Какие виды рнк имеются в клетке. Типы РНК

Виды РНК

Молекулы РНК в отличие от ДНК являются однонитевыми структурами. Схема построения РНК аналогична ДНК: основу об­разует сахарно-фосфатный остов, к которому присоединяются азотистые основания.

Рис. 5.16. Строение ДНК и РНК

Различия химического строения заключаются в следующем: дезоксирибоза, присут­ствующая в ДНК, заменена на молекулу рибозы, а тимин представлен другим пиримидином - урацилом (рис. 5.16, 5.18).

Молекулы РНК в зависимости от выполняемых функций под­разделяются на три основных вида: информационные, или мат­ричные (мРНК), транспортные (тРНК) и рибосомальные (рРНК).

В ядре клеток эукариот содержится РНК четвертого вида - гетерогенная ядерная РНК (гяРНК), которая является точной копией соответствующей ДНК.

Функции РНК

МРНК переносят информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам, (т.е. являются матрицей для синтеза белка;

тРНК переносят аминокислоты к рибосомам, специфичность такого переноса обеспечи­вается тем, что имеется 20 типов тРНК, соответствующих 20 аминокислотам (рис. 5.17);

рРНК образуют в комплексе с белками рибосому, в которой происходит синтез белка;

гяРНК является точным транскриптом ДНК, которая, подвергаясь специфическим изменениям, превращается (созревает) в зрелую мРНК.

Молекулы РНК значительно меньше молекул ДНК. Самой ко­роткой является тРНК, состоящая из 75 нуклеотидов.

Рис. 5.17. Строение транспортной РНК

Рис. 5.18. Сравнение ДНК и РНК

Современные представления о строении гена. Интрон-экзонная структура у эукариот

Элементарной единицей наследственности является ген . Тер­мин «ген» был предложен в 1909 г. В. Иогансеном для обозначения материальной единицы наследственности, выделенной Г. Менде­лем.

После работ американских генетиков Дж.Бидла и Э.Тейтума геном стали называть участок молекулы ДНК, кодирующий син­тез одного белка.

Согласно современным представлениям, ген рас­сматривается как участок молекулы ДНК, характеризующийся спе­цифической последовательностью нуклеотидов, определяющих аминокислотную последовательность полипептидной цепи како­го-либо белка или нуклеотидную последовательность функциони­рующей молекулы РНК (тРНК, рРНК).

От­носительно короткие кодирующие последовательности оснований (экзоны) чередуются в них с длинными некодирующими последовательно­стями – интронами, которые вырезаются (сплайсинг ) в процессе созревания иРНК (процессинге ) и не участвуют в процессе трансляции (рис. 5.19).

Размеры генов человека могут колебаться от нескольких десят­ков пар нуклеотидов (п.н.) до многих тысяч и даже миллионов п.н. Так, самый маленький из известных генов содержит всего 21 п.н., а один из самых крупных генов имеет размер более 2,6 млн п.н.

Рис. 5.19. Строение ДНК эукариот

После того как заканчивается транскрипция, все виды РНК претерпевают созревание РНК - процессинг .Он представленсплайсингом - это процесс удаления участков молекулы РНК, соответствующих интронным последовательностям ДНК. Зрелая мРНК выходит в цитоплазму и становится матрицей для синтеза белка, т.е. переносит информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам (рис. 5.19, 5.20).

Последовательность нуклеотидов в рРНК сходна у всех орга­низмов. Вся рРНК находится в цитоплазме, где она образует слож­ный комплекс с белками, формируя рибосому.

На рибосомах ин­формация, зашифрованная в структуре мРНК, переводится (транс­лируется ) в аминокислотную последовательность, т.е. происходит синтез белка.

Рис. 5.20. Сплайсинг

5.6. Практическое задание

Выполнить самостоятельно задание. Заполнить таблицу 5.1. Сравнить строение, свойства и функции ДНК и РНК

Таблица 5.1.

Сравнение ДНК и РНК

Вопросы теста

1. Молекула РНК содержит азотистые основания:

2. Молекула АТФ содержит:

а) аденин, дизоксирибозу и три остатка фосфорной кислоты

б) аденин, рибозу и три остатка фосфорной кислоты

в) аденозин, рибозу и три остатка фосфорной кислоты

г) аденозин,дезоксирибозу и три остатка фосфорной кислоты.

3. Хра­ни­те­лем на­след­ствен­но­сти в клет­ке яв­ля­ют­ся мо­ле­ку­лы ДНК, так как в них за­ко­ди­ро­ва­на ин­фор­ма­ция о

а) со­ста­ве по­ли­са­ха­ри­дов

б) струк­ту­ре мо­ле­кул ли­пи­дов

в) пер­вич­ной струк­ту­ре мо­ле­кул белка

г) стро­е­нии ами­но­кис­лот

4. В ре­а­ли­за­ции на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции при­ни­ма­ют уча­стие мо­ле­ку­лы нук­ле­и­но­вых кис­лот, обес­пе­чи­вая

а) син­тез уг­ле­во­дов

б) окис­ле­ние бел­ков

в) окис­ле­ние уг­ле­во­дов

г) син­тез бел­ков

5. С по­мо­щью мо­ле­кул иРНК осу­ществ­ля­ет­ся пе­ре­да­ча на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции

а) из ядра к ми­то­хон­дрии

б) из одной клет­ки в дру­гую

в) из ядра к ри­бо­со­ме

г) от ро­ди­те­лей потом­ству

6. Мо­ле­ку­лы ДНК

а) пе­ре­но­сят ин­фор­ма­цию о стро­е­нии белка к ри­бо­со­мам

б) пе­ре­но­сят ин­фор­ма­цию о стро­е­нии белка в ци­то­плаз­му

в) до­став­ля­ют к ри­бо­со­мам ами­но­кис­ло­ты

г) со­дер­жат на­след­ствен­ную ин­фор­ма­цию о пер­вич­ной струк­ту­ре белка

7. Ри­бо­ну­кле­и­но­вые кис­ло­ты в клет­ках участ­ву­ют в

а) хра­не­нии на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции

б) ре­гу­ля­ции об­ме­на жиров

в) об­ра­зо­ва­нии уг­ле­во­дов

г) био­син­те­зе бел­ков

8. Какая нук­ле­и­но­вая кис­ло­та может быть в виде двух­це­по­чеч­ной мо­ле­ку­лы

9. Из мо­ле­ку­лы ДНК и белка со­сто­ит

а) мик­ро­тру­боч­ка

б) плаз­ма­ти­че­ская мем­бра­на

в) яд­рыш­ко

г) хро­мо­со­мА

10. Фор­ми­ро­ва­ние при­зна­ков ор­га­низ­ма за­ви­сит от мо­ле­кул

б) белков

11. Мо­ле­ку­лы ДНК в от­ли­чие от мо­ле­кул белка об­ла­да­ют спо­соб­но­стью

а) об­ра­зо­вы­вать спи­раль

б) об­ра­зо­вы­вать тре­тич­ную струк­ту­ру

в) са­мо­удва­и­вать­ся

г) об­ра­зо­вы­вать чет­вер­тич­ную струк­ту­ру

12. Соб­ствен­ную ДНК имеет

а) ком­плекс Голь­д­жи

б) ли­зо­со­ма

в) эн­до­плаз­ма­ти­че­ская сеть

г) ми­то­хон­дрия

13. На­след­ствен­ная ин­фор­ма­ция о при­зна­ках ор­га­низ­ма со­сре­до­то­че­на в мо­ле­ку­лах

в) бел­ков

г) по­ли­са­ха­ри­дов

14. Мо­ле­ку­лы ДНК пред­став­ля­ют собой ма­те­ри­аль­ную ос­но­ву на­след­ствен­но­сти, так как в них за­ко­ди­ро­ва­на ин­фор­ма­ция о струк­ту­ре мо­ле­кул

а) по­ли­са­ха­ри­дов

б) бел­ков

в) ли­пи­дов

г) ами­но­кис­лот

15. По­ли­нук­лео­тид­ные нити в мо­ле­ку­ле ДНК удер­жи­ва­ют­ся рядом за счет свя­зей между

а) ком­пле­мен­тар­ны­ми азо­ти­сты­ми ос­но­ва­ни­я­ми

б) остат­ка­ми фос­фор­ной кис­ло­ты

в) ами­но­кис­ло­та­ми

г) уг­ле­во­да­ми

16. Из одной мо­ле­ку­лы нук­ле­и­но­вой кис­ло­ты в со­еди­не­нии с бел­ка­ми со­сто­ит

а) хло­ро­пласт

б) хро­мо­со­ма

г) ми­то­хон­дрия

17. Каж­дая ами­но­кис­ло­та в клет­ке ко­ди­ру­ет­ся

а) одним три­пле­том

б) не­сколь­ки­ми три­пле­та­ми

в) одним или не­сколь­ки­ми три­пле­та­ми

г) одним нук­лео­ти­дом

18. Бла­го­да­ря свой­ству мо­ле­ку­лы ДНК вос­про­из­во­дить себе по­доб­ных

а) фор­ми­ру­ет­ся при­спо­соб­лен­ность ор­га­низ­ма к среде оби­та­ния

б) у осо­бей вида воз­ни­ка­ют мо­ди­фи­ка­ции

в) по­яв­ля­ют­ся новые ком­би­на­ции генов

г) про­ис­хо­дит пе­ре­да­ча на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции от ма­те­рин­ской клет­ки к до­чер­ним

19. Опре­де­лен­ной по­сле­до­ва­тель­но­стью трех нук­лео­ти­дов за­шиф­ро­ва­на в клет­ке каж­дая мо­ле­ку­ла

а) ами­но­кис­ло­ты

б) глю­ко­зы

в) крах­ма­ла

г) гли­це­ри­на

20. Где в клет­ке со­дер­жат­ся мо­ле­ку­лы ДНК

а) В ядре, ми­то­хон­дри­ях и пла­сти­дах

б) В ри­бо­со­мах и ком­плек­се Голь­д­жи

в) В ци­то­плаз­ма­ти­че­ской мем­бра­не

г) В ли­зо­со­мах, ри­бо­со­мах, ва­ку­о­лях

21. В клет­ках рас­те­ний тРНК

а) хра­нит на­след­ствен­ную ин­фор­ма­цию

б) реп­ли­ци­ру­ет­ся на иРНК

в) обес­пе­чи­ва­ет ре­пли­ка­цию ДНК

г) пе­ре­но­сит ами­но­кис­ло­ты на ри­бо­со­мы

22. Молекула РНК содержит азотистые основания:

а) аденин, гуанин, урацил, цитозин

б) цитозин, гуанин, аденин, тимин

в) тимин, урацил, аденин, гуанин

г) аденин, урацил, тимин, цитозин.

