Редуплікація ДНК - Нуклеїнові кислоти
Принцип комплементарності, що лежить в основі структури ДНК дозволяє зрозуміти, як синтезуються нові молекули ДНК при розподілі клітини.
Цей синтез ґрунтується на чудовій здатності молекули ДНК до подвоєння та лежить в основі передачі спадкових властивостей від материнської клітини до дочірніх. Процес подвоєння молекул ДНК відбувається у клітині незадовго перед її розподілом.
Спіральна двотяжка ланцюг ДНК починає з одного кінця розходитися, і на кожному ланцюгу з вільних нуклеотидів, що знаходяться в навколишньому середовищі, збирається новий ланцюг. Складання нового ланцюга йде в точній відповідності до принципу комплементарності. Проти кожного А встає Т, проти Р - Ц і т. д. В результаті замість однієї молекули ДНК виникають дві молекули такого ж точно нуклеотидного складу, як і початкова. Цей процес називається редуплікацією, тобто подвоєнням. Один ланцюг у кожній новоствореній молекулі ДНК походить з початкової молекули, а інша синтезується знову.
Синтез ДНК є ферментативний процес. Він здійснюється внаслідок діяльності ферменту ДНК – полімерази. ДНК тільки задає порядок розташування нуклеотидів, а процес редуплікації здійснює білок. Передбачається, що фермент як би повзе вздовж довгої двотяжової молекули ДНК від одного кінця до іншого і позаду себе залишає роздвоєний «хвіст».
РНК. Існує кілька різних РНК- Вони звуться залежно від виконуваної у клітині функції. Один вид РНК називається транспортними РНК (т-РНК), так як вони транспортують амінокислоти до місця синтезу білка. Інші РНК називаються інформаційними (і-РНК): ці РНК переносять інформацію про структуру білка, який має синтезуватись.
Структура РНК дуже подібна до структури ДНК, протеє й відмінності. У структурі РНК немає подвійний спіралі, за своєю будовою вона подібна до однієї з ланцюгів ДНК- РНК, як і ДНК, - полімер. Її мономерами, як і в ДНК, служать нуклеотиди. Нуклеотиди РНК близькі, хоч і не тотожні, нуклеотидам ДНК. Так само як і нуклеотиди ДНК, нуклеотиди РНК складаються із залишків азотистої основи, пентози та фосфорної кислоти. Азотисті основи у трьох нуклеотидах РНК такі ж, як у ДНК (аденін, гуанін та цитозин). У четвертому нуклеотиді замість тиміну є дуже близький до нього за будовою урацил, і нуклеотид називається урациловим (У). Нуклеотиди РНК відрізняються від нуклеотидів ДНК і характером вуглеводу: в нуклеотидах ДНК вуглеводом є дезок-сирибоза, а РНК - рибоза. Характер з'єднання нуклеотидів при утворенні ланцюгів РНК такий самий, як при утворенні ланцюгів ДНК: нуклеотиди зчіплюються один з одним ковалентними зв'язками між рибозою одного нуклеотиду та фосфорною кислотою сусіднього.
Як сказано, існує кілька типів РНК. Т-РНК мають найкоротші молекули, їх молекулярна маса всього 25-30 тис. І-РНК за розмірами набагато більше, ніж т-РНК. Їхня молекулярна маса коливається від 100 000 до 1000 000. Зміст РНК у клітині непостійно. Воно сильно збільшується, як у клітинах відбувається інтенсивний синтез білка.
АТФ. Це скорочена назва аденозинтрифосфорної кислоти. АТФ міститься у кожній клітині тварин та рослин. Кількість АТФ коливається та в середньому становить 0,04% (на сиру масу клітини). Найбільша кількість АТФ міститься в скелетних м'язах - 0,2-0,5%. За хімічною структурою АТФ є нуклеотидом, і, як у будь-якого нуклеотиду, в ній є азотна підстава (аденін), пентоза (рибоза) і фосфорна кислота. Однак у частині, що містить фосфорну кислоту, молекула АТФ маєсуттєві відмінності від звичайних нуклеотидів. У неї в цій частині сконденсовано три молекули фосфорної кислоти (рис. 74). Це дуже нестійка структура. Мимоволі, а особливо легко під впливом ферменту в АТФ розривається зв'язок між Р і О, і до зв'язків, що звільнилися, приєднується одна або дві молекули води, причому відщеплюється одна або дві молекули фосфорної кислоти. Якщо відщеплюється одна молекула фосфорної кислоти, то АТФ перетворюється на АДФ, т. е. в аденозиндифосфорную кислоту; якщо ж відщеплюються дві молекули фосфорної кислоти, то АТФ перетворюється на АМФ, т. е. в аденозинмонофосфорную кислоту. Реакція відщеплення кожної молекули фосфорної кислоти від АТФ супроводжується великим енергетичним ефектом, саме відщеплення однієї грам-молекули фосфорної кислоти супроводжується звільненням майже 40 кдж (10 000 кал). Це дуже велика величина. Всі інші екзотермічні реакції клітин супроводжуються значно меншим виходом Енергії. Найефективніші з них дають не більше 8-10 кдж (2000-2500 кал). Щоб підкреслити таку особливо високу енергетичну ефективність фосфорнокисневого зв'язку в АТФ, її називають зв'язком, багатою енергією, або макроергічним зв'язком, і наявність такого зв'язку позначають не рискою, як звичайно, а знаком. У АТФ є два макроергічні зв'язки.
Значення АТФ у житті клітини дуже велике. Як побачимо далі, вона грає центральну роль клітинних перетвореннях енергії. АТФ у реакціях, як правило, втрачає одну молекулу фосфорної кислоти та переходить у АДФ. З АДФ шляхом приєднання фосфорної кислоти знову синтезується АТФ. Зрозуміло, що ця реакція йде з поглинанням енергії (40 кДж, або 10 000 кал) на грам-моль.