Чем отличается строение молекул ДНК и РНК

Основы цитологии

1. Клеточная теория
2. Строение и функции оболочки клетки
3. Цитоплазма и ее органоиды: эндоплазматическая сеть, митохондрии и пластиды
4. Аппарат Гольджи, лизосомы и другие органоиды цитоплазмы.

Клеточные включения

• Клеточное ядро
• Прокариотические клетки
• Неклеточные формы жизни — вирусы
• Химический состав клетки. Неорганические вещества
• Органические вещества клетки.

Белки, их строение

• Свойства и функции белков
• Углеводы. Липиды
• Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК
• Обмен веществ клетки. Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ
• Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ
• Пластический обмен. Биосинтез белков. Синтез и-РНК
• Синтез полипептидной цепи на рибосоме
• Особенности пластического и энергетического обменов растительной клетки

В зависимости от того, какой моносахарид содержится в структурном звене полинуклеотида — рибоза или 2-дезоксирибоза, различают

• рибонуклеиновые кислоты (РНК) и
• дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

В главную (сахарофосфатную) цепь РНК входят остатки рибозы, а в ДНК 2-дезоксирибозы.
Нуклеотидные звенья макромолекул ДНК могут содержать аденин, гуанин, цитозин и тимин.

Состав РНК отличается тем, что вместо тимина присутствует урацил.

Молекулярная масса ДНК достигает десятков миллионов а.е.м.

Что такое хромосома? Половые хромосомы

современных руководствах

В чем заключаются различия хромосом?

коротким плечом

Размер хромосом колеблется: самыми крупными являются хромосомы пар №1 и №3, самыми маленькими хромосомы пар № 17, №19.

Помимо форм и размеров хромосомы различаются по выполняемым функциям. Из 23 пар, 22 пары являются соматическими и 1 пара – половые. Что это значит? Соматические хромосомы определяют все внешние признаки индивидуума, особенности его поведенческих реакций, наследственный психотип, то есть все черты и особенности каждого конкретного человека. А пара половых хромосом определяет пол человека: мужчина или женщина. Существует две разновидности половых хромосом человека – это Х (икс) и У (игрек). Если они сочетаются как ХХ (икс – икс) – это женщина, а если ХУ (икс – игрек) – перед нами мужчина.

Строение нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты – фосфосодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие сохранение и передачу наследственной информации.

Макромолекулы нуклеиновых кислот открыл в 1869 г. Швейцарский химик Ф. Мишер в ядрах лейкоцитов, обнаруженных в навозе. Позже нуклеиновые кислоты выявили во всех клетках растений и животных, грибов, в бактериях и вирусах.

Замечание 1

Существует два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК).

Как видно из названий, молекула ДНК содержит пентозный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.

Сейчас известно большое количество разновидностей ДНК и РНК, которые отличаются друг от друга строением и значением в метаболизме.

Статья: Строение, свойства и функции нуклеиновых кислот

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Пример 1

В бактериальной клетке кишечной палочки содержится около 1000 разновидностей нуклеиновых кислот, а у животных и растений – ещё больше.

Каждому виду организмов характерен свой собственный набор этих кислот.
ДНК локализируется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (% всей ДНК клетки), а также в хлоропластах и митохондриях. РНК содержится в цитоплазме, ядрышках, рибосомах, митохондриях, пластидах.

Состоит молекула ДНК из двух полинуклеотидных цепей, спирально закрученных относительно друг друга. Цепы расположены антипараллельно, то есть 3́-конец и 5́-конец.

Структурными компонентами (мономерами) каждой такой цепи являются нуклеотиды. В молекулах нуклеиновых кислот количество нуклеотидов различно – от 80 в молекулах транспортных РНК до нескольких десятков тысяч в ДНК.

Любой нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований (аденин, тимин, цитозин и гуанин), дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты.

Замечание 2

Нуклеотиды отличаются лишь азотистыми основаниями, между которыми существуют родственные связи. Тимин, цитозин и урацил относятся к пиримидиновым, а аденин и гуанин – к пуриновым основаниям.

Соседние нуклеотиды в полинуклеотидной цепи связаны ковалентными связями, образующимися между дезоксирибозой молекулы ДНК (или рибозой РНК) одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.

