Тема: Строение, свойства и биологическое значение нуклеиновых кислот

Учебная дисциплина: Биохимия (2ч)

Тема: Строение, свойства и биологическое значение нуклеиновых кислот

Тип занятия: КУ

Цель занятия: сформировать представление о строении, свойствах, биологической роли ДНК,РНК, АТФ, АДФ, формировать целостное представление об обмене веществ.

Ход занятия

1. Организационный момент

2. Формулирование целей и задач урока

3.Актуализация опорных знаний.

4. Объяснение нового материала с элементами закрепления.

5.Закрепление материала

6. Рефлексия

7.Задание на дом. [ 1 ] c. 137-153 Составить 4 вопроса по теме

Пособия: модельДНК, видеосюжет

3.Актуализация опорных знаний.

1. Генетический материал клетки

2. Что вы знаете о ДНК и РНК , их роли в клетке и организме.

3.Объяснение нового материала с элементами закрепления.

3.1.Определение нуклеиновых кислот

3.2. Классификация

3.3. Функции и биологическая роль нуклеиновых кислот

3.4. Участие в биохимических процессах

4.Закрепление материала

4.1. Сходства и отличия ДНК и РНК

? Роль в биосинтезе ДНК…

? Виды РНК

? Структура ДНК и РНК

? Где локализованы нуклеиновые кислоты

?Роль АТФ и АДФ

4.1.Рефлексия. Игра «Цепочка»

- Каждый высказывает 2 основных понятия, которые запомнились.

Материал к занятию

Нуклеиновые кислоты – важнейшие  биополимеры с относительной молекулярной массой, достигающей 5·10⁹. Они являются не только хранителем и источником генетической информации, но и выполняют ряд других жизненно важных функций. Нуклеиновые кислоты – это полимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды.

Существует два различных типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). ДНК представляет собой генетический материал большинства организмов. В эукариотических клетках основная масса ДНК расположена в клеточном ядре, где она связана с белками в хромосомах. Клетки эукариот содержат ДНК также в митохондриях и хлоропластах.

Интересно знать! Молекулы ДНК – самые крупные молекулы., их длина может составлять несколько см, а относительная масса 10¹⁰-10¹¹. Чтобы записать нуклеотидную последовательность ДНК человека, потребуется около 1000000 страниц.

РНК, то по выполняемым ими функциям  различают:

1. информационные РНК (иРНК)  - в них записана информация о первичной структуре белка;

2. рибосомные РНК (рРНК)  -  входят в состав рибосом;

3. транспортные РНК (тРНК)  - обеспечивают доставку аминокислот к месту синтеза белка.

В качестве генетического материала РНК входят в состав ряда вирусов. Например, вирусы, вызывающие такие опасные заболевания, как грипп и СПИД, являются РНК-содержащими.

Нуклеиновые кислоты могут быть линейными и кольцевыми (ковалентно замкнутыми). Они могут состоять из одной или двух цепей.  

Функции нуклеиновых кислот

Нуклеиновым кислотам присущи три важнейшие функции: хранение, передача и реализация генетической информации. Кроме этих, они выполняют и другие функции, например, участвуют в катализе некоторых химических реакций, осуществляют регуляцию реализации генетической информации, выполняют структурные функции и др. Роль хранителя генетической информации выполняют двухцепочечные ДНК. Только у некоторых вирусов хранителем генетической информации являются одноцепочечные ДНК или одноцепочечные, а также двухцепочечные РНК. Генетическая информация записана в генах. Ген по своей природе является участком нуклеиновой кислоты. В них закодирована первичная структура белков. Гены могут также нести информацию о структуре некоторых типов РНК, например, тРНК и рРНК.

Генетическая информация передается от родителей к потомкам. Этот процесс  связан с удвоением нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), выполняющей функцию  хранителя генетической информации,  и последующей передачи ее потомкам.

В результате реализации генетической информации происходит синтез белков, закодированных в ДНК в виде генов (или для некоторых вирусов – в РНК). В этом процессе информация о первичной структуре белка  переписывается с молекулы ДНК на иРНК и затем расшифровывается на рибосомах при участии тРНК. В итоге образуется белок:ДНК   РНК   белок. 

Состав нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры, построенные из нуклеотидов, соединенных между собой фосфодиэфирными связями. Каждый нуклеотид состоит из остатков азотистого основания, пентозы и фосфорной кислоты.Различают пиримидиновые и пуриновые основания, называемые также  соответственно пиримидины и пурины.  Пиримидиновые основания являются производными пиримидина:

пуриновые основания – производными  пурина:

К пиримидинам относятся урацил, тимин и цитозин, к пуринам – аденин  и гуанин:

В состав ДНК входят тимин, цитозин, аденин и гуанин, в состав РНК – те же основания, только вместо тимина входит урацил. Кроме азотистых оснований, нуклеиновые кислоты содержат пентозы: ДНК – D-дезоксирибозу, а РНК – D-рибозу. Углеводы находятся в виде b-аномера фуранозной формы:

Азотистое основание связывается с углеводом за счет гликозидного гидроксила. Образуется нуклеозид. Схематически образование нуклеозида можно изобразить так:

В состав нуклеиновых кислот входят 8 нуклеозидов, 4 – в состав РНК и 4 – в состав ДНК

Нуклеозиды, входящие в состав РНК:

Сокращенно аденозин-5’-монофосфат обозначается как АМФ. Если нуклеотид образован дезоксорибозой, аденином и одним остатком фосфорной кислоты, то он будет носить название дезоксиаденозинмонофосфат, или сокращенно дАМФ. В таблице 5 представлена номенклатура нуклеотидов.

 Таблица  5.

 Номенклатура нуклеотидов, образующих ДНК и РНК 

В ДНК заложена информация о первичной структуре белка. Код ДНК един для всех организмов. Каждой аминокислоте соответствует три нуклеотида, образующих триплет, или кодон. Такое кодирование избыточно: возможны 64 комбинации триплетов, тогда как аминокислот только 20. Существуют также управляющие триплеты, например, обозначающие начало и конец гена.

Синтез белка начинается с транскрипции, т. е. синтеза иРНК по матрице ДНК. Процесс идет с помощью фермента полимеразы по принципу комплементарности и начинается с определенного участка ДНК. Синтезированная иРНК поступает в цитоплазму на рибосомы, где и идет синтез белка.

тРНК имеет структуру, похожую на лист клевера, и обеспечивает перенос аминокислот к рибосомам. Каждая аминокислота прикрепляется к акцепторному участку соответствующей тРНК, расположенному на «черешке листа» . Противоположный конец тРНК называется антикодоном и несет информацию о триплете, соответствующем данной аминокислоте. Существует более 20 видов тРНК.

Перенос информации с иРНК на белок во время его синтеза называется трансляцией. Собранные в полисомы рибосомы двигаются по иРНК; движение происходит последовательно, по триплетам. В месте контакта рибосомы с иРНК работает фермент, собирающий белок из аминокислот, доставляемых к рибосомам тРНК. При этом происходит сравнение кодона иРНК с антикодоном тРНК; если они комплементарны, фермент (синтетаза) «сшивает» аминокислоты, а рибосома продвигается вперед на один кодон.

Синтез одной молекулы белка обычно идет 1–2 мин (один шаг занимает 0,2 с) .

Биосинтез белка – это цепь реакций, в которых используется энергия АТФ. Во всех реакциях синтеза белка участвуют ферменты.

Биосинтез белка – это матричный синтез. Матрицей является ДНК в синтезе РНК и ДНК или РНК в синтезе белка.