§ 8. Строение и функции РНК. АТФ

1. Какие слова пропущены в предложении и заменены буквами (а—г)? В состав молекулы АТФ входит азотистое основание (а), пятиуглеродный моносахарид (б) и (в) остатка (г) кислоты.

а – аденин
б – рибоза
в – три
г – фосфорной

2. Выявите сходство и различия в строении аденилового нуклеотида и молекулы АТФ.

Сходство: в состав молекул обоих веществ входит азотистое основание аденин и пятиуглеродный сахар рибоза.

Различия: в составе аденилового нуклеотида (как и в составе любого другого нуклеотида) есть только один остаток фосфорной кислоты, и отсутствуют макроэргические (высокоэнергетические) связи. Молекула же АТФ содержит три остатка фосфорной кислоты, между которыми имеются две макроэргические связи.

3. Какие связи называются макроэргическими? Что представляет собой процесс гидролиза АТФ? Синтеза АТФ? В чем заключается биологическая роль АТФ?

Макроэргическими (высокоэнергетическими) называются ковалентные связи между остатками фосфорной кислоты, при разрыве которых выделяется большое количество энергии — около 40 кДж/моль (для сравнения: при разрыве обычных ковалентных связей высвобождается примерно 12 кДж/моль).

На первом этапе гидролиза от АТФ отщепляется остаток фосфорной кислоты. При этом выделяется 40 кДж/моль энергии и АТФ превращается в АДФ — аденозиндифосфорную кислоту:

АТФ + Н₂О → АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж.

Второй этап гидролитического расщепления наблюдается сравнительно редко. При этом происходит отщепление еще одной фосфатной группы, высвобождение второй «порции» энергии и превращение АДФ в АМФ — аденозинмонофосфорную кислоту:

АДФ + Н₂О → АМФ + Н₃РО₄ + 40 кДж.

Наряду с гидролизом АТФ необходим ее непрерывный синтез. Для того чтобы присоединить остаток фосфорной кислоты к АДФ, нужно затратить не менее 40 кДж энергии:

АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж → АТФ + Н₂О.

Биологическая роль АТФ в том, что в живых организмах она выполняет функцию аккумулятора и переносчика энергии.

4. Сравните по различным признакам ДНК и РНК. Выявите черты их сходства и различия.

Черты сходства:

● Это органические вещества, биополимеры, относятся к нуклеиновым кислотам.

● Построены из нуклеотидов, в состав каждого из них входит азотистое основание, пентоза и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основания (аденин (А), гуанин (Г) и цитозин (Ц)) входят как в состав нуклеотидов ДНК, так и в состав нуклеотидов РНК.

● Молекулы образованы атомами углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), азота (N) и фосфора (Р).

● Содержатся в клетках всех живых организмов.

● Являются носителями генетической (наследственной) информации.

Различия:

● В состав нуклеотидов ДНК входит остаток пятиуглеродного сахара дезоксирибозы, а в состав нуклеотидов РНК — остаток рибозы.

● Азотистое основание тимин (Т) может входить только в состав нуклеотидов ДНК, а урацил (У) — только в состав нуклеотидов РНК.

● Молекула ДНК двухцепочечная, имеет вид двойной спирали. Молекулы РНК обычно одноцепочечные, могут иметь различную пространственную конфигурацию.

● Полинуклеотидные цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

● В клетках эукариот основная часть ДНК содержится в ядре. Молекулы РНК находятся не только в ядре, но и в цитоплазме клеток.

● ДНК обеспечивает хранение наследственной информации и её передачу дочерним клеткам в процессе деления. РНК обеспечивает реализацию наследственной информации, участвуя в процессе биосинтеза белков на рибосомах.

5. Какие виды РНК содержатся в клетке? Сравните их по выполняемым функциям, особенностям строения и процентному содержанию от общего количества РНК в клетке.

В клетке содержатся три вида РНК: рибосомные (рРНК), транспортные (тРНК) и матричные, или информационные (мРНК, иРНК).

Молекулы рРНК выполняют структурную функцию. В комплексе с особыми белками они приобретают определённую пространственную конфигурацию и образуют рибосомы (а точнее, субъединицы рибосом), на которых происходит синтез белков из аминокислот. Рибосомные РНК составляют около 80% всех РНК клетки.

Транспортные РНК осуществляют перенос аминокислот к рибосомам и участвуют в процессе синтеза белка. Молекулы тРНК сравнительно небольшие (в среднем состоят из 80 нуклеотидов), благодаря внутримолекулярным водородным связям они имеют специфическую пространственную структуру, напоминающую лист клевера. Транспортные РНК составляют около 15% всех РНК клетки.

Матричные, или информационные, РНК (мРНК, иРНК) наиболее разнородны по размерам и структуре. Они содержат информацию о структуре определённых белков и служат матрицами в ходе синтеза этих белков на рибосомах. Информационные РНК составляют около 3-5% всех РНК клетки.

6. В одну клетку ввели молекулы АТФ, меченные радиоактивным фосфором 32Р по последнему (третьему) остатку фосфорной кислоты, а в другую — молекулы АТФ, меченные 32Р по первому (ближайшему к рибозе) остатку. Через 5 мин в обеих клетках измерили содержание неорганического фосфат-иона, меченного 32Р. Где оно оказалось выше и почему?

Последний (третий) остаток фосфорной кислоты легко отщепляется в процессе гидролиза АТФ, а первый (ближайший к рибозе) – не отщепляется даже при двухступенчатом гидролизе АТФ до АМФ. Поэтому содержание неорганического фосфат-иона, меченного ³²Р, будет выше в той клетке, в которую ввели АТФ, меченную по последнему (третьему) остатку фосфорной кислоты.