Замечание 3

Хотя в молекуле ДНК только четыре типа нуклеотидов, но благодаря изменению последовательности их расположения в длинной цепи молекулы ДНК достигают огромного разнообразия.

Две полинуклеотидные цепи объединяются в единую молекулу ДНК с помощью водородных связей, которые образуются между азотистыми основаниями нуклеотидов разных цепей.

При этом аденин (А) способен соединяться только с тимином (Т), а гуанин (Г) – только с цитозином (Ц). В результате у различных организмов количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых, а количество гуаниловых – количеству цитидиловых. Такая закономерность называется «правило Чаргаффа». Таким образом определяется последовательность нуклеотидов в одной цепи согласно их последовательность в другой.

Такая способность нуклеотидов к выборочному соединению называется комплементарностью, и это свойство обеспечивает образование новых молекул ДНК на основании исходной молекулы (репликация).

Замечание 4

Двойная спираль стабилизируется многочисленными водородными связями (две образуются между А и Т, три – между Г и Ц) и гидрофобными взаимодействиями.

Диаметр ДНК составляет 2 нм, шаг спирали – 3,4 нм, а в каждом витке содержится 10 пар нуклеотидов.

Длина молекулы нуклеиновых кислот достигает сотни тысяч нанометров. Это значительно превышает наибольшую макромолекулу белка, длина которой в развёрнутом виде не больше 100 – 200 нм.

Биологическое значение

Молекулы РНК могут выполнять разные функции. РНК может передавать генетическую информацию. Другие молекулы РНК помогают переводить эту информацию в белки и регулировать гены . Кроме того, РНК также может выполнять каталитические функции, подобные ферменту . Поэтому РНК получают разные названия в зависимости от ее функции. Предшествующие строчные буквы указывают на различные типы РНК:

• МРНК , мессенджер РНК (Engl. Матричная РНК ) копирует информацию в гене , лежащий на ДНК и передает его на рибосомы , где с помощью этой информации, синтез белка может иметь место. В каждом случае три нуклеотида, лежащие рядом друг с другом в рамке считывания полинуклеотидной цепи, образуют кодон, с помощью которого можно четко определить конкретную аминокислоту, которая должна быть включена в белок . Эта связь была обнаружена в 1961 году Генрихом Маттеи и Маршаллом Уорреном Ниренбергом . Расшифровка генетического кода знаменует собой новое начало почти во всех биологических науках.
• Модифицированная нуклеозидами мРНК представляет собой синтетическую химически модифицированную рибонуклеиновую кислоту (мРНК), в которой отдельные нуклеозиды заменены другими естественно модифицированными нуклеозидами или синтетическими аналогами нуклеозидов. Он используется экспериментально или терапевтически.

Следующие классы РНК обычно называют некодирующими рибонуклеиновыми кислотами .

• АсРНК , антисмысловый РНК , используются для регулирования экспрессии генов .
• CircRNA , круговая РНК, участвует в регуляции путем связывания с миРНК.
• HnRNA , гетерогенная ядерная РНК происходит в ядре клеток эукариот и является предшественником зрелой мРНК, поэтому он часто упоминается как пре-мРНК (или пре-мРНК для мРНК предшественника).
• В микроРНК , микроРНК тесно связаны с киРНК и используются для регулирования клеточных процессов , таких. Б. Пролиферация и гибель клеток.
• В riboswitches используется для регуляции генов . Они могут иметь как активирующий, так и репрессивный эффект.
• В рибозимы являются каталитически активные молекулы РНК. Подобно ферментам, они катализируют химические реакции.
• РРНК , рибосомальный РНК , как и тРНК, не несет никакой генетической информации, но участвует в строительстве рибосомы и является также каталитический активной в образовании пептидной связи .
• Särna , само-ammuffling РНК , используют в вакцинах РНК продлить продолжительность действия.
• МиРНК , малых интерферирующих РНК , возникает из пути прохождения сигнала клетки, который кратко , как RNAi (РНК — интерференции). Здесь дцРНК (двухцепочечная РНК; английская двухцепочечная РНК) разбита на множество более мелких фрагментов длиной примерно 22 нуклеотида ферментом Dicer ( миРНК ) и включена в ферментный комплекс RISC ( комплекс РНК-индуцированного сайленсинга). ). С помощью встроенных фрагментов РНК RISC комплементарно связывается с ДНК, например B. участки генов, или мРНК, и могут их «выключать». siRNA в настоящее время (2006 г.) интенсивно исследуются на предмет их участия в различных клеточных процессах и заболеваниях.
• ShRNA используется для RNAi.
• SnoRNA , небольшой ядрышек РНК , можно найти в ядрышко , и тесно связанные с scaRNAs в органах Cajal .
• МяРНК , малая ядерная РНК в ядре эукариот отвечает за сращивания hnRNA на сплайсосома .
• LncRNA , длинные некодирующие РНК , длиннее , чем 200 нуклеотидов и , таким образом , отличаются от малых регуляторных РНК , таких как микроРНК и миРНК.
• ПиРНК , Piwi взаимодействующего РНК , являются 26-31 нуклеотидов в длине и , таким образом , отличаются от нескольких меньшего микроРНКа и миРНКа. Они образуют комплексы с белками PIWI, которые участвуют в эпигенетическом и посттранскрипционном молчании в половых клетках.
• ТРНК , перенос РНК , не кодирует какой — либо генетической информации, но служит в качестве вспомогательной молекулы в белка синтеза , поднимая одну аминокислоту из цитоплазмы и транспортировки его к рибосоме. ТРНК кодируется определенным геном РНК .
• TracrRNA , который играет важную роль в CRISPR / cas9 системы.

У большинства живых существ РНК играет подчиненную роль ДНК как носителя информации: здесь ДНК является постоянным носителем генетической информации, а РНК служит временным хранилищем. Только РНК-вирусы (большинство всех вирусов) используют РНК вместо ДНК в качестве постоянного носителя для хранения. Для таксономии вирусов различают следующие типы РНК:

* дцРНК : двухцепочечная РНК;

* ss (+) РНК : одноцепочечная РНК, используемая в качестве мРНК;

* ss (-) РНК : одноцепочечная РНК, которая служит матрицей для продукции мРНК.

Кроме того, некоторые вирусы используют РНК в качестве промежуточного звена репликации (например, гепаднавирусы ).

Нуклеиновые Кислоты: Обзор

Нуклеиновые кислоты – это длинные полимеры, состоящие из отдельных элементов, называемых нуклеотидами . Каждый нуклеотид состоит из трех отдельных элементов: от одной до трех фосфатных групп, рибозного сахара и одного из четырех возможных азотистых оснований.

У прокариот, у которых отсутствует клеточное ядро, ДНК и РНК обнаруживаются свободными в цитоплазме. У эукариот, которые имеют клеточное ядро, а также ряд специализированных органелл, ДНК находится в основном в ядре. Но, это также может быть найдено в митохондриях и, в растениях, внутри хлоропластов.

Эукариотическая РНК, тем временем, обнаруживается в ядре и в цитоплазме.

Сравнительная таблица

Сравнительная таблица ДНК с РНК

	ДНК	РНК
Стенды для	Дезоксирибонуклеиновая кислота.	Рибонуклеиновая кислота.
Определение	Нуклеиновая кислота, которая содержит генетические инструкции, используемые в развитии и функционировании всех современных живых организмов. Гены ДНК экспрессируются или проявляются через белки, которые ее нуклеотиды продуцируют с помощью РНК.	Информация, найденная в ДНК, определяет, какие признаки должны быть созданы, активированы или деактивированы, в то время как различные формы РНК выполняют свою работу.
функция	План биологических принципов, которым должен следовать живой организм, чтобы существовать и оставаться функциональными. Среда долгосрочного, стабильного хранения и передачи генетической информации.	Помогает выполнять руководящие принципы ДНК. Передает генетический код, необходимый для создания белков из ядра в рибосому.
Структура	Двухцепочечный. Он имеет две нуклеотидные цепи, которые состоят из его фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (стабильная 2-дезоксирибоза) и четырех азотсодержащих нуклеобаз: аденин, тимин, цитозин и гуанин.	Однонитевый. Как и ДНК, РНК состоит из ее фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (менее стабильной рибозы) и 4 азотсодержащих нуклеиновых оснований: аденина, урацила (не тимина), гуанина и цитозина.
Базовое сопряжение	Аденин связывается с тимином (AT) и цитозин связывается с гуанином (CG).	Аденин связывается с урацилом (AU) и цитозин связывается с гуанином (CG).
Место нахождения	ДНК находится в ядре клетки и в митохондриях.	В зависимости от типа РНК эта молекула находится в ядре клетки, ее цитоплазме и рибосоме.
стабильность	Дезоксирибозный сахар в ДНК менее реактивен из-за связей СН. Стабильно в щелочных условиях. ДНК имеет меньшие бороздки, что затрудняет «атаку» ферментов.	Рибозный сахар более реактивен из-за С-ОН (гидроксильных) связей. Не устойчив в щелочных условиях. РНК имеет более крупные бороздки, что облегчает “атаку” ферментов.
распространения	ДНК самовоспроизводится.	РНК синтезируется из ДНК при необходимости.
Уникальные черты	Спиральная геометрия ДНК имеет B-форму. ДНК защищена в ядре, так как она плотно упакована. ДНК может быть повреждена воздействием ультрафиолетовых лучей.	Спиральная геометрия РНК имеет A-форму. Нити РНК постоянно делаются, ломаются и используются повторно. РНК более устойчива к повреждениям ультрафиолетовыми лучами.

Структура ДНК

Уотсон и Крик продемонстрировали, что по своей форме молекула ДНК напоминает винтовую лестницу, образующую двойную спираль. Каждая боковина «лестницы» состоит из многочисленных молекул сахара (дезоксирибозы), соединённых группами фосфатов. Эта сахарофосфатная цепь играет роль «кирпичика» в молекуле ДНК. «Перекладины» разделены надвое, при этом каждую половинку представляет один из четырёх химических элементов, называемых основаниями: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) или тимин (Т). Основания прочно крепятся к боковинам, но очень слабо — к середине перекладин.

Соединения аденин и гуанин имеют два кольца и относятся к пуринам, имеющим отношение к мочевой кислоте (они присутствуют в моче). Цитозин и тимин — однокольцевые соединения, называемые пиримидинами (некоторые витамины группы В имеют структуру пиримидинов). Аденин всегда объединяется в пары с тимином, а гуанин — с цитозином, формируя полные поперечины лестницы ДНК. Вместе с сахарофосфатным «каркасом» каждая пара образует нуклеотид — основную единицу ДНК.

Указанные четыре основания — важнейшая часть молекулы ДНК, так как они содержат генетический код каждой клетки. Комбинации оснований определяют время формирования различных белков и задают функции клеток организма.

Хромосомы

На этой фотографии с усиленной расцветкой показаны хромосомы человека, состоящие из цепочек ДНК и белков (изображение увеличено примерно в 4000 раз). Эти нитевидные структуры присутствуют в каждой клетке человеческого организма

Хромосомы представляют собой длинные цепочки ДНК и белков, которые, соединяясь, образуют хроматин. ДНК плотно сжата в ядре клетки, а связующие белки (гистоны) образуют структуру, известную как нуклеосома. Нуклеосомы соединяются дополнительными цепями ДНК — так называемыми связующими ДНК. Хромосомы постоянно присутствуют в ядре, но обнаруживаются только в процессе деления клетки.

Химическое строение и роль АТФ в энергетическом обмене

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) содержится в каждой клетке – в гиалоплазме (растворимой фракции цитоплазмы), митохондриях, хлоропластах и ядре.

Она обеспечивает энергией большинство реакций, происходящих в клетке. С помощью АТФ клетка способна двигаться, синтезировать новые молекулы белков, жиров и углеводов, избавляться от продуктов распада, осуществлять активный транспорт и т.п.

Молекула АТФ образована азотистым основанием, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ между собой соединены высокоэнергетическими (макроэргическими) связями.

В результате гидролитического отщепления конечной фосфатной группы образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и освобождается энергия.

После отщепления второй фосфатной группы образуется аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) и высвобождается ещё одна порция энергии.

АТФ образуется из АДФ и неорганического фосфата за счёт энергии, которая освобождается во время окисления органических веществ и в процессе фотосинтеза. Называется этот процесс называется фосфориллированием. При этом должно быть использовано не менее 40 кДж/моль АТФ, аккумулированной в её макроэргических связях.

Значит, основное значение процессов дыхания и фотосинтеза состоит в том, что они поставляют энергию для синтеза АТФ, при участии которой в клетке происходит значительное количество различных процессов.

