Вспомните
Какова структура белков и нуклеиновых кислот?
Белки представляют собой биополимеры, состоящие из аминокислот, соединённых пептидными связями. Их структура бывает четырёх уровней: первичная — последовательность аминокислот; вторичная — спирали или складки, удерживаемые водородными связями; третичная — пространственная форма молекулы, определяющая её функциональность; четвертичная — объединение нескольких полипептидных цепей. Нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, состоят из нуклеотидов, включающих азотистое основание, сахар (дезоксирибоза в ДНК, рибоза в РНК) и фосфатную группу. ДНК имеет двойную спираль, а РНК обычно одноцепочечна.
Какие типы РНК вам известны?
Среди типов РНК выделяют информационную (мРНК), транспортную (тРНК) и рибосомную (рРНК). мРНК переносит информацию о синтезе белков от ДНК к рибосомам, тРНК доставляет аминокислоты к рибосомам, а рРНК участвует в построении рибосом и катализе реакций синтеза белка.
Где образуются субъединицы рибосом?
Субъединицы рибосом образуются в ядрышке клетки. В ядрышке синтезируются молекулы рРНК, которые затем соединяются с белками, поступающими из цитоплазмы, формируя большие и малые субъединицы рибосом.
Какую функцию рибосомы выполняют в клетке?
Рибосомы выполняют ключевую функцию в клетке — они являются местом синтеза белков. На рибосомах мРНК «читается» в виде кодонов, а тРНК доставляет соответствующие аминокислоты, что позволяет строить полипептидные цепи в процессе трансляции.
Вопросы для повторения и задания
1. Вспомните полное определение понятия «жизнь».
Жизнь — это форма существования материи, характеризующаяся обменом веществ и энергией, самовоспроизведением, способностью к росту, развитию, адаптации к окружающей среде и наследственной передаче информации. Главной основой жизни является организация биологических систем на основе молекул ДНК и РНК.
2. Назовите основные свойства генетического кода и поясните их значение.
Основные свойства генетического кода: универсальность — он одинаков для всех живых организмов, что доказывает общность происхождения жизни; триплетность — каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (кодоном); вырожденность — одна аминокислота может быть закодирована несколькими кодонами, что уменьшает влияние мутаций; неперекрываемость — один нуклеотид входит только в один кодон; однозначность — каждый кодон кодирует только одну аминокислоту. Эти свойства обеспечивают точность и стабильность передачи наследственной информации.
3. Какие процессы лежат в основе передачи наследственной информации из поколения в поколение и из ядра в цитоплазму, к месту синтеза белка?
Передача наследственной информации из поколения в поколение происходит через репликацию ДНК, когда каждая молекула ДНК удваивается перед делением клетки. Передача информации из ядра в цитоплазму осуществляется через процесс транскрипции, в ходе которого на основе ДНК синтезируется мРНК. Затем мРНК перемещается в цитоплазму, где происходит трансляция — синтез белков на рибосомах.
4. Где синтезируются все виды рибонуклеиновых кислот?
Все виды рибонуклеиновых кислот (мРНК, тРНК, рРНК) синтезируются в ядре клетки. Процесс транскрипции, во время которого образуются эти РНК, проходит с участием ферментов РНК-полимераз.
5. Расскажите, где происходит синтез белка и как он осуществляется.
Синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах. Этот процесс начинается с трансляции: мРНК прикрепляется к рибосоме, а тРНК доставляет аминокислоты, соответствующие кодонам мРНК. На рибосоме аминокислоты соединяются в полипептидную цепь, образуя белок.
6. Рассмотрите рис. 45. Определите, в каком направлении — справа налево или слева направо — движется относительно и-РНК изображённая на рисунке рибосома. Докажите свою точку зрения.
Для определения направления движения рибосомы на рис. 45 важно учитывать, что она всегда движется по и-РНК от 5'-конца к 3'-концу, поскольку транскрипция и трансляция происходят именно в этом направлении. Направление можно определить по расположению начального кодона (AUG), который всегда находится ближе к 5'-концу мРНК.
Подумайте! Вспомните
1. Почему углеводы не могут выполнять функцию хранения информации?
Углеводы не могут выполнять функцию хранения информации, поскольку они имеют структурную основу, предназначенную для выполнения энергетических и строительных задач. Их молекулы не обладают достаточной химической сложностью и специфичностью для кодирования информации, в отличие от ДНК и РНК, где последовательность нуклеотидов определяет порядок кодирования генетической информации.
2. Каким образом реализуется наследственная информация о структуре и функциях небелковых молекул, синтезируемых в клетке?
Наследственная информация о структуре и функциях небелковых молекул реализуется через гены, которые кодируют ферменты, участвующие в их синтезе. Эти ферменты катализируют биохимические реакции, ведущие к образованию необходимых молекул, таких как липиды, углеводы или витамины.
3. При каком структурном состоянии молекулы ДНК могут быть источниками генетической информации?
Молекулы ДНК могут быть источниками генетической информации в своей двойной спиральной структуре, когда последовательность нуклеотидов сохраняет кодовую информацию. Для реализации этой информации молекула ДНК должна частично "расплестись" в процессе транскрипции, позволяя синтезировать комплементарные РНК.
4. Какие особенности строения молекул РНК обеспечивают их функцию переноса информации о структуре белка от хромосом к месту его синтеза?
РНК выполняет функцию переноса информации благодаря своей линейной структуре, способной передавать последовательность нуклеотидов (в иРНК). Она обладает гибкостью за счет одноцепочечного строения, которое позволяет эффективно перемещаться от ядра к рибосомам. В рибосомах последовательность кодонов иРНК используется для сборки аминокислот в белок.
5. Объясните, почему молекула ДНК не могла быть построена из нуклеотидов трёх типов.
Если бы молекула ДНК была построена из нуклеотидов трех типов, она не смогла бы кодировать информацию с достаточной сложностью. Четыре нуклеотида позволяют формировать множество уникальных триплетов (64 комбинации), что достаточно для кодирования всех аминокислот. Сокращение числа типов нуклеотидов уменьшило бы информационную емкость генетического кода.
6. Приведите примеры технологических процессов, в основе которых лежит матричный синтез.
Технологические процессы, основанные на матричном синтезе, включают:
Полимеразную цепную реакцию (ПЦР), используемую для амплификации ДНК. Биосинтез рекомбинантных белков, например, инсулина. Секвенирование ДНК, где комплементарность используется для определения последовательности нуклеотидов.
7. Представьте, что в ходе некоего эксперимента для синтеза белка были взяты тРНК из клеток крокодила, аминокислоты мартышки, АТФ дрозда, иРНК белого медведя, необходимые ферменты квакши и рибосомы щуки. Чей белок был в итоге синтезирован? Объясните свою точку зрения.
В результате эксперимента был синтезирован белок белого медведя, поскольку последовательность аминокислот в белке определяется информацией, закодированной в иРНК. Остальные компоненты (тРНК, аминокислоты, АТФ, ферменты, рибосомы) лишь обеспечивают процесс синтеза и не влияют на аминокислотную последовательность.