Почему молекулы белков нуклеиновых. Что было раньше: нуклеиновая кислота или белок

Вопрос 1. Какие процессы исследуют ученые на молекулярном уровне?
На молекулярном уровне изучаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: его рост и развитие, обмен веществ и превращение энергии, хранение и передача наследственной информации, изменчивость. Элементарной единицей на молекулярном уровне служит ген – фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записан определённый в качественном и количественном отношении объём биологической информации.

Вопрос 2. Какие элементы преобладают в составе живых организмов?
В составе живого организма насчитывают более 70-80 химических элементов, однако преобладают углерод, кислород, водород, азот и фосфор.

Вопрос 3. Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке?
Молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов являются полимерами, так как состоят из повторяющихся мономеров. Но лишь в живой системе (клетке, организме) эти вещества проявляют свою биологическую сущность, обладая рядом специфических свойств и выполняя множество важнейших функций. Поэтому в живых системах такие вещества называют биополимерами. Вне живой системы эти вещества теряют свои биологические свойства свойства и не являются биополимрами.

Вопрос 4. Что понимается под универсальностью молекул биополимеров?
Независимо от уровня сложности и выполняемых в клетке функций все биополимеры обладают следующими особенностями:
в их молекулах мало длинных ответвлений, но много коротких;
полимерные цепи прочны и не распадаются самопроизвольно на части;
способны нести разнообразные функциональные группы и молекулярные фрагменты, обеспечивающие биохимическую функциональную активность, т. е. способность осуществлять нужные клетке биохимические реакции и превращения в среде внутриклеточного раствора;
обладают гибкостью, достаточной для образования очень сложных пространственных структур, необходимых для выполнения биохимических функций, т. е. для работы белков как молекулярных машин, нуклеиновых кислот как программирующих молекул и т.д.;
связи С-Н и С-С биополимеров, несмотря на их прочность, одновременно являются аккумуляторами электронной энергии.
Главным свойством биополимеров является линейность полимерных цепей, так как только линейные структуры легко кодируются и «собираются» из мономеров. Кроме того, если полимерная нить обладает гибкостью, то из нее довольно просто образовать нужную пространственную конструкцию, а после тот как построенная таким образом молекулярная машина амортизируется, сломается, ее легко разобрать на составные элементы, чтобы снова их использовать. Сочетание этих свойств имеется только в полимерах на углеродной основе. Все биополимеры в живых системах способны выполнять определённые свойства и выполнять множество важнейших функций. Свойства биополимеров зависят от числа, состава и порядка расположения составляющих их мономеров. Возможность изменения состава и последовательности мономеров в структуре полимера позволяет существовать огромному разнообразию вариантов биополимеров, независимо от видовой принадлежности организма. У всех живых организмов биополимеры построены по единому плану.

Американским ученым удалось создать молекулу, которая могла быть предком современных молекулярных носителей наследственной информации в живой клетке - нуклеиновых кислот. Ее назвали ТНК, поскольку в состав этого вещества входит четырехуглеродный сахар тетроза. Предполагается, что в процессе эволюции именно от нее произошли известные нам ДНК и РНК.

До сих пор ученые, занимающиеся реконструкцией событий, произошедших на Земле около четырех миллиардов лет тому назад, не могут ответить на один простой и в то же время очень важный вопрос - каким образом появилась дезоксирибонуклеиновая кислота, или, если проще, ДНК?

Ведь без этой молекулы первые живые клетки (или их предшественники) не могли сохранять информацию о структуре белков, что необходимо для самовоспроизводства. То есть без ДНК жизнь просто не смогла бы распространиться по нашей планете, как в пространстве, так и во времени.

Многочисленные опыты показали, что сама по себе ДНК собраться не может, в какие условия не помещай все ее "запчасти". Для того, чтобы создать эту молекулу, необходима деятельность нескольких десятков белков-ферментов. А раз так, то сразу же в рассуждениях эволюционистов возникает порочный круг наподобие проблемы первичности курицы и яйца: откуда могли появиться ферменты, если нет самой ДНК? Ведь информация об их строении записана именно в этой сложной молекуле.

Правда, в последнее время некоторые молекулярные биологи предлагают выход из этого тупика: они считают, что прежде наследственная информация хранилась в "сестричке" ДНК, рибонуклеиновой кислоте, или РНК. Ну, а эта молекула в определенных условиях способна к самокопированию, и многочисленные эксперименты это подтверждают (подробнее об этом можно прочесть в статье "В начале была... рибонуклеиновая кислота").

Вроде бы выход был найден - сначала рибозимы (так называют молекулы РНК, обладающие ферментативной активностью) копировали сами себя и попутно, мутируя, "обзаводились" информацией о новых полезных белках. Через какое-то время этой информации накопилось столько, что РНК "поняла" одну простую вещь - теперь уже не нужно самой заниматься достаточно сложной работой по самокопированию. А вскоре следующий цикл мутаций превратил РНК в более сложную, но в то же время и стабильную ДНК, которая уже совсем не занималась такими "глупостями".

Однако все равно окончательный ответ на вопрос о том, каким образом появились нуклеиновые кислоты, найден не был. Поскольку все равно оставалось непонятным то, как появилась самая первая РНК, обладающая способностью копировать саму себя. Ведь даже она, как показали эксперименты, не способна к самосборке - ее молекула тоже весьма сложна для этого.

Некоторые молекулярные биологи правда, предполагали, что, возможно, в те далекие времена могла существовать другая нуклеиновая кислота, устроенная более просто, нежели ДНК и РНК. И именно она сначала и была молекулой, хранящей информацию.

Однако проверить подобное предположение достаточно сложно, поскольку в настоящее время никаких других "хранителей" информации из группы данных кислот, кроме ДНК и РНК, не существует. Тем не менее, современные методы биохимии позволяют воссоздать подобное соединение, а потом экспериментально проверить, подходит ли оно на роль "главной молекулы жизни" или нет.

И вот недавно ученые из Аризонского университета (США) предположили, что общим предком ДНК и РНК могла быть ТНК, или тетрозонуклеиновая кислота. Она отличается от своих потомков тем, что "сахарофосфатный мостик" этого вещества, скрепляющий азотистые основания (или нуклеотиды) содержит не пентозу - сахар из пяти атомов углерода, а четырехуглеродную тетрозу. А сахара данного типа намного проще, чем пятиуглеродные кольца ДНК и РНК. И, что самое главное, они могут собираться сами - из двух идентичных двухуглеродных кусков.

Американские биохимики попробовали создать несколько коротких молекул тетрозы и в процессе работы выяснили, что для этого вовсе не нужно задействовать массивный и сложный ферментативный аппарат - кислота при определенных условиях собиралась в насыщенном растворе из "запчастей" с помощью всего лишь двух ферментов.

То есть она действительно могла появиться в самом начале формирования жизни. И пока первые живые организмы не смогли обзавестись ферментативным аппаратом, способным синтезировать РНК и ДНК, то именно ТНК и была хранителем наследственной информации.

Но могла ли в принципе эта молекула выполнять столь ответственную роль? Сейчас напрямую это невозможно проверить, поскольку не существует белков, способных считывать с ТНК информацию. Однако аризонские молекулярные биологи решили пойти другим путем. Они провели любопытный эксперимент - попробовали соединить нити ДНК и ТНК друг с другом. В результате получилась гибридная молекула - в середине цепочки ДНК располагался фрагмент из ТНК длиной в 70 нуклеотидов. Интересно, что эта молекула была способна к репликации, то есть к самокопированию. А это свойство является важнейшим для любого молекулярного носителя информации.

Более того, ученые показали, что молекула ТНК вполне может соединяться с белком и, соответственно, получать при этом ферментативные свойства. Исследователи провели ряд опытов, которые продемонстрировали, что из ТНК могла получиться структура, специфично связывающаяся с белком тромбином: цепочка ТНК образовывалась на цепочке ДНК, но после ухода ДНК она не теряла особенностей своего строения и продолжала специфично удерживать белок.

