Welche Funktionen haben Nukleinsäuren in einer Zelle? Struktur und Funktionen von Nukleinsäuren.

Molekulare Grundlagen der Vererbung und Variabilität

1. Nukleinsäuren, ihre Struktur, Funktionen und Entstehung

2. Die Hauptstadien der Proteinbiosynthese. Genetischer Code, seine Haupteigenschaften

3. Regulierung der Genexpression

Nukleinsäuren, ihre Struktur und Funktionen

Nukleinsäuren sind lineare unverzweigte Heteropolymere, deren Monomere sind Nukleotide verwandt Phosphodiesterbindungen.

Nukleotide- Dies sind organische Substanzen, deren Moleküle aus einem Pentoserest (Ribose oder Desoxyribose) bestehen, an den kovalent ein Phosphorsäurerest und eine stickstoffhaltige Base gebunden sind. Die stickstoffhaltigen Basen in Nukleotiden werden in zwei Gruppen eingeteilt: Purin(Adenin und Guanin) und Pyrimidin(Cytosin, Thymin und Uracil). Desoxyribonukleotide in ihre einbeziehen Desoxyribose Adenin(A), Guanin(G), Thymin(T), Cytosin(C). Ribonukleotide in ihre einbeziehen Ribose und eine der stickstoffhaltigen Basen: Adenin(A), Guanin(G), Uracil(U) Cytosin(C).

In einigen Fällen kommen in Zellen auch verschiedene Derivate der aufgeführten stickstoffhaltigen Basen vor – Nebenbasen, die Teil von Nebennukleotiden sind.

Freie Nukleotide und ihnen ähnliche Substanzen spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel. Als Elektronen- und Protonenträger dienen beispielsweise NAD (Nicotinamidadenindinukleotid) und NADP (Nikotinamidadenindinukleotidphosphat).

Freie Nukleotide sind in der Lage, 1...2 weitere Phosphorgruppen hinzuzufügen und so zu bilden makroerge Verbindungen. Die universelle Energiequelle in der Zelle ist ATP – Adenosintriphosphorsäure, bestehend aus Adenin, Ribose und drei Resten Phosphorsäure (Pyrophosphorsäure). Durch die Hydrolyse einer terminalen Pyrophosphatbindung werden etwa 30,6 kJ/mol (oder 8,4 kcal/mol) freie Energie freigesetzt, die von der Zelle genutzt werden kann. Diese Pyrophosphatbindung heißt makroergisch(hohe Energie).

Neben ATP gibt es weitere hochenergetische Verbindungen auf Nukleotidbasis: GTP (enthält Guanin; beteiligt sich an der Biosynthese von Proteinen, Glucose), UTP (enthält Uracil; beteiligt sich an der Synthese von Polysacchariden).

Es können sich Nukleotide bilden zyklische Formen z.B. cAMP, cCMP, cGMP. Zyklische Nukleotide fungieren als Regulatoren verschiedener physiologischer Prozesse.

Nukleinsäuren

Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren: DNA ( Desoxyribonukleinsäure) und RNA ( Ribonukleinsäure). Nukleinsäuren sorgen für die Speicherung, Reproduktion und Umsetzung genetischer (Erb-)Informationen. Diese Informationen werden in Form von Nukleotidsequenzen wiedergegeben (kodiert). Insbesondere spiegelt die Nukleotidsequenz die Primärstruktur von Proteinen wider (siehe unten). Die Entsprechung zwischen Aminosäuren und den sie kodierenden Nukleotidsequenzen wird genannt genetischer Code . Einheit genetischer Code DNA und RNA ist Triplett- eine Sequenz aus drei Nukleotiden.

Nukleinsäuren sind chemisch aktive Substanzen. Sie gehen mit Proteinen vielfältige Verbindungen ein – Nukleoproteine, oder Nukleoproteine.

Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist eine Nukleinsäure, deren Monomere Desoxyribonukleotide sind. Die DNA ist der primäre Träger der Erbinformationen. Das bedeutet, dass alle Informationen über den Aufbau, die Funktion und die Entwicklung einzelner Zellen und des gesamten Organismus in Form von DNA-Nukleotidsequenzen erfasst werden.

Nukleinsäuren wurden 1868 von Miescher entdeckt. Allerdings konnte Fölgen erst 1924 nachweisen, dass DNA ein wesentlicher Bestandteil der Chromosomen ist. Im Jahr 1944 stellten Avery, McLeod und McCarthy fest, dass die DNA eine entscheidende Rolle bei der Speicherung, Übertragung und Umsetzung von Erbinformationen spielt.

Es gibt verschiedene Arten von DNA: A-, B-, Z- und T-Formen. Von diesen kommt in Zellen meist die B-Form vor – eine doppelte rechtsdrehende Helix, die aus zwei Fäden (oder Ketten) besteht, die durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind. Jeder Strang wird durch abwechselnde Reste von Desoxyribose und Phosphorsäure dargestellt, außerdem ist eine stickstoffhaltige Base kovalent an Desoxyribose gebunden. Dabei sind die stickstoffhaltigen Basen der beiden DNA-Stränge aufeinander zu gerichtet und bilden sich durch die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen komplementäre Paare: A=T (zwei Wasserstoffbrückenbindungen) und G≡C (drei Wasserstoffbrückenbindungen). Daher entsprechen die Nukleotidsequenzen dieser Ketten eindeutig einander. Die Länge der Spirale der Doppelhelix beträgt 3,4 nm, der Abstand zwischen benachbarten Paaren stickstoffhaltiger Basen beträgt 0,34 nm und der Durchmesser der Doppelhelix beträgt 1,8 nm.

In eukaryontischen Zellen liegt DNA in Form von Nukleoproteinkomplexen vor, zu denen auch Histonproteine ​​gehören.

Die Länge der DNA wird anhand der Anzahl der Nukleotidpaare gemessen (abgekürzt: Mo, oder B). Die Länge eines DNA-Moleküls beträgt mehrere Tausend Mo(abgekürzt - tbn, oder kb) bis zu mehreren Millionen Mo (mpn, oder Mb).

KapitelV. NUKLEINSÄUREN

§ 13. NUKLEINSÄUREN:

FUNKTIONEN UND ZUSAMMENSETZUNG

Allgemeine Ideen zu Nukleinsäuren

Nukleinsäuren sind die wichtigsten Biopolymere mit einem relativen Molekulargewicht von 5·10 9 . Sie kommen ausnahmslos in allen lebenden Organismen vor und sind nicht nur Hüter und Quelle genetischer Informationen, sondern erfüllen auch eine Reihe weiterer lebenswichtiger Funktionen. Nukleinsäuren sind Polymere, deren Monomereinheiten sind Nukleotide.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Nukleinsäuren: Desoxyribonukleinsäuren(DNA) und Ribonukleinsäuren(RNA). DNA ist das genetische Material der meisten Organismen. In prokaryotischen Zellen findet man neben der chromosomalen Haupt-DNA häufig auch extrachromosomale DNA, Plasmide. In eukaryotischen Zellen befindet sich der Großteil der DNA im Zellkern, wo sie mit Proteinen in den Chromosomen verbunden ist. Eukaryontische Zellen enthalten auch DNA in Mitochondrien und Chloroplasten.

Interessant zu wissen! DNA-Moleküle sind die größten Moleküle. DNA-MolekülE. colibesteht aus etwa 4.000.000 Basenpaaren, seine relative Masse beträgt 26000000000 und seine Länge beträgt 1,4 mm, was dem 700-fachen der Größe seiner Zelle entspricht. Eukaryontische DNA-Moleküle können sogar noch größere Größen erreichen, ihre Länge kann mehrere cm betragen und ihre relative Masse beträgt 10 10 -10 11 . Es würde etwa 1.000.000 Seiten erfordern, die Nukleotidsequenz der menschlichen DNA aufzuschreiben.

Was die RNA betrifft, so unterscheiden sie je nach den von ihnen erfüllten Funktionen:

1. Informations-RNA (mRNA) – sie enthalten Informationen über die Primärstruktur des Proteins;

2. ribosomale RNA (rRNA) – sind Teil von Ribosomen;

3. Transport-RNA (tRNA) – sorgt für die Lieferung von Aminosäuren an den Ort der Proteinsynthese.

Als genetisches Material ist RNA Bestandteil einer Reihe von Viren. Zum Beispiel Viren, die verursachen gefährliche Krankheiten, wie Grippe und AIDS, sind RNA-haltig.

Nukleinsäuren können linear und zirkulär (kovalent geschlossen) sein. Sie können aus einer oder zwei Ketten bestehen. Nachfolgend finden Sie ein Diagramm, das die Existenz verschiedener Arten von Nukleinsäuren in der Natur zeigt:

Funktionen von Nukleinsäuren

Nukleinsäuren haben drei wichtige Funktionen: Speicherung, Übertragung und Umsetzung genetischer Informationen. Darüber hinaus erfüllen sie weitere Funktionen, beispielsweise sind sie an der Katalyse einiger beteiligt chemische Reaktionen, regulieren die Umsetzung genetischer Informationen, erfüllen strukturelle Funktionen usw. Die Rolle des Hüters der genetischen Information wird in den meisten Organismen (Eukaryoten, Prokaryoten, einige Viren) von doppelsträngiger DNA übernommen. Nur bei einigen Viren ist einzelsträngige DNA oder einzelsträngige sowie doppelsträngige RNA der Hüter der genetischen Information. Genetische Informationen werden darin gespeichert Gene. Ein Gen ist seiner Natur nach ein Abschnitt einer Nukleinsäure. Sie kodieren die Primärstruktur von Proteinen. Gene können auch Informationen über die Struktur bestimmter RNA-Typen wie tRNA und rRNA enthalten.

