Летопись важнейших открытий в химии. Исследование структуры РНК.

  • Занимательные материалы
  • docx
  • 27.03.2019
Публикация на сайте для учителей

Публикация педагогических разработок

Бесплатное участие. Свидетельство автора сразу.
Мгновенные 10 документов в портфолио.

В моей методической копилке за годы работы учителем химии в общеобразовательной школе было накоплено множество материалов различной тематики. Одним из разделов моей копилки является подборка материалов о великих химиках нашей страны, других стран, внесших существенную роль в развитие химического производства, разных сфер деятельности человека. Сразу найти необходимый тебе материал зачастую бывает проблематично, на это требуется время. Хочу поделиться с коллегами такой подборкой информации. Источниками поиска за долгие годы для меня стала различная научно-популярная литература, журналы, подшивки тематических газет или отдельные Интернет-ресурсы. Предлагаемый материал может стать хорошим подспорьем при подготовке уроков химии, внеклассных мероприятий.
Иконка файла материала РНК.docx
Зябкина О.А., учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Летопись важнейших открытий в химии. Исследование структуры РНК. В   настоящее   время   известна   первостепенная   роль   рибонуклеиновой кислоты   (РНК)   в   происхождении   жизни   на   Земле   и   передаче наследственности.   Однако   основу   современных   представлений   о   РНК заложили первые исследования нуклеотидов, образующих эту молекулу. Нуклеотиды   находятся   в   плазме   клеток   и   ядре   клеток   хромосом.   В комбинации   с   протеинами   они   образуют   вирусные   молекулы.   Также нуклеотидами являются многие коферменты. В   конце   1868  г.  швейцарский   врач   Ф.Мишер   выделил   из   ядер   лейкоцитов неизвестное вещество, которое назвал нуклеином, от слова «ядро». Примерно в   это   же   время   австрийский   естествоиспытатель   Г.И.Мендель   пытается убедить   ученый   мир   в   значении   своей   работы.   До   середины   XX   столетия никто   не   предполагал,   что   эти   два   открытия   тесно   связаны   между   собой. Работа Менделя пребывала в забвении до 1901 г., а результаты исследований Мишера были опубликованы лишь после его смерти – в 1890 г. Незадолго до этого,   в   1889   г.,   немецкий   химик   Р.Альтман   предложил   назвать   нуклеин, полученный Мишером, нуклеиновой кислотой. Мишер сделал открытие в лаборатории известного исследователя Ф.Гоппе­ Зейлера.   Оно   было   настолько   необычным,   что   последний   поручил   своим сотрудникам   проверить   эксперимент.   В   результате   публикация   статьи Мишера «О химических свойствах гноя», в которой было описано открытие, задержалась на два года.В 1879 г. в лаборатории Гоппе­Зейлера начал работать немецкий биохимик А.Коссель.   В   течение   десяти   последующих   лет   он   выделил   основные составные   части   нуклеина:   аденин   и   гуанин   –   содержащие   азот   вещества, фосфорную  кислоту и  соединения  углеводов.  В 1910 г.  работы  Косселя  с нуклеиновыми кислотами были отмечены Нобелевской премией по медицине и физиологии. Затем   исследования   нуклеиновых   кислот   прекратились,   изучение   их огромного   разнообразия   казалось   скучным   и   бесперспективным.   С химической точки зрения нуклеиновые кислоты в течение долгого времени были   плохо   изучены,   т.   к.   представляли   слишком   трудный   объект исследования.   Было   известно,   что   эти   длинные   цепочки   являются комбинацией четырех многократно повторяющихся единиц (нуклеотидов), а также сахара и фосфорной кислоты, но не было понятно, как они связаны между собой и какова роль фосфорной кислоты. Задача была очень трудной: комбинация трех сложных соединений в одну макромолекулу. Не было даже понятно, как подойти к решению этой химической проблемы. Так   продолжалось   до   1944   г.,   когда   биологи   О.Т.Эйвери,   К.Мак­Леод   и М.Мак­Карти   установили,   что   дезоксирибонуклеиновая   кислота   (ДНК) является носителем генетической информации. Их   исследования   составили   одно   из   крупнейших   открытий   в   современной биологии. История этого открытия началась в 1928 г., когда молодой немецкий ученый Ф.Гриффит в ходе своих опытов смешал невирулентные (неболезнетворные) пневмококки   с   убитыми   болезнетворными   бактериями   того   же   вида.   Он заметил,   что   происходит   какое­то   взаимодействие,   в   результате   которого живые микроорганизмы приобрели вирулентные* свойства. В 1944 г. Эйвери сколлегами   повторил   этот   опыт,   используя   чистую   ДНК,   и   обнаружил аналогичное превращение. Эксперимент доказывал, что нуклеиновая кислота сохраняет   и   передает   признаки   вирулентности   и   вообще   наследственные признаки. Известие об этой роли нуклеиновых кислот сразу привлекло к себе внимание ученых,   среди   них   был   известный   английский   химик­органик   Александер Робертус Тодд. С этого времени он начал интенсивно исследовать первичную структуру нуклеиновых кислот. В   результате   Тодд   выяснил,   каким   способом   связаны   четыре   азотных основания   –   аденин,   гуанин,   цитозин,   тимин   (в   РНК   вместо   тимина содержится   урацил)   –   с   пятиатомным   кольцом   сахара   рибозы   или дезоксирибозы (в ДНК) и молекулой фосфорной кислоты. Было   установлено,   что   нуклеиновые   кислоты   –   это   длинные   цепочки, состоящие из четырех многократно повторяющихся единиц (нуклеотидов). Их структуру можно представить следующим образом: где   Ф   –   фосфатная   группа.   Чередующиеся   остатки   сахара   и   фосфорной кислоты   образуют   сахарофосфатный   остов   молекулы,   одинаковый   у   всех РНК, а огромное их разнообразие обусловливается тем, что четыре азотистых основания   могут   располагаться   вдоль   цепи   в   самой   разной последовательности.   В   РНК   сахар   представлен   рибозой,   в   ДНК   – дезоксирибозой,   содержащей   на   один   атом   кислорода   меньше.   Фрагменты полинуклеотидной цепи РНК и ДНК показаны на рисунке.Рис. Первичная структура дезоксирибонуклеиновой (а) и рибонуклеиновой (б) кислот Комплекс из азотного основания (пуринового или пиримидинового), углевода (рибозы   или   дезоксирибозы)   и   остатка   фосфорной   кислоты   называют нуклеотидом.   Эти   соединения   не   только   являются   составной   частью нуклеиновых кислот, но и входят в состав ферментов в качестве активных групп коферментов. Тодд исследовал структуру нуклеотидов по фрагментам, которые получались при частичной их деградации (разрушении) на более маленькие фрагменты, которые затем синтезировал, создавая разные комбинации сахара, основания и фосфорной   кислоты,   и   сравнивал   с   продуктами   распада.   Такая   схема исследования   «разрушение–синтез»   помогала   установить   и   сопоставить структуры исходных и синтезированных продуктов. Работа   была   блестяще   выполнена.  В   ходе   исследований   были   разработаны специальные методы, в частности фосфорилирование – введение фосфорной кислоты. В   последние   годы   фундаментальная   роль   фосфорной   кислоты   в биохимических   процессах   стала   все   более   очевидной,   и   новые   методы фосфорилирования, которые использовали в биосинтезе нуклеотида, имеют в настоящее время большое значение и в других областях. Ученым   была   установлена   принципиальная   схема   структуры   нуклеиновых кислот,   которая   представляла   длинную   цепь,   состоящую   из   углеводного компонента,   фосфатного   остатка,   причем   к   каждой   молекуле   сахарозы прикреплено гетероциклическое ядро, как маленький кулон в виде какого­ либо пуринового или пиримидинового основания. Таким образом, в молекуле получалось равное количество кислотных и основных групп. Различие междунуклеиновыми   кислотами,   как   показали   эксперименты,   было   обусловлено природным различием этих компонентов и их относительным расположением. За свои исследования нуклеотидов Тодд был удостоен в 1957 г. Нобелевской премии по химии. В своей приветственной речи шведский ученый А.Фредга сказал: «Работы cэра Александера заложили фундамент будущего развития в этой   области.   Начиная   с   этих   исследований,   другие   ученые   развили представления об относительном расположении цепей, которые могут быть намотаны, как спираль, с азотными основаниями, направленными внутрь. Эта модель   может   объяснять,   как   цепь   нуклеиновых   кислот   вызывает формирование другой подобной цепи или протеина. Разработанные методы синтеза   успешно   применяются   для   получения   низкомолекулярных коферментов нуклеотида, среди них кофермент, участвующий в алкогольной ферментации и других биохимических процессах. Открыты пути для синтеза различных   типов,   встречающихся   в   природе.   Так   появилась   возможность синтезировать коферменты со слегка измененной структурой и исследовать влияние этих модификаций на их биологическую активность, а следовательно, лучше понять действия ферментов». В заключение, обращаясь к ученому, Фредга добавил: «Сэр Александер Тодд, возможно,   химики­органики   больше   всего   ценят   ваши   исследования   по фосфорилированию.   Мы   знаем   сегодня,   что   фосфорная   кислота   занята   в важных биохимических процессах, но мы знаем очень мало о том, как это происходит.   Несколько   лет   назад   вы   говорили   о   том,   что   методы, используемые   живым   организмом,   заряжают   все   вокруг   волшебством, благодаря   недостатку   наших   знаний   простой   химии   сложных   эфиров фосфорной   кислоты.   Вы   научились   познавать   эти   сложные   эфиры   с удивительной простотой, и я уверен, что придет время и воздух волшебства полностью рассеется».