что такое принцип комплементарности в биологии
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
На сегодняшний день двойная спираль ДНК — один из самых известных и популярных научных символов. Вся информация об организме — абсолютно вся — его предки, внешние и внутренние признаки и даже те заболевания, которые перенес организм, «записаны» в молекуле ДНК.
Но так было не всегда. Еще в 1920 г (это самое начало ХХ века!) ученые стали эксперимнтально доказывать существование этой молекулы.
Но на данный момент заслуги по определению и выделению ДНК относят к двум ученым — Д.Уотсону и Ф.Крику. Запомните эти две фамилии — они часто встречаются в вопросах ЕГЭ.
Строение ДНК подробно описано в теме Нуклеиновые кислоты. Повторим вот что: какие азотистые основания входят в ее состав — структура днк:
Эти основания входят в состав каждой спирали. А вот друг с другом эти полосочки держатся за счет межмолекулярных, водородных связей, которые возникают строго между определенными участками!
Принцип комплементарности
Каждое основание на одной из цепей связывается с одним определённым основанием на второй цепи.
Аденин образует связи только с тимином
цитозин — с гуанином.
Ц—- Г
В тестах ЕГЭ часто приходиться иметь дело с таким типом задач:
По принципу комплементарности у нас А связан с Т, Ц — с Г:
1 — я цепь ДНК: ГГГЦАТААЦГЦТ…
1 — я цепь ДНК: ЦЦЦГТАТТГЦГА
Молекула ДНК имеет форму двойной спирали, и ее воспроизведение основано на том, что каждая цепь двойной спирали служит матрицей для сборки новых молекул.
При делении клетки происходит самовоспроизведение ДНК — репликация — каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК. Это и есть основная функция этой нуклеиновой кислоты — передача наследственной информации.
Репликация ДНК происходит в период интерфазы перед каждым клеточным делением. Материнская молекула ДНК ( количество ДНК в клетке равно 2с) под действием фермента ДНК — полимеразы раскручивается с одного конца, а затем из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности на цепях строятся дочерние полинуклеотидные цепи.
В результате матричных реакций возникают две одинаковые по нуклеотидному составу дочерние молекулы ДНК, в которых одна из цепей старая, а другая — новая.
Количество ДНК в клетке становится равным 4с = 2с + 2с
Репликация ДНК
Этапы процесса репликции:
Скорость репликации молекулы ДНК — 750 нуклеотидов в секунду!
Конечно, в процессе появляются ошибки, но их количество ничтожно мало…
Денатурация характерна не только для белков, но и для молекулы ДНК. Молекула распадается на части и теряет свои свойства.
Причинами денатурации все те же: нагревание, соли тяжелых металлов, кислоты, щелочи, ионизирующее излучение.
Функции ДНК
Основная функция молекулы ДНК — хранение и передача следующему поколению той наследственной информации, которая в ней записана.
Благодаря принципу комплементарности репликация ДНК создает практически точную копию исходной молекулы. Благодаря этому новые образующиеся клетки идентичны материнским.
Несколько определений, которые очень помогут как при изучении делений клеток, так и при изучении клеточных структур:
Ген — участок молекулы ДНК, определяющий возможность формирования определенного признака или синтез одной белковой молекулы.
Хромосома — комплекс, состоящий из белков и двух спиральных нитей ДНК.
Хроматиды — две сестринские молекулы ДНК.
Транскрипция и трансляция
Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.
Транскрпиция (лат. transcriptio — переписывание)
Образуется несколько начальных кодонов иРНК.
Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.
Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)
Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.
Примеры решения задачи №1
Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.
«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»
По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.
Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.
Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).
Пример решения задачи №2
«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК»
Пример решения задачи №3
Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.
Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Многие люди слышали такое понятие как комплементарность. Это обычно нечто туманное и не совсем понятное, особенно для тех, кто давно закончил школу и чья работа не связана с биологией или химией. На самом деле суть понятия комплементарность довольно проста, и знать, что это, полезно каждому образованному человеку.
Общие сведения
Комплементарность в макромолекулах
Как известно, молекула ДНК двухцепочная. Связи между цепями могут образовываться только между комплементарными азотистыми основаниями. Правило комплементарности для азотистых оснований выглядит следующим образом:
А-Т (аденин комплементарен тимину).
Г-Ц (гуанин комплементарен цитозину).
Свой принцип комплементарности существует и для молекулы РНК. Эта макромолекула обычно одноцепочная, но бывают исключения в зависимости от разновидности РНК и ее функций.
В молекулах РНК присутствуют аденин, гуанин, цитозин и урацил. Принцип комплементарности для двухцепочной РНК выглядит так:
Как и в случае ДНК, только если комплементарные друг другу азотистые основания стоят друг напротив друга, формируется двойная цепь.
Природа комплементарности
Значение
Комплементарность в других областях биологии
Комплементарность
 | Список значений слова или словосочетания со ссылками на соответствующие статьи. Если вы попали сюда из другой статьи Википедии, пожалуйста, вернитесь и уточните ссылку так, чтобы она указывала на статью. |
Полезное
Смотреть что такое «Комплементарность» в других словарях:
комплементарность — соответствие, взаимодополняемость, взаимосоответствие Словарь русских синонимов. комплементарность сущ., кол во синонимов: 3 • взаимодополняемость (2) … Словарь синонимов
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ — в биохимии взаимное соответствие в химическом строении двух макромолекул, обеспечивающее их взаимодействие спаривание двух нитей ДНК, соединение фермента с субстратом, антигена с антителом. Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ … Большой Энциклопедический словарь
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ — пространственная взаимодополняемость (взаимное соответствие) поверхностей взаимодействующих молекул или их частей, приводящая, как правило, к образованию вторичных (Ван дер Ваальсовых, водородных, ионных) связей между ними. Уникальность и… … Биологический энциклопедический словарь
Комплементарность — явление, при к ром в 2 молекулах имеются дополнительные (зеркальные) по строению и зарядам участки. В результате К. 2 молекулы могут приблизиться друг к другу на такое расстояние, при к ром в результате действия электростатических и ван дер… … Словарь микробиологии
комплементарность — – явление высокоизбирательного связывания биомолекул и биоструктур за счет специфических и универсальных взаимодействий, а также высокого стереохимического сродства … Краткий словарь биохимических терминов
Комплементарность — * камплементарнасць * complementarity свойство нуклеотидов образовывать парные комплексы при взаимодействии цепей нуклеиновых кислот; в соответствии с правилами комплементарности оснований при формировании таких комплексов образуется двойная… … Генетика. Энциклопедический словарь
комплементарность — (биохим.), взаимное соответствие в химическом строении двух макромолекул, обеспечивающее их взаимодействие спаривание двух нитей ДНК, соединение фермента с субстратом, антигена с антителом. Комплементарные структуры подходят друг к другу как… … Энциклопедический словарь
Комплементарность — (от лат. complementum дополнение) пространственная взаимодополняемость молекул или их частей, приводящая к образованию водородных связей. Особую роль комплементарность играет в молекулах нуклеиновых кислот ДНК, где две полинуклеотидные цепи в… … Начала современного естествознания
КомплЕментарность — (дополнительность, взаимодополняемость) имманентное понятие, имеющее смысл в границах единого социокультурного пространства (цивилизации). «Противоположности не исключают, а дополняют друг друга» (Нильс Бор). КомплЕментарность есть частный случай … Геоэкономический словарь-справочник
Принцип комплЕментарности
При анализе содержания азотистых оснований в ДНК из различных организмов Эрвин Чаргафф обнаружил определенные закономерности, позднее названные правилами Чаргаффа.
Молярное содержание аденина всегда равно молярному содержанию тимина, а молярное содержание гуанина — молярному содержанию цитозина.
Количество пуринов равнялось количеству пиримидинов, а отношение А+Т/Г+Ц было различным у разных видов живых организмов.
Это указывало на возможные взаимодействия оснований в ДНК между собой.
На основании правил Чаргаффа и предварительных результатов рентгеноструктурного анализа Джеймс Уотсон и Френсис Крик в 1953 г. предложили двуспиральную модель структуры ДНК.
Согласно этой модели молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, соединенных между собой азотистыми основаниями. При этом аденин одной цепи всегда взаимодействует с тимином в другой, и наоборот. Точно так же гуанин одной цепи всегда связан с цитозином в другой (рис. 6).
Рис. 6. Образование водородных связей между азотистыми основаниями
Такие пары оснований удерживаются за счет образования между основаниями водородных связей:
Главной особенностью пар А–Т и Г–Ц является их одинаковая геометрия. Это позволяет построить двуспиральную молекулу с постоянным расстоянием между цепями, построенными остатками сахара и фосфорной кислоты. Образование любых других пар приводит к нарушению правильной структуры.
Такое взаимодействие оснований, при котором они дополняют друг друга до определенной структуры, одинаковой для всех пар, получило название принципа комплементарности.
Пары аденин и тимин, гуанин и цитозин называются комплементарными парами, а две цепочки нуклеиновых кислот, в которых все основания образуют комплементарные пары — комплементарными цепочками. Таким образом, каждая молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепочек полинуклеотидов (рис. 7).
Рис. 7. Принцип комплиментарности
Важной особенностью структуры двойной спирали ДНК является то, что комплементарные цепи направлены в противоположные стороны, т. е. 5’-конец одной цепи связан комплементарными основаниями с 3’-концом другой цепи, и наоборот. Основания плотно слипаются своими плоскостями, что делает связь между цепочками еще более прочной. Такое слипание получило название стэкинг-взаимодействия. В результате в центре молекулы ДНК находится как бы стержень, построенный из азотистых оснований, а по краям он обвит двумя нитями, состоящими из чередующихся остатков дезоксирибозы и фосфорной кислоты.