Азотистые основания в нуклеотидах днк и рнк

Содержание
  1. Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)
  2. Строение ДНК
  3. Строение нуклеотидов в молекуле ДНК
  4. Уровни структуры ДНК
  5.  Правило Чаргаффа
  6. Модель ДНК Уотсона-Крика
  7. Интересные факты о ДНК
  8. Нуклеиновые кислоты: информационные молекулы. Урок 9
  9. Нуклеиновые кислоты – полимерные молекулы
  10. Днк – хранитель генетической информации
  11. Роли РНК в клетке
  12. Другие нуклеотиды
  13. Нуклеиновые кислоты: решение задач
  14. Азотистые основания ДНК и РНК
  15. История открытия
  16. Описание
  17. Использование в медицине и науке
  18. Интересные случаи
  19. азотистые основания – биология – 2020
  20. Что такое азотистые основания?
  21. Азотистые основы нуклеиновых кислот
  22. Сокращения азотных основ
  23. Классы и структура
  24. Что такое основы azote из химической точки зрения?
  25. Структура
  26. Расположение атомов азота в пурине и пиримидине
  27. Положение в нуклеотидах
  28. Когда азот базы формы нуклеозид?
  29. Организация в ДНК
  30. Концепция дополнительных основ
  31. Галстуки, которые держат пары легких базисов вместе
  32. Организация в РНК
  33. URACILE ЗАМЕНИТ ТИМИНУ
  34. Биологическая роль

Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)

Азотистые основания в нуклеотидах днк и рнк

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это линейный органический полимер, мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.

Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула.

 Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой.

Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации).

Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген.

Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма. Одни из них кодируют белки,  другие — только молекулы РНК.

Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:

  • синтеза РНК (транскрипции): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).
  • синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы.

Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.

Строение ДНК

ДНК – это линейный органический полимер. Его мономерные звенья – нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из:

  • азотистого основания;
  • пятиуглеродного сахара (пентозы);
  • фосфатной группы (рисунок 1).Рисунок 1 : ДНК – строение одной цепочки нуклеотидов

При этом,  фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка,  а  органическое основание — к 1′-атому.

Основания в ДНК бывают двух типов:

  • Пуриновые: аденин ( А ) и гуанин (G);
  • Пиримидиновые: цитозин (С) и тимин (Т);(рисунок 2),Рисунок 2: Азотистые основания- пуриновые и пиримидиновые

Строение нуклеотидов в молекуле ДНК

В ДНК моносахарид представлен  2′-дезоксирибозой, содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН),  а  в РНКрибозой, имеющей 2 гидроксильные группы(OH).

Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец),  а  на другом — 5′-фосфатная группа (5′-конец).

Уровни структуры ДНК

Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:

  • первичную;
  • вторичную;
  • третичную.

Первичная структура  ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК стабилизируется  водородными связями между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек,  закрученных вправо вокруг одной оси.

Общий виток спирали- 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм.

Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК.

Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов.

Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме. Так, в вытянутой форме длина молекулы ДНК составляет  8 см,  а в форме суперспирали укладывается в 5 нм.

 Правило Чаргаффа

Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:

  1. У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т  или (А + G)/(C + Т)=1.
  2. В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +C) равно количеству оснований с кетогруппами (G + Т):   А +C= G + Т или (А +C)/(G + Т)= 1
  3. Правило эквивалентности, то есть : А=Т, Г=Ц; А/Т = 1;  Г/Ц=1.
  4. Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности меньше 1, и колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98, у микроорганизмов он больше 1.

Модель ДНК Уотсона-Крика

Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).

Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3).

При этом аденин образует пару только с тимином,  а  гуанин — с цитозином.

Пара оснований  А—Т  стабилизируется двумя водородными связями,  а  пара G—Стремя.

Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.

Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’—З’-фосфодиэфирными связями, образует «боковины винтовой лестницы»,  а  пары оснований  А—Т  и G—С — ее ступеньки (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика

Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′.

В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:

  • 5′-TAGGCAT-3′
  • 3-ATCCGTA-5′.

В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева,  а  3′-конец — справа.

Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.

Модель ДНК Уотсона—Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:

  • согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
  • нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.

Интересные факты о ДНК

  1. Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации. При этом, ДНК всех клеток человеческого организма занимают 60 млрд. терабайт, что сохраняются на 150-160 граммах ДНК. [2]
  2. Международный день ДНК отмечается 25 апреля.

    Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот», где описали двойную спираль молекулы ДНК. [3]

Список литературы: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.

Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
Б.Глик,
Дж. Пастернак,
Источник: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
[2] MPlast.

by – портал: “ДНК 1 клетки человека вмещает 1,5 гигабайта информации – лучший винчестер на планете” – 27 апреля 2016 года
[3] Журнал NATURE: “Molecular Structure of Nucleic Acids” – 25 апреля 1953 года
Дата в источнике: 2002 год

Источник: https://mplast.by/encyklopedia/dnk-dezoksiribonukleinovaya-kislota/

Нуклеиновые кислоты: информационные молекулы. Урок 9

Азотистые основания в нуклеотидах днк и рнк

Для стабильной работы клетки нужно, чтобы в ней постоянно продуцировалось большое количество разнообразных белков. Информация о белках хранится в клетке, даже о тех из них, которые данный организм не унаследовал.

«Банком сведений» являются нуклеиновые кислоты, их можно сравнить с дисками наших компьютеров, на которые мы складываем всё, что нужно запомнить.

Все живые организмы способны сберегать наследственную информацию и передавать её потомкам при помощи нуклеиновых кислот.

Впервые нуклеиновые кислоты были открыты швейцарским биохимиком Ф. Мишером в 1868 г. Он выделил их из сперматозоидов лосося и ядер лейкоцитов человека. От слова «ядро» (лат. nucleus) и произошло название «нуклеиновые кислоты». Позже они были обнаружены вне ядер и в клетках всех живых организмов, в том числе безъядерных, но название так и сохранилось.

Фридрих Мишер

Существует две разновидности нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которые обеспечивают сохранение информации и РНК (рибонуклеиновая кислота), принимающие участие в процессе генной эксперессии и биосинтеза белка.

Нуклеиновые кислоты обладают уникальным свойством, они способны служить шаблоном для получения точной копии самих себя. Именно это позволяет передавать генетическую информацию в процессе деления клеток во время размножения организмов.

Репликация ДНК

Нуклеиновые кислоты – полимерные молекулы

Нуклеиновые кислоты — самые крупные нерегулярные полимерные органические молекулы, носящие название полинуклеотидов. Обычно ДНК намного крупнее РНК. Их мономерами являются нуклеотиды (нуклеозиды, дезоксинуклеозиды и др.). Каждый из них состоит из трёх компонентов:

  • пентозы, или пятиуглеродного сахара (рибоза в РНК и дезоксирибоза в ДНК);
  • фосфатной группы – остатка фосфорной кислоты (—PO 4 -);
  • азотистого основания.

Строение нуклеотида

Азотистые основания — это ароматические гетероциклические соединения, производные пиримидина или пурина. Нуклеотиды имеют пять основных типов азотистых оснований. Двухкольцевые пуриновые: аденин (Аde) и гуанин (Gua).

Каждое из них содержится как в ДНК, так и в РНК.

Остальные три основания представляют собой однокольцовые молекулы, производные пиримидина: цитозин (Cyt — есть как в ДНК, так и в РНК), тимин (Thy — только в ДНК), урацил (Ura — только в РНК).

Аденин и рибоза образуют нуклеозид аденозин (A), производные других азотистых оснований носят названия: гуанозин (G, Г), уридин (U, У), тимидин (Т), цитидин (C, Ц). При соединении азотистых оснований с дезоксирибозой образуются дезоксинуклеозиды. Все нуклеозидфосфаты объединяют под общим названием — нуклеотиды.

Строение пурина и пуриновых азотистых основанийСтроение пиримидина и пиримидиновых азотистых оснований

Нуклеиновые кислоты образуются путём реакции обезвоживания (конденсации, или дегидрации) между фосфатной группой одного нуклеотида и гидроксильной группой пентозы другого нуклеотида. Так получается фосфодиэфирная связь, объединяющая два углевода через фосфат.

В молекуле нуклеотида азотистое основание присоединено к первому атому углерода пентозы, а остаток фосфорной кислоты — к пятому. Получающаяся полинуклеотидная цепь полярна, она имеет два конца:

  • 5′ (пять-штрих положение) — углеродный атом в пятичленном моносахариде — рибозе или дезоксирибозе;
  • 3´ (три-штрих положение) — гидроксильная группа, взятая от углевода (ОН).

Эти концы в двойной спирали ДНК соединяются через фосфатную группу по типу голова-хвост (3′ к 5′) по принципу комплементарности, азотистыми основаниями внутрь спирали. Такая ориентация цепей называется антипараллельной.

Днк – хранитель генетической информации

Организмы используют расстановку нуклеотидов ДНК для кодирования информации, указывающей аминокислотную последовательность первичной структуры их белков. Этот способ похож на то, как мы кодируем слова в предложении при помощи букв.

Предложение, написанное на русском языке, состоит из комбинации 33 букв алфавита в определённом порядке; код молекулы ДНК состоит из комбинации четырёх типов нуклеотидов в специфической последовательности: А, T, Г, Ц.

ДНК в организмах содержится в виде двух цепей, обёрнутых в виде спирали вокруг друг друга и вместе вокруг общей оси, либо в линейной форме, либо кольцевой у большинства прокариот, а также в хлоропластах и митохондриях эукариот.

Исключение – одноцепочечная молекула ДНК некоторых фагов — вирусов, поражающих бактериальные клетки. Две нити ДНК соединены связями-перемычками, как винтовая лестница ступенями. Такая структура молекулы называется двойной спиралью. Каждый шаг винтовой лестницы ДНК состоит из пары оснований.

Основание одной цепи притягивается водородной связью к основанию другой цепи.

Строение ДНК

Правила спаривания возникают из наиболее стабильной конфигурации водородного скрепления между двумя основаниями: пары аденина с тимином двумя водородными связями (в ДНК) или с урацилом (в РНК) и пары цитозина с гуанином — тремя водородными связями.

Основания, которые участвуют в сопряжении, дополняют друг друга, это свойство носит название комплементарности. Если известна последовательность оснований одной цепи ДНК, то благодаря специфичности их соединения, становится известна структура её партнёра — второй цепи.

Схема строения ДНК

В клетках эукариот ДНК дополнительно комплектуется с белками для формирования структур, называемых хромосомами. Это структуры более высокого порядка, которые влияют на функцию ДНК, поскольку участвуют в контроле за экспрессией генов.

Определение размеров молекул ДНК стало возможным только после изобретения методов электронной микроскопии, ультрацентрифугирования, электрофореза.

Расшифровка структуры ДНК имеет свою предысторию. В 1950 г. американский ученый Э. Чаргафф и его коллеги, исследуя состав молекулы ДНК, установили следующие закономерности, впоследствии названные правилами Чаргаффа.

  1. Количество адениловых нуклеотидов в молекуле ДНК равно количеству тимидиловых (А = Т), а количество гуаниловых — количеству цитидиловых (Г = Ц).
  2. Количество пуриновых азотистых оснований равно количеству пиримидиновых (А + Г = Т + Ц).
  3. Суммарное количество адениловых и цитидиловых нуклеотидов равно суммарному количеству тимидиловых и гуаниловых нуклеотидов (А + Ц = Т + Г), что следует из первого правила.

Это открытие способствовало установлению пространственной структуры ДНК и определению ее роли в передаче наследственной информации от одного поколения другому. В 1953 г.

на основании правил Чаргаффа и данных о пространственной структуре молекулы ДНК, полученных английским биофизиком М. Уилкинсом, американский ученый Дж. Уотсон и англичанин Ф. Крик предложили трехмерную модель структуры ДНК, которая получила название «двойной спирали».

За разработку модели молекулы ДНК Дж. Уотсон, Ф. Крик и М. Уилкинс в 1962 г. были удостоены Нобелевской премии.

Параметры двойной спирали ДНК

Роли РНК в клетке

Рибонуклетновые кислоты подобны ДНК, но имеет несколько основных химических различий.

  • Она содержит дисахарид рибозу, связанный с гидроксильной группой (в ДНК гидроксильную группу заменяет атом водорода);
  • В молекуле РНК используется урацил вместо тимина. Урацил имеет сходную с тимином структуру, за исключением того, что один из его углеродов не имеет метильной группы (- CH3 ).
  • РНК производится путём транскрипции с участка ДНК, не образует двойной спирали, но содержит короткие участки со спаренными основаниями. Это приводит к тому, что при двумерном изображении она напоминает шпильки и петли, форму кленового листа (у тРНК).

Все виды РНК синтезируются на определенных участках одной из цепей ДНК. Такой синтез получил название матричного, так как молекула ДНК является матрицей (т. е. образцом, моделью) для синтеза молекул РНК.

Роль РНК в клетке разнообразна:

  • она несёт информацию в виде матричной, или информационной РНК (мРНК, или иРНК). Матричные РНК наиболее разнообразны по структуре и размерам. Одна молекула содержит информацию об одном белке. В ходе синтеза белка на рибосомах она служит матрицей, поэтому биосинтез белка относится к матричным процессам. иРНК составляет 3-5% всех РНК клетки;
  • входит в состав рибосомы в форме рибосомальной РНК (рРНК). рРНК составляет 80% всех РНК клетки. В соединении с белками они образуют одномембранные органоиды рибосомы, и участвуют в синтезе белков из аминокислот;
  • переносит аминокислоты в виде трансферной, или транспортной РНК (тРНК) составляет около 15 % всех клеточных РНК. Молекулы тРНК сравнительно небольшие (в среднем состоят из 80 нуклеотидов). Благодаря формированию внутримолекулярных водородных связей молекула тРНК приобретает характерную пространственную структуру, называемую клеверным листом.

В последнее время у РНК были обнаружены ферментативные функции, а отдельная её форма включает регуляцию экспрессии генов.

Другие нуклеотиды

В дополнение к служению мономерами в ДНК и РНК нуклеотиды играют важные роли в жизни клетки. Они являются основой для синтеза целого ряда органических веществ. Два нуклеотида могут быть связаны через фосфатные группировки в динуклеотид. К этой группе соединений относятся коферменты:

  • НАДФ+ (NADP+);
  • КоА (CoA);
  • флавин ФАД (FAD).

Также есть жизненно-важные нуклеотиды, являющиеся компонентами энергетических реакций. Например, аденин является ключевым компонентом молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), энергетической валюты клетки.

Клетки используют АТФ в качестве источника энергии во всех процессах: чтобы перенести вещества через мембрану, соединить или расщепить молекулы, передвигать мышцами, жгутиками и ресничками и т. д.

АТФ – это универсальный (для всех живых организмов) источник и переносчик энергии клетки.

Структура аденозинтрифосфорной кислоты
Solon

Молекула АТФ состоит из азотистого основания аденина, пятиуглеродного сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Остатки фосфорных кислот соединены между собой высокоэнергетическими связями (макроэргическими). Отрыв остатка фосфорной кислоты происходит в процессе гидролиза, при этом выделяется большое количество энергии – 40 кДж/моль.

Процесс отсоединения фосфатной группы называется реакцией дефосфорелирования.

После гидролитического отщепления от АТФ одной фосфатной группы образуется аденизиндифосфатная кислота (АДФ):

АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + 40 кДж

АДФ может подвергаться дальнейшему гидролизу с отщеплением еще одной фосфатной группы и выделением второй «порции» энергии. При этом АДФ преобразуется в аденозинмонофосфорную кислоту (АМФ):

АДФ + Н2О → АМФ + Н3РО4 + 40 кДж

Обратный процесс — синтез АТФ — происходит в результате присоединения к молекуле АДФ остатка фосфорной кислоты (реакция фосфорилирования). Этот процесс осуществляется за счет энергии, высвобождающейся при окислении органических веществ (глюкозы, высших карбоновых кислот и др.). Для образования 1 моль АТФ из АДФ должно быть затрачено не менее 40 кДж энергии:

АДФ + Н3РО4 + 40 кДж → АТФ + Н2О.

АТФ чрезвычайно быстро обновляется. У человека, например, каждая молекула АТФ расщепляется и вновь синтезируется около 2400 раз в сутки, поэтому средняя продолжительность ее «жизни» — менее 1 мин. Синтез АТФ осуществляется главным образом в митохондриях и хлоропластах, частично в гиалоплазме.

Нуклеиновые кислоты: решение задач

Задача 1.

В молекуле ДНК содержится 17% аденина. Определите, сколько (в %) в этой молекуле содержится других оснований.

Решение:

По первому правилу Чаргаффа А=Т, Г=Ц. В задаче дано А=17%, значит и тимина 17%. Всего тимина и гуанина 17+17=34%. Оставшиеся 66% делятся на гуанин и цитидин поровну. Г=33% и Ц=33%.

Ответ: в этой молекуле ДНК содержится:

Тимидина — 17%;

Гуанина — 33%;

Цитидина — 33%.

Задача 2.

Участок гена имеет следующее строение, состоящее из последовательности нуклеотидов: ЦГГ ЦГЦ ТЦА ААА ТЦГ …

Укажите строение соответствующего участка белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка удаление из гена четвёртого нуклеотида?

Генетический код

Решение:

Используя принцип комплементарности (в ДНК: А=Т, Г=Ц) соединения оснований водородными связями и таблицу генетического кода:

Цепь ДНКЦГГЦГЦТЦААААТЦГ
иРНКГЦЦГЦГУГУУУУАГЦ
Цепь белка из аминркислотАлаАлаСерФенСер

При удалении из гена четвёртого нуклеотида – Ц, произойдут заметные изменения – уменьшится количество и состав аминокислот в белке.

ДНКЦГГГЦТЦААААТЦГ
иРНКГЦЦЦГАГУУУУАГЦ
белокАлаАргВалЛей

Задача 3.

Какую длину имеет участок ДНК, кодирующий синтез инсулина, который содержит 51 аминокислоту в двух цепях, если один нуклеотид занимает 3,4 А° (ангстрема) цепи ДНК? 1 А°=0,1 нм (нанометра)=0,0001 мкм (микрометра)=0,000 0001 мм=0,000 000 000 01 м.

Решение

1) 51Х3=153 (нуклеотида) – так как каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами.

2) 153 Х3,4 = 520,2 (А°)

Ответ: участок ДНК равен 520,2 А°

Подготовка к ЕГЭ, решение задач

Источник: https://tvoiklas.ru/nukleinovie-kisloti/

Азотистые основания ДНК и РНК

Азотистые основания в нуклеотидах днк и рнк

Все жизненные формы занимаются строительством и контактированием между собой. Изначально во всех клетках осуществляются оба этих процесса. ДНК выполняет строительство, а РНК — контактирование. Первые объективные сведения о них появились порядка 50-60 лет назад. Но, несмотря на все достижения их исследования, познания ученых о макромолекулах все еще отнюдь не полны. 

История открытия

Выделение вещества и строение ДНК было осуществлено И.Ф.Мишером в далеком 1868 г. из остаточных элементов клеток, которые содержались в составе гноя. Сначала химическое вещество стало называться нуклеином.

А после того, как ученый установил, что в составе макромолекулы есть кислотные особенности, вещество стало называться нуклеиновой кислотой. Сейчас оно называется дезоксирибонуклеиновой кислотой. Мало-помалу ученые доказали, что не белки, а именно исследуемая макромолекула – это носитель различных генетических сведений.

Значимость РНК в белочном синтезе было предположено еще в 1939 г. Т.О.Касперссоном, Ж.Брачетом и Д.Шульцом. Впоследствии Д.Маирбакс осуществил выделение матричной первой макромолекулы, которая кодировала кроличий гемоглобин, показав в виде таблицы, когда она направляется в ооциты, создается идентичный вещество-белок.

1953 год ознаменовался новой стадией изучения строения молекулы. Учеными благодаря выявлению ее структурных особенностей и состава, способствовали появлению молекулярной биологической науки. 

Описание

После зарождения новой биологической был выражен ее главный постулат: ДНК-РНК-белок. Другими словам, сведения, которые содержатся в генном веществе, осуществляются в качестве белков, но не напрямую, а через подобного основания РНК-полимера.

В итоге ДНК осуществляет синтез на ДНК, гарантируя собственный редупликационный процесс, то есть воспроизводится изначальная генная материя.

В сравнении, РНК осуществляет синтез на основании азотистого строения ДНК и переписывает генетические сведения в качестве множества РНК-дубликатов.

Азотистые основания РНК-молекулы, являются матричными структурами для белочного процесса-синтеза – сведения о генетике передаются полипептидными цепочками, которые можно описать в виде таблицы.

При этом появляется разборчивое впечатление о существенно более многообразных возможностях этой макромолекулы по сравнению с составом ДНК, которая существует, как правило, лишь с необходимостью сохранять и передавать черты наследственности.

Представленные макромолекулы различны своим составом и протяженностью цепочки полимеров, эти сведения отображают все таблицы по генетике. Состав наиболее протяженной макромолекулы ДНК в человеческих клетках входит 250млн.

азотистых оснований — мономеров, а протяженность таковой — более 8 сантиметров. Таким образом, чтобы выразить порядок ДНК -нуклеотидов одной человеческой клеточки понадобятся больше 800 тыс. текстовых страниц в виде таблиц. 

Использование в медицине и науке

Основания ДНК являются самыми оптимальными носителями различных сведений на планете. Несмотря на то, что первые образцы сохранения цифровых таблиц макромолекулой возникли около тридцати лет назад, лишь несколько лет назад гарвардские ученые сумели доподлинно раскрыть их состав и код.

Они смогли сохранить порядка 700 терабайт сведений 1 грамма макромолекулы. Это равнозначно приблизительно 150 кг компьютерных винчестеров, а в форме макромолекулы — это только капелька. 
Благодаря нынешним технологиям возможно считывать строение макромолекулы за несколько часов, но это очень дорогостоящая работа.

Поэтому, как правило, с практической точки зрения, возможности подобной формы сохранения сведений довольно ограничены. Но сама идея, что все знания человечества о мире могли бы сохраниться в пространстве, которое не превышает размеры холодильника, просто изумительна и не дает покоя ученым.

Важность изучения и применения оснований РНК была подтверждена Нобелевской медицинской премией, которую получил С.Очоа в 1959 г. за то, что открыл механизм РНК-синтеза. В 1965 г. в лабораторном учреждении Р.Холея был установлен порядок 77-ми веществ-нуклеотидов одной из тРНК дрожжей S.cerevisiae.

За это открытие в 1968 г. он также был награжден Нобелевской медицинской премией. 
В 1976 г. У.Фаэрс вместе со специалистами бельгийского университета Гента выявил первый порядок и состав генома содержащего РНК вируса-бактериофага MS 2. В начале 1990 – х гг.

было установлено, что когда вводятся инородные гены в растительный геном, то это ведет к тому, что подавляется строение схожих растительных генов. 

Интересные случаи

Сегодня существует множество различных ситуаций, где проявляется уникальные особенности представленных макромолекул. В частности, ученым стало известно, что из-за значительного выплеска радиации, выброшенной в атмосферу, в основании ДНК всех граждан, что родились по прошествии 1955г.

, входят в состав мелкие частички углерода-четырнадцать. 
Интересно, что отдельная личность может быть наделена двумя комплектами оснований ДНК. Так, множества случаев беременностей завязываются таким образом, что часто какой-нибудь один из близняшек поглощает в себя иного еще до того, как обнаруживается зародыш.

В 99-ти процентов явлений на этом все завершается, и многие люди живут без знания о том, что они – это один из образцов химеризма. Но при определенных обстоятельствах, если близняшка «вобрала» в себя собственную близняшку, то в нем может быть 2 разных комплекта макромолекулы.

Зачастую это устанавливается во время исследований на совместимость, когда необходимо пересаживание органа от одного человека к другому. 
Умение клетки ДНК самовыражаться могут наглядно продемонстрировать шелковичные черви. Благодаря макромолекуле клетка способна воссоздать всякое число РНК.

Так, единственный ДНК-ген способен образовать приблизительно 1 тысяч дубликатов РНК, каждая из которых может транслировать сведения для формирования громадного числа веществ-протеинов шелковых нитей.

На сегодня это наиболее показательный образец сооружения и контакта двух макромолекул, который дозволяет людям комфортно ощущать себя в легком облачении. Как правило, всего за 4 дня гены единственной клетки способны изготовить миллиард веществ-протеинов.

Источник: https://testdnk.pro/informacia/azotistye-osnovaniya-dnk-i-rnk.html

азотистые основания – биология – 2020

Азотистые основания в нуклеотидах днк и рнк

Азотистые основания представляют собой ароматические гетероциклические органические соединения, содержащие атомы азота, которые принимают участие в образовании нуклеотидов.

Плоды объединения азотистого основания, пентозы (то есть сахара с 5 атомами углерода) и фосфатной группы, нуклеотидов являются молекулярными единицами, которые составляют нуклеиновые кислоты ДНК и РНК.

В ДНК азотистыми основаниями являются: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК они такие же, кроме тимина, в месте которого находится азотистое основание, называемое урацил.

В отличие от РНК, азотистые основания ДНК образуют пары или пары оснований. Наличие такого спаривания возможно, потому что ДНК имеет двухцепочечную нуклеотидную структуру.

Экспрессия генов зависит от последовательности азотистых оснований в сочетании с нуклеотидами ДНК.

Что такое азотистые основания?

Азотистые основания – это органические молекулы, содержащие азот, которые принимают участие в образовании нуклеотидов .

Каждый из образованных азотистых оснований, сахара с 5 атомами углерода (пентозы) и фосфатной группы, нуклеотиды являются молекулярными единицами, которые составляют нуклеиновые кислоты ДНК и РНК .

ДНК и РНК нуклеиновых кислот являются биологическими макромолекулами, от которых зависит развитие и правильное функционирование клеток живого существа.

Азотистые основы нуклеиновых кислот

Азотистые основания, из которых состоят нуклеиновые кислоты ДНК и РНК: аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил .

Аденин, гуанин и цитозин являются общими для обеих нуклеиновых кислот, то есть они являются частью как нуклеотидов ДНК, так и нуклеотидов РНК. Тимин является эксклюзивным для ДНК, а урацил – исключительно для РНК .

Если коротко, то азотистые основания, которые образуют нуклеиновую кислоту (будь то ДНК или РНК), относятся к 4 различным типам.

Сокращения азотных основ

Химики и биологи сочли целесообразным сократить названия азотистых оснований одной буквой алфавита. Таким образом, они сделали представление и описание нуклеиновых кислот в текстах проще и быстрее.

Аденин совпадает с заглавными буквами A; гуанин с заглавной буквой G; цитозин с заглавной буквой С; тимин с заглавными буквами T; наконец, урацил с заглавной буквой U.

Классы и структура

Существует два класса азотистых оснований: класс азотистых оснований, которые происходят от пиримидина, и класс азотистых оснований, которые происходят от пурина .

Рисунок: общая химическая структура пиримидина и пурина.

Азотистые основания, происходящие из пиримидина, также известны под альтернативными названиями: пиримидиновые или пиримидиновые азотистые основания ; в то время как азотистые основания, которые происходят из пурина, также известны с альтернативными словами: пуриновые или пуриновые азотистые основания .

Цитозин, тимин и урацил относятся к классу пиримидиновых азотистых оснований; аденин и гуанин, с другой стороны, составляют класс пуриновых азотистых оснований.

Примеры производных пурина, кроме азотистых оснований ДНК и РНК

Среди производных пурина есть также органические соединения, которые не являются азотистыми основаниями ДНК и РНК. Например, такие соединения, как кофеин, ксантин, гипоксантин, теобромин и мочевая кислота, попадают в эту категорию.

Что такое основы azote из химической точки зрения?

Химики-органики определяют азотистые основания и все производные пурина и пиримидина как гетероциклические ароматические соединения .

  • Гетероциклическое соединение представляет собой органическое кольцевое (или циклическое) соединение, которое в вышеупомянутом кольце имеет один или несколько атомов, отличных от углерода. В случае пуринов и пиримидинов атомы, отличные от углерода, являются атомами азота.
  • Ароматическое соединение представляет собой органическое соединение в форме кольца, имеющее структурные и функциональные характеристики, сходные с характеристиками бензола.

Структура

Рисунок: химическая структура бензола.

Химическая структура азотистых оснований, полученных из пиримидина, состоит, главным образом, в одномкольце с 6 атомами, 4 из которых представляют собой атомы углерода и 2 из которых представляют собой азот.

Фактически, азотистое основание пиримидина представляет собой пиримидин с одним или несколькими заместителями (т.е. одним атомом или группой атомов), связанными с одним из атомов углерода кольца.

Напротив, химическая структура азотистых оснований, полученных из пурина, состоит, главным образом, из двойногокольца с 9 полными атомами, 5 из которых являются атомами углерода и 4 из которых являются азотом. Вышеупомянутое двойное кольцо с 9 суммарными атомами происходит из слияния пиридиминового кольца (то есть пиримидинового кольца) с имидазольным кольцом (то есть кольцом имидазола, другого органического гетероциклического соединения).

Рисунок: структура имидазола.

Как известно, пиримидиновое кольцо содержит 6 атомов; в то время как имидазольное кольцо содержит 5. При слиянии два кольца имеют по два атома углерода в каждом, и это объясняет, почему конечная структура содержит, в частности, 9 атомов.

Расположение атомов азота в пурине и пиримидине

Чтобы упростить изучение и описание органических молекул, химики-органики решили назначить идентификационный номер для углей и всех других атомов несущих структур. Нумерация всегда начинается с 1, она основана на очень специфических критериях присвоения (которые здесь лучше не указывать) и служит для определения положения каждого атома в молекуле.

Для пиримидинов числовые критерии назначения устанавливают, что 2 атома азота занимают положение 1 и положение 3, тогда как 4 атома углерода находятся в положениях 2, 4, 5 и 6.

Для пуринов, с другой стороны, числовые критерии назначения утверждают, что 4 атома азота занимают позиции 1, 3, 7 и 9, тогда как 5 атомов углерода находятся в позициях 2, 4, 5, 6 и 8.

Положение в нуклеотидах

Азотистое основание нуклеотида всегда присоединяется к углероду в положении 1 соответствующей пентозы через ковалентную N-гликозидную связь .

В частности,

  • Азотистые основания, происходящие из пиримидина, образуют N-гликозидную связь через азот в положении 1 ;
  • В то время как азотистые основания, которые происходят из пурина, образуют N-гликозидную связь через азот в положении 9 .

В химической структуре нуклеотидов пентоза представляет собой центральный элемент, с которым связываются азотистое основание и фосфатная группа.

Химическая связь, которая объединяет фосфатную группу с пентозой, относится к фосфодиэфирному типу и включает кислород фосфатной группы и углерод в положении 5 пентозы.

Когда азот базы формы нуклеозид?

Комбинация азотистого основания и пентозы образует органическую молекулу, которая называется нуклеозидом .

Таким образом, именно добавление фосфатной группы превращает нуклеозиды в нуклеотиды.

Более того, согласно конкретному определению нуклеотидов, эти органические соединения могут быть «нуклеозидами, которые имеют одну или несколько фосфатных групп, связанных с углеродом 5 составляющей пентозы».

Организация в ДНК

ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, представляет собой большую биологическую молекулу, образованную двумя очень длинными цепями нуклеотидов (или полинуклеотидными филаментами ).

