Однако наиболее важная
роль нуклеотидов состоит в том, что они
служат строительными блоками для сборки
полинуклеотидов РНК и ДНК (рибонуклеиновых
и дезоксирибонуклеиновых кислот).
РНК и ДНК – это линейные полимеры, содержащие
от 70 – 80 до 10 в 9 степени мононуклеидов.
Нуклеотид РНК – содержит
пятиугольный сахар – рибозу, одно из
четырех азотистых оснований (гуанин,
урацил, аденин или цитозин) и остаток
фосфорной кислоты. Нуклеотиды, входящие
в состав ДНК, содержат пятиугольный сахар
– дезоксирибозу, одно из четырех основании
(гуанин, тимин, аденин или цитозин) и остаток
фосфорной кислоты.
Данные рентгеноструктурного
анализа показали, что молекулы ДНК большинства
живых организмов, за исключением некоторых
фагов, состоят из двух полинуклеотидных
цепей, антипараллельно направленных.
Молекула ДНК имеет форму двойной спирали,
в которой полинуклеотидные цепи закручены
вокруг воображаемой центральной оси.
Спираль ДНК характеризуется рядом параметров.
Ширина спирали около 2 нм. Шаг или полный
оборот спирали составляет 3,4 нм и содержит
10 пар комплементарных нуклеотидов.
ДНК обладает уникальными
свойствами: способностью к самоудвоению
(репликации) и способностью к самовосстановлению
(репарации).
Репликация осуществляется под контролем
ряда ферментов и протекает в несколько
этапов. Она начинается в определенных
точках молекулы ДНК. Специальные ферменты
разрывают водородные связи между комплементарными
азотистыми основаниями, и спираль раскручивается.
Полинуклеотидные цепи материнской молекулы
удерживаются в раскрученном состоянии
и служат матрицами для синтеза новых
цепей.
С помощью фермента
ДНК-полимеразы из имеющихся в среде трифосфатов
дезоксиринуклеотидов (дАТФ, дГТФ, дЦТФ,
дТТФ) комплементарно материнским цепям
собираются дочерние цепи. Репликация
осуществляется одновременно на обеих
материнских цепях, но с разной скоростью
и некоторыми отличиями. На одной из цепей
(лидирующей) сборка дочерней цепи идет
непрерывно, на другой (отстающей) – фрагментарно.
В последующем синтезируемые фрагменты
сшиваются с помощью фермента ДНКлигазы.
В результате из одной молекулы ДНК образуется
две, каждая из которых имеет материнскую
и дочернюю цепи. Синтезируемые молекулы
являются точными копиями друг друга и
исходной молекулы ДНК. Такой способ репликации
называется полуконсервативным и обеспечивает
точное воспроизведение в дочерних молекулах
той информации, которая была в материнской
молекуле.
Репарацией называют способность
молекулы ДНК «исправлять» возникающие
в её цепях изменения. В восстановлении
исходной структуры участвуют не менее
20 белков: узнающих измененные участки
ДНК и удаляющих их из цепи, восстанавливающих
правильную последовательность нуклеотидов
и сшивающих восстановленный фрагмент
с остальной молекулой ДНК.
Перечисленные особенности
химической структуры и свойств ДНК обусловливают
выполняемые ей функции. ДНК записывает, хранит, воспроизводит генетическую информацию, участвует
в процессах ее реализации между новыми поколениями
клеток и организмов.
Рибонуклеиновые кислоты
– РНК – представлены разнообразными
по размерам, структуре и выполняемым
функциям молекулами. Все молекулы РНК
являются копиями определенных участков
молекулы ДНК и, помимо уже указанных отличий,
оказываются короче ее и состоят из одной
цепи. Между отдельными комплементарными
друг другу участками одной цепи РНК возможно
спаривание основании (А с У, Г с Ц) и образование
спиральных участков. В результате молекулы
приобретают специфическую конформацию.
Матричная, или информационная, РНК (мРНК, иРНК) синтезируются
в ядре под контролем фермента РНК-полимеразы
комплементарно информационным последовательностям
ДНК, переносит эту информацию на рибосомы,
где становится матрицей для синтеза белковой
молекулы. В зависимости от объема копируемой
информации молекула мРНК может иметь
различную длину и составляет около 5%
всей клеточной РНК.
Рибособная РНК (рРНК) синтезируется
в основном в ядрышке, в области генов
рРНК и представлена разнообразными по
молекулярной массе молекулами, входящими
в состав большой и малой субчастиц рибосом.
На долю рРНК приходится 85% всей РНК клетки.
Транспортная РНК (тРНК) составляет
около 10% клеточной РНК. Существует более
40 видов тРНК. При реализации генетической
информации каждая тРНК присоединяет
определенную аминокислоту и траспортирует
ее к месту сборки полипентида. У эукариот
тРНК состоят из 70-90 нуклеотидов.
Строение
клетки
1.Типы клеточной организации.
Среди всего многообразия ныне существующих
на Земле организмов выделяют две группы:
вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения;
все остальные организмы представлены
разнообразными клеточными формами жизни.
Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический
Клетки прокариотического типа устроены
сравнительно просто. В них нет морфологически
обособленного ядра, единственная хромосома
образована кольцевидной ДНК и находится
в цитоплазме; мембранные органеллы отсутствуют
(их функцию выполняют различные впячивания
плазматической мембраны); в цитоплазме
имеются многочисленные мелкие рибосомы;
микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма
неподвижна, а реснички и жгутики имеют
особую структуру. К прокариотам относят
бактерии.
Схема строения эукариотической клетки:
1 — ядро;
2 — ядрышко;
3 — поры ядерной оболочки;
4 — митохондрия;
5 — эндоцитозное впячивание;
6 — лизосома;
7 — агранулярный эндоплазматический
ретикулум;
8 — гранулярный эндоплазматический ретикулум
с полисомами;
9 — рибосомы;
10 — комплекс Гольджи;
11 — плазматическая мембрана.
Стрелки указывают направление потоков
при эндо- и экзоцитозе.
Большинство современных живых
организмов относится к одному из трех
царств – растений, грибов или животных,
объединяемых в надцарство эукариот.
В зависимости от количества,
из которых состоят организмы, последние
делят на одноклеточные и многоклеточные.
Одноклеточные организмы состоят из одной
единственной клетки, выполняющей все
функции. Многие из этих клеток устроены
гораздо сложнее, чем клетке многоклеточного
организма. Одноклеточными являются все
прокариоты, а также простейшие, некоторые
зеленые водоросли и грибы.
Основу структурной организации
клетки составляют биологические мембраны.
Мембраны состоят из белков и липидов.
В состав мембран входят также углеводы
в виде гликолипидов и гликопротеинов,
располагающихся на внешней поверхности
мембраны. Набор белков и углеводов на
поверхности мембраны каждой клетки специфичен
и определяет её «паспортные» данные.
Мембраны обладают свойством избирательной
проницаемости, также свойством самопроизвольного
восстановления целостности структуры.
Они составляют основу клеточной оболочки,
формируют ряд клеточных структур.
2. Строение эукариотической
клетки.
Типичная эукариотическая клетка
состоит из трех компонентов: оболочки, цитоплазмы и ядра.
Клеточная оболочка.
Снаружи клетка окружена оболочкой,
основу которой составляет плазматическая
мембрана, или плазмалемма, имеющая типичное
строение и толщину 7,5 нм.
Клеточная оболочка выполняет
важные и весьма разнообразные функции:
определяет и поддерживает форму клетки;
защищает клетку от механических воздействий
проникновения повреждающих биологических
агентов ; осуществляет рецепцию многих
молекулярных сигналов (например, гормонов);
ограничивает внутреннее содержимое клетки;
регулирует обмен веществ между клеткой
и окружающей средой, обеспечивая постоянство
внутриклеточного состава; участвует
в формировании межклеточных контактов
и различного рода специфических выпячивании
цитоплазмы (микроворсинок, ресничек,
жгутиков).
Углеродный компонент в мембране
животных клеток называется гликокаликсом.
. Схема строения плазматической мембраны:
1 — фосфолипиды;
2 — холестерин;
3 — интегральный белок;
4 — олигосахаридная боковая цепь.
Обмен веществ между клеткой
и окружающей ее средой происходит постоянно.
Механизмы транспорта веществ в клетку
и из нее зависят от размеров транспортируемых
частиц. Малые молекулы и ионы транспортируются
клеткой непосредственно через мембрану
в форме активного и пассивного транспорта.
В зависимости от вида и направления
различают эндоцитоз и экзоцитоз.
Поглощение и
выделение твердых и крупных
частиц получило соответственно
названия фагоцитоз и обратный фагоцитоз, жидких или растворенных
частичек – пиноцитоз и обратный пиноцитоз.
Цитоплазма. Органоиды и
включения.
Цитоплазма представляет
собой внутреннее содержимое
клетки и состоит из гиалоплазмы
и находящихся в нем разнообразных
внутриклеточных структур.
Гиалоплазма (матрикс) – это водный
раствор неорганических и органических
веществ, способный изменять свою вязкость
и находящиеся в постоянном движении.
Способность к движению или, течению цитоплазмы,
называют циклозом.
Матрикс – это
активная среда, в которой протекают
многие физические и химические
процессы и которая объединяет
все элементы клетки в единую
систему.
Цитоплазматические
структуры клетки представлены
включениями и органоидами. Включения – относительно непостоянные,
встречающиеся в клетках некоторых типов
в определенные моменты жизнедеятельности,
например, в качестве запаса питательных
веществ (зерна крахмала, белков, капли
гликогена) или продуктов подлежащих выделению
из клетки. Органоиды – постоянные и обязательные
компоненты большинства клеток, имеющим
специфическую структуру и выполняющим
жизненно важную функцию.
К мембранным органоидам эукариотической
клетки относят эндоплазматическую сеть,
аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы,
пластиды.
Эндоплазматическая сеть.
Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена
многочисленными мелкими каналами и полостями,
стенки которых представляют собой мембраны,
сходные по своей структуре с плазматической
мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются
друг с другом и образуют сеть, получившую
название эндоплазматической сети.
Эндоплазматическая сеть неоднородна
по своему строению. Известны
два ее типа - гранулярная и
гладкая. На мембранах каналов
и полостей гранулярной сети располагается
множество мелких округлых телец - рибосом,
которые придают мембранам шероховатый
вид. Мембраны гладкой эндоплазматической
сети не несут рибосом на своей поверхности.
Эндоплазматическая
сеть выполняет много разнообразных
функций. Основная функция гранулярной
эндоплазматической сети - участие
в синтезе белка, который осуществляется
в рибосомах.
На мембранах гладкой
эндоплазматической сети происходит
синтез липидов и углеводов. Все эти
продукты синтеза накапливаются н каналах
и полостях, а затем транспортируются
к различным органоидам клетки, где потребляются
или накапливаются в цитоплазме в качестве
клеточных включений. Эндоплазматическая
сеть связывает между собой основные органоиды
клетки.
Аппарат Гольджи. Во многих клетках животных, например
в нервных, он имеет форму сложной сети,
расположенной вокруг ядра. В клетках
растений и простейших аппарат Гольджи
представлен отдельными тельцами серповидной
или палочковидной формы. Строение этого
органоида сходно в клетках растительных
и животных организмов, несмотря на разнообразие
его формы.
.
Комплекс
Гольджи:
1 - цистерны;
2 - везикулы (пузырьки);
3 - крупная вакуоль.
В состав аппарата
Гольджи входят: полости, ограниченные
мембранами и расположенные группами
(по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные
на концах полостей. Все эти элементы составляют
единый комплекс.
Аппарат Гольджи выполняет
много важных функций. По каналам
эндоплазматической сети к нему транспортируются
продукты синтетической деятельности
клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти
вещества сначала накапливаются, а затем
в виде крупных и мелких пузырьков поступают
в цитоплазму и либо используются в самой
клетке в процессе ее жизнедеятельности,
либо выводятся из нее и используются
в организме. Например, в клетках поджелудочной
железы млекопитающих синтезируются пищеварительные
ферменты, которые накапливаются в полостях
органоида. Затем образуются пузырьки,
наполненные ферментами. Они выводятся
из клеток в проток поджелудочной железы,
откуда перетекают в полость кишечника.
Еще одна важная функция этого органоида
заключается в том, что на его мембранах
происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов),
которые используются в клетке и которые
входят в состав мембран. Благодаря деятельности
аппарата Гольджи происходят обновление
и рост плазматической мембраны.
Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток
животных и растений содержатся мелкие
тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. «митос»
- нить, «хондрион» - зерно, гранула).
Митохондрии хорошо
видны в световой микроскоп, с
помощью которого можно рассмотреть
их форму, расположение, сосчитать
количество. Внутреннее строение
митохондрий изучено с помощью
электронного микроскопа. Оболочка
митохондрии состоит из двух
мембран - наружной и внутренней. Наружная
мембрана гладкая, она не образует никаких
складок и выростов. Внутренняя мембрана,
напротив, образует многочисленные складки,
которые направлены в полость митохондрии.
Складки внутренней мембраны называют
кристами (лат. «криста» - гребень, вырост)
Число крист неодинаково в митохондриях
разных клеток. Их может быть от нескольких
десятков до нескольких сотен, причем
особенно много крист в митохондриях активно
функционирующих клеток, например мышечных.
Митохондрии называют
«силовыми станциями» клеток»
так как их основная функция -
синтез аденозинтрифосфорной кислоты
(АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях
клеток всех организмов и представляет
собой универсальный источник энергии,
необходимый для осуществления процессов
жизнедеятельности клетки и целого организма.
Новые митохондрии
образуются делением уже существующих
в клетке митохондрий.