реферат. Биология реферат. Нуклеиновые кислоты. Молекулярная Организация. Участки днк с уникальными и повторяющимися последовательностями. Кодовая система днк. Авторепродукция генетического материала

• Название: Нуклеиновые кислоты. Молекулярная Организация. Участки днк с уникальными и повторяющимися последовательностями. Кодовая система днк. Авторепродукция генетического материала
• Анкор: реферат
• Дата: 20.11.2021
• Размер: 28.77 Kb.
• Имя файла: Биология реферат.docx
• Тип: Реферат; #277177

Федеральное государственное учреждение высшего образования «Астраханский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации


Кафедра: Биология
Зав. Кафедрой: д.м.н., профессор
Сентюрова Л.Г.

Реферат

На тему: Нуклеиновые кислоты. Молекулярная Организация. Участки ДНК с уникальными и повторяющимися последовательностями. Кодовая система ДНК. Авторепродукция генетического материала.


Выполнила:
студентка 1 курса 112 группы
лечебного факультета
Елдышева Ольга

Проверила:
к.м.н., доцент
Хужахметова Л.К.

г. Астрахань, 2021 г.

Оглавление

1. Нуклеиновые кислоты 4

1.1 Состав нуклеиновых кислот 4

1.2 Значение нуклеиновых кислот 4

2. Структуры нуклеиновых кислот 5

2.1 Первичная структура 5

2.2. Вторичные структуры 5

4.Кодовая система ДНК. 9

5.Репликация ДНК. 10

Заключение 13

Библиографический список 14

Введение
Нуклеиновые кислоты имеют первостепенное биологическое значение и представляют собой сложные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Они впервые были обнаружены в ядрах клеток, откуда и их название (нуклеус -- ядро). Дезоксирибонуклеиновая кислотам (ДНК) -- один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках -- долговременное хранение информации о структуре РНК и белков. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их в поколениях потомков, т.е. ДНК-носитель наследственной информации.

Немного из истории. Немного из истории. ДНК впервые были открыты Мишером (F. Micscher, 1869), который назвал полученное вещество нуклеином (лат. nucleus ядро). Впоследствии было показано, что нуклеин представляет собой высокомолекулярную, содержащую фосфор кислоту, находящуюся в комплексе с белками, поэтому стали различать собственно нуклеиновую кислоту (Альтманн (R. Altmann), 1889) и ее комплексы с белками -- нуклеопротеиды. Выяснилось, что нуклеиновая кислота из дрожжей содержит аденин, гуанин, цитозин и урацил, тогда как нуклеиновая кислота. выделенная из тимуса теленка, вместо урацила содержит тимин. Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и «правил Чаргаффа», согласно которым в каждой молекуле ДНК соблюдаются строгие соотношения, связывающие между собой количество азотистых оснований разных типов.

Эти важные открытия дали старт глубокому изучению ДНК как основу генетического материала. На основе этой молекулы строится вся жизнь.

1. Нуклеиновые кислоты

1.1 Состав нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты— сложные природные высокомолекулярные соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах. Данные кислоты составляют 1–5% от сухой массы клетки и представлены моно- и полинуклеотидами

Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, которые состоят из азотистого основания, углевода - пентозы и остатка фосфорной кислоты, соединенных между собой ковалентными связями. Азотистые основания представлены производными пурина (аденин и гуанин) и пиримидина (цитозин, гуанин и урацил (у РНК)). Пентозы: рибозы – в РНК, дезоксирибозы – в ДНК. Они различаются по отсутствию или наличию гидроксильной группы во втором положении атома углерода сахарного кольца.

Различают 2 типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота — ДНК и рибонуклеиновая кислота —РНК. Они отличаются друг от друга своим строением и функциям.

