نوکلئیک اسیدها در کجای سلول قرار دارند؟ DNA و RNA پلاسمید. ساختار و عملکرد DNA

فصلV. اسیدهای نوکلئیک

§ 13. اسیدهای نوکلئیک:

توابع و ترکیب

ایده های کلی در مورد اسیدهای نوکلئیک

اسیدهای نوکلئیک مهم ترین پلیمرهای زیستی با وزن مولکولی نسبی به 5·109 هستند. آنها بدون استثنا در همه موجودات زنده وجود دارند و نه تنها نگهبان و منبع اطلاعات ژنتیکی هستند، بلکه تعدادی از عملکردهای حیاتی دیگر را نیز انجام می دهند. اسیدهای نوکلئیک پلیمرهایی هستند که واحدهای مونومر آنها هستند نوکلئوتیدها.

دو نوع مختلف از اسیدهای نوکلئیک وجود دارد - اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک(DNA) و اسیدهای ریبونوکلئیک(RNA). DNA ماده ژنتیکی اکثر موجودات است. در سلول های پروکاریوتی، علاوه بر DNA کروموزومی اصلی، DNA خارج کروموزومی، پلاسمیدها، اغلب یافت می شود. در سلول های یوکاریوتی، بخش عمده ای از DNA در هسته سلول قرار دارد، جایی که با پروتئین های کروموزوم مرتبط است. سلول های یوکاریوتی همچنین حاوی DNA در میتوکندری و کلروپلاست هستند.

جالب است بدانید! مولکول های DNA بزرگترین مولکول ها هستند. مولکول DNAE. coliتقریباً از 4000000 جفت پایه تشکیل شده است، جرم نسبی آن 26000000000 و طول آن 1.4 میلی متر است که 700 برابر اندازه سلول آن است. مولکول های DNA یوکاریوتی می توانند به اندازه های بزرگتر نیز برسند، طول آنها می تواند چندین سانتی متر باشد و جرم نسبی آنها 10 10 -10 11 است. نوشتن توالی نوکلئوتیدی DNA انسان حدود 1000000 صفحه طول می کشد.

در مورد RNA، با توجه به عملکردهایی که انجام می دهند، آنها را متمایز می کنند:

1. اطلاعات RNA (mRNA) - آنها حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار اولیه پروتئین هستند.

2. RNA ریبوزومی (rRNA) - بخشی از ریبوزوم ها هستند.

3. انتقال RNA (tRNA) - ارائه آمینو اسیدها به محل سنتز پروتئین.

به عنوان ماده ژنتیکی، RNA بخشی از تعدادی ویروس است. به عنوان مثال، ویروس هایی که باعث بیماری های خطرناکی مانند آنفولانزا و ایدز می شوند، حاوی RNA هستند.

اسیدهای نوکلئیک می توانند خطی و دایره ای (کووالانسی بسته) باشند. آنها ممکن است از یک یا دو زنجیره تشکیل شده باشند. در زیر نمودار وجود انواع اسیدهای نوکلئیک در طبیعت را نشان می دهد:

عملکرد اسیدهای نوکلئیک

اسیدهای نوکلئیک سه وظیفه مهم دارند: ذخیره سازی، انتقال و اجرای اطلاعات ژنتیکی. علاوه بر اینها، آنها وظایف دیگری نیز انجام می دهند، به عنوان مثال، آنها در کاتالیز واکنش های شیمیایی خاص شرکت می کنند، اجرای اطلاعات ژنتیکی را تنظیم می کنند، عملکردهای ساختاری را انجام می دهند و غیره. نقش نگهبان اطلاعات ژنتیکی در اکثر موجودات (یوکاریوت ها، پروکاریوت ها، برخی از ویروس ها) توسط DNA دو رشته ای انجام می شود. تنها در برخی از ویروس ها، حافظ اطلاعات ژنتیکی DNA تک رشته ای یا تک رشته ای و همچنین RNA دو رشته ای است. اطلاعات ژنتیکی در آن ذخیره می شود ژن ها. یک ژن در طبیعت خود بخشی از اسید نوکلئیک است. آنها ساختار اولیه پروتئین ها را رمزگذاری می کنند. ژن ها همچنین می توانند اطلاعاتی در مورد ساختار انواع خاصی از RNA مانند tRNA و rRNA داشته باشند.