23. Мономерами молекул нуклеиновых кислот являются:

а) нуклеозиды

б) нуклеотиды

в) полинуклеотиды

г) азотистые основания.

24. Состав мономеров молекул ДНК и РНК отличается друг от друга содержанием:

а) сахара

б) азотистых оснований

в) сахара и азотистых оснований

г) сахара, азотистых оснований и остатков фосфорных кислот.

25. Клетка содержит ДНК в:

б) ядре и цитоплазме

в) ядре, цитоплазме и митохондриях

г) ядре, митохондриях и хлоропластах.

Молекула РНК также полимер, мономерами которого является рибонуклеотиды, РНК представляет собой одноцепочную молекулу. Она построена таким же образом, как и одна из цепей ДНК. Нуклеотиды РНК похожи на нуклеотиды ДНК, хотя и не тождественны им. Их тоже четыре, и они состоят из осатков азотистого основания, пентозы и фосфорной кислоты. Три азотистых основания совершенно такие же, как в ДНК: А , Г и Ц . Однако вместо Т у ДНК в РНК присутствует близкое по строение пиримидиновое основание – урацил (У ). основное различие между ДНК и РНК – это характер углевода: в нуклотидах ДНК моносахарид – дезоксирибоза, а в РНК – рибоза. Связь между нуклеотидами осуществляется, как и в ДНК, через сахар и остаток фосфорной кислоты. В отличие от ДНК, содержание которой в клетках определенных организмов постоянно, содержание РНК в них колеблется. Оно заметно выше там, где происходит интенсивный синтез.

В отношении выполняемых функций различают несколько видов РНК.

Транспортная РНК (тРНК). Молекулы тРНк самые короткие: они состоят всего из 80-100 нуклеотидов. Молекулярная масса таких частиц равна 25-30 тыс. Транспортные РНК в основном содержатся в цитоплазме клетки. Функция их состоит в переносе аминокислот в рибосомы, к месту синтеза белка. Из общего содержания РНК клетк на долю тРНК приходится около 10%.

Рибосомная РНК (рРНК). Это крупные молекулы: в их состав входит 3-5 тыс. нуклеотидов, соотвественно их молекулярная масса достигает 1-1,5 млн. Рибосомные РНК составляют существенную часть рибосомы. Из общего содержания РНК в клетке на долю рРНК приходится около 90%.

Информационная РНК (иРНК), или матричная РНК (мРНК), содержится в ядре и цитоплазме. Функция ее состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. На долю иРНК приходится примерно 0,5-1% от общего содержания РНК клетки. Размер иРНК колеблется в широких пределах – от 100 до 10000 нуклеотидов.

Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служитсвоего рода матрицей.

ДНК – носитель наследсвенной нформации.

Каждый белок представлен одной или несколькими полипиптидными цепями. Участок ДНК, несущий информацию об одной полипиптидной цепи, называют геном . Совокупность молекул ДНК клетки выполняет функцию носителя генетической информации. Генетическая информация передается как от материнской клетки дочерним клеткам, так и от родителей детям. Ген является единицей генетической , или наследственной, информации.

ДНК – носитель генетической информаци в клетке – непосредственного участия в синтезе белков не принимает. В клетках эукариот молекулы ДНК содержатся в хромосомах ядра и отделены ядерной оболочкой от цитоплазмы, где происходит синтез белков. К рибосомам – местам сборки белков – высылается из ядра несущий информацию посредник, способный пройти через поры ядерной оболочки. Таким посредником является информационная РНК (иРНК). По принципу комплементарности она синтезируется на ДНК при участие фермента, называемого РНК-полимеразой .

Информационная РНК – это однонитевая молекула, и транскрипция идет с одной цепи двунитевой молекулы ДНК. Она является копией не всей молекулы ДНК, а только части ее – одного гена у эукариот или группы рядом расположенных генов, несущих информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции, у прокариот. Такую группу генов называют опероном . В начале каждого оперона находится своего рода посадочная площадка для РНК-полимеразы, называемая промотором .это специфическая последовательность нуклеотидов ДНК, которую фермент «узнает» благодаря химическому сродству. Только присоединившись к промотору, РНК-полиммераза способна начать интез РНК. Доядя до конца оперона, фермент встречает сигнал (в виде определенной последоватльности нуклеотидов), означающий конец считывания. Готовая иРНК отходит от ДНК и направляется к месту синтеза белков.

В процессе транскрипции можно выделить четыре стадии: 1) связывание РНК -полимеразы с промотором; 2) инициация – начало синтеза. Оназаключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между АТФ или ГТФ и вторым нуклеотидом синтезирующейся молекулы РНК; 3) элонгация – рост цепи РНК; т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные им нуклеотиды в транскрибируемой нити ДНК. Скорость элонгации 50 нуклеотидов в секунду; 4) терминация – завершение синтеза РНК.

Пройдя через поры ядерной оболочки, иРНК направляется к рибосомам, где осуществляется расшифровка генетической информации – перевод ее с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот. Синтез полипептидных цепей по матрице иРНК, происходящий в рибосомах, называют трансляцией (лат. translation – перевод).