1.2 Значение нуклеиновых кислот

Значение нуклеиновых кислот очень велико. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса в цитоплазму и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой клетке. Белки обусловливают большинство свойств и признаков клеток. Понятно поэтому, что стабильность структуры нуклеиновых кислот - важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и организма в целом. Любые изменения строения нуклеиновых кислот влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя таким образом на жизнеспособность.

2. Структуры нуклеиновых кислот

2.1 Первичная структура

Первичная структура цепи ДНК и РНК – нуклеотидный состав и определенна последовательность нуклеотидных звеньев в полимерной цепи. Первичная структура определяется в соответствии с правилами Э. Чаргаффа:

1) Все ДНК независимо от их происхождения содержат одинаковое число пуриновых и пиримидиновых оснований. Следовательно, в любой ДНК на каждый пуриновый нуклеотид приходится один пиримидиновый.

2) Любая ДНК всегда содержит в равных количествах попарно аденин и тимин, гуанин и цитозин, что обычно обозначают как А = Т и G = C.

3) Количество оснований, содержащих аминогруппы в положении 4 пиримидинового ядра и 6 пуринового (цитозин и аденин), равно количеству оснований, содержащих оксо-группу в тех же положениях (гуанин и тимин), т.е. A + C=G + T

2.2. Вторичные структуры

Вторичная структура нуклеиновых кислот. Под вторичной структурой нуклеиновых кислот понимают пространственно-упорядоченные формы полинуклеотидных цепей.

Вторичная структура ДНК образована двумя параллельными неразветвленными полинуклеотидными цепями, которые закручены вокруг общей оси в двойную спираль.

Эта структура держится за счет водородных связей, которые образуются за счет азотистых оснований, направленными внутрь спирали. Азотистые основания составляют комплементарные пары. Образование водородных связей между комплементарными парами оснований обусловлено их пространственным соответствием. Так, пиримидиновое основание комплементарно пуриновому. Связи между другим основаниями не возникают из-за пространственных причин. Таким образом, в ДНК: тимин комплементарен аденину, а цитозин – гуанину.

Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой для главной функции ДНК – хранение и передача наследственных признаков.

Способность ДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию определяется следующими ее свойствами:

1) Молекулы ДНК способны к репликации, т.е. могут обеспечить возможность синтеза других молекул ДНК, идентичных исходным, поскольку последовательность оснований в одной из цепей двойной спирали контролирует их расположение в другой цепи;

2) Молекулы ДНК могут совершенно точным и определенным образом направлять синтез белков, специфичных для организмов данного вида.

Вторичная структура РНК

Молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеют определенной пространственной формы, в отличии от ДНК. Также, полимерная цепь РНК приблизительно в десять раз короче, чем у ДНК.

Комплементарными парами в РНК являются цитозин-гуанин и урацил-аденин.

Основная роль РНК - непосредственное участие в биосинтезе белка. Известны три вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке, составу, размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль в образовании белковых макромолекул:

1) Информационные (матричные) РНК передают закодированную в ДНК

информацию о структуре белка от ядра клетки к рибосомам, где и

осуществляется синтез белка;

2) Транспортные РНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и переносят их в рибосому; молекулы РНК этого типа "узнают" по соответствующим участкам цепи информационной РНК, какие аминокислоты должны участвовать в синтезе белка;

3) Рибосомные РНК обеспечивают синтез белка определенного строения, считывая информацию с информационной (матричной) РНК.

3.Участки ДНК с уникальными и повторяющимися последовательностями.

В 1968 г. было установлено, что имеется два типа участков хромосомной ДНК, отличающихся друг от друга последовательностью расположения нуклеотидов (основных звеньев ДНК). Каждый участок первого типа состоит из своеобразной, присущей только ему последовательности расположения нуклеотидов. Такие последовательности были названы уникальными. Участки второго типа содержали различное количество повторяющихся последовательностей нуклеотидов, которые были названы повторами. В 1973— 1975 гг. было установлено, что в ДНК участки повторов чередуются с участками уникальных последовательностей таким образом, что каждая уникальная зона отделена от другой отрезками повторов. Оказалось, что повторы бывают двух видов — короткие (содержащие в среднем около 300 нуклеотидных пар) и длинные (до 5000 нуклеотидных пар). Число коротких повторов в ДНК в несколько раз больше, чем длинных. В последнее время высказано предположение, что длинные повторы равномерно распределены по ДНК. Роль повторов пока не выяснена, хотя были высказаны предположения, что они играют роль в упаковке ДНК в хромосоме, в процессах транскрипции и трансляции, а также в осуществлении обмена генами между хромосомами.

4.Кодовая система ДНК.

В ДНК заключена вся генетическая информация о структуре и деятельности клетки. Участок ДК, несущий информацию о структуре белка – ген. Биосинтез белка осуществляется с помощью генетического кода.

Свойства генетического кода:

1. Генетический код триплетен

2. Код – вырожден, избыточен

3. Каждый кодон шифрует 1 аминокислоту

4. Прерывистость – между генами есть знаки препинания

5. Код – универсален

Транскрипция — это процесс считывания информации РНК, осуществляемой и-РНК полимеразой. ДНК — носитель всей генетической информации в клетке, непосредственного участия в синтезе белков не принимает. К рибосомам — местам сборки белков — высылается из ядра несущий информационный посредник, способный пройти поры ядерной мембраны. Им является и-РНК. По принципу комплементарности она считывает с ДНК при участии фермента, называемого РНК — полимеразой. В процессе транскрипции можно выделить 4 стадии:

1) Связывание РНК-полимеразы с промотором,

2) инициация — начало синтеза. Оно заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между АТФ и ГТФ и два нуклеотидом синтезирующей молекулы и-РНК,

3) элонгация — рост цепи РНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой ните ДНК,

4) Терминация — завершения синтеза и-РНК. Промотр — площадка для РНК-полимеразы. Оперон — часть одного гена ДНК.

5.Репликация ДНК.

Основные ферменты репликации ДНК и их функции:

1) ДНК-полимераза. Наращивает полинуклеотидные нити, присоединяя нуклеотиды в направлении 5ʹ → 3ʹ, на ведущей цепи непрерывно, на отстающей — фрагментами Оказаки

2) ДНК-лигаза. Сшивают фрагменты Оказаки после удаления РНКзатравки

3) ДНК-геликаза - раскручивает двойную спираль, разрывая водородные связи, используя энергию АТФ

4) ДНК-топоизомераза. Разрывает одну из нитей ДНК, давая ей возможность вращаться вокруг второй цепи для снятия напряжения на сверхзакрученных участках ДНК; она же восстанавливает целостность нити

5) РНК-праймаза. Синтезирует короткие РНК-праймеры (РНК-затравки) для предоставления свободного 3ʹ-ОН конца ДНК-полимеразе

6) SSB (дестабилизирующие) белки. Связываются с одноцепочечной ДНК, не позволяя вновь соединиться двум нитям и не закрывая оснований ДНК

7) 5ʹ-3ʹ-эндонуклеаза Удаление РНК-затравки, репарация

8) 3ʹ-5ʹ-эндонуклеаза Исправление ошибок репликации

Процесс удвоения молекулы ДНК, или самовоспроизведения, называется репликацией. В основе репликации лежит матричный механизм. В реакциях матричного типа одна молекула является матрицей (основой или формой) для синтеза другой с комплементарной структурой. Репликация ДНК происходит полуконсервативно: каждая дочерняя молекула ДНК состоит из одной интактной (консервативной) цепи, полученной от родительской двойной спирали, и одной синтезированной цепи (рис. 4.29). Процесс репликации начинается с того, что инициирующие белки связываются с молекулой ДНК. Расплетаются ее комплементарные цепи, разрывая водородные связи между основаниями нуклеотидов цепей ДНК.

