З курсу біології рослин і тварин пригадайте, де в їхніх клітинах зберігається спадкова інформація? Які речовини відповідають за зберігання і відтворення спадкової інформації? Чи однакові ці речовини в рослин і тварин?
Нуклеїнові кислоти та нуклеотиди
Молекули нуклеїнових кислот є великими органічними молекулами — біополімерами, мономерами яких є нуклеотиди. Кожний нуклеотид складається з трьох компонентів — нітратної основи, моносахариду (рибози або дезоксирибози) і залишку ортофосфатної кислоти (мал. 8.1). У нуклеїнових кислотах трапляються п’ять різних нітратних основ (мал. 8.2). У клітинах живих організмів окремі нуклеотиди як окремі речовини також активно використовуються в різних процесах обміну речовин.
Під час утворення молекул нуклеїнової кислоти між залишком фосфатної кислоти одного нуклеотиду й моносахаридом іншого утворюється хімічний зв’язок. Тому нуклеїнові кислоти, що утворюються таким чином, мають вигляд ланцюга, в якому нуклеотиди розташовані послідовно один за одним. Їх кількість в одній молекулі біо-полімера може досягати кількох мільйонів.
Мал. 8.1. Розгорнута структурна формула молекули нуклеотиду
Мал. 8.2. Нітратні основи нуклеотидів
ДНК і РНК
У живих організмів існує два типи нуклеїнових кислот — РНК (рибонуклеїнова кислота) і ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота). Порівняємо їх за допомогою таблиці.
Порівняльна характеристика ДНК і РНК
|
ДНК |
РНК |
||
|
Нітратні основи, що входять до складу нуклеотидів |
|||
|
Аденін, тимін, гуанін, цитозин |
Аденін, урацил, гуанін, цитозин |
||
|
Моносахарид, що входить до складу нуклеотидів |
|||
|
Дезоксирибоза |
Рибоза |
||
|
Зв'язки, що підтримують форму молекули |
|||
|
Водневі |
Водневі |
||
|
Будова молекули |
|||
 |
Молекула зазвичай складається з двох ланцюжків нуклеотидів, які з'єднані між собою водневими зв'язками |
 |
Молекула зазвичай складається з одного ланцюжка нуклеотидів, різні фрагменти якого утворюють між собою водневі зв'язки |
|
Нітратні основи нуклеотидів, що утворюють між собою водневі зв'язки |
|||
 |
Аденін утворює два водневі зв'язки з ти-міном, а гуанін — три зв'язки з цитозином |
 |
Аденін утворює два водневі зв'язки з урацилом, а гуанін — три зв'язки з цитозином |
Нуклеїнові кислоти як носії спадкової інформації
Головною функцією нуклеїнових кислот є робота зі спадковою інформацією. Вони її зберігають і відтворюють. Збереженню й відтворенню інформації сприяє будова ДНК. Під час розмноження клітини спіральні молекули ДНК за допомогою спеціальних ферментів розплітаються на два окремі ланцюжки. Після цього до кожного з ланцюжків складна система з кількох ферментів добудовує другий ланцюжок.
Добудовується вона за принципом комплементарності (доповнення). Навпроти кожного нуклеотиду одного ланцюга розміщується той нуклеотид, який йому відповідає. Навпроти аденіну — тимін, а навпроти
Мал. 8.3. Реплікація ДНК
Мал. 8.4. Макроергічні зв'язки в молекулі АТФ
цитозину — гуанін. Потім ферменти з’єднують ці нуклеотиди в новий ланцюжок. Цей процес називають реплікацією (мал. 8.3). Після реплікації замість однієї подвійної спіралі ДНК виникає дві абсолютно однакові подвійні спіралі, кожна з яких і дістається клітинам-нащадкам.
РНК теж може зберігати спадкову інформацію. Але вона робить це не так надійно, як ДНК, тому такий спосіб зберігання використовує тільки частина вірусів.
