Нуклеотиду присоединяются друг к другу таким образом что
Что такое нуклеотид в биологии?
Молекула нуклеотида имеет в своем составе сахар, фосфат и азотистую основу. Как эти простые компоненты позволяют нуклеотидам объединяться вместе, чтобы создавать такие полимеры, как ДНК и РНК, а также молекулы, несущие энергию, такие как АТФ?
Нуклеотиды: часть структуры ДНК
Что такое нуклеотид? Чтобы это понять, нужно представить себе ДНК. Попав в ядро клетки и распутав хромосомы, можно увидеть тонкую двойную нить. При масштабировании можно увидеть, что каждая из этих нитей состоит из небольших строительных блоков, называемых нуклеотидами.
Если ДНК выглядит как скрученная лестница, каждый строительный блок или нуклеотид включает половину ступени и немного вертикальной части лестницы. Другая половина ступени относится к соседней цепочке ДНК. Нуклеотиды также могут существовать сами по себе или быть частью других важных молекул, помимо ДНК. Например, энергетический носитель АТФ представляет собой форму нуклеотида.
Компоненты нуклеотида
В состав нуклеотида входят такие компоненты, как азотистая основа, сахар и один или несколько фосфатов. Стоит рассмотреть каждый их них более подробно:
Типы нуклеотидов
Когда нуклеотиды полимеризуются или объединяются вместе, они образуют нуклеиновую кислоту, такую как ДНК или РНК. Каждый нуклеотидный фосфат присоединяется к другому сахару, образуя сахар-фосфатную основу с азотистыми основаниями. Нуклеозид является частью нуклеотида, который состоит только из сахара и основания. Таким образом, мы можем говорить о нуклеотиде как о нуклеозиде и фосфатах:
Какие различают типы нуклеотидов, какова их структура и как изменение одного нуклеотида может повлиять на выживание организма?
ДНК человека состоит из нуклеотидов, которые в основном представляют собой субэлементное измерение ДНК, выстраиваемое парами. Есть около 3 миллиардов этих пар, также называемых парами оснований. Какое можно дать определение нуклеотиду? Каждый сперматозоид и каждая яйцеклетка содержат примерно шесть миллиардов отдельных нуклеотидов в своем ядре, которые организованы в компактные молекулы ДНК. Это облегчает их хранение и перемещение.
Итак, что такое нуклеотиды? Они действуют как особый язык, который используется для написания рецептов химических веществ, создаваемых вашим организмом, в частности белков. Большинство участков нуклеотидов называют нежелательной ДНК, потому что они ничего не кодируют. Тем не менее есть небольшая доля, которая имеет решающее значение для вашего выживания и делает вас такими, какие вы есть. Этот 2 % кода нуклеотидов для каждого белка, который ваш организм производит и имеет на участках ДНК, называемых генами. Каждый ген кодирует цепь аминокислот, которая приводит к образованию определенного белка.
Мутации, которые являются изменениями в ДНК-клетки, с участием одного нуклеотида, могут показаться тривиальными, учитывая, что в геноме человека так много нуклеотидов, но, когда они происходят на определенных генах, они могут привести к опасным для жизни заболеваниям. Чтобы лучше понять этот механизм, нужно сначала взглянуть на некоторые основы нуклеотидов.
Структура нуклеотидов
Нуклеотиды представляют собой мономеры (или строительные блоки) нуклеиновых кислот и состоят из 5-углеродного сахара, фосфатной группы и азотистого основания. Как уже было сказано, сахар и основание вместе образуют нуклеозид. Добавление фосфатной группы превращает молекулу в нуклеотид. Нуклеотиды называются в соответствии с азотистым основанием, которое они содержат, и сахаром, присоединенным к нему (например, дезоксирибозой в ДНК-нуклеотидах и рибозе в РНК). Какие нуклеотиды в ДНК и РНК? Всего существует восемь различных нуклеозидов в ДНК и РНК:
Существуют и другие важные нуклеотиды, такие как те, которые участвуют в метаболизме (например, АТФ) и клеточной передаче сигналов (например, ГТФ).
