Anong mga molekula ang na-synthesize ng DNA? Istraktura ng molekula ng DNA

Ang kemikal na komposisyon ng DNA at ang macromolecular na organisasyon nito. Mga uri ng DNA helices. Mga mekanismo ng molekular ng recombination, pagtitiklop at pagkumpuni ng DNA. Ang konsepto ng mga nucleases at polymerases. Ang pagtitiklop ng DNA bilang isang kondisyon para sa paghahatid ng genetic na impormasyon sa mga inapo. Pangkalahatang katangian ng proseso ng pagtitiklop. Mga aksyon na nangyayari sa isang replication fork. Pagtitiklop ng telomere, telomerase. Ang kahalagahan ng underreplication ng terminal chromosome fragment sa mekanismo ng pagtanda. Mga sistema ng pagwawasto ng error sa pagtitiklop. Mga pagwawasto na katangian ng DNA polymerases. Mga mekanismo ng pagkumpuni ng nasirang DNA. Ang konsepto ng mga sakit sa pag-aayos ng DNA. Mga mekanismo ng molekular ng pangkalahatang genetic recombination. Recombination na tukoy sa site. Pagbabago ng gene.

Noong 1865 Natuklasan ni Gregor Mendel ang mga gene, at natuklasan ito ng kanyang kontemporaryong si Friedrich Miescher noong 1869. natuklasan ang mga nucleic acid (sa nuclei ng salmon pus at sperm cells). Gayunpaman, sa mahabang panahon ang mga pagtuklas na ito ay hindi konektado sa isa't isa; sa mahabang panahon ang istraktura at likas na katangian ng sangkap ng pagmamana ay hindi kilala. Ang genetic na papel ng NK ay itinatag pagkatapos ng pagtuklas at pagpapaliwanag ng mga phenomena ng pagbabagong-anyo (1928, F. Griffiths; 1944, O. Avery), transduction (1951, Lederberg, Zinder) at pagpaparami ng mga bacteriophage (1951, A. Hershey, M. Chase).

Ang pagbabagong-anyo, transduction at pagpaparami ng mga bacteriophage ay nakakumbinsi na napatunayan ang genetic na papel ng DNA. Sa mga virus ng RNA (AIDS, hepatitis B, influenza, TMV, murine leukemia, atbp.), Ang papel na ito ay ginagampanan ng RNA.

Istraktura ng mga nucleic acid. Ang mga NC ay mga biopolymer na kasangkot sa pag-iimbak at paghahatid ng genetic na impormasyon. Ang mga monomer ng NA ay mga nucleotide na binubuo ng isang nitrogenous base, isang monosaccharide at isa o higit pang mga grupo ng pospeyt. Ang lahat ng mga nucleotide sa NA ay mga monophosphate. Ang isang nucleotide na walang pangkat ng pospeyt ay tinatawag na nucleoside. Ang asukal na nakapaloob sa NA ay ang D-isomer at β-anomer ng ribose o 2-deoxyribose. Ang mga nucleotide na naglalaman ng ribose ay tinatawag na ribonucleotides at mga monomer ng RNA, at ang mga nucleotide na nagmula sa deoxyribose ay mga deoxyribonucleotides, at ang DNA ay binubuo ng mga ito. Mayroong dalawang uri ng nitrogenous base: purines - adenine, guanine at pyrimidines - cytosine, thymine, uracil. Ang komposisyon ng RNA at DNA ay kinabibilangan ng adenine, guanine, cytosine; Ang Uracil ay matatagpuan lamang sa RNA, at thymine lamang sa DNA.

Sa ilang mga kaso, ang mga NA ay naglalaman ng mga bihirang menor de edad na nucleotide, tulad ng dihydrouridine, 4-thiouridine, inosine, atbp. Ang kanilang pagkakaiba ay lalo na mataas sa tRNA. Ang mga maliliit na nucleotide ay nabuo bilang isang resulta ng mga pagbabagong kemikal ng mga base ng NA na nangyayari pagkatapos ng pagbuo ng polymer chain. Ang iba't ibang methylated derivatives ay lubhang karaniwan sa RNA at DNA: 5-methyluridine, 5-methylcytidine, l-N-methyladenosine, 2-N-methylguanosine. Sa RNA, ang object ng methylation ay maaari ding maging 2"-hydroxy groups ng ribose residues, na humahantong sa pagbuo ng 2"-O-methylcytidine o 2"-O-methylguanosine.

Ang mga ribonucleotide at deoxyribonucleotide unit ay konektado sa isa't isa gamit ang phosphodiester bridges, na nag-uugnay sa 5"-hydroxyl group ng isang nucleotide sa 3"-hydroxyl group ng susunod. Kaya, ang regular na gulugod ay nabuo sa pamamagitan ng pospeyt at ribose residues, at ang mga base ay nakakabit sa mga asukal sa parehong paraan tulad ng mga side group ay nakakabit sa mga protina. Ang pagkakasunud-sunod ng mga base sa kahabaan ng kadena ay tinatawag na pangunahing istraktura ng NC. Ang pagkakasunud-sunod ng mga base ay karaniwang binabasa sa direksyon mula sa 5" hanggang 3" na carbon atom ng pentose.

Istruktura ng DNA. Ang double helix model ng DNA structure ay iminungkahi ni Watson at Crick noong 1953 (Larawan 7).

Ayon sa three-dimensional na modelong ito, ang molekula ng DNA ay binubuo ng dalawang magkasalungat na direksyon na polynucleotide chain, na bumubuo ng right-handed helix na may kaugnayan sa parehong axis. Ang mga nitrogenous base ay matatagpuan sa loob ng double helix, at ang kanilang mga eroplano ay patayo sa pangunahing axis, habang ang mga residu ng asukal sa pospeyt ay nakalantad palabas. Ang mga partikular na H-bond ay nabuo sa pagitan ng mga base: adenine - thymine (o uracil), guanine - cytosine, na tinatawag na Watson-Crick na pagpapares. Bilang resulta, ang malalaking purine ay palaging nakikipag-ugnayan sa mas maliliit na pyrimidines, na nagsisiguro ng pinakamainam na backbone geometry. Ang mga antiparallel na kadena ng double helix ay hindi magkapareho alinman sa base sequence o nucleotide composition, ngunit sila ay komplementaryo sa isa't isa dahil sa pagkakaroon ng tiyak na hydrogen bonding sa pagitan ng mga base sa itaas.

Napakahalaga ng complementarity para sa pagkopya ng DNA (pagtitiklop). Ang mga ugnayan sa pagitan ng bilang ng iba't ibang base sa DNA ay ipinahayag

Fig.7. B - anyo ng DNA

Chargraff et al. noong 50s, ay may malaking kahalagahan para sa pagtatatag ng istraktura ng DNA: ipinakita na ang bilang ng mga nalalabi ng adenine sa mga base ng kadena ng DNA, anuman ang organismo, ay katumbas ng bilang ng mga nalalabi sa thymine, at ang bilang ng guanine residues ay katumbas ng bilang ng cytosine residues. Ang mga pagkakapantay-pantay na ito ay bunga ng piling pagpapares ng base (Larawan 8).

Ang geometry ng double helix ay ganoon na ang mga katabing base pairs ay 0.34 nm ang pagitan at umiikot ng 36° sa paligid ng helix axis. Samakatuwid, mayroong 10 pares ng base sa bawat pagliko ng helix, at ang helix pitch ay 3.4 nm. Ang diameter ng double helix ay 20 nm at dalawang grooves ang nabuo dito - malaki at maliit. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang sugar phosphate backbone ay matatagpuan sa malayo mula sa helix axis kaysa sa nitrogenous base.