Аминокислоты, из котрых синтезируютсябелки, доставляются к рибосомам с помощью специальных РНК, называемых транспортными (тРНК). В клетке имеется столько же разных тРНК, сколько кодонов, шифрующих аминокислоты. На вершине «листа» каждой тРНК имеется последовательность трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в иРНК. Ее называют антикодоном. Специальный фермент – кодаза – опознает тРНК и присоединяет к «черешку листа» аминокислоту – только ту, которая кодируется триплетом, комплементарным антикодону. На образование ковалентной связи между тРНК и «своей» аминокислотой затрачивается энергия одной молекулы АТФ.

Для того чтобы аминокислота включилась в полипептидную цепь, она должна оторваться от тРНК. Это становится возможным, когда тРНК поступает на рибососму и антикодон узнает свой кодон в иРНК. В рибосоме имеется два участка для связывания двух молекул тРНК. В один из этих участков, называемый акцепторным , поступает тРНК с аминокислотой и присоединяется к своему кодону (I). Эта аминокислота присоединяет к себе (акцептирует) растущую цепь белка (II)? Между ними образуется пептидная связь. тРНК, к которой теперь присоединяется вместе с кодоном иРНК в донорный участок рибосомы. В освободившийся акцепторный участок приходит новая тРНК, связанная с аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном (III). Из донорного участка сюда вновь переносится оторвавшаяся полипептидная цепь и удлинняется еще на одно звено. Аминокислоты в растущей цепи соединены в той последовательности, в которой расположены шифрующие их кодоны в иРНК.

Когда на рибосоме оказывается один из трех триплетов (УАА, УАГ, УГА ), являющиеся «знаками препинания» между генами, ни одна тРНК не может занять место в акцепторном участке. Дело в том, что не существует антикодонов, комплементарных последовательностям нуклеотидов «знаков препинания». Оторвавшейся цепи не к чему присоединиться в акцепторном участке, и она покидает рибосому. Синтез белка завершен.

У прокариот синтез белков начинается с того, что кодон АУГ , расположенный на первом месте в копии с каждого гена, занимае в рибосоме такую позицию, что с ним взаимодействует антикодон особой тРНК, оединенной с формилментионином . Эта измененная форма аминокислоты метионина сразу попадает в донорный участок и выполняет роль заглавной буквы во фразе – с нее в бактериальной клетке начинается синтез любой полипептидной цепи. Когда триплет АУГ стоит не на первом месте, а внутри копии с гена, он кодирует аминокислоту метионин. После завершения синтеза полипептидной цепи формилметионин отщепляется от нее и в готовом белке отсуствует.

Для увеличения производства белков иРНК часто проходит одновременно не по одной, а по нескольким рибосомам. Акую структуру, объединенную одной молекулой иРНК, называют полисомой . На каждой рибосоме вэтом похожем на нитку бус конвейере синтезируются одинаковые белки.

Аминокислоты бесперебойно поставляются к рибосомам с помощью тРНК. Отдав аминокислоту, тРНК покидает рибосому и с помощью кодазы соединяется. Высокая слаженность всех «служб комбината» по производсву белов позволяет в течении нескольких секунд синтезировать полипептидные цепи, состоящие из сотен аминокислот.

Свойства генетического кода. Благодаря процессу транскрипции в клетке осуществляется передача информации от ДНК к белку

ДНК → иРНК → белок

Генетическая информация, содержащаяся в ДНК и в иРНК, заключена в последовательности расположения нуклеотидов в молекулах.

Каким же образом происходит перевод информации с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот? Такой перевод осуществляется с помощью генетического кода. Код, или шифр , - это система символов для перевода одной формы информации в другую. Генетический код –это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в иРНК.

Какими же свойствами обладает генетический код?

Код триплетен . В состав РНК входят четыре нуклеотида: А, Г, Ц, У. Если бы мы пытались обозначить одну аминокислоту одним нуклеотидом, то 16 из 20 аминокислот остались бы не зашифрованы. Двух буквенный код позволил бы зашифровать 16 аминокислот. Природа создала трехбуквенный, или триплетный, код. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов, называемой триплетом или кодоном.

Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном. Исключения: метеонин и триптофан, каждая из которых кодируется одним триплетом.

Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.

Между генами имеется «знаки препинания». В печатном тексте в конце каждой фразы стоит точка. Несколько связанных по смыслу фраз составляют абзац. На языке генетической информации таким абзацем являетсяоперон и комплементарная ему иРНК. Каждый ген в опероне прокариот или отдельный ген эукариот кодирует одну полипептидную цепочку – фразу. Так как в ряде случаев по матрице иРНК последовательно создается несколько разных полипептидных цепей, они должны быть отделены друг от друга. Для этого в генетическом годе имеются три специальных триплета – УАА, УАГ, УГА, каждый из которых обозначает прекращение синтеза одной полипептидной цепи. Таким образом, эти триплеты выполняют функцию знаков препинания. Они находятся в конце каждого гена.

Внутри гена нет «знаков препинания».

Код универсален. Генетический код един для всех живущих на Земле существ. У бактерий и грибов, пшеницы и хлопка, рыб и червей, лягушек и человека одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.

