Предложена е структурата на молекулата на ДНК. Структура на ДНК: характеристики, схема
Молекулярна генетика – клон на генетиката, който се занимава с изследване на наследствеността на молекулярно ниво.
Нуклеинова киселина. ДНК репликация. Реакции на синтез на матрица
Нуклеинови киселини (ДНК, РНК) са открити през 1868 г. от швейцарския биохимик I.F. Мишер. Нуклеиновите киселини са линейни биополимери, състоящи се от мономери - нуклеотиди.
ДНК - структура и функция
Химическата структура на ДНК е дешифрирана през 1953 г. от американския биохимик Дж. Уотсън и английския физик Ф. Крик.
Обща структура на ДНК.ДНК молекула се състои от 2 вериги, които са усукани в спирала (фиг. 11) една около друга и около обща ос. ДНК молекулите могат да съдържат от 200 до 2x10 8 базови двойки. По протежение на спиралата на молекулата на ДНК, съседни нуклеотиди са разположени на разстояние 0,34 nm един от друг. Пълен завой на спиралата включва 10 базови двойки. Дължината му е 3,4 nm.
Ориз. 11 ... Диаграма на структурата на ДНК (двойна спирала)
Полимерност на молекулата на ДНК.ДНК молекулата - биоплоимер се състои от сложни съединения - нуклеотиди.
ДНК нуклеотидна структура.ДНК нуклеотидът се състои от 3 единици: една от азотните основи (аденин, гуанин, цитозин, тимин); дезоксирибоза (монозахарид); остатъкът от фосфорна киселина (фиг. 12).
Има 2 групи азотни основи:
пурин - аденин (А), гуанин (G), съдържащ два бензенови пръстена;
пиримидин - тимин (Т), цитозин (С), съдържащ един бензенов пръстен.
ДНК съдържа следните видове нуклеотиди: аденин (А); гуанин (G); цитозин (С); тимин (Т).Имената на нуклеотидите съответстват на имената на азотните основи, които съставляват техния състав: аденин нуклеотидна азотна основа аденин; гуанин нуклеотидна азотна основа гуанин; цитозин нуклеотидна азотна основа цитозин; тиминова нуклеотидна азотна основа тимин.
Свързване на две нишки на ДНК в една молекула
Нуклеотидите A, G, C и T от една верига са свързани съответно с нуклеотиди T, C, G и A от друга верига водородни връзки... Между A и T се образуват две водородни връзки, а между G и C се образуват три водородни връзки (A = T, G≡C).
Двойки основи (нуклеотиди) A - T и G - C се наричат комплементарни, тоест взаимно съответстващи. ДопълванеЕ химическото и морфологичното съответствие на нуклеотидите един към друг в сдвоени ДНК вериги.
5 ’ 3 ’
1 2 3
3’ 5’
Ориз. 12Сечение на двойната спирала на ДНК. Нуклеотидна структура (1 - остатък от фосфорна киселина; 2 - дезоксирибоза; 3 - азотна основа). Свързването на нуклеотиди с помощта на водородни връзки.
Вериги в молекула на ДНК антипаралелен,т.е. насочени в противоположни посоки, така че 3'-краят на едната нишка да е срещу 5'-края на другата нишка. Генетичната информация в ДНК се записва от края 5 'до края 3'. Тази нишка се нарича семантична ДНК,
защото гените се намират тук. Втората нишка - 3' -5 'служи като стандарт за съхранение на генетична информация.
Връзката между броя на различните основи в ДНК е установена от Е. Чаргаф през 1949 г. Чаргаф разкрива, че в ДНК на различни видове количеството аденин е равно на количеството тимин, а количеството гуанин е равно на количеството на цитозин.
Правилото на Е. Чаргаф:
в молекулата на ДНК броят на А (аденин) нуклеотидите винаги е равен на броя на Т (тимин) нуклеотиди или съотношението ∑ А към ∑ Т = 1. Сумата от G (гуанин) нуклеотиди е равна на сумата от C (цитозин) нуклеотиди или съотношението ∑ G към ∑ C = 1;
сумата от пуринови основи (A + G) е равна на сумата от пиримидинови основи (T + C) или съотношението ∑ (A + G) към ∑ (T + C) = 1;
Метод на синтез на ДНК - репликация... Репликацията е процес на самоудвояване на ДНК молекула, осъществяван в ядрото под контрола на ензими. Получава се самозадоволяване на молекулата на ДНК въз основа на взаимно допълване- строго съответствие на нуклеотидите помежду си в сдвоени ДНК вериги. В началото на процеса на репликация молекулата на ДНК се размотава (деспирализира) в определена област (фиг. 13), докато се отделят водородни връзки. На всяка от веригите, образувани след разкъсване на водородни връзки, с участието на ензим ДНК полимирази,се синтезира дъщерната верига на ДНК. Материалът за синтез са свободни нуклеотиди, съдържащи се в цитоплазмата на клетките. Тези нуклеотиди се подреждат комплементарно с нуклеотидите на двете нишки на ДНК на майката. ДНК полимераза ензимприкрепя комплементарни нуклеотиди към матричната ДНК верига. Например, към нуклеотида Ашаблонна верижна полимераза свързва нуклеотид Tи съответно нуклеотид С до нуклеотид G (фиг. 14). Омрежването на комплементарни нуклеотиди се осъществява от ензим ДНК лигази... Така чрез самоудвояване се синтезират две дъщерни ДНК вериги.
Получените две молекули ДНК от една молекула ДНК са полуконсервативен модел, тъй като те се състоят от старите родителски и новите дъщерни вериги и са точно копие на родителската молекула (фиг. 14). Биологичният смисъл на репликацията е точното прехвърляне на наследствена информация от родителската молекула към дъщерната.
Ориз. 13 ... Деспирализация на ДНК молекула с помощта на ензим
1
Ориз. 14 ... Репликация - образуването на две ДНК молекули от една ДНК молекула: 1 - дъщерна ДНК молекула; 2 - майчина (родителска) ДНК молекула.
Ензимът ДНК полимераза може да се движи по ДНК веригата само в посока 3 '-> 5'. Тъй като комплементарните нишки в молекулата на ДНК са насочени в противоположни посоки и ензимът ДНК полимераза може да се движи по веригата на ДНК само в посока 3 '-> 5', синтезът на нови нишки също протича паралелно ( антипаралелизъм).
Място на локализация на ДНК... ДНК се съдържа в ядрото на клетката, в матрикса на митохондриите и хлоропластите.
Количеството ДНК в клетката е постоянно и възлиза на 6,6x10 -12 g.
ДНК функции:
Съхранение и предаване в редица поколения генетична информация на молекули и - РНК;
Структурно. ДНК е структурната основа на хромозомите (хромозомата е 40% ДНК).
Видова специфичност на ДНК... Нуклеотидният състав на ДНК служи като вид критерий.
РНК, структура и функция.
Обща структура.
РНК е линеен биополимер, състоящ се от една полинуклеотидна верига. Разграничаване между първични и вторични структури на РНК. Първичната структура на РНК е едноверижна молекула, а вторичната структура е под формата на кръст и е характерна за t-РНК.