Ang katatagan ng istruktura ng DNA ay dahil sa iba't ibang uri ng pakikipag-ugnayan, ang mga pangunahing ay H-bond sa pagitan ng mga base at interplanar na pakikipag-ugnayan (stacking). Salamat sa huli, hindi lamang ang mga kanais-nais na kontak ng van der Waals sa pagitan ng mga atomo ay natiyak, kundi pati na rin

Fig.8. Ang prinsipyo ng complementarity at antiparallelism ng DNA chain

karagdagang pagpapapanatag dahil sa overlap ng mga p-orbital ng mga atomo ng mga parallel na base. Ang pagpapapanatag ay pinadali din ng kanais-nais na epekto ng hydrophobic, na nagpapakita ng sarili sa proteksyon ng mga low-polar base mula sa direktang pakikipag-ugnay sa may tubig na kapaligiran. Sa kaibahan, ang backbone ng asukal na pospeyt kasama ang mga polar at ionized na grupo nito ay nakalantad, na nagpapatatag din sa istraktura.

Apat na polymorphic form ang kilala para sa DNA: A, B, C at Z. Ang karaniwang istraktura ay B-DNA, kung saan ang mga eroplano ng mga pares ng base ay patayo sa axis ng double helix (Fig. 7.). Sa A-DNA, ang mga eroplano ng mga pares ng base ay iniikot nang humigit-kumulang 20° mula sa normal hanggang sa axis ng kanang kamay na double helix; Mayroong 11 base pairs sa bawat pagliko ng helix. Sa C-DNA mayroong 9 na pares ng base bawat pagliko ng helix. Ang Z-DNA ay isang kaliwang kamay na helix na may 12 pares ng base bawat pagliko; ang mga eroplano ng mga base ay humigit-kumulang patayo sa axis ng spiral. Ang DNA sa isang cell ay karaniwang nasa B form, ngunit ang mga indibidwal na seksyon nito ay maaaring nasa A, Z, o kahit na isa pang conformation.

Ang DNA double helix ay hindi isang frozen na pormasyon, ito ay patuloy na gumagalaw:

· ang mga koneksyon sa mga circuit ay deformed;

· komplementaryong base pairs bukas at malapit;

Nakikipag-ugnayan ang DNA sa mga protina;

· kung ang pag-igting sa molekula ay mataas, pagkatapos ay ito ay lokal na nahuhubad;

· ang kanang spiral ay lumiliko sa kaliwa.

Mayroong 3 fraction ng DNA:

1. Madalas na paulit-ulit (satellite) - hanggang 106 na kopya ng mga gene (10% sa mga daga). Hindi ito kasangkot sa synthesis ng protina; naghihiwalay ng mga gene; nagbibigay ng pagtawid; naglalaman ng mga transposon.

2. Mahinang nauulit - hanggang 102 - 103 gene copies (15% sa mga daga). Naglalaman ng mga gene para sa synthesis ng t-RNA, mga gene para sa synthesis ng mga ribosomal na protina at mga protina ng chromatin.

3. Natatangi (hindi nauulit) - sa mga daga 75% (sa mga tao 56%). Binubuo ng mga istrukturang gene.

Lokalisasyon ng DNA: 95% ng DNA ay naisalokal sa nucleus sa mga chromosome (linear DNA) at 5% sa mitochondria, plastids at cell center sa anyo ng pabilog na DNA.

Mga Pag-andar ng DNA: imbakan at paghahatid ng impormasyon; pagkukumpuni; pagtitiklop.

Ang dalawang strand ng DNA sa rehiyon ng gene ay sa panimula ay naiiba sa kanilang pagganap na tungkulin: ang isa sa mga ito ay coding, o kahulugan, at ang pangalawa ay template.

Nangangahulugan ito na sa proseso ng "pagbabasa" ng isang gene (transkripsyon o pre-mRNA synthesis), ang DNA template strand ay gumaganap bilang isang template. Ang produkto ng prosesong ito, pre-mRNA, ay nag-tutugma sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide sa coding strand ng DNA (na may pagpapalit ng mga base ng thymine sa mga uracil).

Kaya, lumalabas na sa tulong ng DNA template strand, ang genetic na impormasyon ng DNA coding strand ay muling ginawa sa istraktura ng RNA sa panahon ng transkripsyon.

Ang pangunahing proseso ng matrix na likas sa lahat ng nabubuhay na organismo ay ang pagtitiklop ng DNA, transkripsyon at pagsasalin.

Pagtitiklop- isang proseso kung saan ang impormasyong naka-encode sa base sequence ng isang magulang na molekula ng DNA ay ipinapadala nang may pinakamataas na katumpakan sa anak na DNA. Sa pamamagitan ng semi-conservative na pagtitiklop, ang mga anak na selula ng unang henerasyon ay tumatanggap ng isang strand ng DNA mula sa kanilang mga magulang, at ang pangalawang strand ay bagong synthesize. Ang proseso ay isinasagawa kasama ang pakikilahok ng DNA polymerases, na kabilang sa klase ng mga transferase. Ang papel na ginagampanan ng template ay nilalaro ng mga nakahiwalay na kadena ng double-stranded na maternal DNA, at ang mga substrate ay deoxyribonucleoside-5"-triphosphate.

Transkripsyon- ang proseso ng paglilipat ng genetic na impormasyon mula sa DNA patungo sa RNA. Lahat ng uri ng RNA - mRNA, rRNA at tRNA - ay synthesize ayon sa pagkakasunud-sunod ng mga base sa DNA, na nagsisilbing template. Isa lamang, ang tinatawag na "+" DNA strand ay na-transcribe. Ang proseso ay nangyayari sa paglahok ng RNA polymerases. Ang mga substrate ay ribonucleoside 5"-triphosphates.

Ang mga proseso ng pagtitiklop at transkripsyon sa mga prokaryote at eukaryote ay malaki ang pagkakaiba sa bilis at mga indibidwal na mekanismo.

I-broadcast- ang proseso ng pag-decode ng mRNA, bilang isang resulta kung saan ang impormasyon mula sa wika ng base sequence ng mRNA ay isinalin sa wika ng amino acid sequence ng protina. Nagaganap ang pagsasalin sa mga ribosom, ang mga substrate ay aminoacyl-tRNA.

Ang template ng DNA synthesis, na na-catalyze ng DNA polymerases, ay gumaganap ng dalawang pangunahing function: DNA replication - ang synthesis ng mga bagong anak na chain at ang pag-aayos ng double-stranded DNA na nasira sa isa sa mga chain na nabuo bilang resulta ng pagputol ng mga nasirang seksyon nito. chain sa pamamagitan ng mga nucleases. Mayroong tatlong uri ng DNA polymerases sa prokaryotes at eukaryotes. Sa mga prokaryote, ang mga polymerase ng mga uri I, II at III ay kinikilala, na itinalaga bilang pol l, pol ll at pol III. Ang huli ay nagpapagana sa synthesis ng lumalagong kadena; ang pol ay gumaganap ng mahalagang papel sa proseso ng pagkahinog ng DNA; ang mga tungkulin ng poll ay hindi lubos na nauunawaan. Sa mga eukaryotic cell, ang DNA polymerase ά ay kasangkot sa chromosome replication, ang DNA polymerase β ay kasangkot sa pagkumpuni, at ang γ variety ay isang enzyme na nagsasagawa ng mitochondrial DNA replication. Ang mga Enzyme na ito, anuman ang uri ng cell kung saan nagaganap ang pagtitiklop, ay nakakabit ng isang nucleotide sa pangkat ng OH sa 3" dulo ng isa sa mga hibla ng DNA, na lumalaki sa direksyong 5"→3. Samakatuwid, sinasabi nila na ang mga F na ito ay may 5"→3" na aktibidad na polymerase. Bilang karagdagan, lahat sila ay nagpapakita ng kakayahang pababain ang DNA sa pamamagitan ng pagtanggal ng mga nucleotide sa 3"→5 na direksyon, ibig sabihin, ang mga ito ay 3"→5" exonucleases.

Noong 1957, nalaman nina Meselson at Stahl, na nag-aaral ng E. coli, na sa bawat libreng strand, ang enzyme DNA polymerase ay bumubuo ng bago, komplementaryong strand. Ito ay isang semi-konserbatibong paraan ng pagtitiklop: ang isang strand ay luma - ang isa ay bago!

Karaniwan, ang pagtitiklop ay nagsisimula sa mahigpit na tinukoy na mga lugar, na tinatawag na mga ori na lugar (mula sa pinagmulan ng pagtitiklop), at mula sa mga lugar na ito kumakalat ito sa magkabilang direksyon. Ang mga rehiyon ng ori ay nauunahan ng mga sangay na punto ng mga hibla ng ina ng DNA. Ang lugar na katabi ng branch point ay tinatawag na replication fork (Fig. 9). Sa panahon ng synthesis, ang replication fork ay gumagalaw sa kahabaan ng molekula, at parami nang parami ang mga bagong seksyon ng parental DNA ay nahuhubad hanggang ang tinidor ay umabot sa termination point. Ang paghihiwalay ng kadena ay nakamit gamit ang mga espesyal na F - helicase (topoisomerases). Ang enerhiya na kinakailangan para dito ay inilabas sa pamamagitan ng hydrolysis ng ATP. Ang mga helicase ay gumagalaw sa mga polynucleotide chain sa dalawang direksyon.

Upang simulan ang synthesis ng DNA, kailangan ang isang binhi - isang panimulang aklat. Ang papel ng panimulang aklat ay ginagampanan ng maikling RNA (10-60 nucleotides). Ito ay synthesize na pantulong sa isang partikular na seksyon ng DNA na may partisipasyon ng primase. Matapos mabuo ang panimulang aklat, ang DNA polymerase ay nagsisimulang gumana. Hindi tulad ng mga helicase, ang DNA polymerases ay maaari lamang lumipat mula sa 3" hanggang 5" na dulo ng template. Samakatuwid, ang pagpapahaba ng lumalaking kadena habang ang double-stranded na parent na DNA ay na-unwind ay maaaring mangyari lamang sa isang strand ng template, ang isang nauugnay kung saan gumagalaw ang replication fork mula sa 3" hanggang 5" na dulo. Ang patuloy na synthesize na chain ay tinatawag na nangungunang chain. Ang synthesis sa lagging strand ay nagsisimula din sa pagbuo ng isang panimulang aklat at nagpapatuloy sa direksyon na kabaligtaran sa nangungunang strand - mula sa replication fork. Ang lagging strand ay na-synthesize sa mga fragment (sa anyo ng mga Okazaki fragment), dahil ang panimulang aklat ay nabuo lamang kapag ang replication fork ay naglalabas ng rehiyon ng template na may affinity para sa primase. Ang ligation (crosslinking) ng mga fragment ng Okazaki upang makabuo ng isang chain ay tinatawag na proseso ng maturation.

Sa panahon ng strand maturation, ang RNA primer ay tinanggal mula sa parehong 5" dulo ng nangungunang strand at 5" na dulo ng mga fragment ng Okazaki, at ang mga fragment na ito ay pinagsama-sama. Ang pag-alis ng panimulang aklat ay isinasagawa kasama ang paglahok ng 3"→5" exonuclease. Ang parehong F, sa halip na ang inalis na RNA, ay nakakabit ng mga deoxynucleotides gamit ang 5"→3" polymerase activity nito. Sa kasong ito, sa kaso ng pagdaragdag ng isang "maling" nucleotide, ang "proofreading" ay isinasagawa - ang pag-alis ng mga base na bumubuo ng hindi komplementaryong mga pares. Ang prosesong ito ay nagbibigay ng napakataas na katumpakan ng pagtitiklop, na tumutugma sa isang error sa bawat 109 na pares ng base.

Fig.9. Pagtitiklop ng DNA:

1 - replication fork, 2 - DNA polymerase (pol I - maturation);

3 - DNA polymerase (pol III - "proofreading"); 4-helicase;

5-gyrase (topoisomerase); 6-protina na nagpapahina sa double helix.

Isinasagawa ang pagwawasto sa mga kaso kapag ang isang "maling" nucleotide ay nakakabit sa 3" na dulo ng lumalaking kadena, na hindi makabuo ng kinakailangang mga bono ng hydrogen sa matrix. Kapag nagkamali ang pol III sa maling base, ang 3" - 5 nito" Ang aktibidad ng exonuclease ay "naka-on", at ang base na ito ay agad na tinanggal, pagkatapos kung saan ang aktibidad ng polymerase ay naibalik. Ang simpleng mekanismong ito ay gumagana dahil sa ang katunayan na ang pol III ay nagagawang kumilos bilang isang polymerase lamang sa isang perpektong DNA double helix na may ganap na tama base na pagpapares.

Ang isa pang mekanismo para sa pag-alis ng mga fragment ng RNA ay batay sa presensya sa mga cell ng isang espesyal na ribonuclease, na tinatawag na RNase H. Ang F na ito ay tiyak sa mga double-stranded na istruktura na binuo mula sa isang ribonucleotide at isang deoxyribonucleotide chain, at ito ay nag-hydrolyze sa una sa kanila.

Ang RNase H ay may kakayahang alisin ang RNA primer, na sinusundan ng pagkumpuni ng puwang ng DNA polymerase. Sa mga huling yugto ng pag-assemble ng mga fragment sa kinakailangang pagkakasunud-sunod, ang DNA ligase ay kumikilos, na nagpapasigla sa pagbuo ng isang phosphodiester bond.

Ang pag-unwinding ng bahagi ng DNA double helix ng mga helicase sa eukaryotic chromosome ay humahantong sa supercoiling ng natitirang istraktura, na hindi maiiwasang makakaapekto sa bilis ng proseso ng pagtitiklop. Ang supercoiling ay pinipigilan ng DNA topoisomerases.

Kaya, bilang karagdagan sa DNA polymerase, isang malaking hanay ng Ps ang nakikibahagi sa pagtitiklop ng DNA: helicase, primase, RNase H, DNA ligase at topoisomerase. Ang listahang ito ng mga phosphorus na protina at protina na kasama sa template ng biosynthesis ng DNA ay malayo sa kumpleto. Gayunpaman, marami sa mga kalahok sa prosesong ito ay nananatiling maliit na pinag-aralan hanggang sa araw na ito.

Sa panahon ng proseso ng pagtitiklop, nagaganap ang "proofreading" - ang pag-alis ng mga hindi tama (na bumubuo ng hindi komplementaryong mga pares) na mga base na kasama sa bagong synthesize na DNA. Ang prosesong ito ay nagbibigay ng napakataas na katumpakan ng pagtitiklop, na tumutugma sa isang error sa bawat 109 na pares ng base.

Telomeres. Noong 1938 pinatunayan ng mga klasikong geneticist na sina B. McClinton at G. Möller na sa mga dulo ng chromosome ay may mga espesyal na istruktura na tinatawag na telomeres (telos-end, meros-part).

Natuklasan ng mga siyentipiko na kapag nalantad sa X-ray radiation, ang mga telomere lamang ang nagpapakita ng resistensya. Sa kabaligtaran, pinagkaitan ng mga seksyon ng terminal, ang mga chromosome ay nagsisimulang magsama, na humahantong sa malubhang genetic abnormalities. Kaya, ang mga telomere ay nagbibigay ng sariling katangian ng mga chromosome. Ang mga telomer ay siksikan (heterochromatin) at hindi naa-access ng mga enzyme (telomerase, methylase, endonucleases, atbp.)

Mga function ng telomeres.

1. Mechanical: a) pagdurugtong sa mga dulo ng sister chromatids pagkatapos ng S-phase; b) pag-aayos ng mga chromosome sa nuclear membrane, na nagsisiguro ng conjugation ng mga homologue.

2. Pagpapatatag: a) proteksyon mula sa underreplication ng genetically significant DNA sections (telomeres are not transcribed); b) pagpapapanatag ng mga dulo ng sirang chromosome. Sa mga pasyenteng may α - thalassemia, nangyayari ang chromosome 16d break sa α - globin genes at ang telomeric repeats (TTAGGG) ay idinaragdag sa nasirang dulo.

3.Impluwensiya sa pagpapahayag ng gene. Ang aktibidad ng mga gene na matatagpuan malapit sa telomeres ay nabawasan. Ito ay isang manipestasyon ng silencing – transcriptional silence.

4. "Pagbibilang ng function". Ang mga Telomeres ay kumikilos bilang isang aparatong orasan na nagbibilang ng bilang ng mga dibisyon ng cell. Ang bawat dibisyon ay nagpapaikli ng telomeres ng 50-65 bp. At ang kanilang kabuuang haba sa mga embryonic cell ng tao ay 10-15 thousand bp.

Ang telomeric DNA ay nakuha kamakailan sa atensyon ng mga biologist. Ang mga unang bagay ng pag-aaral ay single-celled protozoa - ciliated ciliates (tetrahymena), na naglalaman ng ilang sampu-sampung libong napakaliit na chromosome at, samakatuwid, maraming telomeres sa isang cell (sa mas mataas na eukaryotes mayroong mas mababa sa 100 telomeres bawat cell).

Sa telomeric DNA ng ciliates, ang mga bloke ng 6 na residu ng nucleotide ay paulit-ulit nang maraming beses. Ang isang strand ng DNA ay naglalaman ng isang bloke ng 2 thymine - 4 guanine (TTGGYG - G-chain), at ang complementary chain - 2 adenine - 4 cytosine (AACCCC - C-chain).

Isipin ang sorpresa ng mga siyentipiko nang matuklasan nila na ang telomeric DNA ng tao ay naiiba sa ciliates sa pamamagitan lamang ng isang letra at bumubuo ng mga bloke ng 2 thymine - adenine - 3 guanine (TTAGGG). Bukod dito, lumabas na ang telomeres (G - chain) ng lahat ng mga mammal, reptile, amphibian, ibon at isda ay itinayo mula sa mga bloke ng TTAGGG.

Gayunpaman, walang nakakagulat dito, dahil ang telomeric DNA ay hindi naka-encode ng anumang mga protina (hindi ito naglalaman ng mga gene). Sa lahat ng mga organismo, ang mga telomere ay gumaganap ng mga unibersal na pag-andar, na tinalakay sa itaas. Ang isang napakahalagang katangian ng telomeric DNA ay ang haba nito. Sa mga tao, umabot ito ng 2 hanggang 20 libong base pairs, at sa ilang species ng mice maaari itong umabot sa daan-daang libong base pairs. Ito ay kilala na may mga espesyal na protina malapit sa telomeres na tinitiyak ang kanilang paggana at kasangkot sa pagbuo ng telomeres.

Napatunayan na para sa normal na paggana, ang bawat linear na DNA ay dapat may dalawang telomere: isang telomere sa bawat dulo.

Ang mga prokaryote ay walang telomeres - ang kanilang DNA ay sarado sa isang singsing.

Alam nating lahat na ang hitsura ng isang tao, ilang mga gawi at maging ang mga sakit ay namamana. Ang lahat ng impormasyong ito tungkol sa isang buhay na nilalang ay naka-encode sa mga gene. Kaya ano ang hitsura ng mga kilalang gene na ito, paano gumagana ang mga ito at saan matatagpuan ang mga ito?

Kaya, ang carrier ng lahat ng mga gene ng sinumang tao o hayop ay DNA. Ang tambalang ito ay natuklasan noong 1869 ni Johann Friedrich Miescher. Sa kemikal, ang DNA ay deoxyribonucleic acid. Ano ang ibig sabihin nito? Paano dinadala ng acid na ito ang genetic code ng lahat ng buhay sa ating planeta?

Magsimula tayo sa pamamagitan ng pagtingin sa kung saan matatagpuan ang DNA. Ang isang cell ng tao ay naglalaman ng maraming organelles na gumaganap ng iba't ibang mga function. Ang DNA ay matatagpuan sa nucleus. Ang nucleus ay isang maliit na organelle, na napapalibutan ng isang espesyal na lamad, at kung saan ang lahat ng genetic na materyal - DNA - ay nakaimbak.

Ano ang istraktura ng isang molekula ng DNA?

Una sa lahat, tingnan natin kung ano ang DNA. Ang DNA ay isang napakahabang molekula na binubuo ng mga elemento ng istruktura - mga nucleotide. Mayroong 4 na uri ng nucleotides - adenine (A), thymine (T), guanine (G) at cytosine (C). Ang kadena ng mga nucleotide ay schematically ganito ang hitsura: GGAATTCTAAG... Ang sequence ng mga nucleotides ay ang DNA chain.

Ang istraktura ng DNA ay unang na-decipher noong 1953 nina James Watson at Francis Crick.

Sa isang molekula ng DNA ay may dalawang kadena ng mga nucleotide na pinaikot-ikot sa bawat isa. Paano nananatiling magkasama ang mga nucleotide chain na ito at nagiging spiral? Ang kababalaghan na ito ay dahil sa pag-aari ng complementarity. Ang complementarity ay nangangahulugan na ang ilang mga nucleotide (complementary) lamang ang matatagpuan sa tapat ng bawat isa sa dalawang chain. Kaya, ang kabaligtaran ng adenine ay palaging mayroong thymine, at ang kabaligtaran ng guanine ay laging may cytosine. Kaya, ang guanine ay komplementaryo sa cytosine, at ang adenine ay komplementaryo sa thymine.Ang ganitong mga pares ng nucleotides na magkatapat sa isa't isa sa iba't ibang chain ay tinatawag ding complementary.

Maaari itong ipakita sa eskematiko tulad ng sumusunod:

G - C
T - A
T - A
C - G

Ang mga komplementaryong pares na ito A - T at G - C ay bumubuo ng isang kemikal na bono sa pagitan ng mga nucleotide ng pares, at ang bono sa pagitan ng G at C ay mas malakas kaysa sa pagitan ng A at T. Ang bono ay nabuo nang mahigpit sa pagitan ng mga komplementaryong base, iyon ay, ang pagbuo ng isang bono sa pagitan ng hindi komplementaryong G at A ay imposible.

"Packaging" ng DNA, paano nagiging chromosome ang isang DNA strand?

Bakit ang mga DNA nucleotide chain na ito ay umiikot din sa isa't isa? Bakit kailangan ito? Ang katotohanan ay ang bilang ng mga nucleotide ay napakalaki at maraming espasyo ang kailangan upang mapaunlakan ang gayong mahabang kadena. Para sa kadahilanang ito, ang dalawang hibla ng DNA ay umiikot sa isa't isa sa isang helical na paraan. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na spiralization. Bilang resulta ng spiralization, ang mga chain ng DNA ay pinaikli ng 5-6 beses.

Ang ilang mga molekula ng DNA ay aktibong ginagamit ng katawan, habang ang iba ay bihirang ginagamit. Bilang karagdagan sa spiralization, ang mga bihirang ginagamit na molekula ng DNA ay sumasailalim sa mas compact na "packaging." Ang compact packaging na ito ay tinatawag na supercoiling at pinapaikli ang DNA strand ng 25-30 beses!

Paano naka-pack ang mga DNA helice?

Gumagamit ang supercoiling ng mga histone protein, na may hitsura at istraktura ng isang baras o spool ng sinulid. Ang mga spiralized strands ng DNA ay nasugatan sa mga "coils" na ito - mga histone protein. Kaya, ang mahabang thread ay nagiging napaka-compact na nakabalot at tumatagal ng napakaliit na espasyo.

Kung kinakailangan na gumamit ng isa o ibang molekula ng DNA, ang proseso ng "unwinding" ay nangyayari, iyon ay, ang DNA strand ay "unwound" mula sa "spool" - ang histone protein (kung ito ay nasugatan dito) at humiwalay mula sa ang spiral sa dalawang parallel chain. At kapag ang molekula ng DNA ay nasa isang hindi nababagong estado, kung gayon ang kinakailangang genetic na impormasyon ay mababasa mula dito. Higit pa rito, ang genetic na impormasyon ay binabasa lamang mula sa mga untwisted DNA strands!

Ang isang hanay ng mga supercoiled chromosome ay tinatawag heterochromatin, at ang mga chromosome na magagamit para sa pagbabasa ng impormasyon ay euchromatin.

Ano ang mga gene, ano ang kanilang koneksyon sa DNA?

Ngayon tingnan natin kung ano ang mga gene. Nabatid na may mga gene na tumutukoy sa uri ng dugo, kulay ng mata, buhok, balat at marami pang ibang katangian ng ating katawan. Ang gene ay isang mahigpit na tinukoy na seksyon ng DNA, na binubuo ng isang tiyak na bilang ng mga nucleotide na nakaayos sa isang mahigpit na tinukoy na kumbinasyon. Ang lokasyon sa isang mahigpit na tinukoy na seksyon ng DNA ay nangangahulugan na ang isang partikular na gene ay itinalaga sa lugar nito, at imposibleng baguhin ang lugar na ito. Angkop na gawin ang sumusunod na paghahambing: ang isang tao ay nakatira sa isang tiyak na kalye, sa isang tiyak na bahay at apartment, at ang isang tao ay hindi maaaring kusang lumipat sa ibang bahay, apartment o sa ibang kalye. Ang isang tiyak na bilang ng mga nucleotide sa isang gene ay nangangahulugan na ang bawat gene ay may isang tiyak na bilang ng mga nucleotides at hindi sila maaaring maging mas marami o mas kaunti. Halimbawa, ang gene encoding insulin production ay binubuo ng 60 nucleotide pairs; ang gene na naka-encode sa paggawa ng hormone oxytocin - ng 370 pares ng nucleotide.

Ang mahigpit na pagkakasunud-sunod ng nucleotide ay natatangi para sa bawat gene at mahigpit na tinukoy. Halimbawa, ang sequence na AATTAATA ay isang fragment ng isang gene na nagko-code para sa paggawa ng insulin. Upang makakuha ng insulin, ang eksaktong pagkakasunud-sunod na ito ay ginagamit; upang makakuha, halimbawa, adrenaline, isang ibang kumbinasyon ng mga nucleotide ang ginagamit. Mahalagang maunawaan na ang isang tiyak na kumbinasyon ng mga nucleotide lamang ang nag-encode ng isang tiyak na "produkto" (adrenaline, insulin, atbp.). Ang ganitong natatanging kumbinasyon ng isang tiyak na bilang ng mga nucleotide, na nakatayo sa "lugar nito" - ito ay gene.

Bilang karagdagan sa mga gene, ang DNA chain ay naglalaman ng tinatawag na "non-coding sequence". Ang ganitong mga non-coding nucleotide sequence ay kumokontrol sa paggana ng mga gene, tumutulong sa spiralization ng mga chromosome, at markahan ang simula at pagtatapos ng isang gene. Gayunpaman, hanggang ngayon, ang papel ng karamihan sa mga di-coding na pagkakasunud-sunod ay nananatiling hindi maliwanag.

Ano ang isang chromosome? Mga sex chromosome

Ang koleksyon ng mga gene ng isang indibidwal ay tinatawag na genome. Naturally, ang buong genome ay hindi maaaring nilalaman sa isang DNA. Ang genome ay nahahati sa 46 na pares ng mga molekula ng DNA. Ang isang pares ng mga molekula ng DNA ay tinatawag na chromosome. Kaya, ang mga tao ay may 46 sa mga chromosome na ito. Ang bawat chromosome ay nagdadala ng isang mahigpit na tinukoy na hanay ng mga gene, halimbawa, ang chromosome 18 ay naglalaman ng mga gene na naka-encode ng kulay ng mata, atbp. Ang mga chromosome ay naiiba sa haba at hugis. Ang pinakakaraniwang mga hugis ay X o Y, ngunit mayroon ding iba. Ang mga tao ay may dalawang chromosome ng parehong hugis, na tinatawag na mga pares. Dahil sa gayong mga pagkakaiba, ang lahat ng ipinares na chromosome ay binibilang - mayroong 23 pares. Nangangahulugan ito na mayroong pares ng chromosome No. 1, pares No. 2, No. 3, atbp. Ang bawat gene na responsable para sa isang partikular na katangian ay matatagpuan sa parehong chromosome. Ang mga modernong alituntunin para sa mga espesyalista ay maaaring magpahiwatig ng lokasyon ng gene, halimbawa, tulad ng sumusunod: chromosome 22, mahabang braso.

Ano ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga chromosome?

Paano pa naiiba ang mga chromosome sa bawat isa? Ano ang ibig sabihin ng mahabang balikat? Kunin natin ang mga chromosome ng form X. Ang intersection ng mga DNA strands ay maaaring mangyari nang mahigpit sa gitna (X), o maaari itong mangyari hindi sa gitna. Kapag ang naturang intersection ng DNA strands ay hindi nangyayari sa gitna, pagkatapos ay nauugnay sa punto ng intersection, ang ilang mga dulo ay mas mahaba, ang iba, ayon sa pagkakabanggit, ay mas maikli. Ang ganitong mga mahabang dulo ay karaniwang tinatawag na mahabang braso ng chromosome, at ang mga maikling dulo ay tinatawag na maikling braso. Sa mga chromosome ng Y na hugis, karamihan sa mga braso ay inookupahan ng mahahabang braso, at ang mga maikli ay napakaliit (hindi man sila ipinahiwatig sa eskematiko na imahe).

Ang laki ng mga chromosome ay nag-iiba: ang pinakamalaki ay mga chromosome ng mga pares No. 1 at No. 3, ang pinakamaliit na chromosome ay mga pares No. 17, No. 19.

Bilang karagdagan sa kanilang hugis at sukat, ang mga chromosome ay naiiba sa mga pag-andar na kanilang ginagawa. Sa 23 pares, 22 pares ay somatic at 1 pares ay sekswal. Ano ang ibig sabihin nito? Tinutukoy ng mga somatic chromosome ang lahat ng mga panlabas na katangian ng isang indibidwal, ang mga katangian ng kanyang mga reaksyon sa pag-uugali, namamana na psychotype, iyon ay, ang lahat ng mga katangian at katangian ng bawat indibidwal na tao. Tinutukoy ng isang pares ng sex chromosome ang kasarian ng isang tao: lalaki o babae. Mayroong dalawang uri ng human sex chromosomes: X (X) at Y (Y). Kung sila ay pinagsama bilang XX (x - x) - ito ay isang babae, at kung XY (x - y) - mayroon kaming isang lalaki.

Mga namamana na sakit at pinsala sa chromosome

Gayunpaman, ang "pagkasira" ng genome ay nangyayari, at pagkatapos ay nakita ang mga genetic na sakit sa mga tao. Halimbawa, kapag mayroong tatlong chromosome sa ika-21 na pares ng chromosome sa halip na dalawa, ang isang tao ay ipinanganak na may Down syndrome.

Mayroong maraming mas maliit na "pagkasira" ng genetic na materyal na hindi humahantong sa sakit, ngunit sa kabaligtaran, ay nagbibigay ng magagandang katangian. Ang lahat ng "pagkasira" ng genetic material ay tinatawag na mutations. Ang mga mutasyon na humahantong sa mga sakit o pagkasira ng mga katangian ng katawan ay itinuturing na negatibo, at ang mga mutasyon na humahantong sa pagbuo ng mga bagong kapaki-pakinabang na katangian ay itinuturing na positibo.

Gayunpaman, sa karamihan ng mga sakit na dumaranas ng mga tao ngayon, hindi ang sakit na minana, ngunit isang predisposisyon lamang. Halimbawa, ang ama ng isang bata ay sumisipsip ng asukal nang dahan-dahan. Hindi ito nangangahulugan na ang bata ay ipanganak na may diabetes, ngunit ang bata ay magkakaroon ng predisposisyon. Nangangahulugan ito na kung ang isang bata ay nag-abuso sa mga matatamis at produktong harina, magkakaroon siya ng diabetes.

Ngayon, ang tinatawag na predicative gamot. Bilang bahagi ng medikal na kasanayan na ito, ang mga predisposisyon ng isang tao ay natukoy (batay sa pagkakakilanlan ng kaukulang mga gene), at pagkatapos ay binibigyan siya ng mga rekomendasyon - kung anong diyeta ang dapat sundin, kung paano maayos na kahalili sa pagitan ng trabaho at pahinga upang hindi magkasakit.

Paano basahin ang impormasyong naka-encode sa DNA?

Paano mo mababasa ang impormasyong nakapaloob sa DNA? Paano ito ginagamit ng sariling katawan? Ang DNA mismo ay isang uri ng matrix, ngunit hindi simple, ngunit naka-encode. Upang basahin ang impormasyon mula sa DNA matrix, ito ay unang inilipat sa isang espesyal na carrier - RNA. Ang RNA ay kemikal na ribonucleic acid. Naiiba ito sa DNA dahil maaari itong dumaan sa nuclear membrane papunta sa cell, habang ang DNA ay kulang sa kakayahang ito (matatagpuan lamang ito sa nucleus). Ang naka-encode na impormasyon ay ginagamit sa cell mismo. Kaya, ang RNA ay isang carrier ng naka-encode na impormasyon mula sa nucleus hanggang sa cell.

Paano nangyayari ang RNA synthesis, paano na-synthesize ang protina gamit ang RNA?

Ang mga hibla ng DNA kung saan ang impormasyon ay kailangang "basahin" ay nakakarelaks, isang espesyal na "tagabuo" na enzyme ang lumalapit sa kanila at nag-synthesize ng isang komplementaryong RNA chain na kahanay ng DNA strand. Ang molekula ng RNA ay binubuo din ng 4 na uri ng nucleotides - adenine (A), uracil (U), guanine (G) at cytosine (C). Sa kasong ito, ang mga sumusunod na pares ay pantulong: adenine - uracil, guanine - cytosine. Tulad ng nakikita mo, hindi tulad ng DNA, ang RNA ay gumagamit ng uracil sa halip na thymine. Iyon ay, ang "tagabuo" na enzyme ay gumagana tulad ng sumusunod: kung nakikita nito ang A sa DNA strand, pagkatapos ay nakakabit ito sa Y sa RNA strand, kung G, pagkatapos ay nakakabit ito sa C, atbp. Kaya, ang isang template ay nabuo mula sa bawat aktibong gene sa panahon ng transkripsyon - isang kopya ng RNA na maaaring dumaan sa nuclear membrane.

Paano nangyayari ang synthesis ng isang protina na naka-encode ng isang partikular na gene?

Pagkatapos umalis sa nucleus, ang RNA ay pumapasok sa cytoplasm. Nasa cytoplasm na, ang RNA ay maaaring mai-embed bilang isang matrix sa mga espesyal na sistema ng enzyme (ribosomes), na maaaring synthesize, ginagabayan ng impormasyon ng RNA, ang kaukulang pagkakasunud-sunod ng mga amino acid ng protina. Tulad ng alam mo, ang isang molekula ng protina ay binubuo ng mga amino acid. Paano nalalaman ng ribosome kung aling amino acid ang idaragdag sa lumalaking chain ng protina? Ginagawa ito batay sa triplet code. Ang triplet code ay nangangahulugan na ang pagkakasunod-sunod ng tatlong nucleotides ng RNA chain ( triplet, halimbawa, GGU) code para sa isang amino acid (sa kasong ito, glycine). Ang bawat amino acid ay naka-encode ng isang tiyak na triplet. At kaya, "binabasa" ng ribosome ang triplet, tinutukoy kung aling amino acid ang dapat idagdag sa susunod habang binabasa nito ang impormasyon sa RNA. Kapag nabuo ang isang kadena ng mga amino acid, ito ay tumatagal sa isang tiyak na spatial na hugis at nagiging isang protina na may kakayahang magsagawa ng enzymatic, construction, hormonal at iba pang mga function na itinalaga dito.

Ang protina para sa anumang buhay na organismo ay produkto ng isang gene. Ito ay mga protina na tumutukoy sa lahat ng iba't ibang mga katangian, katangian at panlabas na pagpapakita ng mga gene.

Istraktura at pag-andar ng DNA

Pangalan ng parameter	Ibig sabihin
Paksa ng artikulo:	Istraktura at pag-andar ng DNA
Rubric (temang kategorya)	Edukasyon

DNA- isang polimer na ang mga monomer ay deoxyribonucleotides. Ang isang modelo ng spatial na istraktura ng molekula ng DNA sa anyo ng isang double helix ay iminungkahi noong 1953. J. Watson at F. Crick (upang bumuo ng modelong ito ay ginamit nila ang mga gawa ni M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

Molekyul ng DNA nabuo sa pamamagitan ng dalawang polynucleotide chain, na pinaikot-ikot sa bawat isa at magkasama sa paligid ng isang haka-haka na axis, ᴛ.ᴇ. ay isang double helix (maliban sa ilang mga virus na naglalaman ng DNA ay may single-stranded DNA). Ang diameter ng DNA double helix ay 2 nm, ang distansya sa pagitan ng mga kalapit na nucleotides ay 0.34 nm, at mayroong 10 pares ng nucleotide sa bawat pagliko ng helix. Ang haba ng molekula ay maaaring umabot ng ilang sentimetro. Molecular weight - sampu at daan-daang milyon. Ang kabuuang haba ng DNA sa nucleus ng isang cell ng tao ay humigit-kumulang 2 m. Sa mga eukaryotic cells, ang DNA ay bumubuo ng mga complex na may mga protina at may isang tiyak na spatial conformation.

DNA monomer - nucleotide (deoxyribonucleotide)- binubuo ng mga nalalabi ng tatlong sangkap: 1) isang nitrogenous base, 2) isang limang-carbon monosaccharide (pentose) at 3) phosphoric acid. Ang mga nitrogenous base ng mga nucleic acid ay nabibilang sa mga klase ng pyrimidines at purines. Mga base ng DNA pyrimidine(may isang singsing sa kanilang molekula) - thymine, cytosine. Mga base ng purine(may dalawang singsing) - adenine at guanine.

Ang DNA nucleotide monosaccharide ay deoxyribose.

Ang pangalan ng isang nucleotide ay nagmula sa pangalan ng kaukulang base. Ang mga nucleotide at nitrogenous base ay ipinahiwatig ng malalaking titik.

Ang polynucleotide chain ay nabuo bilang isang resulta ng nucleotide condensation reactions. Sa kasong ito, sa pagitan ng 3"-carbon ng deoxyribose residue ng isang nucleotide at ng phosphoric acid residue ng isa pa, phosphoester bond( nabibilang sa kategorya ng malakas na covalent bonds). Ang isang dulo ng polynucleotide chain ay nagtatapos sa isang 5" carbon (tinatawag na 5" na dulo), ang isa pang dulo ay may 3" carbon (3" na dulo).

Sa tapat ng isang strand ng nucleotides ay isang pangalawang strand. Ang pag-aayos ng mga nucleotide sa dalawang chain na ito ay hindi random, ngunit mahigpit na tinukoy: ang thymine ay palaging matatagpuan sa tapat ng adenine ng isang chain sa kabilang chain, at ang cytosine ay palaging matatagpuan sa tapat ng guanine, dalawang hydrogen bond ang lumitaw sa pagitan ng adenine at thymine, at sa pagitan ng guanine at cytosine - tatlong hydrogen bond. Ang pattern ayon sa kung saan ang mga nucleotide ng iba't ibang mga chain ng DNA ay mahigpit na iniutos (adenine - thymine, guanine - cytosine) at piling kumonekta sa isa't isa ay karaniwang tinatawag ang prinsipyo ng complementarity. Dapat pansinin na naunawaan nina J. Watson at F. Crick ang prinsipyo ng complementarity pagkatapos na maging pamilyar sa mga gawa ni E. Chargaff. E. Chargaff, na pinag-aralan ang isang malaking bilang ng mga sample ng mga tisyu at organo ng iba't ibang mga organismo, natagpuan na sa anumang fragment ng DNA ang nilalaman ng mga residu ng guanine ay palaging eksaktong tumutugma sa nilalaman ng cytosine, at adenine sa thymine ( "Panuntunan ni Chargaff"), ngunit hindi niya maipaliwanag ang katotohanang ito.

Mula sa prinsipyo ng complementarity sumusunod na ang nucleotide sequence ng isang chain ay tumutukoy sa nucleotide sequence ng isa pa.

Ang mga hibla ng DNA ay antiparallel (multidirectional), ᴛ.ᴇ. Ang mga nucleotide ng iba't ibang chain ay matatagpuan sa magkasalungat na direksyon, at, samakatuwid, sa tapat ng 3" dulo ng isang chain ay ang 5" na dulo ng isa. Ang molekula ng DNA kung minsan ay inihahambing sa isang spiral staircase. Ang "rehas" ng hagdanan na ito ay isang backbone ng asukal-pospeyt (alternating residues ng deoxyribose at phosphoric acid); Ang "Mga Hakbang" ay mga pantulong na nitrogenous base.

Pag-andar ng DNA- imbakan at paghahatid ng namamana na impormasyon.

Istraktura at pag-andar ng DNA - konsepto at mga uri. Pag-uuri at mga tampok ng kategoryang "Istruktura at pag-andar ng DNA" 2017, 2018.

Sa artikulong ito matututunan mo ang biyolohikal na papel ng DNA. Kaya, ang pagdadaglat na ito ay pamilyar sa lahat mula noong paaralan, ngunit hindi lahat ay may ideya kung ano ito. Pagkatapos ng kursong biology sa paaralan, kaunting kaalaman lamang sa genetics at heredity ang nananatili sa memorya, dahil mababaw lamang ang itinuturo sa mga bata ng masalimuot na paksang ito. Ngunit ang kaalamang ito (ang biological na papel ng DNA, ang epekto nito sa katawan) ay maaaring maging lubhang kapaki-pakinabang.

Magsimula tayo sa katotohanan na ang mga nucleic acid ay gumaganap ng isang mahalagang pag-andar, ibig sabihin, tinitiyak nila ang pagpapatuloy ng buhay. Ang mga macromolecule na ito ay may dalawang anyo:

DNA (DNA);
RNA (RNA).

Ang mga ito ay mga tagapaghatid ng genetic plan para sa istraktura at paggana ng mga selula ng katawan. Pag-usapan natin ang mga ito nang mas detalyado.

DNA at RNA

Magsimula tayo sa kung anong sangay ng agham ang tumatalakay sa mga kumplikadong isyu gaya ng:

pag-aaral ng mga prinsipyo ng imbakan;
pagpapatupad nito;
broadcast;
pag-aaral ng istraktura ng mga biopolymer;
kanilang mga tungkulin.

Ang lahat ng ito ay pinag-aralan ng molecular biology. Sa sangay ng biological sciences na ito mahahanap ng isa ang sagot sa tanong kung ano ang biological na papel ng DNA at RNA.

Ang mga high molecular weight compound na ito na nabuo mula sa mga nucleotides ay tinatawag na "nucleic acids". Dito nakaimbak ang impormasyon tungkol sa katawan, na tumutukoy sa pag-unlad ng indibidwal, paglaki at pagmamana.

Ang pagkatuklas ng deoxyribonucleic acid ay nagsimula noong 1868. Pagkatapos ay nakita ng mga siyentipiko ang mga ito sa nuclei ng mga leukocytes at moose sperm. Ang kasunod na pananaliksik ay nagpakita na ang DNA ay matatagpuan sa lahat ng mga selula ng halaman at hayop. Ang modelo ng DNA ay ipinakita noong 1953, at ang Nobel Prize para sa pagtuklas ay iginawad noong 1962.

DNA

Simulan natin ang seksyong ito sa katotohanan na mayroong 3 uri ng macromolecules:

Deoxyribonucleic acid;
ribonucleic acid;
mga protina.

Ngayon ay titingnan natin ang istraktura at biological na papel ng DNA. Kaya, ang biopolymer na ito ay nagpapadala ng data tungkol sa pagmamana, mga katangian ng pag-unlad hindi lamang ng carrier, kundi pati na rin ng lahat ng nakaraang henerasyon. - nucleotide. Kaya, ang DNA ang pangunahing bahagi ng chromosome, na naglalaman ng genetic code.

Paano posible ang paglipat ng impormasyong ito? Ang buong punto ay ang kakayahan ng mga macromolecule na ito na magparami ng kanilang mga sarili. Ang kanilang bilang ay walang hanggan, na maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng kanilang malaking sukat, at bilang kinahinatnan - sa pamamagitan ng isang malaking bilang ng iba't ibang mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide.

Istruktura ng DNA

Upang maunawaan ang biological na papel ng DNA sa isang cell, kinakailangan na maging pamilyar sa istraktura ng molekula na ito.

Magsimula tayo sa pinakasimpleng, lahat ng mga nucleotide sa kanilang istraktura ay may tatlong bahagi:

nitrogenous base;
asukal sa pentose;
pangkat ng pospeyt.

Ang bawat indibidwal na nucleotide sa isang molekula ng DNA ay naglalaman ng isang nitrogenous base. Maaari itong ganap na alinman sa apat na posible:

A (adenine);
G (guanine);
C (cytosine);
T (thymine).

Ang A at G ay mga purine, at ang C, T at U (uracil) ay mga pyramidin.

Mayroong ilang mga patakaran para sa ratio ng mga nitrogenous base, na tinatawag na mga panuntunan ng Chargaff.

A = T.
G = C.
(A + G = T + C) maaari nating ilipat ang lahat ng hindi alam sa kaliwang bahagi at makuha ang: (A + G)/(T + C) = 1 (ang formula na ito ang pinaka-maginhawa kapag nilulutas ang mga problema sa biology).
A + C = G + T.
Ang halaga (A + C)/(G + T) ay pare-pareho. Sa mga tao ito ay 0.66, ngunit, halimbawa, sa bakterya ito ay mula 0.45 hanggang 2.57.

Ang istraktura ng bawat molekula ng DNA ay kahawig ng isang baluktot na double helix. Pakitandaan na ang mga polynucleotide chain ay antiparallel. Iyon ay, ang pag-aayos ng mga pares ng nucleotide sa isang kadena ay may kabaligtaran na pagkakasunud-sunod kaysa sa isa. Ang bawat pagliko ng helix na ito ay naglalaman ng hanggang 10 pares ng nucleotide.

Paano konektado ang mga kadena na ito sa isa't isa? Bakit malakas ang molekula at hindi nabubulok? Ang lahat ay tungkol sa hydrogen bond sa pagitan ng mga nitrogenous na base (sa pagitan ng A at T - dalawa, sa pagitan ng G at C - tatlo) at hydrophobic na pakikipag-ugnayan.

Upang tapusin ang seksyong ito, nais kong banggitin na ang DNA ay ang pinakamalaking mga organikong molekula, ang haba nito ay nag-iiba mula 0.25 hanggang 200 nm.

Complementarity

Tingnan natin ang mga pares na koneksyon. Nasabi na namin na ang mga pares ng nitrogenous base ay hindi nabuo sa isang magulong paraan, ngunit sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod. Kaya, ang adenine ay maaari lamang magbigkis sa thymine, at ang guanine ay maaari lamang magbigkis sa cytosine. Ang sunud-sunod na pag-aayos ng mga pares sa isang kadena ng molekula ay nagdidikta ng kanilang pagkakaayos sa isa pa.

Kapag nagrereplika o nagdodoble upang makabuo ng bagong molekula ng DNA, ang panuntunang ito, na tinatawag na "complementarity," ay dapat sundin. Mapapansin mo ang sumusunod na pattern, na binanggit sa buod ng mga panuntunan ni Chargaff - ang bilang ng mga sumusunod na nucleotide ay pareho: A at T, G at C.

Pagtitiklop

Ngayon pag-usapan natin ang biological na papel ng pagtitiklop ng DNA. Magsimula tayo sa katotohanan na ang molekula na ito ay may kakaibang kakayahang magparami mismo. Ang terminong ito ay tumutukoy sa synthesis ng isang molekula ng anak na babae.

Noong 1957, tatlong modelo ng prosesong ito ang iminungkahi:

konserbatibo (ang orihinal na molekula ay napanatili at isang bago ay nabuo);
semi-konserbatibo (pagsira sa orihinal na molekula sa mga monochain at pagdaragdag ng mga pantulong na base sa bawat isa sa kanila);
dispersed (pagkabulok ng molekula, pagtitiklop ng mga fragment at koleksyon sa random na pagkakasunud-sunod).

Ang proseso ng pagtitiklop ay may tatlong yugto:

pagsisimula (unbraiding ng mga seksyon ng DNA gamit ang helicase enzyme);
pagpahaba (pagpahaba ng kadena sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga nucleotide);
pagwawakas (pagkamit ng kinakailangang haba).

Ang kumplikadong prosesong ito ay may espesyal na pag-andar, iyon ay, isang biological na papel - tinitiyak ang tumpak na paghahatid ng genetic na impormasyon.

RNA

Sinabi namin sa iyo kung ano ang biological na papel ng DNA, ngayon iminumungkahi namin na magpatuloy sa pagsasaalang-alang (iyon ay, RNA).

Simulan natin ang seksyong ito sa katotohanan na ang molekula na ito ay hindi gaanong mahalaga kaysa sa DNA. Maaari nating makita ito sa ganap na anumang organismo, prokaryotic at eukaryotic cells. Ang molekula na ito ay sinusunod pa nga sa ilang mga virus (pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga virus ng RNA).

Ang isang natatanging tampok ng RNA ay ang pagkakaroon ng isang solong kadena ng mga molekula, ngunit, tulad ng DNA, ito ay binubuo ng apat na nitrogenous base. Sa kasong ito, ito ay:

adenine (A);
uracil (U);
cytosine (C);
guanine (G).

Ang lahat ng RNA ay nahahati sa tatlong grupo:

matrix, na karaniwang tinatawag na impormasyon (posible ang pagdadaglat sa dalawang anyo: mRNA o mRNA);
ribosomal (rRNA).

Mga pag-andar

Nang maunawaan ang biological na papel ng DNA, ang istraktura nito at ang mga katangian ng RNA, ipinapanukala naming magpatuloy sa mga espesyal na misyon (function) ng mga ribonucleic acid.

Magsimula tayo sa mRNA o mRNA, ang pangunahing gawain kung saan ay ang paglipat ng impormasyon mula sa molekula ng DNA patungo sa cytoplasm ng nucleus. Gayundin, ang mRNA ay isang template para sa synthesis ng protina. Tulad ng para sa porsyento ng ganitong uri ng mga molekula, ito ay medyo mababa (mga 4%).

At ang porsyento ng rRNA sa cell ay 80. Ang mga ito ay kinakailangan dahil sila ang batayan ng mga ribosom. Ang ribosomal RNA ay nakikibahagi sa synthesis ng protina at polypeptide chain assembly.

Ang adaptor na bumubuo ng chain ng amino acid ay tRNA, na naglilipat ng mga amino acid sa lugar ng synthesis ng protina. Ang porsyento sa cell ay halos 15%.

Biyolohikal na papel

Upang ibuod: ano ang biological na papel ng DNA? Sa oras ng pagtuklas ng molekula na ito, hindi sila makapagbigay ng malinaw na impormasyon sa bagay na ito, ngunit kahit ngayon ay hindi alam ang lahat tungkol sa kahalagahan ng DNA at RNA.

Kung pinag-uusapan natin ang pangkalahatang kahalagahan ng biyolohikal, kung gayon ang kanilang tungkulin ay ilipat ang namamana na impormasyon mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon, synthesis ng protina at pag-coding ng mga istruktura ng protina.

Maraming tao ang nagpapahayag din ng bersyong ito: ang mga molekula na ito ay konektado hindi lamang sa biyolohikal, kundi pati na rin sa espirituwal na buhay ng mga nabubuhay na nilalang. Ayon sa mga metaphysician, ang DNA ay naglalaman ng mga nakaraang karanasan sa buhay at banal na enerhiya.

Ayon sa istrukturang kemikal nito, ang DNA ( Deoxyribonucleic acid) ay biopolymer, na ang mga monomer ay nucleotides. Ibig sabihin, ang DNA ay polynucleotide. Bukod dito, ang isang molekula ng DNA ay kadalasang binubuo ng dalawang kadena na pinaikot na may kaugnayan sa isa't isa kasama ang isang helical na linya (kadalasang tinatawag na "helically twisted") at konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng hydrogen bond.

Ang mga kadena ay maaaring baluktot pareho sa kaliwa at sa kanan (madalas) na gilid.

Ang ilang mga virus ay may single strand DNA.

Ang bawat DNA nucleotide ay binubuo ng 1) isang nitrogenous base, 2) deoxyribose, 3) isang residue ng phosphoric acid.

Dobleng kanang kamay na DNA helix

Kasama sa komposisyon ng DNA ang mga sumusunod: adenine, guanine, thymine At cytosine. Adenine at guanine ay purin, at thymine at cytosine - sa pyrimidines. Minsan ang DNA ay naglalaman ng uracil, na karaniwang katangian ng RNA, kung saan pinapalitan nito ang thymine.

Ang mga nitrogenous base ng isang chain ng DNA molecule ay konektado sa nitrogenous base ng isa pa ayon sa prinsipyo ng complementarity: adenine lamang sa thymine (bumubuo ng dalawang hydrogen bond sa isa't isa), at guanine lamang sa cytosine (tatlong bono).

Ang nitrogenous base sa nucleotide mismo ay konektado sa unang carbon atom ng cyclic form deoxyribose, na isang pentose (isang carbohydrate na may limang carbon atoms). Ang bono ay covalent, glycosidic (C-N). Hindi tulad ng ribose, ang deoxyribose ay kulang sa isa sa mga hydroxyl group nito. Ang deoxyribose ring ay nabuo ng apat na carbon atoms at isang oxygen atom. Ang ikalimang carbon atom ay nasa labas ng singsing at konektado sa pamamagitan ng isang oxygen atom sa isang phosphoric acid residue. Gayundin, sa pamamagitan ng oxygen atom sa ikatlong carbon atom, ang phosphoric acid residue ng kalapit na nucleotide ay nakakabit.

Kaya, sa isang strand ng DNA, ang mga katabing nucleotide ay naka-link sa isa't isa sa pamamagitan ng covalent bond sa pagitan ng deoxyribose at phosphoric acid (phosphodiester bond). Ang isang phosphate-deoxyribose backbone ay nabuo. Nakadirekta patayo dito, patungo sa iba pang chain ng DNA, ay mga nitrogenous base, na konektado sa mga base ng pangalawang chain sa pamamagitan ng hydrogen bond.

Ang istraktura ng DNA ay tulad na ang mga gulugod ng mga kadena na konektado ng mga bono ng hydrogen ay nakadirekta sa iba't ibang direksyon (sinasabi nilang "multidirectional", "antiparallel"). Sa gilid kung saan ang isa ay nagtatapos sa phosphoric acid na konektado sa ikalimang carbon atom ng deoxyribose, ang isa ay nagtatapos sa isang "libre" na ikatlong carbon atom. Iyon ay, ang balangkas ng isang kadena ay nakabaligtad na may kaugnayan sa isa pa. Kaya, sa istraktura ng mga chain ng DNA, ang 5" dulo at 3" na dulo ay nakikilala.

Sa panahon ng pagtitiklop ng DNA (pagdodoble), ang synthesis ng mga bagong kadena ay palaging nagpapatuloy mula sa kanilang ika-5 dulo hanggang sa ikatlo, dahil ang mga bagong nucleotide ay maaari lamang idagdag sa libreng ikatlong dulo.

Sa huli (hindi direkta sa pamamagitan ng RNA), bawat tatlong magkakasunod na nucleotides sa DNA chain code para sa isang protina na amino acid.

Ang pagtuklas ng istraktura ng molekula ng DNA ay naganap noong 1953 salamat sa gawain ni F. Crick at D. Watson (na pinadali din ng maagang gawain ng iba pang mga siyentipiko). Kahit na ang DNA ay kilala bilang isang kemikal na substansiya noong ika-19 na siglo. Noong 40s ng ika-20 siglo, naging malinaw na ang DNA ang carrier ng genetic information.

Ang double helix ay itinuturing na pangalawang istraktura ng molekula ng DNA. Sa mga selulang eukaryotic, ang napakaraming dami ng DNA ay matatagpuan sa mga chromosome, kung saan ito ay nauugnay sa mga protina at iba pang mga sangkap, at mas makapal din ang nakabalot.