Структура и функции ДНК и РНК — все, что необходимо знать.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) являются основными молекулами, отвечающими за передачу и хранение генетической информации во всех живых организмах. Благодаря своей структуре и функциям ДНК и РНК играют ключевую роль в жизнедеятельности всех клеток.

ДНК состоит из двух нитей, которые связаны между собой в виде двойной спирали, известной как двугелевая структура ДНК. Одна нить ДНК называется матричной, а вторая — комплементарной. Каждая нить состоит из молекул нуклеотидов, которые включают азотистую основу (аденин, гуанин, цитозин или тимин), дезоксирибозу (пентозный сахар) и фосфатную группу.

РНК имеет односпиральную структуру и состоит из одной нити, также состоящей из молекул нуклеотидов. В отличие от ДНК, в составе РНК азотистая основа урацил замещает тимин, а сахаром является рибоза. РНК выполняет различные функции в клетке, включая передачу генетической информации из ДНК для синтеза белка.

Видео:ДНК и РНК • нуклеиновые кислоты • строение и функцииСкачать

Основы генетики: ДНК и РНК

ДНК — это химическое вещество, содержащее информацию, необходимую для развития, функционирования и наследования всех организмов. Она представляет собой двойную спираль, состоящую из нуклеотидов, каждый из которых состоит из сахара (деоксирибозы), фосфата и азотистой основы (аденин, цитозин, гуанин и тимин).

ДНК выполняет несколько ключевых функций, таких как замена и восстановление поврежденной ДНК, передача генетической информации от родителей к потомству и регуляция процессов внутри клетки.

РНК — подобно ДНК, является нуклеиновой кислотой, но отличается по своей структуре и функциям. РНК чаще всего состоит из одной цепи, состоящей из нуклеотидов, каждый из которых содержит сахар (рибозу) и азотистую основу (аденин, цитозин, гуанин и урацил).

РНК выполняет ряд важных функций, таких как передача генетической информации из ДНК в процессе синтеза белка, регуляция генов и участие в репликации ДНК.

Изучение ДНК и РНК является фундаментальным камнем для генетики и позволяет понять основы наследования, эволюции и развития организмов.

Видео:Нуклеиновые кислоты: строение и функции | ДНК и РНК | ЕГЭ по биологии 2021Скачать

Структура ДНК

Каждая спираль ДНК состоит из нуклеотидных пар, которые состоят из четырех основных нуклеотидов: аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C). Нуклеотиды соединяются между собой химическими связями, образуя лестничную структуру ДНК. Две нити ДНК связаны между собой гидрогенными связями между парами нуклеотидов: аденин всегда связывается с тимином, а гуанин — с цитозином.

Структура ДНК обладает большой важностью для передачи генетической информации. Она позволяет копировать и передавать генетическую информацию от одного поколения к другому. Благодаря двойной спирали, ДНК обеспечивает стабильность генетического материала и защищает его от повреждений.

Двойная спираль

Структура ДНК состоит из двух комплементарных цепей, каждая из которых состоит из азотистых оснований, фосфата и дезоксирибозы. Четыре основания — аденин, гуанин, цитозин и тимин — образуют код генетической информации. Одна нить ДНК является антисмыкательной и вторая — комплементарной к ней, что позволяет ДНК функционировать как шаблон для синтеза РНК.

Структура двойной спирали ДНК подразумевает, что две нити образуют спиральную структуру вокруг общей оси. Это позволяет ДНК компактно упаковывать в клетках и сохранять генетическую информацию. Кроме того, структура ДНК обладает уникальной стабильностью и помогает в сохранении и передаче наследственной информации от одного поколения к другому.

Двойная спираль ДНК состоит из грубых спиралей — гротескных шагов — и более плавных, называемых спаиронами. Гротескные шаги образованы двумя базовыми парами, связаны между собой водородными связями, и сильно скручены.

Двойная спираль ДНК уже с самого начала была одним из величайших открытий в науке, и она играет ключевую роль в различных биологических процессах. Спиральная структура ДНК дает ей уникальные свойства и позволяет клеткам хранить и передавать генетическую информацию.

Нуклеотиды и основы

Аденин (A) и гуанин (G) являются пуриновыми основами, а цитозин (C), тимин (T) и урацил (U) — пиримидиновыми основами. Пуриновые основы состоят из двух колец атомов, а пиримидиновые основы — из одного кольца. Такая структурная разница обуславливает специфическую пару баз в ДНК и РНК: аденин (A) паруется с тимином (T) в ДНК и с урацилом (U) в РНК, а гуанин (G) — с цитозином (C).

Нуклеотиды соседствуют друг с другом, образуя последовательность, которая кодирует генетическую информацию. В ДНК пары нуклеотидов связаны гидрогенными связями между азотистыми основами: аденином (A) связан тимин (T) двумя связями, а гуанин (G) — цитозин (C) тремя связями. Такая комплементарность азотистых основ обеспечивает стабильность двухспиральной структуры ДНК.

Кроме того, нуклеотиды играют важную роль в химических реакциях, связанных с передачей генетической информации. Они участвуют в процессах синтеза РНК и ДНК, а также в регуляции генной экспрессии.

Связывание азотистых оснований

Связывание азотистых оснований происходит благодаря образованию водородных связей между ними. Аденин всегда связывается с тимином (в ДНК) или урацилом (в РНК) с помощью двух водородных связей. Гуанин связывается с цитозином с помощью трех водородных связей.

Эта специфичность в связывании оснований позволяет ДНК и РНК быть комплементарными друг другу. То есть, если в одной цепи ДНК присутствует аденин, то в сопряженной цепи будет тимин (или урацил в РНК). Такое строгое сопряжение обеспечивает точное копирование генетической информации при синтезе новых молекул ДНК и РНК.

Связывание азотистых оснований также играет важную роль в формировании структуры ДНК и РНК. Взаимодействие между азотистыми основаниями приводит к образованию двухспиральной структуры ДНК и односпиральной структуры РНК.

Таким образом, связывание азотистых оснований является основополагающим процессом в функционировании ДНК и РНК. Оно обеспечивает стабильность генетической информации и позволяет клеткам эффективно передавать и использовать эту информацию для выполнения всех жизненных процессов.

Видео:ДНК и РНКСкачать

Структура РНК

Основной структурной единицей РНК является нуклеотид. Каждый нуклеотид состоит из трех основных компонентов: фосфата, сахара (рибозы) и одного из четырех азотистых оснований (аденина, урацила, гуанина или цитозина). Различия в азотистых основаниях определяют последовательность нуклеотидов, и, следовательно, последовательность аминокислот в полипептидных цепях, которые РНК помогает синтезировать.

РНК образует различные структуры в зависимости от ее функции. Одноцепочечная РНК (мРНК) используется как матрица для синтеза белков и имеет лентоподобную структуру. Рибосомная РНК (рРНК) является основной составляющей рибосомы и помогает в процессе синтеза белков. Транспортная РНК (тРНК) играет роль в транспортировке аминокислот к рибосомам для их включения в полипептидную цепь. РНК малых ядерных Рибонуклеопротеинов (малых ядерных РНП) участвуют в сплайсинге РНК и др.

Структура РНК обусловлена не только ее последовательностью нуклеотидов, но и способом, которым они взаимодействуют друг с другом в трехмерном пространстве. Волновая структура РНК может иметь самопарные области, где комплементарные нуклеотиды образуют пары, и непарные области, которые образуют петли или другие конформационные изменения.

• Волновая структура РНК позволяет ей выполнять разнообразные функции в клетке, включая связывание с белками и другими молекулами, каталитическую активность и изменение формы в ответ на различные сигналы.
• Способность РНК образовывать спаривающиеся области также позволяет ей выполнять роль генетического регулятора — молекулы РНК могут связываться с комплементарными последовательностями ДНК или РНК, блокируя или индуцируя синтез определенных белков.
• Структура РНК также может быть изменена под воздействием химических модификаций, таких как метилирование и модификация углекислыми группами. Эти модификации могут влиять на взаимодействия РНК с другими молекулами и регулировать ее функции в клетке.

В целом, структура РНК является ключевым фактором, определяющим ее специфичность и функциональность. Изучение структуры РНК позволяет лучше понять ее роль в клеточных процессах и может иметь важные практические приложения в биотехнологии и медицине.

Одноцепочечная молекула

Одноцепочечные молекулы, также известные как монокатенарная молекула, состоят из одной цепи нуклеотидов, в отличие от двухцепочечных молекул, которые имеют две комплементарные цепи, связанные восходящими и нисходящими связями.

Одноцепочечные молекулы выполняют различные функции в клетке, в зависимости от их типа. Одноцепочечные ДНК, такие как плазмиды, могут быть переданы между бактериями и использованы для передачи генетической информации. Однако, большинство ДНК в клетке обычно представлено двухцепочечными молекулами, которые обеспечивают более стабильное хранение генетической информации.

Одноцепочечные РНК молекулы играют ключевую роль в синтезе белка, трансляции генетической информации и регуляции генов. Мессенджерные РНК (мРНК) переносят генетическую информацию из ДНК в рибосомы, где происходит синтез белка. Рибосомная РНК (рРНК) является структурной и функциональной составляющей рибосом, а транспортная РНК (тРНК) участвует в переносе аминокислот в рибосомы для синтеза белка.

Кроме того, одноцепочечные РНК молекулы, такие как малая РНК (сРНК), играют важную роль в регуляции генов и взаимодействии с другими РНК и ДНК молекулами в клетке. Они могут быть вовлечены в процессы, такие как срезание РНК, транскрипция и эпигенетические механизмы.

Таким образом, одноцепочечные молекулы, будь то ДНК или РНК, играют важную роль в генетической информации и клеточных процессах живых организмов, предоставляя основу для передачи и регуляции генетической информации.

Различия с ДНК

РНК (рибонуклеиновая кислота) представляет собой одноцепочечную молекулу, в отличие от двуцепочечной структуры ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Одиночная цепь РНК образуется путем транскрипции ДНК, процесса, в результате которого информация, закодированная в ДНК, переносится на РНК.

Еще одним важным различием между РНК и ДНК является различие в нуклеотидных составах. РНК содержит рибозу в качестве своего сахаридного компонента, тогда как ДНК содержит дезоксирибозу. Кроме того, в РНК у аденина (A) присутствуют урацил (U), цитозин (C), гуанин (G), так же как и в ДНК, но вместо тимина (T), присутствующего в ДНК, есть урацил.

Функции РНК также отличаются от функций ДНК. РНК играет ключевую роль в процессе трансляции, во время которого код, хранящийся в РНК, считывается рибосомой и транслируется в белок. Также РНК может выполнять функцию переносчика, передвигая аминокислоты к рибосоме во время синтеза белка. ДНК, в свою очередь, кодирует генетическую информацию и передает ее от одного поколения к другому.

Однако несмотря на все отличия, РНК и ДНК являются связанными и взаимодействующими молекулами, обеспечивающими выполнение различных биологических функций в организмах.

Виды РНК

Существует несколько различных видов РНК, каждый из которых выполняет свою уникальную функцию:

1. Мессенджерная РНК (mRNA) — это РНК, которая переносит генетическую информацию из ядра клетки к рибосомам, где происходит синтез белка. mRNA содержит код для синтеза определенного белка и является ключевым звеном между ДНК и белками.
2. Рибосомная РНК (rRNA) — это РНК, которая составляет основную часть рибосомы, места синтеза белков в клетке. rRNA помогает связать мРНК и трансферную РНК (tRNA), и играет важную роль в процессе трансляции генетической информации в белки.
3. Трансферная РНК (tRNA) — это РНК, которая доставляет аминокислоты к рибосомам для сборки белков. tRNA имеет уникальную структуру тождественности, называемую антикодоном, и связывается как с мРНК, так и с аминокислотами, чтобы обеспечить точное позиционирование аминокислоты в формирующемся белке.
4. Сигнальная РНК (sRNA) — это класс небольших РНК, которые регулируют экспрессию генов. Они могут участвовать в различных процессах, таких как транскрипция, трансляция и посттранскрипционная регуляция генов.
5. Ядерная РНК (nRNA) — это РНК, которая присутствует в ядре клетки и играет роль в процессе сплайсинга. nRNA несет информацию о структуре генов и способствует формированию функциональных молекул РНК.

Каждый из этих видов РНК играет важную роль в клеточных процессах и обеспечивает правильное функционирование организмов.

Видео:ДНК и РНК, особенности и различия | БИОЛОГИЯ | PARTA ОГЭ 2023Скачать

Роль ДНК

Главной ролью ДНК является передача наследственной информации от родителей к потомству. Все гены, которые содержат инструкции для развития и функционирования организма, закодированы в молекуле ДНК. Процесс передачи генетической информации осуществляется через процесс репликации ДНК, при котором образуется точная копия ДНК для каждой новой клетки.

Кроме того, ДНК участвует в процессе транскрипции, когда информация из ДНК передается в молекулы РНК. Этот процесс является первым шагом в синтезе белка, так как РНК служит матрицей для синтеза аминокислот и последующей сборки белковой цепи.

ДНК также играет важную роль в поддержании структуры и интегритета клеток. Специфичные последовательности ДНК, называемые теломерами, на концах хромосом, предотвращают потерю генетической информации при делении клеток. ДНК также может быть модифицирована химическими группами, которые регулируют экспрессию генов и влияют на функции клеток.

Таким образом, ДНК играет необходимую роль в основных процессах жизни и является ключевым компонентом наследственности и развития организмов.

Хранение генетической информации

Генетическая информация, необходимая для построения и функционирования организма, хранится в молекуле ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоте) и РНК (рибонуклеиновой кислоте). Эти молекулы представляют собой полимеры, состоящие из нуклеотидов.

Генетическая информация в ДНК хранится в виде последовательности четырех оснований: аденина (A), тимина (T), гуанина (G) и цитозина (C). При этом, в РНК вместо тимина присутствует урацил (U). Эти основания связываются друг с другом специфическими водородными связями, образуя две полимерные цепи спиральной структуры.

Структура ДНК позволяет ей эффективно хранить генетическую информацию. При делении клетки, ДНК разделяется на две молекулы-дочери, каждая из которых содержит одну старую и одну новую полимерную цепь. Это процесс репликации, который обеспечивает передачу генетической информации от одного поколения клеток к другому.

РНК выполняет различные функции в клетке, включая транскрипцию и трансляцию генетической информации. В процессе транскрипции, РНК полимераза считывает последовательность ДНК и создает РНК-матрицу, которая затем используется для синтеза РНК-молекулы. РНК может быть одноцепочечной или двухцепочечной, и в зависимости от своей структуры, выполнять различные функции в клетке.

Таким образом, ДНК и РНК играют важную роль в хранении, передаче и использовании генетической информации в клетках. Изучение и понимание этих молекул позволяет лучше понять основные механизмы жизни и развития организмов.

Репликация

Первый шаг репликации – распаковка двух витков ДНК двойной спирали, образуя репликационную вилку. Затем ферменты, называемые ДНК-полимеразами, присоединяются к каждому витку ДНК и начинают синтезировать новые цепи ДНК, соответствующие исходным виткам.

ДНК-полимеразы движутся вдоль линии матрицы ДНК, считывая последовательность нуклеотидов и добавляя соответствующие нуклеотиды к новому витку ДНК. Этот процесс называется полимеризацией.

Репликация ДНК является полу-консервативной, что означает, что каждая новая двойная спираль ДНК содержит одну исходную (старую) цепь и одну новую цепь.

В конце репликации образуются две идентичные двойные спирали ДНК. Репликация является важным механизмом для передачи генетической информации от одного поколения к другому.

Транскрипция

Основной фазой транскрипции является синтез РНК на матрице ДНК. Для этого ДНК раздвигается и образует две отдаляющиеся цепи. На этой стадии РНК-полимераза, фермент, отвечающий за синтез РНК, связывается с ДНК и начинает перемещаться по двух цепочкам ДНК, считывая последовательность нуклеотидов и синтезируя соответствующую РНК-цепь.

Транскрибированная РНК имеет ряд ключевых отличий от ДНК. Во-первых, РНК содержит нуклеотид урацил (U) вместо тимина (T), который присутствует в ДНК. Во-вторых, РНК-цепь является одноцепочечной, в отличие от двухцепочечной структуры ДНК.

РНК, синтезированная в результате транскрипции, может выполнять различные функции в клетке. Некоторые виды РНК, такие как мРНК (мессенджерная РНК), содержат информацию для синтеза белка — основного функционального продукта генов. Другие виды РНК, например рРНК (рибосомная РНК) и тРНК (транспортная РНК), играют важную роль в процессе синтеза белка и сборке рибосом.

Видео:РНК: строение, виды, функции, отличия от ДНК | биологияСкачать

Роль РНК

Мессенджерная РНК (mRNA) является переносчиком информации из ДНК исключительно во время биосинтеза белка. Она переносит генетическую информацию из ядра клетки в цитоплазму, где происходит синтез белков на рибосомах. Таким образом, mRNA играет решающую роль в процессе трансляции и определяет последовательность аминокислот, необходимую для синтеза конкретного белка.

Транспортная РНК (tRNA) является ключевым элементом механизма синтеза белка. Она переносит аминокислоты к рибосомам, где эти аминокислоты объединяются в соответствии с последовательностью, определенной mRNA. Транспортная РНК обладает способностью распознавать кодон на mRNA и привязывать соответствующую аминокислоту.

Рибосомная РНК (rRNA) является основным структурным и функциональным компонентом рибосомы — органеллы, где происходит синтез белка. rRNA образует связующую основу рибосомы и обеспечивает катализ реакции синтеза белка.

Кроме того, существуют и другие типы РНК, такие как регуляторная РНК (miRNA), смалые ядерные РНК (snRNA), смалые ядерные РНК скрытого останавливающегося кодона (snoRNA) и другие, которые участвуют в регуляции экспрессии генов, поддержании уровня транскрипции, спlicing-реакциях и других процессах клеточного обмена.

Таким образом, РНК играет важную роль в жизнедеятельности клетки, отвечая за передачу генетической информации, синтез белка и регуляцию экспрессии генов.

Трансляция

Первый этап — инициация — начинается с связывания рибосомы с молекулой мРНК. Рибосома распознает специальный стартовый кодон AUG, который определяет начало синтеза белка. Затем, на место стартового кодона приходит транспортная молекула, содержащая аминокислоту метионин. Рибосома присоединяет аминокислоту к молекуле мРНК, и начинается синтез белка.

Далее следует этап элонгации, на котором рибосома добавляет новые аминокислоты к синтезирующемуся белку. Рибосома двигается по молекуле мРНК, считывая последовательность кодонов и добавляя соответствующие аминокислоты. Этот процесс продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет стоп-кодона, указывающего остановку синтеза белка.

В конце происходит этап терминации, на котором рибосома отделяется от молекулы мРНК и окончательно формируется синтезированный белок. Рибосома переходит в растущую клетку и может приступить к следующему циклу синтеза белков.

Трансляция играет ключевую роль в жизненных процессах клетки, так как белки являются основными функциональными молекулами, необходимыми для выполнения многих биологических задач.

Рибосомы и транспортная РНК

В процессе синтеза белка, транспортная РНК (тРНК) является ключевым игроком. Она отвечает за доставку аминокислот к рибосомам, где происходит синтез белков. Транспортная РНК имеет трехмерную структуру, которая позволяет ей связываться с определенной аминокислотой и молекулой мессенджерной РНК (мРНК).

Транспортная РНК обладает специальными участками, называемыми антикодами, которые комплементарны триплетам нуклеотидов на мРНК. Антикод тРНК и соответствующий кодон мРНК образуют основу для правильной синтеза белка.

Транспортная РНК активно взаимодействует с рибосомами, которые позволяют чередовать процесс прочтения информации на мРНК и добавления аминокислот в белковую цепь. Таким образом, рибосомы и транспортная РНК тесно сотрудничают, чтобы обеспечить точность и эффективность синтеза белка в клетке.

Изучение рибосом и транспортной РНК помогает нам лучше понять механизмы синтеза белка и функционирование клетки в целом.

Регуляция генов

Одним из основных механизмов регуляции генов является эпигенетическая модификация. Она включает изменение структуры ДНК или хроматина без изменения последовательности нуклеотидов. Эпигенетические модификации могут быть наследуемыми и играть важную роль в развитии и функционировании клеток, а также в возникновении различных заболеваний.

Вторым механизмом регуляции генов является транскрипционный фактор. Он является белком, который связывается с определенной последовательностью ДНК и контролирует процесс транскрипции гена. Транскрипционные факторы могут активировать или подавлять транскрипцию генов, влияя на работу РНК-полимеразы и других белков, участвующих в процессе.

Другие механизмы регуляции генов включают РНК-интерференцию, метилирование ДНК, модификацию хромосом и другие. Все эти процессы работают вместе, образуя сложную и точную систему регуляции генов, которая определяет различия в клетках и организмах, а также играет важную роль в их развитии, росте и функционировании.

Понимание механизмов регуляции генов имеет большое значение для медицины и биологии. Изучение этих процессов позволяет нам понять, как происходит развитие и функционирование клеток и организмов, а также найти пути лечения различных заболеваний, связанных с нарушением регуляции генов, таких как рак или генетические нарушения.

📸 Видео

Структура и функции ДНК — курс Максима Франк-Каменецкого на ПостНаукеСкачать

Структура ДНКСкачать

Биосинтез белка за 3 минуты (даже меньше)Скачать

ДНК.Строение и функции. Как все понять и запомнить? Нуклеотиды. Хромосомы, гены, хроматин. ЕГЭ|ОГЭСкачать

Нуклеиновые кислоты | Биология 10 класс #9 | ИнфоурокСкачать

Нуклеиновые кислоты и их роль в жизнедеятельности клетки. Строение и функции ДНК. ВидеоурокСкачать

ДНК - Что это такое?Скачать

ДНК и РНК | Нуклеиновые кислоты: строение, функции и задачи ЕГЭСкачать

Строение клетки за 8 минут (даже меньше)Скачать

Строение ДНК, что такое штрих концы | биологияСкачать

ДНК. Понятие и структура ДНК. Нуклеотиды | Самое простое объяснение | Биология и БиохимияСкачать

Белки, ДНК, РНК | Биология ЕГЭ 10 класс | УмскулСкачать

Строение и функции ДНК. Медбио.Скачать

Строение и функции РНК. Видеоурок по биологии 10 классСкачать

«ДНК, РНК, белки, генетический код и рибосома». Спикер: Андреев Дмитрий ЕвгеньевичСкачать