Полимерност на молекулата на РНК... Молекулата на РНК може да варира от 70 нуклеотида до 30 000 нуклеотида. Нуклеотидите, които изграждат РНК, са както следва: аденил (А), гуанил (G), цитидил (С), урацил (U). В РНК тиминовият нуклеотид се заменя с урацилов (U) нуклеотид.
Нуклеотидна структура на РНК.
Нуклеотидът на РНК включва 3 връзки:
азотна основа (аденин, гуанин, цитозин, урацил);
монозахарид - рибоза (в рибозата има кислород при всеки въглероден атом);
остатъкът от фосфорна киселина.
Метод на синтез на РНК - транскрипция... Транскрипцията, подобно на репликацията, е реакция на синтез на матрица. Матрицата е молекула на ДНК. Реакцията протича според принципа на комплементарност върху една от нишките на ДНК (фиг. 15). Процесът на транскрипция започва с деспирализация на молекулата на ДНК на определено място. На транскрибираната ДНК верига има промоутер -група ДНК нуклеотиди, с които започва синтезът на РНК молекула. Към промотора се свързва ензим РНК полимераза... Ензимът активира процеса на транскрипция. Съгласно принципа на комплементарност, нуклеотидите, идващи от цитоплазмата на клетката към транскрибираната ДНК верига, са завършени. РНК полимеразата активира подравняването на нуклеотидите в една верига и образуването на молекула на РНК.
В процеса на транскрипция се разграничават четири етапа: 1) свързване на РНК полимераза с промотор; 2) началото на синтеза (иницииране); 3) удължаване - растежът на РНК веригата, тоест има последователно свързване на нуклеотиди един към друг; 4) прекратяване - завършване на синтеза на i -РНК.
Ориз. 15 ... Схема за транскрипция
1 - молекула на ДНК (двойна верига); 2 - молекула на РНК; 3 - кодони; 4 - промотор.
През 1972 г. американски учени - вирусолог H.M. Темин и молекулярният биолог Д. Балтимор откриха обратна транскрипция, използвайки вируси в туморни клетки. Обратна транскрипция- пренаписване на генетична информация от РНК в ДНК. Процесът протича с помощта на ензим обратна транскриптаза.
Типове РНК по функция
Информационна или информационна РНК (i-RNA или m-RNA) пренася генетична информация от молекулата на ДНК до мястото на синтеза на протеин-към рибозомата. Синтезира се в ядрото с участието на ензима РНК полимераза. Той съставлява 5% от всички видове РНК в клетката. i-РНК съдържа от 300 нуклеотида до 30 000 нуклеотида (най-дългата верига сред РНК).
Транспортната РНК (t-РНК) транспортира аминокиселини до мястото на протеиновия синтез, рибозомата. Той има формата на кръст (фиг. 16) и се състои от 70 - 85 нуклеотида. Количеството му в клетката е 10-15% от РНК на клетката.
Ориз. 16.Схема на структурата на t -РНК: А - Г - двойки нуклеотиди, свързани чрез водородни връзки; D - мястото на свързване на аминокиселината (акцепторно място); E - антикодон.
3. Рибозомната РНК (r-РНК) се синтезира в ядрото и е част от рибозомите. Включва приблизително 3000 нуклеотида. Прави 85% от РНК на клетката. Този тип РНК се среща в ядрото, в рибозомите, върху ендоплазмения ретикулум, в хромозомите, в митохондриалния матрикс, а също и в пластидите.
Основи на цитологията. Решаване на типични задачи
Проблем 1
Колко тиминови и аденинови нуклеотиди се съдържат в ДНК, ако в нея се открият 50 цитозинови нуклеотида, което е 10% от всички нуклеотиди.
Решение.Според правилото за комплементарност в двойната верига на ДНК, цитозинът винаги се допълва с гуанин. 50 цитозинови нуклеотида съставляват 10%, следователно, според правилото на Чаргаф, 50 гуанинови нуклеотиди също съставляват 10%, или (ако С = 10%, тогава ∑G = 10%).
Сумата от двойката нуклеотиди C + G е 20%
Сумата от двойка нуклеотиди T + A = 100% - 20% (C + G) = 80%
За да разберете колко тиминови и аденинови нуклеотиди се съдържат в ДНК, трябва да направите следната пропорция:
50 цитозин нуклеотиди → 10%
X (T + A) → 80%
X = 50x80: 10 = 400 броя
Според правилото на Чаргаф ∑А = ∑Т, следователно ∑А = 200 и ∑Т = 200.
Отговор:броят на тимина, както и на адениновите нуклеотиди в ДНК, е 200.
Задача 2
Тиминовите нуклеотиди в ДНК съставляват 18% от общия брой нуклеотиди. Определете процента на останалите видове нуклеотиди, съдържащи се в ДНК.
Решение.∑T = 18%. Съгласно правилото на Чаргаф T = ∑A, следователно делът на адениновите нуклеотиди също представлява 18% (∑A = 18%).
Сумата от нуклеотидната двойка Т + А е 36% (18% + 18% = 36%). За няколко нуклеотида GiC представлява: G + C = 100% -36% = 64%. Тъй като гуанинът винаги се допълва с цитозин, тяхното съдържание в ДНК ще бъде равно,
тоест ∑ Г = ∑Ц = 32%.
Отговор: съдържанието на гуанин, подобно на цитозин, е 32%.
Задача 3
20 цитозин нуклеотиди на ДНК съставляват 10% от общия брой нуклеотиди. Колко аденинови нуклеотиди има в молекулата на ДНК?
Решение.В двойна верига на ДНК количеството цитозин е равно на количеството гуанин, следователно тяхната сума е: C + G = 40 нуклеотида. Намерете общия брой нуклеотиди:
20 цитозин нуклеотиди → 10%
X (общ брой нуклеотиди) → 100%
X = 20x100: 10 = 200 броя
A + T = 200 - 40 = 160 броя
Тъй като аденинът допълва тимина, тяхното съдържание ще бъде равно,
т.е. 160 броя: 2 = 80 броя, или ∑A = ∑T = 80.
Отговор: ДНК молекулата съдържа 80 аденинови нуклеотиди.
Задача 4
Добавете нуклеотидите на дясната ДНК верига, ако нуклеотидите на лявата й верига са известни: AGA - TAT - GTG - TCT
Решение.Изграждането на дясната ДНК верига според дадена лява верига се извършва съгласно принципа на комплементарност - строго съответствие на нуклеотидите един към друг: аденонен - тимин (A - T), гуанин - цитозин (G - C). Следователно нуклеотидите на дясната ДНК верига трябва да бъдат както следва: TCT - ATA - CAC - AGA.
Отговор: нуклеотиди от дясната ДНК верига: TCT - ATA - TsAC - AGA.
Задача 5
Запишете транскрипцията, ако транскрибираната ДНК верига има следния нуклеотиден ред: AGA - TAT - THT - TCT.
Решение... Молекулата i-RNA се синтезира според принципа на комплементарност върху една от нишките на молекулата на ДНК. Знаем реда на нуклеотидите в транскрибираната ДНК верига. Следователно е необходимо да се изгради комплементарна верига на i-РНК. Трябва да се помни, че вместо тимин, урацилът е включен в молекулата на РНК. Следователно:
ДНК верига: AGA - TAT - THT - TCT
Веригата i -RNA: UCU - AUA –ACA –AGA.
