urmare, aleatorietatea legăturilor dintre ele este doar aparentă - structura acizilor nucleici supuse unor legi stricte și neschimbate.

În funcție de combinațiile de nucleotide ADN și de bazele azotate din acestea, apar caracteristicile noastre individuale (culoarea pielii, a ochilor, a părului, înălțimea etc.). Moleculele de ADN sunt localizate în nucleele celulelor, precum și în cloroplaste și (mai puțin de 1%).

Structura moleculei de ADN

O moleculă de ADN este un biopolimer, în care principalul monomer sau unitatea structurală este o nucleotidă. Următoarele componente fac parte din nucleotide: un reziduu de acid fosforic se combină cu un zahăr cu cinci atomi de carbon - deoxiriboză și este construit într-o bază azotată. Între ei, monomerii sunt combinați în lanțuri lungi, formându-se în ajunge prin dublu helix.

Elicele sunt conectate între ele prin legături de hidrogen. Adenina se combină cu timina cu două, iar citozina cu guanina cu trei legături de hidrogen. Baza azotată, zahărul și grupa fosfat sunt obligatorii în nucleotide.

Lățimea moleculară variază de la 2,2 la 2,4 nm și lungimea fiecărui monomer din lanț este de 0,33 nm.

Fiecare lanț de acid dezoxiribonucleic are o orientare specifică. Două lanțuri în sens opus sunt numite antiparalele.

Datorită principiului complementarității, toate informațiile dintr-un lanț sunt duplicate în altul. Combinația de adenină și guanină este o bază purinică, iar timina cu citozină este o bază pirimidină. În acest caz, este necesar să se știe că în molecula de ADN numărul de baze purinice întotdeauna egal cu numărul de pirimidine.

Conexiunea ADN în transferul de gene

Auzim adesea acuzații împotriva genelor când vine vorba de tendințele și obiceiurile proaste ale unei persoane. Să încercăm să ne dăm seama ce sunt genele și ce rol joacă ADN-ul transmiterea datelor ereditare dacă ea poartă informații negative. Care sunt funcțiile acizilor nucleici într-o celulă?

O genă este o secțiune specială a moleculei de ADN, formată din combinații unice de nucleotide. Fiecare tip de genă este situat într-o zonă special desemnată secțiunea helixului ADN fără a migra nicăieri. Numărul de nucleotide din gene este constant. De exemplu, gena responsabilă de sinteza insulinei are 60 de perechi de baze în compoziția sa.

Tot în lanțul ADN se află și așa-numitele. „secvențe necodante”. Rolul lor în transferul de material genetic nu este pe deplin stabilit. Se presupune că aceste secvențe sunt responsabile pentru ordinea în funcționarea genelor și „răscesc” cromozomii.

Se numește întreg volumul de gene din organism. La rândul său, este distribuit uniform în 46 de perechi de molecule de ADN. Fiecare astfel de pereche se numește cromozom. Prin urmare, Corpul uman este format din 46 de perechi de cromozomi., în care este înglobată toată informația genetică, de la apariție până la predispoziția la diferite boli.

Cromozomii diferă prin morfologie și dimensiune. Există două forme principale - X și Y. Corpul uman conține cromozomi perechi, adică. fiecare are copia sa exactă. Astfel, în mod normal avem 23 de cromozomi perechi. Fiecare pereche de cromozomi își îndeplinește funcția, fiind responsabilă de caracteristicile specifice. 22 de perechi de cromozomi sunt responsabile pentru caracteristicile somatice și doar una pentru sex. Combinația de cromozomi XX înseamnă că se va naște o fată, iar combinația de XY înseamnă un băiat.

Mutații ADN

Deteriorarea moleculelor de ADN poate fi cauzată de mulți factori, printre care cel mai adesea au efect mutagen următoarele:

• Radiația. Aceasta este raze X sau radiații ultraviolete în doze mari.
• Oxidant. Aceste tipuri de mutageni includ toți radicalii liberi, oxidul nitric și peroxidul de hidrogen.
• Cancerigen. Factorul este reprezentat de o listă extinsă de substanțe, unde cele mai frecvente sunt benzopirenul, aflatoxina și bromura de etidio.

Marea majoritate a mutagenilor pătrunde între două perechi de compuși azotați, perturbând structura moleculei de acid nucleic. Cele mai periculoase incluziuni ale componentelor mutagenice sunt dublu catenare. Astfel de tulburări duc adesea la moartea unor fragmente întregi de cromozomi și la diferite translocații.

Important! ADN-ul uman este atacat zilnic de mulți factori agresivi care provoacă deteriorarea structurii și rup elica în sine. Cu toate acestea, această moleculă se distinge prin capacitatea sa de a se regenera, ceea ce face posibilă prevenirea mutațiilor chiar și în stadiul formării lor.

