История жизни

<- Глава 1 Глава 3 ->

Часть 1. Кирпичики жизни. Из чего все сделано.

 

    Глава 2. Аминокислоты 

В 1868 году из клеточных ядер было выделено новое вещество, вначале получившее название нуклеин (по латыни нуклеус означает ядро). Когда были установлены его кислотные свойства, вещество получило название нуклеиновая кислота. Исследования его показали, что в организмах содержатся два вида нуклеиновой кислоты – рибонуклеиновая кислота РНК и дезоксирибонуклеиновая кислота ДНК.

Их сложные молекулы представляют собой цепочки нуклеотидов. Нуклеотид РНК состоит из сахара рибозы, к которому присоединены нуклеотидное основание и фосфатная группа. Основания бывают четырех видов, соответственно, и РНК состоит из четырех разных нуклеотидов. Фосфатная группа соединяет рибозы в цепочку – первичная структура, а цепочка скручивается в спираль – вторичная структура. Спираль упаковывается в хромосому – третичная структура.

Обратим внимание на следующее отличие нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты помимо четырех элементов-органогенов (C, H, O, N) содержат фосфор, которого нет в белках. Зато в белках встречается сера, которой нет в аминокислотах. Это говорит о том, что два этих основных типа органических соединений формировались в разных условиях, а их объединение произошло позднее.

Как видим, ДНК и РНК состоят из четырех структурных единиц (белки, напомним, из 20). Поэтому долго считалось, что они не имеют никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы слишком однообразно и не может содержать закодированную информацию. Предполагали, что они являются запасниками фосфора.

ДНК отличается от РНК тем, что в ее сахаре на одну гидроксильную группу меньше, вместо основания урацил используется тимин, а цепочка скручена не в одиночную, а в двойную спираль. Разница небольшая, но существенная.

ДНК более устойчива, не подвержена гидролизу, и скручивается не в одинарную, а в двойную спираль. Остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты, образующие скелет молекулы, расположены на внешней стороне спирали. А остатки оснований обеих цепей уложены стопкой внутри спирали перпендикулярно ее оси. Размеры двойной спирали ДНК таковы, что поместиться внутри нее друг против друга могут лишь строго определенные пары оснований. Например, если в одной цепи расположен остаток аденина, в другой напротив него будет обязательно стоять остаток тимина, и никакой другой. Поэтому, зная последовательность одной цепи, можно точно определить последовательность другой. А если одна цепочка будет повреждена, ее можно будет отремонтировать, чем и занимаются специальные ферменты.

Все эти особенности  делают ДНК более подходящей для хранения генетической информации. Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (кодоном, или триплетом).

Генетический код универсален. У всех живых организмов одинаковые аминокислоты кодируются одинаковыми кодонами. Это делает возможным взаимообмен генами.

Генетический код избыточен.  Нуклеотидов в ДНК всего 4, и они могут образовывать 64 (4х4х4) разных триплета. Аминокислот в белках всего 20, поэтому многие аминокислоты кодируются не одним, а несколькими взаимозаменимыми кодонами.

ДНК – это очень большая молекула. У бактерий одна кольцевая ДНК, которая обычно содержит 2-5 млн пар нуклеотидов, у человека геном хранится в нескольких линейных ДНК по многу десятков миллионов нуклеотидов каждая.

А для чего же нужна РНК? Как выяснилось, РНК выполняет роль посредника в синтезе белка, при этом используются три разных типа РНК – матричная (или информационная), транспортная и рибосомная. В общих чертах синтез белка происходит следующим образом.

Участок ДНК, кодирующий определенный белок, называется геном. Синтез белка начинается с создания РНК-копии соответствующего гена. Чтобы скопировать какой-то участок ДНК, нужно сначала расплести ее двойную цепь.  Фермент РНК-полимераза находит нужный ген, постепенно расплетает ДНК на его участке и копирует, присоединяя один нуклеотид к другому, а уже пройденные фрагменты ДНК опять скручиваются в двойную спираль. Так получается матричная РНК. Чем больше нужно белка, тем больше делается РНК-копий. Матричную РНК уже поджидают транспортные РНК с аминокислотами. Транспортная РНК – важнейшее соединяющее звено между нуклеотидами и аминокислотами, каждая транспортная РНК способна соединяться с определенной аминокислотой. С помощью рибосомы транспортная РНК присоединяется в нужном месте к матричной РНК. Рибосома – это такой суперфермент, целый завод по производству белка. Состоит она в основном из белков, но рабочим ядром ее является рибосомная РНК. После того, как аминокислоты выстроились в нужном порядке, рибосома ускоряет их реакцию между собой. Матричная РНК используется много раз, поэтому вдоль нее движется сразу несколько рибосом, каждая из которых делает свою копию белка.

Даже в таком предельно упрощенном изложении видно, какие невероятно сложные процессы происходят в живой клетке, и для всех этих процессов нужна энергия. Живые организмы используют лишь две формы энергии – энергию химических связей и энергию света. На заре жизни они брали энергию из происходящих вокруг них химических реакций, но со временем научились синтезировать и запасать сложные органические вещества, при расщеплении которых высвобождается большое количество энергии. Эти вещества – жиры и углеводы.

<- Глава 1 Глава 3 ->

 

Понравилась статья? Поделись с друзьями.

Оставить комментарий

46 − 37 =