Este bine cunoscut faptul că toate formele de materie vie, de la viruși la animale foarte organizate (inclusiv oamenii), au un aparat ereditar unic. Este reprezentat de molecule de două tipuri de acizi nucleici: dezoxiribonucleici și ribonucleici. În aceste substanțe organice, informațiile sunt codificate care sunt transmise de la indivizii părinți la descendenți în timpul reproducerii. În această lucrare, vom studia atât structura, cât și funcțiile ADN-ului și ARN-ului în celulă și, de asemenea, vom lua în considerare mecanismele care stau la baza proceselor de transfer al proprietăților ereditare ale materiei vii.
După cum sa dovedit, proprietățile acizilor nucleici, deși au unele caracteristici comune, diferă totuși în multe privințe. Prin urmare, vom compara funcțiile ADN-ului și ARN-ului efectuate de acești biopolimeri în celulele diferitelor grupuri de organisme. Tabelul prezentat în lucrare vă va ajuta să înțelegeți care este diferența lor fundamentală.
Acizi nucleici –biopolimeri complecși
Descoperiri în domeniul biologiei moleculare care au avut loc la începutul secolului al XX-lea, în special, decodificarea structurii acidului dezoxiribonucleic, a servit drept imbold pentru dezvoltarea citologiei, geneticii, biotehnologiei și geneticii moderne. Inginerie. Din punct de vedere al chimiei organice, ADN-ul și ARN-ul sunt substanțe macromoleculare formate din unități care se repetă în mod repetat - monomeri, numiți și nucleotide. Se știe că acestea sunt interconectate, formând lanțuri capabile de auto-organizare spațială.
Asemenea macromolecule de ADN se leagă adesea de proteine speciale cu proprietăți speciale numite histone. Complexele nucleoproteice formează structuri speciale - nucleozomi, care, la rândul lor, fac parte din cromozomi. Acizii nucleici pot fi găsiți atât în nucleu, cât și în citoplasma celulei, prezenți în unele dintre organele sale, cum ar fi mitocondriile sau cloroplastele.
Structura spațială a substanței eredității
Pentru a înțelege funcțiile ADN-ului și ARN-ului, trebuie să înțelegeți în detaliu caracteristicile structurii lor. Ca și proteinele, acizii nucleici au mai multe niveluri de organizare a macromoleculelor. Structura primară este reprezentată de lanțuri de polinucleotide, configurațiile secundare și terțiare sunt autocomplicate datorită tipului covalent de legătură emergent. Un rol special în menținerea formei spațiale a moleculelor revine legăturilor de hidrogen, precum și forțelor de interacțiune van der Waals. Rezultatul este un compactstructura ADN-ului, numită superbobină.
Monomeri ai acidului nucleic
Structura și funcțiile ADN-ului, ARN-ului, proteinelor și altor polimeri organici depind atât de compoziția calitativă, cât și cantitativă a macromoleculelor lor. Ambele tipuri de acizi nucleici sunt formate din blocuri numite nucleotide. După cum se știe din cursul chimiei, structura unei substanțe îi afectează în mod necesar funcțiile. ADN-ul și ARN-ul nu fac excepție. Se pare că tipul de acid în sine și rolul său în celulă depind de compoziția nucleotidelor. Fiecare monomer conține trei părți: o bază azotată, un carbohidrat și un reziduu de acid fosforic. Există patru tipuri de baze azotate pentru ADN: adenină, guanină, timină și citozină. În moleculele de ARN, acestea vor fi, respectiv, adenină, guanină, citozină și uracil. Carbohidrații sunt reprezentați de diferite tipuri de pentoză. Acidul ribonucleic conține riboză, în timp ce ADN-ul conține forma sa deoxigenată, numită deoxiriboză.
Caracteristici ale acidului dezoxiribonucleic
În primul rând, ne vom uita la structura și funcțiile ADN-ului. ARN-ul, care are o configurație spațială mai simplă, va fi studiat de noi în secțiunea următoare. Deci, două catene polinucleotidice sunt ținute împreună prin repetarea în mod repetat a legăturilor de hidrogen formate între bazele azotate. În perechea „adenină – timină” sunt două, iar în perechea „guanină – citozină” există trei legături de hidrogen.