Genetische Informationen werden von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben. Dieser Prozess ist mit der Verdoppelung der Nukleinsäure (DNA oder RNA), die als Hüter der genetischen Informationen fungiert, und deren anschließender Übertragung auf die Nachkommen verbunden. Beispielsweise erhalten Tochterzellen durch Teilung identische DNA-Moleküle von der Mutter und damit identische genetische Informationen (Abb. 38). Bei der Fortpflanzung geben Viren auch Viruspartikel an ihre Tochter weiter. exakte Kopien Nukleinsäure. Bei der sexuellen Fortpflanzung erhalten die Nachkommen genetische Informationen von beiden Elternteilen. Aus diesem Grund erben Kinder Eigenschaften von beiden Elternteilen.

Reis. 38. DNA-Verteilung während der Zellteilung

Durch die Umsetzung genetischer Informationen kommt es zur Synthese von Proteinen, die in der DNA in Form von Genen (oder bei einigen Viren in RNA) kodiert sind. Dabei werden Informationen über die Primärstruktur des Proteins vom DNA-Molekül in mRNA kopiert und dann unter Beteiligung von tRNA an Ribosomen entschlüsselt. Dadurch entsteht ein Protein:

DNA-RNA-Protein.

Zusammensetzung von Nukleinsäuren

Nukleinsäuren sind Polymere, die aus Nukleotiden bestehen, die durch Phosphodiesterbindungen miteinander verbunden sind. Jedes Nukleotid besteht aus stickstoffhaltigen Basen-, Pentose- und Phosphorsäureresten.

Unterscheiden Pyrimidin Und Purin Gründe, auch resp. genannt Pyrimidine Und Purine. Pyrimidinbasen sind Pyrimidinderivate:

Purinbasen - Derivate Purin:

Zu den Pyrimidinen gehören Uracil, Thymin und Cytosin; zu den Purinen gehören Adenin und Guanin:

DNA enthält Thymin, Cytosin, Adenin und Guanin, während RNA die gleichen Basen enthält, nur Uracil anstelle von Thymin. Nukleinsäuren enthalten neben stickstoffhaltigen Basen Pentosen: DNA – D-Desoxyribose und RNA – D-Ribose. Kohlenhydrate liegen in Form des b-Anomers der Furanoseform vor:

Die stickstoffhaltige Base bindet auf Kosten der glykosidischen Hydroxylgruppe an das Kohlenhydrat. Es entsteht ein Nukleosid. Schematisch lässt sich die Bildung eines Nukleosids wie folgt darstellen:

Die Zusammensetzung der Nukleinsäuren umfasst 8 Nukleoside, 4 in der Zusammensetzung von RNA und 4 in der Zusammensetzung von DNA (Abb. 39).

Nukleoside, aus denen die RNA besteht:

Nukleoside, aus denen die DNA besteht:

Reis. 39. Nukleoside

Ein an einen Phosphorsäurerest gebundenes Nukleosid wird als Nukleotid bezeichnet:

In diesem Fall kann der Phosphorsäurerest mit einem 3'- oder 5'-Kohlenstoffatom verbunden sein:

Adenosin-5'-monophosphat wird als AMP abgekürzt. Wenn ein Nukleotid aus Desoxoribose, Adenin und einem Phosphorsäurerest besteht, wird es Desoxyadenosinmonophosphat, kurz dAMP, genannt. Tabelle 5 zeigt die Nukleotidnomenklatur.

Tabelle 5

Nomenklatur der Nukleotide, die DNA und RNA bilden

stickstoffhaltig Base	Nukleosid	Nukleotid
		Ganzer Titel	Abkürzung
	Adenosin Desoxyadenosin	Adenosinmonophosphat Desoxyadenosinmonophosphat
	Guanosin Desoxyguanosin	Guanosinmonophosphat Desoxyguanosinmonophosphat
	Desoxycytidin	Cytidinmonophosphat Desoxycytidinmonophosphat
		Uridinmonophosphat
	Desoxythymidin	Desoxythymidinmonophosphat

Nukleosidmonophosphate (NMP) und Desoxynukleosidmonophosphate (dNMP) können durch 1 oder 2 weitere Phosphorsäurereste verbunden sein. Dabei entstehen Nukleosiddiphosphate (NDPs), Desoxynukleosiddiphosphate (dNDPs) oder Nukleosidtriphosphate (NTPs) und Desoxynukleosidtriphosphate (dNTPs).