ARN

Principiul structurii ARN este în esență același cu structura ADN-ului, dar cu diferența că acidul ribonucleic se formează sub forma unei singure elice, în compoziția sa timina este înlocuită cu uracil și riboza ia locul dezoxiribozei.

Datorită aranjamentului strict secvenţial al nucleotidelor, moleculele de ARN sunt capabile să codifice informaţia ereditară.

Totuși, spre deosebire de ADN, funcțiile acizilor ribonucleici sunt diferite, mai largi, datorită faptului că există trei subtipuri de molecule.

Tipuri de ARN

Există 3 tipuri de acid ribonucleic:

1. Transport (ARNt). ARNt-urile care alcătuiesc citoplasma sunt cele mai mici molecule de acid ribonucleic. Forma lor este similară cu forma unei frunze de trifoi. ARNt este responsabil pentru transportul aminoacizilor specifici direct la locul unde are loc sinteza proteinelor pentru a iniția formarea legăturilor peptidice.
2. Informațional sau matrice (ARNm, ARNm). Face parte din nucleul și citoplasma celulei. Transportă informații despre structura unei proteine ​​de la ADN la ribozomi, care sunt locul biosintezei acesteia.
3. Ribozomal (ARNr). Se formează în nucleol și, după cum sugerează și numele, este componenta principală a ribozomilor. Cel mai mare tip de ARN. Se combină cu ARN mesager pentru a forma proteine

Există, de asemenea, un fel special. Se găsește în unele viruși, bacterii și microorganisme. Acționează simultan ca ARNt și ARNm. Funcția sa principală este procesarea proteinelor.

Structura moleculei de ARN

Formula structurală a ARN-ului este caracterizată prin prezența unei grupări hidroxil în poziția ribozei. Multe tipuri de acid ribonucleic, cum ar fi ARNr și ARNm, funcționează în combinație cu proteine. Astfel de compușii se numesc ribonucleotide.

Structura nucleotidei ARN este similară cu structura monomerului ADN. Bazele azotate se combină între ele după principiul complementarității. Totuși, în loc de timină, aici este prezent uracil, iar zahărul cu cinci atomi de carbon este reprezentat de riboză.

Nucleotidele dintr-un lanț de ARN sunt conectate prin legături fosfodiesterice.

sinteza proteinei

Ce substanțe pot stoca informații despre celulă, funcțiile sale, proprietățile biologice și chimice? Desigur, veverite. Sunt componente unice ale oricărui organism viu. Sinteza biochimică a proteinelor este un microproces destul de complex. Trece prin trei etape principale:

1. Transcriere. Acest proces are loc în nucleu, iar ARN-ul informațional este responsabil pentru el. Transcripția constă în citirea datelor despre viitoarea proteină din genele situate în ADN și transferarea acestor date către ARN-ul mesager. ARNm transportă apoi informația către citoplasmă. Acidul dezoxiribonucleic nu este direct legat de biosinteza proteinelor, ci doar stochează și transmite informații. În timpul transcripției, lanțurile de ADN se „desfășoară”, iar materialul genetic este citit în ARN, ținând cont de complexele pereche de baze azotate.
2. Difuzare. Aceasta este etapa finală în formarea unei molecule de proteine. ARN-ul mesager intră în ribozomi prin citoplasmă, unde are loc însăși sinteza biochimică.
3. ​Diverse modificări ale lanțului polipeptidic. Apare ca urmare a traducerii finalizate.

ADN și ARN

Diferențele dintre ADN și ARN

Acizii nucleici se caracterizează nu numai prin caracteristici similare, ci și prin caracteristici distinctive. Semnele comune includ următoarele:

• Conține două perechi de baze.
• Responsabil cu transmiterea informatiilor.
• „Construit” din legături nucleotidice, care se formează în conformitate cu principiul complementarității.
• În compoziția unei celule biologice, ambii acizi joacă un rol complementar.

Dar având în vedere ambii acești acizi, se pot constata diferente semnificative.