Принципы репликации ДНК. Преемственность генетического материала в поколениях клеток и организмов обеспечивается процессом репликации – удвоения молекул ДНК. Этот сложный процесс осуществляется комплексом нескольких ферментов и не обладающих каталитической активностью белов, необходимых для придания полинуклеотидным цепям нужной конформации. В результате репликации образуются две идентичные двойные спирали ДНК. Эти так называемые дочерние молекулы ничем не отличаются друг от друга и от исходной материнской молекулы ДНК. Репликация происходит в клетке перед делением, поэтому каждая дочерняя клетка получает точно такие же молекулы ДНК, какие имела материнская клетка. Процесс репликации основан на ряде принципов:

Только в этом случае ДНК-полимеразы способна двигаться по материнским нитям и использовать их в качестве матриц для безошибочного синтеза дочерних цепей. Но полное раскручивание спиралей, состоящих из многих миллионов пар нуклеотидов, сопряжено со столь значительным числом вращений и такими энергетическими затратами, которые невозможны в условиях клетки. Поэтому репликация у эукариот начинается одновременно в некоторых местах молекулы ДНК. Участок между двумя точками, в которых начинается синтез дочерних цепей, называют репликоном . Он является единицей репликации.

В каждой молекуле ДНК эукариотической клетки имеется много репликонов. В каждом репликоне можно видеть репликативную вилку – ту часть молекулы ДНК, которая под действием специальных ферментов уже расплелась. Каждая нить в вилке служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи. В ходе репликации вилка перемещается вдоль материнской молекулы, при этом расплетаются новые участки ДНК. Так как ДНК-полимеразы могут двигаться лишь в одном направлении вдоль матричных нитей, а нити ориентированы антипараллельно, то в каждой вилке одновременно ведут синтез два разных ферментативных комплекса. Причем в каждой вилке одна дочерняя (лидирующая) цепь растет непрерывно, а другая (отстающая) синтезируется отдельными фрагментами длинной в несколько нуклеотидов. Такие ферменты, названые в честь открывшего их японского ученого фрагментами Оказаки , сшиваются ДНК-лигазой, образуя непрерывную цепь. Механизм образования дочерних цепей ДНК фрагментами называют прерывистыми.

Потребность в затравке ДНК-полимераза не способна начинать синтез лидирующей цепи, ни синтез фрагментов Оказаки отстающей цепи. Она может лишь наращивать уже имеющуюся полинуклеотидную нить, последовательно присоединяя дезоксирибонуклеотиды к ее 3’-ОН концу. Откуда же берется начальный 5’-концевой участок растущей цепи ДНК? Его синтезирует на матрице ДНК особая РНК-полимераза, называемая праймазой (англ. Primer – затравка). Размер рибонуклеотидной затравки невелик (менее 20 нуклеотидов) в сравнении с размером цепи ДНК, образуемой ДНК-поимеразой. Выполнившая сво. Функци. РНК-затравка удаляется специальным ферментом, а образованная при эом брешь заделывается ДНК-полимеразой, использующей в качестве затравки 3’-ОН конец соседнего фрагмента Оказаки.

Проблема недорепликации концов линейных молекул ДНК. Удаление крайних РНК-праймеров, комплементрных 3’-концам обеих цепей линейной материнской молекулы ДНК, приводит к тому, что дочерние цепи оказываются короче 10-20 нуклеотидов. В этом и заключается проблема недорепликации концов линейных молекул.

Проблема недорепликации 3’-концов линейных молекул ДНК решается эукариотическими клетками с помощью специального фермента – теломеразы .

Теломераза является ДНК-полимеразой, достраивающей 3’-концылинейных молекул ДНК хромосом короткими повторяющимися последовательностями. Они, располагаясь друг за другом, образуют регулярную концевую структуру длинной до 10 тыс. нуклеотидов. Помимо белковой части, теломераза содержит РНК, выполняющую роль матрицы для наращивания ДНК повторами.

Схема удлинения концов молекул ДНК. Сначала происходит комплементарное связывание выступающего конца ДНК с матричным участком теломеразной РНК, затем теломераза наращивает ДНК, используя в качестве затравки ее 3’-ОН конец, а в качестве матрицы – РНК, входящую в состав фермента. Эта стадия называется элонгацией. После этого происходит транслокация, т.е. перемещение ДНК, удлиненной на один повтор, относительно фермента. Следом идет элонгация и очередная транслокация.

В результате образуются специализированные концевые структуры хромосом. Они состоят из многократно повторенных коротких последовательностей ДНК и специфических белков.

12 января 2018

В предложенной вашему вниманию статье мы предлагаем изучить и построить сравнительную таблицу ДНК и РНК. Для начала необходимо сказать, что есть специальный раздел биологии, который занимается вопросами хранения, реализации и передачи наследственной информации, его название - молекулярная биология. Именно эту область мы и затронем далее.

Речь пойдет о полимерах (высокомолекулярных органических соединениях), образованных из нуклеотидов, которые и имеют название - нуклеиновые кислоты. Эти соединения выполняют очень важные функции, одна из которых - хранение информации об организме. Для того чтобы сравнить ДНК и РНК (таблица будет представлена в самом конце статьи), необходимо знать, что всего выделяют два вида нуклеиновых кислот, участвующих в биосинтезе белка:

• дезоксирибонуклеиновую, которую мы чаще встречаем в виде аббревиатуры - ДНК;
• рибонуклеиновую (или сокращенно, РНК)

Нуклеиновая кислота: что это такое?

