Нуклеиновые кислоты и АТФ (РНК, макроэргическая связь, ДНК)

4 термина · 6 заданий

Признак	ДНК	РНК
Сахар	Дезоксирибоза	Рибоза
Азотистые основания	А, Т, Г, Ц	А, У, Г, Ц
Строение	Двойная спираль (Уотсон и Крик, 1953), антипараллельные цепи; А=Т (2 водородные связи), Г≡Ц (3)	Одна цепь: иРНК (матрица белка), тРНК («клеверный лист» с антикодоном), рРНК (состав рибосом)
Локализация	Ядро (хромосомы), митохондрии, пластиды; у бактерий — нуклеоид и плазмиды	Ядрышко (рРНК), цитоплазма, рибосомы
Функция	Хранение и передача наследственной информации	Реализация информации в белке

АТФ (аденозинтрифосфат) — нуклеотид: аденин + рибоза + три остатка фосфорной кислоты, две макроэргические связи; при гидролизе одной выделяется ≈40 кДж/моль (АТФ → АДФ + Ф). Универсальный аккумулятор энергии; синтезируется в митохондриях (дыхание), хлоропластах (фотосинтез) и цитоплазме (гликолиз). Другие нуклеотиды-переносчики: НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД (переносят водород), ГТФ.

Строение нуклеиновых кислот. Мономер — нуклеотид: азотистое основание, пятиуглеродный сахар и остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются в цепь через сахар и фосфат, а две цепи ДНК удерживаются рядом водородными связями между основаниями по принципу комплементарности: А = Т (две связи), Г ≡ Ц (три связи). Цепи антипараллельны и закручены в двойную спираль (модель Уотсона и Крика, 1953).

Признак	ДНК	РНК
Сахар	Дезоксирибоза	Рибоза
Основания	А, Т, Г, Ц	А, У, Г, Ц
Число цепей	Две, спираль	Одна (у некоторых вирусов — две)
Где находится	Ядро, митохондрии, пластиды, нуклеоид бактерий	Ядрышко, цитоплазма, рибосомы
Функция	Хранение и передача наследственной информации	Перенос информации (иРНК), доставка аминокислот (тРНК), построение рибосом (рРНК)

Полезные для задач соотношения: длина участка ДНК \(L = n \cdot 0{,}34\) нм, где \(n\) — число нуклеотидов в одной цепи; масса нуклеотида принимается за 345; число водородных связей равно \(2(\mathrm{A}) + 3(\mathrm{Г})\). Если в двухцепочечном фрагменте 1200 нуклеотидов и 300 из них адениловые, то тимидиловых тоже 300, а на Г и Ц приходится 1200 − 600 = 600, то есть по 300 каждого.

Функции ДНК. ДНК хранит наследственную информацию в виде последовательности нуклеотидов (участок, в котором записано строение одного белка или одной РНК, — ген), передаёт её дочерним клеткам и потомкам благодаря репликации — самоудвоению по принципу комплементарности — и служит матрицей для синтеза всех видов РНК, через которые информация реализуется в белках. Две комплементарные цепи позволяют исправлять повреждения: испорченный участок одной цепи ферменты восстанавливают по второй (репарация). Основная часть ДНК эукариотической клетки находится в хромосомах ядра, небольшая — в митохондриях и пластидах.

Виды РНК. Все РНК синтезируются на ДНК (транскрипция), у эукариот — главным образом в ядре, откуда выходят в цитоплазму через ядерные поры.

Вид РНК	Строение и доля в клетке	Функция
иРНК (информационная, матричная)	Одна цепь — копия гена, от сотен до тысяч нуклеотидов; около 3–5 % всей РНК, живёт недолго	Переносит информацию о строении белка от ДНК к рибосомам и служит матрицей при трансляции
тРНК (транспортная)	Короткая цепь (70–90 нуклеотидов), свёрнутая в «клеверный лист»: на одной петле — антикодон, на конце — место присоединения аминокислоты; около 10–15 %	Доставляет аминокислоты к рибосоме и антикодоном «узнаёт» кодон иРНК
рРНК (рибосомная)	Синтезируется в основном в ядрышке, вместе с белками образует субъединицы рибосом; около 80 % всей РНК клетки	Каркас рибосомы: удерживает иРНК и тРНК и катализирует образование пептидной связи (рибозим)
Другие РНК	Малые ядерные РНК, микроРНК и др.; у многих вирусов РНК — сам генетический материал	Участвуют в созревании иРНК и регуляции работы генов; хранят наследственную информацию РНК-содержащих вирусов (грипп, ВИЧ, коронавирусы)

Секвенирование ДНК — определение последовательности нуклеотидов. В классическом методе Ф. Сэнгера (1977) ДНК-полимераза строит на исследуемой цепи комплементарные копии, а в смесь добавлено немного особых меченых нуклеотидов, после присоединения которых цепь дальше не растёт.

АТФ — универсальный аккумулятор энергии. Молекула состоит из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. Две последние связи макроэргические: их гидролиз даёт около 40 кДж/моль каждая.

Строение и функции АТФ подробнее. Аденин и рибоза образуют аденозин, к рибозе последовательно присоединены три остатка фосфорной кислоты. Макроэргическими называют две связи между остатками фосфорной кислоты: отрицательно заряженные фосфатные группы отталкиваются, а продукты гидролиза устойчивее исходной молекулы, поэтому при отщеплении каждого из двух концевых остатков выделяется около 40 кДж/моль; связь первого остатка с рибозой обычная — её гидролиз даёт в несколько раз меньше энергии. Превращения: АТФ → АДФ + Ф, затем АДФ → АМФ + Ф. Функции АТФ: универсальный источник энергии для биосинтеза, активного транспорта, движения, проведения импульса, выделения тепла; донор фосфатной группы — фосфорилирование активирует молекулы (глюкоза → глюкозо-6-фосфат в начале гликолиза) и включает или выключает белки; один из нуклеотидов, из которых синтезируется РНК; из АТФ образуется циклический АМФ — внутриклеточный посредник действия многих гормонов.

Маркеры ЕГЭ. «Две цепи, дезоксирибоза, тимин» → ДНК; «одна цепь, рибоза, урацил» → РНК; «А = Т, Г ≡ Ц» → комплементарность; «две водородные связи» → пара А—Т, «три» → Г—Ц; «макроэргические связи, 40 кДж» → АТФ; «хранение информации» → ДНК, «перенос к рибосоме» → иРНК, «доставка аминокислоты» → тРНК; «около 80 % РНК клетки, катализирует пептидную связь» → рРНК; «определение последовательности нуклеотидов» → секвенирование; «рентгеноструктурный анализ, ЯМР, криоэлектронная микроскопия» → структурная биология; «переносят водород в дыхательную цепь» → НАД·H и ФАД·H₂; «образуется в световой фазе, расходуется в цикле Кальвина» → НАДФ·H; «циклический АМФ» → посредник действия гормонов.

Нюансы. В задачах различайте «нуклеотидов в молекуле» (обе цепи) и «в одной цепи» — это вдвое разные числа. Комплементарность работает и при транскрипции, но в РНК вместо тимина встаёт урацил. АТФ — не запас энергии, а её переносчик: долговременные запасы хранятся в жирах и углеводах. Восстановленные переносчики тоже не копятся впрок: НАД·H и НАДФ·H, как и АТФ, непрерывно образуются и расходуются, а без обратного окисления в НАД⁺ гликолиз останавливается.

Закрепите теорию: 4 термина и 6 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Пройти урок arrow_forward