АТФ чрезвычайно быстро восстанавливается.
Пример
У человека каждая молекула АТФ расщепляется и снова возобновляется 2400 раз на сутки, потому средняя длительность её жизни менее 1 мин.

Синтез АТФ осуществляется главным образом в митохондриях и хлоропластах. АТФ, которая образовалась, по каналах эндоплазматического ретикуллюма поступает в те участки клетки, где необходима энергия.

Замечание 8

АТФ играет главную роль в энергетическом обмене клетки и организма.

Любые виды клеточной активности происходят за счёт энергии, которая освобождается во время гидролиза АТФ. Оставшаяся энергия (около 50%), которая освобождается во время расщепления молекул белков, жиров, углеводов и других органических соединений, рассеивается в виде тепла рассеивается и практически существенного значения для жизнедеятельности клетки не имеет.

Разнообразие РНК и их функций

РНК при­ня­то под­раз­де­лять на ко­ди­рую­щие и не­ко­ди­рую­щие. Сре­ди ко­ди­рую­щих РНК гл. ме­сто за­ни­ма­ют мРНК. В со­от­вет­ст­вии с «центр. дог­мой» мо­леку­ляр­ной био­ло­гии (ДНК – РНК – бе­лок) они пе­ре­но­сят ге­не­тич. ин­фор­ма­цию от ДНК к ри­бо­со­мам, где она де­ко­ди­ру­ет­ся и реа­ли­зу­ет­ся в ви­де ами­но­кис­лот­ных по­сле­до­ва­тель­но­стей бел­ков. Ко­ди­рую­щей функ­ци­ей об­ла­да­ет РНК-ком­по­нент фер­мен­та те­ло­ме­ра­зы (те­ло­ме­раз­ная РНК), оп­ре­де­лён­ный сег­мент ко­то­рой слу­жит мат­ри­цей для син­те­за те­ло­мер­ных ДНК-по­вто­ров на кон­цах ли­ней­ных хро­мо­сом. Со спе­ци­фич. бел­ка­ми свя­за­на так­же ко­рот­кая мат­рич­ная РНК, на­зы­вае­мая на­прав­ляю­щей РНК (англ. guide RNA), уча­ст­вую­щая в про­цес­се ре­дак­ти­ро­ва­ния мРНК. Она оп­ре­де­ля­ет, в ка­кие уча­ст­ки мРНК бу­дут вве­де­ны до­пол­нит. ос­тат­ки U. У всех бак­те­рий су­ще­ст­ву­ет транс­порт­но-мат­рич­ная РНК (тмРНК), ко­ди­рую­щая ко­рот­кий пеп­тид, на­ра­щи­вае­мый на С-кон­цы де­фект­ных бел­ков, син­тез ко­то­рых по ка­кой-то при­чи­не не смог­ли до­ве­сти до кон­ца ри­бо­со­мы. Ко­ди­руе­мый тмРНК пеп­тид слу­жит сиг­на­лом для про­те­аз, унич­то­жаю­щих де­фект­ные бел­ки. Т. о., в этом слу­чае РНК осу­ще­ст­в­ля­ет кон­троль ка­че­ст­ва бел­ков, син­те­зи­руе­мых бак­те­ри­аль­ной клет­кой. К ко­ди­рую­щим РНК от­но­сят­ся все ви­рус­ные РНК, ко­то­рые слу­жат мат­ри­ца­ми для син­те­за ДНК и РНК, а так­же ви­рус­ных бел­ков.

К чис­лу не­ко­ди­рую­щих РНК от­но­сит­ся груп­па, фор­ми­рую­щая бе­лок­син­те­зи­рую­щий ап­па­рат клет­ки. Бо­лее 80% РНК лю­бой клет­ки пред­став­ле­но ри­бо­сом­ны­ми ри­бо­нук­леи­но­вы­ми ки­сло­та­ми (рРНК) – гл. струк­тур­ны­ми и функ­цио­наль­ны­ми ком­по­нен­та­ми ри­бо­сом.