Связывание нуклеотидов
Для создания цепей полимера (или нескольких единиц), которые приводят к образованию РНК и ДНК, нуклеотиды соединяются друг с другом через сахарофосфатный скелет, который образуется, когда фосфат одного нуклеотида присоединяется к сахару другого. Это возможно благодаря сильным ковалентным связям, называемым фосфодиэфирными связями.
Поскольку ДНК представляет собой двухцепочечную молекулу, две из этих полимерных цепей должны присоединяться друг к другу, как лестница. «Ступеньки» состоят из пар нуклеотидов, которые соединяют две стороны лестницы с помощью водородных связей. Что такое нуклеотид? Это структурная единица ДНК, которая состоит из азотистого основания и сахар-фосфатной основной цепи, состоящей из фосфатной группы и сахара. ДНК состоит из многих нуклеотидов, которые содержат и защищают генетические коды организма.
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, которые наряду с белками играют важную роль в клетках всех живых организмов. Эти соединения ответственны за хранение, передачу и реализацию наследственной информации. Что такое нуклеотиды? Это мономеры нуклеиновых кислот.
Между частями нуклеотида возникают ковалентные химические связи, которые образуются в результате реакций конденсации. Такие реакции являются обратными гидролизу. Интересным фактом является то, что молекулы ДНК обычно не только длиннее, чем молекулы РНК, но и включают в себя две цепочки, которые соединены друг с другом при помощи водородных связей, возникающих между азотистыми основаниями.
Презентация была опубликована 7 лет назад пользователемДанила Самылкин
Похожие презентации
Презентация на тему: » 1 Основы метода Полимеразной Цепной Реакции (ПЦР) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии.» — Транскрипт:
1 1 Основы метода Полимеразной Цепной Реакции (ПЦР) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии (ФГУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора)
2 2 Строение нуклеиновых кислот Нуклеиновые кислоты ДНК дезоксирибонуклеиновая кислота. Содержит генетическую информацию. РНК рибонуклеиновая кислота, участвует в синтезе белка. Нуклеотиды – мономеры, из которых состоят нуклеиновые кислоты.
3 3 ДНК- структура Генетический материал в человеческой клетке представлен двойной цепью ДНК, содержащей в целом 3 миллиарда пар оснований. Если нить ДНК вытянуть, то ее длина составит около 2 метров.Примечательно, что ДНК настолько компактно свернута в спираль, что в составе клеточного ядра ее диаметр составляет тысячную миллиметра. Две нити ДНК свернуты таким образом, что они формируют двойную спираль. В свою очередь, эта двойная спираль также свернута в спираль с тем, чтобы она могла разместиться внутри клетки.
4 4 Строение нуклеотидов Каждый нуклеотид состоит из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара ( пентозы) и азотсодержащего основания. Когда нуклеотиды полимеризуются фосфатная группа одного нуклеотида связывается с сахаром другого нуклеотида, а последний в свою очередь ковалентно связан с молекулой азотистого основания. Нуклеотиды – присоединяются друг к другу таким образом, что фосфатная группа одного присоединяется ковалентно к сахару другого и образуют сахаро-фосфатный остов молекулы. Азотистые основания располагаются по одну сторону от него.
5 5 Строение нуклеотидов
6 6 Состав нуклеотидов Дезоксиаденозинтрифосфат = д АТФДезоксигуанозинтрифосфат = дГТФ Дезоксицитидинтрифосфат = д ЦТФДезокситимидинтрифосфат = дТТФ
7 7 Образование цепи ДНК 5-G-A-A-T-C-T-A-C-A-3
8 8 Образование двухцепочечной ДНК. Принцип комплементарности. дЦМФ дГМФ д ТМФдАМФ дГМФ дЦМФ д АМФдТМФ
9 9 Комплементарность Комплементарность – последовательность нуклеотидов в одной цепи автоматически определяет строго соответствующую ей последовательность нуклеотидов в комплементарной ей цепи.Так азотистое основание Аденин (А) всегда взаимодействует только с комплементарным ему азотистым основанием Тимин (Т) в молекулах ДНК. Комплементарность оснований обеспечивается системой водородных связей
10 10 Функции ДНК 1. ДНК является носителем генетической информации. Функция обеспечивается фактом существования генетического кода. 2. Воспроизведение и передача генетической информации в поколениях клеток и организмов. Функция обеспечивается процессом репликации. 3. Реализация генетической информации в виде белков, а так же любых других соединений, образующихся с помощью белков- ферментов.Функция обеспечивается процессами транскрипции и трансляции.
