10 класс. Биология. Строение и функции РНК

Комментарии преподавателя

 Введение

На преды­ду­щем уроке мы рас­смот­ре­ли общие за­ко­но­мер­но­сти, ха­рак­тер­ные для нук­ле­и­но­вых кис­лот, а также стро­е­ние и функ­ции мо­ле­ку­лы ДНК. На этом уроке мы рас­смот­рим стро­е­ние и функ­ции мо­ле­ку­лы РНК.

 РНК. Строение РНК

Ри­бо­ну­кле­и­но­вая кис­ло­та (РНК) – по­ли­мер, мо­но­ме­ра­ми ко­то­рой яв­ля­ют­ся ри­бо­ну­к­лео­ти­ды (см. Рис. 1). Об­ра­зо­ва­ние по­ли­ме­ра про­ис­хо­дит так же, как и у ДНК, за счет фос­фо­ди­эфир­ной связи между остат­ком фос­фор­ной кис­ло­ты и ри­бо­зой.

Рис. 1. Мо­ле­ку­ла РНК (Ис­точ­ник)

Мо­но­ме­ры РНК в со­ста­ве нук­лео­ти­дов со­дер­жат пя­ти­уг­ле­род­ный сахар (пен­то­за), фос­фор­ную кис­ло­ту (оста­ток фос­фор­ной кис­ло­ты) и азо­ти­стое ос­но­ва­ние (см. Рис. 2).

Рис. 2. Стро­е­ние нук­лео­ти­да РНК

Азо­ти­стые ос­но­ва­ния РНК – ура­цил, ци­то­зин, аде­нин и гу­а­нин. Мо­но­са­ха­рид нук­лео­ти­да РНК пред­став­лен ри­бо­зой (см. Рис. 2).

РНК – од­но­це­поч­ная мо­ле­ку­ла зна­чи­тель­но мень­ших раз­ме­ров, чем мо­ле­ку­ла ДНК.

Мо­ле­ку­ла РНК со­дер­жит от 75 до 10 000 нук­лео­ти­дов.

РНК-со­дер­жа­щие ви­ру­сы

Рис. 3. РНК-со­дер­жа­щий вирус

Мно­гие ви­ру­сы, на­при­мер вирус грип­па, со­дер­жат в ка­че­стве един­ствен­ной нук­ле­и­но­вой кис­ло­ты мо­ле­ку­лу РНК (см. Рис. 3). РНК-со­дер­жа­щих ви­ру­сов, бо­лез­не­твор­ных для че­ло­ве­ка, боль­ше, чем ДНК-со­дер­жа­щих. Они вы­зы­ва­ют по­лио­ми­е­лит, ге­па­тит А, ост­рые про­студ­ные за­бо­ле­ва­ния.

Ар­бо­ви­ру­сы – ви­ру­сы, ко­то­рые пе­ре­но­сят­ся чле­ни­сто­но­ги­ми. Яв­ля­ют­ся воз­бу­ди­те­ля­ми кле­ще­во­го и япон­ско­го эн­це­фа­ли­та, а также жел­той ли­хо­рад­ки.

Рео­ви­ру­сы (см. Рис. 4), ред­кие воз­бу­ди­те­ли ре­спи­ра­тор­ных и ки­шеч­ных за­бо­ле­ва­ний че­ло­ве­ка, стали пред­ме­том осо­бо­го на­уч­но­го ин­те­ре­са из-за того, что их ге­не­ти­че­ский ма­те­ри­ал пред­став­лен в виде двух­це­поч­ной мо­ле­ку­лы РНК.

Рис. 4. Стро­е­ние рео­ви­ру­са

Также су­ще­ству­ют ре­тро­ви­ру­сы, ко­то­рые вы­зы­ва­ют ряд он­ко­ло­ги­че­ских за­бо­ле­ва­ний.

 Типы РНК

В за­ви­си­мо­сти от стро­е­ния и вы­пол­ня­е­мой функ­ции раз­ли­ча­ют три ос­нов­ных типа РНК: ри­бо­сом­ную, транс­порт­ную и ин­фор­ма­ци­он­ную (мат­рич­ную).

1. Ин­фор­ма­ци­он­ная РНК

Как по­ка­за­ли ис­сле­до­ва­ния, ин­фор­ма­ци­он­ная РНК со­став­ля­ет 3-5 % от об­ще­го со­дер­жа­ния РНК в клет­ке. Это од­но­це­поч­ная мо­ле­ку­ла, ко­то­рая об­ра­зо­вы­ва­ет­ся в про­цес­се тран­скрип­ции на одной из цепей мо­ле­ку­лы ДНК. Это свя­за­но с тем, что ДНК у ядер­ных ор­га­низ­мов на­хо­дят­ся в ядре, а син­тез белка про­ис­хо­дит на ри­бо­со­мах в ци­то­плаз­ме, по­это­му воз­ник­ла необ­хо­ди­мость в «по­сред­ни­ке». Функ­цию «по­сред­ни­ка» вы­пол­ня­ет мат­рич­ная РНК, она пе­ре­да­ет ин­фор­ма­цию о струк­ту­ре белка из ядра кле­ток, где на­хо­дит­ся ДНК, к ри­бо­со­мам, где эта ин­фор­ма­ция ре­а­ли­зу­ет­ся (см. Рис. 5).

Рис. 5. Мат­рич­ная РНК (мРНК)

В за­ви­си­мо­сти от объ­е­ма ко­пи­ру­е­мой ин­фор­ма­ции, мо­ле­ку­ла мат­рич­ной РНК может иметь раз­лич­ную длину.

Боль­шин­ство мат­рич­ных РНК су­ще­ству­ют в клет­ке непро­дол­жи­тель­ное время. В бак­те­ри­аль­ных клет­ках су­ще­ство­ва­ние таких РНК опре­де­ля­ет­ся ми­ну­та­ми, а в клет­ках мле­ко­пи­та­ю­щих (в эрит­ро­ци­тах) син­тез ге­мо­гло­би­на (белка) про­дол­жа­ет­ся после утра­ты эрит­ро­ци­та­ми ядра в те­че­ние несколь­ких дней.

2. Ри­бо­сом­ная РНК

Ри­бо­сом­ные РНК (см. Рис. 6) со­став­ля­ют 80 % от всех ри­бо­сом, при­сут­ству­ю­щих в клет­ке. Эти РНК син­те­зи­ру­ют­ся в яд­рыш­ке, а в клет­ке они на­хо­дят­ся в ци­то­плаз­ме, где вме­сте с бел­ка­ми об­ра­зу­ют ри­бо­со­мы. На ри­бо­со­мах про­ис­хо­дит син­тез белка. Здесь «код», за­клю­чен­ный в мат­рич­ную РНК, транс­ли­ру­ет­ся в ами­но­кис­лот­ную по­сле­до­ва­тель­ность мо­ле­ку­лы белка.

Рис. 6. Ри­бо­сом­ная РНК (рРНК)

3. Транс­порт­ная РНК

Транс­порт­ные РНК (см. Рис. 7) об­ра­зу­ют­ся в ядре на ДНК, а затем пе­ре­хо­дят в ци­то­плаз­му.

Рис. 7. Транс­порт­ная РНК (тРНК)

На долю таких РНК при­хо­дит­ся около 10 % от об­ще­го со­дер­жа­ния РНК в клет­ке. Они имеют самые ко­рот­кие мо­ле­ку­лы из 80-100 нук­лео­ти­дов.

Транс­порт­ные РНК при­со­еди­ня­ют к себе ами­но­кис­ло­ту и транс­пор­ти­ру­ют ее к месту син­те­за белка, к ри­бо­со­мам.

Все из­вест­ные транс­порт­ные РНК за счет ком­пле­мен­тар­но­го вза­и­мо­дей­ствия между азо­ти­сты­ми ос­но­ва­ни­я­ми об­ра­зо­вы­ва­ют вто­рич­ную струк­ту­ру, по форме на­по­ми­на­ю­щую лист кле­ве­ра (см. Рис. 8). В мо­ле­ку­ле тРНК есть два ак­тив­ных участ­ка – три­плет ан­ти­ко­дон на одном конце и ак­цеп­тор­ный уча­сток, при­со­еди­ня­ю­щий ами­но­кис­ло­ту, на дру­гом.

Рис. 8. Стро­е­ние тРНК («кле­вер­ный лист»)

Каж­дой ами­но­кис­ло­те со­от­вет­ству­ет ком­би­на­ция из трех нук­лео­ти­дов, ко­то­рая носит на­зва­ние три­плет.

Рис. 9. Таб­ли­ца ге­не­ти­че­ско­го кода

Ко­ди­ру­ю­щие ами­но­кис­ло­ты три­пле­ты – ко­до­ны ДНК (см. Рис. 9) – пе­ре­да­ют­ся в виде ин­фор­ма­ции три­пле­тов (ко­до­нов) мРНК. У вер­хуш­ки кле­вер­но­го листа тРНК рас­по­ла­га­ет­ся три­плет нук­лео­ти­дов, ко­то­рый ком­пле­мен­та­рен со­от­вет­ству­ю­ще­му ко­до­ну мРНК (см. Рис. 10). Этот три­плет раз­ли­чен для тРНК, пе­ре­но­ся­щих раз­ные ами­но­кис­ло­ты, и ко­ди­ру­ет имен­но ту ами­но­кис­ло­ту, ко­то­рая пе­ре­но­сят­ся дан­ной тРНК. Он по­лу­чил на­зва­ние ан­ти­ко­дон.

Рис. 10. тРНК

Ак­цеп­тор­ный конец яв­ля­ет­ся «по­са­доч­ной пло­щад­кой» для опре­де­лен­ной ами­но­кис­ло­ты.

Таким об­ра­зом, раз­лич­ные типы РНК пред­став­ля­ют собой еди­ную функ­ци­о­наль­ную си­сте­му, на­прав­лен­ную на ре­а­ли­за­цию на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции через син­тез белка.

 Гипотеза РНК мира

Кон­цеп­ция РНК мира за­клю­ча­ет­ся в том, что ко­гда-то очень давно мо­ле­ку­ла РНК могла вы­пол­нять функ­цию как мо­ле­ку­лы ДНК, так и бел­ков.

В живых ор­га­низ­мах прак­ти­че­ски все про­цес­сы про­ис­хо­дят бла­го­да­ря фер­мен­там бел­ко­вой при­ро­ды. Белки, од­на­ко, не могут са­мо­реп­ли­ци­ро­вать­ся и син­те­зи­ру­ют­ся в клет­ки на ос­но­ва­нии ин­фор­ма­ции, за­ло­жен­ной в ДНК. Но и удво­е­ние ДНК про­ис­хо­дит толь­ко бла­го­да­ря уча­стию бел­ков и РНК. Сле­до­ва­тель­но, об­ра­зу­ет­ся за­мкну­тый круг, из-за ко­то­ро­го в рам­ках тео­рии воз­ник­но­ве­ния жизни спон­тан­ное воз­ник­но­ве­ние такой слож­ной си­сте­мы ма­ло­ве­ро­ят­но.

В на­ча­ле 1980-х годов в ла­бо­ра­то­рии уче­ных Чека и Ол­т­ме­на (об­ла­да­те­ли но­бе­лев­ской пре­мии по химии) в США была от­кры­та ка­та­ли­ти­че­ская спо­соб­ность РНК. РНК-ка­та­ли­за­то­ры были на­зва­ны ри­бо­зи­ма­ми (см. Рис. 11).

Рис. 11. Струк­ту­ра ри­бо­зи­мо­мо­ле­ку­лы РНК, вы­пол­ня­ю­щей функ­цию ка­та­ли­за

Ока­за­лось, что ак­тив­ный центр ри­бо­сом тоже со­дер­жит боль­шое ко­ли­че­ство ри­бо­сом­ных РНК. Также РНК спо­соб­ны со­зда­вать двой­ную це­поч­ку и са­мо­реп­ли­ци­ро­вать­ся. То есть РНК могли су­ще­ство­вать пол­но­стью ав­то­ном­но, ка­та­ли­зи­руя ме­та­бо­ли­че­ские ре­ак­ции, на­при­мер син­те­за новых ри­бо­ну­кле­а­ти­дов, и са­мо­вос­про­из­во­дясь, со­хра­няя из по­ко­ле­ния в по­ко­ле­ние ка­та­ли­ти­че­ские свой­ства. На­коп­ле­ние слу­чай­ных му­та­ций при­ве­ло к по­яв­ле­нию РНК, ка­та­ли­зи­ру­ю­щих син­тез опре­де­лен­ных бел­ков, яв­ля­ю­щих­ся более эф­фек­тив­ны­ми ка­та­ли­за­то­ра­ми, в связи с чем эти му­та­ции за­креп­ля­лись в ходе есте­ствен­но­го от­бо­ра. Также воз­ник­ли спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ные хра­ни­ли­ща ге­не­ти­че­ской ин­фор­ма­ции – мо­ле­ку­ла ДНК, а РНК стала по­сред­ни­ком между ДНК и бел­ка­ми.

источник конспекта - http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/stroenie-i-funktsii-rnk?seconds=0&chapter_id=98

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=d6jd9E1EqhE

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=vSHIuT3eCyA

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=UiuSfDdOs8Q

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=aZd9DZIdt5Y

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=msXWwcK2kqU

источник презенатции - http://prezentacii.com/biologiya/2473-dnk-i-rnk-nukleinovye-kisloty.html

Файлы