Fapte curioase

• Singurul tip de celule care nu conține ADN sunt celulele roșii din sânge.
• Structura acizilor nucleici este atât de asemănătoare încât oamenii de știință occidentali au înaintat teoria conform căreia, în primele etape ale istoriei evolutive a omenirii, responsabilitatea stocării informațiilor transmise peste moștenire, ARN purtat.
• Formula structurală a moleculei de ADN a fost calculată de D. Utson și F. Crick încă din 1953. Și numai 9 ani mai târziu, acești oameni de știință au primit Premiul Nobel pentru Medicină.
• Responsabil pentru diferențele dintre oameni mai puțin de 1% din toate moleculele de ADN incluse în genomul uman. Prin urmare, expresia „toți suntem din același test” are o justificare științifică.
• Asemănarea dintre ADN-ul uman și cel al cimpanzeului ajunge la 98%, iar ADN-ul uman și cel al porcului se potrivesc la 96%.
• Transcrierea completă a genomului uman b a fost finalizată în 2003.
• Ți-ar lua 17 ani să tastați codul complet al literei genomului uman pe o tastatură, având în vedere că trebuie să apeși tastele zile în șir.
• genomul uman reprezintă 100% din gene, din care 50% provine de la mamă și 50% de la tată.

Structura și funcțiile acizilor nucleici, lecția de biologie

Cum diferă ADN-ul și ARN-ul

Concluzie

De aproape două secole, oamenii de știință au încercat să dezvăluie toate secretele spiralelor minuscule, să descifreze complet structura acizilor nucleici. Dar chiar și până în prezent, nu au fost făcute toate descoperirile care pot face lumină asupra acestor păstrători ai informațiilor genetice. Poate că în curând vom afla ce altceva nu funcţia cunoscută nouă este îndeplinită de ADN.

La acizi nucleici includ compuși cu înaltă polimeri care se descompun în timpul hidrolizei în baze purinice și pirimidinice, pentoză și acid fosforic. Acizii nucleici conțin carbon, hidrogen, fosfor, oxigen și azot. Există două clase de acizi nucleici: acizi ribonucleici (ARN)și acizi dezoxiribonucleici (ADN).

Structura și funcțiile ADN-ului

ADN- un polimer ai cărui monomeri sunt dezoxiribonucleotide. Modelul structurii spațiale a moleculei de ADN sub forma unui dublu helix a fost propus în 1953 de J. Watson și F. Crick (pentru a construi acest model, au folosit lucrările lui M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

molecula de ADN format din două lanțuri de polinucleotide, răsucite spiralat unul în jurul celuilalt și împreună în jurul unei axe imaginare, i.e. este o spirală dublă (excepție - unii virusuri care conțin ADN au ADN monocatenar). Diametrul dublei helix ADN este de 2 nm, distanța dintre nucleotidele adiacente este de 0,34 nm și există 10 perechi de nucleotide pe tură a helixului. Lungimea moleculei poate ajunge la câțiva centimetri. Greutatea moleculară - zeci și sute de milioane. Lungimea totală a ADN-ului din nucleul celulei umane este de aproximativ 2 m. În celulele eucariote, ADN-ul formează complexe cu proteinele și are o conformație spațială specifică.

Monomer ADN - nucleotidă (dezoxiribonucleotidă)- constă din reziduuri a trei substanțe: 1) o bază azotată, 2) o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (pentoză) și 3) acid fosforic. Bazele azotate ale acizilor nucleici aparțin claselor pirimidinelor și purinelor. Bazele pirimidinice ale ADN-ului(au un inel în molecula lor) - timină, citozină. Baze purinice(au două inele) - adenină și guanină.

Monozaharida nucleotidei ADN este reprezentată de dezoxiriboză.

Numele nucleotidei este derivat din numele bazei corespunzătoare. Nucleotidele și bazele azotate sunt indicate cu majuscule.

Un lanț polinucleotidic se formează ca rezultat al reacțiilor de condensare a nucleotidelor. În acest caz, între carbonul de 3" al reziduului dezoxiriboză al unei nucleotide și restul de acid fosforic al celeilalte, legătură fosfoeter(aparține categoriei de legături covalente puternice). Un capăt al lanțului de polinucleotide se termină cu un capăt de 5 "carbon (se numește capătul de 5"), celălalt se termină cu un capăt de 3 "carbon (3").

Împotriva unui lanț de nucleotide se află un al doilea lanț. Dispunerea nucleotidelor în aceste două lanțuri nu este întâmplătoare, ci strict definită: timina este întotdeauna situată opus adeninei unui lanț din celălalt lanț, iar citozina este întotdeauna situată opus guaninei, între adenină și timină apar două legături de hidrogen, trei hidrogen. legături dintre guanină și citozină. Modelul conform căruia nucleotidele diferitelor catene de ADN sunt ordonate strict (adenină - timină, guanină - citozină) și se combină selectiv unele cu altele se numește principiul complementaritatii. De remarcat că J. Watson și F. Crick au ajuns să înțeleagă principiul complementarității după citirea lucrărilor lui E. Chargaff. E. Chargaff, după ce a studiat un număr mare de mostre de țesuturi și organe ale diferitelor organisme, a descoperit că în orice fragment de ADN conținutul de reziduuri de guanină corespunde întotdeauna exact conținutului de citozină, iar adenina timinei ( „Regula lui Chargaff”), dar nu a putut explica acest fapt.

Din principiul complementarității rezultă că secvența de nucleotide a unui lanț determină secvența de nucleotide a altuia.

Catenele de ADN sunt antiparalele (opuse), adică. nucleotidele diferitelor lanțuri sunt situate în direcții opuse și, prin urmare, opus capătului 3 al unui lanț se află capătul 5 al celuilalt. Molecula de ADN este uneori comparată cu o scară în spirală. „Balustrada” acestei scări este coloana vertebrală zahăr-fosfat (reziduuri alternative de deoxiriboză și acid fosforic); „treptele” sunt baze azotate complementare.

Funcția ADN-ului- stocarea si transmiterea informatiilor ereditare.

Replicarea (reduplicarea) ADN-ului

- procesul de autodublare, principala proprietate a moleculei de ADN. Replicarea aparține categoriei reacțiilor de sinteză a matricei și implică enzime. Sub acțiunea enzimelor, molecula de ADN se desfășoară, iar în jurul fiecărei catene care acționează ca șablon, o nouă catenă este completată conform principiilor complementarității și antiparalelismului. Astfel, în fiecare ADN fiică, o catenă este catena părinte, iar a doua catenă este nou sintetizată. Acest tip de sinteză se numește semiconservatoare.

„Materialul de construcție” și sursa de energie pentru replicare sunt trifosfați dezoxiribonucleozidici(ATP, TTP, GTP, CTP) care conține trei resturi de acid fosforic. Când trifosfații dezoxiribonucleozidici sunt incluși în lanțul polinucleotidic, două resturi terminale de acid fosforic sunt scindate, iar energia eliberată este utilizată pentru a forma o legătură fosfodiesterică între nucleotide.

Următoarele enzime sunt implicate în replicare:

1. helicaze (ADN-ul de desfășurare);
2. proteine ​​destabilizatoare;
3. ADN topoizomeraze (ADN tăiat);
4. ADN polimeraze (selectează trifosfații dezoxiribonucleozidici și le atașează în mod complementar la lanțul șablon de ADN);
5. primaze ARN (formă primeri ARN, primeri);
6. ADN ligaze (coaseți fragmente de ADN împreună).

Cu ajutorul helicazelor, ADN-ul este deztors în anumite regiuni, regiunile ADN monocatenar sunt legate de proteine ​​destabilizatoare și furcă de replicare. Cu o discrepanță de 10 perechi de nucleotide (o tură a helixului), molecula de ADN trebuie să finalizeze o revoluție completă în jurul axei sale. Pentru a preveni această rotație, ADN-topoizomeraza taie o catenă de ADN, permițându-i să se rotească în jurul celei de-a doua catene.

ADN polimeraza poate atașa doar o nucleotidă la carbonul de 3" al dezoxiribozei nucleotidei anterioare, astfel încât această enzimă se poate deplasa de-a lungul ADN-ului șablon într-o singură direcție: de la capătul de 3" la capătul de 5" al acestui ADN șablon. Deoarece lanțurile din ADN-ul matern sunt antiparalele, atunci pe diferitele sale lanțuri asamblarea lanțurilor polinucleotidice fiice are loc în moduri diferite și în direcții opuse. Pe lanțul 3 "-5", sinteza lanțului polinucleotid fiice decurge fără întrerupere; acest lanț fiică se va numi conducere. Pe lanțul 5 "-3" - intermitent, în fragmente ( fragmente din Okazaki), care, după terminarea replicării de către ADN ligaze, sunt fuzionate într-o singură catenă; acest lanț de copii se va numi întârziat (rămânând în urmă).

O caracteristică a ADN polimerazei este că își poate începe lucrul numai cu "seminte" (grund). Rolul „semințelor” este îndeplinit de secvențe scurte de ARN formate cu participarea enzimei primazei ARN și asociate cu ADN șablon. Primerii ARN sunt îndepărtați după finalizarea ansamblării lanțurilor de polinucleotide.

Replicarea se desfășoară în mod similar în procariote și eucariote. Rata de sinteză a ADN-ului la procariote este cu un ordin de mărime mai mare (1000 de nucleotide pe secundă) decât la eucariote (100 de nucleotide pe secundă). Replicarea începe simultan în mai multe regiuni ale moleculei de ADN. O bucată de ADN de la o origine de replicare la alta formează o unitate de replicare - replicon.

Replicarea are loc înainte de diviziunea celulară. Datorită acestei capacități a ADN-ului, se realizează transferul de informații ereditare de la celula mamă la celulele fiice.

Reparație („reparație”)

reparatii este procesul de reparare a deteriorării secvenței de nucleotide a ADN-ului. Este realizat de sisteme enzimatice speciale ale celulei ( enzime reparatoare). Următoarele etape pot fi distinse în procesul de reparare a structurii ADN: 1) nucleazele de reparare a ADN-ului recunosc și îndepărtează zona deteriorată, rezultând un gol în lanțul ADN; 2) ADN polimeraza umple acest gol prin copierea informațiilor din a doua catenă („bună”); 3) ADN ligaza „reticulă” nucleotidele, completând reparația.

Au fost studiate cel mai mult trei mecanisme de reparare: 1) fotorepararea, 2) repararea cu accize sau pre-replicative, 3) repararea post-replicativă.

Modificările în structura ADN-ului apar constant în celulă sub influența metaboliților reactivi, radiațiilor ultraviolete, metalelor grele și a sărurilor acestora etc. Prin urmare, defectele sistemelor de reparare cresc rata proceselor de mutație și provoacă boli ereditare (xeroderma pigmentosa, progeria). , etc.).

Structura și funcțiile ARN

este un polimer ai cărui monomeri sunt ribonucleotide. Spre deosebire de ADN, ARN-ul este format nu din două, ci dintr-un singur lanț de polinucleotide (excepție - unii virusuri care conțin ARN au ARN dublu catenar). Nucleotidele ARN sunt capabile să formeze legături de hidrogen între ele. Lanțurile de ARN sunt mult mai scurte decât lanțurile de ADN.

Monomer ARN - nucleotidă (ribonucleotidă)- constă din reziduuri a trei substanțe: 1) o bază azotată, 2) o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (pentoză) și 3) acid fosforic. Bazele azotate ale ARN aparțin și ele claselor de pirimidine și purine.

Bazele pirimidinice ale ARN sunt uracil, citozină, iar bazele purinice sunt adenina și guanina. Monozaharida nucleotidă ARN este reprezentată de riboză.

Aloca trei tipuri de ARN: 1) informativ(matrice) ARN - ARNm (ARNm), 2) transport ARN - ARNt, 3) ribozomal ARN - ARNr.

Toate tipurile de ARN sunt polinucleotide neramificate, au o conformație spațială specifică și participă la procesele de sinteză a proteinelor. Informațiile despre structura tuturor tipurilor de ARN sunt stocate în ADN. Procesul de sinteză a ARN-ului pe un șablon de ADN se numește transcripție.

Transfer ARN-uri conțin de obicei 76 (de la 75 la 95) nucleotide; greutate moleculară - 25 000-30 000. Ponderea ARNt reprezintă aproximativ 10% din conținutul total de ARN din celulă. Funcții ARNt: 1) transportul aminoacizilor la locul sintezei proteinelor, la ribozomi, 2) mediator de translație. În celulă se găsesc aproximativ 40 de tipuri de ARNt, fiecare dintre ele având o secvență de nucleotide caracteristică doar pentru aceasta. Cu toate acestea, toate ARNt-urile au mai multe regiuni complementare intramoleculare, datorită cărora ARNt-urile capătă o conformație care seamănă cu o frunză de trifoi. Orice ARNt are o buclă pentru contactul cu ribozomul (1), o buclă anticodon (2), o buclă pentru contactul cu enzima (3), o tulpină acceptor (4) și un anticodon (5). Aminoacidul este atașat la capătul 3’ al tulpinii acceptoare. Anticodon- trei nucleotide care „recunosc” codonul ARNm. Trebuie subliniat faptul că un anumit ARNt poate transporta un aminoacid strict definit corespunzător anticodonului său. Specificitatea conexiunii dintre aminoacizi și ARNt se realizează datorită proprietăților enzimei aminoacil-ARNt sintetaza.

ARN ribozomal conţin 3000-5000 de nucleotide; greutate moleculară - 1 000 000-1 500 000. ARNr reprezintă 80-85% din conținutul total de ARN din celulă. În combinație cu proteinele ribozomale, ARNr formează ribozomi - organele care realizează sinteza proteinelor. În celulele eucariote, sinteza ARNr are loc în nucleol. funcțiile ARNr: 1) o componentă structurală necesară a ribozomilor și, astfel, asigurând funcționarea ribozomilor; 2) asigurarea interacțiunii ribozomului și ARNt; 3) legarea inițială a ribozomului și a codonului inițiator ARNm și determinarea cadrului de citire, 4) formarea centrului activ al ribozomului.

Informații ARN a variat în conținutul de nucleotide și greutatea moleculară (de la 50.000 la 4.000.000). Ponderea ARNm reprezintă până la 5% din conținutul total de ARN din celulă. Funcțiile ARNm: 1) transferul de informații genetice de la ADN la ribozomi, 2) o matrice pentru sinteza unei molecule de proteine, 3) determinarea secvenței de aminoacizi a structurii primare a unei molecule de proteine.

Structura și funcțiile ATP

Acid adenozin trifosforic (ATP) este o sursă universală și principalul acumulator de energie în celulele vii. ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. Cantitatea de ATP este în medie de 0,04% (din masa brută a celulei), cea mai mare cantitate de ATP (0,2-0,5%) se găsește în mușchii scheletici.

ATP este format din reziduuri: 1) o bază azotată (adenină), 2) o monozaharidă (riboză), 3) trei acizi fosforici. Deoarece ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic, acesta aparține trifosfaților ribonucleozidici.

Pentru majoritatea tipurilor de lucru care au loc în celule, se utilizează energia hidrolizei ATP. În același timp, când restul terminal al acidului fosforic este scindat, ATP este transformat în ADP (acid adenozin difosforic), când al doilea reziduu de acid fosforic este scindat, acesta devine AMP (acid adenozin monofosforic). Randamentul de energie liberă în timpul eliminării atât a resturilor terminale, cât și a celui de-al doilea de acid fosforic este de 30,6 kJ fiecare. Scindarea celei de-a treia grupări fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ. Legăturile dintre terminal și al doilea, al doilea și primul reziduu de acid fosforic se numesc macroergice (de înaltă energie).

Rezervele de ATP sunt reînnoite în mod constant. În celulele tuturor organismelor, sinteza ATP are loc în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de acid fosforic la ADP. Fosforilarea are loc cu intensitate diferită în timpul respirației (mitocondrii), glicolizei (citoplasmei), fotosintezei (cloroplaste).

ATP este principala legătură între procesele însoțite de eliberarea și acumularea de energie și procesele care necesită energie. În plus, ATP, împreună cu alți trifosfați ribonucleozidici (GTP, CTP, UTP), este un substrat pentru sinteza ARN.

Mergi la cursurile №3„Structura și funcția proteinelor. Enzime»

Mergi la cursurile numarul 5"Teoria celulei. Tipuri de organizare celulară»

1. Selectați exemple de funcții ale proteinelor pe care le îndeplinesc la nivel celular al vieții.

1) asigură transportul ionilor prin membrană

2) fac parte din păr, pene

3) formează pielea

4) anticorpii leagă antigenele

5) depozitează oxigenul în mușchi

6) asigura munca fusului de divizare

2. Selectați caracteristicile ARN.

1) găsit în ribozomi și nucleol

2) capabil de replicare

3) constă dintr-un lanț

4) este conținută în cromozomi

5) set de nucleotide ATHC

6) un set de nucleotide AGCU

3. Care sunt funcțiile lipidelor în corpul animalelor?

1) enzimatic

2) depozitare

3) energie

4) structurale

5) contractilă

6) receptor

4. Care sunt funcțiile carbohidraților în organismul animalelor?

1) catalitic

2) structurale

3) depozitare

4) hormonale

5) contractilă

6) energie

5. Proteinele, spre deosebire de acizii nucleici,

1) participă la formarea membranei plasmatice

2) fac parte din cromozomi

3) participa la reglarea umorală

4) îndepliniți funcția de transport

5) îndeplinesc o funcție de protecție

6) transferă informații ereditare de la nucleu la ribozom

6. Care dintre următoarele proteine ​​nu se găsesc în interiorul unei celule musculare?

2) hemoglobina

3) fibrinogen

5) ARN polimeraza

6) tripsina

7. Selectați caracteristicile structurii moleculelor de proteine.

1) sunt formate din acizi grași

2) constau din aminoacizi

3) monomerii moleculei sunt ținuți de legături peptidice

4) constau din monomeri cu aceeași structură

5) sunt alcooli polihidroxilici

6) structura cuaternară a moleculelor este formată din mai multe globule

8. Alegeți trei funcții unice pentru proteine.

1) energie

2) catalitic

3) motor

4) transport

5) structurale

6) depozitare

9. Care sunt funcțiile moleculelor de carbohidrați și lipide în celulă?

1) informații

2) catalitic

3) construcție

4) energie

5) depozitare

6) motor

10. Toate următoarele elemente chimice, cu excepția a două, sunt organogeni. Identificați două caracteristici care „cad” din lista generală și notați ca răspuns numerele sub care sunt indicate.

1) hidrogen

5) oxigen

11. Toate următoarele elemente chimice, cu excepția a două, sunt macronutrienți. Identificați două caracteristici care „cad” din lista generală și notați ca răspuns numerele sub care sunt indicate.

12. Alege TREI funcții ale ADN-ului într-o celulă

1) un intermediar în transferul de informații ereditare

2) stocarea informațiilor ereditare

3) codificarea aminoacizilor

4) șablon pentru sinteza ARNm

5) de reglementare

6) structurarea cromozomilor

13. molecula de ADN

1) un polimer al cărui monomer este o nucleotidă

2) un polimer al cărui monomer este un aminoacid

3) polimer cu catenă dublă

4) polimer cu un singur lanț

5) conține informații ereditare

6) îndeplinește o funcție energetică în celulă

14. Care sunt caracteristicile unei molecule de ADN?

1) constă dintr-o catenă polipeptidică

2) constă din două fire de polinucleotide răsucite în spirală

3) are o nucleotidă care conține uracil

4) are o nucleotidă care conține timină

5) păstrează informațiile ereditare

6) transferă informații despre structura proteinei de la nucleu la ribozom

15. Monosaharidele din celulă îndeplinesc următoarele funcții:

1) energie

2) componente constitutive ale polimerilor

3) informații

4) componente constitutive ale acizilor nucleici

5) protectoare

6) transport

16. Cum este o moleculă de ARNm diferită de ADN?

1) transferă informații ereditare de la nucleu la ribozom

2) compoziția nucleotidelor include reziduuri de baze azotate, carbohidrați și acid fosforic

3) constă dintr-o catenă de polinucleotidă

4) constă din două catene polinucleotidice interconectate

5) contine carbohidrat riboza si baza azotata uracil

6) contine carbohidratul dezoxiriboza si baza azotata timina

17. Toate caracteristicile de mai jos, cu excepția a două, sunt funcții ale lipidelor. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.

1) depozitare

2) hormonale

3) enzimatic

4) purtător de informații ereditare

5) energie

18. Toate semnele de mai jos, cu excepția a două, pot fi folosite pentru a descrie importanța proteinelor în corpul uman și animal. Identificați două caracteristici care „cad” din lista generală și notați ca răspuns numerele sub care sunt indicate.

1) servesc ca principal material de construcție

2) sunt descompuse în intestin în glicerol și acizi grași

3) sunt formate din aminoacizi

4) transformat în glicogen în ficat

5) deoarece enzimele accelerează reacțiile chimice

19. Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie molecula de ADN. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.

4) capabil să se autodubleze

5) în complex cu proteine ​​formează cromozomi

20. Toate caracteristicile următoare, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a determina funcțiile lipidelor din celulă. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.

1) depozitare

2) de reglementare

3) transport

4) enzimatic

5) clădire

21. Toate caracteristicile de mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie funcțiile acizilor nucleici dintr-o celulă. Identificați două caracteristici care „cad” din lista generală și notați ca răspuns numerele sub care sunt indicate.

1) efectuează homeostazia

2) transferă informații ereditare de la nucleu la ribozom

3) participă la biosinteza proteinelor

4) fac parte din membrana celulară

5) aminoacizi de transport

22. Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie molecula de ADN. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.

1) este format din două lanțuri care formează o spirală

2) conține nucleotide ATHC

3) conține zahăr riboză

4) autodublare

5) participă la procesul de traducere

23. Toate, cu excepția a două, caracteristicile enumerate mai jos pot fi utilizate pentru a descrie molecula de insulină. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel

1) constă din aminoacizi

2) hormonul suprarenal

3) un catalizator pentru multe reacții chimice

4) hormonul pancreatic

5) o substanță de natură proteică

24 Toate, cu excepția a două, dintre următoarele caracteristici pot fi utilizate pentru a descrie albumina de albuș de ou. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.

1) constă din aminoacizi

2) enzimă digestivă

3) se denaturează reversibil când oul este fiert

4) monomerii sunt legați prin legături peptidice

5) molecula formează structuri primare, secundare și terțiare

25. Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie o moleculă de ARN. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.

1) constă din două lanțuri de polinucleotide răsucite în spirală

2) transferă informații la locul de sinteză a proteinelor

3) în complex cu proteine ​​formează corpul ribozomului

4) capabil să se autodubleze

5) transportă aminoacizii la locul sintezei proteinelor

26. Toate, cu excepția a două, caracteristicile enumerate mai jos pot fi utilizate pentru a descrie molecula de amidon. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.

1) constă dintr-un lanț

2) foarte solubil în apă

3) în complex cu proteine ​​formează un perete celular

4) suferă hidroliză

5) este o substanță de rezervă în celulele musculare

Tine minte!

De ce acizii nucleici sunt clasificați ca heteropolimeri?

Ele constau din diferiți monomeri - nucleotide, dar nucleotidele în sine diferă în unele structuri.

Ce este un monomer de acid nucleic?

Nucleotide

Ce funcții ale acizilor nucleici cunoașteți?

Stocarea și transmiterea informațiilor ereditare. ADN-ul conține informații despre structura primară a tuturor proteinelor necesare organismului. Aceste informații sunt înregistrate într-o secvență liniară de nucleotide. Deoarece proteinele joacă un rol principal în viața corpului, participând la structură, dezvoltare și metabolism, se poate susține că ADN-ul stochează informații despre organism. În ARN, fiecare dintre tipurile sale își îndeplinește funcția în funcție de structura sa. ARNm este o copie a unei secțiuni de ADN care conține informații despre numărul, compoziția și secvența reziduurilor de aminoacizi care determină structura și funcțiile unei molecule de proteine. Acest ARN conține un plan pentru construirea unei molecule de polipeptidă. ARNt - rolul său este de a atașa o moleculă de aminoacid și de a o transporta la locul de sinteză a proteinelor. ARNr - se combină cu o proteină și formează organele speciale - ribozomi, pe care moleculele proteice sunt asamblate în celula oricărui organism viu.

Ce proprietăți ale viețuitoarelor sunt determinate direct de structura și funcțiile acizilor nucleici?

Ereditate, variabilitate, reproducere

Revizuiți întrebările și temele

1. Ce sunt acizii nucleici? De ce au primit un astfel de nume?

Acizii nucleici sunt biopolimeri ai căror monomeri sunt nucleotide. Din lat. „nucleos” - nucleul, deoarece acești acizi sunt localizați sau sintetizați în nucleu, sau la procariote, funcția de informare nucleară este îndeplinită de nucleoid (ADN sau ARN).

2. Ce tipuri de acizi nucleici cunoașteți?

ADN, ARN: i-ARN, t-ARN, r-ARN.

4. Numiți funcțiile ADN-ului. Cum sunt legate structura și funcțiile ADN-ului?

Depozitarea și transmiterea informațiilor ereditare - ADN-ul este localizat strict în nucleu.

Molecula de ADN este capabilă de auto-replicare prin dublare. Sub acțiunea enzimelor, dublul helix al ADN-ului se desface, legăturile dintre bazele azotate sunt rupte.

ADN-ul conține informații despre structura primară a tuturor proteinelor necesare organismului. Aceste informații sunt înregistrate într-o secvență liniară de nucleotide.

Deoarece proteinele joacă un rol principal în viața corpului, participând la structură, dezvoltare și metabolism, se poate susține că ADN-ul stochează informații despre organism.

5. Ce tipuri de ARN există în celulă, unde sunt sintetizati? Enumerați funcțiile lor.

i-ARN, t-ARN, r-ARN.

i-ARN - sintetizat în nucleu pe șablonul ADN, este baza pentru sinteza proteinelor.

ARNt este transportul aminoacizilor la locul sintezei proteinelor - la ribozomi.

ARNr - sintetizat în nucleolii nucleului și formează înșiși ribozomii celulei.

Toate tipurile de ARN sunt sintetizate pe un model de ADN.

6. Este suficient să știm care monozaharidă face parte din nucleotide pentru a înțelege despre ce fel de acid nucleic vorbim?

Da, ARN-ul conține riboză.

ADN-ul conține deoxiriboză.

Tipurile de ARN nu vor fi recunoscute de către o singură monozaharidă.

7. Un fragment dintr-un lanț de ADN are următoarea compoziție: A-G-C-G-C-C-C-T-A-. Folosind principiul complementarității, completați a doua componentă.

A-G-C-G-C-C-C-T-A

T-C-G-C-G-G-G-A-T

Gândi! Tine minte!

1. De ce există trei tipuri de molecule de ARN în celule, dar un singur tip de ADN?

ADN-ul este cea mai mare moleculă, nu poate părăsi nucleul, porii sunt prea mici. ARN-ul este molecule mici, fiecare își îndeplinește propria funcție, asigurând diverse funcții în celulă, în timp ce lucrează. Pe matricea ADN-ului, multe tipuri de ARN pot fi sintetizate simultan și toate merg pentru a-și îndeplini funcțiile.

3. Ce tipuri de ARN vor fi aceleași în toate organismele? Ce tip de ARN are cea mai mare variabilitate? Explicați-vă punctul de vedere.

i-ARN și t-ARN vor fi aceleași pentru toate organismele, deoarece biosinteza proteinelor urmează un singur mecanism, iar t-ARN poartă aceiași 20 de aminoacizi. ARNr poate fi diferit.