Рнк строение егэ

Молекула РНК

22-Июл-2013 | Нет комментариев | Лолита Окольнова

Молекула РНК не менее важная составляющая любого организма, она присутствует и в клетках прокариот, и в клетках эукариот, и у некоторых вирусов (РНК-содержащие вирусы).

Общее строение и состав молекулы мы рассмотрели в лекции «Нуклеиновые кислоты«, здесь мы рассмотрим следующие вопросы:

• Образование РНК и комплементарность ДНК
• транскрипция
• трансляция (синтез белка)

Молекулы РНК менее крупные, чем молекулы ДНК. Молекулярная масса тРНК  — 20-30 тыс. у.е., рРНК — до 1,5 млн. у.е.

Строение РНК

Итак, структура молекулы РНК — это одноцепочечная молекула и содержит 4 вида азотистых оснований:

А, У, Ц и Г

Нуклеотиды в РНК соединены в полинуклеотидную цепь за счет взаимодействия сахара пентозы одного нуклеотида и остатка фосфорной кислоты другого.

Существует 3 вида РНК:

1. Информационная или матричная — и- (м-) РНК — доставляет информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам — к месту синтеза белка. (Находятся в ядре и цитоплазме эукариотических клеток). Образуется в результате транскрипции на молекуле ДНК  (копирует гены) и несет информацию о первичной структуре одной белковой молекулы.

   Кодон  — единица генетического кода, тройка нуклеотидных остатков (триплет)  РНК, обычно кодирующих включение одной аминокислоты

2. Транспортная РНК — т-РНК —  переносит аминокислоты к месту синтеза белка — на рибосомы. Одноцепочечные молекулы трехмерной структуры («клеверный лист»), созданные внутримолекулярными водородными связями.

    

   Антикодон — триплет- участок в транспортной рибонуклеиновой кислоте (тРНК), который в процессе трансляции спаривается с кодоном матричной РНК (мРНК) и обеспечивает включение соответствующего аминокислотного остатка в белок

3. Рибосомная РНК — р-РНК- входит в состав рибосом — составляет 50% ее структуры. Самые крупные одноцепочечные молекулы.

Транскрипция и Трансляция

Транскрипция РНК

Транскриgция происходит в клетках прокариот —  в нуклеоиде, а в клетках эукариот— в ядре.

Итак, как мы знаем, ДНК каждого организма уникальна.

Транскрипция  — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Соответственно, РНК каждого организма так же уникальна. Образующаяся м- (матричная, или информационная) РНК комплементарна одной цепи ДНК. Как и в случае ДНК, «помогает» транскрипции фермент РНК — полимераза. Так же как и в репликации ДНК, процесс начинается с инициации (=начало), потом идет пролонгация (=удлинение, продолжение) и заканчивается терминацией (=обрыв, окончание).

По окончании процесса м-РНК выходит из ядра в цитоплазму.

Трансляция

Вообще, трансляция — процесс очень сложный и похож на хорошо отработанную автоматическую хирургическую операцию. Мы рассмотрим «упрощенный вариант» — просто чтобы понимать основные процессы этого механизма, главное назначение которого — обеспечить организм белком.

• молекула м-РНК выходит из ядра в цитоплазму и соединяется с рибосомой.
• В этот момент аминокислоты цитоплазмы активизируется, но есть одно «но» — напрямую м-РНК и аминокислоты не могут взаимодействовать. Им нужен «переходник»
• Таким переходником становится т- (транспортная) РНК. Каждой аминокислоте соответствует своя т-РНК. У т-РНК есть специальная тройка нуклеотидов (антикодон), которая комплементарна определенному участку м-РНК, и она «пристраивает» аминокислоту к этому определенному участку.
• Рибосома, в свою очередь, с помощью специальных ферментов образует полипептидную связь между этими аминокислотами — рибосома движется вдоль м-РНК как бегунок вдоль застежки-змейки. Полипептидная цепь растет, пока не рибосома не дойдет до кодона (3 аминокислоты), который соответствует сигналу «СТОП». Тогда цепь обрывается, белок выходит из рибосомы.

Генетический код

Генетический код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

Как пользоваться  таблицей:

• Находите первое азотистое основание в левом столбце;
• Находите второе основание сверху;
• Определяете третье основание в правом столбце.

Пересечение всех трех- и есть нужная вам аминокислота образующегося белка.

Свойства генетического кода

1. Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).
2. Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.
3. Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов.
4. Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте .
5. Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.
6. Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека

Не нужно вызубривать наизусть эти свойства. Важно именно понять, что генетический код универсален для всех живых организмов! Почему? Да потому что основан он на аминокислотах. А они, так же как и белки — основа жизни на Земле.

Функции РНК

Получается, что самая основная функция молекулы РНК — синтез белка в организме — важнейший процесс пластического обмена (ассимиляции).

Более частные функции зависят от вида РНК — три основных (и-РНК, т-РНК и р-РНК) мы рассмотрели выше.

По сути, РНК  — это «Мост» между геном (кодонами) и белком.

В ЕГЭ задачи на ДНК-РНК-белок «живут» в части С.

Примеры таких задач

Так и тянется рука посчитать, да? А правильный ответ — 4). Почему не известно?

Потому что РНК, в отличие от молекулы ДНК, не двуцепочечная. А количество Аденина в одной цепочке по Гуанину не определить.

Обсуждение: «Молекула РНК»

(Правила комментирования)

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 233    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Добавить в вариант

Всего: 233    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

ДНК

1.      Мономер — нуклеотид
(дезоксирибонуклеотид).

2.      ДНК имеет две цепи.

3.      Сахар дезоксирибоза (пентоза).

4.      Остаток фосфорной кислоты.

5.      Азотистые основания. Пуриновые: аденин, гуанин. Пиримидиновые: цитозин, тимин.