NTP und dNTP dienen als Substrate für die RNA- bzw. DNA-Synthese.

Nukleinsäuren.

Nukleinsäuren- natürliche hochmolekulare Biopolymere, die die Speicherung und Übertragung erblicher (genetischer) Informationen in lebenden Organismen ermöglichen.

Ein Makromolekül aus Nukleinsäuren mit einem Molekulargewicht von 10.000 Dalton bis zu mehreren Millionen wurde 1869 vom Schweizer Chemiker F. Miescher in den Kernen von Leukozyten entdeckt, aus denen Eiter besteht, daher der Name (Kern – Kern).

Nukleinsäuren sind Polymere, deren Monomere sind Nukleotide . Jedes Nukleotid besteht aus einer stickstoffhaltigen Base, einem Pentosezucker und einem Phosphorsäurerest. Lange Moleküle werden aus Nukleotiden aufgebaut. Polynukleotide .

Phosphat

stickstoffhaltig

Base

Verbindung zwischen

Phosphat und Zucker

Reis. Die Struktur eines Nukleotids.

Zucker, das Teil des Nukleotids ist, enthält fünf Kohlenstoffatome, das heißt, es ist Pentose . Abhängig von der Art der im Nukleotid vorhandenen Pentose gibt es zwei Arten von Nukleinsäuren – Ribonukleinsäuren (RNA), die enthalten Ribose und Desoxyribonukleinsäuren (DNA) enthaltend Desoxyribose (C 5 H 10 O 4).

Stiftungen Beide Arten von Nukleinsäuren enthalten vier verschiedene Typen: Zwei davon gehören zur Klasse Purine und zwei - zur Klasse Pyrimidine . Die Purine sind Adenin (A) und Guanin (D) und zur Anzahl der Pyrimidine - Cytisin (C) und Thymin (T) oder Uracil (Y) (jeweils in DNA oder RNA).

Nukleinsäuren sind Säuren, weil sie enthalten Phosphorsäure.

Die Rolle von Nukleotiden im Körper beschränkt sich nicht nur darauf, als Bausteine ​​von Nukleinsäuren zu dienen; Einige wichtige Coenzyme sind auch in den Eulennukleotiden vorhanden. Dies sind beispielsweise Adenosintriphosphat (ATP), Nicotinamidadenindinukleotid (NAD), Nico(NADP) und Flavinadenindinukleotid (FAD).

Nukleinsäuren

DNARNA

Kernzytoplasmatische mRNA, tRNA, rRNA

Derzeit bekannt große Nummer Arten von DNA und RNA, die sich in ihrer Struktur und Bedeutung im Stoffwechsel voneinander unterscheiden.

Beispiel: Bakterien in Escherichia coli-Zellen enthalten etwa 1000 verschiedene Nukleinsäuren, während Tiere und Pflanzen sogar noch mehr haben.

Jeder Organismustyp enthält seinen eigenen, nur für ihn charakteristischen Satz dieser Säuren. DNA ist hauptsächlich in den Chromosomen des Zellkerns (99 % der gesamten Zell-DNA) sowie in Mitochondrien und Chloroplasten lokalisiert. RNA ist Teil des Nukleolus, der Ribosomen der Mitochondrien, der Plastiden und des Zytoplasmas.

Das DNA-Molekül ist der universelle Träger der genetischen Information in Zellen. Dank der Struktur und Funktionen dieses Moleküls werden Zeichen vererbt – von den Eltern an die Nachkommen, d.h. das universelle Eigentum der Lebenden wird verwirklicht – Vererbung. DNA-Moleküle sind die größten Biopolymere.

Die Struktur der DNA.

Die Struktur von DNA-Molekülen wurde 1953 von J. Watson und F. Crick entschlüsselt. Für diese Entdeckung erhielten sie den Nobelpreis.

Entsprechend Watson-Crick-DNA-Modelle Das DNA-Molekül besteht aus zwei Polynukleotidketten, die rechts um dasselbe verdreht sind Achsen , bildend Doppelhelix . Die Ketten sind antiparallel angeordnet, d.h. aufeinander zu. Zwei Polynukleotidketten werden mithilfe von Wasserstoffbrückenbindungen, die zwischen den stickstoffhaltigen Basen der Nukleotide verschiedener Ketten auftreten, zu einem einzigen DNA-Molekül kombiniert. In einer Polynukleotidkette sind benachbarte Nukleotide durch kovalente Bindungen miteinander verbunden, die zwischen Desoxyribose in einem DNA-Molekül (und Ribose in RNA) eines und dem Phosphorsäurerest eines anderen Nukleotids entstehen.