Отговор: последователността на нуклеотидите на i -РНК е следната: UCU - AUA - ACA –AGA.
Задача 6
Запишете обратната транскрипция, т.е. изградете фрагмент от двуверижна ДНК молекула от предложения фрагмент от i-RNA, ако веригата на i-RNA има следната нуклеотидна последователност:
ГЦГ - АТС - УУУ - УЦГ - ЦГУ - АГУ - АТА
Решение.Обратната транскрипция е синтез на ДНК молекула въз основа на генетичния код на m-РНК. М -РНК, кодираща ДНК молекула, има следния нуклеотиден ред: GCG - ACA - UUU - UCG - TsGU - AGU - AGA. Комплементарната към нея ДНК верига: CHC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA - TCT. Втората ДНК верига: GCG - ACA - TTT - TCG - CGT - AGT - AGA.
Отговор: в резултат на обратна транскрипция бяха синтезирани две вериги от молекулата на ДНК: CGC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA и GCG - ACA - TTT - TCG - CGT - AGT - AGA.
Генетичен код. Биосинтез на протеини.
Ген- част от молекула на ДНК, съдържаща генетична информация за първичната структура на един специфичен протеин.
Екзон-интронна структура на генаеукариоти
промоутер- парче ДНК (с дължина до 100 нуклеотида), към което е прикрепен ензимът РНК полимеразанеобходими за транскрипция;
2) регулаторна област- зона, влияеща върху генната активност;
3) структурна част на ген- генетична информация за първичната структура на протеина.
ДНК нуклеотидна последователност, която носи генетична информация за първичната структура на протеин - екзон... Те също са част от i-RNA. ДНК нуклеотидна последователност, която не носи генетична информация за първичната структура на протеин - интрон... Те не са част от i-РНК. По време на транскрипцията с помощта на специални ензими, интроновите копия се изрязват от i-RNA и екзонните копия се зашиват заедно по време на образуването на i-RNA молекулата (фиг. 20). Този процес се нарича снаждане.
Ориз. 20 ... Схема на сплайсинг (образуване на зряла i-РНК при еукариоти)
Генетичен код -системата от последователността на нуклеотиди в молекулата на ДНК, или m-РНК, която съответства на последователността от аминокиселини в полипептидната верига.
Свойства на генетичния код:
Тризначност(ACA - GTG - GTsG ...)
Генетичният код е тройка,тъй като всяка от 20 -те аминокиселини е кодирана от последователност от три нуклеотида ( тройка, кодон).
Има 64 типа нуклеотидни триплети (4 3 = 64).
Недвусмисленост (специфичност)
Генетичният код е недвусмислен, тъй като всеки отделен триплет нуклеотиди (кодон) кодира само една аминокиселина или един кодон винаги съответства на една аминокиселина (Таблица 3).
Множественост (излишък или дегенерация)
Една и съща аминокиселина може да бъде кодирана от няколко тройки (от 2 до 6), тъй като има 20 протеинообразуващи аминокиселини и 64 триплета.
Непрекъснатост
Четенето на генетична информация става в една посока, отляво надясно. Ако има загуба на един нуклеотид, тогава по време на четене неговото място ще бъде заето от най -близкия нуклеотид от съседния триплет, което ще доведе до промяна в генетичната информация.
Универсалност
Генетичният код е характерен за всички живи организми и едни и същи триплети кодират една и съща аминокиселина във всички живи организми.
Има начални и крайни тройки(начален триплет - AUG, терминални тройки UAA, UGA, UAG). Тези видове триплети не кодират аминокиселини.
Не се припокрива (дискретност)
Генетичният код не се припокрива, тъй като един и същ нуклеотид не може да бъде включен едновременно в две съседни тризнаци. Нуклеотидите могат да принадлежат само към един триплет и ако ги пренаредите в друг триплет, тогава ще има промяна в генетичната информация.
Таблица 3 - Таблица на генетичния код
|
Кодонови бази |
|||||
Забележка: Съкратените имена на аминокиселини са дадени в съответствие с международната терминология.
Биосинтез на протеини
Биосинтез на протеини - вид обмен на пластмасавещества в клетката, срещащи се в живите организми под действието на ензими. Биосинтезата на протеини се предхожда от реакции на синтез на матрица (репликация - синтез на ДНК; транскрипция - синтез на РНК; транслация - сглобяване на протеинови молекули върху рибозомите). В процеса на биосинтеза на протеини се разграничават 2 етапа:
транскрипция
излъчване
По време на транскрипцията генетичната информация, съдържаща се в ДНК, открита в хромозомите на ядрото, се прехвърля в молекулата на РНК. След завършване на процеса на транскрипция, м-РНК навлиза в цитоплазмата на клетката през порите в ядрената мембрана, намира се между 2 рибозомни субединици и участва в биосинтеза на протеини.
Транслацията е процесът на преобразуване на генетичен код в последователност от аминокиселини.Транслацията се извършва в цитоплазмата на клетката върху рибозомите, които са разположени на повърхността на EPS (ендоплазмен ретикулум). Рибозомите са сферични гранули със среден диаметър 20 nm, състоящи се от големи и малки субединици. Молекулата i-RNA се намира между двете субединици на рибозомата. Процесът на транслация включва аминокиселини, АТФ, i-РНК, t-РНК, ензима амино-ацил t-РНК синтетаза.
Кодон- участък от молекула на ДНК или м-РНК, състоящ се от три последователно разположени нуклеотиди, кодиращи една аминокиселина.
Антикодон-област на молекулата на t-РНК, състояща се от три последователни нуклеотида и допълващи кодона на молекулата i-RNA. Кодоните се допълват със съответните антикодони и са свързани с тях с помощта на водородни връзки (фиг. 21).
Синтезът на протеини започва с старт кодон AUG... От него рибозома
се движи по молекулата на i-RNA, триплет по триплет. Аминокиселините идват от генетичен код. Тяхното вмъкване в полипептидната верига на рибозомата става с помощта на t-РНК. Първичната структура на t-РНК (верига) преминава във вторична структура, наподобяваща кръстосана форма, и в същото време в нея се запазва комплементарността на нуклеотидите. В долната част на t-РНК има акцепторно място, към което е прикрепена аминокиселина (фиг. 16). Аминокиселината се активира от ензим аминоацил t-РНК синтетаза... Същността на този процес е, че този ензим взаимодейства с аминокиселина и с АТФ. В този случай се образува троен комплекс, представен от този ензим, аминокиселина и АТФ. Аминокиселината се обогатява с енергия, активира се и придобива способността да образува пептидни връзки със съседна аминокиселина. Без процеса на активиране на аминокиселината, полипептидната верига не може да се образува от аминокиселини.
Обратната, горна част на молекулата на t-РНК съдържа триплет нуклеотиди антикодон, с помощта на която t-РНК се прикрепя към комплементарния си кодон (фиг. 22).
Първата молекула на т-РНК, с прикрепена към нея активирана аминокиселина, прикрепя своя антикодон към кодона на м-РНК и една аминокиселина се появява в рибозомата. След това втората t-РНК е прикрепена с нейния антикодон към съответния кодон на m-РНК. В този случай в рибозомата вече има 2 аминокиселини, между които се образува пептидна връзка. Първата t-РНК напуска рибозомата веднага щом дари аминокиселина на полипептидната верига на рибозомата. След това третата аминокиселина се прикрепя към дипептида, тя се донася от третата t -РНК и пр. Синтезът на протеини спира в един от крайните кодони - UAA, UAG, UGA (фиг. 23).
1 - i -РНК кодон; кодониUCG -UCH; CUA -CUA; CGU -CSU;
2 - t -РНК антикодон; антикодон GAT - GAT
Ориз. 21 ... Фаза на транслация: кодонът на м-РНК се привлича към антикодона на т-РНК от съответните комплементарни нуклеотиди (основи)
Всички знаем, че външният вид на човека, някои навици и дори болестите се наследяват. Цялата тази информация за живо същество е кодирана в гени. И така, как изглеждат тези прословути гени, как функционират и къде се намират?
И така, носителят на всички гени на всеки човек или животно е ДНК. Това съединение е открито през 1869 г. от Йохан Фридрих Мишер.Химически ДНК е дезоксирибонуклеинова киселина. Какво означава това? Как тази киселина носи генетичния код на целия живот на нашата планета?
Нека започнем, като разгледаме къде се намира ДНК. В човешката клетка има много органели, които изпълняват различни функции. ДНК се намира в ядрото. Ядрото е малка органела, която е заобиколена от специална мембрана и в която се съхранява целият генетичен материал - ДНК.
Каква е структурата на молекулата на ДНК?
Първо, нека разгледаме какво е ДНК. ДНК е много дълга молекула, изградена от градивни елементи - нуклеотиди. Има 4 вида нуклеотиди - аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) и цитозин (С). Схематично нуклеотидната верига изглежда така: GGAATCTAAG ... Това е последователността от нуклеотиди, която е ДНК веригата.Структурата на ДНК е дешифрирана за първи път през 1953 г. от Джеймс Уотсън и Франсис Крик.
В една ДНК молекула има две вериги от нуклеотиди, които са усукани спирално един около друг. Как тези нуклеотидни вериги се слепват заедно и се усукват в спирала? Това явление се дължи на свойството на взаимно допълване. Допълняемостта означава, че само определени нуклеотиди (комплементарни) могат да бъдат разположени един срещу друг в две нишки. И така, срещу аденина винаги има тимин, а срещу гуанина винаги има само цитозин. По този начин гуанинът се допълва с цитозин, а аденинът се допълва с тимин.Такива двойки нуклеотиди, изправени един срещу друг в различни нишки, също се наричат комплементарни.
Тя може да бъде схематично изобразена по следния начин:
G - C
Т - А
Т - А
C - G
Тези допълващи се двойки A - T и G - C образуват химическа връзка между нуклеотидите на двойката, а връзката между G и C е по -силна, отколкото между A и T. Връзката се образува строго между комплементарни бази, тоест образуването на връзка между некомплементарни G и A е невъзможно.
ДНК опаковка, как ДНК веригата се превръща в хромозома?
Защо тези ДНК нуклеотидни вериги също се усукват една около друга? Защо е необходимо това? Факт е, че броят на нуклеотидите е огромен и отнема много място за настаняване на такива дълги вериги. Поради тази причина има спирално усукване на две нишки ДНК около другата. Това явление се нарича спирализация. В резултат на спирализация нишките на ДНК се скъсяват 5-6 пъти.Някои молекули ДНК се използват активно от тялото, докато други се използват рядко. Такива рядко използвани молекули на ДНК, освен спирализация, претърпяват още по -компактно „опаковане“. Този компактен пакет се нарича суперсвиване и скъсява веригата на ДНК с 25-30 пъти!
Как се извършва опаковането на нишки на ДНК?
За суперсвиване се използват хистонови протеини, които имат вид и структура на пръчка или макара с нишки. Спирализираните нишки на ДНК се навиват върху тези "намотки" - хистонови протеини. По този начин дългата нишка става много компактно опакована и заема много малко място. Ако е необходимо да се използва тази или онази молекула на ДНК, процесът на „развиване“ настъпва, тоест нишката на ДНК се „размотава“ от „бобината“ - хистонов протеин (ако е бил навит върху нея) и се развива от спирала в две паралелни вериги. И когато молекулата на ДНК е в такова развъртено състояние, необходимата генетична информация може да бъде прочетена от нея. Нещо повече, четенето на генетична информация става само от усукани нишки на ДНК!
Наборът от суперсвити спирални хромозоми се нарича хетерохроматини хромозоми, достъпни за четене на информация - еухроматин.
Какво представляват гените, каква е връзката им с ДНК?
Сега нека разгледаме какво представляват гените. Известно е, че има гени, които определят кръвната група, цвета на очите, косата, кожата и много други свойства на нашето тяло. Генът е строго определен участък от ДНК, състоящ се от определен брой нуклеотиди, разположени в строго определена комбинация. Местоположението в строго определена област на ДНК означава, че на определен ген е определено неговото място и е невъзможно да се промени това място. Уместно е да се направи такова сравнение: човек живее на определена улица, в определена къща и апартамент и човек не може произволно да се премести в друга къща, апартамент или на друга улица. Определен брой нуклеотиди в гена означава, че всеки ген има определен брой нуклеотиди и не може да стане повече или по -малко. Например, генът за производство на инсулин е с дължина 60 базови двойки; генът, кодиращ производството на хормона окситоцин - от 370 двойки основи. Строгата последователност от нуклеотиди е уникална за всеки ген и е строго определена. Например, последователността AATTAATA е фрагмент от ген, който кодира производството на инсулин. За да се получи инсулин, се използва точно такава последователност; за получаване, например, адреналин, се използва различна комбинация от нуклеотиди. Важно е да се разбере, че само определена комбинация от нуклеотиди кодира определен „продукт“ (адреналин, инсулин и др.). Такава е уникалната комбинация от определен брой нуклеотиди, стоящи на "мястото си" - това е ген.
В допълнение към гените, така наречените "некодиращи последователности" се намират в ДНК веригата. Такива некодиращи нуклеотидни последователности регулират работата на гените, подпомагат спирализацията на хромозомите и отбелязват началото и края на гена. Въпреки това, към днешна дата ролята на повечето некодиращи последователности остава неясна.
Какво е хромозома? Полови хромозоми
Събирането на гени на индивида се нарича геном. Естествено е невъзможно да се побере целият геном в една ДНК. Геномът е разделен на 46 двойки ДНК молекули. Една двойка молекули ДНК се нарича хромозома. Така че именно тези хромозоми човек има 46 броя. Всяка хромозома носи строго определен набор от гени, например хромозома 18 съдържа гени, които кодират цвета на очите и т.н. Хромозомите се различават една от друга по дължина и форма. Най -често срещаните форми са X или Y, но има и други. Човек има две хромозоми със същата форма, които се наричат сдвоени (двойки). Поради такива различия всички сдвоени хромозоми са номерирани - има 23 двойки от тях. Това означава, че има двойка хромозоми # 1, двойка # 2, # 3 и т.н. Всеки ген, отговорен за определена черта, се намира в една и съща хромозома. В съвременните ръководства за специалисти локализацията на гена може да бъде посочена например по следния начин: 22 хромозома, дълга ръка.Какви са разликите между хромозомите?
Как иначе хромозомите са различни? Какво означава терминът дълго рамо? Нека вземем хромозоми от форма X. Пресичането на нишки на ДНК може да се случи строго в средата (X), или може да се случи не централно. Когато такова пресичане на нишки на ДНК не се случва централно, тогава спрямо точката на пресичане някои краища са по -дълги, други съответно са по -къси. Такива дълги краища обикновено се наричат дългата ръка на хромозомата, а съответно късите се наричат къса ръка. В хромозомите от Y -форма дългите рамене заемат повечето от тях, а късите са много малки (те дори не са посочени в схематичното изображение). Размерът на хромозомите варира: най -големите са хромозоми от двойки # 1 и # 3, най -малките са хромозоми от двойки # 17, # 19.
В допълнение към формата и размера, хромозомите се различават по своите функции. От 23 двойки 22 са соматични, а 1 са сексуални. Какво означава? Соматичните хромозоми определят всички външни признаци на индивида, особености на неговите поведенчески реакции, наследствен психотип, тоест всички черти и характеристики на всеки отделен човек. Двойка полови хромозоми определя пола на човек: мъжки или женски. Има два вида човешки полови хромозоми - X (X) и Y (Y). Ако те се комбинират като XX (X - X) - това е жена, а ако XY (X - Y) - имаме мъж.
Наследствени заболявания и хромозомни увреждания
Въпреки това, "разбивки" на генома се случват, след което се откриват генетични заболявания при хората. Например, когато има три хромозоми на 21 двойки хромозоми вместо две, човек се ражда със синдром на Даун.Има много по -малки „разбивки“ на генетичния материал, които не водят до началото на болестта, а напротив, придават добри свойства. Всички "разбивки" на генетичен материал се наричат мутации. Мутациите, водещи до заболяване или влошаване на свойствата на организма, се считат за отрицателни, а мутациите, водещи до образуване на нови полезни свойства, се считат за положителни.
Въпреки това, по отношение на повечето от болестите, които хората страдат днес, това не е наследствено заболяване, а само предразположение. Например бащата на дете усвоява бавно захарта. Това не означава, че детето ще се роди с диабет, но детето ще има предразположение. Това означава, че ако детето злоупотребява със сладкиши и брашно, ще развие захарен диабет.
Днес т.нар предикативенлекарство. В рамките на тази медицинска практика се идентифицират предразположения при човек (въз основа на идентифицирането на съответните гени) и след това му се дават препоръки - каква диета да спазва, как правилно да редува режима на работа и почивка, така че да не се разболявам.
Как да се чете информация, кодирана в ДНК?
Как можете да прочетете информацията, съдържаща се в ДНК? Как собственото й тяло го използва? Самата ДНК е един вид матрица, но не проста, а кодирана. За да се прочете информация от ДНК матрицата, тя първо се прехвърля на специален носител - РНК. РНК е химически рибонуклеинова киселина. Тя се различава от ДНК по това, че може да премине през ядрената мембрана в клетката, а ДНК е лишена от тази способност (може да бъде само в ядрото). Кодираната информация се използва в самата клетка. И така, РНК е носител на кодирана информация от ядрото до клетката.Как се синтезира РНК, как се синтезира протеин с помощта на РНК?
ДНК веригите, от които е необходимо да се "прочете" информацията, се развиват, специален ензим - "конструктор" се приближава до тях и синтезира комплементарна РНК верига успоредно на ДНК веригата. Молекулата на РНК също се състои от 4 вида нуклеотиди - аденин (А), урацил (Y), гуанин (G) и цитозин (С). В този случай следните двойки се допълват: аденин - урацил, гуанин - цитозин. Както можете да видите, за разлика от ДНК, РНК използва урацил вместо тимин. Това означава, че ензимът „строител“ работи по следния начин: ако види А в веригата на ДНК, тогава той прикрепя Y към веригата на РНК, ако G, тогава прикрепя С и т.н. Така от всеки активен ген по време на транскрипцията се образува шаблон - копие на РНК, което може да премине през ядрената мембрана. Как протича синтезът на протеин, кодиран от специфичен ген?
След напускане на ядрото, РНК навлиза в цитоплазмата. Вече в цитоплазмата РНК може като матрица да бъде вградена в специални ензимни системи (рибозоми), които могат да синтезират, ръководени от информация за РНК, съответната протеинова аминокиселинна последователност. Както знаете, протеиновата молекула се състои от аминокиселини. Как рибозомата успява да установи коя аминокиселина трябва да бъде прикрепена към нарастващата протеинова верига? Това се прави въз основа на триплетния код. Триплетният код означава, че последователността от три нуклеотида от веригата на РНК ( тройка,например, HGH) кодират една аминокиселина (в този случай глицин). Всяка аминокиселина е кодирана от специфичен триплет. И така, рибозомата "чете" триплета, определя коя аминокиселина трябва да бъде прикрепена по -нататък, докато чете информация в РНК. Когато се образува верига от аминокиселини, тя приема определена пространствена форма и се превръща в протеин, способен да изпълнява възложените му ензимни, изграждащи, хормонални и други функции.Протеинът за всеки жив организъм е продукт на ген. Именно протеините определят всички различни свойства, качества и външни прояви на гените.
ДНК молекулата се състои от две нишки, които образуват двойна спирала. Структурата му е дешифрирана за първи път от Франсис Крик и Джеймс Уотсън през 1953 г.
Първоначално молекулата на ДНК, състояща се от двойка нуклеотидни вериги, усукани една около друга, повдигна въпроса защо има точно тази форма. Учените наричат този феномен допълващ се, което означава, че само определени нуклеотиди могат да бъдат разположени в неговите нишки един срещу друг. Например, аденинът винаги е срещу тимина, а гуанинът е срещу цитозин. Тези нуклеотиди на молекулата на ДНК се наричат комплементарни.
Това е схематично изобразено, както следва:
Т - А
C - G
Тези двойки образуват химическа нуклеотидна връзка, която определя реда, в който са подредени аминокиселините. В първия случай е малко по -слаб. Връзката между C и G е по -силна. Некомплементарните нуклеотиди не образуват двойки помежду си.
Относно структурата
И така, структурата на молекулата на ДНК е специална. Той има такава форма по някаква причина: факт е, че броят на нуклеотидите е много голям и е необходимо много място за настаняване на дълги вериги. Поради тази причина спиралното усукване е присъщо на веригите. Това явление се нарича спирализация, което позволява на нишките да се скъсят около пет до шест пъти.
Тялото използва някои молекули от този вид много активно, други рядко. Последните, в допълнение към спирализацията, също се подлагат на такава "компактна опаковка" като супер навиване. И тогава дължината на молекулата на ДНК намалява 25-30 пъти.
Какво представлява "опаковането" на молекула?
В процеса на суперсвиване се включват хистонови протеини. Те имат структурата и вида на резбова макара или пръчка. Върху тях се навиват спираловидни нишки, които веднага стават „компактно опаковани“ и заемат малко място. Когато се наложи да се използва тази или онази нишка, тя се размотава от намотка, например, на хистонов протеин, и спиралата се размотава в две паралелни вериги. Когато молекулата на ДНК е в това състояние, от нея могат да се отчетат необходимите генетични данни. Има обаче едно условие. Получаването на информация е възможно само ако структурата на молекулата на ДНК не е изкривена. Наличните за четене хромозоми се наричат еухроматини и ако са суперсипирализирани, това вече са хетерохроматини.
Нуклеинова киселина
Нуклеиновите киселини, подобно на протеините, са биополимери. Основната функция е съхранението, внедряването и предаването на наследствена (генетична информация). Те са два вида: ДНК и РНК (дезоксирибонуклеинова и рибонуклеинова). Мономери в тях са нуклеотиди, всеки от които съдържа остатък от фосфорна киселина, пет въглеродна захар (дезоксирибоза / рибоза) и азотна основа. ДНК кодът включва 4 вида нуклеотиди - аденин (А) / гуанин (G) / цитозин (С) / тимин (Т). Те се различават по съдържащата се в тях азотна основа.
В молекулата на ДНК броят на нуклеотидите може да бъде огромен - от няколко хиляди до десетки и стотици милиони. Такива гигантски молекули могат да се видят през електронен микроскоп. В този случай ще бъде възможно да се види двойна верига от полинуклеотидни нишки, които са свързани помежду си чрез водородни връзки на азотните основи на нуклеотидите.
Изследвания
В хода на изследванията учените са установили, че видовете ДНК молекули в различните живи организми се различават. Установено е също, че гуанинът от една верига може да се свърже само с цитозин, а тиминът - с аденин. Разположението на нуклеотидите на една нишка строго съответства на паралелната. Поради тази допълняемост на полинуклеотидите, молекулата на ДНК е способна на дублиране и самовъзпроизвеждане. Но първо, комплементарните вериги се разминават под въздействието на специални ензими, които разрушават сдвоени нуклеотиди, а след това синтезът на липсващата верига започва във всеки от тях. Това се дължи на свободните нуклеотиди, присъстващи в големи количества във всяка клетка. В резултат на това вместо "родителската молекула" се образуват две "дъщерни" молекули, идентични по състав и структура и ДНК кодът става оригиналният. Този процес е предшественик на клетъчното делене. Той осигурява прехвърлянето на всички наследствени данни от майчините клетки към дъщерните клетки, както и към всички следващи поколения.
Как се чете генният код?
Днес се изчислява не само масата на молекулата на ДНК - можете да откриете и по -сложни данни, които преди това не бяха достъпни за учените. Например, можете да прочетете информация за това как тялото използва собствената си клетка. Разбира се, първоначално тази информация е кодирана и има формата на някаква матрица и затова тя трябва да бъде транспортирана до специален носител, който е РНК. Рибонуклеиновата киселина е в състояние да проникне в клетката през ядрената мембрана и да прочете кодираната информация вътре. По този начин РНК е носител на скрити данни от ядрото до клетката и се различава от ДНК по това, че съдържа рибоза вместо дезоксирибоза и урацил вместо тимин. В допълнение, РНК е едноверижна.
Синтез на РНК
Дълбокият анализ на ДНК показа, че след като РНК напусне ядрото, тя навлиза в цитоплазмата, където може да бъде включена като шаблон в рибозоми (специални ензимни системи). Въз основа на получената информация те могат да синтезират подходящата последователност от протеинови аминокиселини. Рибозомата научава от триплетния код какъв вид органично съединение трябва да бъде прикрепено към образуващата се протеинова верига. Всяка аминокиселина има свой специфичен триплет, който я кодира.
След като образуването на веригата приключи, тя придобива специфична пространствена форма и се превръща в протеин, способен да изпълнява своите хормонални, изграждащи, ензимни и други функции. За всеки организъм той е генен продукт. Именно от него се определят всякакви качества, свойства и прояви на гени.
Гени
На първо място, процесите на секвениране са разработени, за да се получи информация за това колко гени има структурата на молекулата на ДНК. И въпреки че изследванията позволяват на учените да постигнат голям напредък по този въпрос, все още не е възможно да се знае точния им брой.
Преди няколко години се предполагаше, че молекулите на ДНК съдържат приблизително 100 хиляди гени. Малко по -късно цифрата намалява до 80 хиляди, а през 1998 г. генетиците обявяват, че само 50 хиляди гени присъстват в една ДНК, което е само 3% от цялата дължина на ДНК. Но последните заключения на генетиците бяха изумени. Сега те твърдят, че геномът включва 25-40 хиляди от тези единици. Оказва се, че само 1,5% от хромозомната ДНК е отговорна за кодиращите протеини.
Изследванията не спряха дотук. Паралелен екип от специалисти по генно инженерство установи, че броят на гените в една молекула е точно 32 хиляди. Както можете да видите, все още е невъзможно да се получи окончателен отговор. Има твърде много противоречия. Всички изследователи разчитат само на собствените си резултати.
Имаше ли еволюция?
Въпреки факта, че няма доказателства за еволюцията на молекулата (тъй като структурата на молекулата на ДНК е крехка и с малки размери), учените направиха едно предложение. Въз основа на лабораторни данни те изразиха версия на следното съдържание: в началния етап на появата си молекулата изглеждаше като прост самовъзпроизвеждащ се пептид, който включваше до 32 аминокиселини, открити в древните океани.
След самовъзпроизвеждане, благодарение на силите на естествения подбор, молекулите придобиха способността да се предпазват от влиянието на външни елементи. Те започнаха да живеят по -дълго и да се възпроизвеждат в голям брой. Молекулите, които се озоваха в липидния пикочен мехур, получиха всички шансове за самовъзпроизвеждане. В резултат на поредица от последователни цикли липидните мехурчета придобиват формата на клетъчни мембрани, а след това - всички известни частици. Трябва да се отбележи, че днес всяка част от молекулата на ДНК е сложна и ясно функционираща структура, всички характеристики на която все още не са напълно проучени от учените.
Съвременен свят
Наскоро израелски учени са разработили компютър, който може да извършва трилиони операции в секунда. Днес това е най -бързата кола на Земята. Цялата тайна е, че иновативното устройство се захранва от ДНК. Професорите казват, че в краткосрочен план такива компютри дори ще могат да генерират енергия.
Специалисти от института Weizmann в Реховот (Израел) преди година обявиха създаването на програмируем молекулен компютър, състоящ се от молекули и ензими. Те замениха силициевите микрочипове с тях. Към момента екипът продължава да се движи напред. Сега само една молекула ДНК може да предостави на компютъра необходимите данни и да осигури необходимото гориво.
Биохимичните „нанокомпютри“ не са измислица, те вече съществуват в природата и се проявяват във всяко живо същество. Но често те не се контролират от хора. Човек все още не може да оперира с генома на което и да е растение, за да изчисли, да речем, числото "pi".
Идеята за използване на ДНК за съхранение / обработка на данни за пръв път удари светлите умове на учените през 1994 г. Тогава молекулата беше използвана за решаване на проста математическа задача. Оттогава редица изследователски групи предлагат различни проекти, свързани с ДНК компютри. Но тук всички опити се основават само на енергийната молекула. Не можете да видите такъв компютър с просто око; той изглежда като прозрачен разтвор на вода в епруветка. В него няма механични части, а само трилиони биомолекулни устройства - и това е само в една капка течност!
Човешка ДНК
За каква човешка ДНК хората са узнали през 1953 г., когато учените за първи път са успели да демонстрират пред света двуверижен модел на ДНК. За това Кърк и Уотсън получиха Нобелова награда, тъй като това откритие стана фундаментално през 20 -ти век.
С течение на времето, разбира се, те доказаха, че структурирана човешка молекула може да изглежда не само като в предложената версия. След по-подробен анализ на ДНК бяха открити А-, В- и лявата форма на Z-. Форма А- често е изключение, тъй като се образува само при липса на влага. Но това е възможно само при лабораторни изследвания, за естествената среда е ненормално, в жива клетка такъв процес не може да настъпи.
Формата B е класическа и е известна като двойна дясна верига, но Z-формата не само е усукана в обратната посока, наляво, но има и по-зигзагообразен вид. Учените са идентифицирали и G-квадруплексната форма. В неговата структура няма 2, а 4 нишки. Според генетиците тази форма се среща в онези райони, където има излишно количество гуанин.
Изкуствена ДНК
Изкуствена ДНК вече съществува днес, която е идентично копие на истинската; той перфектно повтаря структурата на естествената двойна спирала. Но за разлика от първичния полинуклеотид, в изкуствения има само два допълнителни нуклеотида.
Тъй като дублирането е създадено въз основа на информация, получена в хода на различни изследвания на реална ДНК, то може да се копира, самовъзпроизвежда и развива. Експертите работят около създаването на такава изкуствена молекула от около 20 години. Резултатът е невероятно изобретение, което може да използва генетичния код по същия начин като естествената ДНК.
Към четирите налични азотни основи генетиката добави още две, които са създали по метода на химическата модификация на естествените основи. За разлика от естествената ДНК, изкуствената ДНК е доста къса. Той съдържа само 81 двойки основи. Той обаче също се възпроизвежда и развива.
Репликацията на изкуствено получена молекула става благодарение на полимеразната верижна реакция, но засега това не се случва от само себе си, а чрез намесата на учените. Те независимо добавят необходимите ензими към споменатата ДНК, като я поставят в специално приготвена течна среда.
Краен резултат
Процесът и крайният резултат от развитието на ДНК могат да бъдат повлияни от различни фактори, например мутации. Това налага изследване на проби от материя, така че резултатът от анализите да е надежден и надежден. Пример за това е тестът за бащинство. Но е добра новина, че такива инциденти като мутация са редки. Независимо от това пробите от материя винаги се проверяват отново, за да се получи по -точна информация въз основа на анализа.
Растителна ДНК
Благодарение на високотехнологичното секвениране (HTS) е направена революция в областта на геномиката - възможно е и извличането на ДНК от растенията. Разбира се, получаването на висококачествено молекулно тегло на ДНК от растителен материал причинява известни трудности поради големия брой копия на ДНК митохондрии и хлоропласти, както и високото ниво на полизахариди и фенолни съединения. За да изолираме структурата, която разглеждаме, в този случай се използват различни методи.
Водородна връзка в ДНК
Водородната връзка в молекулата на ДНК е отговорна за електромагнитното привличане, създадено между положително заредения водороден атом, който е прикрепен към електроотрицателен атом. Това диполно взаимодействие не отговаря на критерия за химическа връзка. Но може да се реализира междумолекулно или в различни части на молекулата, тоест вътремолекулно.
Водородният атом е прикрепен към електроотрицателния атом, който е донор на тази връзка. Електроотрицателният атом може да бъде азот, флуор, кислород. Той - чрез децентрализация - привлича електронен облак от водородното ядро и прави водородния атом зареден (частично) положително. Тъй като размерът на Н е малък в сравнение с други молекули и атоми, зарядът също е малък.
ДНК декодиране
Преди да декодират молекула на ДНК, учените първо вземат огромен брой клетки. За най -точната и успешна работа те се нуждаят от около милион. Резултатите, получени в хода на изследването, постоянно се сравняват и записват. Днес декодирането на генома вече не е рядкост, а достъпна процедура.
Разбира се, дешифрирането на генома на една клетка е неподходящо упражнение. Данните, получени в хода на такива изследвания, не представляват интерес за учените. Но е важно да се разбере, че всички съществуващи понастоящем методи за декодиране, въпреки тяхната сложност, не са достатъчно ефективни. Те ще позволят само 40-70% от ДНК да бъде прочетена.
Преподавателите от Харвард обаче наскоро обявиха начин за дешифриране на 90% от генома. Техниката се основава на добавянето на праймерни молекули към изолираните клетки, с помощта на които започва репликацията на ДНК. Но дори и този метод не може да се счита за успешен; той все още трябва да бъде финализиран, преди да бъде открито използван в науката.
Молекули на нуклеинова киселинаот всички видове живи организми са дълги неразклонени полимери на мононуклеотиди. Ролята на моста между нуклеотидите се играе от 3 ", 5" -фосфодиестерната връзка, свързваща 5 "-фосфата на един нуклеотид и 3" -хидроксилния остатък на рибоза (или дезоксирибоза) на следващия. В тази връзка полинуклеотидната верига се оказва полярна. В единия край свободна 5 "-фосфатна група остава, в другия край 3" -ОН група.
ДНК е като протеини, има първични, вторични и третични структури.
Първична структура на ДНК ... Тази структура определя кодираната в нея информация, представляваща последователността на редуване на дезоксирибонуклеотиди в полинуклеотидната верига.
ДНК молекула се състои от две спиралисъс същата ос и противоположни посоки. Захарно-фосфатният гръбнак е разположен по периферията на двойната спирала, а азотните основи са вътре. Скелетът съдържа ковалентни фосфодиестерни връзки, и двете спирали между основите са свързани водородни връзки и хидрофобни взаимодействия.
Тези връзки са открити и изследвани за първи път от Е. Чаргаф през 1945 г. и получават името принцип на взаимно допълване, и се наричат особеностите на образуването на водородни връзки между основите Правилата на Чаргаф:
- пуриновата основа винаги се свързва с пиримидиновата основа: аденин - с тимин (AT®T), гуанин - с цитозин (G®C);
- моларното съотношение на аденин към тимин и гуанин към цитозин е 1 (A = T, или A / T = 1 и G = C, или G / C = 1);
- сумата от остатъци A и G е равна на сумата от остатъци T и C, т.е. A + G = T + C;
- в ДНК, изолирана от различни източници, съотношението (G + C) / (A + T), наречено коефициент на специфичност, не е същото.
Правилата на Чаргаф се основават на факта, че аденинът прави две връзки с тимина, а гуанинът прави три връзки с цитозин:
Въз основа на правилата на Чаргаф можете да си представите двуверижната структура на ДНК, която е показана на фигурата.
А-форма В-форма
А-аденин, G-гуанин, С-цитозин, Т-тимин
Схематично представяне на двуверижна верига
ДНК молекули
Вторична структура на ДНК ... В съответствие с модела, предложен през 1953 г. от J. Watson и F. Crick, вторичната структура на ДНК е двуверижна спирала с дясна ръкаот комплементарни антипаралелни полинуклеотидни вериги.
За вторичната структура на ДНК две структурни характеристики на азотните основи на нуклеотидите са решаващи. Първият е наличието на групи, способни да образуват водородни връзки. Втората особеност е, че двойките допълващи се бази A-T и G-C са еднакви не само по размер, но и по форма.
Поради способността на нуклеотидите да се чифтосват, се образува твърда, добре стабилизирана двуверижна структура. Основните елементи и параметричните характеристики на такава структура са ясно показани на фигурата.
Въз основа на задълбочен анализ на рентгеновите дифракционни картини на изолираната ДНК е установено, че двойната спирала на ДНК може да съществува под формата на няколко форми (А, В, С, Z и др.). Тези форми на ДНК се различават по диаметъра и стъпката на спиралата, броя на базовите двойки в завой и ъгъла на наклона на равнината на основите спрямо оста на молекулата.
Третична структура на ДНК. Във всички живи организми двуверижните молекули на ДНК са плътно опаковани, за да се образуват сложни триизмерни структури.Образуват се двуверижна ДНК от прокариоти, които имат кръгова ковалентно затворена форма ляви (-) супер спирали... Третичната структура на ДНК на еукариотни клетки също се образува чрез свръхсвиване, но не свободна ДНК, а нейните комплекси с хромозомни протеини (хистонови протеини от класовете H1, H2, H3, H4 и H5).
В пространствената организация на хромозомите могат да се разграничат няколко нива. Първо ниво- нуклеозомни. В резултат на нуклеозомната организация на хроматина, двойната спирала на ДНК с диаметър 2 nm придобива диаметър 10-11 nm и се скъсява около 7 пъти.
Второ нивопространствената организация на хромозомите е образуването на хроматинов фибрил от нуклеозомна нишка с диаметър 20-30 nm (намаляване на линейните размери на ДНК с още 6-7 пъти).
Третично нивоорганизацията на хромозомите се дължи на опаковането на хроматинови фибрили в бримки. Нехистонови протеини участват в образуването на бримки. Областта на ДНК, съответстваща на един контур, съдържа от 20 000 до 80 000 базови двойки. В резултат на такова опаковане линейните размери на ДНК се намаляват с около 200 пъти. Доменната организация на ДНК във формата на бримка, наречена междуфазен хромонем, може да претърпи допълнително уплътняване, чиято степен варира в зависимост от фазата на клетъчния цикъл.
Самовъзпроизвеждане на генетичен материал. Репликация.
Принципи на записване на генетична информация. Генетичен код и неговите свойства.
Генетичен код- присъщ на всички живи организми, метод за кодиране на аминокиселинната последователност на протеини, използвайки последователност от нуклеотиди. В природата 20 различни аминокиселини се използват за изграждане на протеини. Всеки протеин е верига или няколко вериги в строго определена последователност. Тази последователност определя структурата на протеина, а оттам и неговите свойства. Наборът от аминокиселини е универсален за почти всички живи организми.
Свойства на гена. код:
Триплет - комбинация от 3 нуклеотида
Непрекъснатост - няма препинателни знаци между тройки, т.е. информацията се чете непрекъснато
Не се припокриват - един и същ нуклеотид не може едновременно да бъде част от няколко триплета
Специфичност - определен кодон отговаря само на 1 аминокиселина
Дегенерация - няколко кодона могат да съответстват на една и съща аминокиселина
Универсалност - генетичният код работи еднакво при организми с различни нива на сложност
Имунитет
В процеса на репликация на генетичен материал водородните връзки между азотните основи се разрушават и от двойната спирала се образуват две нишки на ДНК. Всеки от тях се превръща в шаблон за синтез на друга комплементарна ДНК верига. Последният чрез водородна връзка се комбинира с матричната ДНК. Така че всяка дъщерна ДНК молекула се състои от една стара и една нова полинуклеотидна верига. В резултат на това дъщерните клетки получават същата генетична информация като родителските клетки. Поддържането на такава ситуация се осигурява от механизъм за самокорекция, осъществяван от ДНК полимераза. Способността на генетичния материал, ДНК, да се възпроизвежда (възпроизвежда) е в основата на възпроизводството на живи организми, прехвърлянето на наследствени свойства от поколение на поколение и развитието на многоклетъчен организъм от зиготата.
Некорегираните промени в химичната структура на гените, възпроизведени в последователни репликационни цикли и проявени в потомството под формата на нови варианти на черти, се наричат генни мутации.
Промените в структурата на ДНК могат да бъдат разделени на 3 групи: 1. Замяна на някои бази с други.
2. изместване на рамката за четене с промяна в броя на нуклеотидните двойки в състава на гена.
3. пренареждане на нуклеотидни последователности в гена.
1. Замяна на някои бази с други.Може да възникне случайно или под въздействието на специфични химични агенти. Ако променената форма на основата остане незабелязана по време на ремонта, тогава по време на следващия цикъл на репликация тя може да прикрепи към себе си друг нуклеотид.
Друга причина може да бъде грешното включване в синтезираната ДНК верига на нуклеотид, носещ модифицирана форма на основата или нейния аналог. Ако тази грешка остане незабелязана по време на ремонта, тогава променената база се включва в процеса на репликация, което води до подмяна на една двойка с друга.
В резултат на това в ДНК се образува нов триплет. Ако този триплет кодира същата аминокиселина, промените няма да повлияят на структурата на пептида (дегенерация на генетичния код). Ако новообразуваният триплет кодира различна аминокиселина, структурата на пептидната верига и свойствата на протеина се променят.
2. изместване на рамката за четене.Тези мутации възникват поради загуба (делеция) или вмъкване на една или повече двойки комплементарни нуклеотиди в нуклеотидната последователност на ДНК. Това може да се дължи на излагане на генетичния материал на определени химикали (акридинови съединения). Голям брой мутации възникват поради включването на подвижни генетични елементи - транспозони - в ДНК. Грешките по време на рекомбинация в случай на неравномерно интрагенно преминаване също могат да бъдат причина.
С такива мутации значението на биологичната информация, записана в тази ДНК, се променя.
3... промяна на реда на нуклеотидните последователности.Този тип мутация възниква поради 180 ° завъртане на ДНК областта (инверсия). Това се дължи на факта, че молекулата на ДНК образува контур, в рамките на който репликацията върви в грешна посока. В обърнатата област четенето на информация се нарушава и аминокиселинната последователност на протеина се нарушава.
Причини:- неравномерно преминаване между хомоложни хромозоми
Интрахромозомно кръстосване
Хромозомни счупвания
Прекъсвания, последвани от присъединяване на хромозомни елементи
Копиране на ген и прехвърлянето му в друга част на хромозомата
Зареждане...