РНК

1.      Мономер — нуклеотид (рибонуклеотид).

2.      РНК имеет одну цепь.

3.      Сахар рибоза (пентоза).

4.      Остаток фосфорной кислоты.

5.      Азотистые основания. Пиримидиновые: урацил, цитозин. Пуриновые: аденин, гуанин.

Тимин отличается от урацила присутствием метильной группы СH_3-.Содержание РНК в клетке колеблется, при активном синтезе белка увеличивается. тРНК (10 процентов от обще массы РНК в клетке), рРНК (90%), иРНК(0,5–1%). ВНИМАНИЕ! ДНК расположена всегда внутри ядра
клетки и не выходит из него (если ядро имеется). Все виды РНК синтезируются на основе ДНК в ядре, могут покидать ядро и выходить в цитоплазму к тому месту, где идет синтез белка.

История открытия нуклеиновых кислот

1.      В 1868 год у швейцарский биохимик Фридрих Мишер первым открыл и исследовал нуклеиновые кислоты.

2.      В 1951 году Эрвин Чаргафф, американский биохимик, доказал наличие четырех азотистых оснований в ДНК, причем установил, что количество А=Т (две водородные связи), Ц=Г (три водородные связи). Таким образом, число пуриновых оснований всегда одинаково с числом пиримидиновых — это правило Чаргаффа.

3.      В 1953 году американский биохимик Джеймс Уотсон в тандеме с английским физиком Фрэнсисом Криком изучили строение молекулы ДНК, выяснили, что пуриновые и пиримидиновые основания расположены в ее сердцевине, а сахарофосфатный остов на периферии. Более того, данные ученые утверждали, что чередование пар нуклеотидов отличает гены друг от друга, и генетическая информация закодирована в их последовательности. Цепи имеют азотистые основания, соединенные по принципу дополнения, или комплементарности.

4.      В те же годы группа английского ученого Александера Тодда выявила строение связей в молекуле ДНК, соединяющих нуклеотиды одной цепи. Фосфодиэфирные связи — связи между углеродным атомом дезоксирибозы в 5-штрих положении с углеродным атомом другой дезоксирибозы в 3-штрих положении через остаток фосфорной кислоты.

Антипараллельность ДНК

1.      Антипараллельность — ориентация цепей ДНК: напротив 5-штрих конца одной цепи находится 3-штрих конец другой цепи. У некоторых фагов ДНК имеет одну цепь, кольцевую.

2.      ДНК из двух цепей могут быть и кольцевыми, и линейными. У бактерий, в хлоропластах и митохондриях только кольцевая ДНК, у всех высших созданий, растений, грибов, животных — линейная.

АТФ

1.      АТФ — мононуклеотид. Она, как и липиды, не является полимером.

2.      В составе АТФ имеются аденин, рибоза, три остатка фосфорной кислоты. В АТФ две макроэргические
связи — между первым и вторым, вторым и третьим остатками фосфорной кислоты.

3.      В результате реакции гидратации АТФ расщепляется с выделением энергии до АДФ и Ф: АТФ с = АДФ+Ф+E (30 кДж/моль). В результате реакции гидратации АДФ расщепляется с выделением энергии до АМФ и Ф: АДФ плюс вода = АМФ+Ф+E.

4.      АМФ — самое энергетически «бедное» соединение, образующееся после расщепления АДФ.

5.      АТФ очень быстро распадается и живет всего 1 минуту. Она расщепляется и восстанавливается 2400 раз в сутки.

6.      АТФ образуется в цитоплазме и митохондриях клеток животных, в хлоропластах растений.

7.      Энергия АТФ идет на сокращение мышц, тепло, биосинтез веществ, работу нервной системы. Очень много АТФ тратится на фагоцитоз и пиноцитоз, экзоцитоз (секреции веществ). Около трети всей АТФ клетки расходуется на перекачку ионов натрия и калия через мембрану.

8.      Обратное всасывание кровью полезных веществ в почечных канальцах требует затраты АТФ, как и канальцевая секреция. Также АТФ нужна в условиях диффузии, когда она идет против градиента концентрации.

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез
биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице — нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом
«генетическом языке». Скоро вы все поймете — мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК
и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится — перерисуйте его себе

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) — АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать — УАГ (кодон иРНК).
тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись — АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения
будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК — удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio — удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по
принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) — в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них
содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между
дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит
в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А — У, Т — А, Г — Ц, Ц — Г (загляните в «генетический словарик»
выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК — промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух
цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

• Инициация (лат. injicere — вызывать)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

• Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК
быстро растет.

• Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК — терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень — в процесс трансляции.
Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность
аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

• Инициация

Информационная РНК (иРНК, синоним — мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц.
Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту,
соответствующую кодону АУГ — метионин.

• Элонгация

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) — У (урацил), Г (гуанин) — Ц (цитозин).
В основе этого также лежит принцип комплементарности.



Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу
иРНК одновременно — образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.



• Терминация

Синтез белка — полипептидной цепи из аминокислот — в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание
в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция — завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что
кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй — из верхнего горизонтального,
третий — из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА — Глн. Попробуйте самостоятельно найти
аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота — Ала, ААА — Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк:
это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК),
приведенной вверху.

«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов
во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны
соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити
ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК:
А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК:
А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что
тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется
на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону
тРНК»

Обратите свое пристальное внимание на слова «Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК «. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу
синтезировать с ДНК фрагмент тРНК — другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было
в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой — мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК — АЦГ соответствует антикодону тРНК — УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК,
так что переведем антикодон тРНК — УГЦ в кодон иРНК — АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ — Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и
аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной
молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК
соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК — так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%.
100% — (20%+20%) = 60% — столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то
на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы?