Perché le molecole proteiche sono nucleiche. Cosa è venuto prima: acido nucleico o proteina?

Domanda 1. Quali processi studiano gli scienziati a livello molecolare?
Studiato a livello molecolare i processi più importanti funzioni vitali dell'organismo: crescita e sviluppo, metabolismo e conversione, immagazzinamento e trasmissione dell'energia informazioni ereditarie, variabilità. Un'unità elementare a livello molecolare è un gene: un frammento di una molecola di acido nucleico in cui una certa quantità di informazioni biologiche è registrata in senso qualitativo e quantitativo.

Domanda 2. Quali elementi predominano nella composizione degli organismi viventi?
Un organismo vivente contiene più di 70-80 elementi chimici, ma predominano carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto e fosforo.

Domanda 3. Perché le molecole di proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi sono considerate biopolimeri solo nella cellula?
Le molecole di proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi sono polimeri perché sono costituiti da monomeri ripetuti. Ma solo in un sistema vivente (cellula, organismo) queste sostanze manifestano la loro essenza biologica, avendone una serie proprietà specifiche ed eseguendo molti funzioni essenziali. Pertanto, nei sistemi viventi tali sostanze sono chiamate biopolimeri. Al di fuori del sistema vivente, queste sostanze perdono la loro proprietà biologiche proprietà e non sono biopolimeri.

Domanda 4. Cosa si intende per universalità delle molecole di biopolimeri?
Indipendentemente dal livello di complessità e dalle funzioni svolte nella cellula, tutti i biopolimeri lo hanno le seguenti caratteristiche:
le loro molecole hanno pochi rami lunghi, ma molti corti;
le catene polimeriche sono forti e non si spezzano spontaneamente;
capace di trasportare una varietà di gruppi funzionali e frammenti molecolari che forniscono attività funzionale biochimica, cioè la capacità di effettuare reazioni e trasformazioni biochimiche necessarie per la cellula nell'ambiente della soluzione intracellulare;
avere flessibilità sufficiente per formare strutture spaziali molto complesse necessarie per svolgere funzioni biochimiche, cioè per il funzionamento delle proteine ​​come macchine molecolari, degli acidi nucleici come molecole di programmazione, ecc.;
Connessioni SN E Biopolimeri C-C, nonostante la loro forza, sono anche batterie di energia elettronica.
La proprietà principale dei biopolimeri è la linearità delle catene polimeriche, poiché solo le strutture lineari sono facilmente codificate e “assemblate” dai monomeri. Inoltre, se il filo polimerico ha flessibilità, allora è abbastanza facile formare da esso la struttura spaziale desiderata, e dopo che la macchina molecolare costruita in questo modo si è svalutata e si è rotta, può essere facilmente smontata nei suoi elementi componenti per usarli di nuovo. La combinazione di queste proprietà si trova solo nei polimeri a base di carbonio. Tutti i biopolimeri nei sistemi viventi sono in grado di svolgere determinate proprietà e svolgere molte funzioni importanti. Le proprietà dei biopolimeri dipendono dal numero, dalla composizione e dall'ordine di disposizione dei monomeri che li costituiscono. La capacità di modificare la composizione e la sequenza dei monomeri nella struttura polimerica consente l’esistenza di un’enorme varietà di opzioni biopolimeriche, indipendentemente dalla specie dell’organismo. In tutti gli organismi viventi, i biopolimeri sono costruiti secondo un unico piano.

Gli scienziati americani sono riusciti a creare una molecola che potrebbe essere l'antenato dei moderni portatori molecolari di informazioni ereditarie in una cellula vivente: gli acidi nucleici. Si chiamava TNK perché contiene lo zucchero tetrosio a quattro atomi di carbonio. Si presume che nel processo di evoluzione il DNA e l'RNA che conosciamo provengano da esso.

Fino ad ora, gli scienziati coinvolti nella ricostruzione degli eventi accaduti sulla Terra circa quattro miliardi di anni fa non possono rispondere a una domanda semplice e allo stesso tempo molto importante: come è apparso il desossiribo? acido nucleico, o, più semplicemente, DNA?

Dopotutto, senza questa molecola, le prime cellule viventi (o i loro predecessori) non potevano immagazzinare informazioni sulla struttura delle proteine, necessarie per l'autoriproduzione. Cioè, senza il DNA, la vita semplicemente non sarebbe in grado di diffondersi sul nostro pianeta, sia nello spazio che nel tempo.

Numerosi esperimenti hanno dimostrato che il DNA stesso non può assemblarsi, indipendentemente dalle condizioni in cui vengono collocati tutti i suoi “pezzi di ricambio”. Per creare questa molecola è necessaria l'attività di diverse dozzine di proteine ​​enzimatiche. E se è così, allora nel ragionamento degli evoluzionisti si crea immediatamente un circolo vizioso, come il problema del primato dell'uovo e della gallina: da dove potrebbero provenire gli enzimi se non esiste il DNA stesso? Dopotutto, le informazioni sulla loro struttura sono registrate proprio in questa complessa molecola.

Vero, dentro Ultimamente Alcuni biologi molecolari offrono una via d’uscita da questa impasse: credono che le informazioni ereditarie fossero precedentemente immagazzinate in un DNA “fratello”, acido ribonucleico o RNA. Ebbene questa molecola, in determinate condizioni, è capace di autocopiarsi, e numerosi esperimenti lo confermano (puoi leggere di più nell'articolo “In principio c'era... l'acido ribonucleico”).

Sembra che sia stata trovata una soluzione: in primo luogo, i ribozimi (le cosiddette molecole di RNA con attività enzimatica) si sono copiati e, lungo il percorso, mutando, hanno “acquisito” informazioni su nuove proteine ​​utili. Dopo qualche tempo, queste informazioni si accumularono così tante che l’RNA ne “capì” una cosa semplice- ora non hai più bisogno di fare abbastanza da solo lavoro difficile mediante autocopiatura. E presto il successivo ciclo di mutazioni trasformò l'RNA in un DNA più complesso, ma allo stesso tempo stabile, che non si occupava più di tali "sciocchezze".

Tuttavia, non è stata trovata una risposta definitiva alla domanda su come apparivano gli acidi nucleici. Perché non era ancora chiaro come fosse apparso il primo RNA con la capacità di copiare se stesso. Dopotutto, anche lui, come hanno dimostrato gli esperimenti, non è in grado di autoassemblarsi: anche per questo la sua molecola è molto complessa.

Alcuni biologi molecolari, tuttavia, suggerirono che forse in quei tempi lontani avrebbe potuto esistere un altro acido nucleico, di struttura più semplice del DNA e dell'RNA. Ed è stata proprio questa la molecola che inizialmente ha immagazzinato le informazioni.

Tuttavia, è abbastanza difficile verificare tale ipotesi, poiché attualmente non ci sono altri "custodi" di informazioni dal gruppo di questi acidi, ad eccezione del DNA e dell'RNA. Tuttavia, metodi moderni la biochimica consente di ricreare un tale composto e quindi di testare sperimentalmente se è adatto o meno al ruolo di “molecola principale della vita”.

E recentemente, gli scienziati dell'Università dell'Arizona (USA) hanno suggerito che l'antenato comune del DNA e dell'RNA potrebbe essere il TNA, o acido tetrosonucleico. Si differenzia dai suoi discendenti in quanto il "ponte zucchero-fosfato" di questa sostanza, che tiene insieme le basi azotate (o nucleotidi), non contiene pentoso, uno zucchero a cinque atomi di carbonio, ma un tetrosio a quattro atomi di carbonio. E questo tipo di zucchero è molto più semplice degli anelli a cinque atomi di carbonio del DNA e dell'RNA. E, soprattutto, possono essere assemblati da soli: da due pezzi identici a due carbonio.

I biochimici americani hanno provato a creare diverse molecole corte di tetrosio e nel processo hanno scoperto che ciò non richiedeva l'uso di un apparato enzimatico massiccio e complesso - in determinate condizioni, l'acido veniva raccolto in una soluzione satura da "pezzi di ricambio" utilizzando solo due enzimi.

Cioè, potrebbe davvero apparire all'inizio della formazione della vita. E finché i primi organismi viventi non furono in grado di acquisire un apparato enzimatico capace di sintetizzare RNA e DNA, era il TNC a essere il custode delle informazioni ereditarie.

Ma questa molecola potrebbe, in linea di principio, svolgere un ruolo così importante? Ora è impossibile testarlo direttamente, poiché non esistono proteine ​​in grado di leggere informazioni dai TNC. Tuttavia, i biologi molecolari dell’Arizona hanno deciso di prendere una strada diversa. Hanno condotto un esperimento interessante: hanno provato a collegare tra loro i filamenti di DNA e TNC. Il risultato fu una molecola ibrida: al centro della catena del DNA c'era un frammento di TNA lungo 70 nucleotidi. È interessante notare che questa molecola era capace di replicarsi, cioè di autocopiarsi. E questa proprietà è la più importante per qualsiasi vettore di informazioni molecolari.