Пары А=Т образуют две водородные связи, тогда как пара Г Ц — три. Поэтому на участках ДНК, богатых парами А=Т, цепи ДНК относительно легко отделяются друг от друга, именно такие участки наиболее часто обнаруживаются в местах «начала репликации».

Процесс репликации ДНК играет важную роль в передаче наследственной информации. Благодаря ему дочерние клетки получают равное количество генетической информации — точные копии информации материнской клетки.

Выделяют три основные стадии процесса репликации:
1) инициация — сборка ферментного и белкового комплекса на участках ДНК и начало процесса;
2) элонгация — удлинение полинуклеотидной цепи ДНК;
3) терминация — окончание репликации. Регуляция репликации осуществляется в основном на стадии инициации.

Репликация у прокариот. Точка начала репликации у прокариот называется ori (от англ. origin). Известно, что в этих участках находятся высоко консервативные последовательности, расположенные тандемно. Эти последовательности узнаются ферментами репликации. Новая ДНК образуется с одинаковой скоростью в обоих направлениях до тех пор, пока ДНК не станет полностью удвоенной и не образуются две хромосомы (рис. 4.30). Ведущий фермент репликации — ДНК-полимераза. У прокариот E. coli в настоящее время известно пять типов ДНК-полимеразы (ДНК-полимеразы I, II, III, IV, V). В разных комбинациях они отвечают за репликацию и репарацию.

Репликация у эукариот. Начинается в нескольких точках. Эти точки называются ARS (Autonomously Replicating Sequence — автономно реплицирующаяся последовательность). В хромосомах эукариот существует большое количество ARS. У эукариот известны семь типов ДНК-полимераз (ДНК-полимераза ά, β, γ, δ, ε, ζ, η). В разных комбинациях эти семь ДНК-полимераз отвечают за репликацию и репарацию в ядре, митохондриях, пластидах. Структура, в которой происходит репликация, получила название репликационной вилки. Репликационная вилка движется последовательно вдоль ДНК от ее стартовой точки. По ходу процесса соседние репликоны соединяются. Иногда насчитывают сотни репликонов, репликация идет в обоих направлениях. Синтез ДНК происходит в S-периоде интерфазы клеточного цикла.

Заключение

Почти полвека тому назад был открыт принцип структурной (молекулярной) организации генного вещества – дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Структура ДНК дала ключ к механизму точного воспроизведения генного вещества. Так возникла новая наука – молекулярная биология. Была сформулирована так называемая центральная догма молекулярной биологии: ДНК – РНК – белок. Смысл ее состоит в том, что генетическая информация, записанная в ДНК, реализуется в виде белков, но не непосредственно, а через посредство родственного полимера – рибонуклеиновую кислоту (РНК), и этот путь от нуклеиновых кислот к белкам необратим. Таким образом, ДНК синтезируется на ДНК, обеспечивая собственное воспроизведение исходного генетического материала в поколениях; РНК синтезируется на ДНК, в результате чего происходит переписывание, или транскрипция, генетической информации в форму многочисленных копий РНК; молекулы РНК служат матрицами для синтеза белков – генетическая информация транслируется в форму полипептидных цепей. Итак, именно ДНК определяет наследственность организмов, то есть воспроизводящийся в поколениях набор белков и связанных с ними признаков. Биосинтез белка является центральным процессом живой материи, а нуклеиновые кислоты обеспечивают его, с одной стороны, программой, определяющей весь набор и специфику синтезируемых белков, а с другой – механизмом точного воспроизведения этой программы в поколениях. Следовательно, происхождение жизни в ее современной клеточной форме сводится к возникновению механизма наследуемого биосинтеза белков.
Библиографический список


1. «Биология» - Н.В. Чебышев

2. «Введение в клеточную биологию. Общая цитология.» - Ю.С. Ченцов

3. «Биология» - А.П. Пехов

4. «Биология» - В.Н. Ярыгин

5. «Биология с общей генетикой» - А.А. Слюсарев