§ 10 РНК. АТФ

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Білки є чудовими каталізаторами і беруть участь в утворенні всіх інших груп органічних речовин у клітинах. А які органічні сполуки каталізують утворення самих білків?

Утворення білків каталізують молекули рибосомної РНК (рРНК), які у складі рибосом працюють як рибозими та з’єднують амінокислоти. Також у цьому процесі беруть участь білкові ферменти, зокрема РНК-полімераза під час транскрипції та аміноацил-тРНК-синтетази під час приєднання амінокислот до тРНК.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. В організмі людини утворюється близько 60 кг АТФ (мал. 10.1) щодоби! Проте в організмі людини в будь-який конкретний момент усього близько 200 грам АТФ. Як таке можливо?

Це можливо через дуже високу швидкість обігу АТФ у клітині. Молекула АТФ живе менше ніж одну хвилину: вона миттєво віддає енергію на потреби клітини, перетворюється на АДФ і фосфат, а потім знову швидко відновлюється в процесах клітинного дихання.

2. Аналіз нуклеотидного складу виявив такий уміст нуклеотидів в молекулі РНК: 30 % нуклеотидів з аденіном, 26 % — з урацилом, 14 % — з гуаніном, 40 % — з цитозином. Визнач відсотковий уміст нуклеотидів кожного виду у дволанцюговій ДНК, один із ланцюгів якої є матрицею для досліджуваної РНК. (Зауваж, що аденін в ДНК комплементарний урацилу в РНК, тимін — аденіну, цитозин — гуаніну, гуанін — цитозину.)

1. Визначаємо вміст нуклеотидів у матричному ланцюзі ДНК за принципом комплементарності:

• Аденін (А) = 26 % (комплементарний У РНК)
• Тимін (Т) = 30 % (комплементарний А РНК)
• Цитозин (Ц) = 14 % (комплементарний Г РНК)
• Гуанін (Г) = 40 % (комплементарний Ц РНК)

2. Визначаємо вміст нуклеотидів у другому (комплементарному) ланцюзі ДНК:

• Аденін (А) = 30 %
• Тимін (Т) = 26 %
• Цитозин (Ц) = 40 %
• Гуанін (Г) = 14 %

3. Обчислюємо середній уміст кожного виду нуклеотидів у дволанцюговій молекулі ДНК:

• Аденін (А): (26 % + 30 %) / 2 = 28 %
• Тимін (Т): (30 % + 26 %) / 2 = 28 %
• Гуанін (Г): (40 % + 14 %) / 2 = 27 %
• Цитозин (Ц): (14 % + 40 %) / 2 = 27 %

Відповідь: у дволанцюговій ДНК міститься 28 % аденіну, 28 % тиміну, 27 % гуаніну та 27 % цитозину.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які функції в клітинах виконують РНК?

Молекули РНК виконують такі функції:

• Матрична РНК (мРНК) переносить генетичну інформацію від ДНК до місця синтезу білка.
• Рибосомна РНК (рРНК) утворює каркас рибосом і каталізує формування пептидних зв’язків.
• Транспортна РНК (тРНК) доставляє амінокислоти до рибосом.
• Малі РНК регулюють роботу генів, модифікують інші РНК та беруть участь у захисті клітини.
• У деяких вірусів РНК зберігає та передає спадкову інформацію.

2. Яке значення для клітин мають сполуки з макроергічними зв’язками?

Сполуки з макроергічними зв’язками, передусім АТФ, відіграють роль універсального акумулятора й переносника хімічної енергії в клітині. Їхній розпад забезпечує енергією синтез органічних речовин, рух молекул і клітин, роботу мембранних насосів та підтримку гомеостазу.

3. В яких процесах може бути використана АТФ?

Енергія АТФ використовується для біосинтезу білків і нуклеїнових кислот, активного транспорту йонів і речовин крізь мембрани, м’язового скорочення, передачі нервових сигналів та поділу клітин.

4. Порівняй будову та період існування матричних і транспортних РНК.

Матрична РНК має вигляд довгого лінійного ланцюга від сотень до тисяч нуклеотидів і живе в клітині дуже мало (від кількох хвилин до кількох годин), щоб клітина швидко реагувала на зміни умов. Транспортна РНК — коротка молекула (до 100 нуклеотидів) зі складною просторовою формою конюшинового листка, яка працює стабільно і зберігається в клітині цілими днями або тижнями.

5. Запропонуй пояснення того факту, що в живих системах РНК значно рідше, ніж ДНК використовується для збереження спадкової інформації.

ДНК хімічно значно стійкіша за РНК, оскільки містить дезоксирибозу замість рибози та має дволанцюгову структуру. Подвійна спіраль надійно захищає нітрогеновмісні основи від випадкових хімічних ушкоджень і дозволяє точно відновлювати пошкоджений ланцюг за зразком другого комплементарного ланцюга.

6. Матрицею для синтезу молекул РНК зазвичай є один із ланцюгів молекули ДНК. STEM-проєкт. Змоделюй синтез РНК на матриці ДНК в інтерактивній симуляції (виконай в e-ДОДАТКУ завдання 10.1).

1) Змоделювати синтез молекули РНК на матриці ДНК.

Для моделювання виконано такі кроки:

1. Запущено симуляцію та натиснуто кнопку «Prepare for transcription» для розплітання подвійного ланцюга ДНК.
2. Починаючи з першого виділеного нуклеотиду активної ділянки матричного ланцюга, послідовно приєднано відповідні вільні рибонуклеотиди.
3. Синтез завершено отриманням одноланцюгової молекули іРНК (мРНК), яка відокремлюється від матриці ДНК.

2) Визначити комплементарність нуклеотидів.

Під час транскрипції рибонуклеотиди підбираються до нижнього (матричного) ланцюга ДНК за правилом:

1. Аденіну (A) ДНК відповідає урацил (U) РНК.
2. Тиміну (T) ДНК відповідає аденін (A) РНК.
3. Гуаніну (G) ДНК відповідає цитозин (C) РНК.
4. Цитозину (C) ДНК відповідає гуанін (G) РНК.

3) Порівняти отриману РНК із нематричним ланцюгом ДНК і описати відмінності у структурі та послідовності.

РЕФЛЕКСІЯ

Що нового ви дізналися про процес транскрипції?

Транскрипція зчитує не всю хромосому від самого краю, а чітко визначену ділянку гена зі стартової позиції, а в утвореній РНК замість тиміну завжди стоїть урацил.

Як моделювання допомагає зрозуміти принципи комплементарності та синтезу РНК?

Інтерактивна модель наочно демонструє механізм підбору пар: програма приймає лише хімічно сумісний нуклеотид, показуючи тимчасовий контакт між матрицею ДНК та новою РНК.

Чи помітили ви особливості, які важливі для подальшої трансляції в білок?

Синтезована молекула залишається одноланцюговою та лінійною, що дає змогу рибосомі вільно зчитувати її послідовність трійками нуклеотидів (триплетами або кодонами) під час складання білка.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

Виконай завдання (див. с. 9).

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• В організмі людини за добу утворюється і розпадається приблизно 60 кг АТФ, хоча одночасно в тілі наявні лише близько 200 грам цієї речовини.
• У 2024 році Нобелівську премію присудили Віктору Амбросу та Гарі Рувкуну за відкриття регуляторної ролі мікроРНК.
• Рибосомальні та транспортні РНК існують у клітині тижнями, тоді як матричні РНК руйнуються вже через кілька хвилин або годин.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Мене здивувало, що середній час життя однієї молекули АТФ у клітині становить значно менше однієї хвилини.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткналась під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Труднощі виникли під час розрахунку відсотків нуклеотидів у ДНК на основі даних РНК, але уважне застосування правила комплементарності для двох ланцюгів допомогло легко розв’язати задачу.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допоможуть мені краще розуміти механізми дії сучасних мРНК-вакцин проти вірусних інфекцій та важливість відновлення запасів енергії після занять спортом.