Краткое содержание: Параграф § 11 / Биология 10 класс

Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

В клетках присутствуют два основных типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Эти вещества являются биополимерами, мономеры которых — нуклеотиды. Нуклеотиды, в свою очередь, состоят из трех частей: остатка фосфорной кислоты, углевода-моносахарида (рибоза в РНК или дезоксирибоза в ДНК) и азотистого основания. Азотистые основания в ДНК включают аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т), тогда как в РНК тимин заменен урацилом (У). Основания А и Г являются пуриновыми (состоят из двух конденсированных колец), а Ц, Т, и У — пиримидиновыми (состоят из одного кольца). Вид нуклеотида определяется видом азотистого основания и его названием: адениловый, гуаниловый, цитидиловый, тимидиловый (в ДНК), уридиловый (в РНК).

Структура нуклеиновых кислот

Нуклеотиды соединяются друг с другом через остатки фосфорной кислоты и углеводы, образуя прочные полинуклеотидные цепи. Молекула ДНК представляет собой двойную спираль, которая состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси. Цепи удерживаются вместе благодаря водородным связям, возникающим между комплементарными (взаимодополняющими) азотистыми основаниями: Аденин (А) всегда связывается с Тимином (Т), образуя две водородные связи, а Гуанин (Г) всегда связывается с Цитозином (Ц), образуя три водородные связи (\( \mathrm{A=T} \), \( \mathrm{G \equiv C} \)). Расстояние между соседними нуклеотидами в цепи ДНК составляет 0,34 нм, а полный оборот спирали — 3,4 нм. В клетках ДНК в основном локализуется в ядрах (в хромосомах), но также присутствует в митохондриях и хлоропластах.

Функции ДНК и РНК

Основная функция ДНК — хранение и передача наследственной информации, так как нуклеотидная последовательность уникальна для каждого организма и содержит генетический код. РНК — это одноцепочечная молекула. В РНК вместо тимина присутствует урацил, и в углеводе — рибоза (вместо дезоксирибозы). Различают несколько видов РНК, которые выполняют различные функции, связанные с реализацией генетической информации (синтезом белка):

• Информационная, или матричная, РНК (иРНК, мРНК): Переносит информацию о первичной структуре белка из ДНК к рибосомам.
• Транспортная РНК (тРНК): Транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка (рибосомам).
• Рибосомальная РНК (рРНК): Входит в состав рибосом.

Аденозинтрифосфат (АТФ)

АТФ — это нуклеотид, который является универсальным источником энергии в клетке. Его молекула состоит из аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Энергия запасается в так называемых макроэргических связях, которые представляют собой связи между остатками фосфорной кислоты. При гидролизе АТФ с отщеплением одного остатка фосфорной кислоты (АТФ \(\rightarrow\) АДФ \(+\) \(\mathrm{H_3PO_4}\)) или двух остатков (АТФ \(\rightarrow\) АМФ \(+\) 2\(\mathrm{H_3PO_4}\)) высвобождается большое количество энергии: при отщеплении первого остатка около 30,6 кДж/моль. Процесс синтеза АТФ (ресинтез) из АДФ и \(\mathrm{H_3PO_4}\) происходит в митохондриях, хлоропластах и в процессе брожения. АТФ обеспечивает энергией все основные клеточные процессы: движение, деление, синтез собственных веществ, передачу нервных импульсов. Молекула АТФ — своего рода «энергетическая батарейка» для клетки.

Основные понятия и определения

• Нуклеиновые кислоты: Высокомолекулярные биополимеры (ДНК и РНК), состоящие из мономеров — нуклеотидов.
• Нуклеотид: Мономер нуклеиновой кислоты, состоящий из азотистого основания, моносахарида (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты.
• Азотистые основания: Аденин (\(\mathrm{A}\)), гуанин (\(\mathrm{G}\)), цитозин (\(\mathrm{C}\)), тимин (\(\mathrm{T}\)) в ДНК; тимин заменен урацилом (\(\mathrm{U}\)) в РНК.
• Принцип комплементарности: Правило, согласно которому в ДНК А связывается с Т (\(\mathrm{A=T}\)), а Г — с Ц (\(\mathrm{G \equiv C}\)).
• ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота): Двуспиральная молекула, основная функция — хранение и передача генетической информации.
• РНК (Рибонуклеиновая кислота): Одноцепочечная молекула. Основные виды: мРНК (иРНК) — перенос информации, тРНК — транспорт аминокислот, рРНК — компонент рибосом.
• АТФ (Аденозинтрифосфат): Нуклеотид, который служит универсальным источником энергии в клетке.
• Макроэргические связи: Высокоэнергетические связи между остатками фосфорной кислоты в молекуле АТФ, содержащие большое количество энергии (около 30,6 кДж/моль при гидролизе одной связи).