Добре известно е, че всички форми на жива материя, от вируси до високо организирани животни (включително хората), имат уникален наследствен апарат. Представен е от молекули на два вида нуклеинови киселини: дезоксирибонуклеинова и рибонуклеинова. В тези органични вещества е кодирана информация, която се предава от родителски индивиди на потомство по време на размножаването. В тази работа ще изследваме както структурата, така и функциите на ДНК и РНК в клетката, както и ще разгледаме механизмите, лежащи в основата на процесите на пренасяне на наследствените свойства на живата материя.
Както се оказа, свойствата на нуклеиновите киселини, въпреки че имат някои общи черти, все пак се различават по много начини. Затова ще сравним функциите на ДНК и РНК, изпълнявани от тези биополимери в клетки на различни групи организми. Таблицата, представена в работата, ще помогне да се разбере каква е тяхната основна разлика.
Нуклеинови киселини –сложни биополимери
Откритията в областта на молекулярната биология, настъпили в началото на 20-ти век, по-специално декодирането на структурата на дезоксирибонуклеиновата киселина, послужиха като тласък за развитието на съвременната цитология, генетика, биотехнология и генетична инженерство. От гледна точка на органичната химия, ДНК и РНК са макромолекулни вещества, състоящи се от многократно повтарящи се единици - мономери, наричани още нуклеотиди. Известно е, че те са взаимосвързани, образувайки вериги, способни на пространствена самоорганизация.
Такива ДНК макромолекули често се свързват със специални протеини със специални свойства, наречени хистони. Нуклеопротеиновите комплекси образуват специални структури - нуклеозоми, които от своя страна са част от хромозомите. Нуклеиновите киселини могат да бъдат намерени както в ядрото, така и в цитоплазмата на клетката, присъстващи в някои от нейните органели, като митохондриите или хлоропластите.
Пространствена структура на субстанцията на наследствеността
За да разберете функциите на ДНК и РНК, трябва да разберете подробно характеристиките на тяхната структура. Подобно на протеините, нуклеиновите киселини имат няколко нива на организация на макромолекулите. Първичната структура е представена от полинуклеотидни вериги, вторичната и третичната конфигурации са самоусложнени поради възникващия ковалентен тип връзка. Специална роля в поддържането на пространствената форма на молекулите принадлежи на водородните връзки, както и на силите на взаимодействие на Ван дер Ваалс. Резултатът е компактенструктурата на ДНК, наречена супернамотка.
Мономери на нуклеинова киселина
Структурата и функциите на ДНК, РНК, протеини и други органични полимери зависят както от качествения, така и от количествения състав на техните макромолекули. И двата вида нуклеинови киселини са изградени от градивни елементи, наречени нуклеотиди. Както е известно от курса по химия, структурата на веществото непременно влияе върху неговите функции. ДНК и РНК не са изключение. Оказва се, че самият вид киселина и нейната роля в клетката зависят от нуклеотидния състав. Всеки мономер съдържа три части: азотна основа, въглехидрат и остатък на фосфорна киселина. Има четири вида азотни бази за ДНК: аденин, гуанин, тимин и цитозин. В молекулите на РНК те ще бъдат съответно аденин, гуанин, цитозин и урацил. Въглехидратите са представени от различни видове пентоза. Рибонуклеиновата киселина съдържа рибоза, докато ДНК съдържа нейната деоксигенирана форма, наречена дезоксирибоза.
Характеристики на дезоксирибонуклеиновата киселина
Първо ще разгледаме структурата и функциите на ДНК. РНК, която има по-проста пространствена конфигурация, ще бъде изследвана от нас в следващия раздел. И така, две полинуклеотидни вериги се държат заедно чрез многократно повтарящи се водородни връзки, образувани между азотни бази. В двойката "аденин - тимин" има две, а в двойката "гуанин - цитозин" има три водородни връзки.
