Нуклеїнові кислоти та їхня біологічна роль. АТФ.

Лекція № 6.

Розділ: Обмін речовин і перетворення енергії.

Тема: Нуклеїнові кислоти та їхня біологічна роль. АТФ.

Мета вивчення:

• розширити знання про різноманіття й функції білків і нуклеїнових кислот, встановити зв'язок між будовою молекул і виконуваними ними функціями;
• з’ясувати значення білків та нуклеїнових кислот для живих організмів;

Література:

1. Біологія і екологія: підруч. для 10 кл. закладів загальної середньої освіти: рівень стандарту/О. А. Андерсон, М. А. Вихренко, А. О. Чернінський. – К.: Школяр, 2018. – 216 с.: іл.

2. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. освіти / В. І. Соболь. – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 272 с.: іл.

3. Задорожний К.М. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. освіти / К.М. Задорожний. — Харків: Вид-во «Ранок», 2018. — 208 с.: іл.

План

1. Різноманітність нуклеотидів.

2. Молекула ДНК.

3. Молекула РНК.

4. Інші функції нуклеотидів. АТФ.

Основний зміст

Спадкова інформація зберігається в структурі молекул ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти). Інші молекули – РНК (рибонуклеїнові кислоти) – беруть участь у біосинтезі білка та його регуляції. Обидва типи молекул належать до нуклеїнових кислот.

Нуклеїнові кислоти – біополімери, мономерами яких є нуклеотиди.

Нуклеотиди – це органічні речовини, що складаються з трьох хімічних компонентів, сполучених ковалентними зв’язками.

Різноманітність нуклеотидів. Усі нуклеотиди містять однакові залишки ортофосфатної кислоти, а різняться вони вуглеводними компонентами та нітрогеновмісними основами.

Нуклеотиди здатні взаємодіяти один з одним, формуючи довгі ланцюги. Найбільша молекула ДНК клітин людини містить послідовно майже 250 млн нуклеотидів.

Послідовність «літер» нітрогеновмісних основ і є основою коду, яким записано інформацію в молекулах ДНК і РНК.

Молекула ДНК.

•   подвійна спіраль, яка складається з двох ланцюгів, що закручені один навколо одного;
•   нуклеотиди обох ланцюгів розташовані напроти іншого, утворюючи пари;
•   між основами виникають слабкі водневі зв’язки;
•   в молекулах ДНК кількість аденіну (А) завжди = кількості тиміну (Т), а кількість гуаніну (Г)  = кількості цитозину (Ц);

А = Т

 Г = Ц

•   така закономірність називається правилом Чаргаффа на честь ученого, який її відкрив.
•   така відповідність у розташуванні нуклеотидів називається комплементарністю (рис. 1).

Рисунок 1. Модель молекули ДНК – подвійна спіраль. Фрагмент молекули

Така будова молекули ДНК забезпечує виконання своєї основної функції – збереження спадкової інформації.

Молекула РНК.

•   Молекули РНК клітин складаються з одного ланцюга;
•   типи РНК:

1) Інформаційна, або матрична, РНК (іРНК, або мРНК) переносить спадкову інформацію від ДНК до місця синтезу поліпептидного ланцюга.

2) Транспортна РНК (тРНК), транспортує амінокислоти до місця синтезу білкових молекул.

3) Рибосомна РНК (рРНК) входить до складу рибосом, які забезпечують синтез білкової молекули.

Порівняння нуклеїнових кислот

Інші функції нуклеотидів. АТФ.

АТФ (аденозинтрифосфат) – це нуклеотид, який складається з аденіну, рибози та трьох залишків ортофосфатної кислоти.

Від синтезованої молекули АТФ шляхом гідролізу відщеплюється третій залишок ортофосфатної кислоти, накопичена енергія вивільняється й використовується для перебігу різноманітних процесів.

Рівняння такої реакції:

АТФ + H₂O → АДФ +H₃PO₄ + Е (50 кДж/моль),

де АДФ – аденозиндифосфатна кислота; Е – енергія, що виділяється.

Утворена АДФ може далі розщеплюватися до аденозинмонофосфатної кислоти (АМФ), але під час цієї реакції вивільняється менше енергії (33–42 кДж/моль).

АТФ – це молекула, що є універсальним внутрішньоклітинним переносником енергії.

Молекули АТФ можуть утворюватися за рахунок енергії, яка виділяється в реакціях безкисневого розщеплення глюкози або окиснення органічних речовин у мітохондріях, за рахунок енергії світла під час фотосинтезу тощо. Розщеплення АТФ відбувається завжди, коли клітині потрібна енергія для здійснення певної реакції.

Крім АТФ, у клітинах «працюють» й інші нуклеотиди. До них належать нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД) та нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат (НАДФ) (назви наведено не для запам’ятовування). Ці нуклеотиди переносять хімічні речовини і є важливими для роботи мітохондрій і фотосинтезу. У хлоропластах рослинних клітин НАДФ відновлюється під час світлових реакцій фотосинтезу і потім забезпечує Гідрогеном біосинтез вуглеводів упродовж темнової фази.

Питання для самостійної роботи:

1. Дайте означення поняття нуклеїнові кислоти.

2. Опишіть будову нуклеотиду.

3. Що таке принцип комплементарності?

4. Порівняйте будову молекул ДНК і РНК.

5. Чому АТФ називають акумулятором енергії в клітині?