Hvorfor er nukleinproteinmolekyler. Hvad kom først: nukleinsyre eller protein?

Spørgsmål 1. Hvilke processer studerer videnskabsmænd på molekylært niveau?
Studerede på molekylært niveau kritiske processer kroppens vitale funktioner: dens vækst og udvikling, metabolisme og energiomdannelse, lagring og transmission arvelige oplysninger, variabilitet. En elementær enhed på molekylært niveau er et gen - et fragment af et nukleinsyremolekyle, hvori en vis mængde biologisk information er registreret i kvalitativ og kvantitativ forstand.

Spørgsmål 2. Hvilke elementer dominerer i sammensætningen af ​​levende organismer?
En levende organisme indeholder mere end 70-80 kemiske grundstoffer, men kulstof, ilt, brint, nitrogen og fosfor dominerer.

Spørgsmål 3. Hvorfor betragtes molekyler af proteiner, nukleinsyrer, kulhydrater og lipider kun som biopolymerer i cellen?
Molekyler af proteiner, nukleinsyrer, kulhydrater og lipider er polymerer, fordi de består af gentagne monomerer. Men kun i et levende system (celle, organisme) manifesterer disse stoffer deres biologiske essens, idet de har en række specifikke egenskaber og udfører mange væsentlige funktioner. Derfor kaldes sådanne stoffer i levende systemer biopolymerer. Uden for det levende system mister disse stoffer deres biologiske egenskaber egenskaber og er ikke biopolymerer.

Spørgsmål 4. Hvad menes med universaliteten af ​​biopolymermolekyler?
Uanset niveauet af kompleksitet og funktioner, der udføres i cellen, har alle biopolymerer følgende funktioner:
deres molekyler har få lange grene, men mange korte;
polymerkæder er stærke og bryder ikke spontant fra hinanden;
i stand til at bære en række funktionelle grupper og molekylære fragmenter, der tilvejebringer biokemisk funktionel aktivitet, dvs. evnen til at udføre biokemiske reaktioner og transformationer, der er nødvendige for cellen i det intracellulære opløsningsmiljø;
have tilstrækkelig fleksibilitet til at danne meget komplekse rumlige strukturer, der er nødvendige for at udføre biokemiske funktioner, dvs. til driften af ​​proteiner som molekylære maskiner, nukleinsyrer som programmeringsmolekyler, etc.;
S-N forbindelser Og C-C biopolymerer, på trods af deres styrke, er de også batterier af elektronisk energi.
Hovedegenskaben ved biopolymerer er lineariteten af ​​polymerkæder, da kun lineære strukturer let kodes og "samles" fra monomerer. Derudover, hvis polymertråden er fleksibel, er det ret nemt at danne den ønskede rumlige struktur ud fra det, og efter at den molekylære maskine, der er konstrueret på denne måde, er afskrevet og går i stykker, kan den let adskilles i dets komponentelementer for at bruge dem igen. Kombinationen af ​​disse egenskaber findes kun i kulstofbaserede polymerer. Alle biopolymerer i levende systemer er i stand til at opfylde visse egenskaber og udføre mange vigtige funktioner. Biopolymerernes egenskaber afhænger af antallet, sammensætningen og rækkefølgen af ​​deres monomerer. Evnen til at ændre sammensætningen og sekvensen af ​​monomerer i polymerstrukturen tillader eksistensen af ​​et stort udvalg af biopolymer-muligheder, uanset arten af ​​organismen. I alle levende organismer bygges biopolymerer efter en enkelt plan.

Amerikanske videnskabsmænd formåede at skabe et molekyle, der kunne være forfaderen til moderne molekylære bærere af arvelig information i en levende celle - nukleinsyrer. Den blev kaldt TNK, fordi den indeholder sukkeret tetrose med fire kulstofatomer. Det antages, at i evolutionsprocessen kom det DNA og RNA, vi kender, fra det.

Indtil nu har videnskabsmænd involveret i rekonstruktionen af ​​begivenheder, der fandt sted på Jorden for omkring fire milliarder år siden, ikke kunne besvare et enkelt og samtidig meget vigtigt spørgsmål - hvordan opstod deoxyribo? nukleinsyre eller mere enkelt DNA?

Uden dette molekyle kunne de første levende celler (eller deres forgængere) trods alt ikke lagre information om strukturen af ​​proteiner, som er nødvendig for selvreproduktion. Det vil sige, at uden DNA ville livet simpelthen ikke kunne sprede sig over vores planet, både i rum og tid.

Adskillige eksperimenter har vist, at DNA i sig selv ikke kan samles, uanset hvilke forhold du placerer alle dets "reservedele". For at skabe dette molekyle er aktiviteten af ​​flere dusin enzymproteiner nødvendig. Og hvis det er tilfældet, så opstår der straks en ond cirkel i evolutionisternes ræsonnement, som problemet med hønens og æggets forrang: hvor kan enzymer komme fra, hvis der ikke er noget DNA i sig selv? Når alt kommer til alt er information om deres struktur optaget præcist i dette komplekse molekyle.

Sandt nok, i På det sidste Nogle molekylærbiologer tilbyder en vej ud af dette dødvande: de mener, at arvelig information tidligere blev lagret i et "søster"-DNA, ribonukleinsyre eller RNA. Nå, dette molekyle er under visse betingelser i stand til at kopiere sig selv, og adskillige eksperimenter bekræfter dette (du kan læse mere om dette i artiklen "I begyndelsen var der ... ribonukleinsyre").

Det ser ud til, at en løsning blev fundet - først kopierede ribozymer (de såkaldte RNA-molekyler med enzymatisk aktivitet) sig selv og undervejs muterede, "erhvervede" information om nye nyttige proteiner. Efter nogen tid akkumulerede denne information så meget, at RNA "forstod" en simpel ting- nu behøver du ikke længere gøre nok selv vanskeligt arbejde ved selvkopiering. Og snart gjorde den næste cyklus af mutationer RNA til mere komplekst, men samtidig stabilt DNA, som ikke længere gjorde sådan noget "sludder".

Der er dog ikke fundet et endegyldigt svar på spørgsmålet om, hvordan nukleinsyrer optrådte. Fordi det stadig var uklart, hvordan det allerførste RNA med evnen til at kopiere sig selv fremstod. Når alt kommer til alt, er selv det, som eksperimenter har vist, ikke i stand til at samle sig selv - dets molekyle er også meget komplekst til dette.

Nogle molekylærbiologer foreslog imidlertid, at der måske i disse fjerne tider kunne have været en anden nukleinsyre, mere enkel i struktur end DNA og RNA. Og det var hende, der først var molekylet, der lagrede information.

Det er dog ret svært at verificere en sådan antagelse, da der i øjeblikket ikke er andre "holdere" af information fra gruppen af ​​disse syrer, undtagen DNA og RNA. Alligevel, moderne metoder biokemi gør det muligt at genskabe en sådan forbindelse, og derefter eksperimentelt teste, om den er egnet til rollen som "livets hovedmolekyle" eller ej.

Og for nylig foreslog forskere fra University of Arizona (USA), at den fælles forfader til DNA og RNA kunne være TNA eller tetrosonukleinsyre. Den adskiller sig fra dens efterkommere ved, at "sukker-phosphat-broen" af dette stof, som holder sammen nitrogenholdige baser (eller nukleotider), ikke indeholder pentose - et sukker med fem kulstofatomer, men en fire-carbon tetrose. Og denne type sukker er meget enklere end de fem-carbon ringe af DNA og RNA. Og vigtigst af alt kan de samles selv - fra to identiske to-carbon-stykker.

Amerikanske biokemikere forsøgte at skabe flere korte molekyler af tetrose og fandt i processen ud af, at dette ikke krævede brug af et massivt og komplekst enzymatisk apparat - under visse forhold blev syren opsamlet i en mættet opløsning fra "reservedele" ved hjælp af kun to enzymer.

Det vil sige, at det virkelig kunne have dukket op helt i begyndelsen af ​​livets dannelse. Og indtil de første levende organismer var i stand til at erhverve et enzymatisk apparat, der var i stand til at syntetisere RNA og DNA, var det TNC, der var vogter af arvelig information.

Men kunne dette molekyle i princippet spille en så vigtig rolle? Nu er det umuligt at teste dette direkte, da der ikke er nogen proteiner, der er i stand til at læse information fra TNC'er. Arizonas molekylærbiologer besluttede sig dog for at tage en anden vej. De udførte et interessant eksperiment - de forsøgte at forbinde DNA- og TNC-strenge med hinanden. Resultatet blev et hybridmolekyle - i midten af ​​DNA-kæden var der et fragment af TNA på 70 nukleotider. Interessant nok var dette molekyle i stand til replikation, det vil sige selvkopiering. Og denne egenskab er den vigtigste for enhver molekylær informationsbærer.

Desuden har forskere vist, at TNA-molekylet nemt kan kombineres med et protein og dermed opnå enzymatiske egenskaber. Forskerne udførte en række eksperimenter, der viste, at TNC kunne producere en struktur, der specifikt binder til proteinet thrombin: en TNC-kæde blev dannet på en DNA-kæde, men efter at DNA'et forlod, mistede det ikke funktionerne i sin struktur og fortsatte til specifikt at holde på proteinet.

TNK-fragmentet var 70 nukleotider langt, hvilket er nok til at skabe unikke "sæder" for enzymproteiner. Det vil sige, noget som et ribozym kunne også fås fra TNC'er (lad mig minde dig om, at det består af RNA forbundet med et protein).

Så eksperimenter har vist, at TNK godt kunne være stamfader til DNA og RNA. Sidstnævnte kan være dannet noget tidligere som følge af en række mutationer, der førte til erstatning af tetrose med pentose. Og så, ved hjælp af naturlig selektion, viste det sig, at ribonukleinsyre er mere stabil og stabil end sin tetrose-forgænger (tetroser er faktisk meget ustabile overfor en række kemiske påvirkninger). Og dermed fordrev efterkommeren konkurrencedygtigt sin forfader fra nichen af ​​en molekylær informationsbærer.

Spørgsmålet opstår: kunne TNC'er have haft en forfader, der indeholdt et enklere sukker end tetrose? Mest sandsynligt ikke, og her er hvorfor. Kun ved at starte med fire kulstofatomer kan sukkerarter danne cykliske strukturer. kulhydrater med tre kulhydrater er ikke i stand til at gøre dette. Nå, uden dette dannes nukleinsyre ikke - kun cykliske sukkermolekyler er i stand til at holde alle de andre komponenter af dette stof. Så det ser ud til, at TNK faktisk var den første.

Det skal bemærkes, at forfatterne af værket slet ikke hævder, at "det er præcis sådan det skete." Strengt taget beviste de kun muligheden for eksistensen af ​​en forfædres form af ribonukleinsyrer, såsom TNA (som i øvrigt er i moderne verden V naturligt miljø forekommer ikke). Værdien af ​​opdagelsen ligger i det faktum, at en af ​​de sandsynlige udviklingsveje for molekylære bærere af arvelig information blev vist. Nå, og endelig, den gamle strid om, hvad der kom først - nukleinsyre eller protein er blevet løst...

Hvilke grundstoffer dominerer i levende organismer?
Hvorfor betragtes molekyler af proteiner, nukleinsyrer, kulhydrater og lipider kun som biopolymerer i cellen?
Hvad menes med ordet universalitet af biopolymermolekyler?

1. Hvilket stof er meget opløseligt i vand? a) fiber b) protein c) glucose d) lipider 2. Proteinmolekyler adskiller sig fra hinanden

a) sekvens af alternering af aminosyrer

b) antallet af aminosyrer i molekylet

c) formen af ​​den tertiære struktur

d) alle de specificerede funktioner

3. I hvilket tilfælde er sammensætningen af ​​et DNA-nukleotid korrekt angivet?

a) ribose, phosphorsyrerest, thymin

b) phosphorsyre, uracil, deoxyribose

c) phosphorsyrerest, deoxyribose, adenin

d) phosphorsyre, ribose, guanin

4. Monomerer af nukleinsyrer er:

a) nitrogenholdige baser

b) ribose eller deoxyribose

c) deoxyribose- og fosfatgrupper

d) nukleotider

5. Aminosyrer i et proteinmolekyle er forbundet gennem:

a) ionbinding

b) peptidbinding

V) hydrogenbinding

G) kovalent binding

6. Hvad er funktionen af ​​transfer-RNA?

a) overfører aminosyrer til ribosomer

b) overfører information fra DNA

c) danner ribosomer

d) alle listede funktioner

7. Enzymer er biokatalysatorer bestående af:

a) proteiner b) nukleotider c) lipider c) fedtstoffer

8. Polysaccharider omfatter:

a) stivelse, ribose

b) glykogen, glucose

c) cellulose, stivelse

d) stivelse, saccharose

9. Kulstof som grundstof er inkluderet i:

a) proteiner og kulhydrater

b) kulhydrater og lipider

c) kulhydrater og nukleinsyrer

d) alle organiske forbindelser celler

10. Cellen indeholder DNA:

a) i kernen og mitokondrierne

b) i kernen, cytoplasmaet og forskellige organeller

c) i kernen, mitokondrier og cytoplasma

d) i kernen, mitokondrier, kloroplaster

HVAD ER ET NUKLEINSYRE-MONOMETER? MULIGHEDER (AMINOSYRE, NUKLEOTID, PROTEINMOLEKYLE?) HVAD ER INKLUDERET

NUCLEOTID SAMMENSÆTNING

VALGMULIGHEDER: (AMINOSYRE, NITROGENBASE, FOSFORSYRE, KULHYDRAT?)

Hjælp mig!

1. Videnskaben, der studerer celler, kaldes:
A) Genetik;
B) Udvælgelse;
B) økologi;
B) Cytologi.
2. Organiske stoffer i cellen:
A) Vand, mineraler, fedtstoffer;
B) Kulhydrater, lipider, proteiner, nukleinsyrer;
C) Kulhydrater, mineraler, fedtstoffer;
D) Vand, mineraler, proteiner.
3. Af alle organisk stof Hovedparten af ​​cellen består af:
A) Proteiner.
B) Kulhydrater
B) Fedtstoffer
D) Vand.
4. Erstat de fremhævede ord med ét ord:
A) Små molekyler af organiske stoffer danner komplekse molekyler i cellen.
B) Konstant strukturelle komponenter celler udfører vigtige funktioner for cellen.
B) Højordnet, semi-flydende indre miljø celler sikrer den kemiske interaktion af alle cellulære strukturer.
D) Det primære fotosyntetiske pigment giver den grønne farve til kloroplaster.
5. Akkumulering og emballering kemiske forbindelser i buret udfører de:
A) Mitokondrier;
B) Ribosomer;
B) Lysosomer;
D) Golgi-kompleks.
6. Funktionerne af intracellulær fordøjelse udføres af:
A) Mitokondrier;
B) Ribosomer;
B) Lysosomer;
D) Golgi-kompleks.
7. "Samling" af et polymert proteinmolekyle udføres:
A) Mitokondrier;
B) Ribosomer;
B) Lysosomer;
D) Golgi-kompleks.
8. Helhed kemiske reaktioner som et resultat af hvilken nedbrydning af organiske stoffer sker og frigivelse af energi kaldes:
A) Katabolisme;
B) anabolisme;
B) Metabolisme;
D) Assimilering
9. "snyd" genetisk information fra et DNA-molekyle ved at skabe mRNA kaldes:
A) Udsendelse;
B) Transskription;
B) Biosyntese;
D) Glykolyse.
10. Processen med dannelse af organiske stoffer i lys i kloroplaster ved hjælp af vand og carbondioxid hedder:
A) Fotosyntese;
B) Transskription;
B) Biosyntese;
D) Glykolyse.
11. Den enzymatiske og iltfrie nedbrydningsproces af organiske stoffer kaldes:
A) Fotosyntese;
B) Transskription;
B) Biosyntese;
D) Glykolyse.
12. Nævn de vigtigste bestemmelser i celleteorien.

Spørgsmål 1. Hvilke processer studerer videnskabsmænd på molekylært niveau?

På molekylært niveau studeres de vigtigste processer i kroppens liv: dens vækst og udvikling, metabolisme og energiomdannelse, lagring og transmission af arvelig information, variabilitet.

Spørgsmål 2. Hvilke elementer dominerer i sammensætningen af ​​levende organismer?

En levende organisme indeholder mere end 70-80 kemiske grundstoffer, men kulstof, ilt, brint og nitrogen dominerer.

Spørgsmål 3. Hvorfor betragtes molekyler af proteiner, nukleinsyrer, kulhydrater og lipider kun som biopolymerer i cellen?

Molekyler af proteiner, nukleinsyrer, kulhydrater og lipider er polymerer, fordi de består af gentagne monomerer. Men kun i et levende system (celle, organisme) manifesterer disse stoffer deres biologiske essens, besidder en række specifikke egenskaber og udfører mange vigtige funktioner. Derfor kaldes sådanne stoffer i levende systemer biopolymerer. Uden for et levende system mister disse stoffer deres biologiske egenskaber og er ikke biopolymerer.

Spørgsmål 4. Hvad menes med universaliteten af ​​biopolymermolekyler?

Biopolymerernes egenskaber afhænger af antallet, sammensætningen og rækkefølgen af ​​deres monomerer. Evnen til at ændre sammensætningen og sekvensen af ​​monomerer i polymerstrukturen tillader eksistensen af ​​et stort udvalg af biopolymer-muligheder, uanset arten af ​​organismen. I alle levende organismer bygges biopolymerer efter en enkelt plan.

1.1. Molekylært niveau: generelle karakteristika

4,4 (87,5%) 8 stemmer

Søgte på denne side:

• hvilke processer studerer videnskabsmænd på molekylært niveau?
• hvad der menes med universaliteten af ​​biopolymermolekyler
• hvilke grundstoffer der dominerer i levende organismer
• hvorfor molekyler af proteiner, nukleinsyrer, kulhydrater og lipider kun betragtes som biopolymerer i cellen
• hvorfor molekyler proteiner nukleinsyrer kulhydrater og lipider