11 11 Полимеразная цепная реакция для детекции РНК Геномы некоторых вирусов, имеющих большое клиническое значение, состоят не из ДНК, а из РНК. Наиболее значимые из них – вирусы иммунодефицита человека (ВИЧ), гепатита с (ВГС) и семейство энтеровирусов
14 14 Репликация ДНК Определение : процесс, осуществляемый комплексом ферментов и белков, выполняющих топологическую функцию, суть которого в образовании идентичных копий ДНК для передачи генетической информации в поколениях клеток и организмов, называют репликацией ДНК.
15 15 Механизм репликации ДНК в клетке
16 16 Центральная догма молекулярной биологии Генетическая информация сначала переводится на язык рибонуклеотидов (ДНК транскрибируется в РНК), а затем – аминокислот (РНК транслируется в белки). Гены – это только те сегменты ДНК, которые кодируют белки
17 17 Геном как фундаментальный таксономический признак Структурная организация генома является фундаментальным таксонмическим признаком,лежащими в основе систематики животного и растительного мира. В соответствии со структурной организацией генома все живые организмы разделяютя на два надцарства: прокариот и эукариот. К прокариотам относят организмы, геном которых не заключен в ядро, ограниченное ядерной мембраной, и его редупликация не сопровождается митозом. Клетки эукариот содержат оформленное ядро, и редупликация их генома сопровождается митозом. Митоз-деление клеточного ядра, при котором образуются два дочерних ядра с наборами хромосом, идентичными наборам родительской клетки.
19 19 НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА РЕГУЛЯЦИЮ РАБОТЫ ГЕНОВ ЭУКАРИОТ Некоторые интронные РНК и даже часть экзонных принимают участие в регуляции работы генов, связываясь с молекулами ДНК, другими РНК и белками. Воздействуя на синтез белков на различных уровнях, некодирующие РНК могут служить дополнительным источником генетической информации.
20 20 Репликация ДНК в клетке – прообраз Полимеразной Цепной Реакции. Полимеразная цепная реакция достаточно точно повторяет принципы естественной репликации ДНК. ПЦР представляет собой трехступенчатый процесс (цикл), который повторяется заданное количество раз
21 21 Основные компоненты ПЦР- смеси Буферный раствор Mg ++ Праймеры дНТФ ДНК-полимераза (Taq, Tth) Исследуемый препарат ДНК
22 22 Олигонуклеотидные праймеры из подобранной пары должны быть комплементарны противоположным цепям ДНК и при этом ограничивать выбранный участок так, что при их ферментативном удлинении вновь синтезируемые цепи ДНК будут расти навстречу друг другу. Из этого следует, что для выбора, и синтеза самих олигонуклеотидных праймеров исследователю должна быть известна какая-то часть последовательности ДНК в выбранных регионах. (Случаи использования в качестве затравочных молекул праймеров с произвольной выбранной последовательностью нуклеотидов не рассматриваются). Кроме того, на праймеры накладывается масса других ограничений с целью исключения их нежелательной гомологии, формирования вторичной структуры, при этом необходимо учесть также температуры отжига каждого из них на матрице ДНК. Все это достаточно подробно рассматривается в специальной температуре. Более того, существует множество специальных компьютерных программ, позволяющих выбрать наиболее оптимально подходящие праймеры для каждого эксперимента.
24 24 Анализ нуклеотидных последовательностей микроорганизмов для выбора праймеров
25 25 Термостабильная ДНК- полимераза – основа автоматизации цикличности ПЦР
26 26 Что касается фермента ДНК-полимеразы, то, несмотря на то, что в первых опытах по амплификации ДНК это был простой Кленовский фрагмент ДНК-полимеразы I и его использование для этой цели принципиально возможно и сейчас, в настоящее время необходимо применять термостабильные ДНК-полимеразы, выдерживающие температуру 95 о С в течение значительного промежутка времени. Периодический нагрев реакционной смеси до столь высокой температуры вызван циклическим характером протекания реакции амплификации ДНК и предназначен для денатурации цепей ДНК (как исходных, так и вновь синтезированных).
