Structura funcției acizilor nucleici ai proteinelor. Acizii nucleici și funcțiile lor în celulă. Ce substanțe se numesc acizi nucleici

Acizi nucleici - biopolimeri ai organismelor vii care conțin fosfor care asigură stocarea și transmiterea informații ereditare. În natură, există două tipuri de acizi nucleici - deoxi-siribonucleic (ADN)Și ribonucleic (ARN). Diferența de nume se explică prin faptul că molecula de ADN conține zahăr dezoxiriboză cu cinci atomi de carbon, iar molecula de ARN conține riboză. Cunoscut în prezent număr mare varietăți de ADN și ARN care diferă între ele ca structură și importanță în metabolism. ADN-ul se găsește predominant pe cromozomi nucleul celular(99% din tot ADN-ul celular), precum și în mitocondrii și cloroplaste. ARN face parte din ribozomi; Moleculele de ARN se găsesc și în citoplasmă, matricea plastidelor și mitocondrii. Nucleotidele sunt componentele structurale ale acizilor nucleici. Acizii nucleici sunt biopolimeri ai căror monomeri sunt nucleotide. Nucleotide - substante complexe. Fiecare nucleotidă conține o bază azotată, un zahăr cu cinci atomi de carbon (riboză sau dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. Există cinci baze azotate principale: adenină, guanină, uracil, timină și citozină. Primele două sunt purină; moleculele lor constau din două inele, primul conține cinci membri, al doilea șase. Următoarele trei sunt pirimidineleși au un inel cu cinci membri. ADN-ul este format din nucleotide, care includ zahăr - deoxiriboză, fosfat și una dintre bazele azotate - purină (adenină sau guanină) sau pirimidină (timină sau citozină).

O caracteristică a organizării structurale a ADN-ului este că moleculele sale includ două lanțuri de polinucleotide interconectate într-un anumit mod. În conformitate cu modelul ADN-ului tridimensional propus în 1953 de biofizicianul american J. Watson și biofizicianul și geneticianul englez F. Crick, aceste lanțuri sunt legate între ele prin legături de hidrogen între bazele lor azotate conform principiului complementarității. Adenina dintr-un lanț este conectată prin două legături de hidrogen cu timina din alt lanț, iar trei legături de hidrogen se formează între guanină și citozină din diferite lanțuri. O astfel de conexiune a bazelor azotate asigură o legătură puternică între cele două lanțuri și menține o distanță egală între ele pe tot parcursul.

O altă caracteristică importantă a asocierii a două lanțuri de polinucleotide într-o moleculă de ADN este antiparalelismul lor: capătul 5 al unui lanț este legat de capătul 3 al celuilalt și invers.

Datele de difracție cu raze X au arătat că molecula de ADN, constând din două catene, formează o spirală răsucită în jurul axa proprie. Diametrul helixului este de 2 nm, lungimea pasului este de 3,4 nm. Fiecare tură conține 10 perechi de nucleotide.

Cel mai adesea, helixele duble sunt dreptaci - atunci când se deplasează în sus de-a lungul axei helixului, lanțurile se întorc spre dreapta. Majoritatea moleculelor de ADN aflate în soluție sunt în forma dreaptă - B (ADN-B). Cu toate acestea, există și forme stângaci (Z-DNA). Cât de mult din acest ADN este prezent în celule și ce este acesta semnificație biologică, neinstalat încă.

Funcția ADN-ului este stocarea, transmiterea și reproducerea într-un număr de generații informația genetică. ADN-ul oricărei celule codifică informații despre toate proteinele unui organism dat, despre care proteine, în ce secvență și în ce cantitate vor fi sintetizate. Secvența de aminoacizi din proteine ​​este înregistrată în ADN prin așa-numitul cod genetic (triplet).

