Тема 18. Молекулярные основы жизни

Пептиды – органическое вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью. В живых клетках пептиды синтезируются из аминокислот, либо являются продуктами обмена белков.

Полипептиды – полимеры, построенные из остатков аминокислот; являются предшественниками белков. Многие антибиотики, гормоны, токсины по химической природе полипептиды.

Белки – природные высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот, которые соединены пептидными связями в длинные цепи. В процессах жизнедеятельности всех организмов белки выполняют структурную, регуляторную, каталитическую, защитную, транспортную, энергетическую и другие функции.

Аминокислоты – мономеры белков; класс органических соединений, содержащих карбоксильные аминогруппу NH₂ и органическую кислотную группу СООН. Около 20 важнейших аминикислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки. А. обладают свойствами и кислот и оснований; участвуют в обмене азотистых веществ всех организмов. Для кодирования одной аминокислоты используется сочетание из трех нуклеотидов ДНК (триплет нуклеотидов). К примеру, если молекула ДНК содержит информативный участок из 150 нуклеотидов, который кодирует первичную структуру белка, тогда число аминокислот, входящих в состав белка, который шифруется этим участком ДНК, будет равно 50; и наоборот: если белок состоит из 60 аминокислот, то число нуклеотидов одной полинуклеотидной цепи ДНК, шифрующих последовательность аминокислот в этом белке, будет равна 180.

Нуклеотиды – бактериальное "ядро"; оптически недифференцируемые частицы в полости бактериальной клетки. Нуклеотид содержит ДНК и несет наследственную информацию.

Нуклеиновые кислоты – это сложные органические соединения, представляющие собой фосфорсодержащие биополимеры (полинуклеотиды), мономерами которых являются нуклеотиды. Существует два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Азотистые основания – это производное пиримидина (пиримидиновые основания: цитозин, урацил и тимин) или производное пурина (пуриновые основания: аденин и гуанин).

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – нуклеиновая кислота, содержащая азотистые основания аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) и сахар дезоксирибозу. ДНК является носителем генетической информации, обеспечивает передачу ее другим клеткам и организмам, участвует в регуляции всех процессов жизнедеятельности клетки. ДНК присутствует в каждом организме и в каждой живой клетке, главным образом в её ядре. ДНК – биополимер: молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль; цепи построены из большого числа мономеров – нуклеотидов, которые в двух цепях молекулы ДНК комплементарны и образуют комплементарные пары (А – Т и Г – Ц). Комплементарность цепей ДНК – основа важнейших функций: хранения и передачи наследственной информации. Триплеты молекулы ДНК, с помощью которых закодирована информация о расположении аминокислот в молекуле белка, лежат в основе генетического кода.

РНК (рибонуклеиновые кислоты) – тип нуклеиновых кислот; высокомолекулярные органические соединения, образованные мономерами – нуклеотидами, в которые входят: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У) и сахар рибоза. В клетках всех живых организмов РНК участвуют в реализации генетической информации. Различают три основных вида РНК: и-РНК или м-РНК – информационные или матричные РНК; т-РНК - транспортные РНК; р-РНК - рибосомные РНК. Все виды Р. к. синтезируются в клетках на матрице ДНК, образуя последовательность рибонуклеотидов, комплементарную последовательности дезоксирибонуклеотидов в ДНК (процесс транскрипции).

и-РНК (информационная РНК или матричная РНК) – рибонуклеиновая кислота, являющаяся матрицей белкового синтеза, синтезирующаяся на определенном, соответствующем гену участке ДНК. и-РНК играют роль матриц при биосинтезе белков в процессе трансляции: и-РНК преобразует информацию, записанную в виде последовательности триплетов нуклеотидов, в информацию, представленную последовательностью аминокислот в полипептидных цепях белков. и-РНК – это копия части молекулы ДНК; синтезируемая молекула и-РНК имеет последовательность нуклеотидов, комплементарную молекуле ДНК по принципу (ДНК → и-РНК): А→У; Т→А; Ц→Г; Г→Ц. К примеру, если участок молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов АТГЦЦА, то синтезируемая на нем молекула и-РНК должна будет иметь последовательность нуклеотидов УАЦГГУ.

Ген – элементарная единица наследственности; участок ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного белка (последовательности соединения входящих в его состав аминокислот) или молекулы рРНК и тРНК. Важнейшим свойством генов является сочетание их высокой устойчивости в ряду поколений со способностью к наследуемым изменениям (мутациям), служащим основой изменчивости организмов, дающей материал для естественного отбора.

Генетический код – свойственная живым организмам единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов; определяет последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь в соответствии с последовательностью нуклеотидов ДНК гена; в основе ГК лежат триплеты молекулы ДНК. Реализация генетического кода в клетке, т.е. синтез белка, кодируемого геном, происходит в два этапа: транскрипцию и трансляцию. Общие свойства ГК: ▪ триплетность (каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов); ▪ универсальность (у всех исследованных организмов одни и те же триплеты нуклеотидов кодируют одни и те же аминокислоты); ▪ вырожденность или избыточность (большинство аминокислот кодируется не одним, а несколькими разными триплетами нуклеотидов); ▪ неперекрываемость (кодоны одного гена не перекрываются, что повышает надежность хранения и передачи наследственной информации); ▪ однозначность (каждый отдельный кодон кодирует только один аминокислотный остаток); ▪ компактность или непрерывность (между кодонами в иРНК нет "запятых" и "пробелов", т.е. нуклеотидов, не входящих в последовательность кодонов данного гена).

Кодон – элементарная единица генетического кода, которая кодирует одну аминокислоту и состоит из трех последовательных нуклеотидов (триплет) в молекуле ДНК или РНК. Последовательность кодонов в гене определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном.

Транскрипция – первый этап реализации генетического кода; биосинтез РНК на матрице ДНК, осуществляющийся в клетках организма; биохимическая реакция, в ходе которой последовательность нуклеотидов ДНК переписывается в нуклеотидную последовательность информационных РНК, в результате чего на молекуле ДНК образуется одноцепочная молекула и-РНК, комплементарная небольшому участку одной из полинуклеотидных цепей ДНК.

Трансляция – второй этап реализации генетического кода; это ферментативный процесс образования первичной структуры белка (синтез белка) в рибосомах (особых органоидах клетки) на основе генетического кода информационной РНК (и-РНК), куда транспортная РНК (т-РНК) доставляет аминокислоты. Т. – это ферментативный процесс, во время которого образуется цепь из аминокислот, связанных друг с другом в определенной последовательности; посредством процесса Т. в рибосомах происходит сборка (синтез) полипептидных цепей белков в клетках путем считывания генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов в молекулах информационных или матричных РНК.

Редупликация или матричная саморепликация (лат. reduplicatio – удвоение) – это удвоение молекул ДНК в соответствии с принципом комплементарности. При редупликации двойная спираль молекулы ДНК разделяется на две полинуклеотидные цепи, каждая из которых служит матрицей для синтеза новой нити, комплементарной к исходной. После этого клетка делится, и в каждой клетке одна нить ДНК будет старой, а вторая – новой. В процессе Р. путем матричного синтеза считывается информация с молекулы ДНК и образуется химическое соединение, отличное от исходной молекулы ДНК. Процесс ДНК-редупликации лежит в основе авто-дупликации хромосом. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК приводит к наследственным изменениям в организме – мутациям.