Добре відомо, що всі форми живої матерії, починаючи від вірусів і закінчуючи високоорганизованними тваринами (у тому числі людиною), володіють унікальним спадковим апаратом. Він представлений молекулами двох видів нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнової і рибонуклеїнової. У цих органічних речовинах закодована інформація, яка передається від батьківських особин до потомства при розмноженні. У даній роботі ми вивчимо як будова, так і функції ДНК і РНК в клітині, а також розглянемо механізми, що лежать в основі процесів передачі спадкових властивостей живої матерії.


Як виявилося, властивості нуклеїнових кислот, хоча і мають деякі спільні ознаки, проте багато в чому різняться між собою. Тому ми порівняємо функції ДНК і РНК, що здійснюються цими биополимерами в клітинах різних груп організмів. Таблиця, представлена в роботі, допоможе розібратися, в чому полягає їх принципова відмінність.

Нуклеїнові кислоти – складні біополімери

Відкриття в галузі молекулярної біології, що сталися на початку ХХ століття, зокрема, розшифровка будови дезоксирибонуклеїнової кислоти, послужили поштовхом для розвитку сучасної цитології, генетики, біотехнології і генної інженерії. З точки зору органічної хімії ДНК і РНК являють собою високомолекулярні речовини, що складаються з багаторазово повторюваних ланок – мономерів, званих також нуклеотидами. Відомо, що вони з'єднуються між собою, утворюючи ланцюги, здатні до просторової самоорганізації. Такі макромолекули ДНК часто зв'язуються зі спеціальними білками, що мають особливі властивості й званими гистонами. Нуклеопротеидние комплекси утворять особливі структури - нуклеосоми, які, в свою чергу, входять до складу хромосом. Нуклеїнові кислоти можуть знаходитися як в ядрі, так і в цитоплазмі клітини, присутні в складі деяких її органел, наприклад, мітохондрій або хлоропластів.

Просторова структура речовини спадковості

Щоб зрозуміти функції ДНК і РНК, треба детально розібратися з особливостями їх будови. Як і білків, нуклеїнових кислот притаманні кілька рівнів організації макромолекул. Первинна структура представлена полинуклеотидними ланцюгами, вторинна і третинна конфігурації самоусложняются завдяки виникає ковалентного типу зв'язку. Особлива роль у підтриманні просторової форми молекул належить водневим зв'язкам, а також вандерваальсовим силу взаємодії. В результаті утворюється компактна структура ДНК, звана суперспиралью.

Мономери нуклеїнових кислот

Будова та функції ДНК, РНК, білків та інших органічних полімерів залежать як від якісного, так і кількісного складу їх макромолекул. Обидва види нуклеїнових кислот складаються зі структурних елементів, іменованих нуклеотидами. Як відомо з курсу хімії, будова речовини обов'язково впливає на його функції. ДНК і РНК не є винятком. Виявляється, що від нуклеотидного складу залежить вигляд самої кислоти та її роль у клітині. Кожен мономер містить три частини: азотисту основу, вуглевод і залишок ортофосфорної кислоти. Відомо чотири види азотистих основ ДНК: аденін, гуанін, тимін і цитозин. У молекулах РНК ними будуть, відповідно, аденін, гуанін, цитозин і урацил. Вуглевод представлений різними видами пентози. У рибонуклеїнової кислоти знаходиться рибоза, а в ДНК – її обескислороженная форма, звана дезоксирибозой.

Особливості дезоксирибонуклеїнової кислоти

Спочатку ми розглянемо будову і функції ДНК. РНК, що має більш просту просторову конфігурацію, буде вивчена нами в наступному розділі. Отже, дві нитки полинуклеотидние утримуються між собою багаторазово повторюваними водневими зв'язками, які утворюються між азотистими підставами. У парі "аденін - тимін" присутні дві, а в парі "гуанін - цитозин" - три водневі зв'язки. Консервативне відповідність пуринових і піримідинових основ було відкрито Е. Чаргаффом і отримало назву принципу комплементарності. В окремо взятій ланцюга нуклеотиди пов'язані між собою фосфодиэфирними зв'язками, формуються між пентозою і залишком ортофосфорної кислоти поруч розташованих нуклеотидів. Спіральний вигляд обох ланцюгів підтримується водневими зв'язками, що виникають між атомами водню і кисню, які перебувають у складі нуклеотидів. Вища – третинна структура (суперспираль) - характерна для ядерної ДНК эукариотических кліток. В такому вигляді вона присутня у хроматині. Однак бактерії і ДНК-вмісні віруси мають дезоксирибонуклеиновую кислоту, не пов'язану з білками. Вона представлена кільцеподібною формою і називається плазміди. Такий самий вигляд має ДНК мітохондрій та хлоропластів – органел рослинних і тваринних клітин. Далі ми з'ясуємо, чим відрізняються між собою функції ДНК і РНК. Таблиця, наведена нижче, вкаже нам ці відмінності в будові і властивостях нуклеїнових кислот.

Рибонуклеїнова кислота

Молекула РНК складається із одного полінуклеотидного нитки (винятком є дволанцюгові структури деяких вірусів), яка може знаходитися як в ядрі, так і в клітинній цитоплазмі. Існує кілька видів рибонуклеїнових кислот, які різняться між собою будовою і властивостями. Так, інформаційна РНК має найбільшу молекулярну масу. Вона синтезується в ядрі клітини на одному з генів. Завдання иРНК - перенести інформацію про склад білка з ядра в цитоплазму. Транспортна форма нуклеїнової кислоти приєднує мономери білків – амінокислоти - і доставляє їх до місця біосинтезу.
Нарешті, рибосомна РНК формується в ядришке і бере участь у синтезі білка. Як бачимо, функції РНК і ДНК у клітинному метаболізмі різноманітні і дуже важливі. Вони будуть залежати, насамперед, від того, в клітинах яких організмів знаходяться молекули речовини спадковості. Так, у вірусів рибонуклеїнова кислота може виступати носієм спадкової інформації, тоді як у клітинах эукариотических організмів цю здатність має лише дезоксирибонуклеїнова кислота.

Функції ДНК і РНК в організмі

За своїм значенням нуклеїнові кислоти, поряд з білками, є найважливішими органічними сполуками. Вони зберігають і передають спадкові властивості і ознаки від батьківської особини до потомства. Давайте визначимо, чим відрізняються між собою функції ДНК і РНК. Таблиця, подана нижче, покаже ці відмінності детальніше.

Вид



Місце в клітці



Конфігурація



Функція



ДНК



ядро



суперспираль



зберігання і передача спадкової інформації



ДНК



мітохондрії хлоропласти



кільцева (плазміда)



локальна передача спадкової інформації



иРНК



цитоплазма



лінійна



зняття інформації з гена



тРНК



цитоплазма



вторинна



транспорт амінокислот



рРНК



ядро і цитоплазма



лінійна



освіта рибосом

Які особливості речовини спадковості вірусів?

Нуклеїнові кислоти вірусів можуть мати вигляд як одно-, так і двухнитевих спіралей або кілець. Згідно класифікації Д. Балтімора, ці об'єкти мікросвіту містять молекули ДНК, що складаються з однієї або двох ланцюгів. До першої групи відносяться збудники герпесу і аденовіруси, а в другу входять, наприклад, парвовируси. Функції ДНК і РНК вірусів полягають у проникненні власної спадкової інформації в клітку, проведенні реакцій реплікації молекул вірусної нуклеїнової кислоти і складанні білкових частинок у рибосомах клітини-господаря. У підсумку весь клітинний метаболізм виявляється повністю підпорядкований паразитам, які, стрімко розмножуючись, призводить клітину до загибелі.

РНК-вмісні віруси

У вірусології прийнято поділ цих організмів на кілька груп. Так, до першої належать види, які називаються одноцепочечними (+) РНК. У них нуклеїнова кислота виконує такі ж функції, як і інформаційна РНК эукариотических кліток. В іншу групу входять однониткові (-) РНК. Спочатку з їх молекулами відбувається транскрипція, що призводить до появи молекул(+) РНК, а ті, у свою чергу, служать матрицею для складання вірусних білків. На підставі всього вищесказаного, для всіх організмів, включаючи і віруси, функції ДНК і РНК коротко характеризуються так: зберігання спадкових ознак і властивостей організму та подальша передача їх нащадкам.