Эти полинуклеотидные филаменты имеют некоторые характеристики, которые заслуживают особого упоминания, поскольку они также тесно связаны с азотистыми основаниями:

  • Они объединены.
  • Они ориентированы в противоположных направлениях («антипараллельные нити»).
  • Они обертывают друг друга, как будто они две спирали.
  • Нуклеотиды, которые их составляют, имеют такое расположение, что азотистые основания ориентированы по направлению к центральной оси каждой спирали, тогда как пентозы и фосфатные группы образуют внешние каркасы последних.

    Сингулярное расположение нуклеотидов приводит к тому, что каждое азотистое основание одной из двух полинуклеотидных нитей объединяется посредством водородных связей с азотистым основанием, присутствующим на другой ниточке. Следовательно, этот союз создает комбинацию оснований, комбинаций, которые биологи и генетики называют спариванием, или пару оснований .

    Выше было сказано, что две нити соединены вместе: именно связи между различными азотистыми основаниями двух полинуклеотидных нитей определяют их соединение.

Концепция дополнительных основ

Изучив структуру ДНК, исследователи поняли, что спаривание азотистых оснований очень специфично . Фактически, они заметили, что аденин присоединяется только к тимину, а цитозин – только к гуанину.

В свете этого открытия они создали термин « комплементарность азотистых оснований », чтобы обозначить однозначное связывание аденина с тимином и цитозина с гуанином.

Идентификация комплементарного спаривания между азотистыми основаниями была ключом к объяснению физических размеров ДНК и особой стабильности, которой обладают два полинуклеотидных филамента.

В 1953 году американский биолог Джеймс Уотсон и английский биолог Фрэнсис Крик внесли решающий вклад в открытие структуры ДНК (от спиральной обмотки двух цепей полинуклеотидов до спаривания комплементарных азотистых оснований).

С формулировкой так называемой « модели двойной спирали » Уотсон и Крик обладали невероятной интуицией, которая представляла собой эпохальный поворотный момент в области молекулярной биологии и генетики.

Фактически, открытие точной структуры ДНК сделало возможным изучение и понимание биологических процессов, которые рассматривают дезоксирибонуклеиновую кислоту как главного героя: от того, как РНК реплицируется или формируется, до того, как она генерирует белки.

Галстуки, которые держат пары легких базисов вместе

Соединение двух азотистых оснований в молекуле ДНК, образующих комплементарное спаривание, представляет собой серию химических связей, известных как водородные связи .

Аденин и тимин взаимодействуют друг с другом с помощью двух водородных связей, а гуанин и цитозин – с помощью трех водородных связей.

СКОЛЬКО ПАР АЗОТАТОВЫХ ОСНОВ СОДЕРЖИТ МОЛЕКУЛУ ДНК ЧЕЛОВЕКА?

Общая молекула ДНК человека содержит около 3, 3 миллиарда основных азотных пар, что составляет около 3, 3 миллиарда нуклеотидов на нить.

Рисунок: химическое взаимодействие между аденином и тимином, а также между гуанином и цитозином. Читатель может отметить положение и количество водородных связей, которые удерживают вместе азотистые основания двух полинуклеотидных нитей.

Организация в РНК

В отличие от ДНК, РНК или рибонуклеиновая кислота представляет собой нуклеиновую кислоту, обычно состоящую из одной цепи нуклеотидов.

Следовательно, составляющие его азотистые основания являются «непарными».

Однако следует отметить, что отсутствие комплементарной цепи азотистых оснований не исключает возможности того, что азотистые основания РНК могут выглядеть как основания ДНК.

Другими словами, азотистые основания одной нити РНК могут соответствовать, согласно законам взаимодополняемости азотистых оснований, точно так же, как азотистые основания ДНК.

Комплементарное спаривание между азотистыми основаниями двух различных молекул РНК является основой важного процесса синтезабелка (или синтеза белка ).

URACILE ЗАМЕНИТ ТИМИНУ

В РНК урацил заменяет ДНК тимина не только по структуре, но и по комплементарному спариванию: фактически именно азотистое основание специфически связывается с аденином, когда две функциональные молекулы РНК появляются по функциональным причинам.

Биологическая роль

Экспрессия генов зависит от последовательности азотистых оснований, соединенных с нуклеотидами ДНК.

Гены представляют собой более или менее длинные сегменты ДНК (то есть нуклеотидные сегменты), которые содержат информацию, необходимую для синтеза белка.

Состоящие из аминокислот белки являются биологическими макромолекулами, которые играют фундаментальную роль в регуляции клеточных механизмов организма.

Последовательность азотистых оснований данного гена указывает аминокислотную последовательность родственного белка.

Источник: https://ru.energymedresearch.com/74636-nitrogenous-bases

Ваше здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: