Каково строение нуклеотида чем различаются нуклеотиды днк и рнк

Строение молекул нуклеиновых кислот. Различия в строении молекул ДНК и РНК

Вопрос 1. Какое строение имеет нуклеотид?
Нуклеотид включает в себя три компонента: азотистое основание, углевод, которым является пятиуглеродный сахар (дезоксирибоза или рибоза), и остаток фосфорной кислоты. Азотистых оснований четыре: у ДНК это аденин, гуанин, цитозин, тимин, а у РНК — те же нуклеотиды, но вместо тимина — урацил.

Вопрос 2. Какое строение имеет молекула ДНК?
Нуклеиновые кислоты являются биологическими полимерами. Мономерными звеньями ДНК являются нуклеотиды (аденин, гуанин, цитозин, тимин) — фосфорные эфиры нуклеозидов, которые, в свою очередь, построены из пентозы и гетероциклического основания. Мономерные остатки в нуклеиновых кислотах связаны между собой фосфодиэфирными связями. Согласно модели Уотсона и Крика молекула ДНК представляет собой правильную правовинтовую спираль, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными друг относительно друга и вокруг общей оси. Полинуклеотидные цепи молекулы ДНК соединены между собой водородными связями. Водородные связи образуются между соответствующими парами азотистых оснований (между аденином и тимином — две, а между цитозином и гуанином — три водородные связи). Таким образом, по структуре ДНК напоминает веревочную лестницу, спирально закрученные перекладины которой образованы парами азотистых оснований. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

Вопрос 3. В чем заключается принцип комплементарности?
Мономером ДНК является дезоксирибонуклеотид, состоящий из азотистого основания (аденина (А), цитозина (Ц), тимина (Т) или гуанина (Г); пентозы (дезоксирибозы) и фосфата. Нуклеотиды соединяются в цепь за счет остатков фосфорной кислоты, расположенных между пентозами; в полинуклеотиде может быть до 30 000 нуклеотидов. Последовательность нуклеотидов одной цепи комплементарна (то есть соответствует) последовательности в другой цепи за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями (две водородные связи между АТ и три между Г и Ц). Согласно принципу комплементарности, число гуаниловых равно числу цитидиловых, а число адениловых — числу тимидиловых оснований (правило Чаргафа).

Вопрос 4. Что общего, и какие различия в строении молекул ДНК и РНК?
Общее в нуклеиновых кислотах то, что их молекулы являются полинуклеотидами. Различий межу ДНК и РНК несколько. Вот самые главные из них:
1. молекула ДНК двуцепочечная, а молекула РНК — одноцепочечная и меньших размеров;
2. нуклеотид ДНК включает углевод дезоксирибозу, а в нуклеотиде РНК в качестве пятиуглеродного сахара присутствует рибоза;
3. у молекулы РНК вместо азотистого основания тимина находится урацил.

Вопрос 5. Какие типы молекул РНК вам известны? Каковы их функции?
Во всех клетках присутствуют следующие виды РНК:
1. Рибосомные (рРНК). Они входят в состав рибосом и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где осуществляется синтез белка;
2. Транспортные (тРНК). Они транспортируют аминокислоты к месту сборки белковой молекулы;
3. Информационная или матричная (мРНК). Они копируют информацию о структуре белка с ДНК, расположенной в ядре, и переносят ее к рибосомам, где эта информация реализуется в полипептид;
4. Большинство клеток содержат много малых цитоплазматических РНК (мцРНК);
5. В клетках эукариот присутствуют малые ядерные РНК (мяРНК).

Источник

Научная электронная библиотека

§ 2.1.11. Аминокислоты. Белки. Нуклеиновые кислоты

Аминокислотами называются органические соединения, содержащие аминогруппу и карбоксильную группу. Например:

Аминокислоты относятся к веществам со смешанными функциями. Кроме того, они являются азотсодержащими и кислородсодержащими одновременно. Некоторые природные аминокислоты содержат также серу, как, например, цистеин:

Наиболее характерным химическим свойством аминокислот является способность аминогруппы одной молекулы вступать в реакцию замещения с карбоксильной группой другой молекулы:

В результате образуется новая аминокислота, но уже с пептидной связью, способная взаимодействовать со следующей молекулой аминокислоты и образовать ещё одну пептидную связь. Последовательное увеличение количества пептидных связей в одной молекуле приводит к образованию полимеров, которые называются полипептидами, важнейшими представителями которых являются белки.

Белки – важнейшая составная часть клеток живых организмов – представляют собой полипептиды, составленные взаимодействием различных α-аминокислот. Таким образом, белки можно рассматривать как полимеры, мономером которых являются α-аминокислоты. Молекулярные массы природных белков колеблются от нескольких десятков тысяч до нескольких сот тысяч а.е.м. Аминокислотные остатки, являющиеся звеньями полипептида называют аминокислотными звеньями. Последовательность аминокислотных звеньев в линейной полипептидной цепи называется первичной структурой белковой молекулы (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Первичная структура белков.
R1, R2, R3, R4 – радикалы остатков аминокислот

Благодаря многочисленным водородным связям между группами –СО– и –NH– первичная структура белков свёртывается в спираль, которая называется вторичной структурой белковой молекулы (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Вторичная структура белков

В свою очередь, вторичная структура также способна свернуться, образовав третичную структуру (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Третичная структура белков

Третичная структура поддерживается уже не только водородными связями, но также и ковалентными. В частности между атомами серы различных участков полипептида часто образуется дисульфидный мостик

Некоторые белковые макромолекулы могут соединяться друг с другом, образуя относительно крупные агрегаты. Подобные полимерные образования белков называются четвертичными структурами. Примером такого белка является гемоглобин, который представляет комплекс из четырёх макромолекул (рис. 2.9). Оказывается, что только при такой структуре гемоглобин способен присоединять и транспортировать кислород в организме.

Рис. 2.9. Четвертичная структура белков

Нуклеиновыми кислотами (полинуклеотидами) называют высокомолекулярные органические соединения, повторяющимся звеном которых являются нуклеотиды состоящие из

1. Остатка фосфорной кислоты – НРО3 –

2. Остатка рибозы или дезоксирибозы

3. Радикалов азотистых оснований, а именно таких как: аденин, тимин, гуанин, цитозин, урацил.

Например, если радикал урацила обозначить У, то молекулярную формулу одного из нуклеотидов можно представить следующим образом:

К нуклеиновым кислотам относятся рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Рибонуклеиновые кислоты – это полинуклеотиды, включающие в себя остаток рибозы, радикалы аденина, гуанина, цитозина и урацила. Поскольку различные нуклеотиды РНК отличаются только радикалами азотистых оснований, то нередко каждый нуклеотид обозначают прописной первой буквой названия этого нуклеотида. Поэтому фрагмент какой либо РНК можно представить так

Первичная структура молекулы белка, синтезируемого на информационной (матричной) рибонуклеиновой кислоте (м-РНК) с помощью ферментов[31], определяется именно последовательностью нуклеотидов на этой РНК. Набору из трёх азотистых оснований, который называется триплет нуклеотидов или кодон, соответствует одна и только одна α-аминокислота. В настоящее время насчитывается 20 таких аминокислот (табл. х). Но одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов нуклеотида. Соответствие аминокислоты кодонам называется генетическим кодом. Реакции синтеза белка, у которого последовательность аминокислотных звеньев определяется последовательностью нуклеотидов м-РНК, называются реакциями матричного синтеза.

Последовательность нуклеотидов и-РНК в свою очередь определяется последовательностью азотистых оснований в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК), на которой и происходит синтез м-РНК

Дезоксирибонуклеиновые кислоты – это кислоты, состоящие из двух полинуклеотидных цепей, включающих в себя остаток дезоксирибозы, радикалы аденина, гуанина, цитозина, тимина и соединённых между собой по принципу комплементарности (совместимости) водородными связями. То есть, вместо радикала урацила, нуклеотиды ДНК содержат тимил, вместо остатка рибозы, остаток дезоксирибозы,

образующей замкнутый цикл соединением альдегидной группы с гидроксогруппой четвёртого атома углерода.

При этом А комплементарен Т, Г комплементарен Ц. То есть, фрагмент первичной структуры ДНК можно представить следующим образом:

Действительно, аденил в ДНК образует водородную связь только с тимилом, а тимил, только с аденилом. Гуанил только с цитозилом, а цитозил только с гуанилом:

Молекулярную формулу одного из нуклеотидов ДНК можно представить так

Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль – две нити ДНК закручены одна вокруг другой (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Вторичная структура ДНК

Ферментативный синтез м-РНК осуществляется на одной из цепей ДНК в соответствии с принципом комплементарности. При этом аденин ДНК комплементарен урацилу РНК, тимил ДНК коиплементарен аденину РНК, гуанил ДНК комплементарен цитозилу РНК, цитозил ДНК комплементарен гуанилу РНК. Затем с м-РНК осуществляется матричный синтез белка. К каждому кодону информационной РНК доставляется соответствующая аминокислота с помощью транспортной РНК (т-РНК).

Таким образом, основным хранителем информации о структуре всех белков, вырабатываемых организмом является ДНК.

Отрезок ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного определённого белка, называется геном.

Процесс переписывания информации, содержащейся в гене ДНК на м-РНК называется транскрипцией.

1. Приведите структурные формулы аминокислот, которые Вы знаете. Дайте им названия.

2. Дайте определения понятиям: полипептиды и белки.

3. Что представляют собой первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка?

4. В чём сходство и различия химического состава, строения ДНК и РНК? Что такое ген?

5. Каким образом в клетках живых организмов синтезируется м-РНК? Что такое транскрипция?

6. Что такое матричный синтез? Почему в качестве отдельной структурной единицы РНК рассматривают три соседних нуклеотида, а не два или, например, четыре?

Источник

Отличия в строении ДНК и РНК. Функции РНК и ДНК

Вопрос 1. Что такое нуклеиновые кислоты?
Нуклеиновые кислоты получили свое название в связи с тем, что впервые были обнаружены в клеточном ядре (лат. nyс1еus — ядро). Позже оказалось, что они присутствуют также в цитоплазме, пластидах и митохондриях. По химическому составу нуклеиновые кислоты — гетерополимеры, состоящие из нуклеотидов, соединенных между собой особым типом химической связи (фосфодиэфирная связь). Каждый нуклеотид, в свою очередь, состоит из трех частей: моносахарида-пентозы и связанных с ним азотистого основания и фосфорной кислоты.

Вопрос 2. Какие типы нуклеиновых кислот вы знаете?
Выделяют два типа нуклеиновых кислот — рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Оба этих типа содержатся во всех живых клетках. Исключение составляют вирусы, обладающие либо только ДНК, либо только РНК.

Вопрос 3. Чем различается строение молекул ДНК и РНК?
Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединенных друг с другом. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие одно из четырех азотистых оснований: аденин (А) или тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г); пятиатомный сахар пентозу — дезоксирибозу, по имени которой получила название и сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов. В каждой цепи нуклеотиды соединяющиеся путем образования ковалентных связей мсжлу дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты последующего нуклеотида. Объединяются две цени и одну молекулу при помощи водородных связей, возникающихих между азотистыми основаниями, входящими и состав нуклеотидов.
Рибонуклеиновая кислота (РНК), так же как ДНК, представляет собой полимер, в состав которого входят (аденин, гуанин, цитозин); нуклеотид — урацил — присутствует в молекуле РНК ‘место тимина. Нуклеотиды РНК содержат вместо дезоксирибозы другую пентозу — рибозу. В цепочке РНК нуклеотиды соединяются путем образования ковалентных связей между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.
Нуклеиновые кислоты отличаются по общей структуре: ДНК представляет собой комплементарную двуцепочечную молекулу (аденин всегда стоит напротив тимина, гуанин — напротив цитозина), РНК — одноцепочечную. Содержание ДНК в клетках относительно постоянно; содержание РНК может варьировать в зависимости От интенсивности синтеза белка. Все молекулы ДНК в принципе сходны между собой по строению и выполняемым функциям, а среди РНК выделяют несколько групп.

Вопрос 4. Назовите функции ДНК
Выделяют три основные функции ДНК.
Хранение наследственной информации. Порядок нуклеотидов определяет первичную структуру белков. Первичная структура, В свою очередь, обуславливает свойства белков, а следовательно, особенности строения и функционирования клеток. Таким образом, ДНК закодирована информация обо всех свойствах клеток, тканей и органов. Участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру одной белковой цепи, называют геном.
Передача наследственной информации следующему поколению клеток. Эта функция осуществляется благодаря способности ДНК к удвоению (редупликации). После деления в каждую дочернюю клетку попадает одна из двух идентичных молекул ДНК, являющихся точной копией материнской ДНК.
Передача наследственной информации из ядра в цитоплазму. Почти вся ДНК находится в ядре; синтез же белка происходит в цитоплазме клетки. Соответственно, необходим посредник, передающий описание первичной структуры белка от ДНК к рибосоме. В роли такого посредника выступает информационная РНК, которая синтезируется на одной из цепей ДНК, копируя по принципу комплементарности последовательность нуклеотидов определенного гена.

Рис. 1. Схема строения т-РНК.

Источник

Какие бывают типы нуклеиновых кислот? Что они собою являют?

Содержание:

Нуклеиновые кислоты – важнейшие органические соединения, осуществляющие хранение, передачу и реализацию наследственной информации. Это биополимеры – длинные молекулы, образованные мономерами – нуклеотидами. Нуклеиновые кислоты располагаются в ядре клетки.

Описание нуклеиновых кислот

Структура нуклеотидов

Нуклеотиды – это звено, состоящее из трех компонентов – азотистого основания, углеводной части (остатка моносахарида) и остатка фосфорной (ортофосфорной) кислоты.

Азотистое основание – производное пурина и пиримидина. Они классифицируются на две группы – мажорные и минорные. Мажорные, или главные основания – соединения пуринового ряда (аденин А и гуанин) и пиримидинового ряда (цитозин Ц, тимин Т и урацил У).

Минорные основания – гипоксантин, 5-метилцитозин, 6-N-метиладенин, 1-N-метилгуанин и др.

Углеводная часть может состоять из рибозы или дезоксирибозы. Она представляет собой остаток моносахарида. В нуклеиновых кислотах они находятся в циклической форме.

Связь между углеводной частью и азотистым основанием называется гликозидной.

Остаток кислоты связывается с пятым углеродным атомом в сахаре и образует сложноэфирную связь.

Какие существуют типы нуклеиновых кислот

Дезоксирибонуклеиновая кислота ДНК

Рибонуклеиновая кислота РНК

Существует несколько типов РНК:

иРНК (информационная РНК) – РНК, считывающая информацию с ДНК;

тРНК (транспортная РНК) – РНК, которая считывает информацию с иРНК и образует антикодон;

рРНК (рибосомальная РНК) – РНК, с помощью которого происходит синтез белка.

Сходства и различия ДНК и РНК

Сходства ДНК и РНК:

структуры включают в себя остаток ортофосфорной кислоты;

Источник

Нуклеопротеины – химия и биосинтез. Строение ДНК и РНК

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

Нуклеопротеины – химия и биосинтез. Строение ДНК и РНК

ХИМИЯ НУКЛЕОПРОТЕИНОВ

Нуклеиновые кислоты — биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (пентозы) и остатков фосфорной кислоты.

Свойства АО: гидрофобность, копланарность, поглощение УФ при 260 нм.

Нуклеозид = АО + пентоза (рибоза или дезоксирибоза). Пентоза присоединяется N-гликозидной связью.

Свойства нуклеозидов: гидрофильность.

Нуклеотид = нуклеозид + 1–4 остатка H₃PO₄.

Свойства нуклеотидов: кислотность, отрицательный заряд.

* — если сахар дезоксирибоза — дезоксиАДЕНОЗИН, дАМФ.

Биологическая роль нуклеотидов:

СТРОЕНИЕ ДНК

Под первичной структурой ДНК понимают последовательность нуклеотидов в одной полинуклеотидной цепи.

Силы, стабилизирующие двойную спираль: 1) горизонтальные водородные связи между АО (А = Т, Г ≡ Ц); 2) вертикальные «стейкинг»-взаимодействия между АО; 3) гидрофобные взаимодействия (АО обращены внутрь, к оси спирали, а полярные пентозы и фосфаты — наружу).

Силы, дестабилизирующие двойную спираль: электро-статические взаимодействия между отрицательно заряженными фосфатами: а) в пределах одной цепи; б) между цепями.

Поверхность двойной спирали имеет две спиральные бороздки — большую и малую. Белки связываются с ДНК в области большой бороздки, куда выступают АО.

Денатурация (плавление) ДНК — процесс расхождения нитей и формирования одноцепочечных молекул. Происходит при повышении температуры (около 70°С), при репликации и транскрипции (в отдельных участках). При постепенном снижении температуры наблюдается ренатурация.

Третичная структура ДНК — формируется только в связи с белками и служит для компактной упаковки ДНК в ядре. Белки, входящие в состав нуклеопротеинов:

5 классов гистонов — Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.

Уровни упаковки генетического материала:

Модификации гистонов (фосфорилирование, ацетилирование) приводят к уменьшению их заряда, в результате чего гистоны легче отсоединяются от ДНК, и она становится доступна ферментам репликации и транскрипции.

Функции ДНК: хранение, воспроизводство и передача по наследству генетического материала, экспрессия генов.

СТРОЕНИЕ РНК

Вторичная структура — всегда одна цепь (у тРНК — «лист клевера»).

Третичная структура — у тРНК формируется самостоятельно и похожа на объемную букву L; у рРНК и иРНК образуется в связи с белками (рРНК+белок = рибосома, иРНК+белок = информосома).

Схема переваривания и всасывания нуклеопротеинов в ЖКТ:

Как правило, экзогенные АО, нуклеозиды и нуклеотиды не используются в клетке для синтеза собственных нуклеиновых кислот. Они разрушаются до конечных продуктов и выводятся из организма.

Конечные продукты распада пиримидинов — β-аланин, β-аминоизомасляная кислота, NH₃, CO₂.

Конечный продукт распада пуринов — мочевая кислота.

Схема распада пуринов:

Мочевая кислота содержит нерасщепленное пуриновое кольцо, поэтому плохо растворяется в воде.

У человека мочевая кислота является конечным продуктом метаболизма и выводится с мочой.

БИОСИНТЕЗ НУКЛЕОТИДОВ

Существует 2 пути биосинтеза нуклеотидов в клетке. Во-первых, путь повторного использования АО и нуклеозидов (не только экзогенных, но и образовавшихся в клетке в процессе репарации ДНК или при распаде «отработавших» РНК). Наиболее активно протекает в клетках интенсивно размножающихся тканей (эмбриональных, регенерирующих, эпителиальных, опухолевых). Во-вторых, синтез de novo (из низкомолекулярных предшественников).

Пути повторного использования АО и нуклеозидов: наличие этих путей позволяет использовать синтетические аналоги пуринов и пиримидинов для химиотерапии опухолей и лечения вирусных инфекций (например, 5-фторурацил, меркаптопурин, ацикловир, АЗТ и др.). Такие препараты включаются клеткой в состав нуклеотидов, встраиваются в молекулу ДНК и вызывают цитотоксический эффект.

Чаще используется для повторного использования пиримидинов (тимидинкиназа, цитидинкиназа).

2. Синтез нуклеотидов на основе готовых азотистых оснований больше характерен для пуринов и проходит в 2 этапа:

а) образование активной формы рибозо-5-фосфата (фосфорибозилпирофосфата):

б) взаимодействие ФРПФ с азотистым основанием:

De novo синтез пуриновых нуклеотидов

Особенностью синтеза пуринов de novo является то, что за основу берется рибозо-5-фосфат и на его основе формируется пуриновое кольцо. N-гликозидная связь формируется уже на ранних этапах синтеза.

Источником всех атомов азота для пуринового ядра являются аминокислоты (глицин, глутамин, аспартат). Источники атомов углерода: СО₂ и формил-ТГФК (активная форма фолиевой кислоты, В₉). Общим предшественником для адениловых и гуаниловых нуклеотидов является инозинмонофосфат (ИМФ).

Ключевой фермент синтеза пуринов: амидотрансфераза.

Наиболее распространенной формой нарушения обмена пуринов является подагра. Основная причина — повышение уровня мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) и ее отложение в почках и суставах. Причины: а) избыточный синтез пуриновых нуклеотидов (нечувствительность ферментов к регуляторам); б) дефект ферментов реутилизации пуринов;
в) патология почек (недостаточное выведение). Способствует избыточное потребление пуринов с пищей. В лечении подагры используется аллопуринол — ингибитор ксантиноксидазы.

De novo синтез пиримидиновых нуклеотидов

В отличие от пуринов, при биосинтезе пиримидинов de novo вначале образуется пиримидиновое кольцо, а лишь затем к нему присоединяется рибозо-5-фосфат.

Источниками атомов для пиримидинового кольца являются глутамин, аспартат и СО₂. Синтез начинается с образования карбамоилфосфата:

В отличие от карбамоилфосфатсинтетазы I, фермент синтеза пиримидинов использует амидный азот глутамина (а не свободный аммиак) и локализован в цитоплазме.

Ключевой фермент — аспартаткарбамоилтрансфераза.

Регуляция: избыток пиримидиновых нуклеотидов ингибирует ключевой фермент, а избыток пуриновых — активирует.

Образование дезоксирибонуклеотидов

Источник