Какая одна кольцевая молекула днк содержится в клетке

Молекула ДНК может быть двунитевойили однонитевой (у вирусов); линейной или в виде замкнутого кольца. Кольцевые формы характерны для маленьких молекул ДНК почти всех бактериальных хромосом, вирусов, митохондрий и пластид эукариотических клеток.

У эукариот различают ядерную и внеядер- нуюДНК. Ядерная ДНК составляет основную мас- су ДНК у эукариот; заключена в ядре клетки в составе хромосом. Длина одной молекулы ДНК у человека составляет 2-6 см; Общая длина ДНК в 46 хромосомах человека равна 190 см; в каждой хромо- соме она представляет собой единую гигантскую молекулу и имеет линейную форму (рис.97).

Рис. 97. Линейная форма молекулы ДНК (Из: Северин, 2007)

Внехромосомная (внеядерная) ДНК соста- ляет небольшую часть ДНК клетки. К ней относятся: ДНК митохондрий, хлоропластов, плазмиды, виру- соподобные частицы. На долю ДНК митохонд- рии, например, приходится менее 1% всей клеточной ДНК.

Кольцевая ДНК митохондрии (мтДНК) (рис.98) не велика по размеру: содержит 15000 нуклеотидных пар (что в 105 раз меньше ядерной ДНК); кодирует 10-20 митохондриальных белков (5% от всех белов митохондрии), 2 вида рРНК и 22 вида тРНК. Гене- тический код митохондрии ДНК имеет некоторые отличия от кода ядер- ной ДНК:

1 – код некоторых аминокислот отличается от кода ядерной ДНК;

2 – митохондриальный генетический код имеет измененные стоп-кодоны.

3 – перед делением митохондрии мтДНК удваивается, но её репликация не связана с S-периодом интерфазы.

4 – собственная ДНК, способная к репликации и транскрипции, собственные рибосомы обеспечивают митохондриям наличие автономного генома.

Подобный геном характерен и для хлоропластов, что подтверждает гипотезу симбиотического происхождения этих двух органоидов, согласно которой митохондрии и хлоропласты – потомки древних прокариот, которые образовали симбиоз с эукариотической клеткой.

Рис. 98. Кольцевая ДНК митохондрий

Плазмиды– это кольцевые фрагменты внехромосомной ДНК, способные существовать и размножатся отдельно от геномной (ядерной ) ДНК. Иногда плазмиды проникают в ядро и начинают реплицироваться в составе хромосомы ДНК. В этом случае их называют эписомы.

Совокупность генов, расположенных в цитоплазматических молекулах ДНК (ДНК митохондрий , пластид, плазмиды, эписомы) называется плазмоном. Он определяет цитоплазматическую наследственность. Эти гены подчиняются менделеевским законам наследования. Новый организм в процессе оплодотворения получает цитоплазму яйцеклетки и,следовательно, весь плазмон.Таким образом, цитоплазматическое наследование признаков осуществляется по материнской линии. Такой тип наследования был открыт в 1908 году К. Корренсом и получил название – материнский эффект.

ДНКбактерии входит в состав нуклеоида – эквивалента ядра у бактерий и имеет вид двунитевой молекулы замкнутой в кольцо и плотно уложенной в клубок. Обычно в клетке бактерии одна хромосома (хромосома бактерии не имеет нуклеосомной организации) содержит в среднем 3.2*106 нуклеотидных пар (н.п.) и имеет молекулярную массу 2,5*106 кДа. Бактериальная хромосома имеет гаплоидный набор генов. Иногда при нарушении делении клетки у бактерии может быть 4 и более хромосом (рис.99).

Рис. 99. Кольцевая хромосома E. сoli ( Из: Алиханян и др.,1989)

Плазмиды бактерий – это двуцепочные кольцевые молекулы ДНК размером от 103 до 106 н.п. Они содержат информацию, обеспечивающую устойчивость бактерии к антибиотикам, продукцию факторов патогенности, способность к синтезу антибиотических средств, образование ферментов рестрикции и модификации. Иногда некоторые плазмиды встраиваются в бактериальную хромосому и реплицируются вместе с ней. Такие плазмиды называются эписомами. Крупные плазмиды обладают способностью передаваться из клетки в клетку; их называют трансмиссивными(конъюгативными). В случае если плазмида мелкая ,то она передается вместе с крупной и называетсямобилизуемой. Плазмиды, обеспечивающие устойчивость к антибиотикам, называются R-плазмиды(resistanse-противоядие), а клетки, содержащие их резистент – ными. Некоторые плазмиды содержат гены, белки которых бактерицидны по отношению к другим бактериям (Col-плазмида), другие детермини- руют синтез факторов патогенности у болезнетворных бактерии (например; Ent –плазмида и Нly-плазмида).

У вирусов генетический материал представлен ДНК (ДНК-вирусы) или РНК (РНК-вирусы). ДНК вирусов могут быть двунитевыми (двунитевые ДНК-вирусы) или однонитевыми (однонитевые ДНК-вирусы). К двунитевым ДНК-вирусам относятся герпесвирусы, аденовирусы с линейной двунитевой ДНК и папилломавирусы, вирус гепатита В с кольцевой двунитевой ДНК. К однонитевым ДНК-вирусам относятся парвовирусы с линейной молекулы ДНК цирциновирусы – с кольцевой ДНК (рис.100).

Рис. 100. Морфология вирусов (Из: Воробьев, 2003)

Линейные и кольцевые формы двунитевой молекулы ДНК у вирусов могут переходить друг в друга. Линейная форма может иметь комплементарные одноцепочные концы («липкие концы»), которые замыкаются, образуя замкнутое кольцо (рис.101).

Рис. 101. Взаимопревращения линейной и кольцевой форм ДНК фага λ

Анализ последовательности у ядерной и внеядерной ДНК показал, что многие её участки содержат так называемые палиндромы, то есть, последовательности нуклеотидов, которые одинаково читаются в обеих направлениях, симметрично относительно оси симметрии в середине палиндрома.

3′- Г-Т-А-Т-Ц-Ц-|-Г-Г-А-Т-А-Ц – 5′

5′- Ц-А-Т-А-Г-Г-|-Ц-Ц-Т-А-Т-Г – 3′

Палиндромы или инвертированные повторы образуют ответвления: кресты или шпильки и играют роль регуляторных участков. Например, выполняют роль терминаторов в процессах синтеза или явля – ются узнаваемыми участками для ДНК-связывающихся белков.

Молекула ДНК как материальный носитель наследственности должна быть очень стабильной, устойчивой к внешним воздействиям, обладать способностью к устранению, возникающих в ней изменений. Для передачи наследственной информации она должна обладать способностью к точному самокопированию. Этим условиям отвечает уотсон-криковская модель ДНК, обеспечивающая два главных её свойства:самовоспроизведение и самосохранение, которые реализуются в процессе репликации и репарации ДНК.

Модель Уотсона-Крика простым и удачным образом решает основные проблемы: объясняет физико-химическую природу ДНК, её роль носителя наследственной информации и генетические свойства: способность кодировать информацию, реплицировать гены, мутировать.

ДНК, являясь материальным носителем генетической информации, реализует её в процессе синтеза белков. Белки, как известно, обеспечивают клетку необходимыми «инструкциями» для развития признаков и функционирования клетки. Биосинтез белков является центральным процессом живой материи, требует четкую программу и механизм точного воспроизведения этой программы в поколениях. Эту программу несёт молекула ДНК, а механизм воспроизведения обеспечивают рибонуклеиновые кислоты (РНК).

Нуклеиновые кислоты в клетке обеспечивают существования потока информации, направление которого определено центральной догмой молекулярной биологии, сформулированной Ф.Криком, суть которой заключается в том, что информация передается только в направлении от ДНК к РНК и от РНК к белку. В этом потоке рибонуклеиновые кислоты выполняют несколько функций.

4. 5. РНК: виды, структура и функции.

Молекулы РНК обнаруживаются во всех частях клетки; они короче ДНК: их длина не превышает 0,01 мм.

Химическая структура РНК подобна химической структуре ДНК:

а) обе молекулы являются линейными полимерами; б) мономеры –нуклеотиды являются фосфорилированными N-гликозидами, которые соединяются фосфодиэфирной связью; в) в состав РНК входят также 4 нуклеотида; г) полинуклеотидная цепь РНК полярна –имеет четко различимые 5`- и 3`- концы (рис.102).