29 29 Этапы ПЦР Денатурация ДНК (95 о С) Отжиг праймеров (55-65 о С) Полимеризация цепей ДНК (72 о С)
30 30 Цикличность реакции амплификации Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация Отжиг праймеров Полимеризация Денатурация N=1 N=40 N – количество циклов ПЦР
31 31 Программируемые термостаты (амплификаторы)
32 32 Накопление продукта ПЦР
33 33 Экспоненциальный характер накопления продуктов ПЦР Первый цикл ПЦР. ДНК-мишень фланкирована последовательностями 1- 2 в одной цепи и последовательностями 1 – 2 – в другой. К образцу ДНК добавляют праймеры (Р1 и Р2), ДНК – полимеразу Taq и четыре дезоксирибрнуклеозидтрифосфата (dNTP). Смесь нагревают до 95 о С, инкубируют в течение 1 мин и медленно охлаждают до 55 о С (температура отжига). При этой температуре праймеры, добавленные в избытке, спариваются с разделенными цепями. В этих условиях происходит синтез обеих цепей ДНК, начинающийся с 3- гидроксильных концов праймеров. Каждая из синтезированных цепей имеет гораздо большую длину, чем расстояние от 3 – гидроксильной группы «ее» праймера до концевого нуклеотида последовательности, комплементарной второму праймеру. Эти цепи служат матрицами во втором цикле ПЦР
35 35 Третий цикл Третий цикл ПЦР. При отжиге праймеры гибридизуются с комплементарными участками исходных цепей, а также «длинных» и «коротких» матриц. При ферментативном синтезе in vitro на исходных цепях синтезируются «длинные матрицы», а на «длинных» и «коротких» матрицах – только «короткие матрицы».
36 36 Тридцатый цикл Тридцатый цикл ПЦР. На этом этапе в реакционной смеси содержится практически одни короткие матрицы
37 37 Экспоненциальный характер течения ПЦР
38 38 Резюме по ПЦР Этот трехступенчатый цикл (денатурация, отжиг, удлинение цепи), занимающий 2-3 минуты, может быть повторен многократно. Этот процесс ПЦР называется амплификацией, потому, что происходит копирование изначальной последовательности и затем каждая копия, в свою очередь, копируется снова и снова, пока их число не достигнет миллионов. Каждая новая нить ДНК служит матрицей для ферментативного синтеза цепей в следующем цикле. Теоретически, каждый новый цикл удваивает количество копий ДНК; в первом цикле их образуется 2, затем 4, затем 8, затем 16, т.н происходит экспоненциальное нарастание количества копий. Это и есть Цепная реакция в методе ПЦР. Теоретически, в результате 20 циклов образуется миллион копий, в результате 30 – миллиард. ПЦР позволяет получить количество материала, достаточное для детекции ДНК.
39 39 Электрофорез – метод детекции продуктов ПЦР
40 40 Размер ампликона можно оценить, сравнив его пробег с пробегом молекул ДНК известной длины, которые входят в состав маркера для ЭФ разделения ДНК 800 п.н. 500 п.н. 400 п.н. 300 п.н. 200 п.н. 100 п.н. Маркеры Ампликоны c b a a – 800 п.н. b – 450 п.н. c – 400 п.н.
42 42 Тестирование панели контрольных образцов, содержащих хламидии 16- Внутренний контрольный образец (ВКО) 17-Положительный контрольный образец (ПКО) Клинические пробы 18-Маркер длины
43 43 Электрофорез в агарозном геле
45 45 М ОК ПК К+К ОК ПК К+ К- М
46 46 Основной принцип технологии Real-time PCR и гибридизационно-флуоресцентной детекции 1. Определение выхода продукта реакции после каждого цикла амплификации 2. Построение по этим данным кинетической кривой PCR 3. Определение относительной концентрации субстрата на основании анализа этой кривой Типы Real-time 1. Применение интеркалирующих флуоресцентных агентов, флуоресценция которых значительно возрастает при связывании с двухцепочечной ДНК. 2. Использование меченых флуоресцентными агентами олигонуклеотидных проб, комплементарных участкуPCR-продукта
48 48 Основные характеристики ПЦР Высокая чувствительность, основанная на экспоненциальном принципе накопления продукта. Высокая специфичность, основанная на выявлении уникальных для микро- (макро)-организма участков генетического материала. Метод прямого выявления возбудителя, основанный на универсальности способа хранения и передачи генетической информации живой материи.
49 49 Этапы ПЦР-анализа Обработка клинического материала ПЦР Детекция продуктов амплификации
Уроки биологии в классах естественно-научного профиля
Расширенное планирование, 10 класс
Нуклеотиды соединяются между собой в ходе реакции конденсации. При этом между 3′-атомом углерода остатка сахара одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает сложная эфирная связь. В результате образуются неразветвленные полинуклеотидные цепи. Один конец полинуклеотидной цепи (его называют 5′-концом) заканчивается молекулой фосфорной кислоты, присоединенной к 5′-атому углерода, другой (его называют 3′-концом) – ионом водорода, присоединенным 3′-атому углерода. Цепь последовательно расположенных нуклеотидов составляет первичную структуру ДНК.
Образование первичной структуры ДНК
Таким образом, скелет полинуклеотидной цепочки углеводно-фосфатный, т.к. нуклеотиды соединяются друг с другом путем образования ковалентных связей (фосфодиэфирных мостиков), в которых фосфатная группа образует мостик между С3-атомом одной молекулы сахара и С5-атомом следующей. Прочные ковалентные связи между нуклеотидами уменьшают риск «поломок» нуклеиновых кислот.
Если в составе полинуклеотида, образованного четырьмя типами нуклеотидов, 1000 звеньев, то количество возможных вариантов его состава 4 1000 (это цифра с 6 тыс. нулей). Поэтому всего четыре типа нуклеотидов могут обеспечить огромное разнообразие нуклеиновых кислот и той информации, которая содержится в них.
В 1950 г. английский физик Морис Уилкинс получил рентгенограмму ДНК. Она показала, что молекула ДНК имеет определенную структуру, расшифровка которой помогла бы понять механизм ее функционирования. Рентгенограммы, полученные на высокоочищенной ДНК, позволили Розалинд Франклин увидеть четкий крестообразный рисунок – опознавательный знак двойной спирали. Стало известно, что нуклеотиды расположены друг от друга на расстоянии 0,34 нм, а на один виток спирали их приходится 10.
Двойная спираль ДНК
Диаметр молекулы ДНК составляет около 2 нм. Из рентгенографических данных, однако, было не ясно, каким образом две цепи удерживаются вместе.
Картина полностью прояснилась в 1953 г., когда американский биохимик Джеймс Уотсон и английский физик Фрэнсис Крик, рассмотрев совокупность известных данных о строении ДНК, пришли к выводу, что сахарофосфатный остов находится на периферии молекулы ДНК, а пуриновые и пиримидиновые основания – в середине.
Сахарофосфатный остов ДНК
Д.Уотсон и Ф.Крик установили, что две полинуклеотидные цепи ДНК закручены вокруг друг друга и вокруг общей оси. Цепи ДНК – антипараллельны (разнонаправлены), т.е. против 3′-конца одной цепи находится 5′-конец другой (представьте себе двух змей скрутившихся в спираль, – голова одной к хвосту другой). Спираль обычно закручена вправо, но есть случаи образования и левой спирали.
Еще до открытия Уотсона и Крика, в 1950 г. австралийский биохимик Эдвин Чаргафф установил, что в ДНК любого организма количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых, а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству цитозиловых нуклеотидов (А=Т, Г=Ц), или суммарное количество пуриновых азотистых оснований равно суммарному количеству пиримидиновых азотистых оснований (А+Г=Ц+Т). Эти закономерности получили название «правила Чаргаффа».
Дело в том, что при образовании двойной спирали всегда напротив азотистого основания аденин в одной цепи устанавливается азотистое основание тимин в другой цепи, а напротив гуанина – цитозин, то есть цепи ДНК как бы дополняют друг друга. А эти парные нуклеотиды комплементарны друг другу (от лат. complementum – дополнение). Мы уже несколько раз сталкивались с проявлением комплементарности (комплиментарны друг другу активный центр фермента и молекула субстрата; комплементарны друг другу антиген и антитело).
Почему же этот принцип соблюдается? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить о химической природе азотистых гетероциклических оснований. Аденин и гуанин относятся к пуринам, а цитозин и тимин – к пиримидинам, то есть между азотистыми основаниями одной природы связи не устанавливаются. К тому же комплементарные основания соответствуют друг другу геометрически, т.е. по размерам и форме.
Таким образом, комплементарность нуклеотидов – это химическое и геометрическое соответствие структур их молекул друг другу.
В азотистых основаниях имеются сильноэлектроотрицательные атомы кислорода и азота, которые несут частичный отрицательный заряд, а также атомы водорода, на которых возникает частичный положительный заряд. За счет этих частичных зарядов возникают водородные связи между азотистыми основаниями антипараллельных последовательностей молекулы ДНК.
Образование водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями
Между аденином и тимином возникают две водородные связи (А=Т), а между гуанином и цитозином – три (Г=Ц). Подобное соединение нуклеотидов обеспечивает, во-первых, образование максимального числа водородных связей, а во-вторых, одинаковое по всей длине спирали расстояние между цепями.
Из всего выше сказанного вытекает, что, зная последовательность нуклеотидов в одной спирали, можно выяснить порядок следования нуклеотидов на другой спирали.
Двойная комплементарная цепь составляет вторичную структуру ДНК. Спиральная форма ДНК является ее третичной структурой.
Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала; решение задач.
Задача 1. В лаборатории исследован участок одной из цепочек молекулы ДНК. Оказалось, что он состоит из 20 мономеров, которые расположены в такой последовательности: Г-Т-Г-Т-А-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-Г-А-Т-А-Ц-Т-Г-Т-А.
Что можно сказать о строении соответствующего участка второй цепочки той же молекулы ДНК?
Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определим последовательность нуклеотидов второй цепи той же молекулы ДНК: Ц-А-Ц-А-Т-Т-Г-Ц-Т-Г-Г-Ц-Т-А-Т-Г-А-Ц-А-Т.
Задача 2. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т.
1. Нарисуйте схему структуры второй цепи данной молекулы ДНК.
2. Какова длина в нм этого фрагмента ДНК, если один нуклеотид занимает около 0,34 нм?
3. Сколько (в %) содержится нуклеотидов в этом фрагменте молекулы ДНК?
1. Достраиваем вторую цепь данного фрагмента молекулы ДНК, пользуясь правилом комплементарности: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А.
2. Определяем длину данного фрагмента ДНК: 12х0,34=4,08 нм.
3. Рассчитываем процентное содержание нуклеотидов в этом фрагменте ДНК.
24 нуклеотида – 100%
8А – х%, отсюда х=33,3%(А);
т.к. по правилу Чаргаффа А=Т, значит содержание Т=33,3%;
24 нуклеотида – 100%
4Г – х%, отсюда х=16,7%(Г);
т.к. по правилу Чаргаффа Г=Ц, значит содержание Ц=16,6%.
Ответ: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А; 4,08 нм; А=Т=33, 3%; Г=Ц=16,7%
Задача 3. Каков будет состав второй цепочки ДНК, если первая содержит 18% гуанина, 30% аденина и 20% тимина?
1. Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определяем содержание нуклеотидов (в %) во второй цепи:
т.к. в первой цепи Г=18%, значит во второй цепи Ц=18%;
т.к. в первой цепи А=30%, значит во второй цепи Т=30%;
т.к. в первой цепи Т=20%, значит во второй цепи А=20%;
2. Определяем содержание в первой цепи цитозина (в %).
суммируем содержание трех других типов нуклеотидов в первой цепи ДНК: 18% + 30% + 20% = 68% (Г+А+Т);
определяем долю цитозина в первой цепи ДНК: 100% – 68% = 32% (Ц);
если в первой цепи Ц=32%, тогда во второй цепи Г=32%.
Ответ: Ц=18%; Т=30%; A=20%; Г=32%
Задача 4. В молекуле ДНК насчитывается 23% адениловых нуклеотидов от общего числа нуклеотидов. Определите количество тимидиловых и цитозиловых нуклеотидов.
1. По правилу Чаргаффа находим содержание тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: А=Т=23%.
2. Находим сумму (в %) содержания адениловых и тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 23% + 23% = 46%.
3. Находим сумму (в %) содержания гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 100% – 46% = 54%.
4. По правилу Чаргаффа, в молекуле ДНК Г=Ц, в сумме на их долю приходится 54%, а по отдельности: 54% : 2 = 27%.
Задача 5. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 тыс., из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Относительная молекулярная масса одного нуклеотида в среднем 345. Сколько содержится нуклеотидов по отдельности в данной ДНК? Какова длина ее молекулы?
1. Определяем, сколько адениловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 8625 : 345 = 25.
2. По правилу Чаргаффа, А=Г, т.е. в данной молекуле ДНК А=Т=25.
3. Определяем, сколько приходится от общей молекулярной массы данной ДНК на долю гуаниловых нуклеотидов: 69 000 – (8625х2) = 51 750.
4. Определяем суммарное количество гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной ДНК: 51 750:345=150.
5. Определяем содержание гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов по отдельности: 150:2 = 75;
6. Определяем длину данной молекулы ДНК: (25 + 75) х 0,34 = 34 нм.
Ответ: А=Т=25; Г=Ц=75; 34 нм.
Задача 6. По мнению некоторых ученых общая длина всех молекул ДНК в ядре одной половой клетки человека составляет около 102 см. Сколько всего пар нуклеотидов содержится в ДНК одной клетки (1 нм = 10–6 мм)?
1. Переводим сантиметры в миллиметры и нанометры: 102 см = 1020 мм = 1 020 000 000 нм.
2. Зная длину одного нуклеотида (0,34 нм), определяем количество пар нуклеотидов, содержащихся в молекулах ДНК гаметы человека: (10 2 х 10 7 ) : 0,34 = 3 х 10 9 пар.
Изучить параграф учебника и записи, сделанные в классе (содержание, молекулярная масса нуклеиновых кислот, строение нуклеотида, правило Чаргаффа, принцип комплементарности, образование двухцепочечной молекулы ДНК), решить задачи после текста параграфа.
Оборудование: таблицы по общей биологии; схема строения нуклеотида; модель строения ДНК; схемы и рисунки, иллюстрирующие строение РНК, процессы репликации и транскрипции.
Работа по карточкам
Карточка 1. Укажите принципиальные отличия строения молекулы ДНК от молекул других биополимеров (белков, углеводов).
Карточка 2. На чем основана огромная информационная емкость ДНК? Например, в ДНК млекопитающих содержится 4–6 млрд бит информации, что соответствует библиотеке в 1,5–2 тыс. томов. Как эта функция отражена в строении?
Карточка 3. При нагревании ДНК, как и белки, денатурирует. Как вы думаете, что при этом происходит с двойной спиралью?
1. Нуклеиновые кислоты, их содержание в живом веществе, молекулярная масса.
2. НК – непериодические полимеры. Строение нуклеотида, типы нуклеотидов.
3. Соединение нуклеотидов в цепь.
4. Образование двухцепочечной молекулы ДНК.
5. Правила Чаргаффа. Сущность принципа комплементарности.
Проверка правильности решения задач, приведенных в учебнике.
Основу жизни образуют белки. Функции их в клетке очень разнообразны. Однако белки «не умеют» размножаться. А вся информация о строении белков содержится в генах (ДНК).
У высших организмов белки синтезируются в цитоплазме клетки, а ДНК сокрыта за оболочкой ядра. Поэтому ДНК непосредственно не может быть матрицей для синтеза белка. Эту роль выполняет другая нуклеиновая кислота – РНК.
Молекула РНК представляет собой неразветвленный полинуклеотид, обладающий третичной структурой. Она образована одной полинуклеотидной цепочкой, и, хотя входящие в ее состав комплементарные нуклеотиды также способны образовывать между собой водородные связи, эти связи возникают между нуклеотидами одной цепочки. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. Если содержание ДНК в клетке относительно постоянно, то содержание РНК сильно колеблется. Наибольшее количество РНК в клетках наблюдается во время синтеза белка.
Сахарофосфатный остов РНК
РНК принадлежит главная роль в передаче и реализации наследственной информации. В соответствии с функцией и структурными особенностями различают несколько классов клеточных РНК.