§ 7. Хранение и использование информации

Вопрос 1. Что нам остаётся пока неясным? Сформулируйте основной вопрос урока.

Как в ДНК помещается столько информации и как эта информация очень быстро контролирует работу каждой клеточки, тем самым подчиняя себе весь организм.

Вопрос урока: Как «инструкции» ДНК регулируют жизнедеятельность клетки?

Вопрос 2. Какие связи придают линейному полимеру макромолекулы пространственную структуру? (8 класс)

Водородные и пептидные связи.

Вся ли макромолекула активна в своих взаимодействиях с другими молекулами? (8 класс)

Активные центры проявляются на поверхности макромолекулы. Остальная часть массы белковой молекулы химически нейтральна и предназначена для регуляции течения реакции.

Приведите примеры самоорганизации макромолекул. (8 класс)

4 вида структуры белка, двойная спираль ДНК.

Сколько сочетаний можно составить из двух букв? Все ли они будут словами? (Жизненный опыт)

Из двух букв можно составить четыре сочетания по две буквы в каждом. Если букв в одном сочетании будет больше, например, 3, 4, 5, то и вариаций будет больше. Но не все вариации будут словами.

Вопрос 3. Вспомните, с какими основаниями соединяются аденин, гуанин, цитозин и тимин.

Аденин соединяется с тимином и наоборот, гуанин соединяется с цитозином и наоборот.

Вопрос 4. Чем отличается состав РНК от ДНК?

Вопрос 5. Какие условия необходимы для поддержания порядка в клетке?

Поддержание порядка внутри клетки - это означает способность вызывать рост и синтез новых молекул и поставлять энергию для этих процессов. А также регуляция биохимических процессов и получение сигналов извне, от центральных органов управления.

Вопрос 6. Почему ферменты многократно ускоряют реакции?

Функция ферментов в реакции в основном заключается в том, что они снижают энергию активации субстратов. Ферменты всокоспецифичны, т.е. способны отличать «свои» субстраты от других родственных молекул.

Вопрос 7. Как происходит репликация ДНК?

1.Инициация. Репликация начинается с возникновения репликативной точки. Эта точка имеет специфическую последовательность богатую парами А-Т. К ней присоединяются специальные распознающие белки, которые обеспечивают присоединение хеликазы и топоизомеразы (гиразы) и запускают процесс репликации. Хеликаза расплетает ДНК на две цепи. Образуется репликативная вилка. Молекула ДНК жестко закреплена на ядерном матриксе и не может свободно вращаться при расплетании какого-либо участка. Это блокирует продвижение хеликазы по цепи. Топоизомераза надрезает нити ДНК и снимает структурное напряжение.

В одной репликативной вилке действуют две хеликазы, которые движутся в противоположных направлениях. Разделенные цепи фиксируются ДНК- связывающими белками. Участки формирования репликативной вилки называются «точками ori» (origin - начало). У эукариот одновременно образуется тысячи таких вилок, что обеспечивает высокую скорость репликации.

2. Элонгация ДНК. Происходит неодинаково для двух ее цепей. ДНК- полимераза III прокариот и δ- или α-ДНК-полимеразы эукариот осуществляют синтез лишь в направлении 5’>3’. Цепь с такой направленностью – лидирующая. ДНК-полимераза III или δ-полимераза непрерывно присоединяют к ней комплементарные нуклеотиды. Цепь с полярностью 3’>5’ является отстающей и достраивается по частям (также в направлении 5’>3’). α-ДНК-полимераза (или ДНК-полимераза III) синтезирует на этом цепи короткие участки - фрагменты Оказаки. Синтез фрагментов Оказаки и лидирующей цепи начинается с образования РНК-праймеров (затравок) длиной 10-15 рибонуклеотидов ферментом праймазой (РНК-полимеразой). Ни одна из ДНК- полимераз не способна начать синтез ДНК с нуля, а может лишь достраивать существующую цепь. Параллельно с образованием лидирующей цепи или фрагментов Оказаки происходит удаление рибонуклеотидов из праймеров и замена их нуклеотидами ДНК (при участием β-ДНК-полимеразы, которая имеет как экзонуклеазную, так и полимеразную активность).

3.Терминация (завершение). Репликации происходит тогда, когда пробелы между фрагментами Оказаки заполнятся нуклеотидами (при участии ДНК-лигазы) с образованием двух непрерывных двойных цепей ДНК и когда встретятся две репликативные вилки. Затем происходит закручивание синтезированных ДНК с образованием суперспиралей.

Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований и действием ДНК-полимераз, которые обладают кроме полимеразной, еще и экзонуклеазной активностью и способны распознавать и исправлять ошибки. Если включается некомплементарный нуклеотид, то фермент делает шаг назад, отщепляет его и продолжает полимеразную реакцию. Поэтому процесс репликации является высокоточным. После завершения репликации происходит метилирование ДНК. Метилирование не нарушает комплементарности цепей и является необходимым для формирования структуры хромосом и регуляции транскрипции генов.

Вопрос 8. Какие процессы обеспечивают синтез белка из аминокислот?

Процесс, обеспечивающий синтез белка из аминокислот, - это биосинтез белка. Это многостадийный процесс синтеза и созревания белков, протекающий в живых организмах. В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: синтез полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК (трансляция), и посттрансляционные модификации полипептидной цепи.

Вопрос 9. Как происходит регуляция работы клетки?

Регуляция работы клетки происходит под действием получемых сигналов извне (из внешней среды) или от центральных органов управления.

В присутсвии вещества-регулятора начинается как считывание, так и прекращение считывания, определённого участка ДНК.

Вопрос 10. Для чего нужна постоянная репликация ДНК?

Процесс постоянной репликации нужен для обеспечения точной передачи генетической информации из поколения в поколение.

В ходе последующих делений материнских клеток каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки.

Вопрос 11. Какова роль иРНК и тРНК в синтезе белка?

Информация о строении белка передается в цитоплазму особыми молекулами РНК, которые называются информационными (иРНК). Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов – рибосом идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах.

тРНК играет роль «переводчиков». Их функция – транспортировка аминокислоты к рибосомам, где идет сборка белковой молекулы.

Вопрос 12. Какое значение имеет вторая нить ДНК? Нельзя ли обойтись одной?

Без второй нити ДНК обойтись нельзя потому что:

• Двойная нить ДНК устойчивее к повреждениям.

• Когда нити ДНК опять сближены («закрыты» по принципу комплементарности), то доступ к информации закрыт.

• В двойной спирали информация содержится в двух экземплярах.

Вопрос 13. Есть ли процессы жизнедеятельности клетки, которые не регулируются самой клеткой?

Например, активация деления клетки происходит вследствие воздействия на нее внешних или внутренних факторов. Конечно процесс деления клеток регулируется и самой клеткой (регуляция клеточного цикла, прекращение или замедление синтеза аутокринных ростовых факторов и их рецепторов), но также и ее микроокружением (отсутствие стимулирующих контактов с соседними клетками и матриксом, прекращение секреции и/или синтеза паракринных ростовых факторов).

Т. к. клетка – открытая биологическая система, то в нее проникают гормоны, медиаторы, биологически активные вещества и другие соединения, которые также могут регулировать процессы жизнедеятельности клетки.