Фрагмент ТНК имел в длину 70 нуклеотидов, чего вполне достаточно, чтобы создать уникальные "посадочные места" для белков-ферментов. То есть из ТНК тоже могло получиться что-то вроде рибозима (напомню, что его составляют РНК, связанные с белком).

Итак, опыты показали, что ТНК вполне могла быть предком ДНК и РНК. Последняя, возможно образовалась несколько раньше в результате серии мутаций, которые привели к замене тетрозы пентозой. А далее с помощью естественного отбора выяснилось, что рибонуклеиновая кислота более устойчива и стабильна, чем ее тетрозная предшественница (тетрозы действительно весьма неустойчивы к ряду химических воздействий). И таким образом потомок конкурентно вытеснил своего предка из ниши молекулярного носителя информации.

Возникает вопрос - а мог ли быть и у ТНК какой-нибудь предок, содержащий более простой, нежели тетроза, сахар в своем составе? Скорее всего, нет и вот почему. Только начиная с четырех атомов углерода сахара могут образовывать циклические структуры, трехуглеродные углеводы к этому неспособны. Ну, а без этого нуклеиновая кислота не образуется - лишь циклическим молекулам сахаров под силу удержать все остальные компоненты данного вещества. Так что, похоже, ТНК действительно была первой.

Следует заметить, что авторы работы вовсе не утверждают, что "все именно так и было". Строго говоря, они лишь доказали возможность существования предковой формы рибонуклеиновых кислот, такой, как ТНК (которая, кстати, в современном мире в естественной среде не встречается). Ценность открытия заключается в том, что был показан один из вероятных путей эволюции молекулярных носителей наследственной информации. Ну, и, наконец-то, разрешен старый спор о том, что же появилось раньше - нуклеиновая кислота или белок...

Какие элементы преобладают в состав живых организмов?
Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополиметры только в клетке?
Что понимается под словом универсальностью молекул биополиметров?

1.Какое из веществ хорошо растворимое в воде? а) клетчатка б) белок в) глюкоза г) липиды 2. Молекулы белков отличаются друг от

а) последовательностью чередования аминокислот

б) количеством аминокислот в молекуле

в) формой третичной структуры

г) всеми указанными особенностями

3. В каком случае правильно указан состав нуклеотида ДНК?

а) рибоза, остаток фосфорной кислоты, тимин

б) фосфорная кислота, урацил, дезоксирибоза

в) остаток фосфорной кислоты, дезоксирибоза, аденин

г) фосфорная кислота, рибоза, гуанин

4. Мономерами нуклеиновых кислот являются:

а) азотистые основания

б) рибоза или дезоксирибоза

в) дезоксирибоза и фосфатные группы

г) нуклеотиды

5. Аминокислоты в молекуле белка соединены посредством:

а) ионной связи

б) пептидной связи

в) водородной связи

г) ковалентной связи

6. Какую функцию выполняет транспортная РНК?

а) переносит аминокислоты на рибосомы

б) переносит информацию с ДНК

в) формирует рибосомы

г) все перечисленные функции

7. Ферменты – это биокатализаторы, состоящие из:

а) белков б) нуклеотидов в) липидов в) жиров

8. К полисахаридам относятся:

а) крахмал, рибоза

б) гликоген, глюкоза

в) целлюлоза, крахмал

г) крахмал, сахароза

9. Углерод как элемент входит в состав:

а) белков и углеводов

б) углеводов и липидов

в) углеводов и нуклеиновых кислот

г) всех органических соединений клетки

10. Клетка содержит ДНК:

а) в ядре и митохондриях

б) в ядре, цитоплазме и различных органоидах

в) в ядре, митохондриях и цитоплазме

г) в ядре, митохондриях, хлоропластах

ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ МОНОМЕТР НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ? ВАРИАНТЫ(АМИНОКИСЛОТА,НУКЛЕОТИД,МОЛЕКУЛА БЕЛКА?) ЧТО ВХОДИТ В

СОСТАВ НУКЛЕОТИДА

ВАРИАНТЫ:(АМИНОКИСЛОТА,АЗОТИСТОЕ ОСНОВАНИЕ,ОСТАТОК ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ,УГЛЕВОД?)

Помогите пожалуйста!

