Виды и функции РНК

5.5. Биологические функции нуклеиновых кислот

Нуклеиновым кислотам присущи три важнейшие функции: хранение, передача и реализация генетической информации. Кроме этих, они выполняют и другие функции, например, участвуют в катализе некоторых химических реакций, осуществляют регуляцию реализации генетической информации, выполняют структурные функции и др. Роль хранителя генетической информации у большинства организмов выполняют двухцепочечные ДНК. Только у некоторых вирусов хранителем генетической информации являются одноцепочечные ДНК или одноцепочечные, а также двухцепочечные РНК. Генетическая информация записана в генах. Ген по своей природе является участком нуклеиновой кислоты. В них закодирована первичная структура белков. Гены могут также нести информацию о структуре некоторых типов РНК, например, тРНК и рРНК.

Генетическая информация передается от родителей к потомкам. Этот процесс связан с удвоением нуклеиновой кислоты (ДНК), выполняющей функцию хранителя генетической информации, и последующей передачи ее потомкам. Например, в результате деления дочерние клетки получают от материнской идентичные молекулы ДНК, а следовательно, и идентичную генетическую информацию (рис. 9). Этот процесс называется репликация (от слова «реплика» - идентичная копия). При размножении вирусы также передают дочерним вирусным частицам точные копии нуклеиновой кислоты. При половом размножении потомки получают генетическую информацию от обоих родителей. Вот почему дети наследуют признаки обоих родителей.

Рис. 9. Процесс репликации ДНК при делении клетки

В результате реализации генетической информации происходит синтез белков, закодированных в ДНК в виде генов (или для некоторых вирусов – в РНК). В этом процессе информация о первичной структуре белка переписывается с молекулы ДНК на иРНК. Этот процесс называется транскрипция. Продуктами транскрипции являются РНК, которые переносят заложенную в ДНК информацию к месту синтеза белка. Затем генетические коды, переносимые РНК расшифровывается на рибосомах и используются в пептидном синтезе. Этот процесс называется трансляция. В итоге образуется белок:

5.6. Нарушение структуры нуклеиновых кислот

Под действием высоких температур, облучения, кислот, щелочей и другой химической обработки нуклеиновые кислоты подобно другим биополимерам (например, белкам) утрачивают природную (нативную) пространственную структуру. Этот процесс называется денатурация.

Денатурация обусловлена разрывом слабых нековалентных связей (водородных, комплексных, ионных), которыми поддерживается пространственная структура биополимеров. Денатурация не нарушает прочных ковалентных химических связей, но цепи нуклеиновых кислот расходятся и приобретают конформацию беспорядочного клубка. Обычно этот процесс сопровождается потерей биологической активности - ферментативной, гормональной и др. Денатурация может быть полной и частичной, обратимой и необратимой. Нуклеиновые кислоты, которые попадают в организм, также подвергаются денатурации под действием пищеварительных ферментов до пуриновых и пиримидиновых оснований, которые используются далее организмом в биохимических процессах синтеза новых РНК и ДНК. Обратимую денатурацию нуклеиновых кислот используют для их молекулярной гибридизации - получения молекул-гибридов между разными ДНК и между ДНК и РНК. Метод гибридных ДНК составляет основу генной инженерии.

Другой процесс нарушения структуры нуклеиновых кислот – это мутация – изменение нуклеотидной последовательности ДНК под действием химических мутагенов или излучений. Другими словами мутация – это несовершенство воспроизводства ДНК. Вместо комплементарных пар (Т:А или С:G) образуются аномальные (Т:G или А:С) или димеры (Т:Т). Эта замена передается при «переписывании» генетического кода с ДНК на РНК и приводит к изменению аминокислотной последовательности в синтезе белков.

Кроме того, молекулы многих мутагенов вставляются (интеркалируют) между двумя соседними парами нуклеиновых оснований, что ведет к расплетанию и нарушению структуры двойной спирали ДНК, мешает транскрипции и репликации, вызывает мутации. Большинство мутагенов имеют ароматическую структуру и являются канцерогенами. Под их воздействием возникают мутации, превращающие нормальные клетки организма в раковые клетки благодаря продуцированию так называемого онкогена. Несмотря на эти негативные свойства, некоторые интеркалирующие соединения в силу их способности подавлять транскрипцию и репликацию ДНК, используются в химиотерапии для подавления быстро растущих клеток рака.

Мутации делятся на спонтанные и индуцированные. Спонтанные мутации возникают самопроизвольно на протяжении всей жизни организма в нормальных для него условиях окружающей среды. Индуцированными мутациями называют наследуемые изменения генома, возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды.

С другой стороны, именно процесс мутации обеспечивает эволюцию и сделал возможным появление человека. Мутации имеют большое значение для управления наследственностью с целью ее улучшения. Результаты таких исследований применяются в селекции сельскохозяйственных растений, при создании новых штаммов микроорганизмов, производящих антибиотики, витамины, дрожжи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Грандберг, И. И. Органическая химия / И. И. Грандберг. – М.: Дрофа, 2001. – 672 с.

2. Міляшкевіч Я.Г., Толкач В.Я. Арганічная хімія з асновамі біяхіміі раслін: вучэбны дапаможнік па аднайменным курсе для студэнтаў спец. 1-75 01 01, 1-75 02 01. – Мінск: БДТУ, 2003. – 93 с.

3. Потапов, В. М. Органическая химия / В. М. Потапов, С. Н. Татарин­чик. – М.: Химия, 1989. – 448 с.

4. Органическая химия: учеб. для вузов: в 2 кн. / В. Л. Белобородов [и др.]; под общ. ред. Н. А. Тюкавкиной. – М.: Дрофа, 2002. – Кн. 1: Основной курс. – 640 с.

5. Травень, В. Ф. Органическая химия: учеб. для вузов: в 2 т. /
В. Ф. Травень. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – Т. 2. – 582 с.

6. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / Под ред. Н.Н.Третьякова. – М.: Колос, 1998. – 640 с.

7. Биохимия растений / Под ред. Красильниковой Л.А. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2004. – 224 с.

Поиск по сайту: