Молекулярные основы эволюции (белки, нуклеиновые кислоты, первичный и вторичный генетический коды)
Страница 2

Информация » Естествознание на молекулярном уровне » Молекулярные основы эволюции (белки, нуклеиновые кислоты, первичный и вторичный генетический коды)

Первичная структура нуклеиновых кислот (Н.к.) представляет собой последовательность остатков нуклеотидов. Последние в молекуле Н.к. образуют неразветвленные цепи. В зависимости от природы углеводного остатка в нуклеотиде Н.к. подразделяют соответственно на дезоксирйбонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты. В молекуле ДНК гетероциклы, входящие в остаток нуклеотида, представлены двумя пуриновыми основаниями – адeнином (А) и гуанином (G), и двумя пиримидиновыми основаниями – тимином (Т) и цитозином (С); РНК вместо Т содержит урацил (U). Кроме того, в Н.к. в небольших количествах обнаруживаются модифицированные остатки нуклеозидов – минорные нуклеозиды.

Свойства ДНК и РНК различны. Так, РНК легко расщепляется щелочами до мононуклеотидов, в то время как в тех же условиях стабильны. Это структурное различие определяет и меньшую устойчивость к воздействию кислот N‑гликозидных связей (связь между гетероциклом и остатком рибозы) в ДНК по сравнению с РНК.

Дсзоксирибонуклепновые кислоты. Нуклеотидный состав ДНК подчиняется ряду правил (правила Чаргаффа), важнейшее среди которых – одинаковое содержание А и Т, G и С у любой клеточной ДНК. Нуклеотидный состав РНК подобным правилам не подчиняется.

Пространствю структура ДНК описывается как комплекс двух полинуклеотидных антипараллельных цепей (рис. 1), закрученных относительно общей оси. Комплементарное спаривание А с Т и G с С осуществляется посредством водородных связей.

3058-14.jpg

Рис. 1. Двойная спираль ДНК (стрелками показано направление полинуклеотидной цепи)

Установлено, что молекула ДНК в клетке представляет собой совокупность генов, регуляторных участков, районов, участвующих в организации генов в хромосомах.

Рибонуклеиновые кислоты.

РНК, как правило, построены из одной полинуклеотидной цепи, характерный элемент вторичной структуры которой – «шпильки», перемежающиеся однотяжевыми участками (рис. 2). Шпилька – двутяжевая спиральная структура, образующаяся в результате комплементарного спаривания оснований (А с U и G с С). Шпильки и соединяющие их однотяжевые участки РНК укладываются в компактную третичную структуру. Для РНК вторичная структура имеет характерную форму, которую называют «клеверным листом». Известны редкие примеры целиком двухспиральных молекул РНК.

3058-16.jpg

Рис. 2

Получение Н.к.

В клетках Н.к. связаны с белками, образуя нуклеопротеиды. Выделение Н.к. сводится преимущественно к очистке их от белков. Для этого препараты, содержащие Н.к., обрабатывают ПАВ и экстрагируют белки фенолом. Последняя очистка и фракционирование Н.к. проводятся с помощью ультрацентрифугирования, различных видов жидкостной хроматографии и гель-электрофореза. Для получения индивидуальных Н.к. обычно используют различные варианты последнего метода.

Историческая справка.

Н.к. открыты в 1869–72 Ф. Мишером в ядрах (отсюда назв.: лат. nucleus‑ядро) клеток гноя и в сперме лосося. В 1889 Р. Альтман выделил их в чистом виде (им же предложен термин «Нуклеиновые кислоты»). В 1944 О. Эйвери показал, что с помощью ДНК наследственные признаки могут быть переданы от одной клетки к другой и что ДНК, таким образом, является «веществом наследственности». Хим. строение Н.к. изучалось школами А. Косселя, П. Левина, Дж. Гулленда и А. Тодда и было окончательно установлено к нач. 50‑х гг. Макромол. Структура ДНК (двойная спираль) установлена в 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком на основании данных рентгеноструктурного анализа, полученных Р. Франклин и М. Уилкинсом.

Генетический код, система «записи» наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Реализация генетического кода в клетке происходит в два этапа: 1) синтез молекулы матричной, или информационной, мРНК на соответствующем участке ДНК; при этом последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в нуклеотидную последовательность мРНК; 2) синтез белка, при котором последовательность нуклеотидов РНК переводится в соответствующую последовательность аминокислот.

Впервые идея о существовании генетического кода сформулирована А. Дауном и Г. Гамовым в 1952–54, которые показали, что последовательность нуклеотидов, однозначно определяющая синтез той или иной аминокислоты, должна содержать не менее трех звеньев. Позднее было доказано, что такая последовательность состоит из трех нуклеотидов, названных кодоном, или триплетом. Т.к. молекулы нуклеиновых кислот, на которых происходит синтез мРНК или белка, состоят из остатков только четырех разных нуклеотидов, кодонов, отличающихся между собой.

Все синтезируемые в процессе трансляции белки построены из остатков 20 аминокислот (т. наз. кодируемых). Какой именно кодон ответствен за включение той или иной аминокислоты, можно определить по таблице, в которой буквы А, Г, У, Ц обозначают основания, входящие в нуклеотиды (соотв. аденин, гуанин, урацил, цитозин): в вертикальном ряду слева – в первый нуклеотид кодона, в горизонтальном ряду сверху – во второй, в вертикальном ряду справа – в третий. Трехбуквенные сочетания, напр. фен, сер, лей – сокращенные названия аминокислот. Прочерки в таблице означают, что три кодона – УАА, УАГ и УГА в нормальных условиях не кодируют какие-либо аминокислоты. Такие кодоны называются «бессмысленными», или нонсенс-кодонами. Они являются «сигналами» остановки синтеза полипептидной цепи.

Страницы: 1 2 3


Другие статьи:

Возникновение теории эволюции и ее значение
Эволюционная биология, как и любая другая наука, прошла длинный и извилистый путь развития. Возникали и проверялись различные гипотезы. Большинство гипотез не выдерживало проверки фактами, и лишь немногие из них становились теориями, неиз ...

Эксперимент - базовый метод науки
И наблюдение, и измерение включены в такой сложный базовый метод науки, как эксперимент. В отличие от наблюдения эксперимент характеризуется вмешательством исследователя в положение изучаемых объектов, активным воздействием на предмет исс ...

Состояние сырьевых ресурсов и потенциал их использования
Шимановский район в фауне животного мира располагает такими видами как лось, изюбр, кабан, косуля, рысь, волк, лисица, медведь и т.д. Добывают лося и изюбра исключительно для мяса, рога забирают на память, а ведь можно забирать копыта и ...