2.3 Молекулярная масса, содержание и локализация в клетке ДНК и РНК; виды ДНК и РНК

Молекулярную массу ДНК определяют в основном гидродинамическим и электронно-микроскопическим методами, хотя это можно делать, измеряя светорассеяние растворов ДНК и некоторыми другими способами.

В основе гидродинамического метода лежит линейная зависимость константы седиментации ДНК, определяемой при ультрацентрифугировании растворов ДНК, от ее молекулярной массы, которую можно установить по калибровочной кривой или расчитать по формуле: 0,445lgM=1.819+lg(s20?w-2.7), где s20?w - константа седиментации, приведенная путем экстраполирования к бесконечному разведению (s), стандартной температуре (20 С) и вязкости воды (w).

Электронно-микроскопический метод определения молекулярной массы ДНК основан на измерении длины вытянутых молекул ДНК. Известно, что на 0,1 нм протяженности ее молекулы приходится масса, равная 197 Да. Умножая это значение на экспериментально найденную длину, находят значение молекулярной массы. Молекулярная масса эукариотических ДНК выше, чем у ДНК прокариот (например, в одной из хромосом плодовой мушки дрозофилы она достигает 7,9 х 10 10). Кроме того, в состав митохондрий и хлоропластов входят кольцевые молекулы ДНК с молекулярной массой 10 6 -10 7 . ДНК этих органелл называют цитоплазматической; она составляет примерно 0,1% всей клеточной ДНК.

В зависимости от места локализации ДНК в клетке различают ядерную, митохондриальную, хлоропластную, центриольную и эписомальную ДНК. Ядерная ДНК у эукариот резко превалирует над ДНК других субклеточных структур. Так, в митохондриях обнаружено от 0,5*10 6 до 5*10 16 г ДНК, в хлоропластах - от 10? 16 до 150*10? 16 , а в центриолях - 2*10 16 г, что составляет несколько процентов от ядерной ДНК. В таком же соотношении находится содержание ДНК в бактериальной хромосоме и эписомах - внехромосомных, самостоятельно реплицирующихся детерминантах наследственности у микроорганизмов, обеспечивающих перенос генетической информации, например, об устойчивости к антибиотикам (иначе их называют R-факторами, т.е. факторами резистентности). Обсуждается вопрос о существовании экстрахромосомной ДНК, транспортируемой, или коммуникационной, ДНК, цитоплазматической мембранной ДНК, мелкодисперсной сверхскрученной ДНК. По функциональному назначению различают рибосомальную ДНК (рДНК) и сателлитную ДНК (стДНК).

Кроме внутриклеточной ДНК существует также ДНК, входящая в состав вирусов и бактериофагов. Количество ее в вирусах значительно ниже, чем в клетках бактерий (тысячные доли пикограмма).

Молекулярные массы РНК определяют теми же методами, что и ДНК, но, кроме того, используют электрофорез в полиакриламидном геле, так как пробег РНК в геле обратно пропорционален их молекулярным массам. Что касается содержания и локализации РНК в клетках, то оно не отличается ни однообразием, ни стабильностью: в клетках, где идет интенсивный биосинтез белков, содержание РНК в несколько раз превышает таковое ДНК (например, в печени крысы РНК в 4 раза больше, чем ДНК), но там, где синтез белка мал, соотношение ДНК и РНК может быть обратным (например, в легких крысы РНК в 2 раза меньше, чем ДНК).

По функциональному значению и молекулярным массам, равно как и по локализации в клеточном содержимом, РНК делят на следующие виды.

1. Транспортные РНК (тРНК) отличаются сравнительно невысокими значениями молекулярных масс (25-30 тыс. дальтон). тРНК составляют 10 % от всех РНК. Эти РНК локализованы в гиалоплазме клетки, ядерном соке, бесструктурной части хлоропластов и митохондрий и приобретают специфическую конфигурацию в виде клеверного листа. Они осуществляют кодирование аминокислот и перенос их в рибосомальный аппарат клетки в процессе биосинтеза белков.

2. Рибосомальные РНК (рРНК) характеризуются в основном большими молекулярными массами (1-1,5 млн. дальтон), молекулы крупные, в их состав входит до 5 000 нуклеотидов. Они локализованы в рибосомах, являясь их структурной основой и выполняя в них разнообразные функции (формирование активного центра рибосомы; Обеспечение взаимодействия рРНК и тРНК).

3. Информационные, или матричные, РНК (мРНК) обладают молекулярными массами, варьирующими в широких пределах (от 300 000 до 4*10 6). мРНК синтезируются в ядре в процессе транскрипции на определенном участке молекулы ДНК (гене). Функцией мРНК является перенос генетической информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка, на рибосомы.

4. Вирусные РНК отличаются разнообразными и высокими молекулярными массами, лежащими в основном в пределах нескольких миллионов дальтон. Они являются составными частями вирусных и фаговых рибонуклеопротеинов, несут всю информацию, необходимую для размножения вируса в клетках хозяина.

В современной литературе обсуждается вопрос о целесообразности выделения в отдельные категории еще нескольких видов РНК: ядерной, хромосомной, митохондриальных, низкомолекулярных регуляторных, антисмысловых.

Азот и его соединения

Основная масса азота на Земле находится в газообразном состоянии и составляет свыше 3/4 атмосферы (78,09% по объ - ему, или 75,6% по массе). Практически на нашей планете за - пас азота неисчерпаем - 3,8*10^15 т. Азот - довольно инертный элемент...

Алкалоиды растительного сырья

Белки

Белки являются высокомолекулярными соединениями. Это полимеры, состоящие из сотен и тысяч аминокислотных остатков -- мономеров. Соответственно и молекулярная масса белков находится в пределах 10000-1000000. Так, в составе рибонуклеазы (фермента...

Висмут и его соединения в природе

Висмут относится к малоподвижным водным мигрантам и его концентрация в подземных водах составляет около 20 мкг/дм3, в морских водах - 0.02 мкг/дм3. В таких концентрациях висмут не оказывает негативного влияния на качество воды...

Коксование каменных углей

Органическую массу угля образуют соединения, в основе которых находятся углерод, водород, кислород, сера и азот. Углерод Углерод является основным элементом ископаемых углей...

Определение содержания железа +2 в керамических образцах

Глина представляет собою коллоидный пластический материал вторичного происхождения, образовавшийся в результате распада и разложения некоторых видов первичных пород...

Расчет насадочной ректификационной колонны периодического действия для разделения бинарной смеси метиловый спирт – бензол

Масса аппарата рассчитывается по формуле, (6.38) где - масса корпуса, кг; - масса насадки, кг; - масса днища, кг; - масса крышки, кг; - масса максимальной нагрузки на опоры, кг. Вычислим составляющие суммы. Масса корпуса равна, (6...

Структура и деформационно-прочностные свойства изопренового каучука

Структура изопренового каучука рассматривается на двух уровнях: молекулярном и надмолекулярном. Молекулярный уровень характеризуется структурой повторяющихся звеньев, структурой полимерной цепи...

Количество Содержание, кг/ч, кмоль/ч, масс. доли мольн. доли 105 26283 250,3 0,169732 0,034593 3,63 18 123477 6859,8 0,797400 0,948062 17,07 34 4067,8 119,6 0,026269 0,016529 0,56 244 548,2 2,25 0,003540 0,000311 0,08 139 467,6 3,36 0,003020 0,000464 0,06 16 1,8 0,113 0...

Технологический расчет абсорбера для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным водным раствором диэтаноламина

МПа, К, МПа, К 0,75 4.605 190.55 0.0104 3.4538 142.91 0.00780 0,1 4.875 305.43 0.0986 0.4875 30.54 0.00986 0,08 4.248 369.82 0.1524 0.3398 29.59 0.01219 0,06 3.795 425.16 0.2010 0.2277 25.51 0.01206 0,01 9.000 373.6 0.1000 0.0900 3.74 0.00100 У 1,00 4.6 232.29 0...

Технологический расчет абсорбера для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным водным раствором диэтаноламина

Коэффициенты в формуле для расчета энтальпии идеального газа Энтальпии, кДж/кг А В С D 0,5372 154,15 15,12 0,0519 56,62 650,3 349,3 0,1343 58,65 23,63 0,4139 56,15 445,7 59,9 0,1576 33,65 26,31 0,5380 35,58 390,9 61,6 0,1558 34,72 26,08 0,5455 39,22 393,4 61,3 0,0152 87...

Технологический расчет абсорбера для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным водным раствором диэтаноламина

Коэффициенты в формуле для расчета энтальпии идеального газа Энтальпии, кДж/кг А В С D 0,5459 154,15 15,12 0,0519 56,62 650,3 355 0,1365 58,65 23,63 0,4139 56,15 445,7 60.84 0,1604 33,65 26,31 0,5380 35,58 390,9 62.7 0,1581 34,72 26,08 0,5455 39,22 393,4 62.2 0...

Токсическое влияние таллия

Атомная масса Таллия составляет 204...

Характеристика процесса адсорбции

Изотермы адсорбции растворенных веществ из раствора по своему виду аналогичны изотермам адсорбции для газов; для разбавленных растворов эти изотермы хорошо описываются уравнениями Фрейндлиха или Ленгмюра...

Химическая связь и строение вещества

Радиусы атомов и молекул выражаются очень малыми величинами, и в стомиллионных долях сантиметра и обычно измеряются в ангстремах, 1А равен 10-8 см. Радиус молекулы СО2 равен 1,66 10-8 см, что равно 1,66 А. Диаметр молекулы N2 равен 3,1 10-8 см, а это равно 3,1 А...

ограмирован белок состоящий из 400 аминокислот. средняя масса нуклеотидов в молекуле ДНК

3 В одной молекуле ДНК на долю тимини приходится 18% определите% соотношение других нуклеотидов в молекуле ДНК

этой молекулы входит 51 аминокислота, а линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте равна 3,4 ангстрем?

2. Какую массу имеет часть молекулы ДНК, которая кодирует молекулу инсулина, если известно, что в состав этой молекулы входит 51 аминокислота, а средняя молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 а. о. м.

2%. Определите относительную молекулярную массу фрагмента молекулы, принимая во внимание, что относительная молекулярная масса одного нуклеотида равна 354, и число всех видов нуклеотидов в данной молекуле ДНК.

2. Признаки какой изменчивости передаются потомству (модификационной, мутационной)?
3. Что подвергается изменениям при возникновении мутаций (генотип, фенотип)?
4. Наследуются признаки генотипа или фенотипа?
5. Для какой изменчивости характерны следующие признаки: возникают внезапно, могут быть доминантными или рецессивными, полезными или вредными, наследуются, повторяются (мутационная, модификационная)?
6. Где происходят мутации (в хромосомах, в молекулах ДНК, в одной паре нуклеотидов, в нескольких нуклеотидах)?
7. В каком случае мутация проявляется фенотипически (в любом, в гомозиготном организме, в гетерозиготном организме)?
8. Какова роль мутаций в эволюционном процессе (увеличение изменчивости, приспособление к окружающей среде, самосовершенствование организма)?
9. От чего зависит фенотип (от генотипа, от окружающей среды, ни от чего не зависит)?
10. Чем определяется размах изменчивости признаков организма (окружающей средой, генотипом)?
11. Признаки какой изменчивости выражаются в виде вариационного ряда и вариационной кривой (мутационной, модификационной)?
12. Какие признаки обладают узкой нормой реакции (качественные, количественные), какие более пластичны (качественные, количественные)?
13. Какая форма естественного отбора в популяции приводит к образованию новых видов (движущий, стабилизирующий), какая - к сохранению видовых признаков (движущий, стабилизирующий)?

Задание:
Общая масса всех молекул ДНК в 46 хромосомах одной соматической клетки человека составляет около 6х10-9 мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в ядре при овогенезе перед началом мейоза, в профазе мейоза I и мейоза II. Объясните полученные результаты.

Ответ:
Перед началом мейоза хромосомы удваиваются, общая масса ДНК становится 12х10-9 мг.

В профазе мейоза I никаких изменений количества хромосом еще не произошло, остается 12х10-9 мг.

В ходе первого деления мейоза количество хромосом уменьшилось в 2 раза, следовательно, в профазе мейоза II 6х10-9 мг ДНК.

Обсуждение:

Дмитрий Поздняков: Мне непонятен первый ход. Почему под "общей массой всех молекул ДНК" имеется в виду 46 одинарных хромосом, а не 46 двойных? – Это же никак не прописано. Лично я при выполнении этого задания ошибся, у меня получилось 6, 6 и 3.

Анастасия: В интерфазе между делениями каждая хромосома состоит из одной хроматиновой нити, то есть 2n2c (где n-число хромосом, с - число хроматиновых нитей). Непосредственно перед мейозом происходит удвоение - 2n4c, то есть каждая хромосома состоит из двух хроматиновых нитей. В профазе I соотношение сохраняется - 2n4c, а после первого деления уменьшается число хромосом и одна хромосома состоит из двух нитей - n2c, после второго остается nc, то есть одна хромосома - одна нить.

«Подготовка к олимпиадам по биологии» - Коммулятивный эффект. Последовательность. Витамин. Этапы подготовки учащихся к олимпиадам и интеллектуальным конкурсам. Общие методические рекомендации. Желаем успехов на заочном этапе турнира. Формирование умений учащихся. Взаимосвязанная совокупность популяций. Метод биологических исследований. Насиживание самцов страуса яиц. Поперечный срез. Методика подготовки к олимпиадам и интеллектуальным турнирам по биологии.

«Билет по биологии» - Ряд отличий. Пармелия. Лишайники. Клетка. Органоида. АТФ. Безжизненные местообитания. Единица строения и жизнедеятельности организмов. Роль белков в организме. Роль белков.

«Типовые задания ЕГЭ по биологии» - Соответствие между признаком организма и царством. В5 Сопоставление особенностей строения и функционирования организма. Обобщение и применение знаний. Сопоставление особенностей строения и функционирования. Сопоставление биологических объектов. Отбор. Умение работать. Типичные ошибки при выполнении заданий ЕГЭ по биологии. Комплекс. Организмы. Установление последовательности биологических объектов.

«ГИА по биологии» - Структура и содержание стандарта по биологии. Распределение отметок по пятибалльной шкале. Число экзаменов. Устный экзамен по биологии. Диаграмма распределения отметок участников. Итоговая аттестация обучающихся. Рекомендации. Контрольные измерительные материалы 2013 г. Формы проведения. Государственная итоговая аттестация. Подготовку к экзамену. Проблемы итоговой аттестации по биологии. Структура биологического образования.

«С5 по биологии» - Общая масса всех молекул ДНК. Биосинтез белка. ДНК. Определение длины. Вычисление количества нуклеотидов. Определите число аминокислот. Определите последовательность нуклеотидов. Решение задач части С5. Первичная структура инсулина. Молекулярная биология. Задачи. Молекулярная масса. Деление клетки. Участок цепи молекулы ДНК. Число нуклеотидов. Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г, во фрагменте молекулы ДНК.

«Тестирование по биологии» - Споры бактерий. Проверочная работа по биологии. Сколько видов тканей существует в организме человека и животных. Половые части цветка. Печень. Образование органических веществ. Многочисленные органоиды. Растения по типу питания. Генеративный орган растения. Функции. Карп. Существование клеток. Пищеварительная система. Наружный скелет. Наземные позвоночные. Хлорофилл. Животные. Эвглена зелёная. Скорпионы.