Функции днк
ДНК является носителем генетической информации. Функция обеспечивается фактом существования генетического кода.
Воспроизведение и передача генетической информации в поколениях клеток и организмов. Функция обеспечивается процессом репликации.
Реализация генетической информации в виде белков, а также любых других соединений, образующихся с помощью белков-ферментов. Функция обеспечивается процессами транскрипции и трансляции.
76
Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных нитей. Азотистое основание одной из нитей ДНК связано водородным «мостиком» с основанием другой нити, причем так, что аденин может быть связан только с тимином, а цитозин – только с гуанином. Они комплементарны (дополнительны) друг другу. Порядок расположения оснований в одной цепи определяет порядок в другой. Именно на этом основано особое свойство: кодирования информации о большом многообразии необходимых белков и способность к самовоспроизведению, т.е. к автопродукции.
В настоящее время известно более 20 аминокислот, из которых 20 входят в состав белковых молекул. В то же время молекулы многих белков содержат более 100 мономеров (различных аминокислот), которые соединены одна за другой, подобно бусам на нитке. Перестановка или замена всего одной-единственной аминокислоты влечет за собой значительные изменения свойств. Так, например, в молекуле гемоглобина около 300 мономеров (аминокислот), но при замене одной из них – глутаминовой кислоты – валином свойство гемоглобина в отношении передачи кислорода тканям резко снижено. Люди с таким аномальным гемоглобином страдают наследственным заболеванием - серповидноклеточной анемией.
В структуре ДНК отражена последовательность расположения триплетов азотистых оснований (кодонов), которая определяет генетическую информацию клетки. При этом участок ДНК, содержащий информацию о структуре какого-либо одного белка принято называть геном.
Четыре азотистых основания, входящие в состав молекулы ДНК, в комбинациях по три дают 64 разных кодона. Этого более чем достаточно для кодирования 20 аминокислот. Эта информация считывается в процессе транскрипции информационной РНК (иРНК). Она определяет порядок расположения аминокислот в белках при последующем их синтезе в рибосомах.
В процессе репликативного синтеза и удвоения ДНК структура ДНК точно воспроизводится, что позволяет произвести позже точное и равное распределение генетического материала между материнской и дочерней клеткой в процессе ее деления.
77
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – материальный носитель генетической информации. Это высокомолекулярное природное соединение, содержащееся в ядрах клеток живых организмов. Молекулы ДНК вместе с белками-гистонами образуют вещество хромосом. Гистоны входят в состав ядер клеток и участвуют в поддержании и изменении структуры хромосом на разных стадиях клеточного цикла, в регуляции активности генов. Отдельные участки молекул ДНК соответствуют определенным генам. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль (рис. 7.1). Цепи построены из большого числа мономеров четырех типов – нуклеотидов, специфичность которых определяется одним из четырех азотистых оснований:аденин (А), тимин (Т), цитозин (С) и гуанин (G). Сочетатание трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК образуют генетический код. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК приводит к наследственным изменениям в организме – мутациям. ДНК точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ.
Его св-ва:
1. Триплетность. Одну аминокислоту кодирует последовательность из трех нуклеотидов, названная триплетом, или кодоном.
2. Вырожденность. Каждая аминокислота зашифрована более, чем одним кодоном. Исключение составляют аминокислоты метионин и триптофан. Каждая из них кодируется только одним триплетом. Для кодирования 20 аминокислот используется 61 комбинация нуклеотидов. Триплет АУГ, кодирующий метионин, называют стартовым. С него начинается синтез белка. Три кодона (УАА, УАГ, УГА) несут информацию о прекращении синтеза белка. Их называют триплетами терминации.
3. Универсальность. У всех организмов на Земле одни и те же триплеты кодируют одинаковые аминокислоты.
4. Однозначность. Каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.
5. Колинеарность – совпадение последовательностей аминокислот в синтезируемой молекуле белка с последовательностью триплетов в и–РНК.
Аминокислоты обозначены следующим образом: Ала – аланин, Арг – аргинин, Асн – аспарагин, Асп – аспарагиновая кислота, Вал – валин, Гис – гистидин, Гли – глицин, Глн – глутамин, Глу – глутаминовая кислота, Иле – изолейцин, Лей – лейцин, Лиз – лизин, Мет – метионин, Про – пролин, Сер – серии, Тир – тирозин, Тре – реонин, Три – триптофан, Фен – фенилаланин, Цис – цистеин.
78
Белки или протеины (что в переводе с греческого означает "первые" или "важнейшие" ), количественно преобладают над всеми другими макромолекулами, присутствующими в живой клетке, и составляют более половины сухого веса большинства организмов. Белки служат теми инструментами, посредством которых генетическая информация получает свое реальное воплощение. В соответствии с тем, что в клеточном ядре содержатся тысячи генов, каждый из которых определяет какой-то один характерный признак живого организма, в клетке существуют тысячи белков и каждый из них выполняет специфическую функцию.
Самый многообразный и наиболее высокоспециализированный класс белков, выполняющий важнейшую биологическую функцию - создание точно и гибко координированной системы целенаправленных взаимозависимых химических реакций, в результате совместного протекания которых возникает "жизнь" - это ферменты, функцией которых является управляемый катализ большого числа химических реакций, в которых участвуют как низко- , так и высокомолекулярные субстраты.
Транспортные белки - белки , которые выполняют функцию транспорта специфически связывают и переносят те или другие молекулы и ионы через мембраны клеток ( как внутрь клетки, так и во вне), а также от одного органа организма к другому. Гемоглобин , содержащийся в эритроцитах, при прохождении крови через легкие связывает кислород и доставляет его к периферическим тканям, где кислород высвобождается и используется для окисления компонентов пищи - процесса в ходе которого производится энергия. Плазма крови содержит липопротеины , осуществляющие перенос липидов из печени в другие органы. В клеточных мембранах присутствует типы транспортных белков, способных связывать глюкозу , аминокислоты и переносить их внутрь клеток.
Пищевые и запасные белки - белки, которые выполняют функцию обеспечения питанием зародышей растений и животных на первых стадиях их развития.
Наиболее известными примерами таких белков служат белки семян пшеницы, кукурузы и риса. К пищевым белкам относится яичный альбумин - основной компонент яичного белка, и казеин , главный белок молока. В ферритине , встречающимся в животных тканях, запасено железо.
Сократительные и двигательные белки - белки, которые обеспечивают клетку или организм двигательной функцией,- способностью сокращаться , изменять форму и передвигаться.
Белками с такой функцией являются актин и миозин , представляющие собой нитевидные белки, функционирующие в сократительной системе скелетной мышцы, а также во многих немышечных тканях ( микрофиламенты эукариотических клеток) . Другим примером таких белков служит тубулин - белок из которого построенымикротрубочки , являющиеся важными элементами ресничек и жгутиков, при помощи которых клетки передвигаются. Длинные клетки нервной системы животных также содержат микротрубочки.
Структурные белки - белки образующие волокна, навитые друг на друга или уложенные плоским слоем, выполняют опорную или защитную функцию, скрепляют между собой биологические структуры организмов и придают им прочность.
Главным компонентом хрящей и сухожилий является фибриллярный белок коллаген , имеющий очень высокую прочность на разрыв. Связки содержат эластин - структурный белок способный растягиваться в двух измерениях. Волосы ногти и перья состоят почти исключительно из прочного нерастворимого белка кератина . Главным компонентом шелковых нитей и паутины служит белок фиброин .
Защитные белки выполняют функцию защиты организма от вторжения других организмов или предохранения его от повреждений. Эту функцию выполняютиммуноглобулины ( или антитела ), образующиеся у позвоночных, обладающие способностью распознавать чужеродные клетки ,- проникшие в организм бактерии или вирусы или клетки самого организма, переродившиеся в раковые,- а также чужеродные для организма белки, и прочно связываться с ними. Аналогичная защитная функция у фибриногена и тромбина - белков, участвующих в процессе свертывания крови; они предохрняют организм от потери крови при повреждении сосудистой системы.
Белки змеиного яда , бактериальные токсины и токсичные белки растений , например, рицин , вероятно, также в определенном смысле можно отнести к белкам, выполняющим защитную функцию.
Регуляторные белки имеют функцию регуляции клеточной или физиологической активности. К регуляторным белкам относятся многие гормоны , такие как инсулин , регулирующий обмен глюкозы , гормон роста , синтезируемый в гипофизе, паратиреоидный гормон , регулирующий транспорт ионов кальция и фосфатов и др.
Регуляторные белки , называемые репрессорами , функционируют как регуляторы биосинтеза ферментов в бактериальных клетках.
Имеется много других белков, функции которых уникальны, что затрудняет их классификацию:
Так, например, монеллин - белок, содержащийся в одном из африканских растений, имеет очень сладкий вкус. Он стал предметом изучения как нетоксичное и не способствующее ожирению вещество, которое может быть использовано вместо сахара. Плазма крови некоторых антарктических рыб содержит белки со свойствами антифриза, предохраняющие кровь этих рыб от замерзания. Шарниры в местах прикрепления крыльев у ряда насекомых состоят из белка резилина , обладающего почти идеальной эластичностью.
79
|
Всего в клетке содержится более 60 химических элементов. Все они подразделяются на макроэлементы, микроэлементы, ультромикроэлементы.
К макроэлементам относятся в-ва которые содержатся в клетке в количестве от 0,1 до 0,001: Fe, Mg, Ca, K, Na, Cl, P, S. Но кроме того в эту группу в-в входят ещё 4 элемента которые объединены общим названием - биогенные. К ним относятся: O, H, N, C - они образуют карказ всех органических молекул.
К микроэлементам относятся в-ва которые содержатся в количестве от 0,001 до 0,000001(милионной). Как правило эти элементы входят в биологически активные в-ва, к ним относятся: J, Mn, Cu, Zn, F.
К ультромикроэлементам относятся в-ва которые содержатся в количестве больше чем 0,000001(милионной). К ним относятся Ag и Au, неизвестно, что они там делают.
Отличия:
В растительной клетке присутствуют пластиды 2. В животной клетке более развит аппарат Гольджи 3. В животной клетке запасающее вещество - гликоген,а в растительной - крахмал 4. В животной клетке вакуоли выполняют функцию различную с функцией, выполняющую вакуоли в растительной клетке 5. Ядро у растений сбоку, а у животных клеток в центре 6. Только у животных есть лизосомы. 7. У растительной клетки целлюлозная оболочка
8. Наличие клеточного центра у растительной клетки. 9. Животная клетка делится перетяжкой от мембраны к середине, а растительная - наоборот, перегородкой из центра, из цитоплазмы, к краям.
Меланин и хлорофилл
80
Стволовая клетка – это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма.
Миллиарды клеток растущего организма (человека или животного) происходят всего-навсего из одной клетки (зиготы), которая образуется в результате слияния мужской и женской гамет. Эта единственная клетка содержит не только информацию об организме, но и схему ее последовательного развития. В ходе эмбриогенеза оплодотворенная яйцеклетка делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), геном которых находится в «нулевой точке»; механизмы, определяющие специализацию, еще не включены, из них потенциально могут развиться любые клетки.
Во взрослом организме стволовые клетки находятся, в основном, в костном мозге и, в очень небольших количествах, во всех органах и тканях.
Они обеспечивают восстановление поврежденных участков органов и тканей. Стволовые клетки , получив от регулирующих систем сигналы о какой-либо "неполадке", по кровяному руслу устремляются к пораженному органу. Они могут восстановить практически любое повреждение, превращаясь на месте в необходимые организму клетки(костные, гладкомышечные, печеночные, сердечной мышцы или даже нервные) и стимулируя внутренние резервы организма к регенерации (восстановлению) органа или ткани.
Высокодифференцированные клетки (кардиомиоциты, нейроны) практически не делятся, в то время как менее дифференцированные клетки - фибробласты, гепатоциты частично сохраняют способность к размножению и при определенных условиях делятся и увеличивают свое число. Общей закономерностью является то, что если клетка вышла на этап дифференцировки, то количество делений, которое она может пройти, ограничено. Так, например, для фибробласта лимит делений составляет 50 делений, для стволовой клетки крови — 100. Описанное явление имеет большое биологическое значение: в случае, если произошла поломка в геноме клетки, мутация будет растиражирована в ограниченном количестве и не сыграет большой роли для организма в целом.
Запас стволовых клеток взрослого организма очень невелик. Поэтому случается так, что обновить утраченные клетки организм самостоятельно уже не в состоянии: или очаг поражения слишком велик, или организм ослаблен, или возраст уже не тот. Можно ли помочь больному излечиться от цирроза, инсульта, паралича, диабета, ряда заболеваний нервной системы? Уже сегодня ученые умеют направлять стволовые клетки "по нужному пути". Достижения в этой области клеточной медицины делают возможности терапевтического использования стволовых клеток практически безграничными.
Изучая различные живые ткани, ученые убеждались, что все живое состоит из клеток. В последние годы с помощью электронных микроскопов, дающих увеличение в сто тысяч раз, стало возможным изучение внутреннего строения клетки. Хотя клетка и считается простейшей структурной единицей живого существа, сама по себе она представляет очень сложную систему. В клетке происходит обмен веществ, превращение энергии, биосинтез; она обладает способностью к размножению, раздражимостью, т. е. может реагировать на изменение условий среды. Чтобы нагляднее представить себе клетку, посмотрите на схему ее строения, наблюдаемую в электронный микроскоп (стр. 32).
81
обобщённая характеристика взаимодействия зарядов, находящихся в исследуемой живой ткани, например, в различных областяхмозга, в клетках и других структурах.
Измеряется не абсолютный потенциал, а разность потенциалов между двумя точками ткани, отражающая её биоэлектрическую активность, характер метаболических процессов. Биопотенциал используют для получения информации о состоянии и функционировании различных органов.