Краткое содержание: Параграф §12 / Биология 10 класс

Структура и функции нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), являются важнейшим классом биополимеров. Они выполняют функцию носителей генетической информации и принимают непосредственное участие в её реализации — синтезе белка. Мономеры этих кислот называются нуклеотидами.

Каждый нуклеотид представляет собой органическую молекулу, состоящую из трёх компонентов:

• азотистого основания (аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) для ДНК; А, Г, Ц и урацил (У) для РНК);
• пятиуглеродного сахара (пентозы): дезоксирибозы в ДНК или рибозы в РНК;
• одного или нескольких остатков фосфорной кислоты.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

Молекула ДНК — это длинная неразветвлённая молекула, представляющая собой двойную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси. В клетках эукариот ДНК находится в ядре, являясь частью хромосом, а также в митохондриях и пластидах. У прокариот ДНК образует кольцевую хромосому.

• Образование цепи: Нуклеотиды в одной цепи соединяются ковалентными связями между сахаром одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого (фосфодиэфирные связи).
• Двойная спираль: Две цепи удерживаются вместе водородными связями между азотистыми основаниями.
• Принцип комплементарности: Азотистые основания в цепях расположены строго напротив друг друга: аденин (А) всегда комплементарен тимину (Т) (2 водородные связи), а гуанин (Г) — цитозину (Ц) (3 водородные связи). Это свойство называется комплементарностью (от лат. complementum — дополнение) и является фундаментальным для функций ДНК.
• Функция: ДНК является хранителем и носителем генетической информации.

Репликация ДНК — это процесс самокопирования генетической информации. Благодаря комплементарности, двойная спираль может расходиться, и каждая исходная цепь (матрица) используется для синтеза новой дочерней цепи с сохранением генетической идентичности. Этот полуконсервативный синтез происходит перед делением клетки.

Рибонуклеиновая кислота (РНК)

Молекула РНК, в отличие от ДНК, представляет собой одну полинуклеотидную цепь и имеет значительно меньшую молекулярную массу. РНК выполняет роль в реализации наследственной информации, то есть в синтезе белка (трансляции).

Существуют три основных типа РНК:

• Информационная, или матричная, РНК (иРНК/мРНК): Синтезируется на участке одной цепи ДНК (транскрипция), переносит информацию о структуре белка из ядра к рибосомам, где происходит синтез белка.
• Транспортная РНК (тРНК): Самые маленькие молекулы, которые переносят аминокислоты к рибосомам, присоединяя их к растущей полипептидной цепи в процессе синтеза белка. Содержит антикодон.
• Рибосомная РНК (рРНК): Входит в состав рибосом и участвует в формировании их активных центров, где происходит сам биосинтез белка.

Также существуют микроРНК (миРНК) — небольшие молекулы, которые не кодируют белки, но регулируют активность генов, влияя на внутриклеточные процессы и защиту от вирусов.

Ключевые понятия и фигуры

• Нуклеиновые кислоты: Биополимеры, носители наследственной информации (ДНК) и участники её реализации (РНК).
• Нуклеотид: Мономер нуклеиновой кислоты, состоит из азотистого основания, пентозы (рибоза/дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты.
• ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота): Двухцепочечная спираль, хранилище генетической информации. Сахар — дезоксирибоза. Основания — А, Т, Г, Ц.
• РНК (Рибонуклеиновая кислота): Одноцепочечная молекула, участвует в синтезе белка. Сахар — рибоза. Основания — А, У, Г, Ц.
• Принцип комплементарности: Строгое соответствие азотистых оснований: А=Т (У), Г≡Ц. Обеспечивает точную репликацию и транскрипцию.
• Репликация ДНК: Процесс самоудвоения ДНК, происходит перед делением клетки по полуконсервативному механизму.
• Типы РНК: иРНК/мРНК (перенос информации), тРНК (транспорт аминокислот), рРНК (структурный компонент рибосом).
• Ген: Участок молекулы ДНК, который кодирует структуру одного белка.
• Фридрих Мишер: Швейцарский биолог, впервые открывший дезоксирибонуклеиновую кислоту в 1868 г.
• Освальд Эвери, Колин Маклеод, Маклин Маккарти (1944 г.): Доказали, что ДНК, а не белки, является носителем генетической информации (опыты по трансформации бактерий).
• Альфред Херши и Марта Чейз (1952 г.): Окончательно подтвердили, что ДНК является наследственным материалом (опыты с бактериофагами).
• Уилкинс, Франклин, Крик, Уотсон (1953 г.): Расшифровали структуру молекулы ДНК в виде двойной спирали. Уотсон, Крик и Уилкинс получили Нобелевскую премию (1962 г.).