اطلاعات ژنتیکی از والدین به فرزندان منتقل می شود. این فرآیند با دو برابر شدن اسید نوکلئیک (DNA یا RNA) که به عنوان نگهبان اطلاعات ژنتیکی عمل می کند و متعاقباً انتقال آن به فرزندان همراه است. به عنوان مثال، در نتیجه تقسیم، سلول های دختر مولکول های DNA یکسان را از مادر دریافت می کنند و بنابراین اطلاعات ژنتیکی یکسانی را دریافت می کنند (شکل 38). ویروس‌ها هنگام تکثیر، نسخه‌های دقیقی از اسید نوکلئیک را به ذرات ویروس دختر خود منتقل می‌کنند. در تولید مثل جنسی، فرزندان اطلاعات ژنتیکی را از هر دو والدین دریافت می کنند. به همین دلیل است که کودکان ویژگی هایی را از هر دو والدین به ارث می برند.

برنج. 38. توزیع DNA در طول تقسیم سلولی

در نتیجه اجرای اطلاعات ژنتیکی، سنتز پروتئین های کدگذاری شده در DNA به شکل ژن (یا برای برخی ویروس ها در RNA) رخ می دهد. در این فرآیند، اطلاعات مربوط به ساختار اولیه پروتئین از مولکول DNA به mRNA کپی می شود و سپس با مشارکت tRNA روی ریبوزوم ها رمزگشایی می شود. در نتیجه یک پروتئین تشکیل می شود:

پروتئین DNA RNA

ترکیب اسیدهای نوکلئیک

اسیدهای نوکلئیک پلیمرهایی هستند که از نوکلئوتیدهایی ساخته شده اند که توسط پیوندهای فسفودی استر به یکدیگر متصل شده اند. هر نوکلئوتید از باز نیتروژن دار، پنتوز و بقایای اسید فسفریک تشکیل شده است.

تمیز دادن پیریمیدینو پورینزمینه، همچنین به ترتیب نامیده می شود پیریمیدین هاو پورین ها. بازهای پیریمیدین مشتقات پیریمیدین هستند:

پایه های پورین - مشتقات پورین:

پیریمیدین ها شامل اوراسیل، تیمین و سیتوزین هستند؛ پورین ها شامل آدنین و گوانین هستند:

DNA حاوی تیمین، سیتوزین، آدنین و گوانین است، در حالی که RNA حاوی همان بازها است، تنها اوراسیل به جای تیمین گنجانده شده است. علاوه بر بازهای نیتروژنی، اسیدهای نوکلئیک حاوی پنتوزها هستند: DNA - D-deoxyribose و RNA - D-ribose. کربوهیدرات ها به شکل b-anomer فرم فورانوز هستند:

پایه نیتروژنی با هزینه هیدروکسیل گلیکوزیدی به کربوهیدرات متصل می شود. یک نوکلئوزید تشکیل می شود. به طور شماتیک، تشکیل یک نوکلئوزید را می توان به صورت زیر نشان داد:

ترکیب اسیدهای نوکلئیک شامل 8 نوکلئوزید است، 4 - در ترکیب RNA و 4 - در ترکیب DNA (شکل 39).

نوکلئوزیدهای سازنده RNA:

نوکلئوزیدهای سازنده DNA:

برنج. 39. نوکلئوزیدها

نوکلئوزیدی که به باقی مانده اسید فسفریک متصل می شود، نوکلئوتید نامیده می شود:

در این مورد، باقی مانده اسید فسفریک را می توان با یک اتم کربن 3' یا 5' مرتبط کرد:

آدنوزین 5'-مونوفسفات به اختصار AMP نامیده می شود. اگر یک نوکلئوتید از دئوکسوریبوز، آدنین و یک باقیمانده اسید فسفریک تشکیل شود، آن را دئوکسی آدنوزین مونوفسفات یا به اختصار dAMP می نامند. جدول 5 نامگذاری نوکلئوتیدها را نشان می دهد.

جدول 5

نامگذاری نوکلئوتیدهایی که DNA و RNA را تشکیل می دهند

مونوفسفات های نوکلئوزیدی (NMP) و مونوفسفات های دئوکسی نوکلئوزید (dNMP) را می توان با 1 یا 2 باقیمانده اسید فسفریک دیگر به یکدیگر متصل کرد. این باعث تولید نوکلئوزید دی فسفات ها (NDPs)، دئوکسی نوکلئوزید دی فسفات ها (dNDPs) یا نوکلئوزید تری فسفات ها (NTPs) و دئوکسی نوکلئوزید تری فسفات ها (dNTPs) می شود.

NTP و dNTP به ترتیب به عنوان سوبسترا برای سنتز RNA و DNA عمل می کنند.

نام "اسیدهای نوکلئیک" از کلمه لاتین "nucleus"، یعنی هسته گرفته شده است: آنها برای اولین بار در هسته های سلولی کشف شدند. اهمیت بیولوژیکی اسیدهای نوکلئیک بسیار بالاست. آنها نقش اصلی را در ذخیره و انتقال خواص ارثی سلول دارند، به همین دلیل است که اغلب آنها را مواد وراثتی می نامند. مشخص است که هر سلولی در نتیجه تقسیم سلول مادر به وجود می آید. در این صورت سلول های دختری خواص مادر را به ارث می برند. خواص یک سلول عمدتاً توسط پروتئین های آن تعیین می شود. اسیدهای نوکلئیک سنتز پروتئین ها را در سلول فراهم می کنند، دقیقاً مانند سلول مادر.

دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد - اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و اسید ریبونوکلئیک (RNA).

دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA)

نقش نگهبان اطلاعات ارثی در تمام سلول ها - جانوران و گیاهان - متعلق به DNA است. ساختار DNA در شکل 74 نشان داده شده است. عرض چنین مارپیچ دوگانه DNA کوچک است، حدود 2 نانومتر. طول آن ده ها هزار بار بیشتر است - به صدها هزار نانومتر می رسد. در همین حال، بزرگترین مولکول های پروتئین در شکل باز شده به طول بیش از 100 تا 200 نانومتر نمی رسند. بنابراین، هزاران مولکول پروتئین را می توان یکی پس از دیگری در امتداد مولکول DNA انباشته کرد. وزن مولکولی DNA به نسبت فوق العاده بزرگ است - به ده ها و حتی صدها میلیون می رسد.

شکل 74. نمودار ساختار DNA (مارپیچ دوگانه).

بیایید به ساختار DNA نگاه کنیم. هر رشته DNA پلیمری است که مونومرهای آن نوکلئوتید هستند. نوکلئوتید یک ترکیب شیمیایی از بقایای سه ماده است: یک پایه نیتروژن دار، یک کربوهیدرات (مونوساکارید - دئوکسی ریبوز) و اسید فسفریک. DNA کل جهان آلی از ترکیب چهار نوع نوکلئوتید تشکیل می شود. ساختار آنها در شکل 75 نشان داده شده است. همانطور که می بینید، هر چهار نوکلئوتید دارای کربوهیدرات و اسید فسفریک یکسان هستند.

شکل 75. چهار نوکلئوتید که تمام DNA طبیعت زنده از آنها ساخته شده است. شکل 76. اتصال نوکلئوتیدها به یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی.

نوکلئوتیدها فقط در بازهای نیتروژنی که بر اساس آنها نامگذاری شده اند متفاوت هستند. یک نوکلئوتید با یک باز نیتروژن آدنین (به اختصار A)، یک نوکلئوتید با گوانین (G)، یک نوکلئوتید با تیمین (T) و یک نوکلئوتید با سیتوزین (C). از نظر اندازه، A برابر با G، و T برابر با C است. اندازه های A و D کمی بزرگتر از T و C هستند.

اتصال نوکلئوتیدها در یک رشته DNA از طریق کربوهیدرات یک نوکلئوتید و اسید فسفریک رشته مجاور انجام می شود. آنها توسط یک پیوند کووالانسی قوی به هم متصل شده اند - شکل 76.

بنابراین هر رشته DNA یک پلی نوکلئوتید است. این یک زنجیره طولانی است که در آن نوکلئوتیدها به ترتیب مشخصی مرتب شده اند.

حال بیایید در نظر بگیریم که چگونه رشته‌های DNA در هنگام تشکیل یک مارپیچ دوتایی نسبت به یکدیگر چیده شده‌اند و چه نیروهایی آنها را کنار هم نگه می‌دارند. ایده ای از این در شکل 77 ارائه شده است که بخش کوچکی از یک مارپیچ دوگانه را نشان می دهد.

همانطور که می بینید، پایه های نیتروژنی یک زنجیره به پایه های نیتروژنی زنجیره دیگر "پیوسته" می شوند. بازها آنقدر به هم نزدیک می شوند که پیوندهای هیدروژنی بین آنها تشکیل می شود.

یک نظم مهم در ترتیب اتصال نوکلئوتیدها وجود دارد، یعنی: در برابر A یک زنجیره همیشه T در زنجیره دیگر وجود دارد، و در برابر G یک زنجیره - همیشه C. معلوم می شود که تنها با چنین ترکیبی از نوکلئوتیدها است. اطمینان حاصل شود که اولاً در تمام طول فاصله مارپیچی دوگانه بین زنجیره ها یکسان است و ثانیاً تشکیل بین پایه های مخالف حداکثر تعداد پیوندهای هیدروژنی (سه پیوند هیدروژنی بین G و C و دو پیوند هیدروژنی بین A و T) . در هر یک از این ترکیبات، هر دو نوکلئوتید به نظر مکمل یکدیگر هستند. کلمه "اضافه" در لاتین "مکمل" است. بنابراین، مرسوم است که می گویند G مکمل C است و T مکمل A ​​است. اگر نوکلئوتیدهای A، G، C، T، A، C، C یکی پس از دیگری در بخشی از یک زنجیره DNA دنبال شوند، سپس در قسمت مقابل زنجیره دیگر مکمل آنها خواهد بود T، C، G، A، T، G، G. بنابراین، اگر ترتیب نوکلئوتیدها در یک زنجیره مشخص باشد، ترتیب نوکلئوتیدها در زنجیره دیگر مشخص است. زنجیره بلافاصله توسط اصل مکمل بودن تعیین می شود.

تعداد زیادی پیوند هیدروژنی اتصال قوی رشته های DNA را فراهم می کند که به مولکول ثبات می دهد و در عین حال تحرک خود را حفظ می کند: تحت تأثیر آنزیم دئوکسی ریبونوکلئاز به راحتی باز می شود.

DNA در هسته سلول و همچنین در میتوکندری و کلروپلاست یافت می شود. در هسته، DNA بخشی از کروموزوم است، جایی که در ترکیب با پروتئین ها قرار دارد.

دو برابر شدن DNA

اصل مکمل بودن زیربنای ساختار DNA به ما این امکان را می دهد که بفهمیم مولکول های DNA جدید کمی قبل از تقسیم سلولی چگونه سنتز می شوند. این سنتز به دلیل توانایی قابل توجه مولکول DNA برای تکثیر است و تعیین کننده انتقال خواص ارثی از سلول مادر به سلول های دختر است.

نحوه انجام تکثیر DNA در شکل 78 نشان داده شده است. تحت تأثیر یک آنزیم، مارپیچ دوگانه DNA از یک انتها شروع به باز شدن می کند و یک زنجیره جدید از نوکلئوتیدهای آزاد در محیط روی هر زنجیره جمع می شود. مونتاژ زنجیره جدید مطابق با اصل مکمل بودن است. هر A در برابر T، در برابر G - C، و غیره قرار می گیرد. در نتیجه، به جای یک مولکول DNA، دو مولکول با همان ترکیب نوکلئوتیدی اصلی به وجود می آیند. یک رشته در هر مولکول DNA تازه تشکیل شده از مولکول اصلی سرچشمه می گیرد و رشته دیگر به تازگی سنتز شده است.

اسیدهای ریبونوکلئیک (RNA).

ساختار RNA مشابه ساختار DNA است. RNA، مانند DNA، یک پلی نوکلئوتید است، اما بر خلاف DNA، مولکول RNA تک رشته ای است. همانطور که در DNA، ساختار RNA با تناوب چهار نوع نوکلئوتید ایجاد می شود، اما ترکیب نوکلئوتیدهای RNA تا حدودی با نوکلئوتیدهای DNA متفاوت است، یعنی کربوهیدرات موجود در RNA دئوکسی ریبوز نیست، بلکه ریبوز است، به همین دلیل نام RNA است. اسید ریبونوکلئیک است. علاوه بر این، به جای باز نیتروژنی تیمین، RNA حاوی باز دیگری است که از نظر ساختاری مشابه است، به نام اوراسیل (U).

یاد آوردن!