Для того чтобы составить таблицу сравнения ДНК и РНК, необходимо более подробно познакомиться с данными полинуклеотидами. Начнем с общего вопроса. И ДНК, и РНК - это нуклеиновые кислоты. Как говорилось ранее, они образуются из остатков нуклеотидов.

Эти полимеры можно обнаружить абсолютно в любой клеточке организма, так как именно на их плечи возложена большая обязанность, а именно:

• хранение;
• передача;
• реализация наследственности.

Теперь очень коротко осветим основные их химические свойства:

• хорошо растворяются в воде;
• практически не поддаются растворению в органических растворителях;
• чувствительны к изменениям температуры;
• если молекулу ДНК выделить каким-либо возможным образом из природного источника, то можно наблюдать фрагментацию при механических действиях;
• фрагментирование происходит ферментами под названием нуклеазы.

Сходства и различия ДНК и РНК: пентозы

В таблице сравнения ДНК и РНК важно отметить одно очень важное сходство между ними - наличие в составе моносахаридов. Важно заметить, что каждая нуклеиновая кислота имеет отдельные их формы. Деление нуклеиновых кислот на ДНК и РНК происходит в результате того, что они обладают различными пентозами.

Так, например, в составе ДНК мы можем обнаружить дезоксирибозу, а в РНК - рибозу. Обратите внимание на тот факт, что при втором атоме углерода в дезоксирибозе нет кислорода. Ученые сделали следующее предположение - отсутствие кислорода имеет следующее значение:

• оно укорачивает связи С 2 и С 3 ;
• добавляет прочности молекуле ДНК;
• создает условия для укладки массивной молекулы в ядре.

Сравнение азотистых оснований

Итак, всего выделяют пять азотистых оснований:

• А (аденин);
• Г (гуанин);
• Ц (цитозин);
• Т (тимин);
• У (урацил).

Важно отметить, что именно эти крошечные частички являются кирпичиками наших молекул. Именно в них заключена вся генетическая информация, а если быть более точными, то в их последовательности. В ДНК мы можем встретить: А, Г, Ц и Т, а в РНК - А, Г, Ц и У.

Азотистые основания - это большая часть нуклеиновых кислот. Помимо пяти перечисленных, встречаются и другие, но это бывает крайне редко.

Принципы строения ДНК

Еще одна важная особенность - наличие четырех уровней организации (вы сможете это увидеть на картинке). Как уже стало понятно, первичная структура - это цепочка нуклеотидов, при этом соотношение азотистых оснований подчиняется некоторым законам.

Вторичная структура - двойная спираль, состав каждой цепи которой специфичен для вида. Остатки фосфорной кислоты мы можем обнаружить снаружи спирали, а азотистые основания располагаются внутри.

Последним уровнем выступает хромосома. Представьте, что Эйфелева башня помещается в спичечный коробок, вот так уложена молекула ДНК в хромосоме. Важно заметить еще и то, что хромосома может состоять из одной хроматиды или двух.

Поговорим, прежде чем составить таблицу сравнения ДНК и РНК, о структуре РНК.

Виды и особенности строения РНК

Для сравнения сходства ДНК и РНК (таблицу вы сможете увидеть в последнем параграфе статьи), разберем разновидности последних:

1. Прежде всего, тРНК (или транспортная) - одноцепочная молекула, которая выполняет функции транспортировки аминокислот и синтеза белка. Ее вторичной структурой является "клеверный лист", а третичная изучена крайне мало.
2. Информационная или матричная (мРНК) - перенос информации от молекулы ДНК к месту синтеза белка.
3. И последняя - рРНК (рибосомная). Как уже стало понятно из названия, содержится в рибосомах.

Какие функции выполняет ДНК?

Сравнивая ДНК и РНК, невозможно упустить вопрос выполняемых функций. В итоговой таблице эта информация обязательно будет отражена.

Итак, не сомневаясь ни секунды, мы можем утверждать, что в маленькой молекуле ДНК запрограммирована вся генетическая информация, способная контролировать каждый наш шаг. Сюда относятся:

• здоровье;
• развитие;
• продолжительность жизни;
• наследственные болезни;
• сердечно-сосудистые заболевания и пр.

Представьте, что мы выделили все молекулы ДНК из одной клетки человеческого организма и разложили их в ряд. Как вы думаете, какая длина цепочки получится? Многие подумают, что миллиметры, но это не так. Длина данной цепи будет составлять целых 7,5 сантиметров. Невероятно, но почему мы тогда клетку не можем разглядеть без мощного микроскопа? Все дело в том, что молекулы очень сильно спрессованы. Вспомните, мы в статье уже говорили о размерах Эйфелевой башни.

А какие же все-таки функции выполняют ДНК?

1. Являются носителями генетической информации.
2. Воспроизводят и передают информацию.

Какие функции выполняет РНК?

Для более точного сравнения ДНК и РНК, предлагаем рассмотреть функции, выполняемые вторыми. Ранее уже говорилось, что выделяется три типа РНК:

• РРНК выполняет функцию структурной основы рибосомы, помимо этого они взаимодействуют с другими видами РНК в процессе синтеза белка и принимают участие при сборке полипептидной цепи.
• Функция мРНК - матрица для биосинтеза белка.
• ТРНК связывают аминокислоты и переносят их в рибосому для синтеза белка, кодируют аминокислоты, расшифровывают генетический код.

Выводы и сравнительная таблица

Нередко школьникам дают задание по биологии или химии - сравнить ДНК и РНК. Таблица в этом случае будет необходимым помощником. Все, что было сказано ранее в статье, вы сможете увидеть здесь в сжатой форме.

Сравнение ДНК и РНК (выводы)

Признак	ДНК	РНК
Структура	Две цепи.	Одна цепь.
Полинуклеотидная цепь	Цепи правозакручены относительно друг друга.	Может иметь различные формы, все зависит от типа. Для примера возьмем тРНК, имеющую форму кленового листа.
Локализация	В 99% локализация в ядре, однако можно встретить в хлоропластах и митохондриях.	Ядрышки, рибосомы, хлоропласты, митохондрии, цитоплазма.
Мономер	Дезоксирибонуклеотиды.	Рибонуклеотиды.
Нуклеотиды	А, Т, Г, Ц.	А, Г, Ц, У.
Функции	Хранение наследственной информации.	МРНК переносит наследственную информацию, рРНК выполняет структурную функцию, мРНК, тРНК и рРНК участвуют в синтезе белка.

Несмотря на то что наша сравнительная характеристика получилась очень краткой, мы смогли охватить все аспекты строения и функций рассматриваемых соединений. Эта таблица сможет послужить хорошей шпаргалкой на экзамене или просто памяткой.

Полинуклеотиды

Значение динуклеотидов

Как отмечено выше, динуклеотиды обычно выполняют роль коферментов. Большая часть входит в состав дегидрогеназ (НАД + , НАД + Ф, ФАД). Еще один, единственный их представитель – НS-KoA – облигатный участник реакций ацилирования: его включение в состав любой органической кислоты (aцил~SKoA) активирует ее, увеличивает растворимость (метаболиты ЦТК, β-окисления ВЖК, гликолиза, синтеза гема и т. д.)

Этим термином обозначаются полимеры, мономерами которых служат мононуклеотиды. В зависимости от входящих в них пентоз их делят на рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). Их нити, как и в белках, не ветвятся (в отличие от гликогена), но, как и все подобные соединения, компактно укладываются в пространстве, т. е. имеют сложную организацию (приложения, схема 2).

Первичная структура – определенная последовательность мононуклеотидов, связанных между собой фосфодиэфирной связью. Этот уровень строения полинуклеотидов отличает их друг от друга: 1) мононуклеотиды РНК включают урацил, цитозин, аденин, гуанин, а ДНК – вместо первого пиримидинового основания имеют его метилированное производное – тимин; 2) как уже описано выше, мононуклеотиды РНК и ДНК содержат разные пентозы; 3) иногда, кроме известных пуринов и пиримидинов, регистрируются их модифицированные аналоги (метилгуанин, метиладенин, дигидроурацил, метилцитозин, и т. д.) – названные минорными основаниями; разные полинуклеотиды отличаются их содержанием; 4) РНК обычно представляют одну цепь, а ДНК эукариот – это двойная нить; 5) молекулярная масса любых РНК меньше, чем ДНК; 6) содержание в клетках ДНК – величина постоянная, а РНК – лабильная; 7) отличаются нуклеиновые кислоты функциями и локализацией.

Среди РНК различают: информационную, рибосомальную, транспортную, регуляторную, гетерогенно ядерную и др. На долю транспортной РНК (тРНК) приходится 10-15% всех РНК клетки, молекулярная масса не превышает 30 тыс. Д, ее нить состоит из 70-95 мононуклеотидов, причем в ее молекулу включено до 8-19% минорных оснований (дигидрацил, инозин, тиоурацил и т. д.). Необычность их структуры мешает нуклеазам разрушать тРНК, что делает их долгожителями. Оба конца нити тРНК у всех их представителей имеют одинаковое строение: в начале цепи расположен ГМФ, а заканчивается следующим тринуклеотидом: ЦЦА. Вторичная структура представлена в форме клеверного листа, образованной в виде шпилькообразных структур, за счет комплементарности (схема 3.2.3.1.1.). Сближенные концы цепи тРНК называют акцепторным участком, сюда крепится транспортируемая аминокислота, противоположная петля включает антикодон – триплет, с помощью которого узнается соответствующее (комплементарное) звено на иРНК. Исходя из того, что смысловых кодонов 61, следовательно, и разных тРНК в клетке не менее 60. Еще две петли служат для взаимодействия с рибосомой и аминоацил-тРНК-синтетазой. Цепи различных тРНК укладываются в компактные третичные структуры; за счет стекинг - взаимодействий петли сближаются, принимая форму, напоминающую латинскую букву «L». Митохондриальные тРНК несколько короче (до 65 нуклеотидов), петли также меньше, пространственная структура

не установлена.

Схема 3.2.3.1.1. Универсальная укладка полинуклеотидной цепи тРНК.

Функции т-РНК: а) акцепторная – способность ковалентно связываться с аминокислотой, превращаясь в аминоацил~тРНК; б) адапторная – способность узнавать кодом иРНК, соответствующий транспортируемой аминокислоте, и обеспечивать ее включение на законное место в растущей цепи белка. При этом образование пептидной связи обеспечивается за счет макроэргической связи аминоацил~т-РНК.

Большая часть цитоплазматических РНК (80-85%) составляют рибосомальные (рРНК), составляющие основу соответсвующих органелл, локализирующихся и в цитозоле, и в митохондриях. Выделяют несколько рРНК (5S, 16-18S, 23-29S) с различными ММ (от 40.000 до 700.000 Д), с неодинаковым числом мононуклеотидов (120-3000). Первичная структура включает минорные основания, хотя и в меньшем количестве, чем у тРНК.

Дальнейшее усложнение организации приводит к спирализации (с помощью водородных, координационных связей), возникновению шпилек с дефектами комплементарности (пиримидин - пиримидин). С помощью шпилек рРНК связываются со своими белками, обычно гистонами, образуя в целом рибосомы, предварительно плотно упаковавшись в пространстве (третичная структура), принимая разные формы (У или V). Функция рибосом – создать каркас, где бы происходило взаимодействие иРНК и тРНК и рост полипептидной цепи. Матричная (информационная) РНК (иРНК) резко отличается от других вариантов полирибонуклеотидов по структуре. На ее долю приходится от 2 до 6% от числа подобных соединений, молекулярная масса колеблется от 25000 до миллиона Д; может включать от сотни до 3000 мононуклеидов. В первичной структуре отсутствуют минорные основания, с одной стороны цепь заканчивается

Схема 3.2.3.1.1. Схема первичной структуры и-РНК.

одинаковыми кирпичиками (50-400 моноаденилатов), подобный неспецифический хвост мешает разрушению иРНК нуклеазами. С другого конца имеет иРНК модифицированный ГМФ (сар-участок), с помощью которого крепится к рибосоме (схема 3.2.3.1.1.). В середине молекулы между инициирующим и терминирующим кодонами располагается собственно кодирующая область – представляющая чередование информативных и неинформативных участков. Вторичная и третичная структуры индивидуальны, но в итоге имеется несколько шпилек, куда крепятся факторы инициации и терминации, а молекула обязательно связывается со специфическим белком, образуя информосому , сближается с рибосомой, где служит матрицей в синтезе соответствующей полипептидной цепи.

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Типы РНК.
Рубрика (тематическая категория)	Спорт

Выделяют три базовых типа РНК, различающихся по структуре, величинœе молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям.

Рибосомные РНК (рРНК ) синтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно 85% всœех РНК клетки. Οʜᴎ входят в состав рибосом и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка.

Транспортные РНК (тРНК) образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму. Οʜᴎ составляют около 10% клеточной РНК и являются самыми небольшими по размеру РНК, состоящими из 70- 100 нуклеотидов. Каждая тРНК присоединяет определœенную аминокислоту и транспортирует ее к месту сборки полипептида в рибосоме. Все известные тРНК за счёт комплементарного взаимодействия образуют вторичную структуру, по форме напоминающую лист клевера. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом (рис. 20).

Каждой аминокислоте соответствует комбинация из трех нуклеотидов - триплет. Кодирующие аминокислоты триплеты - кодоны ДНК - передаются в виде информации триплетов (кодонов) иРНК. У верхушки клеверного листа располагается триплет нуклеотидов, который комплементарен соответствующему кодону иРНК. Этот триплет различен для тРНК, переносящих разные аминокислоты, и кодирует именно ту аминокислоту, которая переносится данной тРНК. Он получил название антикодон.

Акцепторный конец является ʼʼпосадочной площадкойʼʼ для аминокислоты.

Информационные, или матричные, РНК (иРНК) составляют около 5% всœей клеточной РНК. Οʜᴎ синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется. Учитывая зависимость отобъема копируемойинформации молекула иРНК может иметь различную длину.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, различные типы РНК представляют из себяединую функциональную систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка.

Молекулы РНК находятся в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях и пластидах клетки.

Все типы РНК, за исключением генетической РНК вирусов, не способны к самоудвоению и самосборке. Нуклеиновая кислота. Нуклеотид. Дезоксирибонуклеиновая кислота͵ или ДНК. Рибонуклеиновая кислота͵ или РНК. Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил. Комплементарность. Транспортная РНК (тРНК). Рибосомная РНК (рРНК). Информационная РНК (иРНК). 1. Какое строение имеет нуклеотид? 2. Какое строение имеет молекула ДНК? 3. В чем заключается принцип комплементарности? 4. Что общего и какие различия имеются в строении молекул 5. ДНК и РНК? 6. Какие типы молекул РНК вам известны? Какова их функция? 7. Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав: А-А-Г-Г-Ц-Ц-Ц-Т-Т-. Используя принцип комплементарности, достройте вторую цепь.

В молекуле ДНК тиминов насчитывается 24% от общего числа азотистых оснований. Определите количество других азотистых оснований в этой молекуле.

Нобелœевская премия 1962 ᴦ. была присуждена двум ученым - Дж. Уотсону и Ф, Крику, которые в 1953 ᴦ. предложили модель строения молекулы ДНК. Она была подтверждена экспериментально. Это открытие имело огромное значение для развития генетики, молекулярной биологии и других наук. У вирусов, в отличие от других организмов, встречаются одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК.

Типы РНК. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Типы РНК." 2017, 2018.