Inoltre, gli scienziati hanno dimostrato che la molecola di TNA può facilmente combinarsi con una proteina e, di conseguenza, ottenere proprietà enzimatiche. I ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti che hanno dimostrato che il TNC può produrre una struttura che si lega specificamente alla proteina trombina: su una catena di DNA si è formata una catena di TNC, ma dopo che il DNA si è allontanato, non ha perso le caratteristiche della sua struttura e ha continuato per trattenere specificamente le proteine.

Il frammento TNK era lungo 70 nucleotidi, il che è sufficiente per creare “sedi” uniche per le proteine ​​enzimatiche. Cioè, qualcosa come un ribozima potrebbe essere ottenuto anche dai TNC (vi ricordo che è costituito da RNA associato a una proteina).

Quindi, gli esperimenti hanno dimostrato che TNK potrebbe essere l'antenato del DNA e dell'RNA. Quest'ultimo potrebbe essersi formato un po' prima a seguito di una serie di mutazioni che portarono alla sostituzione del tetroso con il pentoso. E poi, con l'aiuto della selezione naturale, si è scoperto che l'acido ribonucleico è più stabile e stabile del suo predecessore tetrosio (i tetrosi sono infatti molto instabili per un numero di influenze chimiche). E così il discendente ha estromesso in modo competitivo il suo antenato dalla nicchia di portatore di informazioni molecolari.

La domanda sorge spontanea: le multinazionali avrebbero potuto avere qualche antenato che conteneva uno zucchero più semplice del tetrosio? Molto probabilmente no, ed ecco perché. Solo a partire da quattro atomi di carbonio, gli zuccheri possono formare strutture cicliche; i carboidrati a tre atomi di carbonio non sono in grado di farlo. Bene, senza questo, l'acido nucleico non si forma: solo le molecole di zucchero cicliche sono in grado di trattenere tutti gli altri componenti di questa sostanza. Quindi sembra che TNK sia stato davvero il primo.

Va notato che gli autori dell'opera non affermano affatto che "è esattamente così che è successo". A rigor di termini, hanno solo dimostrato la possibilità dell'esistenza di una forma ancestrale di acidi ribonucleici, come il TNA (che, tra l'altro, è in mondo moderno V ambiente naturale non avviene). Il valore della scoperta sta nel fatto che è stato mostrato uno dei probabili percorsi di evoluzione dei portatori molecolari dell'informazione ereditaria. Bene, e finalmente la vecchia disputa su cosa sia venuto prima: acido nucleico o proteine ​​è stata risolta...

Quali elementi predominano negli organismi viventi?
Perché le molecole di proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi sono considerate biopolimeri solo nella cellula?
Cosa si intende con la parola universalità delle molecole dei biopolimeri?

1.Quale sostanza è altamente solubile in acqua? a) fibre b) proteine ​​c) glucosio d) lipidi 2. Le molecole proteiche differiscono l'una dall'altra

a) sequenza di alternanza di aminoacidi

b) il numero di amminoacidi nella molecola

c) la forma della struttura terziaria

d) tutte le caratteristiche specificate

3. In quali casi è indicata correttamente la composizione di un nucleotide del DNA?

a) ribosio, residuo di acido fosforico, timina

b) acido fosforico, uracile, desossiribosio

c) residuo di acido fosforico, desossiribosio, adenina

d) acido fosforico, ribosio, guanina

4. I monomeri degli acidi nucleici sono:

a) basi azotate

b) ribosio o desossiribosio

c) gruppi desossiribosio e fosfato

d) nucleotidi

5. Gli amminoacidi in una molecola proteica sono collegati tramite:

a) legame ionico

b) legame peptidico

V) legame idrogeno

G) legame covalente

6. Qual è la funzione dell'RNA di trasferimento?

a) trasferisce gli amminoacidi ai ribosomi

b) trasferisce informazioni dal DNA

c) forma ribosomi

d) tutte le funzioni elencate

7. Gli enzimi sono biocatalizzatori costituiti da:

a) proteine ​​b) nucleotidi c) lipidi c) grassi

8. I polisaccaridi includono:

a) amido, ribosio

b) glicogeno, glucosio

c) cellulosa, amido

d) amido, saccarosio

9. Il carbonio come elemento è incluso in:

a) proteine ​​e carboidrati

b) carboidrati e lipidi

c) carboidrati e acidi nucleici

d) tutti composti organici cellule

10. La cellula contiene DNA:

a) nel nucleo e nei mitocondri

b) nel nucleo, nel citoplasma e in vari organelli

c) nel nucleo, nei mitocondri e nel citoplasma

d) nel nucleo, nei mitocondri, nei cloroplasti

CHE COS'È UN MONOMETRO DEGLI ACIDI NUCLEICI? OPZIONI (AMINOACIDO, NUCLEOTIDE, MOLECOLA PROTEICA?) COSA È INCLUSO

COMPOSIZIONE NUCLEOTIDICA

OPZIONI: (AMINOACIDO, BASE AZOTATA, RESIDUO DI ACIDO FOSFORICO, CARBOIDRATO?)

Aiutami per favore!

1.La scienza che studia le cellule si chiama:
A) Genetica;
B) Selezione;
B) ecologia;
B) Citologia.
2. Sostanze organiche della cellula:
A) Acqua, minerali, grassi;
B) Carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici;
C) Carboidrati, minerali, grassi;
D) Acqua, minerali, proteine.
3. Di tutti materia organica La maggior parte della cellula è costituita da:
A) Proteine.
B) Carboidrati
B) Grassi
D) Acqua.
4. Sostituisci le parole evidenziate con una parola:
A) Piccole molecole di sostanze organiche formano molecole complesse nella cellula.
B) Costante componenti strutturali le cellule svolgono funzioni vitali per la cellula.
B) Altamente ordinato, semiliquido ambiente interno cellule garantisce l'interazione chimica di tutte le strutture cellulari.
D) Il principale pigmento fotosintetico conferisce il colore verde ai cloroplasti.
5. Accumulo e confezionamento composti chimici nella gabbia effettuano:
A) Mitocondri;
B) Ribosomi;
B) Lisosomi;
D) Complesso del Golgi.
6. Le funzioni della digestione intracellulare sono eseguite da:
A) Mitocondri;
B) Ribosomi;
B) Lisosomi;
D) Complesso del Golgi.
7. L'”assemblaggio” di una molecola proteica polimerica viene effettuato:
A) Mitocondri;
B) Ribosomi;
B) Lisosomi;
D) Complesso del Golgi.
8. Totalità reazioni chimiche in conseguenza della quale avviene la scomposizione delle sostanze organiche e il rilascio di energia si chiama:
A) Catabolismo;
B) anabolismo;
B) Metabolismo;
D) Assimilazione
9. "Tradimento" informazioni genetiche da una molecola di DNA creando mRNA è chiamato:
A) Trasmissione;
B) Trascrizione;
B) Biosintesi;
D) Glicolisi.
10. Il processo di formazione di sostanze organiche alla luce nei cloroplasti utilizzando acqua e diossido di carbonio sono chiamati:
A) Fotosintesi;
B) Trascrizione;
B) Biosintesi;
D) Glicolisi.
11. Il processo di decomposizione enzimatico e privo di ossigeno delle sostanze organiche è chiamato:
A) Fotosintesi;
B) Trascrizione;
B) Biosintesi;
D) Glicolisi.
12. Nomina le principali disposizioni della teoria cellulare.

Domanda 1. Quali processi studiano gli scienziati a livello molecolare?

A livello molecolare vengono studiati i processi più importanti della vita del corpo: la sua crescita e sviluppo, il metabolismo e la conversione dell'energia, l'immagazzinamento e la trasmissione delle informazioni ereditarie, la variabilità.

Domanda 2. Quali elementi predominano nella composizione degli organismi viventi?

Un organismo vivente contiene più di 70-80 elementi chimici, ma predominano carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto.

Domanda 3. Perché le molecole di proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi sono considerate biopolimeri solo nella cellula?

Le molecole di proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi sono polimeri perché sono costituiti da monomeri ripetuti. Ma solo in un sistema vivente (cellula, organismo) queste sostanze manifestano la loro essenza biologica, possedendo una serie di proprietà specifiche e svolgendo molte importanti funzioni. Pertanto, nei sistemi viventi tali sostanze sono chiamate biopolimeri. Al di fuori di un sistema vivente, queste sostanze perdono le loro proprietà biologiche e non sono biopolimeri.

Domanda 4. Cosa si intende per universalità delle molecole di biopolimeri?

Le proprietà dei biopolimeri dipendono dal numero, dalla composizione e dall'ordine di disposizione dei monomeri che li costituiscono. La capacità di modificare la composizione e la sequenza dei monomeri nella struttura polimerica consente l’esistenza di un’enorme varietà di opzioni biopolimeriche, indipendentemente dalla specie dell’organismo. In tutti gli organismi viventi, i biopolimeri sono costruiti secondo un unico piano.

1.1. Livello molecolare: caratteristiche generali

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