چرا نوکلئیک اسیدها به عنوان هتروپلیمر طبقه بندی می شوند؟

آنها از مونومرهای مختلف - نوکلئوتیدها تشکیل شده اند، اما خود نوکلئوتیدها در برخی ساختارها متفاوت هستند.

مونومر اسید نوکلئیک چیست؟

نوکلئوتیدها

چه عملکردهای اسیدهای نوکلئیک را می دانید؟

ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی. DNA حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار اولیه تمام پروتئین های مورد نیاز بدن است. این اطلاعات در یک توالی خطی از نوکلئوتیدها ثبت می شود. از آنجایی که پروتئین ها نقش اصلی را در زندگی بدن ایفا می کنند و در ساختار، رشد و متابولیسم شرکت می کنند، می توان استدلال کرد که DNA اطلاعات مربوط به بدن را ذخیره می کند. در RNA هر یک از انواع آن بسته به ساختارش عملکرد خود را انجام می دهد. mRNA یک کپی از بخشی از DNA است که حاوی اطلاعاتی درباره تعداد، ترکیب و توالی باقی مانده‌های اسید آمینه است که ساختار و عملکرد یک مولکول پروتئین را تعیین می‌کند. این RNA حاوی طرحی برای ساخت یک مولکول پلی پپتیدی است. tRNA - نقش آن اتصال یک مولکول اسید آمینه و انتقال آن به محل سنتز پروتئین است. rRNA - با پروتئین ترکیب می شود و اندامک های خاصی را تشکیل می دهد - ریبوزوم ها، که مولکول های پروتئین در سلول هر موجود زنده روی آن جمع می شوند.

چه خواصی از موجودات زنده به طور مستقیم توسط ساختار و عملکرد اسیدهای نوکلئیک تعیین می شود؟

وراثت، تنوع، تولید مثل

سوالات و تکالیف را مرور کنید

1. اسیدهای نوکلئیک چیست؟ چرا چنین نامی پیدا کردند؟

اسیدهای نوکلئیک بیوپلیمرهایی هستند که مونومرهای آنها نوکلئوتید هستند. از لات "نوکلئوس" - هسته، از آنجایی که این اسیدها در هسته یا در پروکاریوت ها قرار دارند یا سنتز می شوند، عملکرد اطلاعات هسته ای توسط نوکلوئید (DNA یا RNA) انجام می شود.

2. چه نوع اسیدهای نوکلئیک را می شناسید؟

DNA، RNA: i-RNA، t-RNA، r-RNA.

4- وظایف DNA را نام ببرید. ساختار و عملکرد DNA چگونه به هم مرتبط هستند؟

ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی - DNA دقیقاً در هسته قرار دارد.

مولکول DNA قادر است با دو برابر شدن خود همانند سازی کند. تحت تأثیر آنزیم ها، مارپیچ دوگانه DNA باز می شود، پیوندهای بین بازهای نیتروژنی شکسته می شود.

DNA حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار اولیه تمام پروتئین های مورد نیاز بدن است. این اطلاعات در یک توالی خطی از نوکلئوتیدها ثبت می شود.

از آنجایی که پروتئین ها نقش اصلی را در زندگی بدن ایفا می کنند و در ساختار، رشد و متابولیسم شرکت می کنند، می توان استدلال کرد که DNA اطلاعات مربوط به بدن را ذخیره می کند.

5. چه انواع RNA در سلول وجود دارد، در کجا سنتز می شوند؟ کارکردهای آنها را فهرست کنید.

i-RNA، t-RNA، r-RNA.

i-RNA - سنتز شده در هسته روی الگوی DNA، اساس سنتز پروتئین است.

tRNA انتقال اسیدهای آمینه به محل سنتز پروتئین - به ریبوزوم ها است.

rRNA - در هسته های هسته سنتز می شود و ریبوزوم های خود سلول را تشکیل می دهد.

همه انواع RNA بر روی یک الگوی DNA سنتز می شوند.

6. آیا کافی است بدانیم کدام مونوساکارید بخشی از نوکلئوتیدها است تا بفهمیم در مورد چه نوع اسید نوکلئیک صحبت می کنیم؟

بله، RNA حاوی ریبوز است.

DNA حاوی دئوکسی ریبوز است.

تشخیص انواع RNA توسط یک مونوساکارید امکان پذیر نخواهد بود.

7. یک قطعه از یک زنجیره DNA دارای ترکیب زیر است: A-G-C-G-C-C-C-C-T-A-. با استفاده از اصل مکمل، رشته دوم را کامل کنید.

الف-ج-ج-ج-ج-ج-ج-ت-ا

تی-ج-ج-ج-ج-گ-ج-ا-ت

فکر! یاد آوردن!

1. چرا سه نوع مولکول RNA در سلول ها وجود دارد، اما فقط یک نوع DNA وجود دارد؟

DNA بزرگترین مولکول است، نمی تواند هسته را ترک کند، منافذ بسیار کوچک هستند. RNA مولکول های کوچکی است که هر کدام عملکرد خود را انجام می دهند و در حین کار عملکردهای مختلفی را در سلول ارائه می دهند. در ماتریس DNA، بسیاری از انواع RNA را می توان به طور همزمان سنتز کرد و همه آنها برای انجام وظایف خود می روند.

3. چه نوع RNA در همه موجودات یکسان خواهد بود؟ کدام نوع RNA بیشترین تنوع را دارد؟ دیدگاه خود را توضیح دهید.

i-RNA و t-RNA برای همه موجودات یکسان خواهد بود، زیرا بیوسنتز پروتئین از یک مکانیسم واحد پیروی می کند و t-RNA همان 20 اسید آمینه را حمل می کند. rRNA ممکن است متفاوت باشد.

در مورد اسیدهای نوکلئیک چه می دانیم؟

اسیدهای نوکلئیک در نیمه دوم قرن نوزدهم کشف شدند. بیوشیمیدان سوئیسی F. Miescher، که ماده ای با محتوای نیتروژن و فسفر بالا را از هسته سلول ها جدا کرد و آن را "نوکلئین" نامید. از لات هسته - هسته).
اسیدهای نوکلئیک اطلاعات ارثی در مورد ساختار و عملکرد هر سلول و همه موجودات زنده روی زمین را ذخیره می کنند.

دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد - DNA(دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) و RNA(ریبونوکلئیک اسید).

اسیدهای نوکلئیک، مانند پروتئین ها، خاص گونه هستند، یعنی موجودات هر گونه دارای نوع DNA خاص خود هستند. برای یافتن دلایل اختصاصی بودن گونه ها، ساختار اسیدهای نوکلئیک را در نظر بگیرید.

مولکول های اسید نوکلئیک زنجیره های بسیار طولانی هستند که از صدها و حتی میلیون ها نوکلئوتید تشکیل شده اند. هر اسید نوکلئیک فقط حاوی چهار نوع نوکلئوتید است. عملکرد مولکولهای اسید نوکلئیک به ساختار آنها، نوکلئوتیدهای تشکیل دهنده آنها، تعداد آنها در زنجیره و توالی ترکیب در مولکول بستگی دارد.

هر نوکلئوتید از سه جزء تشکیل شده است: یک پایه نیتروژن، یک کربوهیدرات و اسید فسفریک. هر نوکلئوتید DNA حاوی یکی از چهار نوع باز نیتروژنی (آدنین - A، تیمین - T، گوانین - G یا سیتوزین - C)، و همچنین یک کربوهیدرات دئوکسی ریبوز و یک باقیمانده اسید فسفریک است.

بنابراین، نوکلئوتیدهای DNA فقط در نوع پایه نیتروژنی متفاوت هستند.
مولکول DNA شامل تعداد زیادی نوکلئوتید است که در یک زنجیره در یک توالی مشخص به هم متصل شده اند. هر نوع مولکول DNA دارای تعداد و توالی نوکلئوتیدهای خاص خود است.

مولکول های DNA بسیار طولانی هستند. برای مثال، برای نوشتن توالی نوکلئوتیدها در مولکول‌های DNA از یک سلول انسانی (46 کروموزوم)، به کتابی در حدود 820000 صفحه نیاز است.

تناوب چهار نوع نوکلئوتید می تواند تعداد نامحدودی از انواع مولکول های DNA را تشکیل دهد. این ویژگی‌های ساختار مولکول‌های DNA به آن‌ها اجازه می‌دهد تا حجم عظیمی از اطلاعات را درباره همه نشانه‌های موجودات زنده ذخیره کنند.

در سال 1953، زیست شناس آمریکایی جی واتسون و فیزیکدان انگلیسی F. Crick مدلی برای ساختار مولکول DNA ایجاد کردند. دانشمندان دریافته اند که هر مولکول DNA از دو رشته تشکیل شده است که با 1000 رشته به هم متصل شده و به صورت مارپیچی پیچ خورده اند. شبیه یک مارپیچ دوگانه است. در هر زنجیره، چهار نوع نوکلئوتید در یک توالی خاص متناوب می شوند.

ترکیب نوکلئوتیدی DNA در انواع مختلف باکتری ها، قارچ ها، گیاهان و حیوانات متفاوت است. اما با افزایش سن تغییر نمی کند، بستگی کمی به تغییرات محیط دارد. نوکلئوتیدها جفت هستند، یعنی تعداد آدنیل نوکلئوتیدها در هر مولکول DNA برابر با تعداد نوکلئوتیدهای تیمیدیل (A-T) و تعداد نوکلئوتیدهای سیتیدیل برابر با تعداد نوکلئوتیدهای گوانیل (C-G) است. این به این دلیل است که اتصال دو زنجیره به یکدیگر در یک مولکول DNA از قانون خاصی پیروی می کند، یعنی: آدنین یک زنجیره همیشه فقط با دو پیوند هیدروژنی فقط با تیمین زنجیره دیگر و گوانین با سه پیوند متصل می شود. پیوندهای هیدروژنی با سیتوزین، یعنی زنجیره های نوکلئوتیدی یک مولکول DNA مکمل یکدیگر هستند.
DNA حاوی تمام باکتری ها، اکثریت قریب به اتفاق ویروس ها است. این در هسته سلول های حیوانات، قارچ ها و گیاهان و همچنین در

سوال 1. اسیدهای نوکلئیک چیست؟
اسیدهای نوکلئیک نام خود را به این دلیل به دست آوردند که برای اولین بار در هسته سلولی کشف شدند (lat. nyc1eus- هسته). بعدها مشخص شد که آنها در سیتوپلاسم، پلاستیدها و میتوکندری نیز وجود دارند. با توجه به ترکیب شیمیایی، اسیدهای نوکلئیک هتروپلیمرهایی هستند که از نوکلئوتیدهایی تشکیل شده اند که توسط یک نوع خاصی از پیوند شیمیایی (پیوند فسفودی استر) به هم متصل شده اند. هر نوکلئوتید به نوبه خود از سه بخش تشکیل شده است: یک مونوساکارید پنتوز و باز نیتروژنی مرتبط با آن و اسید فسفریک.

سوال 2. چه نوع اسیدهای نوکلئیک را می شناسید؟
دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد - اسید ریبونوکلئیک (RNA) و اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA). هر دوی این انواع در تمام سلول های زنده یافت می شوند. استثنا ویروس هایی هستند که یا فقط DNA یا فقط RNA دارند.

سوال 3. تفاوت بین ساختار مولکول های DNA و RNA چیست؟
دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد: DNA و RNA. DNA (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) یک پلیمر بیولوژیکی است که از دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی متصل به یکدیگر تشکیل شده است. مونومرهایی که هر یک از زنجیره های DNA را تشکیل می دهند، ترکیبات آلی پیچیده ای هستند، از جمله یکی از چهار باز نیتروژنی: آدنین (A) یا تیمین (T)، سیتوزین (C) یا گوانین (G). قند پنج اتمی پنتوز - دئوکسی ریبوز، که پس از آن خود DNA نامگذاری شد، و همچنین باقیمانده اسید فسفریک. این ترکیبات نوکلئوتید نامیده می شوند. در هر زنجیره، نوکلئوتیدها با تشکیل پیوندهای کووالانسی بین دئوکسی ریبوز یک و باقی مانده اسید فسفریک نوکلئوتید بعدی به هم متصل می شوند. دو مقدار و یک مولکول با کمک پیوندهای هیدروژنی که بین بازهای نیتروژنی که همچنین بخشی از نوکلئوتیدها هستند، ترکیب می شوند.
اسید ریبونوکلئیک (RNA)، مانند DNA، پلیمری است که شامل (آدنین، گوانین، سیتوزین) است. نوکلئوتید - اوراسیل - در مولکول RNA "محل تیمین" وجود دارد. نوکلئوتیدهای RNA به جای دئوکسی ریبوز حاوی پنتوز دیگری - ریبوز هستند. در زنجیره RNA، نوکلئوتیدها با تشکیل پیوندهای کووالانسی بین ریبوز یک نوکلئوتید و فسفر به هم متصل می شوند. باقی مانده اسید دیگری
اسیدهای نوکلئیک در ساختار کلی متفاوت هستند: DNA یک مولکول دو رشته ای مکمل است (آدنین همیشه در مقابل تیمین قرار دارد، گوانین همیشه در مقابل سیتوزین قرار دارد)، RNA تک رشته ای است. محتوای DNA در سلول ها نسبتاً ثابت است. محتوای RNA ممکن است بسته به شدت سنتز پروتئین متفاوت باشد. تمام مولکول های DNA اصولاً از نظر ساختار و عملکرد مشابه یکدیگر هستند و چندین گروه در بین RNA متمایز می شوند.