Консервативното съответствие на пуриновите и пиримидиновите бази бешеоткрит от Е. Чаргаф и е наречен принцип на допълване. В една верига нуклеотидите са свързани помежду си чрез фосфодиестерни връзки, образувани между пентозата и остатъка от ортофосфорна киселина на съседни нуклеотиди. Спиралната форма на двете вериги се поддържа от водородни връзки, които възникват между водородните и кислородните атоми, които са част от нуклеотидите. Висшата - третична структура (супернамотка) - е характерна за ядрената ДНК на еукариотните клетки. В тази форма той присъства в хроматина. Въпреки това, бактериите и ДНК-съдържащите вируси имат дезоксирибонуклеинова киселина, която не е свързана с протеини. Представен е с пръстеновидна форма и се нарича плазмид.
ДНК на митохондриите и хлоропластите, органели на растителни и животински клетки, има същия вид. След това ще разберем как функциите на ДНК и РНК се различават една от друга. Таблицата по-долу ще ни покаже тези разлики в структурата и свойствата на нуклеиновите киселини.
Рибонуклеинова киселина
Молекулата на РНК се състои от една полинуклеотидна верига (изключение са двуверижните структури на някои вируси), която може да бъде разположена както в ядрото, така и в клетъчната цитоплазма. Има няколко вида рибонуклеинови киселини, които се различават по структура и свойства. По този начин информационната РНК има най-високо молекулно тегло. Синтезира се в клетъчното ядро на един от гените. Задачата на иРНК е да прехвърля информация за състава на протеина от ядрото към цитоплазмата. Транспортната форма на нуклеинова киселина свързва протеинови мономери– аминокиселини – и ги доставя до мястото на биосинтеза.
Накрая, рибозомната РНК се образува в ядрото и участва в протеиновия синтез. Както можете да видите, функциите на ДНК и РНК в клетъчния метаболизъм са разнообразни и много важни. Те ще зависят преди всичко от клетките на кои организми съдържат молекулите на веществото на наследствеността. Така при вирусите рибонуклеиновата киселина може да действа като носител на наследствена информация, докато в клетките на еукариотните организми само дезоксирибонуклеиновата киселина има тази способност.
Функции на ДНК и РНК в тялото
Според своята важност, нуклеиновите киселини, заедно с протеините, са най-важните органични съединения. Те запазват и предават наследствени свойства и черти от родител на потомство. Нека дефинираме разликата между функциите на ДНК и РНК. Таблицата по-долу ще покаже тези разлики по-подробно.
| Преглед | Поставете в клетка | Конфигурация | Функция |
| ДНК | core | суперспирала | запазване и предаване на наследствена информация |
| ДНК |
митохондрии хлоропласти |
циркуляр (плазмид) | локално предаване на наследствена информация |
| iRNA | цитоплазма | линейно | премахване на информация от гена |
| tRNA | цитоплазма | средно | транспорт на аминокиселини |
| rRNA | ядро ицитоплазма | линейно | образуване на рибозоми |
Какви са характеристиките на веществото от наследствеността на вирусите?
Нуклеиновите киселини на вирусите могат да бъдат под формата на едноверижни и двуверижни спирали или пръстени. Според класификацията на Д. Балтимор тези обекти от микрокосмоса съдържат ДНК молекули, състоящи се от една или две вериги. Първата група включва херпесни патогени и аденовируси, а втората включва например парвовируси.
Функциите на ДНК и РНК вирусите са да проникват в собствената си наследствена информация в клетката, да извършват реакции на репликация на молекули на вирусна нуклеинова киселина и да сглобяват протеинови частици в рибозомите на клетката гостоприемник. В резултат на това целият клетъчен метаболизъм е изцяло подчинен на паразити, които, бързо размножавайки се, водят клетката до смърт.
РНК вируси
Във вирусологията е обичайно тези организми да се разделят на няколко групи. И така, първият включва видове, които се наричат едноверижна (+) РНК. Тяхната нуклеинова киселина изпълнява същите функции като информационната РНК на еукариотните клетки. Друга група включва едноверижни (-) РНК. Първо, транскрипцията се осъществява с техните молекули, което води до появата на (+) РНК молекули, а те от своя страна служат като шаблон за сглобяване на вирусни протеини.
Въз основа на гореизложеното, за всички организми, включително вируси, функциите на ДНК и РНК се характеризират накратко, както следва: съхранение на наследствени характеристики и свойства на организма и тяхното по-нататъшно предаване на потомството.