Doppelhelixketten komplementär zueinander, da die Basenpaarung streng nacheinander erfolgt: Adenin verbindet sich mit Thymin und Guanin mit Cytosin.

Infolgedessen ist in jedem Organismus Abb. Paarung von Nukleotiden.

Nummer Adenyl Nukleotide ist gleich der Zahl Thymidyl, und die Zahl Guanyl- Nummer Cytidyl. Dieses Muster wird „Chargaff-Regel“ genannt.

Eine strikte Übereinstimmung von Nukleotiden, die sich in gepaarten antiparallelen DNA-Strängen befinden, wird als bezeichnet Komplementarität. Diese Eigenschaft liegt der Bildung neuer DNA-Moleküle zugrunde, die auf dem ursprünglichen Molekül basieren.

Somit wird die Doppelhelix durch zahlreiche Wasserstoffeigenschaften (zwei werden zwischen A und T und drei zwischen G und C gebildet) und hydrophobe Wechselwirkungen stabilisiert.

Entlang der Molekülachse liegen benachbarte Basenpaare im Abstand von 0,34 nm zueinander. Eine volle Windung der Helix umfasst 3,4 nm, also 10 Basenpaare (eine Windung). Der Helixdurchmesser beträgt 2 nm. Der Abstand zwischen den Kohlenhydratkomponenten zweier gepaarter Nukleotide beträgt 1,1 nm. Die Länge des Nukleinsäuremoleküls erreicht Hunderttausende Nanometer. Dies ist viel größer als das größte Protein-Makromolekül, das im entfalteten Zustand eine Länge von nicht mehr als 100–200 nm erreicht. Die Masse eines DNA-Moleküls beträgt 6 * 10 -12 g.

Der Vorgang der Vervielfältigung eines DNA-Moleküls wird genannt Reproduzieren . Die Replikation erfolgt wie folgt. Unter Einwirkung spezieller Enzyme (Helikase) werden Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Nukleotiden zweier Ketten aufgebrochen. Die Spirale entfaltet sich. Nach dem Komplementaritätsprinzip werden die entsprechenden DNA-Nukleotide in Gegenwart des Enzyms DNA-Polymerase an die gelösten Bindungen angehängt. Dieser Aufbau kann nur in Richtung 5" → 3" erfolgen. Damit ist die ständige Möglichkeit gemeint, nur einen DNA-Strang zu kopieren (oben in der Abbildung). Dieser Vorgang wird aufgerufen kontinuierliche Replikation. Das Kopieren einer anderen Kette muss jedes Mal von vorne beginnen, da es sonst zu Unterbrechungen in der Kette kommt. Um sie zu beseitigen, wird ein Enzym benötigt – DNA-Ligase. Diese Replikation wird aufgerufen wechselnd.

Diese von Watson und Crick vorgeschlagene Methode der DNA-Replikation ist bekannt als semikonservative Replikation .

Daher bestimmt die Reihenfolge der Nukleotide im „alten“ DNA-Strang die Reihenfolge der Nukleotide im „neuen“, d. h. Die „alte“ DNA-Kette ist sozusagen eine Matrix für die Synthese der „neuen“. Solche Reaktionen nennt man Reaktionen Matrixsynthese ; Sie sind nur für Lebewesen charakteristisch.

Durch die Replikation (Reduplikation) können Sie die Konstanz der DNA-Struktur aufrechterhalten. Das synthetisierte DNA-Molekül ist in der Nukleotidsequenz absolut identisch mit dem Original. Wenn sich unter dem Einfluss verschiedener Faktoren im Replikationsprozess im DNA-Molekül die Anzahl und Reihenfolge der Nukleotide ändert, kommt es zu Mutationen. Als bezeichnet wird die Fähigkeit von DNA-Molekülen, auftretende Veränderungen zu korrigieren und das Original wiederherzustellen Wiedergutmachungen .

DNA-Funktionen:

1) Speicherung erblicher Informationen.

DNA speichert Informationen in Form einer Nukleotidsequenz.

2) Reproduktion und Übertragung genetischer Informationen.

Die Fähigkeit, Informationen an Tochterzellen zu übertragen, wird durch die Fähigkeit der Chromosomen gewährleistet, sich in Chromatiden zu trennen und anschließend DNA-Moleküle zu verdoppeln. Es kodiert genetische Informationen über die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Proteinmolekül. Der Abschnitt der DNA, der Informationen über eine Polypeptidkette trägt, wird als Gen bezeichnet.

3) Strukturell.

DNA ist auf Chromosomen vorhanden Strukturkomponente, d.h. ist die chemische Grundlage des chromosomalen Erbguts (Gens).

4) DNA ist die Vorlage für die Erstellung von RNA-Molekülen.

RNA kommt in allen lebenden Zellen als einzelsträngige Moleküle vor. Es unterscheidet sich von DNA dadurch, dass es Pentose enthält Ribose (anstelle von Desoxyribose) und als eine der Pyrimidinbasen - Uracil (anstelle von Thymin). Es gibt drei Arten von RNA. Dies sind Matrix- oder Informations-RNA (mRNA, mRNA), Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA). Alle drei werden direkt aus DNA synthetisiert und die Menge an RNA in jeder Zelle hängt von der Menge an Protein ab, die diese Zelle produziert.

In einer RNA-Kette werden Nukleotide durch die Bildung kovalenter Bindungen (Phosphodiesterbindungen) zwischen der Ribose eines Nukleotids und dem Phosphorsäurerest eines anderen verknüpft.

Im Gegensatz zu DNA sind RNA-Moleküle ein einzelsträngiges lineares Biopolymer, das aus Nukleotiden besteht.

Doppelsträngige RNAs dienen bei einigen Viren dazu, Erbinformationen zu speichern und zu reproduzieren, d. h. Sie erfüllen die Funktionen von Chromosomen – viraler RNA.

Nukleotide eines RNA-Moleküls können durch die Bildung von Sekundär- und Tertiärstrukturen von RNA-Molekülen komplementäre Beziehungen zu anderen Nukleotiden derselben Kette eingehen.

Reis. Die Struktur der Transfer-RNA.

Ribisomale RNA(rRNA) macht 85 % der gesamten RNA der Zelle aus, sie wird im Nukleolus synthetisiert, in Kombination mit dem Protein ist sie Teil der Ribosomen, Mitochondrien (mitochondriale RNA) und Plastiden (Plastiden-RNA). Enthält 3 bis 5 Tausend Nukleotide. Die Proteinsynthese findet an Ribosomen statt.

Funktionen: rRNA erfüllt eine strukturelle Funktion (Teil von Ribosomen) und ist an der Bildung des aktiven Zentrums von Ribosomen beteiligt, wo während der Proteinbiosynthese Peptidbindungen zwischen Aminosäuremolekülen gebildet werden.

Messenger-RNA(mRNA) macht 5 % der gesamten RNA in Zellen aus. Es wird während der Transkription synthetisiert bestimmten Bereich DNA-Moleküle - Gen. Von der Struktur her ist mRNA komplementär zu einem Abschnitt von DNA-Molekülen, der Informationen über die Synthese eines bestimmten Proteins trägt. Die Länge der mRNA hängt von der Länge des DNA-Abschnitts ab, aus dem die Informationen abgelesen wurden (sie kann aus 300-30.000 Nukleotiden bestehen).

Funktionen: mRNA überträgt Informationen über die Proteinsynthese vom Zellkern zum Zytoplasma an die Ribosomen und wird zu einer Matrix für die Synthese von Proteinmolekülen.

RNA übertragen(tRNA) macht etwa 10 % der gesamten RNA aus, wird im Nukleolus synthetisiert, hat eine kurze Nukleotidkette und befindet sich im Zytoplasma. Es hat eine Kleeblattfunktion. Jede Aminosäure hat ihre eigene Familie von tRNA-Molekülen. Sie liefern die im Zytoplasma enthaltenen Aminosäuren an das Ribosom.

Funktionen: An einem Ende befindet sich ein Nukleotidtriplett (Anticodon), das für eine bestimmte Aminosäure kodiert. Am anderen Ende befindet sich ein Nukleotidtriplett, an das eine Aminosäure gebunden ist. Jede Aminosäure hat ihre eigene tRNA.

Nukleinsäuren sind wie Proteine ​​Biopolymere und haben die Aufgabe, genetische (Erb-)Informationen in lebenden Organismen zu speichern, umzusetzen und zu übertragen.

Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren – Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA). Monomere in Nukleinsäuren sind Nukleotide. Jeder von ihnen enthält eine stickstoffhaltige Base, einen Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen (Desoxyribose in der DNA, Ribose in der RNA) und einen Phosphorsäurerest.

DNA enthält vier Arten von Nukleotiden, die sich in ihrer Zusammensetzung in der stickstoffhaltigen Base unterscheiden – Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Das RNA-Molekül verfügt außerdem über 4 Arten von Nukleotiden mit einer der stickstoffhaltigen Basen – Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil (U). Somit unterscheiden sich DNA und RNA sowohl im Zuckergehalt in Nukleotiden als auch in einer der stickstoffhaltigen Basen (Tabelle 1).

Tabelle 1

Bestandteile von DNA- und RNA-Nukleotiden

DNA- und RNA-Moleküle unterscheiden sich deutlich in ihrer Struktur und Funktion.

