Нуклеиновые кислоты - сложные высокомолекулярные соединения, имеющиеся во всех клетках живых организмов и являющиеся материальными носителями наследственной информации, играющие ведущую роль не

Нуклеиновые кислоты - сложные высокомолекулярные соединения, имеющиеся во всех клетках живых организмов и являющиеся материальными носителями наследственной информации, играющие ведущую роль не только в хранении, но и в передаче наследственной информации потомкам и реализации ее в ходе индивидуального развития каждого организма.

Нуклеиновые кислоты были открыты в середине 60-х гг. 19 в. швейцарским ученым Ф. Мишером. Обрабатывая клетки гноя ферментом желудочного сока — пепсином, Ф. Мишер обнаружил, что пепсин переваривает не все содержимое клеток, в ядрах клеток оставалось неразрушенным какое-то неизвестное вещество. Продолжив эти эксперименты на другом объекте, Ф. Мишер окончательно убедился в том, что открыл новое вещество, отличающееся от известных до этого веществ биологического происхождения (белков, углеводов, жиров и др.) своим химическим строением. Это вещество Ф. Мишер назвал нуклеином, исходя из того, что он обнаружил его в ядрах клеток (ядро — по латыни нуклеус).

Однако в связи с недостаточным уровнем развития лабораторной техники установить точное химическое строение нуклеина Ф. Мишер не смог. Накопив достаточное количество нуклеина, ученый смог лишь обнаружить, что в его составе важную роль играет какая-то неизвестная и очень сложная по строению кислота. Лишь позже было установлено, что нуклеин Ф. Мишера состоял из соединения белка с особыми исключительно сложными для структурного анализа кислотами, которым и было дано название «нуклеиновые кислоты». Другой составной частью нуклеина были молекулы белков, так что нуклеин представлял собой химическое вещество, называемое сейчас нуклеопротеином или хроматином.

Лишь к концу 30-х гг. 20 в. был уточнен химический состав нуклеиновых кислот, а также установлено, что имеется два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) и что они входят в состав клеток всех без исключения живых существ на Земле. Однако детали строения нуклеиновых кислот оставались неясными вплоть до середины 50-х гг. 20 в. К этому времени, по словам известного амер. ученого Д. Уотсона, установившего вместе с англ. ученым Ф. Криком основные принципы строения ДНК, «относительно ДНК, в отличие от белков, имелось очень мало точно установленных данных. Ею занимались считанные химики, и за исключением того факта, что нуклеиновые кислоты представляют собой очень большие молекулы, построенные из более мелких строительных блоков — нуклеотидов, об их химии не было известно ничего такого, за что мог бы ухватиться генетик. Более того, химики-органики, работавшие с ДНК, почти никогда не интересовались генетикой».

Сложным был и путь к пониманию роли нуклеиновых кислот в жизни клеток. Вскоре после открытия Ф. Мишером нуклеина биологи обнаружили, что в ядрах клеток имеются особые морфологические структуры, отчетливо видимые под микроскопом во время деления клеток и названные хромосомами. Хромосомы закономерно распределялись по дочерним клеткам в процессе деления клеток. В первом десятилетии 20 в. были высказаны предположения, что именно хромосомы являются носителями наследственности, однако сделать дальнейший шаг — связать наследственность с нуклеиновыми кислотами, находящимися в хромосомах, никто не смог вплоть до 40— 50-х гг. 20 в. Более того, с течением времени роль нуклеиновых кислот стали даже преуменьшать. В конце 19 в. некоторые ученые высказывали на этот счет вполне разумные предположения. Например, известные биологи братья Оскар и Рихард Гертвиги писали о возможной роли нуклеиновых кислот в передаче наследственных признаков; в 1897 г. в статье «Нуклеины» «Энциклопедического словаря» Брокгауза и Эфрона указывалось: «Распространение нуклеина огромное: везде, где есть клеточные ядра, там есть и нуклеин... нуклеину приписывается выдающееся значение в развитии и размножении клеток». В распространении убеждения о том, что преимущественная роль в наследственности принадлежит белкам, решающее значение сыграло то, что выдающийся советский ученый Н. К. Кольцов, предсказавший механизм передачи наследственных признаков через специфическое строение полимерных макромолекул, ошибочно считал, что роль этих «наследственных молекул» принадлежит белкам.

Лишь после открытия двойной спирали ДНК в 1953 г. и установления роли нуклеиновых кислот в передаче наследственности наступила пора бурного расцвета исследований нуклеиновых кислот. В удивительно короткие сроки (менее чем за два десятилетия) было полностью установлено строение обоих типов молекул нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и доказано, что именно в них сосредоточены материальные структуры наследственности - гены, выяснена точная роль каждого из видов нуклеиновых кислот в передаче наследственных свойств и управлении жизнедеятельностью клеток и организмов, осуществлен сначала искусственный синтез молекул ДНК и РНК вне клеток организмов, а затем разработаны методы искусственного синтеза отдельных частей этих молекул — генов. В настоящее время разрабатываются способы внедрения в живые клетки чужеродных участков ДНК с целью исправления наследственных дефектов.

В последние годы препараты нуклеиновых кислот начали использовать и непосредственно для целей лечения больных, страдающих некоторыми тяжелыми формами нарушений кроветворения и рядом других болезней. Установлено, например, что препараты нуклеиновых кислот обладают способностью стимулировать деятельность костного мозга, способствуют коррекции нарушений фосфорного обмена, приводящих к рахиту. Таким образом, изучение нуклеиновых кислот исключительно важно не только для понимания центральных моментов в жизни клеток и организмов, а именно способности сохранять неизменными свойства в ряду поколений, роли в делении клеток, управлении всеми биохимическими реакциями в организмах, способности целесообразно отвечать на раздражения, вызываемые внешней по отношению к организму средой и т. п.; оно создает возможности и для практического использования их в медицине.

Нуклеиновые кислоты — самые большие молекулы в клетках живых организмов и представляют собой линейные полимеры огромного молекулярного веса. В клетках они многократно скручены (спирализованы) и образуют компактные структуры, что позволяет им занимать относительно небольшой объем, но если бы разложить в длину молекулы ДНК только одной клетки человека, то они составили бы цепи длиной в несколько метров. Цепи эти составлены из чередующихся звеньев — нуклеотидов, специфическое чередование которых и определяет запись наследственной информации в клетках. Каждые три последовательно расположенных нуклеотида кодируют какую-то одну аминокислоту. Порядок следования нуклеотидов в цепях ДНК каждого организма уникален, как уникальна наследственная информация любого вида организмов.

Нуклеотиды, в свою очередь, также имеют довольно сложное строение и составлены из трех соединенных друг с другом молекул: азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. Названия нуклеотидам дают по имени азотистого основания, входящего в их состав.

В ДНК встречаются 4 основных типа азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В состав РНК вместо тимина входит другое, близкое ему по строению основание — урацил (У). Другим отличием ДНК от РНК является то, что нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятичленный сахар — дезоксири-бозу, а в РНК имеется другой углевод — рибоза.

В клетках всех высших организмов имеется ядро, отграниченное от цитоплазмы особой оболочкой. Поэтому эти организмы получили название эукариотов (от греч. эу — собственно, и карио — ядро). Именно в ядре содержится подавляющая часть ДНК клетки. При этом ядерная ДНК эукариотов соединена с особыми, так наз. ядерными, белками и образует так называемые нуклеопротеидные нити. Эти нити, многократно скручиваясь, формируют хромосомы. Кроме того, в клетках высших организмов — эукариотов — ДНК обнаружена в составе ряда внутриклеточных образований.

В подавляющем большинстве случаев молекула ДНК построена из двух полинуклеотидных цепей, скрученных друг с другом. Эти цепи соединяются между собой по строго определенным правилам: тимин соединяется с адепином и только с аденином, цитозии — с гуанином и т. д.

Строго определенные правила сочетания оснований в пары стали понятными после изучения размеров двойной спирали ДНК. Оказалось, что диаметр двойной спирали по всей ее длине постоянен. Постоянство этого размера спирали может быть обеспечено лишь при единственном сочетании оснований в паре. Только в том случае, когда тимин соединен с аденином и цитозин с гуанином, получаются пары оснований одинаковой длины. Перед делением клеток происходит удвоение (репликация) молекул ДНК. Процесс этот представляет собой сложную цепь последовательно протекающих реакций, в результате которых на исходных материнских молекулах ДНК синтезируются их точные дочерние копии.

Рибонуклеиновые кислоты (РНК) также содержатся во всех клетках любых организмов, а у части вирусов являются единственным типом нуклеиновых кислот. Рибонуклеиновые кислоты выполняют важнейшую роль, обеспечивая перенос генетической информации от ДНК к белкам.

Нуклеиновых кислоты — основные «действующие лица» центрального акта жизни — синтеза белковых молекул. Все, что нужно клетке для жизни, запрограммировано в отрезках молекулы ДНК — генах, располагающихся главным образом в ядре клетки. На молекуле ДНК синтезируется молекула так называемой информационной РНК, являющаяся точной копией соответствующего гена. Затем молекулы информационной РНК переходят во внеядерную часть клетки — цитоплазму, где информационная РНК присоединяется к рибосоме — специальному внутриклеточному образованию, в котором происходит синтез белка. Роль «переводчиков» с языка генетического кода на язык аминокислот выполняют молекулы РНК другого вида — так называемые транспортные. Процесс узнавания транспортными РНК «своих» аминокислот осуществляется с помощью специальных ферментов (их тоже не менее 20 видов), управляющих прикреплением аминокислот к соответствующим транспортным РНК.

Первая транспортная аминокислота, выполнив свою задачу, покидает рибосому, освобождая место для следующей. Освободившиеся от груза аминокислот транспортные РНК уходят в цитоплазму. Там их ждут молекулы ферментов, чтобы соединить с очередными порциями аминокислот. Ведь клетке, пока она живет, нужны новые и новые белки.

Имеется еще один вид РНК — рибосомные. Они составляют основную массу рибосомы. Их биологическая роль до конца не выяснена. Однако известно, что нарушение целостности молекул рибосомных РНК приводит к нарушению биологической активности рибосом.

Муниципальное бюджетное нетиповое общеобразовательное учреждение «Гимназия №1 имени Тасирова Г. Х. города Белово»

Реферат по биологии

«Открытие нуклеиновых кислот в ядрах клеток»

Выполнил: учащийся 10 «Б» класса

Безбородов Иван

Проверил: учитель биологии

Тихонова Т. П.

г. Белово

Дата добавления: 2015-08-29