АТФ: хімічний склад і функції

АТФ є нуклеотидом. Молекула АТФ складається з трьох основних компонентів:

1) цукру рибози,

2) азотистої основи аденіну,

3) ланцюжка з трьох фосфатних груп (саме цей ланцюжок є носієм найважливіших властивостей АТФ).

АТФ,яка міститься у великій кількості у м'язах - одна з найважливіших для організму речовин, джерело енергії для здійснення біохімічних реакцій (наприклад, тих, що відбуваються при скороченні м'язів). Живі організми використовують АТФ у широкому діапазоні. По суті, скрізь, де є життя, присутня і АТФ.

АТФ виконує свою функцію шляхом відщеплення кінцевої фосфатної групи під дією відповідного ферменту; при цьому вивільняється енергія, яка використовується для здійснення біохімічних реакцій, наприклад побудови білка з амінокислот.

Відщеплена фосфатна група може потім знову приєднатись до аденозиндифосфатної кислоти (АДФ), утворюючи АТФ. При цьому використовується енергія, що вивільняється у результаті розщеплення органічних сполук, наприклад вуглеводів та ліпідів. Відщеплання 1 моль молекул фосфорної кислоти супроводжується виділенням майже 40 кДж енергії.

Нуклеїнові кислоти. Редуплікація ДНК

1. Нуклеїнові кислоти були відкриті швейцарським біохіміком Мішером у 1869 році. Але до 40 років XX ст. біологи не мали уяви про те, що ДНК хромосом несе генетичну ін­формацію. Вважалось, що спадковість організму визначається біл­ковим компонентом хромосом. А ДНК, проста за будовою і хімічним складом, не може контролювати такого складного процесу. І лише в 1944 році американські вчені О. Евері, К. Мак-Леод і Мак-Карті довели, що в хромосомах генетичну роль виконують не біл­ки, а нуклеїнові кислоти.

ДНК

Дезоксирибонуклеїнова кислота - ДНК. Це високомолекулярна сполука, її молекулярна маса від

5 х10 ⁶ до 40 х10⁶ ( залежить від виду організму).

Біологічна роль ДНК: зберігання, відтворення і передача генетичної /спадкової/ інформації в клітині.

ДНК-носій спадкової інформації в клітині. ДНК в клітині знаходиться переважно в ядрі (97%), в складі хроматину, а також входить до складу мітохондрій і пластид.

Молекула ДНК складається з двох спірально закручених один відносно одного полінуклеотидних ланцюгів.

Кожен з ланцюгів ДНК-полімер, мономерами якого є нуклеотиди.

До складу нуклеотида входять:

- вуглевод-дезоксирибоза (С₅Н₁₀О₄)

- залишок фосфорної к-ти (Н₃РО₄)

- азотисті основи, їх 4 (аденін-А, тимін - Т, гуанін- Г, цитозин – Ц).

Для ДНК характерні різні рівні структури:

Первинна структура Це порядок розміщення нуклеотидів в полінуклеотидних ланцюгах ДНК.
Нуклеотиди з'єднуються в ланцюг завдяки міцних ковалентних зв’язків (фосфодіефірних), які виникають між залишком фосфорної к-ти одного нуклеотида і вуглеводом іншого.

Первинна структура ДНК суворо детермінована /визначена/ і специфічна для кожного виду організму. Вона є кодовою формою запису біологічної інформації /визначає первинну структуру біл­ка/.

Вторинна структура. В 1953 р. Д.Уотсон і Ф.Крік запропонували модель вторинної структури ДНК.

Вторинна структура ДНК - це подвійна спіраль, вона склада­ється з двох полінуклеотидних ланцюгів, які спірально закручені один відносно другого. Діаметр спіралі ДНК - 2 нм, крок її 3,4 нм кожний виток спіралі містить 10 пар нуклеотидів.

Вторинна структура стабілізується за рахунок водневих зв'яз­ків. Водневі зв”язки, утворюються між азотистими основами:

- між аденіном /А/ і тиміном /Т/ утворюється два водневі зв"язки

- між гуаніном /Г/ і цитозином /Ц/ утворюється три водневі зв"язки.

А і Т, а також Г і Н, називаються комплементарними.

Третинна структура. Третинна структура ДНК утворюється внаслі­док додаткового скручування в просторі двоспіральної молекули і має вигляд суперспіралі.

Реплікація ДНК

Одна з важливих властивостей ДНК - це здатність її до самоподвоєння /реплікації/.

На подвійну спіраль ДНК діє фермент дєзоксирибонуклеаза, руйнує водневі зв’язки. Спіраль ДНК розпадається на два окремих ланцюги.

Далі з вільних нуклеотидів, які є в клітині, за участю ферменту ДНК - полімерази на кожному ланцюгу за принципом комплемантарності синтезується новий ланцюг.