Ein DNA-Molekül kann eine große Anzahl von Nukleotiden enthalten – von mehreren Tausend bis zu Hunderten Millionen (wirklich riesige DNA-Moleküle können mit einem Elektronenmikroskop „gesehen“ werden). Strukturell handelt es sich um eine Doppelhelix Polynukleotidketten(Abb. 1) durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den stickstoffhaltigen Basen der Nukleotide verbunden. Dadurch werden Polynukleotidketten fest nebeneinander gehalten.

Bei der Untersuchung verschiedener DNAs (in verschiedenen Arten von Organismen) wurde festgestellt, dass Adenin einer Kette nur an Thymin und Guanin nur an Cytosin einer anderen Kette binden kann. Daher entspricht die Reihenfolge der Nukleotide in einem Strang genau der Reihenfolge ihrer Anordnung im anderen. Dieses Phänomen wurde benannt Komplementarität(d. h. Additionen) und die entgegengesetzten Polynukleotidketten werden aufgerufen komplementär. Dies ist der Grund für die Einzigartigkeit unter allen anorganischen und organische Substanz Eigenschaft der DNA Fähigkeit zur Fortpflanzung oder Verdoppelung(Abb. 2). Dabei divergieren zunächst die komplementären Ketten der DNA-Moleküle (unter dem Einfluss eines speziellen Enzyms werden die Bindungen zwischen den komplementären Nukleotiden der beiden Ketten zerstört). Dann beginnt an jeder Kette die Synthese einer neuen („fehlenden“) Komplementärkette aufgrund freier Nukleotide, die in der Zelle immer in großen Mengen vorhanden sind. Dadurch werden anstelle eines („Eltern-“) DNA-Moleküls zwei („Tochter“) neue gebildet, die in Struktur und Zusammensetzung untereinander sowie mit dem ursprünglichen DNA-Molekül identisch sind. Dieser Prozess geht immer der Zellteilung voraus und sorgt für die Übertragung der Erbinformationen von der Mutterzelle auf die Tochterzelle und alle nachfolgenden Generationen.

Reis. 1. Doppelhelix der DNA. Zwei Ketten werden umeinander gewickelt. Jede Kette (dargestellt als Band) besteht aus abwechselnden Zucker- und Phosphatgruppen. Wasserstoffbrückenbindungen zwischen stickstoffhaltigen Basen (A, T, G und C) halten die beiden Ketten zusammen

Reis. 2.DNA Replikation. Die Doppelhelix wird durch „entfestigt“.Schwache Wasserstoffbrücken verbinden sich komplementär Basen von zwei Ketten. Jede der alten Ketten dient als Matrixfür die Bildung eines neuen: Nukleotide mit komplementärem Basen an der alten Kette ausrichten und verbindenzusammen

RNA-Moleküle sind normalerweise einzelsträngig (im Gegensatz zu DNA) und enthalten eine viel geringere Anzahl an Nukleotiden. Es gibt drei Arten von RNA (Tabelle 2), die sich in der Größe der Moleküle und den ausgeführten Funktionen unterscheiden – Information (mRNA), ribosomal (rRNA) und Transport (tRNA).

Tabelle 2

DreiArtRNA

Boten-RNA (i-RNA) befindet sich im Zellkern und Zytoplasma der Zelle, hat die längste Polynukleotidkette unter den RNAs und übernimmt die Funktion der Übertragung von Erbinformationen vom Zellkern zum Zytoplasma der Zelle.

Transfer-RNA (t-RNA) kommt auch im Zellkern und Zytoplasma der Zelle vor, ihre Kette hat die komplexeste Struktur und ist auch die kürzeste (75 Nukleotide). T-RNA liefert während der Translation – der Proteinbiosynthese – Aminosäuren an Ribosomen.

Ribosomale RNA (r-RNA) kommt im Nukleolus und in den Ribosomen der Zelle vor und hat eine Kette mittlerer Länge. Alle Arten von RNA entstehen bei der Transkription der entsprechenden DNA-Gene.

Erinnern!

Warum werden Nukleinsäuren als Heteropolymere klassifiziert?

Sie bestehen aus verschiedenen Monomeren – Nukleotiden, aber die Nukleotide selbst unterscheiden sich in einigen Strukturen.

Was ist ein Nukleinsäuremonomer?

Nukleotide

Welche Funktionen von Nukleinsäuren kennen Sie?

Speicherung und Übermittlung erblicher Informationen. DNA enthält Informationen über die Primärstruktur aller Proteine, die der Körper benötigt. Diese Informationen werden in einer linearen Folge von Nukleotiden aufgezeichnet. Da Proteine ​​eine wichtige Rolle im Leben des Körpers spielen und an der Struktur, Entwicklung und dem Stoffwechsel beteiligt sind, kann man argumentieren, dass die DNA Informationen über den Körper speichert. In der RNA erfüllt jeder seiner Typen seine Funktion abhängig von seiner Struktur. mRNA ist eine Kopie eines DNA-Abschnitts, der Informationen über die Anzahl, Zusammensetzung und Reihenfolge der Aminosäurereste enthält, die die Struktur und Funktionen eines Proteinmoleküls bestimmen. Diese RNA enthält einen Plan zum Aufbau eines Polypeptidmoleküls. tRNA – ihre Aufgabe besteht darin, ein Aminosäuremolekül zu binden und es zum Ort der Proteinsynthese zu transportieren. rRNA – verbindet sich mit einem Protein und bildet spezielle Organellen – Ribosomen, auf denen Proteinmoleküle in der Zelle jedes lebenden Organismus zusammengesetzt werden.

Welche Eigenschaften von Lebewesen werden direkt durch die Struktur und Funktionen von Nukleinsäuren bestimmt?

Vererbung, Variabilität, Reproduktion

Überprüfen Sie Fragen und Aufgaben

1. Was sind Nukleinsäuren? Warum haben sie so einen Namen bekommen?

Nukleinsäuren sind Biopolymere, deren Monomere Nukleotide sind. Von lat. „Nukleos“ – der Kern, da diese Säuren im Kern lokalisiert oder synthetisiert werden, oder in Prokaryoten wird die Funktion der Kerninformation vom Nukleoid (DNA oder RNA) übernommen.

2. Welche Arten von Nukleinsäuren kennen Sie?

DNA, RNA: i-RNA, t-RNA, r-RNA.

4. Nennen Sie die Funktionen der DNA. Wie hängen Struktur und Funktionen der DNA zusammen?

Speicherung und Übertragung von Erbinformationen – die DNA befindet sich ausschließlich im Zellkern.

Das DNA-Molekül ist zur Selbstreplikation durch Verdoppelung fähig. Unter der Wirkung von Enzymen entwindet sich die Doppelhelix der DNA, Bindungen zwischen stickstoffhaltigen Basen werden aufgebrochen.

DNA enthält Informationen über die Primärstruktur aller Proteine, die der Körper benötigt. Diese Informationen werden in einer linearen Folge von Nukleotiden aufgezeichnet.

Da Proteine ​​eine wichtige Rolle im Leben des Körpers spielen und an der Struktur, Entwicklung und dem Stoffwechsel beteiligt sind, kann man argumentieren, dass die DNA Informationen über den Körper speichert.

5. Welche Arten von RNA gibt es in der Zelle, wo werden sie synthetisiert? Listen Sie ihre Funktionen auf.

i-RNA, t-RNA, r-RNA.

i-RNA – im Zellkern auf der DNA-Vorlage synthetisiert, ist die Grundlage für die Proteinsynthese.

tRNA ist der Transport von Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese – zu Ribosomen.

rRNA – wird in den Nukleolen des Zellkerns synthetisiert und bildet die Ribosomen selbst der Zelle.

Alle Arten von RNA werden auf einer DNA-Vorlage synthetisiert.

6. Reicht es aus zu wissen, welches Monosaccharid Teil von Nukleotiden ist, um zu verstehen, um welche Art von Nukleinsäure es sich handelt?

Ja, RNA enthält Ribose.

DNA enthält Desoxyribose.

RNA-Typen können nicht anhand eines Monosaccharids erkannt werden.

7. Ein Fragment einer DNA-Kette hat die folgende Zusammensetzung: A-G-C-G-C-C-C-T-A-. Vervollständigen Sie den zweiten Strang unter Anwendung des Komplementaritätsprinzips.

A-G-C-G-C-C-C-T-A

T-C-G-C-G-G-G-A-T

Denken! Erinnern!

1. Warum gibt es in Zellen drei Arten von RNA-Molekülen, aber nur eine Art von DNA?

DNA ist das größte Molekül, sie kann den Zellkern nicht verlassen, die Poren sind zu klein. RNA besteht aus kleinen Molekülen, von denen jedes seine eigene Funktion erfüllt und während seiner Arbeit verschiedene Funktionen in der Zelle bereitstellt. Auf der DNA-Matrix können viele Arten von RNA gleichzeitig synthetisiert werden, und alle erfüllen ihre Funktionen.

3. Welche Arten von RNA werden in allen Organismen gleich sein? Welcher RNA-Typ weist die höchste Variabilität auf? Erläutern Sie Ihren Standpunkt.

i-RNA und t-RNA werden für alle Organismen gleich sein, da die Proteinbiosynthese einem einzigen Mechanismus folgt und t-RNA die gleichen 20 Aminosäuren trägt. rRNA kann unterschiedlich sein.