§ 7. Нуклеиновые кислоты



1. Какие типы нуклеиновых кислот существуют? Что является мономерами нуклеиновых кислот?

Различают два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды.

2. Опишите строение нуклеотида. Каким образом могут соединяться нуклеотиды в молекуле ДНК?

Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. В состав нуклеотида может входить одно из пяти азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) или урацил (У). Аденин и гуанин относятся к пуриновым основаниям, цитозин, тимин и урацил — к пиримидиновым. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, соединенных между собой водородными связями. Эти связи возникают между азотистыми основаниями нуклеотидов противоположных цепей: между аденином и тимином возникают две водородные связи, а между гуанином и цитозином — три.

3. Установлена последовательность нуклеотидов одной из цепей ДНК: ЦТГ АГТ ТЦА. Определите порядок нуклеотидов комплементарной цепи.

Комплементарная цепь: ГАЦ ТЦА АГТ.

4. Охарактеризуйте пространственную структуру молекулы ДНК.

Две полинуклеотидные цепи ДНК закручены вокруг общей оси, создавая двойную спираль диаметром около 2 нм, напоминающую винтовую лестницу. Один виток спирали включает 10 пар нуклеотидов, его длина 3,4 нм. В спиральной молекуле двуцепочечной ДНК азотистые основания находятся внутри спирали.

5. Какие типы РНК содержатся в клетке? Сравните их по выполняемым функциям, особенностям строения и процентному содержанию от общего количества РНК в клетке.

В клетке существует несколько видов РНК, которые различаются по величине молекул, структуре и функциям. Рибосомные РНК (рРНК) составляют 80 % всех РНК клетки. Молекулы рРНК соединяются с особыми белками и образуют рибосомы — органоиды, на которых происходит синтез белков из аминокислот. Транспортные РНК (тРНК) составляют около 15 % всех клеточных РНК. Молекулы тРНК сравнительно небольшие (в среднем состоят из 80 нуклеотидов). Все они имеют сходную пространственную конфигурацию. Благодаря формированию внутримолекулярных водородных связей молекула тРНК приобретает характерную пространственную структуру, называемую клеверным листом. Функция тРНК — перенос аминокислот к рибосомам и участие в процессе синтеза белка. Информационные, или матричные, РНК (иРНК, мРНК) наиболее разнородны по размерам и структуре. Молекулы иРНК содержат информацию о структуре определенных белков. В ходе синтеза белков на рибосомах они служат матрицами, поэтому биосинтез белка также относится к матричным процессам. Содержание иРНК составляет 3—5 % всей клеточной РНК.

6. Сравните по различным признакам ДНК и РНК. Выявите черты их сходства и различия.

Сходство: в основании ДНК и РНК находится пятиуглеродный сахар, ДНК – дезоксирибоза, РНК – рибоза. Также у них одинаковая часть нуклеотидов: гуанин, цитозин, аденин. Различия: пространственная структура, в РНК тимин заменяется на урацил, различные функции.

7. Фрагмент молекулы ДНК содержит 126 адениловых нуклеотидов (А), что составляет 18 % от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте. Какова длина данного фрагмента ДНК и сколько цитидиловых нуклеотидов (Ц) он содержит?

Общее количество нуклеотидов 700. Из них 126 адениловых, значит 126 тиминовых. Значит на долю Ц и Г приходится (700-(126+126))/2=(700-252)/2=448/2=224 цитозина и столько же гуанина (по 32% каждого).

Один виток двойной спирали ДНК содержит 10 пар нуклеотидов и имеет длину 3,4 нм. Следовательно, одна пара нуклеотидов занимает участок ДНК длиной 0,34 нм. Данный фрагмент ДНК состоит из 2 цепей, в которых в сумме содержится 700 нуклеотидов, значит пар нуклеотидов 350. Длина фрагмента 350*0,34=119нм.

8. У исследователя имеется три молекулы ДНК одинаковой длины. Известно, что содержание тимидиловых нуклеотидов (Т) в первом образце составляет 20 % от общего числа нуклеотидов, во втором — 36 %, в третьем — 8 %. Он начал нагревать данные образцы ДНК, постепенно повышая температуру. При этом происходило отделение комплементарных цепей друг от друга — так называемое плавление ДНК. Какой образец начал плавиться первым, а какой расплавился в последнюю очередь? Почему.

Плавление ДНК происходит в результате разрыва водородных связей между цепями. Между нуклеатидами А и Т образуется две водородные связи, между Г и Ц три. Чем больше содержание в фрагменте ДНК связей Г и Ц, тем меньше связей А и Т, и такие фрагменты ДНК плавится дольше. И наоборот, чем больше связей А и Т, тем быстрее расплавится ДНК.