Correspondența conservatoare a bazelor purinice și pirimidinice a fostdescoperit de E. Chargaff şi a fost numit principiul complementarităţii. Într-un singur lanț, nucleotidele sunt legate între ele prin legături fosfodiester formate între pentoză și restul de acid ortofosforic al nucleotidelor adiacente. Forma elicoidală a ambelor lanțuri este menținută prin legături de hidrogen care apar între atomii de hidrogen și oxigen care fac parte din nucleotide. Structura superioară - terțiară (supercoil) - este caracteristică ADN-ului nuclear al celulelor eucariote. În această formă, este prezent în cromatină. Cu toate acestea, bacteriile și virusurile care conțin ADN au acid dezoxiribonucleic care nu este asociat cu proteine. Este reprezentată printr-o formă de inel și se numește plasmidă.
ADN-ul mitocondriilor și cloroplastelor, organite ale celulelor vegetale și animale, are același aspect. În continuare, vom afla cum diferă funcțiile ADN-ului și ARN-ului. Tabelul de mai jos ne va arăta aceste diferențe în structura și proprietățile acizilor nucleici.
Acid ribonucleic
Molecula de ARN este formată dintr-o catenă de polinucleotidă (excepție fac structurile dublu catenare ale unor virusuri), care poate fi localizată atât în nucleu, cât și în citoplasma celulei. Există mai multe tipuri de acizi ribonucleici, care diferă ca structură și proprietăți. Astfel, ARN-ul mesager are cea mai mare greutate moleculară. Este sintetizat în nucleul celulei pe una dintre gene. Sarcina ARNm este de a transfera informații despre compoziția proteinei de la nucleu la citoplasmă. Forma de transport a acidului nucleic atașează monomerii proteici– aminoacizi - și îi livrează la locul de biosinteză.
În sfârșit, ARN-ul ribozomal se formează în nucleol și este implicat în sinteza proteinelor. După cum puteți vedea, funcțiile ADN-ului și ARN-ului în metabolismul celular sunt diverse și foarte importante. Ele vor depinde, în primul rând, de celulele cărora organismele conțin moleculele substanței eredității. Deci, în viruși, acidul ribonucleic poate acționa ca purtător de informații ereditare, în timp ce în celulele organismelor eucariote, numai acidul dezoxiribonucleic are această capacitate.
Funcțiile ADN-ului și ARN-ului în organism
După importanța lor, acizii nucleici, împreună cu proteinele, sunt cei mai importanți compuși organici. Ei păstrează și transmit proprietăți și trăsături ereditare de la părinți la urmași. Să definim diferența dintre funcțiile ADN și ARN. Tabelul de mai jos va arăta aceste diferențe mai detaliat.
| Vizualizare | Așezați într-o cușcă | Configurare | Funcție |
| ADN | core | superspiral | conservarea și transmiterea informațiilor ereditare |
| ADN |
mitocondrii cloroplaste |
circulară (plasmidă) | transmitere locală de informații ereditare |
| iRNA | citoplasmă | liniar | eliminarea informațiilor din genă |
| tRNA | citoplasmă | secundar | transport de aminoacizi |
| rRNA | core șicitoplasmă | liniar | formarea ribozomilor |
Care sunt caracteristicile substanței eredității virusurilor?
Acizii nucleici ai virusurilor pot fi sub formă de elice sau inele atât monocatenare, cât și dublu catenare. Conform clasificării lui D. B altimore, aceste obiecte ale microcosmosului conțin molecule de ADN formate din unul sau două lanțuri. Primul grup include agenți patogeni herpetici și adenovirusuri, iar al doilea include, de exemplu, parvovirusuri.
Funcțiile virusurilor ADN și ARN sunt de a pătrunde în celulă propria lor informație ereditară, de a efectua reacții de replicare a moleculelor de acid nucleic viral și de a asambla particule de proteine în ribozomii celulei gazdă. Ca urmare, întregul metabolism celular este complet subordonat paraziților, care, înmulțindu-se rapid, conduc celula la moarte.
virusuri ARN
În virologie, se obișnuiește să se împartă aceste organisme în mai multe grupuri. Deci, primul include specii care sunt numite ARN monocatenar (+). Acidul lor nucleic îndeplinește aceleași funcții ca și ARN-ul mesager al celulelor eucariote. Un alt grup include ARN-uri monocatenar (-). În primul rând, transcripția are loc cu moleculele lor, ceea ce duce la apariția moleculelor de ARN (+), iar acestea, la rândul lor, servesc drept șablon pentru asamblarea proteinelor virale.
Pe baza celor de mai sus, pentru toate organismele, inclusiv virusurile, funcțiile ADN-ului și ARN-ului sunt caracterizate pe scurt după cum urmează: stocarea caracteristicilor și proprietăților ereditare ale organismului și transmiterea lor ulterioară către descendenți.