В результаті з одного материнського ланцюга ДНК утворюються два дочірні ланцюги ДНК, які абсолютно ідентичні між собою і материнською ДНК.

Синтез ДНК в клітині відбувається під час другої стадії інтерфази, яка отримала назву синтетичний період, і закінчується до поділу клітини. Внаслідок такого, процесу клітина перед поділом містить подвійну кількість ДНК.

РНК

Рибонуклеїнова кислота - РНК. Як і ДНК - це органічні біополімери, які входять до складу всіх живих клітин. Молекула РНК складається з одного полінуклеотидноно ланцюга, і значно менша за розміром ніж ДНК.

Нуклеотид РНК складається:

-вуглеводу - рибази (С₅Н₁₀О₅)

-залишку фосфорної кислоти (Н₃РО₄)

-азотистих основ, їх 4:

Аденін (А), урацил (У), гуанін (Г), цитозин (Ц).

Основна маса РНК міститься в цитоплазмі /90%/, решта - в ядрі та інших органелах клітини. Розрізняють такі види РНК:

-і РНК /мРНК/ - інформаційна РНК /матрична/

-т РНК - транспортна РНК

-р РНК- рибосомна РНК.

РНК забезпечує реалізацію генетичної інформації на рівні транск­рипції і трансляції.

Синтез всіх видів РНК здійснюється на одному з ланцюгів молекули ДНК. Молекула РНК синтезується не по всій довжині молекули ДНК, а лише на певних її ділянках, /р-цію синтезу каталізує фермент ДНК-залежна - РНК- полімераза/. Отже синтезується молекула РНК комплементарна певній ділянці молекули ДНК.

Інформаційна РНК /іРНК/ синоніми: матрична /мРНК/.

Вміст її в клітині становить 2-6% загальної кількості РНК в клітині. Представлена великими молекулами, які включають від 300 до 3000 нуклеотидів, іРНК переносить генетичну інформа­цію про первинну структуру білка від ДНК до місця синтезу білка, на рибосоми. Одна молекула іРНК,як правило несе інформацію про будову одного поліпептидного ланцюга. Молекула іРНК складається
з триплетів /кодонів/. Кожній амінокислоті відповідає свій кодон.

рРНК - рибосомальна РНК. На частку рРНК припадає близько 80 % загальної кількості РНК в клі­тині. рРНК є структурною основою рибосом- клітинних органел, на яких відбувається важливий етап синтезу білка – трансляція, рРНК утворюють каркас рибосоми. До цього каркасу прикріпляються біл­ки і утворюється щільна і компактна структура рибосом.

Молекула рРНК велика за розмірами і включає 3000-4000 нуклеотидів.

Для прокаріот характерні рибосоми константа седиментації яких становить 7, а молекулярна маса 3 х 10 ⁶. В еукаріотів рибосоми дещо більші. Константа їх седиментації досягає 80, а молекулярна маса 4,5 х 10 ⁶.

Кожна рибосома складається з двох субодиниць - малої і великої. У прокаріт 70 рибосоми побудовані з малої /30 /і ве­ликої /50 / субодиниць. Мала субодиниця містить молекулу 16 - РНК. Велика субодиниця містить дві молекули РНК: 235 -РНК: і 5 - РНК.

р РНК є важливим компонентом для нормального синтезу біл­ка на рибосомах.

16 - РНК забезпечує контакт рибосоми з і РНК. 33 -РНК вико­нує структурну роль, а 5 -РНК необхідна для взаємодії субодиниці з тРНК.

Транспортна РНК становлять 10-15%. Вони локалізовані переважно в гіалоплазмі клітини, ядерному і в безструктурній частині мітохондрій і хлоропластів. Характерною ознакою тРНК є невелика молекулярна маса 20-35 тис,вона включає 70-90 нуклеотидів.

Для тРНК характерна вторинна структура, яка представлена у вигляді конфігурації листка.

В молекулі тРНК виділяють дві активні ділянки:

- акцепторну ділянку /місце приєднання амінокислоти/

- антикодон - триплет, який комплементарний кодону іРНК.

Функція тРНР - транспорт амінокислот до рибосом.

Генетичний код

Інформація про первинну структуру білка закодована в ДНК. Але до складу ДНК входять лише 4 нуклеотиди /А,Т,Ц,Г/, а білок складається з 20-ти різних амінокислот.

Як ці амінокислоти закодовані в ДНК?

Одна амінокислота закодована послідовністю трьох нуклеоти­дів в ДНК. Ця послідовність з 3-х нуклеотидів називається трип­лет /кодон/.

Всього для кодування 20 амінокислот використовуються 64 кодони. 61 кодон визначають включення певної АК до складу мо­лекули білку. Три кодони УАА, УАГ, УГА - є беззмістовними, во­ни не кодують ніякої амінокислоти, а виконують роль "сигналів" термінації процесу трансляції. Вони називаються термінальні ко­дони.

Оскільки кодонів 61, а амінокислот - 20, то одна АК може кодуватися різними кодонами /декількома кодонами/, переваж­но 3-ма/.

Властивості генетичного коду:

1. Універсальний для всіх живих організмів (від вірусів до людини).

2. Неперекривність (кожна азотиста основа одного кодону ніколи не входить до складу іншого кодону).

3. Надмірність (одна амінокислота часто має більш ніж один кодовий триплет).

4. Триплетність (три сусідні азотисті основи кодують одну амінокислоту).

5. Спецефічність (кожний окремий триплет кодує тільки одну певну амінокислоту).

6. Відсутність розділових знаків.

7. Колінеарність (ДНК є лінійним полінуклеотидним ланцюгом, а білок – лінійним поліпептидним. Послідовність амінокислот у білку відповідає послідовності триплетів у його гені).

8. Відповідність гени-поліпептиди (клітина може мати стільки поліпептидів, скільки має генів).

Генетичний код - це система розташування нуклеотидів в ДНК, яка контролює послідовність розташування амінокислот в молекулі білка.

Ген - ділянка ДНК, яка кодує яку-небудь ознаку клітини. (Це послідовність нуклеотидів у ДНК, яка обумовлює певну функцію в організмі або забезпечує транскрипцію іншого гена. Н. П. Бочков, 2002р.)Кожний ген займає в хромосомі певне місце-локус. Залежно від функцій розрізняють:

- структурні гени /цистрони/

- регуляторні гени /ген-регулятор, ген-оператор/.

На структурних генах здійснюється синтез /транскрипція/ і РНК.

Регуляторні гени регулюють даний процес.

Разом структурні і функціональні гени утворюють функціо­нальну одиницю хромосоми - оперон.

Оперон є одиницею транскрипції:

Оперон - ділянка ДНК, що складається з проматора, гена-оператора, гена-термінатора,

структурних генів /цистронів/, яка регулюється ге­ном-регулятором, яка визначає синтез певних білків /ферменів/

Процес біосинтезу білка поділяється на 3 основні стадії:

- транскрипція

- активація амінокислот (рекогніція)

- трансляція

1. Транскрипція

Інформація про те, яким повинен бути білок, про його первинну структуру, закодована в ДНК у вигляді певної послідовності нук­леотидів.

Оскільки ДНК знаходиться в ядрі, а біосинтез білка відбува­ється в цитоплазмі на рибосомах, то ДНК передає інформацію що­до процесу синтезу білка через іРНК.

Транскрипція - процес переписування інформації про структуру білка з ДНК на іРНК.

Каталізує цей процес ДНК-залежна РНК-полімераза.

Під дією ферменту спіраль ДНК розпадається па два вільні ланцюги. Далі з вільних нуклеотидів за принципом комплементарності на одному з ланцюгів ДНК відбувається синтез іРНК. Після цього іРНК відділяється від ДНК, проникає через пори ядерної обо­лонки, іде в цитоплазму до місце синтезу /до рибосом/.

2 .Активація амінокислот - це процес сполучення амінокислот з. "своїми" тРНК за участю ферменту аміноацил - тРНК-синтетази.

Процес активування амінокислоти відбувається при взаємодії її з АТФ і ферментом аміноацил - тРНК-синтетазою. При цьому внас­лідок розриву макроергічнйх зв'язків АТФ, звільняється велика кількість енергії. Весь запас енергії АТФ переходить на амінокислоту, і вона стає більш активною. В результаті рекогніції утворюється сполука тРНК-амінокислота.

У молекулі даного ферменту є дві специфічні ділянки, зав­дяки яким він здатний "впізнавати" з однієї сторони, "свою" амінокислоту, а з другої - "свою" тРНК.

Активація амінокислот необхідний процес, тому, то для син­тезу білків використовуються активовані форми амінокислот, які зв’язані з своїми тРНК.

3. Трансляція - це процес синтезу білка на рибосомі. В трансляції розрізняють 3 стадії:

1. Ініціація - це утворення ініціюючого комплексу, формування функціонально активної рибосоми (рибосома зв'язуєть­ся з іРНК, до них приєднується перша тРНК з амінокислотою).

2.Елонгація – ріст поліпептидного ланцюга (рибосома «ковзає» по іРНК, утворюючи пептидні зв’язки між амінокислотами(між амінокислотами виникає міцний ковалентний зв’язок NH-CO, який називається пептидним.)

3.Термінація – рибосома залишає іРНК, утворений поліпептид відокремлюється від кодона, входить у канали ЕПС, далі - в апарат Гольджі, де білок набуває властивої йому структури.

Поиск по сайту: