Матеріальною основою відтворення (спадковості) організмів є нуклеїнові кислоти, які зберігають генетичну інформацію і реалізують її шляхом синтезу білкових молекул.
Відкрив нуклеїнові кислоти в 1869 р Ф. Мішер. Він виділив їх з лейкоцитів гною, а потім з сперматозоїдів конкретно з їх ядер це і послужило їх назвою (nuc1eus-ядро) -нуклеіновая кислота. Але зустрічатися вони можуть і в цитоплазмі, в мітохондріях, пластидах.
Існує 2 типи нуклеїнових кислот: ДНК і РНК.
Нуклеїнові кислоти - полімери, з молекулярною масою від декількох тисяч до мільярдів і складається з багатьох тисяч мономерів → мононуклеотидів.
Кожен нуклеотид складається з 3 компонентів: азотистих основ, вуглевод, залишок фосфорної кислоти.
А) Азотисті основи бувають:
пуринові: Аденін (А) гуанін (Г)
піримідинові: Урацил (У) Тимин (Т) Цитозин (Ц)
Б) Вуглевод - пентоза (складається з 5 атомів вуглецю): Рибоза С5 Н10 ПРО5,
З'єднання азотистого підстави з пентози називається нуклеозидом (зв'язок між азотом в 9-му положенні пуринових або 3-му положенні піримідинових основ і вуглеводом в 1-му положенні пентози).
В) Залишок фосфорної кислоти - фосфат приєднується до 5-му вуглецевого атома пентози.
Таким чином нуклеотиди відрізняється тільки азотистих основ Вони і визначають назви відповідних нуклеотидів; аденіловий (А), гуаніловий (Г), цітіділовий (Ц) і тіміділових (Т), У (уридиловий)
Нуклеїнові кислоти організму: РНК і ДНК - розрізняються за складом, структурою, функціями та місцерозташуванням.
2. ДНК - дезоксирибонуклеїнової кислоти.
Будова: довгий ланцюг, що складається з багатьох тисяч - мономерів, - дезоксірібомононуклеотідов. Нуклеотиди, що входять до складу ДНК, містять вуглевод дезоксирибозу, залишок фосфорної кислоти і одне з чотирьох азотистих основ: аденін, гуанін, цитозин і тимін.
Структура ДНК має 3 рівня організації:
Первинна. Нуклеотиди, що входять до складу одного ланцюга, послідовно з'єднуються за рахунок утворення ковалентних зв'язків між дезоксирибозою одного і залишком фосфорної кислоти іншого нуклеотиду. Ланцюг ДНК може складатися з декількох десятків тисяч і навіть мільйонів нуклеотидів.
Залишок фосфорної кислоти, пов'язує дві пентози між собою.
Завдяки реакції полімеризації нуклеотидів утворюються нуклеїнові кислоти - 1 ланцюг.
Вторинна. встановлена Уотсоном і Криком (1953р) і являє собою спіраль, що складається з 2-х полінуклеотидних ланцюгів (ланцюга спрямовані в протилежну сторону - антипаралельними спіраль) → нагадує кручені сходи: перила - це дезоксирибози, а щаблі - пари азотистих основ (1 пуриновий - 1 піримідинові) вони всередині спіралі. Полінуклеотидні ланцюга можуть бути розділені тільки після розкручування спіралі на 2 ланцюга.
Очоа і Чаргаф показали, що азотисті основи різних ланцюгів ДНК утворюють пари за принципом комплементарності (доповнюють один одного, просторове взаємне відповідність), тобто підходять один одному А = Т Г = Ц.
Комлементарние підстави з'єднуються між собою за допомогою водневих зв'язків, між А Т (2 зв'язку) Г Ц (3).
Отже, у будь-якого організму число аденілових нуклеотидів дорівнює числу тіміділових, а число гуанілова - числу цітіділових. А знаючи послідовність розташування нуклеотидів в одного ланцюга ДНК за принципом комплементарності, можна встановити нуклеотиди іншого ланцюга.
1 ланцюг А Т Г Г Ц А Г Г Т
2 ланцюг Т А Ц Ц Г Т Ц Ц А
Третинна - це розташування молекули ДНК в просторі. В ядрі знаходиться хроматин (грудочки, гранули, нитки) → хромосоми.
До складу входять білок гистон і на нього накручена молекула ДНК, а вони ще раз скручені в спіраль, утворюються товсті фібріолли. → це і є третя структура (щільна упаковка)
ДНК локалізується в ядрі, в мітохондріях (кількість 5%) → тут вона має вигляд кільця, в пластидах.
Хімічні властивості: висока кислотність, велика в'язкість, здатність до денатурації → під дією специфічних факторів - молекул ферментів ДНК денатурує → розкручується на два ланцюги. Це має велике значення в процесі - реплікації → подвоєння ДНК, тобто освіту нових дочірніх ДНК при діленні клітин. ДНК під впливом ферментів розкручується і на кожній старій ланцюжку будується нова, дочірня. Утворюється 2 ДНК, кожна складається з однієї старої і однієї нової ланцюжка.
Структура кожної молекули ДНК строго індивідуальна і специфічна, тому що являє собою кодову форму записи біологічної інформації (генетичний код). Іншими словами, за допомогою чотирьох типів нуклеотидів в ДНК записана вся важлива інформація про організм, що передається у спадок наступним поколінням.
3. РНК - рибонуклеїнова кислота.
Полинуклеотид, що має всього один ланцюжок. До складу нуклеотидів входять. 4 азотистих підстави: Г Ц А У, вуглевод рибоза і фосфорна кислота. Розмір РНК менше ДНК (РНК містить 75-10000 нуклеотидів), але кількість РНК в клітині більше ДНК.
Всі види РНК синтезується на матриці ДНК. Синтезується в полісом (в ядрі).
Первинна структура - послідовне з'єднання нуклеотидів в ланцюг.
Вторічная- частково спіралізує одинарна полинуклеотидная ланцюг (утримується за допомогою водневих зв'язків як «шпильки»)
Третічная- просторове розташування молекули (лист конюшини, щільні тільця).
Існує 3 типи РНК, що розрізняються за структурою, величиною молекул, розташуванню в клітці і виконуваних функцій.
Р-РНК - рибосомальная або рибосомная синтезуються в основному в полісом і складають приблизно 85% всіх РНК клітини. Вони входять до складу рибосом, поєднуючи 2 субодиниці і беруть участь у формуванні активного центру рибосоми, де відбувається процес біосинтезу білка.
Т-РНК - транспортна. Утворюються в ядрі на ДНК, потім переходять в цитоплазму. Вони складають близько 10% клітинної РНК і є найбільш невеликими за розміром РНК, що складаються з 70 100 нуклеотидів. Кожна т-РНК приєднує певну амінокислоту і транспортує її до місця збірки поліпептиду в рибосомі. Їх 20 (скільки амінокислот входять до білки).
Всі відомі тРНК за рахунок комплементарного взаємодії утворюють вторинну структуру, за формою нагадує лист конюшини. У молекулі тРНК є два активних ділянки: триплет-антикодон на одному кінці і акцепторні кінець на іншому (рис. 20).
Кожній амінокислоті відповідає комбінація з трьох нуклеотидів - триплет. Кодують амінокислоти триплети - кодони ДНК - передаються у вигляді інформації триплетів (кодонів) іРНК. У верхівки конюшини розташовується триплет нуклеотидів, який комплементарний відповідного кодону іРНК. Цей триплет різний для тРНК, що переносять різні амінокислоти, і кодує саме ту амінокислоту, яка переноситься даної тРНК. Він отримав назву антикодон.
Акцепторні кінець є «посадочним майданчиком» для амінокислоти.
І-РНК (інформаційна, або матричні) складають близько 5% всієї клітинної РНК. Вони синтезуються на ділянці однієї з ланцюгів молекули ДНК і передають інформацію про структуру білка з ядра клітин до рибосом, де ця інформація реалізується, тобто стає основою (матрицею) для синтезу спецефического білка тобто переводить генетичну інформацію ДНК в амінокислотну послідовність білків. Залежно від обсягу копируемой інформації молекула іРНК може мати різну довжину.
Таким чином, різні типи РНК являють собою єдину функціональну систему, спрямовану на реалізацію спадкової інформації через синтез білка. Молекули РНК знаходяться в ядрі, цитоплазмі, рибосомах, мітохондріях і пластидах клітини. Всі типи РНК, за винятком генетичної РНК вірусів, не здатні до Самоудвоение і самосборке.
Полинуклеотидная послідовність ДНК практично у всіх організмів (крім вірусів) є первинним носієм генетичної інформації. Тобто тією сумою відомостей, яка необхідна для існування будь-якого організму в певних умовах середовища, а також для відтворення собі подібних.
У клітині генетичний матеріал розподілений в декількох хромосомах (23 пари у людини) 1 хромосома містить 1 молекулу ДНК (хроматида).
Полинуклеотидная послідовність ДНК складається з ділянок, що кодують і не кодують макромолекули (що не кодують області ДНК грають структурну роль).
Структурними неподільними одиницями спадкової інформації є гени.
Ген - ділянка молекули ДНК (РНК віруси), що кодує синтез 1 макромолекули: білка, р РНК або тРНК (1 ген - 1белок).
Гени знаходяться в певних ділянках хромосом - локусах. Гени завжди парні 1 ген в 1 гомологичной хромосомі, 2-ой в 2-ій (крім 23 пари гетерохромосоми ХХ однакові, ХУ різні).
Набір генів (інформація) клітинного ядра являє собою генотип.
Сукупність генів гаплоїдного набору хромосом отримала назву геном.
Ген людини має кодує частина - екзон, загальною довжиною в кілька тисяч пар основ, але довжина його набагато більше, т.к ген має некодуючі ділянки - інтрони.
У більшості генів кодує частина поділена на кілька екзонів, між якими розташовані інтрони.