АТФ та її роль у життєдіяльності клітин
У життєдіяльності клітини активну участь беруть не тільки РНК і ДНК, але й окремі нуклеотиди. Особливо важливими для життєдіяльності клітин є сполуки нуклеотидів із залишками ортофосфатної кислоти. Таких залишків до нуклеотиду може приєднуватися від одного до трьох. Відповідно й називають їх за кількістю цих залишків. Наприклад: АТФ — аденозинтриортофосфат (аденозинтриортофосфатна кислота), ГТФ — гуаназинтриортофосфат, АДФ — аденозиндіортофос-фат, АМФ — аденозинмоноортофосфат. Усі нуклеотиди, які входять до складу нуклеїнових кислот, є моноортофосфатами. Три- і діортофос-фати також відіграють важливу роль у біохімічних процесах клітин.
Найбільш поширеним у клітинах живих організмів є АТФ. Він бере участь у процесах росту, руху й розмноження клітин. Велика кількість молекул АТФ утворюється в процесах дихання та фотосинтезу. Ця молекула відіграє роль універсального джерела енергії для біохімічних реакцій.
Перетворення енергії та реакції синтезу В біологічних системах
Визначна роль АТФ в обміні речовин полягає в тому, що вона забезпечує енергією переважну більшість процесів, які відбуваються в клітинах. У першу чергу, це процеси синтезу органічних речовин. Вони здійснюються за допомогою ферментів.
Для того щоб ферменти могли провести біохімічну реакцію, їм у більшості випадків потрібна енергія.
Молекули АТФ під час взаємодії з ферментами розпадаються на дві молекули — ортофосфатної кислоти і АДФ. При цьому виділяється енергія:
Цю енергію й використовують ферменти для роботи. А чому саме АТФ? Тому що зв’язок залишків ортофосфатної кислоти в цій молекулі є не звичайним, а макроергічним (багатим на енергію) (мал. 8.4). Для утворення цього зв’язку потрібно багато енергії, але під час його руйнування енергія виділяється у великій кількості.
Коли молекули вуглеводів, білків, ліпідів у клітинах розщеплюються, то відбувається виділення енергії. Цю енергію клітина запасає. Для цього до нуклеотидів моноортофосфатів (наприклад, АМФ) приєднується один або два залишки ортофосфатної кислоти й утворюється молекула ди- або триортофосфатів (відповідно, АДФ або АТФ). Утворені зв’язки є макроергічними. Таким чином, АДФ містить один макроергічний зв’язок, а АТФ — два. Під час синтезу нових органічних сполук макроергічні зв’язки руйнуються й забезпечують відповідні процеси енергією.
Нуклеїнові кислоти є біополімерами, у живих організмах вони містяться у вигляді ДНК і РНК. їхніми мономерами є нуклеотиди. ДНК зазвичай має форму подвійної спіралі, яка складається з двох ланцюгів. РНК частіше за все має вигляд одинарного ланцюга. Основною функцією нуклеїнових кислот є збереження та відтворення генетичної інформації. Нуклеотиди також беруть участь у багатьох біохімічних процесах у клітині, а АТФ відіграє роль універсального джерела енергії для біохімічних реакцій.
Перевірте свої знання
1. Чим ДНК відрізняється від РНК?
2. Навіщо живим організмам потрібні нуклеїнові кислоти?
3. Які функції виконує в клітинах АТФ?
4. Добудуйте другий ланцюжок ДНК за принципом компле-ментарності, якщо перший ланцюжок є таким: АГГТТАТАЦГЦЦТА-ГААТЦГГГАА.
5*. ДНК не здатні бути каталізаторами біохімічних реакцій. А от деякі РНК (їх називають рибозимами) каталізаторами бути можуть. З якими особливостями будови цих молекул це може бути пов’язано?
6*. Чому макроергічні зв’язки є такими зручними для використання в біохімічних процесах клітини?
Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Задорожний нова програма