§ 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 та синтез білків каталізують молекули рибосомальної РНК (рРНК), які у складі рибосом виконують роль рибозимів, а також білкові ферменти (наприклад, РНК-полімераза та аміноацил-тРНК-синтетази), які беруть участь у процесах транскрипції та трансляції.

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 завдяки надзвичайно високій швидкості обороту АТФ у клітинах: одна молекула АТФ розщеплюється та знову синтезується з АДФ і фосфату тисячі разів на добу. Оскільки період існування однієї молекули АТФ становить менше ніж одну хвилину, її одноразовий запас у тканинах залишається незначним, а сумарний добовий обсяг відновлення сягає десятків кілограмів.

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.)

Розрахунок здійснюється за принципом комплементарності:

1. Визначимо вміст нуклеотидів у матричному ланцюзі ДНК:

• Аденін (А) комплементарний урацилу РНК (26 %): А = 26 %.
• Тимін (Т) комплементарний аденіну РНК (30 %): Т = 30 %.
• Цитозин (Ц) комплементарний гуаніну РНК (14 %): Ц = 14 %.
• Гуанін (Г) комплементарний цитозину РНК (40 %): Г = 40 %.

2. Визначимо вміст нуклеотидів у другому (нематричному) ланцюзі ДНК:

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

3. Обчислимо середній уміст нуклеотидів у дволанцюговій 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 у клітинах такі основні функції:

1. Матрична РНК (мРНК) переносить інформацію про структуру білка від ДНК до місця його синтезу.
2. Транспортна РНК (тРНК) доставляє амінокислоти до рибосом.
3. Рибосомна РНК (рРНК) входить до складу рибосом і каталізує утворення пептидних зв’язків між амінокислотами.
4. Малі РНК (мікроРНК, мяРНК, міРНК) регулюють роботу генів, дозрівання інших РНК та захищають клітину.
5. Вірусні РНК у деяких вірусів забезпечують збереження та відтворення спадкової інформації.

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

Сполуки з макроергічними зв’язками (насамперед АТФ, а також ГТФ) слугують універсальними акумуляторами та переносниками енергії в клітині. Під час розщеплення їхніх високоенергетичних зв’язків вивільняється енергія, необхідна для здійснення всіх процесів життєдіяльності: синтезу речовин, активного транспорту сполук через мембрани, м’язового скорочення, передачі нервових імпульсів та поділу клітин.

3. В яких процесах може бути використана АТФ?

Молекула АТФ використовується як універсальне джерело енергії у більшості внутрішньоклітинних процесів, що потребують енергетичних витрат. Вона необхідна для біосинтезу білків, нуклеїнових кислот та інших органічних сполук, для активного транспорту речовин через клітинну мембрану (наприклад, роботи натрій-калієвого насоса), забезпечення механічної роботи (скорочення м’язів, руху війок і джгутиків), передавання нервових імпульсів та підтримки постійної температури тіла.

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

Матрична РНК (мРНК) являє собою довгий лінійний ланцюг, що складається з сотень або тисяч нуклеотидів, і характеризується коротким періодом існування (від кількох хвилин до кількох годин), оскільки вона швидко руйнується після зчитування інформації для запобігання надлишковому синтезу білків. Транспортна РНК (тРНК) є відносно малою молекулою (до 100 нуклеотидів), має складну просторову структуру у формі «конюшинного листка» зі спареними дволанцюговими ділянками та відрізняється тривалим періодом існування в клітині (протягом кількох днів або тижнів).

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

ДНК має дволанцюгову структуру та містить вуглевод дезоксирибозу, що робить її хімічно стійкішою та менш схильною до довільних пошкоджень чи гідролізу порівняно з одноланцюговою РНК, у складі якої є рибоза. Наявність двох комплементарних ланцюгів у ДНК дозволяє клітинним ферментам точніше виправляти пошкоджені ділянки (здійснювати репарацію) за зразком неушкодженого другого ланцюга, забезпечуючи надійне та тривале збереження генетичного коду.

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).

Для моделювання процесу синтезу РНК (транскрипції) на матриці ДНК в інтерактивній симуляції необхідно виконати такі послідовні дії:

1. За допомогою ферменту РНК-полімерази розплести подвійну спіраль ДНК на потрібній ділянці.
2. Обрати один із двох ланцюгів ДНК як матричний для зчитування інформації.
3. Підбір нуклеотидів РНК здійснювати за принципом комплементарності: аденіну (А) ДНК відповідає урацил (У) РНК, тиміну (Т) ДНК — аденін (А) РНК, гуаніну (Г) ДНК — цитозин (Ц) РНК, а цитозину (Ц) ДНК — гуанін (Г) РНК.
4. З’єднати залучені нуклеотиди РНК у єдиний ланцюг за допомогою фосфодіестерних зв’язків та відокремити утворену молекулу РНК від матриці ДНК.

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 розщеплюється близько 60 кг АТФ, але в кожний конкретний момент у клітинах міститься лише близько 200 грамів цієї речовини.
• Рибосомальні та транспортні РНК можуть існувати в клітині протягом днів або тижнів, тоді як матричні РНК живуть лише від кількох хвилин до кількох годин.
• За відкриття мікроРНК та її ролі в регуляції генів науковцям Віктору Амбросу та Гарі Рувкуну було присуджено Нобелівську премію з фізіології та медицини у 2024 році.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Мене здивувало, що молекули АТФ виступають універсальними «акумуляторами» енергії, які постійно розщеплюються й знову відновлюються в клітині менше ніж за одну хвилину.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спочатку було складно запам’ятати різновиди та функції малих РНК, але мені допомогло уважне вивчення порівняльних таблиць та схем у параграфі.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Отримані знання допоможуть мені краще розуміти важливість повноцінного харчування й відпочинку для відновлення енергії АТФ під час фізичних навантажень, а також усвідомити принцип дії сучасних мРНК-вакцин.