ARN. Structura moleculelor de ARN este în multe privințe similară cu structura moleculelor de ADN. Cu toate acestea, există și un număr diferențe semnificative. În molecula de ARN, în loc de deoxiriboză, nucleotidele conțin riboză, iar în locul nucleotidei timidil (T) - nucleotid uridil (U). Principala diferență față de ADN este că molecula de ARN este o singură catenă. Cu toate acestea, nucleotidele sale sunt capabile să formeze legături de hidrogen între ele (de exemplu, în molecule de ARNt, ARNr), dar în acest caz vorbim despre o conexiune intra-catena de nucleotide complementare. Lanțurile de ARN sunt mult mai scurte decât ADN-ul. Există mai multe tipuri de ARN în celulă, care diferă în funcție de dimensiunea moleculelor, structură, locație în celulă și funcții: ARN informațional (de matrice) (ARNm). Această specie este cea mai eterogenă ca mărime și structură. ARNm este un lanț polinucleotidic deschis. Este sintetizat în nucleu cu participarea enzimei ARN polimeraza, care este complementară cu situsul ADN în care este sintetizată. În ciuda conținutului relativ scăzut (3-5% din ARN celular), acesta îndeplinește cea mai importantă funcție în celulă: servește ca matrice pentru sinteza proteinelor, transmițând informații despre structura lor din moleculele de ADN. Fiecare proteină celulară este codificată de un ARNm specific, astfel încât numărul tipurilor lor din celulă corespunde numărului de tipuri de proteine. ARN ribozomal (ARNr). Aceștia sunt acizi nucleici monocatenar care, în combinație cu proteine, formează ribozomi - organele pe care are loc sinteza proteinelor. ARN-urile ribozomale sunt sintetizate în nucleu. Informațiile despre structura lor sunt codificate în regiunile ADN care sunt situate în regiunea constricției secundare a cromozomilor. ARN-urile ribozomale reprezintă 80% din tot ARN-ul celular, deoarece există un număr mare de ribozomi în celulă. ARN-urile ribozomale au o structură secundară și terțiară complexă, formând bucle în regiuni complementare, ceea ce duce la auto-organizarea acestor molecule într-un corp complex. Ribozomii conțin trei tipuri de ARNr la procariote și patru tipuri de ARNr la eucariote. Transport (transfer) ARN (ARNt). O moleculă de ARNt constă în medie din 80 de nucleotide. Conținutul de ARNt din celulă este de aproximativ 15% din tot ARN-ul. Funcția ARNt este de a transporta aminoacizi la locul de sinteză a proteinelor. Numărul de tipuri diferite de ARNt dintr-o celulă este mic (20-60). Toate au un spațiu similar organizare. Datorită apei intralanțului legături native, molecula de ARNt capătă o structură secundară caracteristică, numită frunze de trifoi. Modelul 3D al ARNt arată oarecum diferit. În ARNt se disting patru bucle: o buclă acceptor (servește ca loc pentru atașarea unui aminoacid), o buclă anticodon (recunoaște un codon într-un ARNm în timpul translației) și două bucle laterale.

Acizii nucleici sunt heteropolimeri liniari neramificati ai căror monomeri sunt nucleotide legate prin legături fosfodiester.

Nucleotidele sunt materie organică, ale căror molecule constau dintr-un rest pentoză (riboză sau dezoxiriboză), la care sunt atașate covalent un rest de acid fosforic și o bază azotată. Bazele azotate din compoziția nucleotidelor sunt împărțite în două grupe: purină (adenină și guanină) și pirimidină (citozină, timină și uracil). Dezoxiribonucleotidele includ deoxiriboza și una dintre bazele azotate: adenina (A), guanina (G), timina (T), citozina (C). Ribonucleotidele includ riboza și una dintre bazele azotate: adenină (A), guanină (G), uracil (U), citozină (C).

În unele cazuri, în celule se găsesc și diverși derivați ai bazelor azotate enumerate - baze minore care fac parte din nucleotidele minore.

Acizi nucleici

Există două tipuri de acizi nucleici: ADN (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic). Acizii nucleici asigură stocarea, reproducerea și implementarea informațiilor genetice (ereditare). Această informație este reflectată (codificată) sub formă de secvențe de nucleotide. În special, secvența de nucleotide reflectă structura primară a proteinelor (vezi mai jos). Corespondența dintre aminoacizi și secvențele de nucleotide care îi codifică se numește cod genetic. Unitatea codului genetic al ADN-ului și ARN-ului este un triplet - o secvență de trei nucleotide.

Acizii nucleici sunt substanțe chimic active. Ele formează o varietate de compuși cu proteine ​​- nucleoproteine ​​sau nucleoproteine.

Acidul dezoxiribonucleic (ADN) este un acid nucleic ai cărui monomeri sunt dezoxiribonucleotidele. ADN-ul este purtătorul principal de informații ereditare. Aceasta înseamnă că toate informațiile despre structura, funcționarea și dezvoltarea celulelor individuale și a întregului organism sunt înregistrate sub formă de secvențe de nucleotide ADN.

Reacțiile în care o moleculă de heteropolimer servește ca matrice (formă) pentru sinteza unei alte molecule de heteropolimer cu o structură complementară sunt numite reacții de tip matrice. Dacă în timpul reacției se formează molecule din aceeași substanță care servește ca matrice, atunci reacția se numește autocatalitică. Dacă, în cursul unei reacții, pe matricea unei substanțe se formează molecule ale unei alte substanțe, atunci o astfel de reacție se numește heterocatalitică. Astfel, replicarea ADN-ului (adică sinteza ADN-ului pe un șablon de ADN) este o reacție autocatalitică a sintezei șablonului.

Acidul ribonucleic (ARN) este un acid nucleic ai cărui monomeri sunt ribonucleotide.

În cadrul unei molecule de ARN, există mai multe regiuni care sunt complementare între ele. Între aceste situsuri complementare se formează legături de hidrogen. Ca rezultat, structurile dublu și monocatenar alternează într-o moleculă de ARN, iar conformația generală a moleculei seamănă cu o frunză de trifoi pe un pețiol.

Bazele azotate care alcătuiesc ARN-ul sunt capabile să formeze legături de hidrogen cu baze complementare atât în ​​ADN, cât și în ARN. În acest caz, bazele azotate formează perechi A=U, A=T și G≡C. Acest lucru face posibil transferul de informații de la ADN la ARN, de la ARN la ADN și de la ARN la proteine.

Există trei tipuri principale de ARN găsite în celule care îndeplinesc diferite funcții:

1. Informații sau ARN mesager (ARNm sau ARNm). Reprezintă 5% din ARN celular. Acesta servește la transferul informațiilor genetice de la ADN la ribozomi în timpul biosintezei proteinelor. ÎN Celulele eucariote ARNm (ARNm) este stabilizat de proteine ​​specifice. Acest lucru face posibilă continuarea biosintezei proteinelor chiar dacă nucleul este inactiv.

2. ARN ribozomal sau ribozomal (ARNr). Reprezintă 85% din ARN celular. Face parte din ribozom, determină forma subunităților ribozomale mari și mici, asigură contactul ribozomului cu alte tipuri de ARN.

3. ARN de transfer (ARNt). Reprezintă 10% din ARN celular. Transportă aminoacizii la locul corespunzător al ARNm din ribozomi. Fiecare tip de ARNt transportă un aminoacid specific.

Există și alte tipuri de ARN în celule care îndeplinesc funcții auxiliare.

Toate tipurile de ARN se formează ca rezultat al reacțiilor de sinteză a șablonului. În cele mai multe cazuri, una dintre firele de ADN servește ca șablon. Astfel, sinteza ARN pe o matriță de ADN este o reacție heterocatalitică de tip matriță. Acest proces se numește transcripție și este controlat de anumite enzime - ARN polimeraze (transcriptaze).

19. Sinergetica a apărut ca o încercare de a găsi alternative la conceptele existente de dezvoltare, care și-au epuizat posibilitățile în explicarea apariției și dezvoltării sistemelor complexe.

Conceptul inițial de sinergetică este conceptul de haos. Haosul este văzut în mod tradițional ca un principiu distructiv care trebuie ordonat. Synergetics consideră că în haos se află o sursă de dezvoltare care poate duce la rezultate constructive.

Sinergetica, spre deosebire de alte concepte de dezvoltare, readuce conceptul de șansă în sânul teoriei, îl reabilitează. Dacă în conceptul dialectic și în evoluționismul clasic aleatorietatea era considerată ca un factor secundar și neimportant, uitat, șters în timp, atunci sinergetica ridică aleatorietatea la nivelul de necesitate.

Stări precum instabilitatea, echilibrul perturbat sunt, de asemenea, declarate de sinergetice ca fiind o stare normală și naturală.

Conceptele clasice înțeleg dezvoltarea ca mișcare progresivă și non-alternativă. Dezvoltarea este supusă unei legi stricte a cauzalității. Prin lanțuri cauzale, cursul dezvoltării poate fi calculat atât în ​​trecut, cât și în viitor. Dezvoltarea este retrospectivă și previzibilă. Prezentul este determinat de trecut, iar viitorul de prezent.

Dar unul dintre teoreticienii de frunte în domeniul sinergeticii, I. Prigogine, susține propunerea că ideea de instabilitate îndepărtează în mod semnificativ ideea de determinism. A făcut posibilă includerea activității umane în domeniul de vedere al științelor naturii. Și concepte precum instabilitatea și imprevizibilitatea au început să joace un rol important în depășirea dezbinării care a existat întotdeauna între științele sociale și științele naturii.

Ideea de instabilitate înseamnă că traiectorii multor sisteme sunt instabile și nu putem prezice dezvoltarea lor pe o perioadă lungă. I. Prigogine numește aceste intervale „exponent temporal” și spune că după ce trecem la un nou interval, informațiile despre cel anterior pot dispărea. Cunoștințele noastre sunt doar o mică fereastră către univers și, din cauza instabilității lumii, ar trebui să renunțăm chiar și la visul cunoașterii cuprinzătoare. Privind în această fereastră, putem, desigur, să extrapolăm cunoștințele existente dincolo de granițele viziunii noastre și să speculăm despre care ar putea fi mecanismul care controlează dinamica universului, dar nimic mai mult.

În imaginea tradițională a lumii condiționalității, nu există niciun risc, deoarece cursul evenimentelor este unidirecțional și previzibil. Sinergetica, pe de altă parte, postulează o viziune multivariată asupra lumii, care dezvăluie omenirii posibilitatea de a alege cu o măsură de responsabilitate pentru această alegere. Principalele idei de sinergie:

¦ din haos poate ieși o nouă certitudine organizată structural cu un nou vector al dezvoltării sale; ¦ sistemele complex organizate și auto-organizate nu se pot dezvolta conform unor legi strict definite, deoarece momentele de spontaneitate și de întâmplare joacă un rol important în ele; declarându-se în punctul de „bifurcare”. ¦pentru sisteme complexe Există mai multe căi alternative de dezvoltare. Calea evolutivă nu este singura;

Sinergetica este atât o metodă, cât și o știință de gestionare a sistemelor complexe. Pârghia principală a acestui control nu este forța, ci direcția corectă, „arhitectura” de a influența un mediu complex.

Diversele aspecte luate în considerare ale problemei dezvoltării dau motive pentru a afirma că dezvoltarea este un tip special de schimbare, datorită căruia am obținut lumea în care trăim. Diversitatea fenomenelor naturale și sociale nu a fost dată inițial, ci a apărut ca urmare a dezvoltării unui anumit număr inițial de specii și forme. Prin urmare, este imposibil să înțelegem lumea în afara contextului dezvoltării, dar procesul de dezvoltare în sine devine din ce în ce mai complex și mai complex și este aproape imposibil de explicat pe baza oricărui model teoretic.

Biologii și antropologii moderni, așa cum am observat deja, cred că evolutie biologica omul ca specie, adică speciația sa, a încetat de la apariția lui Homo sapiens. În acest sens, se pune întrebarea despre direcţiile viitoare ale dezvoltării umane ca specii. Răspunzând, se exprimă uneori opinia că toate speciile de animale și plante se vor stinge treptat din cauza degradării genomului (program de dezvoltare genetică). Potrivit majorității oamenilor de știință, principalul pericol în acest caz nu este îmbătrânirea speciei, ci poluarea în creștere a biosferei cu diverse tipuri de deșeuri.

În virtutea calităților sale generice, o persoană trebuie să lupte cu natura. Dar nu pot exista învingători în această luptă, pentru că omul este o parte a biosferei și, distrugând natura, omul se autodistruge, neobservând acest lucru, la fel cum nu observă radiațiile radioactive.

Toate aceste probleme sunt importante, în primul rând, pentru că o persoană sănătoasă este liberă în acțiunile sale, în satisfacerea nevoilor sale materiale și spirituale (în cadrul oportunităților pe care i le oferă societatea). Boala, pe de altă parte, limitează libertatea omului, adăugând la restricțiile sociale ale acțiunilor unei persoane cadrul propriului său corp. Prin urmare, atitudinea unei persoane față de corpul său nu poate fi doar o atitudine față de o obiectivitate naturală, naturală - o persoană se întâlnește cu necesitatea, limbajul și puterea sa. Și această putere, întipărită în organizarea corporală a unei persoane, se distinge prin cruzime și imperativitate deosebită. Aproape fiecare persoană a avut ocazia să se convingă de acest lucru - este suficient să ne amintim sentimentul de neajutorare absolută care o cuprinde pe o persoană în momentele de boală destul de gravă.

Putem spune că corporalitatea acționează ca un flux al vieții, ca activitate vitală a unei persoane în ansamblu. Iar corpul este un aspect static al corporalității, de care o persoană nu poate scăpa niciodată cât trăiește. La urma urmei, prin concepție, o persoană se grăbește în fluxul vieții împotriva voinței sale. Momentul morții vine și el la rândul său indiferent de dorințele persoanei. Fiecare etapă a schimbărilor legate de vârstă cufundă forțat o persoană într-o nouă situație de viață.

Astfel, devine evident că problemele de corporalitate, de funcționare a corpului uman sunt parte importantă imagini ale lumii, precum și subiectul medicinei - o știință care studiază cauzele bolilor umane, modelele dezvoltării lor, metodele de recunoaștere și tratament, precum și forme de organizare optimă îngrijire medicală populatie.

Desigur, medicina nu a fost întotdeauna o știință, dar a existat întotdeauna ca parte a culturii umane care se ocupă de problemele de sănătate umană. Făcând parte din cultura unui anumit popor și a unei anumite epoci, medicina a explicat cauzele bolilor în moduri diferite în momente diferite și a recomandat diferite moduri de a le trata.

Aparatul de adaptare psiho-emoțională este și el în curs de restructurare. Aici, motorizarea producției moderne și a vieții de zi cu zi, saturația vieții cu tehnologie, zgomotul, accelerarea ritmurilor vieții, o creștere bruscă a numărului de contacte interpersonale, adesea cu o încărcătură psiho-emoțională negativă, morbidă, sunt de o importanță deosebită.

Toți factorii de mai sus determină în cele din urmă direct evoluția bolilor, modificările severității acestora, simptomele, natura complicațiilor, duc la dispariția bolilor vechi și la apariția unor noi boli, schimbă dramatic natura incidenței. În prezent, bolile sunt răspândite, în apariția cărora factorii psiho-emoționali joacă un rol important. Creșterea socializării vieții omul modern afectează patologia sa somatică (corpeală). Factori precum profesia, atitudinea unei persoane față de muncă, atmosfera echipei de producție, au un impact semnificativ asupra stării sănătății sale somatice și mintale.

Pe diferiți pași maturitatea socio-economică a societății, cerințele pentru nivelul de costuri neuropsihice și musculare, fizice nu sunt aceleași. În condițiile revoluției științifice și tehnologice, cerințele pentru mecanismele neuropsihice ale unei persoane cresc din ce în ce mai mult.

Odată cu trecerea de la un pas dezvoltarea comunității la alta, relaţiile psiho-emoţionale ale oamenilor devin din ce în ce mai complicate. Toate canalele de conexiune emoțională sunt acum umplute la limită și uneori supraîncărcate. Sistem nervos o persoană este supusă unui „bombardament” emoțional și mental constant, în continuă creștere, variind de la sănătos, tonic și terminând cu emoții negative, chiar cauzatoare de boli. Ritmul de viață crește, perioadele de învechire a echipamentelor se scurtează, unele profesii devin învechite, se accelerează dezvoltarea științei, tehnologiei, culturii etc. Toate acestea creează cerințe noi, crescute resurse interne a unei persoane, a cărei componentă importantă este sănătatea mintală și echilibrul emoțional.

Dacă scena modernă dezvoltarea socială se caracterizează printr-o accelerare a ritmului vieții în toate sferele, viteza reacțiilor psihofiziologice și somatice ale organismului este adesea prea lentă, rămânând în urma ritmurilor vieții sociale și industriale, există o aritmie socio-biologică ca o condiție prealabilă generală pentru apariția multor boli.

Prin urmare, este firesc ca starea de sănătate a populației țării să se deterioreze în fiecare an. ÎN anul trecut, de exemplu, 70 la sută dintre femeile moderne au abateri ale stării de sănătate. Proporția nou-născuților cu tulburări fizice și neurologice a crescut la 20 la sută. Cel mai important indicator al sănătății oamenilor și al bunăstării sociale a societății este nivelul mortalității infantile. În Rusia, această cifră a crescut cu 15% în ultimii 5 ani.

Nu mai puțin deprimanți sunt indicatorii influenței unor componente mediu inconjurator asupra sănătății umane. Astfel, se știe cu încredere că poluarea aerului provoacă boli ale organelor respiratorii, circulatorii, digestive etc. În plus, este cel mai important motiv al acumulării de mutații corporale care afectează genotipul uman.

Aproximativ 85% dintre boli sunt cauzate și transmise de apă. În primul rând, calitatea proastă a apei, care conține diverși compuși toxici ai metalelor grele, impurități organice nocive și bacterii, duce la boli. Cu cât este mai mare saturația apei cu săruri, cu atât este mai mare riscul de ateroscleroză, accident vascular cerebral, infarct etc. În mare măsură, clorul ne strică sănătatea. Deși clorurarea apei salvează de infecții, totuși, derivații săi subminează încet și sigur sănătatea, deoarece au un efect mutagen cancerigen. Pot afecta ereditatea, multe dintre ele sunt cele mai puternice otrăvuri hepatice etc.

În condițiile forțarii transformărilor ecologice și a impactului crescând al acestora asupra sănătății populației, studiul problemelor socio-genetice ale biosferei și sănătății umane prezintă o importanță deosebită.