Правила чаргаффа для рнк

Правила Чаргаффа. Сущность принципа комплементарности

Еще до открытия Уотсона и Крика, в 1950 г. австралийский биохимик Эдвин Чаргафф установил, что в ДНК любого организма количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых, а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству цитозиловых нуклеотидов (А=Т, Г=Ц), или суммарное количество пуриновых азотистых оснований равно суммарному количеству пиримидиновых азотистых оснований (А+Г=Ц+Т). Эти закономерности получили название «правила Чаргаффа».

Дело в том, что при образовании двойной спирали всегда напротив азотистого основания аденин в одной цепи устанавливается азотистое основание тимин в другой цепи, а напротив гуанина – цитозин, то есть цепи ДНК как бы дополняют друг друга. А эти парные нуклеотиды комплементарны друг другу (от лат. complementum – дополнение). Мы уже несколько раз сталкивались с проявлением комплементарности (комплиментарны друг другу активный центр фермента и молекула субстрата; комплементарны друг другу антиген и антитело).

Почему же этот принцип соблюдается? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить о химической природе азотистых гетероциклических оснований. Аденин и гуанин относятся к пуринам, а цитозин и тимин – к пиримидинам, то есть между азотистыми основаниями одной природы связи не устанавливаются. К тому же комплементарные основания соответствуют друг другу геометрически, т.е. по размерам и форме.

Таким образом, комплементарность нуклеотидов – это химическое и геометрическое соответствие структур их молекул друг другу.

В азотистых основаниях имеются сильноэлектроотрицательные атомы кислорода и азота, которые несут частичный отрицательный заряд, а также атомы водорода, на которых возникает частичный положительный заряд. За счет этих частичных зарядов возникают водородные связи между азотистыми основаниями антипараллельных последовательностей молекулы ДНК.

Между аденином и тимином возникают две водородные связи (А=Т), а между гуанином и цитозином – три (Г=Ц). Подобное соединение нуклеотидов обеспечивает, во-первых, образование максимального числа водородных связей, а во-вторых, одинаковое по всей длине спирали расстояние между цепями.

Из всего выше сказанного вытекает, что, зная последовательность нуклеотидов в одной спирали, можно выяснить порядок следования нуклеотидов на другой спирали.

Двойная комплементарная цепь составляет вторичную структуру ДНК. Спиральная форма ДНК является ее третичной структурой.

Дата добавления: 2015-02-10 ; просмотров: 27 ; Нарушение авторских прав

www.lektsii.com

Правило Чаргаффа. Свойства генома согластно правилам Чаргаффа

Сегодня вряд ли кого-либо удивишь такими понятиями, как наследственность, геном, ДНК, нуклеотиды. Все знают о двойной спирали ДНК и что именно она ответственна за формирование всех признаков организма. Но не все знают о принципах ее устройства и подчиненности основным правилам Чаргаффа.

Обиженный биолог

Не многие открытия удостаиваются звания выдающихся в ХХ веке. Но открытия Эрвина Чаргаффа (1905-2002), выходца с Буковины (г. Черновцы, Украина), несомненно, относятся именно к таким. Хотя он и не получил Нобелевскую премию, до конца своих дней он считал что Джеймс Уотсон и Френсис Крик украли его идею о двухцепочечной спиральной структуре ДНК и его Нобелевку.

Университеты Польши, Германии, США и Франции гордятся тем, что этот выдающийся биохимик преподавал в них. Кроме фундаментальных правил Чаргаффа для ДНК, он известен еще одним – золотым правилом. Именно так называют его ученые-биологи. А звучит золотое правило Э. Чаргаффа так: «One of the most insidious and nefarious properties of scientific models is their tendency to take over, and sometimes supplant, reality». Простым языком это значит – не говорите природе, что ей нужно делать, и она не скажет вам, куда следует пойти вам со всеми своими претензиями. Для многих молодых ученых это правило Эрвина Чаргаффа стало своеобразным девизом научного поиска.

Академические основы

Напомним основные фундаментальные понятия, необходимые для понимания последующего текста.

Геном — совокупность всего наследственного материала данного организма.

Мономеры образуют полимеры — структурные единицы, которые соединяются в высокомолекулярные органические молекулы.

Нуклеотиды – аденин, гуанин, тимин и цитозин – мономеры молекулы ДНК, органические молекулы, образованные фосфорной кислотой, углеводом с 5 атомами углерода (дезоксирибозы или рибозы) и пуринового (аденин и гуанин) или пиримидинового (цитозин и тимин) основания.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, основа наследственности организмов, представляет собой двойную спираль, образованную из нуклеотидов с углеводной составляющей – дезоксирибозой. РНК – рибонуклеиновая кислота, отличается от ДНК присутствием в составе нуклеотидов углевода рибозы и заменой тимина на урацил.

Как все началось

Группа ученых Колумбийского университета в Нью-Йорке во главе с Э. Чаргаффом в 1950-1952 годах занималась хроматографией ДНК. Что в ее состав входит четыре нуклеотида, уже было известно, но о ее спиральной структуре еще никто не знал. Многократные исследования показали. Что в молекуле ДНК количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых. А точнее, количество тимина всегда равно количеству аденина, а количество гуанина соответствует количеству цитозина. Эта равность азотистых оснований – правило Чаргаффа для дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот.

Значение в биологии

Именно это правило стало той опорой, на которую ориентировались Уотсон и Крик при выведении структуры молекулы ДНК. Их двухцепочечная спирально закрученная модель из шариков, проволоки и фигурок объяснила это равенство. Другими словами, правила Чаргаффа заключаются в том, что тимин соединяется с аденином, а гуанин — с цитозином. Именно это соотношение нуклеотидов идеально укладывалось в пространственную модель ДНК, предложенную Уотсоном и Криком. Открытие структуры молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты подтолкнуло науку к открытиям более широкого уровня: принципов изменчивости и наследственности, биологического синтеза ДНК, объяснения эволюции и ее механизмов на молекулярном уровне.

Правила Чаргаффа в чистом виде

Современная наука формулирует данные фундаментальные положения следующим тремя постулатами:

  • Количество аденина соответствует количеству тимина, а цитозина – гуанину: А = Т и Г = Ц.
  • Количество пуринов всегда равно количеству пиримидинов: А + Г = Т + Ц.
  • Количество нуклеотидов, которые содержат в положении 4 пиримидинового и 6 пуринового оснований, равно количеству нуклеотидов, что содержат в этих же положениях оксогруппы: А + Г = Ц + Т.
  • В 1990-х годах с открытием технологий секвенирования (определение последовательности нуклеотидов в длинных участках) ДНК правила Чаргаффа получили свое подтверждение.

    Головная боль учеников

    В старших классах школы и в университетах изучение молекулярной биологии обязательно предполагает решение задач на правило Чаргаффа. Только называют эти задачи построением второй цепочки ДНК на основании принципа комплементарности (пространственной взаимодополняемости пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов). К примеру, в условии дается последовательность нуклеотидов в одной цепи – ААГЦТАТ. От учащегося или студента требуется восстановить вторую цепочку на основании матричной цепочки ДНК и первого правила Чаргаффа. Ответ будет такой: ГГАТЦГЦ.

    Другой тип задач предлагает рассчитать вес молекулы ДНК, зная последовательность нуклеотидов в одной цепочке и удельный вес нуклеотидов. Первое правило Чаргаффа в биологии считается основополагающим для понимания основ молекулярной биохимии и генетики.

    Для науки не все так однозначно

    Э. Чаргафф продолжал заниматься изучением состава ДНК, и через 16 лет после открытия первого закона он разделил молекулу на две отдельные нити и обнаружил, что количество оснований не равно точно, а лишь приблизительно. Это и есть второе правило Чаргаффа: в отдельной нити дезоксирибонуклеиновой кислоты количество аденина приблизительно равно количеству тимина, а гуанина — цитозину.

    Нарушения равенства оказались прямо пропорциональны длине анализируемого участка. Точность сохраняется на длине в 70-100 тысяч пар нуклеотидов, но на длинах в сотни пар и меньше оснований оно уже не сохраняется. Почему у одних организмов процент гуанина-цитозина выше процента аденина-тимина или наоборот, наука пока не объяснила. Ведь в обычных геномах организмов равное распределение нуклеотидов, скорее, исключение, чем правило.

    ДНК не открывает свои тайны

    С развитием техник секвенирования геномов обнаружилось, что в одиночной цепочке ДНК содержится приблизительно одинаковое количество комплементарных одиночных нуклеотидов, пар нуклеотидов (динуклеотидов), тринуклеотидов и так далее — до олигонуклеотидов (участков в 10-20 нуклеотидов). Этому правилу подчиняются геномы всех известных живых организмов, за совсем не большим исключением.

    Так, двое бразильских ученых – биолог Майкл Ямагиши и математик Роберто Херай – использовали теорию множеств, чтоб проанализировать необходимые для последовательности нуклеотидов, чтобы они приводили к выполнению правила Чаргаффа. Они вывели четыре уравнения множеств и протестировали 32 генома известных видов. И оказалось что фрактально-подобные закономерности верны для большинства видов, включая кишечную палочку, растений и человека. А вот вирус иммунодефицита человека и паразитическая бактерия, вызывающая быстрое увядание оливковых деревьев, совершенно не подчиняются закономерностям правила Чаргаффа. Почему? Ответ пока не найден.

    Биохимики, биологи-эволюционисты, цитологи и генетики и сегодня бьются над загадками ДНК и механизмами наследования. Несмотря на достижения современной науки, человечество далеко от разгадки мироздания. Мы преодолели гравитацию, освоили космическое пространство, научились изменять геномы и определять патологию плода на ранних стадиях развития зародыша. Но мы все так же далеки от понимания всех механизмов природы, которые она создавала миллиарды лет на планете Земля.

    fb.ru

    Задачи по цитологии на ЕГЭ по биологии

    Автор статьи — Д. А. Соловков, кандидат биологических наук

    Типы задач по цитологии

    Задачи по цитологии, которые встречаются в ЕГЭ, можно разбить на семь основных типов. Первый тип связан с определением процентного содержания нуклеотидов в ДНК и чаще всего встречается в части А экзамена. Ко второму относятся расчетные задачи, посвященные определению количества аминокислот в белке, а также количеству нуклеотидов и триплетов в ДНК или РНК. Этот тип задач может встретиться как в части А, так в части С.

    Задачи по цитологии типов 3, 4 и 5 посвящены работе с таблицей генетического кода, а также требуют от абитуриента знаний по процессам транскрипции и трансляции. Такие задачи составляют большинство вопросов С5 в ЕГЭ.

    Задачи типов 6 и 7 появились в ЕГЭ относительно недавно, и они также могут встретиться абитуриенту в части С. Шестой тип основан на знаниях об изменениях генетического набора клетки во время митоза и мейоза, а седьмой тип проверяет у учащегося усвоения материала по диссимиляции в клетке эукариот.

    Ниже предложены решения задач всех типов и приведены примеры для самостоятельной работы. В приложении дана таблица генетического кода, используемая при решении.

    Решение задач первого типа

  • В ДНК существует 4 разновидности нуклеотидов: А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин).
  • В 1953 г Дж.Уотсон и Ф.Крик открыли, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль.
  • Цепи комплементарны друг другу: напротив аденина в одной цепи всегда находится тимин в другой и наоборот (А-Т и Т-А); напротив цитозина — гуанин (Ц-Г и Г-Ц).
  • В ДНК количество аденина и гуанина равно числу цитозина и тимина, а также А=Т и Ц=Г (правило Чаргаффа).
  • Задача: в молекуле ДНК содержится аденина. Определите, сколько (в ) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.

    Решение: количество аденина равно количеству тимина, следовательно, тимина в этой молекуле содержится . На гуанин и цитозин приходится . Т.к. их количества равны, то Ц=Г= .

    Решение задач второго типа

    • Аминокислоты, необходимые для синтеза белка, доставляются в рибосомы с помощью т-РНК. Каждая молекула т-РНК переносит только одну аминокислоту.
    • Информация о первичной структуре молекулы белка зашифрована в молекуле ДНК.
    • Каждая аминокислота зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов. Эта последовательность называется триплетом или кодоном.
    • Задача: в трансляции участвовало молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

      Решение: если в синтезе участвовало т-РНК, то они перенесли аминокислот. Поскольку одна аминокислота кодируется одним триплетом, то в гене будет триплетов или нуклеотидов.

      Решение задач третьего типа

    • Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК по матрице ДНК.
    • Транскрипция осуществляется по правилу комплементарности.
    • В состав РНК вместо тимина входит урацил

    Задача: фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ААГГЦТАЦГТТГ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка.

    Решение: по правилу комплементарности определяем фрагмент и-РНК и разбиваем его на триплеты: УУЦ-ЦГА-УГЦ-ААУ. По таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот: фен-арг-цис-асн.

    Решение задач четвертого типа

  • Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов в т-РНК, комплементарных нуклеотидам кодона и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.
  • Молекула и-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.
  • В состав ДНК вместо урацила входит тимин.
  • Задача: фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГАУГАГУАЦУУЦААА. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК.

    Решение: разбиваем и-РНК на триплеты ГАУ-ГАГ-УАЦ-УУЦ-ААА и определяем последовательность аминокислот, используя таблицу генетического кода: асп-глу-тир-фен-лиз. В данном фрагменте содержится триплетов, поэтому в синтезе будет участвовать т-РНК. Их антикодоны определяем по правилу комплементарности: ЦУА, ЦУЦ, АУГ, ААГ, УУУ. Также по правилу комплементарности определяем фрагмент ДНК (по и-РНК. ): ЦТАЦТЦАТГААГТТТ.

    Ты нашел то, что искал? Поделись с друзьями!

    Решение задач пятого типа

  • Молекула т-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.
  • Не забудьте, что в состав РНК вместо тимина входит урацил.
  • Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.
  • Задача: фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТТАГЦЦГАТЦЦГ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

    Решение: определяем состав молекулы т-РНК: ААУЦГГЦУАГГЦ и находим третий триплет — это ЦУА. Это антикодону комплементарен триплет и-РНК — ГАУ. Он кодирует аминокислоту асп, которую и переносит данная т-РНК.

    Решение задач шестого типа

  • Два основных способа деления клеток — митоз и мейоз.
  • Изменение генетического набора в клетке во время митоза и мейоза.
  • Задача: в клетке животного диплоидный набор хромосом равен . Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.

    Решение: По условию, . Генетический набор:

  • перед митозом , поэтому в этой клетке содержится молекул ДНК;
  • после митоза , поэтому в этой клетке содержится молекулы ДНК;
  • после первого деления мейоза , поэтому в этой клетке содержится молекул ДНК;
  • после второго деления мейоза , поэтому в этой клетке содержится молекул ДНК.
  • Решение задач седьмого типа

  • Что такое обмен веществ, диссимиляция и ассимиляция.
  • Диссимиляция у аэробных и анаэробных организмов, ее особенности.
  • Сколько этапов в диссимиляции, где они проходят, какие химические реакции проходят во время каждого этапа.
  • Задача: в диссимиляцию вступило молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.

    Решение: запишем уравнение гликолиза: = 2ПВК + 4Н + 2АТФ . Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется молекулы ПВК и 2АТФ , следовательно, синтезируется 20 АТФ . После энергетического этапа диссимиляции образуется молекул АТФ (при распаде молекулы глюкозы), следовательно, синтезируется АТФ . Суммарный эффект диссимиляции равен АТФ .

    Примеры задач для самостоятельного решения

    1. В молекуле ДНК содержится аденина. Определите, сколько (в ) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.
    2. В трансляции участвовало молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.
    3. Фрагмент ДНК состоит из нуклеотидов. Определите число триплетов и нуклеотидов в иРНК, а также количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка.
    4. Фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ГГЦТЦТАГЦТТЦ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка (для этого используйте таблицу генетического кода).
    5. Фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГЦУААУГУУЦУУУАЦ. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК (для этого используйте таблицу генетического кода).
    6. Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов АГЦЦГАЦТТГЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
    7. В клетке животного диплоидный набор хромосом равен . Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.
    8. В диссимиляцию вступило молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.
    9. В цикл Кребса вступило молекул ПВК. Определите количество АТФ после энергетического этапа, суммарный эффект диссимиляции и количество молекул глюкозы, вступившей в диссимиляцию.
      1. Т= , Г=Ц= по .
      2. аминокислот, триплетов, нуклеотидов.
      3. триплета, аминокислоты, молекулы т-РНК.
      4. и-РНК: ЦЦГ-АГА-УЦГ-ААГ. Аминокислотная последовательность: про-арг-сер-лиз.
      5. Фрагмент ДНК: ЦГАТТАЦААГАААТГ. Антикодоны т-РНК: ЦГА, УУА, ЦАА, ГАА, АУГ. Аминокислотная последовательность: ала-асн-вал-лей-тир.
      6. т-РНК: УЦГ-ГЦУ-ГАА-ЦГГ. Антикодон ГАА, кодон и-РНК — ЦУУ, переносимая аминокислота — лей.
      7. . Генетический набор:
        1. перед митозом молекул ДНК;
        2. после митоза молекулы ДНК;
        3. после первого деления мейоза молекул ДНК;
        4. после второго деления мейоза молекул ДНК.
        5. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется молекулы ПВК и 2АТФ , следовательно, синтезируется АТФ . После энергетического этапа диссимиляции образуется молекул АТФ (при распаде молекулы глюкозы), следовательно, синтезируется АТФ . Суммарный эффект диссимиляции равен АТФ .
        6. В цикл Кребса вступило молекул ПВК , следовательно, распалось молекулы глюкозы. Количество АТФ после гликолиза — молекул, после энергетического этапа — молекул, суммарный эффект диссимиляции молекул АТФ .

        Итак, в этой статье приведены основные типы задач по цитологии, которые могут встретиться абитуриенту в ЕГЭ по биологии. Надеемся, что варианты задач и их решение будет полезно всем при подготовке к экзамену. Удачи!

        ege-study.ru

        Наследие Чаргаффа, или Необычное свойство обычных геномов (часть 1)

        В любой молекуле ДНК количество A равно количеству T, а количество G равно количеству C. После 1953 года этим никого не удивишь. Но знаете ли вы, что то же самое можно сказать и про отдельные нити ДНК, а не только про двойную спираль? Второе правило Чаргаффа — так обычно именуется этот феномен — является универсальным свойством геномов, причина которого остается неизвестной. Частично это свойство обнаружил Эрвин Чаргафф еще в 1968 году, отсюда и название. Особого интереса эти частичные результаты тогда не вызвали. Но лет 15 назад, уже в эпоху геномики, выяснилось, что его находка применима ко всем геномам и к тому же является следствием более общего правила – симметрии нитей ДНК по олигонуклеотидному составу. Тут и появились вопросы — как и зачем.

        Являясь, пожалуй, самой удивительной особенностью всех геномов – от вирусных до хомосапиенсных, — этот феномен по неведомой мне причине до сих пор остается либо недооцененным, либо вообще незамеченным даже среди эволюционных биологов и генетиков (если о нем и знают, то не в полном объеме — только о равенстве мононуклеотидов). В учебниках оно все еще не упоминается, а статей, посвященных ему, можно насчитать всего с два десятка за последние 15 лет. Неудивительно поэтому, что я случайно открыл это правило сам, а потом узнал, что оно уже открыто 🙂 Более того, оно было переоткрыто не раз: вот первое упоминание универсальности феномена, а вот второе, через 8 лет, без ссылки на первое.
        Теперь по порядку.

        Нобелевку за открытие структуры ДНК получили Крик, Уотсон и Уилкинс. По правилам комитета, премия в одной категории выдается не более чем трем исследователям, и только прижизненно. Поэтому несколько людей, внесших существенный вклад в открытие структуры ДНК, остались за бортом. В том числе Чаргафф. Это явилось одним из темных пунктов в истории нобелирования. Не знаю, насколько это обескуражило Чаргаффа, но первых “двух клоунов”, по его же выражению, он недолюбливал всегда. А как еще может относиться “последний из вымершей породы естествоиспытателей” к двум фантазерам, строившим модель ДНК из шариков, проволоки и фигурок, вырезанных из картона? К тому же один из них был несостоявшимся физиком, а второй – почти птицеловом 🙂

        Занимательный отрывок из очерка Чаргаффа “Building the Tower of Babble” (1977):

        «Две недели спустя,— пишет Уотсон в своей книге “Двойная спираль”,— мы с Чаргаффом скользнули взглядом друг по другу в Париже, на Международном биохимическом конгрессе. Мы встретились во дворе Сорбонны, и только едва заметная сардоническая усмешка показала, что Чаргафф меня узнал».

        Поскольку у меня в памяти удерживаются, к сожалению, лишь всякие пустяки, я действительно припоминаю встречу на биохимическом конгрессе 1952 года и неуклюжего молодого человека. Правда, мое настроение в тот момент вряд ли можно было назвать сардоническим: просто я разыскивал уборную, но какую бы дверь ни открывал, обязательно оказывался в какой-нибудь аудитории, всякий раз украшенной одним и тем же большим портретом кардинала Ришелье.

        Когда в «Двойной спирали» заходит речь обо мне, то автор обычно употребляет эпитеты «саркастический» или «сардонический». На самом же деле после первой встречи в Кембридже с этой парой энтузиастов ко мне больше подошло бы определение «озадаченный»: я действительно был озадачен при виде двух человек, которые пытаются уложить нуклеотиды в спираль и рассуждают о ее шаге (двойной эта спираль стала, кажется, только после того, как я рассказал им о наших результатах), не потрудившись узнать строение соединений, из которых эта спираль должна состоять. Ужас, в который привела меня такая безграничная отвага, поймет лишь тот, кто припомнит, что в то время молекулярной биологии еще не существовало. Это сейчас в науке принято считать, что выходить за пределы своей специальности и своей компетенции полезно, и многим удается проглотить больше, чем они откусили. А тогдашнее мое отношение к этой затее правильнее было бы назвать «лаконическим», потому что, уезжая из Кембриджа, я записал для памяти: «Два бродячих торговца в поисках спирали».

        Спустя 16 лет после обнаружения первого правила, Чаргаффу удалось разделить две нити ДНК у бактерии Bacillus subtilis и проанализировать нуклеотидный состав на этот раз уже не целой молекулы ДНК, а ее отдельных нитей.

        Суть второго правила Чаргаффа так же проста, как и первого. Собственно, второе правило и есть первое правило, только в применении к единичной нити ДНК. То есть оно гласит, что в отдельной нити ДНК количество A ≈ количеству T, количество G ≈ количеству C.

        На самом деле, из работы Чаргаффа следовало только то, что внутри одной нити ДНК сумма A + C равна сумме T + G. Кроме того, у него речь идет о ДНК конкретной бактерии. Первые публикации, обращающие внимание на универсальность феномена в вышеуказанном определении, появились лишь в 90-х годах, когда анализ проводился уже прямым подсчетом оснований в секвенированных последовательностях, а не хроматографически.
        В отличие от первого правила, в котором числа комплеменатрных оснований в двойной спирали ДНК равны точно, равенства во втором правиле приближенные. Насколько эти равенства нарушены – зависит от длины анализируемого участка. Для целой хромосомы высших эукариот ошибка в равенствах A ≈ T, G ≈ C составляет сотые доли процента, иногда еще меньше. Что касается меньших участков генома, то точность равенств держится на длинах до 70-100 тысяч пар оснований – независимо, кодирующие там области или нет, — а дальше начинает спадать. На длинах от десятков тысяч до одной тысячи правило еще держится, хотя уже с большей ошибкой, а на длинах в сотни пар оснований и меньше оно уже практически не наблюдается.
        Как выяснилось, правило это универсальное. Ему подчинены геномы практически всех организмов – вирусов, бактерий, архей, эукариот. Исключениями из него явились лишь геномы некоторых органелл (особенно митохондрии позвоночных), геномы вирусов с однонитевой ДНК и геномы всех РНК-вирусов. Но я коснусь этого дела подробнее позже.
        Почему правило не тривиальное? Ведь если сгенерировать длинную случайную последовательность из четырех оснований, то в ней в силу статистики будет всегда примерно A ≈ T, G ≈ C. Да, но в ней также всегда будет A ≈ C, G ≈ T и A ≈ G, T ≈ C. То есть в чисто случайной последовательности количества всех четырех нуклеотидов будут примерно равны. Но в реальных геномах не так. Там обычно либо так:

        Геномы с почти равным распределением оснований редки. Забавно, что именно такой нетипичный геном имеет самый распространенный модельный организм – кишечная палочка:

        Почему у одних организмов %CG выше %AT, а у других наоборот – отдельная тема. Скажу только, что здесь тоже не все ясно.
        Больше всего во втором правиле удивляет то, что ему нет дела до генов. Оно выполняется в любой части генома — и там, где кодирующих последовательностей нет совсем, и там, где их много. Приведу аналогию. Вам нужно написать осмысленный текст — сочинение страниц на 10, — но так, чтобы во всем тексте количество букв “а” равнялось количеству букв “б”, количество “в” равнялось количеству “г” и т.п.

        Но и это покажется пустяком, если учесть, что второе правило Чаргаффа – частный случай более общего правила – симметрии нитей ДНК по олигонуклеотидному составу.

        galicarnax.livejournal.com

        Нуклеиновые кислоты

        Нуклеиновые кислоты — природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной(генетической) информации в живых организмах.

        В природе существуют нуклеиновые кислоты двух типов, различающиеся по составу, строению и функциям. Одна из них содержит угле водный компонент дезоксирибозу и названа дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) .
        Другая содержит рибозу и названа рибонуклеиновой кислотой (РНК) .

        ДНК — представляет собой двухцепочечный биологический полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, содержащие одно из азотистых оснований, дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты. Полинуклеотидные цепи молекулы ДНК антипараллельны и соединены друг с другом водородными связями по принципу комплиментарности. Двойная спираль, открытая в 1953г. Уотсоном и Криком, содержит шаг размером 3,4 нм, включающем 10 пар комплементарно связанных оснований.

        ДНК состоит из Нуклеотидов: пуриновых оснований аденина(А) и гуанина (Г) и пиримидиновых оснований цитозина(Ц) и тимина(Т). РНК состоит изтех же оснований с различием лишь в то, что у РНК вместо тимина присутствует урацил(У). (Тимин отличается от урацила наличием метильной группы (-СН3), которой нет в урациле)

        нуклеотид — вещество, состоящее из азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты.

        Пуриновые основания

        Пиримидиновые основания

        Э. Чаргафф обнаружил, что количество пуринового основания аденина (А) равно количеству пиримидинового основания тимина (Т), т. е. А = Т. Сходным образом количество второго пурина — гуанина (Г) всегда равно количеству второго пиримидина—цитозина (Ц),т. е. Г = Ц. Таким образом, число пуриновых оснований в ДНК всегда равно числу пиримидиновых, количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — количеству цитозина. Такая закономерность получила название правил Чаргаффа.

        Картина полностью прояснилась в 1953 г., когда американский биохимик Дж. Уотсон и английский физик Ф. К р и к, исследуя структуру молекулы ДНК, пришли к выводу, что сахарофосфатный остов находится на периферии молекулы ДНК, а пуриновые и пиримидиновые основания — в середине. Причем последние ориентированы таким образом, что между основаниями из противоположных цепей могут образоваться водородные связи. Из построенной ими модели выявилось, что какой-либо пурин в одной цепи всегда связан водородными связями с одним из
        пиримидинов в другой цепи. Такие пары имеют одинаковый размер по всей длине молекулы. Не менее важно то, что аденин может спариваться лишь с тимином, а гуанин только с цитозином. При этом между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином три. Противоположные последовательности и соответствующие полинуклеотидные партнеры называются комплементарными . Хотя водородные связи, стабилизирующие пары оснований, относительно слабы, каждая молекула ДНК содержит так много пар, что в физиологических условиях (температура, рН) комплементарные цепи никогда самостоятельно не разделяются.

        Посмотреть объёмную модель молекулы ДНК

        Функция у ДНК одна — хранение генетической информации

        РНК — также полимер, мономерами которой являются нуклеотиды. РНК представляет собой однонитевую молекулу. Она построена таким же образом, как и одна из цепей ДНК. Нуклеотиды РНК очень близки, хотя и не тождественны, нуклеотидам ДНК. Их тоже четыре и они состоят из азостистого основания, пентозы и фосфорной кислоты. Три азотистых основания совершенно такие же, как в ДНК: — Аденин, Гуанин и Цитозин. Однако вместо Тимина у ДНК, в РНК присутствует близкий к нему по строению пиримидин — урацил. Различие между ДНК
        и РНК существует также в характере углевода: в нуклеотидах ДНК углевод — дезоксирибоза, у РНК — рибоза

        В отличие от ДНК, содержание которой в клетках конкретных организмов относительно постоянно, содержание РНК сильно в них колеблется. Оно заметно повышено в клетках, в которых происходит синтез белка.

        Функции РНК

        По выполнению функций выделя-ют несколько видов РНК.

        Транспортная РНК(т-РНК) . Молекулы т-РНК самые короткие: они состоят всего из 80—100 нуклео-тидов. Молекулярная масса таких частиц равна 25—30 тыс. Транспортная РНК в основном содержится в цитоплазме клетки. Функция состоит в переносе аминокислот в рибосомы, к месту синтеза белка. Из общего содержания РНК клетки на долю т-РНК приходится около 10%.

        Рибосомная РНК (р-РНК) . Это самые крупные РНК в их молекулы входит 3—5 тыс. нуклеотидов, соответственно их молекулярная масса достигает 1,0—1, 5 млн. Рибосомная РНК составляет существенную часть структуры рибосомы. Из общего содержания РНК в клетке на долю р-РНК приходится около 90%.

        Информационная РНК (и-РНК), или матричная (м-РНК). Содержится в ядре и цитоплазме. Функция ее состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. На долю и-РНК приходится примерно 0,5—1% от общего содержания РНК клетки.

        Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.

        АТФ — аденозинтрифосфорная кислота. Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) входит в состав всех РНК; при присоединении еще двух молекул фосфорной кислоты (НзРО4) она превращается в АТФ и становится источником энергии, которая запасается в двух последних остатках фосфатов:
        Как во всякий нуклеотид, в АТФ входит остаток азотистого основания (аденин), пентоза (рибоза) и остатки фосфорной кислоты (у АТФ их три). Из состава АТФ под действием фермента АТФ-азы отщепляются остатки фосфорной кислоты.При отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Реакции отщепления каждой молекулы фосфорной кислоты сопровождаются освобождением 419 кДж/моль. Для того чтобы подчеркнуть высокую энергетическую «стоимость» фосфорнокислородной связи в АТФ, ее принято обозначать знаком

        и называть макроэргической связью . В АТФ имеются две макроэргические связи.

        Значение АТФ в жизни клетки велико, она играет центральную роль в клеточных превращениях энергии. В реакциях с участием АТФ она, как правило, теряет одну молекулу фосфорной кислоты и переходит в АДФ. А далее АДФ может присоединить остаток фосфорной кислоты с поглощением 419 кДж/моль, восстановив запас энергии. Основной синтез АТФ происходит в митохондриях.

        bannikov.narod.ru

    Популярное:

    • В чем заключается связь права и закона Соотношение права и закона «Узкий» и «Широкий» подходы к праву Как уже отмечалось, во второй половине 1950-х годов рядом российских правоведов была выдвинута идея «широкого» понимания права. Предлагалось наряду с нормами включать в […]
    • Юрист вики Валерий Лебедев. Нооскоп Антона Вайно, видящий Невидимое в час Быка В августе вышло два приказа за подписью президента. Первый: О Сергее Иванове известно много, но почему так внезапно сняли, бросив на низовку представлять интересы […]
    • Нормы международного права как источники административного права Международные акты, содержащие общепризнанные принципы и нормы международного права, как источники административного права (Ордина О.Н.) Дата размещения статьи: 09.07.2015 Происходящие процессы интеграции Российского государства в […]
    • Ст 30 ч 3 наказание Конвенция о защите прав человека и основных свобод ETS N 005 (Рим, 4 ноября 1950 г.) (с изменениями и дополнениями) Информация об изменениях: Протоколом N 14 от 13 мая 2004 г. в настоящую Конвенцию внесены изменения Конвенцияо защите прав […]
    • Назначение наказания ниже низшего Российское уголовное право Красивые девушки столицы к вашим услугам Общие начала назначения наказания Положение о том, что каждый признается невиновным до тех пор, пока его вина в совершении преступления не будет доказана в соответствии с […]
    • Проверить штрафы гибдд по самаре Супрема самара 04.08.2014 | автор: Bret-Pit | Штрафы гибдд мопеды | Просмотров: 242 Быстрая загрузка: Супрема самара Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться […]
    • От какого налога освобождены пенсионеры Транспортный налог для пенсионеров: требуется ли оплачивать или действуют льготы? Транспортный налог — налог, уплачиваемый владельцами транспортных средств. Он регулируется Частью II НК РФ, главой 28 раздела IX (Региональные налоги и […]
    • Пособия школы ломоносова Ломоносовская школа: как подготовиться Ломоносовская частная школа – это стабильное, безопасное, динамично развивающееся негосударственное общеобразовательное учреждение. Прочно занимает лидирующие позиции на рынке образовательных услуг. […]