Чем обусловлена видовая специфичность нуклеиновых кислот
Чем обусловлена видовая специфичность нуклеиновых кислот
Подробное решение параграф § 5 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сухорукова Л.Н., Кучменко В.С., Иванова Т.В. Базовый уровень 2018
В основе строения каких живых организмов лежит спираль?
Спираль лежит в основе строения таких живых организмов как — Вирусы.
Вирус — это мельчайший организм не имеющий клеточного строения, белоксинтезирующей системы, содержащий один тип нуклеиновой кислоты (только ДНК или РНК). Вирусы являются автономными генетическими структурами и отличаются особым способом размножения: в клетке отдельно синтезируются нуклеиновые кислоты вирусов и их белки, затем происходит их сборка в вирусные частицы. Сформированная вирусная частица называется вирионом.
Вопросы и задания
Чем обусловлена видовая специфичность нуклеиновых кислот?
Нуклеиновые кислоты обладают видовой специфичностью, т. е. определённым нуклеотидным составом. Представители разных видов отличаются между собой соотношением (А+Т) и (Г+Ц) или (А+У) и (Г+Ц).
В этом и заключается видовая специфичность. Этот показатель используют как один из генетических критериев определения вида.
Что такое комплементарность?
Комплементарность — это принцип соответствия одного азотистого основания в структуре ДНК другому, с которым эти основания образуют водородную связь.
Правило комплементарности для азотистых оснований выглядит следующим образом:
А-Т (аденин комплементарен тимину). Г-Ц (гуанин комплементарен цитозину).
Сравните строение ДНК и РНК, назовите различия.
В основе мономеров дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот — углевод — пентоза и рибоза соответственно. ДНК в своем составе содержит азотистое основание (пиримидиновое основание) — тимин, а РНК — урацил (отсутствует метильная группа).
ДНК — двойная антипараллельная правозакрученная спираль, а РНК — одиночная цепь.
ДНК способна удваиваться, а РНК — нет. Молекулы ДНК длиннее молекул РНК,
Какова роль АТФ в клетке и организме?
АТФ — это особое соединение, содержащее связи, при гидролизе которых высвобождается большое количество энергии от 40 до 80 кДж/моль, поэтому основной ролью АТФ является энергообеспечение биохимических процессов в живом организме требующих больших энергозатрат. Такими процессами являются все реакции синтеза сложных веществ в организме, активный перенос молекул через клеточные мембраны, включая участие в создании межмембранного электрического потенциала, и осуществление сокращения мышц.
Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК, первичная и вторичная структура. Видовая специфичность нуклеиновых кислот. Нуклеопротеины, структура и функции.
ДНК находится в основном в ядре клетки, а также в митохондриях.
РНК обнаруживается во всех частях клетки. Различают мРНК (определяет порядок аминокислот в молекуле белка), рРНК (входит в состав рибосом), тРНК (транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка), мяРНК (выполняет каталитические функции). НК обеспечивают хранение и передачу наследственной информации путем программирования синтеза клеточных белков.
Нуклеотиды состоят из трех компонентов: пиримидинового или пуринового основания, пентозы (рибозы) и фосфорной кислоты. Нуклеотиды – нуклеозидфосфаты.
ДНК, выделенная из разных тканей одного и того же вида, имеет одинаковый состав азотистых оснований. Закономерности состава и количественного содержания азотистых оснований установлены впервые Э. Чаргаффом и были названы правилами Чаргаффа: 1. Молярная доля пуриновых оснований равна молярной доле пиримидиновых оснований: А + Г = Ц + Т. 2. Количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина: А + Ц = Г + Т. 3. Количество аденина равно количеству тимина, количество гуанина равно количеству цитозина: А = Т, Г = Ц. 4. Коэффициент специфичности равен (Г + Ц)/(А + Т)(у животных 0,54-0,94, у микроорганизмов 0,45-2,57).
Первичная структура-последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК и РНК. Мономеры в молекулах нуклеиновых кислот соединены сложноэфирной связью, образованной фосфатным остатком одного мононуклеотида и 3’-гидроксильной группой пентозного остатка другого мононуклеотида (3’,5’-фосфодиэфирная связь)
Для изучения химического состава НК используют секвенирование – расщепление НК на фрагменты ферментами либо химическими реагентами и анализ продуктов при помощи электрофореза, хроматографии и др.
В молекуле ДНК основания уложены парами: пуриновые из одной цепи и пиримидиновые из другой. Взаимодействие пар А-Т и Г-Ц называют комплементарностью, а соответствующие азотистые основания – комплементарными. Цепи ДНК комплементарны друг другу. Стабильность А-Т пар обеспечивается двумя водородными связями, а пар Г-Ц-тремя.
Между азотистыми основаниями, собранными в стопку вдоль молекулы ДНК, возникают силы гидрофобных взаимодействий (стэкинг-взаимодействия), которые вносят большой вклад в стабилизацию двойной спирали.
Молекулы РНК построены из одной полинуклеотидной цепи. В этой цепи есть комплементарные участки, которые образуют двойные спирали. При этом соединяются водородными связями пары А-У и Г-Ц. Спирализованные участки РНК (шпильки) содержат 20-30 нуклеотидных пар и чередуются с неспирализованными участками.
Вторичная структура рРНК и мРНК характеризуется спирализацией самой на себя.
Во вторичной структуре ДНК и РНК есть нуклеотидные последовательности, называемые палиндромами (перевернутые повторы), которые служат основой для образования структуры шпилек или для формирования на отдельных участках тройных спиралей.
Третичная структура нуклеиновых кислот:двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы. Нативные молекулы тРНК обладают третичной структурой, которая отличается от «листа клевера» компактностью за счет складывания различных частей молекулы.
В растянутом виде ДНК человека имеет около двух метров в длину, но в живой клетке упакована в структуру размером в доли миллиметра.
Нуклеиновые кислоты входят в состав нуклеопротеинов. К нуклеопротеидам относятся устойчивые комплексы нуклеиновых кислот с белками, длительное время существующие в клетке в составе органелл или структурных элементов клетки в отличие от разнообразных короткоживущих промежуточных комплексов белок — нуклеиновая кислота (комплексы нуклеиновых кислот с ферментами — синтетазами и гидролазами — при синтезе и деградации нуклеиновых кислот, комплексы нуклеиновых кислот с регуляторными белками и т. п
Природа негистоновых белков пока выяснена недостаточно. Их изоэлектрическая точка находится в кислой среде.
Для многих белков хроматина характерны особенности структуры, обеспечивающие их связывание с ДНК: «лейциновая застежка-«молния»; мотив «α-спираль – поворот – α-спираль», «цинковый палец».
В составе нуклеопротеинов НК имеет, как правило, более компактную структуру, чем в изолированном виде.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Чем обусловлена видовая специфичность нуклеиновых кислот
Подробное решение страница стр.105 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Захаров В.Б., Мамонтов С.Г. Углубленный уровень 2015
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
Вопрос 1. Что такое нуклеиновые кислоты?
Вопрос 2. Какие простые органические соединения служат элементарной составной частью нуклеиновых кислот?
Мономерами нуклеиновых кислот служат нуклеотиды. Нуклеотид — органическое соединение, состоящее из азотистого основания (аденин, тимин, урацил, гуанин, цитозин), пятиуглеродного сахара (пентозы) — рибозы или дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты.
Вопрос 3. Охарактеризуйте типы нуклеиновых кислот.
Существует два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая.
Вопрос 4. Чем различается строение молекул ДНК и РНК?
Вопрос 5. Перечислите и раскройте функции ДНК.
ДНК выполняет следующие функции:
Последовательность триплетов в полинуклеотидной цепи молекулы ДНК несет информацию о последовательности аминокислот в молекуле белка.
Группа последовательно расположенных триплетов, несущая информацию о структуре одной белковой молекулы, называется геном.
2. передача наследственной информации из поколения в поколение осуществляется в результате редупликации (удвоения молекулы ДНК) с последующим распределением дочерних молекул между дочерними клетками.
3. Передача наследственной информации на информационную РНК. При этом ДНК является матрицей. На одной из цепей молекулы ДНК по принципу комплементарности синтезируется молекула информационной РНК, которая далее переносит информацию в цитоплазму.
Вопрос 6. Какие виды РНК имеются в клетке?
Выделяют следующие виды РНК:
1. Информационная РНК. Синтезируется в ядре на одной из цепей ДНК по принципу комплементарности; в цитоплазме выполняет роль матрицы в процессе трансляции.
2. Рибосомальная РНК. Синтезируется в ядре, в зоне ядрышка; входит в состав рибосом, обеспечивающих трансляцию.
З. Транспортная РНК. Доставляет аминокислоты к месту синтеза белка. Осуществляет по принципу комплементарности распознавание триплета на информационной РНК, соответствующего переносимой аминокислоте, и точную ориентацию аминокислоты в активном центре рибосомы.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ
Вопрос 1. В чём заключается биологическая роль двухцепочечности молекул ДНК, выполняющих функции хранителя наследственной информации?
ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. С молекулами ДНК связаны два основополагающих свойства живых организмов — наследственность и изменчивость. В ходе процесса, называемого репликацией ДНК, образуются две копии исходной цепочки, наследуемые дочерними клетками при делении, таким образом образовавшиеся клетки оказываются генетически идентичны исходной.
Вопрос 2. Какова сущность процесса передачи наследственной информации из поколения в поколение и из ядра в цитоплазму к месту синтеза белка?
При передаче наследственной информации из поколения в поколение молекулы ДНК удваиваются в процессе дупликации. Каждая дочерняя клетка получает одну из двух идентичных молекул ДНК. При бесполом размножении генотип дочернего организма идентичен материнскому. При половом размножении организм потомка получает собственный диплоидный набор хромосом, собранный из гаплоидного материнского и гаплоидного отцовского наборов.
ПРОБЛЕМНЫЕ ОБЛАСТИ
Вопрос 1. Что является наследственным материалом у некоторых вирусов, не содержащих ДНК? Как происходит реализация наследственной информации этих организмов?
Репликация осуществляется РНК-репликазой, продуцирующей копии РНК для новых вирионов. Синтез белка капсида происходит только после того как инфицировавшая клетку РНК подвергается некоторой модификации, делающей возможным присоединение рибосом клетки к тому участку РНК, которым кодируется этот белок. Сборка вириона начинается с образования дисков из белка капсида. Два таких белковых диска, располагаясь концентрически, образую похожую на бисквит структуру, которая после связывания с ней РНК приобретает форму спирали. Последующее присоединение молекул белка продолжается до тех пор, пока РНК не будет покрыта полностью. В своей окончательной форме вирион представляет собой цилиндр длиной 300 нм.
Вопрос 2. Почему и в каких случаях у некоторых животных основным источником энергии является не глюкоза, а жир?
Жиры или липиды – богатый источник энергии. При окислении они выделяют больше энергии, нежели белки и углеводы вместе взятые. При распаде жиров не только выделяется много энергии, но и образуется достаточное количество воды, что крайне необходимо для поддержания водного обмена в организме.
Жиры обладают свойствами, которые очень важны для организма. Они являются носителями энергии (1 грамм жира дает 9,3 килокалории), поставщиками атомов углерода для биосинтеза, а также незаменимых жирных кислот, которые не могут быть произведены самим организмом, но являются крайне необходимыми.
Вопрос 3. Каково значение витаминов и других низкомолекулярных органических соединений в жизнедеятельности организмов?
Значение витаминов состоит в том, что, присутствуя в организме в ничтожных количествах, они регулируют реакции обмена веществ. Роль витаминов сходна с ролью ферментов и гормонов. Целый ряд витаминов входит в состав различных ферментов. При недостатке, в организме витаминов развивается состояние, называемое гиповитаминозом. Заболевание, возникающее при отсутствии того или иного витамина, называется авитаминозом.
К настоящему времени открыто более 20 веществ, которые относят к витаминам. Обычно их обозначают буквами латинского алфавита А, В, С, D, Е, К и др. К водорастворимым относятся витамины группы В, С, РР и др. Ряд витаминов являются жирорастворимыми.
Витамины влияют на обмен веществ, свертываемость крови, рост и развитие организма, сопротивляемость инфекционным заболеваниям. Особенно важна их роль в питании молодого организма и тех взрослых, чья деятельность связана с большими физическими нагрузками на производстве, в спорте. Повышенная потребность в витаминах может быть связана с особыми условиями среды обитания (высокая или низкая температура, разреженный воздух). Например, суточная потребность витамина С для взрослых составляет в среднем 50— 100 мг, для детей 35—50 мг, для тренирующихся спортсменов до 200 мг и более (им в целях повышения работоспособности даже рекомендуется принимать этот витамин на старте, а марафонцам — на дистанции). Витаминная недостаточность, как правило, сказывается в ранний весенний период, когда сразу после зимы организм ослаблен, а в пище мало витаминов и других биологически активных компонентов в связи с ограничением в рационе свежих овощей и фруктов.
ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ
Вопрос 1. Каковы пути решения задач в области генетической инженерии, существующие в настоящее время?
2. Введение гена в вектор для переноса в организм.
3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.
4. Преобразование клеток организма.
5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.
Вопрос 2. Как можно использовать каталитические функции белковых молекул в народном хозяйстве?
Наиболее хорошо известная функция белков в организме — катализ различных химических реакций. Ферменты — это белки, обладающие специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций. Ускорение реакции в результате ферментативного катализа может быть огромным. Молекулы, которые присоединяются к ферменту и изменяются в результате реакции, называются субстратами. Часть молекулы фермента, которая обеспечивает связывание субстрата и катализ, называется активным центром.
Данную функцию белков можно использовать в народной хозяйстве при производстве стиральных порошков.
ЗАДАНИЯ
Вопрос 1. Охарактеризуйте свойства генетического кода.
Свойства генетического кода:
Вопрос 2. Каковы пути передачи наследственной информации в биологических системах?
Передача генетической информации в любой клетке основана на матричных процессах (репликации, транскрипции, трансляции).