Отличают молекулу РНК от ДНК следующие особенности строения:

а) РНК – одноцепочный полимер;

б) сахарный остаток мономера – рибоза, которая содержит дополнительную гидроксильную группу;

в) среди главных (мажорных) азотистых оснований вместо тимина содержится урацил, который отличается от тимина отсутствием метильной группы в 5-ом положении;

г) в молекуле РНК высоко содержание минорных оснований и нуклеозидов.

Таким образом, полимерная цепь молекулы РНК – это линейный сахаро-фосфатный остов с азотистыми основаниями в качестве боковых цепей.

Двойная цепь в молекуле РНК не образуется в связи с тем, что:

а)рибоза из-за наличия дополнительной гидроксильной группы делает двойную цепь менее компактной;

б) отсутствие СН3-группы в урациле делает связь А:У менее стабильной, чем А:Т, вследствие уменьшения гидрофобного взаимодейст- вия;

в) высокое содержание минорных оснований препятствует образованию двуцепочной структуры, из-за того, что минорные основа- ния не могут учавствовать в комплиментарных взаимодействиях.

Рис. 102. Участок нити молекулы

РНК (Из: Николаев, 2007)

В тоже время, азотистые основания полимера РНК могут взаимо- действовать друг с другом, фосфатами и гидроксилами сахарофосфатного остова, что приводит к :

1 –образованию на некоторых участках петель или «шпилек»с двуцепочной структурой (рис.103);

Рис. 103. «Шпилька» в цепи РНК

2 – скручиванию одноцепочного полимера в компактное образова- ние, формирующее уникальные пространственные структуры, с возника- ющими внутриспиральными участками (рРНК и тРНК).

Молекулы РНК синтезируются на основании информации ДНК (транскрипция ДНК) с помощью ферментов РНК-полимераз. Участки ДНК, кодирующие клеточные белки, переписываются в виде мРНК (матричные РНК), которые затем транслируются в процессе матричного синтеза в определенные типы белков (трансляция РНК). Многочисленные копии тРНК(транспортные РНК) и рРНК(рибосомальные РНК) переписы- ваются с определенных участков ДНК без последующей трансляции в белок.

РНК – рибонуклеиновая кислота по особенностям строения и функ- ций делится на 3 вида: иРНК( информационная) или мРНК (матричная), тРНК (транспортная) и рРНК(рибосомальная).

Молекулы РНК содержат от нескольких десятков до десятков ты- сяч нуклеотидных остатков; молекулярная масса РНК составляет 104-106 кДа. Гены, кодирующие РНК у эукариот находятся в хромосомах в районе ядрышкого организатора в сотнях, тысячах копий и расположены тандемно. У прокариот – это 5-10 копий в разных участках молекулы ДНК. Синтез мРНК и тРНК осуществляется в кариоплазме ядра, рРНК – в ядрышках ядра клетки.

Пространственная структура молекул РНК представлена 3 уровня- ми:

1. Первичная структура – это порядок чередования рибонуклео- зидмонофосфатов (рибонуклеотидов) в полинуклеотидной цепи РНК с полярными 5`-3`концами.

2. Вторичная структура –этопространственные формы, образую- щиеся за счет возникновения водородных связей между комплементар- ными азотистыми основаниями на отдельных участках молекулы. В резуль- тате образуются спирализованные петли– «шпильки» с антипара- ллельными участками цепей.

3. Третичная структура– возникает за счет взаимодействия спирализованных элементов – «шпилек» вторичной структуры. Связи образуются между нуклеотидными остатками или между ОН-группами остатков рибозы и основаниями. Третичная структура стабилизирована ионами двухвалентных металлов, например Са2+ или Mg2+.

1. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) К прокариотам относятся бактерии, наследственная информация которых отделена мембраной от цитоплазмы. 2) ДНК представлена двумя молекулами кольцевой формы. 3) В состав клеточной стенки входит муреин. 4) В бактериальных клетках отсутствуют митохондрии, ЭПС, комплекс Гольджи. 5) При наступлении неблагоприятных условий бактерии размножаются с помощью спор. 6) По способу питания бактерии являются авто- и гетеротрофами.

2. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) Между клеткой и окружающей средой постоянно происходит обмен веществом. 2) Ионы транспортируются путём пассивного транспорта, а небольшие молекулы – только путем активного транспорта. 3)  Пассивный транспорт осуществляется по градиенту концентрации, связан с затратами энергии. 4) Активный транспорт – это перенос веществ против градиента концентрации, он не связан с затратами энергии. 5) Поглощение твердых частиц – фагоцитоз, поглощение жидкостей – пиноцитоз.

3. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) В ходе катаболизма в клетке происходит распад органических веществ, который сопровождается выделением энергии. 2) Вся выделившаяся энергия запасается в молекулах АТФ. 3) Катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, гидролиз и кислородный. 4) Кислородный протекает в митохондриях. 5) А предшествующий ему этап – в пищеварительных вакуолях с участием ферментов лизосом. 6) В результате энергетического обмена органические вещества распадаются до СО2 и Н2О.

4. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) Биосинтез белка осуществляется в три этапа: гликолиз, транскрипция и трансляция. 2) Транскрипция – это синтез иРНК, который осуществляется в ядре. 3) В процессе транскрипции ДНК подвергается сплайсингу. 4) В цитоплазме на рибосомах идет сборка белковой молекулы – трансляция. 5) При трансляции энергия АТФ не используется.

5. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) Нуклеиновые кислоты являются разветвлёнными полимерами. 2) Мономерами нуклеиновых кислот являются триплеты. 3) Д. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. создали модель структуры молекулы ДНК. 4) В клетках содержатся нуклеиновые кислоты двух видов ДНК и РНК. 5) Нуклеиновые кислоты способны к редупликации. 6) ДНК – хранитель наследственной информации, РНК – принимает участие в синтезе белка.

6. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) Мейоз – особый способ деления соматических клеток (непрямое деление). 2) Состоит из 2-х последовательных делений. 3) В профазе I происходят такие же процессы, как при митозе. 4) В анафазе II к противоположным полюсам расходятся гомологичные хромосомы, состоящие из 2-х хроматид. 5) В результате мейоза образуются 4 гаплоидные клетки – генетически разнородные клетки.

7. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей. 2) При этом аденин образует три водородные связи с тимином, а гуанин – две водородные связи с цитозином. 3) Молекулы ДНК прокариот линейные, а эукариот – кольцевые. 4) Функции ДНК: хранение и передача наследственной информации. 5) Молекула ДНК, в отличие от молекулы РНК, не способна к репликации.

8. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) Митоз — непрямое деление эукариотических клеток, которое включает четыре фазы. 2) В профазе происходит самоудвоение ДНК, спирализация хромосом, формирование веретена деления, исчезновение ядерной оболочки и ядрышка. 3) Вторая фаза митоза — анафаза, в которой хромосомы располагаются по экватору клетки. 4) В метафазе — третьей фазе митоза — происходит расхождение дочерних хроматид к полюсам клетки. 5) В телофазе формируются ядра и происходит цитокинез, в результате образуются две дочерние клетки с диплоидным набором хромосом.

9. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. 2) Химические вещества необходимы для осуществления процессов жизнедеятельности, а энергия – для построения тела. 3) Автотрофы – это растения и некоторые бактерии. 4) Фототрофами являются железо- и серобактерии. 5) Гетеротрофы используют для биосинтеза энергию химических связей неорганических соединений.

10. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.

1) Мутации – это качественные или количественные изменения ДНК, приводящие к изменениям генотипа. 2) По изменению генотипа мутации бывают генными, хромосомными и геномными. 3) Генные мутации связаны с изменением структуры или числа хромосом. 4) Хромосомные мутации связаны только с внутрихромосомными перестройками – транслокациями. 5) Геномные мутации – это мутации половых клеток, которые передаются при половом или вегетативном размножении.

Список литературы:

1. ЕГЭ 2020. Биология : тренировочные варианты : 20 вариантов / Г.И. Лерней. – Москва : Эксмо, 2019

2. Биология ЕГЭ-2020. Тематический тренинг. Все типы заданий : учебное пособие / а.А. Кириленко. – Ростов н/Д: Легион, 2019

3. Биология. Подготовка к ЕГЭ в 2020 году. Диагностические работы. – м.: МЦНМ, 2020

4. ЕГЭ 2020. Биология. Эксперт в ЕГЭ / А.А. Каменский, Н.А. Богданов, Н.А. Соколова, А.С. Маклакова, Н.Ю. Сарычева. – М. – Издателство «Экзамен», 2020

Просмотров: 28458