1.Наука изучающая клетки называется:
А) Генетика;
Б) Селекция;
В) экология;
В) Цитология.
2. Органические вещества клетки:
А) Вода, минеральные вещества, жиры;
Б) Углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты;
В) Углеводы, минеральные вещества, жиры;
Г) Вода, минеральные вещества, белки.
3. Из всех органических веществ основную массу в клетке составляют:
А) Белки.
Б)Углеводы
В) Жиры
Г) Вода.
4. Замените выделенные слова одним словом:
А) Малые молекулы органических веществ образуют в клетке сложные молекулы.
Б)Постоянные структурные компоненты клетки выполняют жизненно важные для клетки функции.
В) Высокоупорядоченная, полужидкая внутренняя среда клетки обеспечивает химическое взаимодействие всех клеточных структур.
Г)Главный фотосинтезирующий пигмент придаёт зелёную окраску хлоропластам.
5. Накопление и упаковку химических соединений в клеке осуществляют:
А) Митохондрии;
Б) Рибосомы;
В) Лизосомы;
Г) Комплекс Гольджи.
6. Функции внутриклеточного пищеварения выполняют:
А) Митохондрии;
Б) Рибосомы;
В) Лизосомы;
Г) Комплекс Гольджи.
7. «Сборку» полимерной молекулы белка производят:
А) Митохондрии;
Б) Рибосомы;
В) Лизосомы;
Г) Комплекс Гольджи.
8. Совокупность химических реакций в результате которых происходит распад органических веществ и высвобождение энергии называют:
А) Катаболизм;
Б) анаболизм;
В) Метаболизм;
Г) Ассимиляция
9. «Списывание» генетической информации с молекулы ДНК путём создания и-РНК называют:
А) Трансляцией;
Б) Транскрипцией;
В) Биосинтезом;
Г) Гликолизом.
10. Процес образования органических веществ на свету в хлоропластах с использованием воды и углекислого газа называют:
А) Фотосинтезом;
Б) Транскрипцией;
В) Биосинтезом;
Г) Гликолизом.
11. Ферментативный и бескислородный процесс распада органических веществ называют:
А) Фотосинтезом;
Б) Транскрипцией;
В) Биосинтезом;
Г) Гликолизом.
12. Назовите основные положения клеточной теории.

Вопрос 1. Какие процессы исследуют ученые на молекулярном уровне?

На молекулярном уровне изучаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: его рост и развитие, обмен ве­ществ и превращение энергии, хранение и передача наследственной информации, изменчивость.

Вопрос 2. Какие элементы преобладают в со­ставе живых организмов?

В составе живого организма насчитыва­ют более 70-80 химических элементов, однако преобладают углерод, кислород, водород и азот.

Вопрос 3. Почему молекулы белков, нукле­иновых кислот, углеводов и липидов рассматрива­ются как биополимеры только в клетке?

Молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов являются полимера­ми, так как состоят из повторяющихся мо­номеров. Но лишь в живой системе (клет­ке, организме) эти вещества проявляют свою биологическую сущность, обладая рядом специфических свойств и выполняя множество важнейших функций. Поэтому в живых системах такие вещества назы­вают биополимерами. Вне живой систе­мы эти вещества теряют свои биологи­ческие свойства и не являются биополиме­рами.

Вопрос 4. Что понимается под универсально­стью молекул биополимеров?

Свойства биополимеров зависят от чис­ла, состава и порядка расположения со­ставляющих их мономеров. Возможность изменения состава и последовательности мономеров в структуре полимера позво­ляет существовать огромному разнообра­зию вариантов биополимеров, независи­мо от видовой принадлежности организ­ма. У всех живых организмов биополиме­ры построены по единому плану.

1.1. Молекулярный уровень: общая характеристика

4.4 (87.5%) 8 votes

На этой странице искали:

• какие процессы исследуют учёные на молекулярном уровне
• что понимается под универсальностью молекул биополимеров
• какие элементы преобладают в составе живых организмов
• почему молекулы белков нуклеиновых кислот углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке
• почему молекулы белков нуклеиновых кислот углеводов и липидов