12. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРГАНИЗМА: органические вещества (нуклеиновые кислоты и АТФ)

• Каковы функции нуклеиновых кислот?
• Что представляет собой макроэргическое соединение АТФ?

Носителями наследственной информации о всех признаках любого живого организма являются нуклеиновые кислоты. В клетке обнаружены два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) представляют собой двойные полимерные цепочки из мономеров — нуклеотидов (рис. 44, 45). Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания: аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) или цитозина (Ц), сахара — дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты (рис. 46). Нуклеотиды объединяются в полимерную цепь за счёт связей между остатком фосфорной кислоты одного нуклеотида и дезоксирибозой другого нуклеотида, две параллельные цепочки нуклеотидов образуют правозакрученную двойную спираль.

Двойная спираль удерживается водородными связями между обращёнными внутрь неё азотистыми основаниями нуклеотидов, причём аденин (А) может образовывать две водородные связи только с тимином (Т), а гуанин (Г) — три водородные связи только с цитозином (Ц). Основания, образующие пары (А=Т и Г = Ц), получили название комплементарных.

ДНК содержится главным образом в ядре. Кроме того, свою ДНК имеют митохондрии и пластиды, она и определяет свойства этих органоидов клетки.

Перед делением клетки происходит удвоение ДНК, что обеспечивает одинаковый набор генов в обеих образующихся клетках.

Процесс удвоения ДНК получил название репликация. При репликации водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями аденином — тимином и гуанином — цитозином разрываются специальным ферментом. Нити, составляющие двойную спираль ДНК, расходятся, и к каждому нуклеотиду обеих нитей последовательно подстраиваются комплементарные нуклеотиды (рис. 47). Подстраивающиеся нуклеотиды соединяются в две нити ДНК, каждая из которых представляет собой копию разошедшихся нитей ДНК. Таким образом, в результате репликации возникают две одинаковые двойные спирали ДНК, состоящие из одной нити материнской молекулы и одной вновь синтезированной нити. В процессе удвоения ДНК участвует много ферментов. Как на любой синтез в клетке, на осуществление процесса репликации затрачивается энергия АТФ.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — вещество, молекула которого состоит из одной цепи нуклеотидов. Нуклеотиды РНК также содержат четыре азотистых основания, но вместо тимина в РНК входит урацил (У), а вместо дезоксирибозы — рибоза.

В клетках содержится несколько видов РНК:

• тРНК — транспортная РНК, она переносит аминокислоты к месту синтеза белка, т. е. к рибосомам; тРНК имеет структуру, напоминающую по форме кленовый лист. Для каждого вида аминокислот существует своя разновидность тРНК. Таким образом, насчитывают более 20 видов тРНК;
• иРНК (мРНК) — информационная (матричная) РНК, переносящая информацию о последовательности аминокислот с ДНК к месту синтеза белка;
• рРНК — рибосомальная РНК, входящая в состав рибосом;
• митохондриальная РНК и др.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота (нуклеозидтрифосфат) — соединение, относящееся к группе нуклеиновых кислот (рис. 48); это универсальный источник энергии для всех процессов, протекающих в живых организмах. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04%; в скелетных мышцах — 0,5%). Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. При отщеплении остатка фосфорной кислоты выделяется большое количество энергии:

АТФ + Н₂0 —> АДФ + Н₃Р0₄ + 40 кДж/моль.

Связь между остатками фосфорной кислоты называют макроэргической: при её расщеплении выделяется примерно в 4 раза больше энергии, чем при расщеплении других химических связей. Соответственно соединение, содержащее такую связь, называют макроэргическим.

Энергию АТФ клетка использует в процессах синтеза сложных веществ, для осуществления мышечных сокращений, переноса молекул через биологические мембраны, при проведении нервных импульсов, в процессе фотосинтеза и для других целей. АТФ служит универсальным накопителем и источником энергии во всех живых организмах на Земле.

Запомнить: нуклеиновые кислоты; нуклеотиды; ДНК; РНК, виды РНК, АТФ.

Выводы

Носителями наследственной информации о веек признаках любого живого организма являются нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). АТФ — нуклеотид, который служит универсальным накопителем и источником энергии во всех клетках живых организмов на Земле.

ДУМАЙ, ДЕЛАЙ ВЫВОДЫ, ДЕЙСТВУЙ

Проверь свои знания

1. Какие вещества являются носителями наследственной информации о признаках живого организма?
2. Каково строение молекулы ДНК?
3. Что такое репликация?
4. В чём различие в строении молекул ДНК и РНК?

Выполни задания

1. Назовите виды нуклеиновых кислот и их функции.
2. Назовите основные процессы, для осуществления которых необходима энергия АТФ.

Обсуди с товарищами

Почему в клетках живых организмов имеется как минимум три вида РНК и только один вид ДНК?

Выскажи мнение

Чем, по вашему мнению, определяется функция АТФ как универсального накопителя и источника энергии?