Функ­цию де­ко­ди­ро­ва­ния ге­не­тич. ин­фор­ма­ции на ри­бо­со­мах под кон­тро­лем рРНК осу­ще­ст­в­ля­ют транс­порт­ные ри­бо­нук­леи­но­вые ки­сло­ты (тРНК). Они пе­ре­но­сят в ри­бо­со­му ами­но­кис­лот­ные ос­тат­ки для син­те­за бел­ков. Ко­гда ри­бо­со­мы син­те­зи­ру­ют сек­ре­тор­ные или мем­бран­ные бел­ки, с ни­ми ас­со­ции­ро­ва­ны сиг­нал­уз­наю­щие РНК-бел­ко­вые ком­плек­сы – т. н. SRP (от англ. signal recognition particles). В этих час­ти­цах РНК вы­пол­ня­ют роль кар­ка­са, на ко­то­ром со­би­ра­ют­ся бел­ки, рас­по­знаю­щие спец. сиг­наль­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти в син­те­зи­рую­щих­ся по­ли­пеп­тид­ных це­пях.

В ре­гу­ля­ции про­цес­сов транс­крип­ции и транс­ля­ции в клет­ке при­ни­ма­ют уча­стие мно­го­числ. низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ные, или ма­лые, и вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ные, или длин­ные, не­ко­ди­рую­щие РНК (мнкРНК и длнкРНК со­от­вет­ст­вен­но). Не­ко­то­рые из них об­ла­да­ют ри­бо­зим­ной ак­тив­но­стью и уча­ст­ву­ют в про­цес­син­ге др. РНК (напр., РНК-ком­по­нент бак­те­ри­аль­ной ри­бо­нук­леа­зы). В яд­рах кле­ток эу­ка­ри­от при­сут­ст­ву­ет се­мей­ст­во из 6–7 ма­лых ядер­ных РНК (мяРНК), вы­пол­няю­щих гл. функ­цию на всех ста­диях сплай­син­га мРНК. Воз­мож­но, не­ко­то­рые из них об­ла­да­ют ри­бо­зим­ной ак­тив­но­стью. мнкРНК, ло­ка­ли­зую­щие­ся в яд­рыш­ках эу­ка­рио­тич. кле­ток, от­ве­ча­ют за спе­ци­фич. ме­ти­ли­ро­ва­ние пред­ше­ст­вен­ни­ков рРНК, за пре­вра­ще­ние в них оп­ре­де­лён­ных ос­тат­ков ури­ди­на в псев­до­ури­дин; они иг­ра­ют клю­че­вую роль в РНК-ин­тер­фе­рен­ции. Мно­гие из длнкРНК транс­кри­би­ру­ют­ся с це­пи ДНК, про­ти­во­по­лож­ной ко­ди­ру­щей мРНК. Об­ра­зуя ком­пле­мен­тар­ные ком­плек­сы с мРНК вме­сте со спе­ци­фич. бел­ка­ми, они пол­но­стью или час­тич­но по­дав­ля­ют экс­прес­сию ге­нов на уров­не транс­ля­ции. Не­ко­ди­рую­щи­ми РНК пред­став­ле­ны транс­крип­ты су­ще­ст­вен­но боль­шей час­ти ге­но­мов всех ор­га­низ­мов, чем ко­ди­рую­щи­ми, т. е. раз­но­об­ра­зие та­ких РНК в де­сят­ки раз пре­вы­ша­ет раз­но­об­ра­зие ин­ди­ви­ду­аль­ных бел­ков в клет­ке.

От­кры­тие у РНК столь вы­со­кой струк­тур­ной и функ­цио­наль­ной пла­стич­но­сти, в ча­ст­но­сти спо­соб­но­сти к са­мо­вос­про­из­ве­де­нию и са­мо­пре­вра­ще­ни­ям, по­зво­ля­ет пред­по­ла­гать, что при за­ро­ж­де­нии жиз­ни на Зем­ле эта нук­леи­но­вая ки­слота бы­ла пер­вым ин­фор­мац. био­по­ли­ме­ром, пред­ше­ст­во­вав­шим по­яв­ле­нию ДНК и бел­ков.

История исследования

В 1847 из экстракта мышц быка было выделено вещество, которое получило название «инозиновая кислота». Это соединение стало первым изученным нуклеотидом. В течение последующих десятилетий были установлены детали его химического строения. В частности, было показано, что инозиновая кислота является рибозид-5′-фосфатом, и содержит N-гликозидную связь.
В 1868 году швейцарским химиком Фридрихом Мишером при изучении некоторых биологических субстанций было открыто неизвестное ранее вещество. Вещество содержало фосфор и не разлагалось под действием протеолитических ферментов. Также оно обладало выраженными кислотными свойствами. Вещество было названо «нуклеином»

Соединению была приписана брутто-формула C29H49N9O22P3.
Уилсон обратил внимание на практическую идентичность химического состава «нуклеина» и открытого незадолго до этого «хроматина» — главного компонента хромосом. Было выдвинуто предположение об особой роли «нуклеина» в передаче наследственной информации.
В 1889 г Рихард Альтман ввел термин «нуклеиновая кислота», а также разработал удобный способ получения нуклеиновых кислот, не содержащих белковых примесей.
Левин и Жакоб, изучая продукты щелочного гидролиза нуклеиновых кислот, выделили их основные составляющие — нуклеотиды и нуклеозиды, а также предложили адекватные структурные формулы, описывающие их свойства.
В 1921 году Левин выдвинул гипотезу «тетрануклеотидной структуры ДНК», оказавшуюся впоследствии ошибочной.
В 1935 году Клейн и Танхаузер с помощью фермента фосфатазы провели мягкое фрагментирование ДНК, в результате чего были получены в кристаллическом состоянии четыре ДНК-образующих нуклеотида

Это открыло новые возможности для установления структуры этих соединений.
В 1940-е годы научная группа в Кембридже под руководством Александера Тодда проводит широкие синтетические исследования в области химии нуклеотидов и нуклеозидов

В результате их работы были установлены все детали химического строения и стереохимии нуклеотидов. За цикл работ в этой области Александер Тодд был награждён Нобелевской премией в области химии в 1957 году.
В 1951 году Чаргаффом была установлена закономерность содержания в нуклеиновых кислотах нуклеотидов разных типов, получившая впоследствии название Правило Чаргаффа.
В 1953 году Уотсоном и Криком установлена вторичная структура ДНК, двойная спираль.

Это открыло новые возможности для установления структуры этих соединений.
В 1940-е годы научная группа в Кембридже под руководством Александера Тодда проводит широкие синтетические исследования в области химии нуклеотидов и нуклеозидов. В результате их работы были установлены все детали химического строения и стереохимии нуклеотидов. За цикл работ в этой области Александер Тодд был награждён Нобелевской премией в области химии в 1957 году.
В 1951 году Чаргаффом была установлена закономерность содержания в нуклеиновых кислотах нуклеотидов разных типов, получившая впоследствии название Правило Чаргаффа.
В 1953 году Уотсоном и Криком установлена вторичная структура ДНК, двойная спираль.

Типы РНК

В зависимости от функций, выполняемых в организме, принято выделять несколько типов рибонуклеиновой кислоты. Каждый из них имеет своё специальное обозначение.

Различные типы этого вещества и соответствующие функции РНК для наглядности можно представить в виде таблицы:

Название	Условное обозначение	Особенности
Информационная (матричная)	иРНК (мРНК)	Из всей рибонуклеиновой кислоты, содержащейся в клетке, она составляет около 5%. Содержит и передаёт информацию о первичной структуре белка. Созревая, становится матрицей для синтеза полипептидной белковой молекулы. Молекулы информационной РНК присутствуют в клетке до тех пор, пока синтезируется необходимая белковая молекула. После того как матрица становится не нужна, клетка ее разрушает.
Рибосомальная	рРНК	Синтез рибосомальной РНК осуществляется в ядрышке. Её молекулы имеют довольно крупные габариты, состоят из из большого количества нуклеотидов — от 3000 до 5000. Составляя 80−85% всей РНК клетки, имеет несколько разновидностей, которые входят в состав рибосом, отличаясь друг от друга длиной цепи, выполняемыми функциями, а также вторичной и третичной структурой. Молекулы рибосомальной РНК считывают информацию, закодированную информационной молекулой и способствуют образованию связей между аминокислотами в белковой цепи.
Транспортная	тРНК	Эта разновидность рибонуклеиновой кислоты синтезируется в ядре клетки на основе матрицы ДНК, после чего выходит в цитоплазму. Характерной чертой транспортной РНК является небольшой по меркам полимерных веществ размер молекулы (по сравнению с молекулами того же вещества, которым присущи другие функции). Она может содержать около 80 мономеров. Функция этого вещества: транспорт аминокислот, являющихся строительными материалами для протеинов к месту сборки белковой молекулы. Если представить пространственную структуру молекулы нуклеиновой кислоты в виде фигуры, напоминающей листок клевера, то транспортируемая аминокислота присоединяется к его черешку. Молекула транспортной рибонуклеиновой кислоты неуниверсальна: для доставки к рибосоме каждого вида аминокислот необходима своя разновидность транспортной РНК. Всего таких видов известно около 60.

Указанные в таблице типы РНК являются основными. Кроме них существуют и другие разновидности этого вещества. Все они в совокупности составляют единую систему, значение которой крайне велико: она направлена на считывание и воспроизведение наследственной информации через синтез белковых структур.

Существует ещё одна классификации РНК; согласно ей, выделяют следующие разновидности:

• Ядерная. Рапространение — ядро эукариотических клеток. Молекула собирается полимеразой 2 или 3 типов. После сборки выходит в цитоплазму клетки, где происходит созревание; потом возвращается в ядро. Участвует в процессе созревания матричной РНК. В цепи такой нуклеиновой кислоты находится много уридиновых нуклеотидов. Имеется и малый (ядрышковый) подтип.
• Цитоплазматическая. Находится под влиянием ядерной разновидности нуклеиновой кислоты. Функция — участие в антителообразовании в зрелых плазматических клетках.
• Митохондриальная. В отличие от ядерной, располагается в митохондриях.
• Пластидная. Кодирует гены, обеспечивающие процессы транскрипции и трансляции.

Что такое РНК?

Рибонуклеиновая кислота, также известная как РНК, содержится в основном в клетках цитоплазмы. Есть также несколько внутри ядра. Многие вирусы хранят свою генетическую информацию в геноме РНК. Он играет решающую роль в регуляции и экспрессии генов.

Это полинуклеотид, состоящий из мономеров, состоящих из нуклеотидов, подобных ДНК. Он имеет более короткую цепь ДНК. Рибоза — это сахар, который создает основу сахарофосфата. Рибоза обладает высокой степенью реакционной способности из-за гидроксильных групп в 2′-области пентозных колец. Таким образом, РНК не стабильна в щелочной среде. Из-за наличия 2’ОН-группы РНК находится в А-форме. Геометрия А-образной формы создает глубокую узкую основную канавку и узкую и широкую вспомогательную канавку. Четыре азотистых основания, обнаруженные в РНК, включают цитозин (C) и гуанин (G), а также аденин (A) и урацил (U). Как и ДНК, РНК большую часть времени функционирует только как одноцепочечная молекула, однако она также способна образовывать двухцепочечные структуры, такие как шпильки, за счет комплементарного спаривания оснований. Например, аденин (А) связан с урацилом (У), тогда как цитозин (С) связан с гуанином (Г).

Объявления

Большинство функций РНК имеют третичную структуру. К наиболее биоактивным типам РНК относятся информационные транскрипты (мРНК), а также транспортные РНК (тРНК) и рибосомальные РНК (рРНК), а также крошечные ядерные РНК (мяРНК), а также другие некодирующие РНК (нкРНК). МРНК, тРНК и рРНК связаны с процессом производства белка. нкРНК играет роль в процессе процессинга РНК, а также в регуляции генов. Определенные РНК, такие как рибозимы, могут катализировать химические реакции. Малые интерферирующие РНК (миРНК) играют важную роль в регуляции генов путем интерференции с РНК. Транскрипция – это процедура, при которой происходит синтез РНК на основе ДНК. фермент РНК-полимераза, инициирующая этот процесс. РНК-полимераза нелегко повреждается ультрафиолетовым светом.

Роль в клетке

Конечно, одна, даже большая двойная спираль не способна вместить в себя весь объем информации, необходимый для такого сложного проекта, как человеческое тело. Возможно, поэтому эти цепочки объединены в пары, что делает их похожими на букву «Х». Хромосомы, в свою очередь, тоже парные, и их у человека 46 пар.

Помимо того, что хромосома содержит в себе подробную инструкцию по функционированию клетки, она же путем активации актуальных моменту генов провоцирует клетку вырабатывать определенные белки с самыми различными свойствами. Например, в борьбе с опухолями активно участвует ген старости, который старит ее недоброкачественные клетки и не дает им бесконечно делиться.