Базовая опора: ДНК, РНК и АТФ: нуклеотиды с разными задачами
Повторение материала базового уровня перед углублённым разбором. Разделим хранение последовательности, участие РНК в работе генов и перенос энергии с АТФ; сравним молекулы по строению, не называя АТФ «батарейкой» без оговорок.
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Химическая организация клетки
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Нуклеотиды как мономеры нуклеиновых кислот
- ДНК: строение и функции
- РНК: строение, функции и основные виды
- Комплементарность оснований
- АТФ: строение и функции
Как это устроено
ДНК и РНК — полимеры нуклеотидов; их блоки отличаются сахаром и одним из обычных оснований. ДНК чаще образует двухцепочечную спираль, РНК в клетке часто одноцепочечна, но может складываться в сложные формы. Слова «ДНК всегда двойная, РНК всегда одиночная» слишком сильны: известны исключения, в том числе среди вирусов. Для школьной клетки важно, что последовательность ДНК может храниться и копироваться, а РНК участвует в реализации этой последовательности и других процессах.
Комплементарность пар оснований позволяет одной цепи ДНК быть шаблоном при её копировании и при синтезе РНК. Но правило пар не заменяет ферменты, направление синтеза и проверку ошибок. У клеток гены могут кодировать не только белки, но и функциональные РНК. Поэтому «один ген — один белок» нельзя использовать как всеобщее определение гена.
Матричная РНК несёт последовательность для рибосомы; транспортная РНК сопоставляет кодон и аминокислоту; рибосомная РНК входит в рабочую структуру рибосомы. Эти виды не существуют отдельно от белков и других РНК: синтез и регуляция — взаимосвязанные процессы. Слово «информация» здесь означает порядок элементов, который влияет на продукт синтеза, а не разумное сообщение молекулы.
АТФ не просто «запас энергии в одной связи». Энергетический эффект реакции зависит от всей системы реагентов и продуктов, воды, концентраций и сопряжения с другой реакцией. Клетки постоянно синтезируют и используют АТФ; длительный запас энергии обычно хранится иначе, например в жирах или гликогене. АТФ является нуклеотидом, но не заменяет собой ДНК как долговременное хранилище наследственной последовательности.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Нуклеотид
Молекулярный блок из азотистого основания, пятиуглеродного сахара и фосфатной части; его разновидности образуют ДНК, РНК и некоторые другие молекулы.
Пример: Нуклеотид ДНК с аденином содержит дезоксирибозу, а нуклеотид РНК — рибозу.
- Азотистое основание
Азотсодержащая часть нуклеотида, различия которой позволяют образовывать специфические пары в нуклеиновых кислотах.
Пример: В обычной ДНК аденин преимущественно образует пару с тимином.
- Сахарофосфатный остов
Повторяющаяся цепь связанных сахаров и фосфатных групп, к которой присоединены основания в полинуклеотиде.
Пример: Последовательность оснований ДНК расположена вдоль сахарофосфатного остова.
- ДНК
Дезоксирибонуклеиновая кислота, полимер нуклеотидов, последовательность которого служит долговременным носителем наследственной информации у клеточных организмов.
Пример: Участок ДНК может содержать информацию о последовательности аминокислот белка.
- Комплементарность
Соответствие оснований при образовании пар за счёт их химических свойств, позволяющее одной цепи служить шаблоном для другой.
Пример: В двойной спирали ДНК пары A–T и G–C помогают копировать последовательность.
- РНК
Рибонуклеиновая кислота, полимер нуклеотидов с рибозой и обычно урацилом вместо тимина, способный выполнять несколько клеточных функций.
Пример: Матричная РНК переносит прочитанную с гена информацию к месту синтеза белка.
- Матричная РНК
Вид РНК, последовательность которой используется рибосомой как матрица для порядка аминокислот в синтезируемой цепи.
Пример: Кодоны мРНК читаются рибосомой при синтезе полипептида.
- Транспортная РНК
Вид РНК, доставляющий соответствующую аминокислоту к рибосоме и распознающий кодон мРНК через антикодон.
Пример: тРНК с подходящим антикодоном связывается с очередным кодоном мРНК.
- Рибосомная РНК
Вид РНК, входящий в состав рибосомы и участвующий в её структуре и каталитической работе при синтезе белка.
Пример: рРНК находится в обеих субъединицах рибосомы вместе с белками.
- АТФ
Аденозинтрифосфат, нуклеотид с аденином, рибозой и тремя фосфатными группами, участвующий в сопряжении энергозатратных процессов с химическими реакциями.
Пример: Гидролиз АТФ может быть сопряжён с работой мембранного насоса, переносившего ионы против градиента.
- Гидролиз АТФ
Реакция с участием воды, при которой АТФ превращается, например, в АДФ и неорганический фосфат; полезная работа возникает при сопряжении реакций.
Пример: Белок-переносчик меняет форму при связанном с ним цикле гидролиза АТФ.
Пример по шагам
На модели написано: «РНК копирует белок из ДНК, а АТФ хранит гены». Исправьте обе части.
- ДНК хранит последовательность; при транскрипции по участку ДНК синтезируется РНК, а не готовый белок.
- При трансляции рибосома использует мРНК; тРНК и рРНК участвуют в синтезе цепи аминокислот.
- АТФ участвует в сопряжении процессов с затратой энергии и не служит долговременным носителем генов.
Вывод: Разные нуклеотидные молекулы имеют разные роли; смешение их функций ломает механизм.
Практическая работа
Модель нуклеотидов и проверка её границ
- На готовом наборе карточек соберите нуклеотид ДНК, нуклеотид РНК и АТФ, подписав сахар, основание и фосфатные части.
- Постройте две короткие комплементарные цепи ДНК и отметьте их противоположные направления.
- Отдельно нарисуйте схему ДНК → мРНК → полипептид и укажите, где работают ферменты и рибосома, не называя АТФ носителем гена.
Что можно заключить: Одинаковые структурные блоки нуклеотидной природы не делают все молекулы функционально одинаковыми.
Безопасность: Работайте с карточками или готовыми моделями; не используйте личные генетические данные учащихся или домашние химические наборы.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.