سوال 4. وظایف DNA چیست؟
سه عملکرد اصلی DNA وجود دارد.
ذخیره سازی اطلاعات ارثی ترتیب نوکلئوتیدها ساختار اولیه پروتئین ها را تعیین می کند. ساختار اولیه به نوبه خود خواص پروتئین ها و در نتیجه ویژگی های ساختار و عملکرد سلول ها را تعیین می کند. بنابراین، DNA اطلاعات مربوط به تمام خواص سلول ها، بافت ها و اندام ها را رمزگذاری می کند. بخشی از مولکول DNA که ساختار اولیه یک زنجیره پروتئینی را رمزگذاری می کند، ژن نامیده می شود.
انتقال اطلاعات ارثی به نسل بعدی سلول ها. این عملکرد به دلیل توانایی DNA برای دو برابر شدن (تکثیر) انجام می شود. پس از تقسیم، هر سلول دختر یکی از دو مولکول DNA یکسان را دریافت می کند که یک کپی دقیق از DNA مادر است.
انتقال اطلاعات ارثی از هسته به سیتوپلاسم. تقریباً تمام DNA در هسته است. سنتز پروتئین در سیتوپلاسم سلول اتفاق می افتد. بر این اساس، به یک واسطه نیاز است که شرح ساختار اولیه پروتئین را از DNA به ریبوزوم منتقل کند. نقش چنین واسطه ای RNA پیام رسان است که بر روی یکی از زنجیره های DNA سنتز می شود و توالی نوکلئوتیدی یک ژن خاص را طبق اصل مکملیت کپی می کند.

سوال 5. چه انواع RNA در سلول وجود دارد، در کجا سنتز می شوند؟ کارکردهای آنها را فهرست کنید.
اسیدهای ریبونوکلئیک انواع مختلفی دارند. RNA ریبوزومی، حمل و نقل و پیام رسان وجود دارد. یک نوکلئوتید RNA از یکی از بازهای نیتروژن دار (آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل)، یک کربوهیدرات - ریبوز و یک باقیمانده اسید فسفریک تشکیل شده است. مولکول های RNA تک رشته ای هستند.
RNA ریبوزومی (rRNA) با پروتئین ها ترکیب می شود و ریبوزوم ها را تشکیل می دهد. p-RNA 80 درصد از کل RNA یک سلول را تشکیل می دهد. سنتز پروتئین روی ریبوزوم ها انجام می شود.
RNA پیام رسان (i-RNA) از 1 تا 10 درصد کل RNA سلول را تشکیل می دهد. از نظر ساختار، i-RNA مکمل بخشی از مولکول DNA است که اطلاعات مربوط به سنتز یک پروتئین خاص را حمل می کند. طول mRNA به طول بخش DNA که اطلاعات از آن خوانده شده است بستگی دارد. mRNA اطلاعات مربوط به سنتز پروتئین را از هسته به سیتوپلاسم منتقل می کند.
RNA انتقالی (t-RNA) حدود 10 درصد از کل RNA را تشکیل می دهد و دارای زنجیره کوتاهی از نوکلئوتیدها است و در سیتوپلاسم قرار دارد. T-RNA اسیدهای آمینه خاصی را متصل می کند و آنها را به محل سنتز پروتئین به ریبوزوم می رساند. T-RNA شبیه یک سه لایه است. در یک انتها یک سه گانه نوکلئوتید (آنتیکودون) وجود دارد که یک اسید آمینه خاص را کد می کند. در انتهای دیگر یک سه گانه نوکلئوتید وجود دارد که یک اسید آمینه به آن متصل است (شکل 1).