A DNS -láncot az alkotja. Nukleinsavak. Elképesztő és rendkívüli DNS tények

A jobb oldalon az emberi DNS legnagyobb spirálja, amely Várna (Bulgária) tengerpartján élő emberekből épült, és amely 2016. április 23 -án szerepelt a Guinness Rekordok Könyvében.

Dezoxiribonukleinsav. Általános információ

A DNS (dezoxiribonukleinsav) egyfajta életrajz, összetett kód, amely örökletes információkra vonatkozó adatokat tartalmaz. Ez az összetett makromolekula képes örökletes genetikai információk tárolására és továbbítására generációról generációra. A DNS meghatározza minden élő szervezet olyan tulajdonságait, mint az öröklődés és a változékonyság. A benne kódolt információ határozza meg a teljes programot bármely élő szervezet fejlesztésére. A genetikailag rejlő tényezők előre meghatározzák mind az ember, mind bármely más szervezet egész életútját. A külső környezet mesterséges vagy természetes hatásai csak kismértékben befolyásolhatják az egyes genetikai tulajdonságok általános súlyosságát, vagy befolyásolhatják a programozott folyamatok fejlődését.

Dezoxiribonukleinsav(DNS) egy makromolekula (a három fő egyike, a másik kettő az RNS és a fehérjék), amely tárolást, generációról generációra történő továbbítást és az élő szervezetek fejlesztésére és működésére irányuló genetikai program végrehajtását biztosítja. A DNS információkat tartalmaz a különböző típusú RNS -ek és fehérjék szerkezetéről.

Az eukarióta sejtekben (állatok, növények és gombák) a DNS megtalálható a sejt magjában a kromoszómák részeként, valamint néhány sejtes organellában (mitokondriumok és plasztidok). A prokarióta organizmusok (baktériumok és archaea) sejtjeiben egy kör alakú vagy lineáris DNS-molekula, az úgynevezett nukleoid kapcsolódik belülről a sejtmembránhoz. Nekik és az alsó eukariótáknak (például élesztő) is vannak kis autonóm, túlnyomórészt kör alakú DNS -molekuláik, amelyeket plazmidoknak neveznek.

Kémiai szempontból a DNS egy hosszú polimer molekula, amely ismétlődő blokkokból - nukleotidokból - áll. Minden nukleotid nitrogénbázisból, cukorból (dezoxiribóz) és foszfátcsoportból áll. A lánc nukleotidjai közötti kötések a dezoxiribóz ( VAL VEL) és foszfát ( F) csoportok (foszfodiészter kötések).

Rizs. 2. A nuklertid nitrogénbázisból, cukorból (dezoxiribóz) és foszfátcsoportból áll

Az esetek túlnyomó többségében (néhány egyszálú DNS-t tartalmazó vírus kivételével) a DNS-makromolekula két láncból áll, amelyeket nitrogénbázisok irányítanak egymáshoz. Ez a kettős szálú molekula spirális vonalban van csavarva.

A DNS -ben négyféle nitrogénbázis található (adenin, guanin, timin és citozin). Az egyik lánc nitrogénbázisai kapcsolódnak a másik lánc nitrogénbázisaihoz hidrogénkötések a komplementaritás elve szerint: az adenin csak timinnel kombinálódik ( NÁL NÉL), guanin - csak citozinnal ( G-C). Ezek a párok alkotják a DNS csigalépcsőjének „keresztléceit” (lásd: 2., 3. és 4. ábra).

Rizs. 2. Nitrogénbázisok

A nukleotidszekvencia lehetővé teszi az információk "kódolását" a különböző típusú RNS -ekről, amelyek közül a legfontosabbak az információs, vagy hírvivő (mRNS), riboszómális (rRNS) és transzport (tRNS). Mindezeket az RNS -típusokat a DNS -templáton szintetizálják úgy, hogy a DNS -szekvenciát a transzkripciós folyamat során szintetizált RNS -szekvenciába másolják, és részt vesznek a fehérjék bioszintézisében (transzlációs folyamat). A kódoló szekvenciák mellett a sejt DNS szabályozó és szerkezeti funkciókat ellátó szekvenciákat is tartalmaz.

Rizs. 3. DNS replikáció

Az alapvető kombinációk elhelyezkedése kémiai vegyületek A DNS és e kombinációk közötti mennyiségi kapcsolatok örökletes információk kódolását biztosítják.

Oktatás új DNS (replikáció)

1. Replikációs folyamat: a DNS kettős spirál feltekerése - komplementer szálak szintézise DNS polimeráz segítségével - két DNS molekula képzése az egyikből.
2. A kettős spirál "leoldódik" két ágra, amikor az enzimek megszakítják a kémiai vegyületek bázispárjai közötti kötést.
3. Minden ág az új DNS eleme. Az új bázispárok ugyanabban a sorrendben csatlakoznak, mint a szülő ághoz.

A duplikáció befejezése után két független hélixet hoznak létre, amelyeket a szülői DNS kémiai vegyületeiből hoznak létre, és amelyek azonos genetikai kóddal rendelkeznek. Ily módon a DNS képes sejtekről sejtekre ásni az információkat.

Részletesebb információk:

A nukleinsavak szerkezete

Rizs. 4. Nitrogénbázisok: adenin, guanin, citozin, timin

Dezoxiribonukleinsav(DNS) a nukleinsavakra utal. Nukleinsavak a szabálytalan biopolimerek osztálya, amelyek monomerjei nukleotidok.

NUKLEOTIDOK magába foglal nitrogéntartalmú bázisöt szénatomos szénhidráttal (pentóz) kombinálva - dezoxiribóz(DNS esetén) ill ribóz(RNS esetében), amely egyesül a foszforsavmaradékkal (H 2 PO 3 -).

Nitrogén bázisok két típusa van: pirimidin bázisok - uracil (csak RNS -ben), citozin és timin, purin bázisok - adenin és guanin.

Rizs. 5. A nukleotidok szerkezete (balra), a nukleotid elhelyezkedése a DNS -ben (alul) és a nitrogénbázisok típusai (jobb oldalon): pirimidin és purin

A pentózmolekula szénatomjai 1 -től 5 -ig vannak számozva. A foszfát egyesül a harmadik és az ötödik szénatommal. A nukleotidok így egyesülnek, és nukleinsavláncot alkotnak. Így izolálhatjuk a DNS szál 3 'és 5' végét:

Rizs. 6. A DNS -szál 3 'és 5' végének izolálása

Két DNS szál képződik kettős spirál... Ezek a láncok spirálban ellentétes irányúak. Különböző DNS -szálakban a nitrogénbázisok össze vannak kötve hidrogénkötések... Az adenin mindig kombinálódik a timinnel, a citozin pedig a guaninnal. Ez az úgynevezett a komplementaritás szabálya(cm. a komplementaritás elve).

Kiegészítő szabály:

A-T G-C

Például, ha kapunk egy DNS szálat a szekvenciával

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5 ',

akkor a második lánc kiegészíti azt, és az ellenkező irányba irányítja-az 5'-végétől a 3'-végéig:

5'-TACAGGATCGACGAGC-3 '.

Rizs. 7. A DNS -molekula láncainak iránya és a nitrogénbázisok kapcsolódása hidrogénkötések segítségével

DNS REPLIKÁCIÓ

DNS replikáció egy DNS -molekula megduplázásának folyamata mátrixszintézissel. A legtöbb esetben a természetes DNS -replikációalapozóa DNS szintéziséhez az rövid részlet (újra létrehozva). Az ilyen ribonukleotid primert a primáz enzim hozza létre (DNS -primáz a prokariótákban, DNS -polimeráz az eukariótákban), és ezt követően dezoxiribonukleotid -polimeráz helyettesíti, amely általában javító funkciókat lát el (korrigálja a kémiai károsodásokat és a DNS -molekula töréseit).

A replikáció félig konzervatív mechanizmussal történik. Ez azt jelenti, hogy a DNS kettős spirálja feltekeredik, és minden szálán új szál fejeződik be a komplementaritás elve szerint. A leány DNS -molekula tehát egy szálat tartalmaz az alapmolekulából és egy újonnan szintetizált szálat. A replikáció az anyalánc 3 '-tól 5' végéig terjedő irányban történik.

Rizs. 8. A DNS -molekula replikációja (duplázása)

DNS szintézis- ez nem olyan bonyolult folyamat, mint amilyennek első pillantásra tűnhet. Ha belegondolsz, akkor először ki kell találnod, mi a szintézis. Ez az a folyamat, amikor valamit összehozunk. Az új DNS -molekula kialakulása több szakaszban történik:

1) A DNS -topoizomeráz, amely a replikációs villa előtt található, levágja a DNS -t annak érdekében, hogy megkönnyítse annak le- és lecsévélését.
2) A DNS -helikáz a topoizomerázt követően befolyásolja a DNS -spirál „felcsavarásának” folyamatát.
3) A DNS-kötő fehérjék végzik a DNS-szálak kötését, és stabilizálják is, megakadályozva, hogy egymáshoz tapadjanak.
4) DNS polimeráz δ(delta) , a replikatív villa mozgási sebességével összehangolva végzi a szintézistvezetőláncok leányvállalat DNS a sablonon 5 "→ 3" irányban anyai DNS -szál a 3 "végétől az 5" végéig (100 bázispár másodpercenként). Ezek az események erről anyai A DNS -szálak korlátozottak.

Rizs. 9. A DNS -replikációs folyamat sematikus ábrázolása: (1) elmaradó szál (lemaradó szál), (2) vezető szál (vezető szál), (3) α (Polα) DNS -polimeráz, (4) DNS -ligáz, (5) RNS -primer, (6) Primáz, (7) Okazaki-fragmentum, (8) DNS-polimeráz δ (Polδ), (9) Helikáz, (10) Egyszálú DNS-kötő fehérjék, (11) topoizomeráz.

Az alábbiakban a leány DNS lemaradó szálának szintézisét írjuk le (lásd. Rendszer replikációs villa és replikációs enzim funkció)

A DNS replikációjának vizuálisabb magyarázatát lásd

5) Közvetlenül az alapmolekula másik szálának feltekerése és stabilizálása után,DNS polimeráz α(alfa)és 5 "→ 3" irányban szintetizál egy primert (RNS primer) - egy RNS szekvenciát egy 10-200 nukleotid hosszú DNS -templáton. Ezt követően az enzimeltávolítják a DNS szálból.

Ahelyett DNS polimerázα az alapozó 3 "végéhez kapcsolódik DNS polimerázε .

6) DNS polimerázε (epsilon) mintha tovább hosszabbítaná az alapozót, de szubsztrátként beágyazódikdezoxiribonukleotidok(150-200 nukleotid mennyiségben). Az eredmény egy szilárd kétrészes szál -RNS(azaz primer) és DNS. DNS polimeráz εaddig működik, amíg meg nem találja az előző alapozótOkazaki töredéke(korábban szintetizálták). Ezt az enzimet ezután eltávolítják a láncból.

7) Β DNS polimeráz(béta) felkel helyetteΕ DNS polimeráz,ugyanabban az irányban mozog (5 "→ 3"), és eltávolítja a primer ribonukleotidokat, miközben dezoxiribonukleotidokat helyez be a helyükre. Az enzim a primer teljes eltávolításáig működik, azaz amíg egy dezoxiribonukleotidot (még korábban nem szintetizáltak)DNS polimeráz ε). Az enzim nem képes összekapcsolni munkája eredményét és az előtte lévő DNS -t, ezért elhagyja a láncot.

Ennek eredményeképpen a leány DNS DNS töredéke "fekszik" az anya szál mátrixán. Ez az úgynevezettOkazaki töredéke.

8) A DNS ligáz két szomszédos öltést varr Okazaki töredékei , azaz A szegmens 5 "-os vége szintetizáltΕ DNS polimeráz,és az áramkör 3 "-os vége, beépítettDNS polimerázβ .

RNS -SZERKEZET

Ribonukleinsav(RNS) egyike a három fő makromolekulának (a másik kettő DNS és fehérje), amelyek minden élő szervezet sejtjében megtalálhatók.

A DNS -hez hasonlóan az RNS is hosszú láncból áll, amelyben az egyes láncszemeket hívják nukleotid... Minden nukleotid nitrogénbázisból, ribózcukorból és foszfátcsoportból áll. A DNS -sel ellentétben azonban az RNS általában nem két szálat tartalmaz, hanem egyet. Az RNS -ben lévő pentózt a ribóz képviseli, nem a dezoxiribóz (a ribóznak van egy további hidroxilcsoportja a második szénhidrátatomon). Végül a DNS nitrogénbázisok összetételében különbözik az RNS -től: timin helyett ( T) uracil ( U) amely kiegészíti az adenint is.

A nukleotidszekvencia lehetővé teszi az RNS számára a genetikai információk kódolását. Minden sejtes szervezetek használja az RNS -t (mRNS) a fehérjeszintézis programozásához.

A celluláris RNS -eket egy ún átirat , azaz az RNS szintézise a DNS -mátrixon, speciális enzimek által - RNS polimerázok.

Ezután a hírvivő RNS -ek (mRNS -ek) részt vesznek az ún adás, azok. fehérjeszintézis az mRNS mátrixon riboszómák részvételével. Más RNS -ek a transzkripció után kémiai módosításokon mennek keresztül, és másodlagos és harmadlagos struktúrák kialakulása után az RNS típusától függően végeznek funkciókat.

Rizs. 10. A különbség a DNS és az RNS között a nitrogénbázison: a timin (T) helyett az RNS uracilot (U) tartalmaz, amely szintén komplementer az adeninnel.

ÁTLÁTÁS

Ez az RNS szintetizálása DNS -templáton. A DNS lecsévélődik az egyik helyen. Az egyik szál olyan információt tartalmaz, amelyet RNS -molekulára kell másolni - ezt a szálat kódoló szálnak nevezik. A második DNS -szálat, amely kiegészíti a kódoló szálat, templátnak nevezzük. A transzkripció során a templát szálon 3 '- 5' irányban (a DNS szál mentén) egy komplementer RNS szál szintetizálódik. Így létrejön a kódoló szál RNS másolata.

Rizs. 11. A transzkripció sematikus ábrázolása

Például, ha megadjuk a kódoló szál sorrendjét

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5 ',

akkor a komplementaritás szabálya szerint a mátrixlánc viszi a sorrendet

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3 ',

és a belőle szintetizált RNS a szekvencia

Adás

Tekintsük a mechanizmust protein szintézis az RNS mátrixon, valamint a genetikai kód és tulajdonságai. Továbbá, az egyértelműség kedvéért, az alábbi link segítségével javasoljuk, hogy nézzen meg egy rövid videót az élő sejtben zajló átírási és fordítási folyamatokról:

Rizs. 12. Fehérjeszintézis folyamata: a DNS RNS -t kódol, az RNS fehérjét kódol

GENETIKAI KÓD

Genetikai kód - eljárás fehérjék aminosavszekvenciájának kódolására nukleotidszekvencia használatával. Minden aminosavat egy három nukleotidból álló szekvencia - egy kodon vagy triplet - kódol.

A legtöbb pro- és eukarióta genetikai kódja közös. A táblázat felsorolja mind a 64 kodont és a megfelelő aminosavakat. Az alap sorrend az mRNS 5 "-től 3" végéig terjed.

1. táblázat: Standard genetikai kód

1 az alapítás nie	2. bázis								3. az alapítás nie
	U		C		A		G
U	U U U	(Phe / F)	U C U	(Ser / S)	U A U	(Tyr / Y)	U G U	(Cys / C)	U
	U U C		U C C.		U A C.		U G C		C
	U U A	(Leu / L)	U C A		U A A	Stop kodon **	U G A	Stop kodon **	A
	U U G		U C G.		U A G.	Stop kodon **	U G G	(Trp / W)	G
C	C U U		C C U	(Pro / P)	C A U	(Ő / H)	C G U	(Arg / R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln / Q)	C GA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Ile / I)	A C U	(Thr / T)	A A U	(Asn / N)	A G U	(Ser / S)	U
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys / K)	A G A		A
	A U G	(Met / M)	A C G.		A A G.		A G G		G
G	G U U	(Val / V)	G C U	(Ala / A)	G A U	(Asp / D)	G G U	(Gly / G)	U
	G U C		G C C.		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Glu / E)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

A hármasok között 4 speciális szekvencia található, amelyek "írásjelek":

• *Hármas AUGUSZTUS, metionint is kódoló, ún start kodon... A fehérjemolekulák szintézise ebből a kodonból indul ki. Így a fehérjeszintézis során a szekvencia első aminosavja mindig a metionin lesz.

• ** Hármas ikrek UAA, UAGés UGA hívják stop kodonokés ne kódoljanak egyetlen aminosavat. Ezeknél a szekvenciáknál a fehérjeszintézis leáll.

A genetikai kód tulajdonságai

1. Hármas... Minden aminosavat egy három nukleotidból álló szekvencia - egy triplett vagy egy kodon - kódol.

2. Folytonosság... Nincsenek további nukleotidok a hármasok között, az információkat folyamatosan olvassák.

3. Nem átfedés... Egy nukleotidot nem lehet egyszerre két hármasba sorolni.

4. Egyértelműség... Egy kodon csak egy aminosavat képes kódolni.

5. Degeneráció... Egy aminosavat több különböző kodon kódolhat.

6. Sokoldalúság... A genetikai kód minden élő szervezetre ugyanaz.

Példa. Megkapjuk a kódolási lánc sorrendjét:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

A mátrixlánc a következő sorrendben lesz:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Most "szintetizáljuk" az információs RNS -t ebből a láncból:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

A fehérjeszintézis 5 '→ 3' irányba megy, ezért meg kell fordítanunk a szekvenciát, hogy "leolvassuk" a genetikai kódot:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Most keressük meg az AUG start kodont:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Osszuk fel a sorozatot hármasokra:

így hangzik: a DNS -ből származó információ átkerül az RNS -be (transzkripció), az RNS -ből - a fehérjébe (transzláció). A DNS replikációval is megkettőzhető, és a reverz transzkripciós folyamat is lehetséges, amikor DNS -t szintetizálnak az RNS -templátból, de ez a folyamat elsősorban a vírusokra jellemző.

Rizs. 13. A molekuláris biológia központi dogmája

GENOME: GÉNEK ÉS KROMOSZÓMOK

(általános fogalmak)

Genom - a szervezet összes génjének összessége; teljes kromoszómakészlete.

A "genom" kifejezést G. Winkler javasolta 1920 -ban, hogy leírja az egyik organizmus kromoszómájának haploid halmazában található gének halmazát. biológiai fajok... Ennek a kifejezésnek az eredeti jelentése azt jelezte, hogy a genom fogalma, ellentétben a genotípussal, a faj egészének genetikai jellemzője, nem pedig az egyes egyedeké. A molekuláris genetika fejlődésével e kifejezés jelentése megváltozott. Ismeretes, hogy a hordozó a DNS genetikai információ a legtöbb szervezetben, és ezért a genom alapját képezi, nemcsak a szó mai értelmében vett géneket foglalja magában. Az eukarióta sejtek DNS-jének nagy részét nem kódoló ("redundáns") nukleotidszekvenciák képviselik, amelyek nem tartalmaznak információkat a fehérjékről és a nukleinsavakról. Így bármely szervezet genomjának fő része a haploid kromoszómák halmazának teljes DNS -e.

A gének a DNS -molekulák olyan szakaszai, amelyek polipeptideket és RNS -molekulákat kódolnak

Az elmúlt évszázadban a génekről alkotott felfogásunk jelentősen megváltozott. Korábban a genomot a kromoszóma azon szakaszának nevezték, amely kódol vagy meghatároz egy tulajdonságot ill fenotípusos(látható) tulajdonság, például szemszín.

1940 -ben George Beadle és Edward Tatem a gén molekuláris meghatározását javasolta. A tudósok gombaspórákat kezeltek Neurospora crassa Röntgensugarak és más olyan anyagok, amelyek megváltoztatják a DNS-szekvenciát ( mutációk), és a gomba mutáns törzseit találták, amelyek elvesztettek néhány specifikus enzimet, ami egyes esetekben a teljes anyagcsereút megszakításához vezetett. Beadle és Tatem arra a következtetésre jutottak, hogy a gén olyan genetikai anyag, amely egyetlen enzimet határoz meg vagy kódol. Így jelent meg a hipotézis "Egy gén - egy enzim"... Ezt a fogalmat később kiterjesztették a meghatározásra "Egy gén - egy polipeptid", mivel sok gén olyan fehérjéket kódol, amelyek nem enzimek, és a polipeptid lehet egy komplex fehérjekomplex alegysége.

Ábrán. A 14. ábra azt mutatja, hogy a DNS -ben lévő hármasok hogyan határozzák meg a polipeptidet, egy fehérje aminosavszekvenciáját, amelyet az mRNS közvetít. Az egyik DNS -lánc az mRNS szintézisének sablonjaként játszik szerepet, amelynek nukleotid -hármasai (kodonjai) komplementerek a DNS -hármasokkal. Néhány baktériumban és sok eukariótában a kódoló szekvenciákat megszakítják a nem kódoló régiók (ún. intronok).

Modern biokémiai génmeghatározás még pontosabban. A gének a DNS minden olyan régiója, amely a végtermékek elsődleges szekvenciáját kódolja, beleértve a polipeptideket vagy RNS -eket, amelyek szerkezeti vagy katalitikus funkcióval rendelkeznek.

A gének mellett a DNS más szekvenciákat is tartalmaz, amelyek kizárólag szabályozó funkciót látnak el. Szabályozási szekvenciák jelölheti a gének kezdetét vagy végét, befolyásolhatja a transzkripciót, vagy jelezheti a replikáció vagy a rekombináció elindításának helyét. Néhány gén kifejezhető különböző módon, míg ugyanaz a DNS -darab sablonként szolgál különböző termékek előállításához.

Nagyjából kiszámolhatjuk minimális génméret tápközeg fehérjét kódoló. A polipeptidlánc minden aminosavát három nukleotidból álló szekvencia kódolja; e hármasok (kodonok) szekvenciái megfelelnek az adott gén által kódolt polipeptid aminosavláncának. A 350 aminosavból álló polipeptid lánc (közepes lánc) 1050 bp szekvenciának felel meg. ( bázispárok). Azonban sok eukarióta gént és néhány prokarióta gént megszakítanak olyan DNS -szegmensek, amelyek nem hordoznak információt a fehérjéről, és ezért sokkal hosszabbnak bizonyulnak, mint azt egy egyszerű számítás mutatja.

Hány gén van egy kromoszómán?

Rizs. 15. A prokariátus (bal oldali) és eukarióta sejtek kromoszómáinak nézete. A hisztonok a nukleáris fehérjék széles csoportja, amelyek két fő funkciót látnak el: részt vesznek a nukleáris DNS -szálak csomagolásában és az olyan nukleáris folyamatok epigenetikus szabályozásában, mint az átírás, a replikáció és a javítás.

A prokarióták DNS -e egyszerűbb: sejtjeik nem rendelkeznek maggal, így a DNS közvetlenül a citoplazmában helyezkedik el nukleoid formájában.

Mint tudják, a baktériumsejteknek kromoszómájuk van DNS -szál formájában, kompakt szerkezetbe - nukleoidba - csomagolva. A prokarióta kromoszómája Escherichia coli, amelynek genomját teljesen dekódolták, egy kör alakú DNS -molekula (valójában nem szabályos kör, hanem kezdet és vég nélküli hurok), amely 4 639 675 bp. Ez a szekvencia körülbelül 4300 gént tartalmaz a fehérjékhez és 157 gént a stabil RNS molekulákhoz. V emberi genom körülbelül 3,1 milliárd bázispár, ami közel 29 000 génnek felel meg, 24 különböző kromoszómán.

Prokarióták (baktériumok).

Baktérium E. coli egy kettős szálú kör alakú DNS-molekulával rendelkezik. 4 639 675 bp -ból áll. és eléri a körülbelül 1,7 mm hosszúságot, ami meghaladja a cella hosszát E. coli körülbelül 850 alkalommal. A nukleoid nagy kör alakú kromoszómáján kívül sok baktérium tartalmaz egy vagy több kis kör alakú DNS -molekulát, amelyek szabadon helyezkednek el a citoszolban. Az ilyen extrachromosomális elemeket ún plazmidok(16. ábra).

A legtöbb plazmid csak néhány ezer bázispárból áll, némelyik több mint 10 000 bázispárt tartalmaz. Genetikai információkat hordoznak és leány plazmidok képződésével replikálódnak, amelyek belépnek a leánysejtekbe a szülősejt osztódása során. A plazmidok nemcsak baktériumokban, hanem élesztőben és más gombákban is megtalálhatók. Sok esetben a plazmidok nem nyújtanak előnyt a gazdasejteknek, és egyetlen feladatuk a független reprodukció. Egyes plazmidok azonban a gazdaszervezet számára hasznos géneket hordoznak. Például a plazmidokban található gének rezisztenciát adhatnak a baktériumsejteknek az antibakteriális szerekkel szemben. A β-laktamáz gént hordozó plazmidok rezisztenciát adnak a β-laktám antibiotikumokkal, például a penicillinnel és az amoxicillinnel szemben. A plazmidok átvihetők az antibiotikum-rezisztens sejtekből ugyanazon vagy más típusú baktériumok más sejtjeibe, ezáltal ezek a sejtek is rezisztenssé válnak. Az antibiotikumok intenzív használata erőteljes szelektív tényező, amely elősegíti az antibiotikum -rezisztenciát kódoló plazmidok (valamint a hasonló géneket kódoló transzpozonok) terjedését a patogén baktériumok között, és számos antibiotikummal szemben rezisztens baktériumtörzs kialakulásához vezet. Az orvosok kezdik megérteni az antibiotikumok széles körű használatának veszélyeit, és csak sürgős szükség esetén írják fel őket. Hasonló okokból korlátozott az antibiotikumok széles körű használata a haszonállatok kezelésére.

Lásd még: Ravin N.V., Shestakov S.V. A prokarióták genomja // Vavilov Journal of Genetics and Selection, 2013. V. 17. 4/2. S. 972-984.

Eukarióták.

2. táblázat. Néhány szervezet DNS -e, génjei és kromoszómái

	Megosztott DNS, p.n.	Kromoszóma száma *	A gének hozzávetőleges száma
Escherichia coli(baktérium)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(élesztő)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(fonálférge)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(növény)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(muslica)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(rizs)	480 000 000		57 000
Mus musculus(egér)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(emberi)	3 070 128 600		29 000

Jegyzet. Az információkat folyamatosan frissítik; naprakész információkért keresse fel az egyes genomiális projekteknek szentelt webhelyeket

* Minden eukarióta esetében, kivéve az élesztőt, diploid kromoszóma -készletet adunk meg. Diploid készlet kromoszómák (a görög diploos-kettős és eidos-fajokból)- kettős kromoszóma -készlet(2n), amelyek mindegyikében van egy homológ.
** Haploid készlet. A vad élesztőtörzsek általában nyolc (octaploid) vagy több ilyen kromoszóma -készlettel rendelkeznek.
*** Két X kromoszómával rendelkező nőstények számára. A hímek X -kromoszómával rendelkeznek, de nincs Y, azaz csak 11 kromoszóma van.

Egy élesztősejt, az egyik legkisebb eukarióta, 2,6 -szer több DNS -t tartalmaz, mint egy sejt E. coli(2. táblázat). Gyümölcslégysejtek Drosophila A genetikai kutatások klasszikus tárgya 35 -ször több DNS -t és emberi sejteket tartalmaz - körülbelül 700 -szor több DNS -t, mint a sejtek E. coli. Sok növény és kétéltű még több DNS -t tartalmaz. Az eukarióta sejtek genetikai anyaga kromoszómák formájában szerveződik. A kromoszómák diploid halmaza (2 n) a szervezet típusától függ (2. táblázat).

Például ben szomatikus sejt az emberi 46 kromoszóma ( rizs. 17). Az eukarióta sejt minden kromoszómája, amint az az ábrán látható. 17, a, egy nagyon nagy, kétszálú DNS-molekulát tartalmaz. Huszonnégy emberi kromoszóma (22 páros kromoszóma és két X és Y nemi kromoszóma) hossza több mint 25-ször különbözik. Minden eukarióta kromoszóma meghatározott génkészletet tartalmaz.

Rizs. 17. Eukarióta kromoszómák.a- egy pár kapcsolt és sűrített testvérkromatid az emberi kromoszómából. Ebben a formában az eukarióta kromoszómák a replikáció után, a metózisban pedig a mitózis során maradnak. b- a kromoszómák teljes készlete a könyv egyik szerzőjének leukocitájából. Minden normális emberi szomatikus sejt 46 kromoszómát tartalmaz.

A DNS mérete és funkciója, mint mátrix az örökletes anyagok tárolására és továbbítására, megmagyarázza a speciális szerkezeti elemek jelenlétét ennek a molekulának a szervezésében. Magasabb szervezetekben a DNS eloszlik a kromoszómák között.

A szervezet DNS -ének (kromoszómái) gyűjteményét genomnak nevezik. A kromoszómák a sejtmagban találhatók, és kromatin nevű szerkezetet alkotnak. A kromatin DNS és bázikus fehérjék (hisztonok) 1: 1 arányú komplexe. A DNS hosszát általában a komplementer nukleotidpárok számával (bp) mérik. Például a 3. kromoszóma emberszázad egy 160 millió bp méretű DNS -molekula, az izolált linearizált DNS, amelynek mérete 3 * 106 bp. hossza körülbelül 1 mm, ezért a harmadik emberi kromoszóma linearizált molekulája 5 mm hosszú lenne, és a haploid mind a 23 kromoszómájának DNS -e (~ 3 * 10 9 bp, MR = 1,8 * 10 12) sejt - petesejt vagy sperma - lineáris formában 1 m lenne. A csírasejtek kivételével az emberi test összes sejtje (körülbelül 1013 darab) kettős kromoszómát tartalmaz. A sejtosztódás során mind a 46 DNS-molekula replikálódik, és 46 kromoszómába rendeződik.

Ha összekapcsolja az emberi genom DNS -molekuláit (22 kromoszóma és X és Y kromoszóma vagy X és X), akkor körülbelül egy méter hosszú szekvenciát kap. Megjegyzés: Minden emlős és más heterogametikus hímnemű organizmus, a nőstények két X kromoszómával (XX) rendelkeznek, a hímek pedig egy X kromoszómával és egy Y kromoszómával (XY).

A legtöbb emberi sejt tehát az ilyen sejtek teljes DNS -hossza körülbelül 2 m. Egy felnőttnek körülbelül 10 14 sejtje van, tehát az összes DNS -molekula teljes hossza 2 × 10 11 km. Összehasonlításképpen: a Föld kerülete 4 × 10 4 km, a Föld és a Nap távolsága pedig 1,5 × 10 8 km. Így van meglepően kompakt tömörítésű DNS a sejtjeinkben!

Az eukarióta sejtekben más, DNS -t tartalmazó organellák is találhatók - mitokondriumok és kloroplasztok. Számos hipotézis fogalmazódott meg a mitokondriális és kloroplasztisz DNS eredetével kapcsolatban. Az általánosan elfogadott álláspont ma az, hogy ezek az ősi baktériumok kromoszómáinak kezdetei, amelyek beléptek a gazdasejtek citoplazmájába, és ezeknek az organellumoknak a prekurzorai lettek. A mitokondriális DNS mitokondriális tRNS -t és rRNS -t, valamint számos mitokondriális fehérjét kódol. A mitokondriális fehérjék több mint 95% -át nukleáris DNS kódolja.

GÉNEK SZERKEZETE

Tekintsük a gén szerkezetét prokariótákban és eukariótákban, hasonlóságukat és különbségeiket. Annak ellenére, hogy a gén olyan DNS -darab, amely csak egy fehérjét vagy RNS -t kódol, a közvetlenül kódoló részen kívül szabályozó és egyéb szerkezeti elemeket is tartalmaz, amelyek különböző szerkezetűek a prokariótákban és az eukariótákban.

Kódolási sorrend- a gén fő szerkezeti és funkcionális egysége, benne vannak a kódoló nukleotidok hármasaiaminosav szekvencia. Kezdő kodonnal kezdődik és stop kodonnal végződik.

A kódoló szekvencia előtt és után vannak lefordítatlan 5 'és 3' szekvenciák... Szabályozó és segédfunkciókat látnak el, például biztosítják a riboszóma leszállását az m-RNS-re.

A nem lefordított és kódoló szekvenciák transzkripciós egységet alkotnak - egy átírt DNS -szakaszt, azaz egy olyan DNS -szakaszt, amelyből m -RNS -szintézis megy végbe.

Végrehajtó- nem átírt DNS-régió a gén végén, ahol az RNS-szintézis leáll.

A gén elején van szabályozási terület beleértve promóterés operátor.

Promoter- az a szekvencia, amelyhez a polimeráz kötődik a transzkripció megkezdésekor. Operátor egy régió, amelyhez speciális fehérjék kötődhetnek - elnyomók, amely csökkentheti az RNS -szintézis aktivitását ebből a génből - más szóval, csökkentheti azt kifejezés.

Génszerkezet prokariótákban

A prokarióták és eukarióták génjeinek általános szerkezete nem különbözik - mindkettő tartalmaz egy szabályozó régiót egy promoterrel és operátorral, egy transzkripciós egységet kódoló és nem lefordított szekvenciákkal, valamint egy terminátort. A gének szerveződése azonban a prokariótákban és az eukariótákban eltérő.

Rizs. 18. A gén szerkezete a prokariótákban (baktériumokban) -a kép nagyítva van

Az operon elején és végén számos strukturális génnek vannak közös szabályozó régiói. Az operon átírt régiójából egy mRNS -molekula olvasható ki, amely több kódolószekvenciát tartalmaz, amelyek mindegyikének megvan a saját kezdő és leállító kodonja. Mindegyik webhelyrőlegy fehérje megszakad. És így, több fehérjemolekulát szintetizálnak egy i-RNS molekulából.

A prokariótákat több gén egyetlen funkcionális egységgé való kombinációja jellemzi - operon... Az operon munkáját más gének is szabályozhatják, amelyek észrevehetően eltávolíthatók az operonból - szabályozók... Az ebből a génből lefordított fehérjét ún elnyomó... Az operon operátorához kötődik, és szabályozza az összes gén expresszióját egyszerre.

A jelenség a prokariótákra is jellemző átirat és fordítás párosítása.

Rizs. 19 A transzkripció és a transzláció konjugációjának jelensége a prokariótákban - a kép nagyítva van

Az ilyen konjugáció nem fordul elő az eukariótákban, mivel a transzláció végbemenő citoplazmát elválasztó nukleáris burok van jelen a transzkripciót végző genetikai anyagtól. A prokariótákban az RNS szintézise során a DNS -templáton a riboszóma azonnal kötődhet a szintetizált RNS -molekulához. Így a fordítás még az átirat befejezése előtt megkezdődik. Ezenkívül egyidejűleg több riboszóma is kötődhet egy RNS -molekulához, és egyszerre több fehérje molekuláját szintetizálhatja.

Génszerkezet az eukariótákban

Az eukarióták génjei és kromoszómái nagyon összetettek

Sok baktériumfajnak csak egy kromoszómája van, és szinte minden esetben mindegyik kromoszómán minden génből egy példány található. Csak néhány gén, például rRNS -gén található több példányban. A gének és a szabályozó szekvenciák gyakorlatilag a prokarióták teljes genomját alkotják. Sőt, szinte minden gén szigorúan megfelel az általa kódolt aminosavszekvenciának (vagy RNS -szekvenciának) (14. ábra).

Az eukarióta gének szerkezeti és funkcionális szervezése sokkal összetettebb. Az eukarióta kromoszómák vizsgálata, majd az eukarióta genomok teljes szekvenciájának szekvenálása sok meglepetést hozott. Sok, ha nem a legtöbb eukarióta génnek van egy érdekes tulajdonsága: nukleotidszekvenciáik egy vagy több olyan DNS -régiót tartalmaznak, amelyek nem kódolják a polipeptid termék aminosav -szekvenciáját. Az ilyen nem lefordított inszerciók megzavarják a gén nukleotidszekvenciája és a kódolt polipeptid aminosavszekvenciája közötti közvetlen megfelelést. Ezeket a nem lefordított génszegmenseket ún intronok, vagy beágyazott szekvenciák a kódoló szegmensek pedig exonok... A prokariótákban csak néhány gén tartalmaz intronokat.

Tehát az eukariótákban gyakorlatilag nincs génkombináció operonokká, és az eukarióta gén kódoló szekvenciája leggyakrabban transzlált régiókra oszlik - exonokés lefordítatlan részek - intronok.

A legtöbb esetben az intronok funkcióját nem állapították meg. Általában az emberi DNS -nek csak mintegy 1,5% -a "kódol", vagyis információt hordoz a fehérjékről vagy az RNS -ről. A nagy intronokat figyelembe véve azonban kiderül, hogy az emberi DNS 30% -a génekből áll. Mivel a gének az emberi genom viszonylag kis töredékét teszik ki, a DNS jelentős része elszámolatlan marad.

Rizs. 16. Az eukarióták génjének szerkezete - a kép nagyítva van

Minden génből először éretlen vagy pre-RNS-t szintetizálnak, amely intronokat és exonokat is tartalmaz.

Ezt követően egy illesztési folyamat megy végbe, amelynek eredményeként az intron régiók kivágódnak, és érett mRNS képződik, amelyből a fehérje szintetizálható.

Rizs. 20. Alternatív illesztés folyamata - a kép nagyítva van

A gének ilyen szerveződése lehetővé teszi például annak felismerését, hogy egy fehérje különböző formái szintetizálhatók -e egy génből, mivel az illesztés során az exonok különböző szekvenciákban fűzhetők össze.

Rizs. 21. Különbségek a prokarióták és az eukarióták génjeinek szerkezetében - a kép nagyítva van

MUTÁCIÓK ÉS MUTAGENÉZIS

Mutáció a genotípus tartós változásának, azaz a nukleotidszekvencia változásának nevezzük.

A folyamatot, amely a mutációk előfordulásához vezet, ún mutagenezisés a test, összes amelynek sejtjei ugyanazt a mutációt hordozzák - mutáns.

Mutációelmélet először Hugo de Vries fogalmazta meg 1903 -ban. Modern verziója a következő rendelkezéseket tartalmazza:

1. A mutációk hirtelen, ugrásszerűen jelennek meg.

2. A mutációk generációról generációra adódnak.

3. A mutációk lehetnek előnyösek, károsak vagy semlegesek, dominánsak vagy recesszívek.

4. A mutációk kimutatásának valószínűsége a vizsgált egyedek számától függ.

5. Hasonló mutációk ismétlődhetnek.

6. A mutációk nem célzottak.

A mutációk különböző tényezők miatt fordulhatnak elő. Különbséget tenni a hatás alatt felmerült mutációk között mutagén hatások: fizikai (például ultraibolya vagy sugárzás), kémiai (például kolchicin vagy reaktív oxigénfajok) és biológiai (például vírusok). Emellett mutációkat is okozhat replikációs hibák.

A megjelenési körülményektől függően a mutációk feloszthatók spontán- vagyis normál körülmények között felmerült mutációk, és indukált- vagyis speciális körülmények között felmerült mutációk.

A mutációk nemcsak a nukleáris DNS -ben, hanem például a mitokondriumok vagy plasztidok DNS -ében is előfordulhatnak. Ennek megfelelően megkülönböztethetünk nukleárisés citoplazmatikus mutációk.

Mutációk következtében gyakran új allélok jelenhetnek meg. Ha a mutáns allél elnyomja a normál allél hatását, a mutációt ún uralkodó... Ha egy normális allél elnyomja a mutánsokat, akkor az ilyen mutációt ún recesszív... Az új allélok kialakulásához vezető mutációk többsége recesszív.

Hatásuk szerint megkülönböztetik a mutációkat alkalmazkodó ami a szervezet környezethez való alkalmazkodásának fokozódásához vezet, semleges amelyek nem befolyásolják a túlélést, káros amelyek csökkentik az élőlények alkalmazkodóképességét a környezeti feltételekhez és halálos ami a szervezet halálához vezet a fejlődés korai szakaszában.

A következmények szerint mutációkat különböztetünk meg, amelyek ahhoz vezetnek a fehérje funkció elvesztése, mutációk, amelyek ahhoz vezetnek a megjelenést a fehérje új funkciót lát el, valamint azokat a mutációkat módosítsa a gén adagját, és ennek megfelelően a belőle szintetizált fehérje adagja.

A test bármely sejtjében mutáció léphet fel. Ha a csírasejtben mutáció lép fel, akkor ezt ún magzati(csíra vagy generatív). Az ilyen mutációk nem jelennek meg abban a szervezetben, amelyben megjelentek, hanem mutánsok megjelenéséhez vezetnek az utódokban, és öröklődnek, ezért fontosak a genetika és az evolúció szempontjából. Ha bármely más sejtben mutáció lép fel, akkor ezt nevezzük szomatikus... Egy ilyen mutáció bizonyos fokig megnyilvánulhat abban a szervezetben, amelyben létrejött, például rákos daganatok kialakulásához vezethet. Ez a mutáció azonban nem öröklődik, és nem érinti az utódokat.

A mutációk befolyásolhatják a genom különböző méretű régióit. Kioszt gén, kromoszómaés genomikus mutációk.

Génmutációk

Az egy génnél kisebb léptékű mutációkat nevezzük genetikai, vagy pont (pont)... Az ilyen mutációk a szekvencia egy vagy több nukleotidjának megváltozásához vezetnek. A génmutációk között vannakpótlások ami az egyik nukleotid másikra való cseréjéhez vezet,törlések az egyik nukleotid elvesztéséhez vezet,beillesztések ami egy további nukleotid hozzáadását eredményezi a szekvenciához.

Rizs. 23. Gén (pont) mutációk

A fehérjékre gyakorolt ​​hatásmechanizmus szerint a génmutációk a következőkre oszlanak:szinonim, amelyek (a genetikai kód elfajulása következtében) nem vezetnek változáshoz aminosav összetétel fehérjetermék,missense mutációk amelyek az egyik aminosavat egy másikkal helyettesítik, és befolyásolhatják a szintetizált fehérje szerkezetét, bár gyakran jelentéktelennek bizonyulnak,értelmetlen mutációk ami a kódoló kodon leállítási kodonhoz vezet,mutációkhoz vezetnek splicing rendellenesség:

Rizs. 24. A mutációk sémái

Továbbá, a fehérjére gyakorolt ​​hatásmechanizmus szerint a mutációk izolálódnak, ami kereteltolás leolvasások például beszúrások és törlések. Az ilyen mutációk, mint a nonszensz mutációk, bár egy gén egy pontján fordulnak elő, gyakran befolyásolják a fehérje teljes szerkezetét, ami a szerkezet teljes megváltozásához vezethet. ha a kromoszóma részt 180 fokkal elforgatjuk, Rizs. 28. Transzlokáció

Rizs. 29. Kromoszóma a duplikáció előtt és után

Genomi mutációk

Végül, genomiális mutációk a teljes genomot összességében befolyásolják, vagyis a kromoszómák száma megváltozik. Poliploidia kiosztása - a sejtploidia és az aneuploidia növekedése, azaz a kromoszómák számának változása, például a triszómia (egy további homológ jelenléte az egyik kromoszómában) és a monoszómia (a homológ hiánya kromoszóma).

DNS videók

DNS -replikáció, RNS -kódolás, fehérje -szintézis

(Ha a videó nem jelenik meg, akkor elérhető

A DNS -molekula két szálból áll, amelyek kettős hélixet alkotnak. Szerkezetét először Francis Crick és James Watson fejtette meg 1953 -ban.

Eleinte az egymás köré csavart nukleotidláncokból álló DNS -molekula kérdéseket vetett fel, miért van pontosan ilyen alakja. A tudósok ezt a jelenséget komplementaritásnak nevezték, ami azt jelenti, hogy csak bizonyos nukleotidok helyezkedhetnek el szálaiban egymással szemben. Például az adenin mindig szemben van a timinnel, a guanin pedig a citozinnal. A DNS -molekula ezen nukleotidjait komplementernek nevezik.

Ezt sematikusan a következőképpen ábrázoljuk:

T - A

C -G

Ezek a párok kémiai nukleotidkötést képeznek, amely meghatározza az aminosavak elrendezésének sorrendjét. Az első esetben kissé gyengébb. C és G között erősebb a kapcsolat. A nem komplementer nukleotidok nem alkotnak párokat egymással.

A szerkezetről

Tehát a DNS -molekula szerkezete különleges. Oka miatt van ilyen alakja: tény, hogy a nukleotidok száma nagyon nagy, és sok hely szükséges a hosszú láncok elhelyezéséhez. Ez az oka annak, hogy a spirálcsavarás a láncok velejárója. Ezt a jelenséget spirálizációnak nevezik, lehetővé teszi, hogy a szálak körülbelül öt -hatszor rövidüljenek.

A szervezet bizonyos ilyen molekulákat nagyon aktívan használ, másokat ritkán. Ez utóbbiak a spirálozás mellett olyan "kompakt csomagoláson" is átesnek, mint a szupertekercselés. És akkor a DNS-molekula hossza 25-30-szorosára csökken.

Mi a molekula „csomagolása”?

A szupertekercselés folyamatában hisztonfehérjék vesznek részt. Olyan szerkezetűek és megjelenésűek, mint egy cérnatekercs vagy rúd. Spirálozott szálakat tekernek rájuk, amelyek azonnal "kompakt módon csomagolódnak", és kevés helyet foglalnak el. Amikor szükségessé válik egy vagy másik szál használata, akkor letekerjük például egy hisztonfehérje tekercséről, és a spirál két párhuzamos láncra teker. Amikor a DNS -molekula ebben az állapotban van, a szükséges genetikai adatok leolvashatók belőle. Van azonban egy feltétel. Információszerzésre csak akkor van lehetőség, ha a DNS -molekula szerkezete csavarhatatlan. Az olvasásra rendelkezésre álló kromoszómákat euchromatineknek nevezik, és ha szuperspiralizáltak, akkor ezek már heterokromatinok.

Nukleinsavak

A nukleinsavak, mint a fehérjék, biopolimerek. A fő funkció az örökletes (genetikai információ) tárolása, megvalósítása és továbbítása. Két típusuk van: DNS és RNS (dezoxiribonukleinsav és ribonukleinsav). A bennük lévő monomerek nukleotidok, amelyek mindegyike foszforsavmaradékot, öt szénatomos cukrot (dezoxiribóz / ribóz) és nitrogénbázist tartalmaz. A DNS kód 4 típusú nukleotidot tartalmaz - adenin (A) / guanin (G) / citozin (C) / timin (T). Különböznek a bennük lévő nitrogénbázisban.

Egy DNS -molekulában a nukleotidok száma óriási lehet - több ezer, tíz és száz millió között. Az ilyen óriási molekulákat elektronmikroszkóppal lehet megtekinteni. Ebben az esetben lehetőség nyílik polinukleotid szálak kettős szálára, amelyek a nukleotidok nitrogénbázisainak hidrogénkötéseivel vannak összekapcsolva.

Kutatás

A kutatások során a tudósok megállapították, hogy a különböző élő szervezetekben a DNS -molekulák típusai különböznek. Azt is megállapították, hogy az egyik lánc guaninja csak a citozinnal, a timin pedig az adeninnel kötődhet. Az egyik szál nukleotidjainak elrendezése szigorúan megfelel a párhuzamosnak. A polinukleotidok ezen komplementaritása miatt a DNS-molekula képes duplikációra és önreprodukcióra. Előbb azonban a komplementer láncok szétválnak a speciális enzimek hatására, amelyek elpusztítják a párosított nukleotidokat, majd mindegyikben megkezdődik a hiányzó lánc szintézise. Ez annak köszönhető, hogy az egyes sejtekben nagy mennyiségben vannak szabad nukleotidok. Ennek eredményeként a "szülő molekula" helyett két "leány" molekula képződik, amelyek összetétele és szerkezete azonos, és a DNS kód lesz az eredeti. Ez a folyamat a sejtosztódás előfutára. Biztosítja az örökletes adatok átvitelét az anyasejtekből a leánysejtekbe, valamint az összes következő generációba.

Hogyan olvasható a génkód?

Ma már nemcsak a DNS -molekula tömegét számítják ki - bonyolultabb adatokat is megtudhat, amelyek korábban nem voltak elérhetőek a tudósok számára. Például információkat olvashat arról, hogy a szervezet hogyan használja fel saját sejtjét. Természetesen először ezeket az információkat kódolják, és egy bizonyos mátrix formájúak, és ezért azokat egy speciális hordozóra kell szállítani, amely az RNS. A ribonukleinsav behatolhat a sejtbe a nukleáris membránon keresztül, és leolvashatja a benne található kódolt információkat. Így az RNS rejtett adatok hordozója a sejtmagtól a sejtig, és abban különbözik a DNS -től, hogy dezoxiribóz helyett ribózt, a timin helyett pedig uracilot tartalmaz. Ezenkívül az RNS egyszálú.

RNS szintézis

A DNS mély elemzése kimutatta, hogy miután az RNS elhagyja a magot, belép a citoplazmába, ahol mátrixként beépíthető a riboszómákba (speciális enzimrendszerek). A kapott információk alapján képesek szintetizálni a megfelelő fehérje aminosav szekvenciát. Arról, hogy milyen szerves összetevő kötődnie kell a képző fehérje lánchoz, a riboszóma a triplett kódból tanul. Minden aminosavnak megvan a saját hármasa, amely kódolja.

A lánc kialakulásának befejezése után sajátos térbeli formát nyer, és fehérjévé válik, amely képes hormonális, építő, enzimatikus és egyéb funkcióinak ellátására. Minden szervezet számára géntermék. Ebből határozzák meg a gének mindenféle tulajdonságait, tulajdonságait és megnyilvánulásait.

Gének

Mindenekelőtt szekvenálási folyamatokat fejlesztettek ki annak érdekében, hogy információkat szerezzenek arról, hogy egy DNS -molekula szerkezete hány gént tartalmaz. És bár a kutatás lehetővé tette a tudósok számára, hogy nagy előrelépést tegyenek ebben a kérdésben, még nem lehet tudni a pontos számukat.

Néhány évvel ezelőtt azt feltételezték, hogy a DNS -molekulák körülbelül 100 ezer gént tartalmaznak. Kicsit később ez az arány 80 ezerre csökkent, és 1998 -ban a genetikusok bejelentették, hogy egyetlen DNS -ben csak 50 ezer gén van jelen, amelyek a DNS teljes hosszának mindössze 3% -át teszik ki. De a genetikusok legújabb következtetései meglepődtek. Most azt állítják, hogy a genom 25-40 ezer ilyen egységet tartalmaz. Kiderült, hogy a kromoszóma DNS -nek csak 1,5% -a felelős a fehérjék kódolásáért.

A kutatás nem állt meg itt. A géntechnológiai szakemberek párhuzamos csapata megállapította, hogy egy molekulában a gének száma pontosan 32 ezer. Amint látja, még mindig lehetetlen végleges választ kapni. Túl sok az ellentmondás. Minden kutató csak a saját eredményeire támaszkodik.

Történt evolúció?

Annak ellenére, hogy nincs bizonyíték a molekula evolúciójára (mivel a DNS -molekula szerkezete törékeny és kicsi), a tudósok egy javaslatot tettek. Laboratóriumi adatok alapján a következő tartalom egyik változatát hangoztatták: megjelenésének kezdeti szakaszában a molekula egyszerű önreplikálódó peptidnek tűnt, amely akár 32 ókori óceánban található aminosavat tartalmazott.

Az önreplikáció után a természetes szelekció erőinek köszönhetően a molekulák elsajátították azt a képességet, hogy megvédjék magukat a külső elemek hatásaitól. Elkezdtek tovább élni és nagy számban szaporodni. A lipidhólyagban talált molekulák minden esélyt megkaptak az önreprodukcióra. Az egymást követő ciklusok eredményeként a lipidbuborékok sejtmembránok formáját öltötték, és csak ezután - minden ismert részecskék... Meg kell jegyezni, hogy ma a DNS -molekula bármely része összetett és világosan működő szerkezet, amelynek minden jellemzőjét a tudósok még nem vizsgálták teljes mértékben.

Modern világ

A közelmúltban izraeli tudósok kifejlesztettek egy számítógépet, amely másodpercenként trillió műveletet képes végrehajtani. Ma ez a leggyorsabb autó a Földön. Az egész titok az, hogy az innovatív készüléket a DNS táplálja. A professzorok azt mondják, hogy rövid távon az ilyen számítógépek akár áramot is képesek termelni.

A Rehovot -i (Izrael) Weizmann Intézet szakemberei egy évvel ezelőtt bejelentették, hogy létrehoznak egy programozható molekulákból és enzimekből álló molekuláris számítógépet. Szilícium mikrochipeket cseréltek velük. Mostanra a csapat még mindig halad előre. Most már csak egy DNS -molekula képes ellátni a számítógépet a szükséges adatokkal és a szükséges üzemanyaggal.

A biokémiai "nano -számítógépek" nem fikció, már léteznek a természetben, és minden élőlényben megnyilvánulnak. De gyakran nem az emberek irányítják őket. Egy személy még nem operálhatja egyetlen növény genomját sem, hogy kiszámítsa mondjuk a "pi" számot.

Az ötlet, hogy DNS -t használnak az adatok tárolására / feldolgozására, először 1994 -ben ütötte fel a tudósok fejét. Ekkor egy molekulát használtak egy egyszerű matematikai feladat megoldására. Azóta számos kutatócsoport különféle projekteket javasolt a DNS -számítógépekkel kapcsolatban. De itt minden kísérlet csak az energiamolekulán alapult. Egy ilyen számítógépet szabad szemmel nem láthat; úgy néz ki, mint egy átlátszó vízoldat a kémcsőben. Nincsenek benne mechanikai alkatrészek, csak billiók biomolekuláris eszközök - és ez csak egy csepp folyadékban!

Emberi DNS

Milyen emberi DNS-re tettek szert az emberek 1953-ban, amikor a tudósok először bizonyíthatták a világnak a DNS kettős szálú modelljét. Erre Kirk és Watson kapott Nóbel díj, mivel ezt a felfedezést században alapvetővé vált.

Idővel persze bebizonyították, hogy egy strukturált emberi molekula nem csak úgy néz ki, mint a javasolt változatban. A DNS részletesebb elemzése után fedezték fel a Z- A-, B- és balkezes formáit. Az A forma gyakran kivétel, mivel csak akkor alakul ki, ha nincs nedvesség. De ez csak laboratóriumi vizsgálatokban lehetséges, a természetes környezet számára ez abnormális, élő sejtekben ilyen folyamat nem fordulhat elő.

A B-alak klasszikus, és kettős jobbkezes láncként ismert, de a Z-alak nemcsak az ellenkező irányba, balra csavarodik, hanem cikk-cakkban is. A tudósok azonosították a G-quadruplex formát is. Szerkezetében nem 2, hanem 4 szál található. A genetikusok szerint ez a forma azokon a területeken fordul elő, ahol felesleges mennyiségű guanin van.

Mesterséges DNS

Ma már létezik mesterséges DNS, amely a valódi azonos másolata; tökéletesen megismétli a természetes kettős spirál szerkezetét. De ellentétben az őspolinukleotiddal, a mesterségesben csak két további nukleotid található.

Mivel a szinkronizálás a valódi DNS különféle vizsgálatai során nyert információk alapján jött létre, másolható, önismétlődő és fejlődő is. A szakértők körülbelül 20 éve dolgoznak egy ilyen mesterséges molekula létrehozásán. Az eredmény egy csodálatos találmány, amely ugyanúgy tudja használni a genetikai kódot, mint a természetes DNS.

A négy rendelkezésre álló nitrogénbázishoz a genetika további kettőt adott hozzá, amelyeket a természetes bázisok kémiai módosításának módszerével hoztak létre. A természetes DNS -sel ellentétben a mesterséges DNS meglehetősen rövid. Csak 81 bázispárt tartalmaz. Ugyanakkor ez is szaporodik és fejlődik.

Egy mesterségesen előállított molekula replikációja a polimeráz láncreakciónak köszönhetően megy végbe, de ez eddig nem önállóan, hanem a tudósok közbeiktatásával történik. Önállóan hozzáadják a szükséges enzimeket az említett DNS -hez, és egy speciálisan előkészített folyékony közegbe helyezik.

Végeredmény

A DNS -fejlődés folyamatát és végeredményét különböző tényezők befolyásolhatják, például mutációk. Ez szükségessé teszi az anyagminták vizsgálatát, hogy az elemzések eredménye megbízható és megbízható legyen. Példa erre az apasági teszt. De jó hír, hogy az olyan események, mint a mutáció, ritkák. Mindazonáltal az anyagmintákat mindig újra ellenőrzik annak érdekében, hogy pontosabb információkat nyerjenek az elemzés alapján.

Növényi DNS

A csúcstechnológiás szekvenálásnak (HTS) köszönhetően forradalom történt a genomika területén - a DNS növényekből történő kinyerése is lehetséges. Természetesen a kiváló minőségű DNS-molekulatömeg növényi anyagból történő megszerzése bizonyos nehézségeket okoz egy nagy szám a mitokondriumok és a kloroplasztisz DNS másolatai, és magas szint poliszacharidok és fenolvegyületek. A vizsgált szerkezet elkülönítésére ebben az esetben sokféle módszert alkalmaznak.

Hidrogénkötés a DNS -ben

A DNS -molekulában lévő hidrogénkötés felelős az elektromágneses vonzásért, amely egy pozitív töltésű hidrogénatom között jön létre, amely egy elektronegatív atomhoz kapcsolódik. Ez a dipólus kölcsönhatás nem felel meg a kémiai kötés kritériumának. De megvalósítható intermolekulárisan vagy a molekula különböző részeiben, azaz intramolekulárisan.

A hidrogénatom az elektronegatív atomhoz kapcsolódik, amely e kötés donora. Az elektronegatív atom lehet nitrogén, fluor, oxigén. Ő - a decentralizáció révén - elektronfelhőt vonz a hidrogénmagból, és a hidrogénatomot (részben) pozitív töltésűvé teszi. Mivel a H méret kicsi a többi molekulához és atomhoz képest, a töltés is kicsi.

DNS dekódolás

A DNS -molekula dekódolása előtt a tudósok először hatalmas számú sejtet vesznek. A legpontosabb és sikeres munka körülbelül egymillióra van szükségük. A vizsgálat során kapott eredményeket folyamatosan összehasonlítják és rögzítik. Ma a genom dekódolása már nem ritkaság, hanem megfizethető eljárás.

Természetesen egy sejt genomjának megfejtése nem megfelelő gyakorlat. Az ilyen vizsgálatok során szerzett adatok nem érdeklik a tudósokat. Fontos azonban megérteni, hogy az összes jelenleg létező dekódolási módszer bonyolultsága ellenére nem elég hatékony. Ezek csak a DNS 40-70% -ának olvasását teszik lehetővé.

A Harvard professzorai azonban nemrégiben bejelentették a genom 90% -ának megfejtésének módját. A technika azon alapul, hogy primer molekulákat adnak az izolált sejtekhez, amelyek segítségével megkezdődik a DNS replikációja. De még ez a módszer sem tekinthető sikeresnek, még javítani kell, mielőtt nyíltan felhasználnák a tudományban.

Dezoxiribonukleinsav- polimer, nukleotidokból áll.

Nukleotid A DNS abból áll

• nitrogénbázis (4 típusú DNS: adenin, timin, citozin, guanin)
• dezoxiribóz monocukor
• foszforsav

A nukleotidokat erős kovalens kötés köti össze az egyik nukleotid cukorán és egy másik foszforsavján keresztül. Kiderül polinukleotid lánc.

Két polinukleotid lánc a szabály szerint gyenge hidrogénkötésekkel kapcsolódik egymáshoz a nitrogénbázisok között komplementaritás: az adeninnel szemben mindig van timin, szemben a citozinnal - guanin (alakjukban és a hidrogénkötések számában megegyeznek - két kötés van A és T között, C és G között - 3). Kiderül, hogy a DNS kettős szála, belecsavarodik kettős spirál.

DNS funkció

A DNS a kromoszómák része, örökletes információkat tárol (a szervezet jellemzőiről, a fehérjék elsődleges szerkezetéről).

A DNS képes önduplázódó (replikáció, reduplikáció). Az önduplázás az osztódás előtti interfázisban történik. Megduplázódása után minden kromoszóma két kromatidából áll, amelyek a későbbi osztódás során leánykromosómákká alakulnak. Az önduplázódásnak köszönhetően a leendő leánysejtek mindegyike ugyanazt az örökletes információt kapja.

Szerkezeti különbségek az RNS és a DNS között

• dezoxiribóz helyett ribóz
• nincs timin, helyette uracil
• egyszálú

RNS típusok

• információs (mátrix) RNS
  • információt továbbít a fehérje szerkezetéről a magból (a DNS -ből) a citoplazmába (a riboszómába);
  • legkevésbé a ketrecben;
• transzport RNS
  • átviszi az aminosavakat a riboszómába;
  • a legkisebb, lóherelevél alakú;
• riboszómális RNS
  • a riboszómák része;
  • méretben és mennyiségben a legnagyobb

Feladatok a komplementaritás szabályához

A DNS -ben annyi timin található, mint az adeninben, a többi (legfeljebb 100%) citozinból és guaninból áll, amelyek szintén egyenlően oszlanak el. Például: ha a guanin 15%, akkor a citozin is 15%, összesen 30%, akkor az adenin és a timin 100-30 = 70%-ot tesz ki, ezért az adenin 70/2 = 35%és a timin is 35%

Válassza ki a leghelyesebbet. A mitózis során milyen folyamat miatt alakulnak ki leánysejtek az anya kromoszómáival
1) kromatidok képződése
2) a kromoszómák spirálisodása
3) a nukleáris burok feloldása
4) a citoplazma felosztása

Válasz

Válassza ki a leghelyesebbet. Két komplementer DNS -szál nitrogénbázisai között kialakuló kötés
1) ionos
2) peptid
3) hidrogén
4) kovalens poláris

Válasz

Válassza ki a leghelyesebbet. A biológiai polimerek egy molekulát tartalmaznak
1) ribóz
2) glükóz
3) aminosavak

Válasz

Válassza ki a leghelyesebbet. A DNS -molekulában két lánc összekapcsolódása miatt következik be
1) nukleotidok hidrofób kölcsönhatása
2) peptidkötések nitrogénbázisok között
3) a komplementer nitrogénbázisok kölcsönhatása
4) nukleotidok ionos kölcsönhatásai

Válasz

Válassza ki a leghelyesebbet. Az egyik funkciót ellátó fehérjék szerkezetéről információt hordozó gének egy vagy csoportjának másolata egy molekula

2) tRNS
3) ATP
4) mRNS

Válasz

Válasszon három helyes választ a hatból, és írja le azokat a számokat, amelyek alatt azokat feltüntették. Válassza ki a DNS -molekula szerkezeti jellemzőit.
1) egyszálú molekula
2) uracil nukleotidot tartalmaz
3) kétszálú molekula
4) spirális molekula
5) ribózt tartalmaz
6) a láncokat hidrogénkötések tartják

Válasz

DNS KIVÉTEL
1. Az alábbi jellemzők mindegyike, kettő kivételével, az ábrán látható molekula leírására szolgál szerves anyag... Határozzon meg két jelet, amelyek "kiesnek" az általános listából, és írja le azokat a számokat, amelyek alatt ezeket jelzik.
1) enzimatikus funkciót lát el
2) örökletes információkat tárol és továbbít
3) két nukleotidláncból áll
4) fehérjékkel kombinálva kromoszómákat képez
5) részt vesz a sugárzási folyamatban

Válasz

DNS DUPLA
Határozza meg a DNS replikációs folyamatának sorrendjét. Írja le a megfelelő számsort.
1) két DNS -molekula kialakulása egyből
2) komplementer nukleotidok kapcsolódása az egyes DNS -szálakhoz
3) a DNS -polimeráz enzim hatása a nukleotidokra
4) a DNS -molekula letekerése

Válasz

DNS - RNS
1. Hozzon létre megfelelőséget a jellemző és a nukleinsav között: 1) DNS, 2) RNS. Írja le az 1 és 2 számokat a betűknek megfelelő sorrendben.
A) az aktivált aminosavmolekulákat a fehérjeszintézis helyére szállítja
B) az része riboszóma
C) nem képes replikációra
D) prokarióta sejtekben kör alakú molekula formájában mutatjuk be
D) a sejt genetikai információinak fő letéteményese
E) nitrogénbázist tartalmaz - timint

Válasz

2. Hozzon létre megfelelőséget a jellemző és a nukleinsav között: 1) DNS, 2) RNS. Írja le az 1 és 2 számokat a betűknek megfelelő sorrendben.
A) egy polinukleotid láncból áll
B) szénhidrát -dezoxiribózt tartalmaz
B) két antiparallel polinukleotid láncból áll
D) replikálható
E) a ribóz szénhidrátot tartalmazza
E) nitrogéntartalmú uracil bázist tartalmaz

Válasz

DNS - tRNS
Hozzon létre megfelelőséget a nukleinsavmolekula jellemzői és típusa között: 1) tRNS, 2) DNS. Írja le az 1 -es és 2 -es számokat a megfelelő sorrendben.
A) egy polinukleotid láncból áll
B) az aminosavat a riboszómába szállítja
B) 70-80 nukleotid-maradékból áll
D) örökletes információkat tárol
E) replikálható
E) spirál

Válasz

DNS - mRNS DIFFERENCES
Válasszon három lehetőséget. Miben különbözik egy DNS -molekula az mRNS -molekulától?
1) képes önmegduplázódni
2) nem tud duplázni
3) részt vesz a mátrix típusú reakciókban
4) nem szolgálhat mátrixként más molekulák szintéziséhez
5) két polinukleotid szálból áll, amelyek spirálba vannak csavarva
6) a kromoszómák szerves része

Válasz

RNS KIVÉTEL
1. Az alább felsorolt ​​jellemzők közül kettő kivételével minden felhasználható egy RNS -molekula leírására. Határozzon meg két jelet, amelyek "kiesnek" az általános listából, és írja le azokat a számokat, amelyek alatt ezeket jelzik.
1) két polinukleotid láncból áll, spirálba csavarva
2) egy fel nem tekeredett polinukleotid láncból áll
3) örökletes információkat továbbít a magból a riboszómába
4) a legnagyobb méretű nukleinsavakkal rendelkezik
5) AUGC nukleotidokból áll

Válasz

2. Az alább felsorolt ​​jellemzők közül kettő kivételével minden felhasználható egy RNS -molekula leírására. Határozzon meg két jelet, amelyek "kiesnek" az általános listából, és írja le azokat a számokat, amelyek alatt ezeket jelzik.
1) nitrogéntartalmú timint tartalmaz
2) információt továbbít a fehérjeszintézis helyére
3) fehérjékkel kombinálva építi fel a riboszóma testét
4) képes alakítani kémiai kötés aminosavakkal
5) nem képes másodlagos szerkezetet kialakítani

Válasz

IRNA KIVÉTEL
Az alább felsorolt ​​jellemzők közül kettő kivételével mindegyik használható egy mRNS -molekula leírására. Határozzon meg két jelet, amelyek "kiesnek" az általános listából, és írja le azokat a számokat, amelyek alatt ezeket jelzik.
1) DNS -en szintetizálva
2) aminosavakat szállít
3) a riboszómák része
4) nincsenek egymást kiegészítő területek
5) egyszálú molekula

Válasz

mRNS - tRNS
Hozzon létre megfelelést a nukleinsav jellemzői és típusa között: 1) i-RNS, 2) t-RNS. Írja le az 1 és 2 számokat a betűknek megfelelő sorrendben.
A) lóherelevél alakú
B) aminosavakat szállít a riboszómába
B) a legkisebb méretű nukleinsavakkal rendelkezik
D) mátrixként szolgál a fehérjeszintézishez
D) örökletes információkat továbbít a magból a riboszómába

Válasz

mRNS - rRNS - tRNS
Hozzon létre megfelelőséget a sejt jellemzői és szerves anyagai között: 1) mRNS, 2) tRNS, 3) rRNS. Írja le az 1-3 számokat a betűknek megfelelő sorrendben.
A) aminosavakat szállít a transzlációhoz
B) információt tartalmaz a polipeptid primer szerkezetéről
C) a riboszómák része
D) mátrixként szolgál a műsorszóráshoz
E) aktiválja az aminosavat

Válasz

tRNA ÁBRA
A kettő kivételével az alább felsorolt ​​jelek mindegyike az ábrán látható szerves anyagmolekula szerkezetének diagramjának leírására szolgál. Határozzon meg két jelet, amelyek "kiesnek" az általános listából, és írja le azokat a számokat, amelyek alatt ezeket jelzik.
1) antikodonja van
2) denaturálást végez
3) aminosavakat szállít
4) enzimatikus funkciót lát el
5) nukleotidokból áll

Válasz

NUKLÁRSAV FUNKCIÓK
A következő tulajdonságok közül kettő kivételével mind leírható a sejtben levő nukleinsavak funkciója. Határozzon meg két jelet, amelyek "kiesnek" az általános listából, és írja le azokat a számokat, amelyek alatt a táblázatban vannak feltüntetve.
1) homeosztázist végezni
2) örökletes információk átvitele a magból a riboszómába
3) részt vesz a fehérjék bioszintézisében
4) a sejtmembrán részét képezik
5) aminosavak szállítása

Válasz

NUKLEOTID MÁS PÁRBÓL
1. A DNS -ben a nukleotidok aránya timinnel 23%. Határozza meg a molekulát alkotó guanin -nukleotidok százalékos arányát. Írja le a megfelelő számot a válaszába.

Válasz

2. A DNS -ben a citozint tartalmazó nukleotidok 13%-ot tesznek ki. Határozza meg a molekulát alkotó adenint tartalmazó nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

3. A DNS -ben az adenint tartalmazó nukleotidok 18%-ot tesznek ki. Határozza meg a molekulát alkotó citozin nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

4. A DNS -ben a timint tartalmazó nukleotidok 36%-át teszik ki. Határozza meg a molekulát alkotó guanin -nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

5. A DNS -ben a nukleotidok aránya timinnel 28%. Határozza meg a molekulát alkotó guanin -nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

NUKLEOTID ugyanabból a párból
1. A DNS -molekula töredéke 15% adenint tartalmaz. Mennyi timin van ebben a DNS -darabban? Válaszul csak a számot írja le (a timin százalékos arányát).

Válasz

2. Egyes DNS -molekulákban a guanint tartalmazó nukleotidok aránya 28%. Határozza meg ezt a molekulát alkotó citozint tartalmazó nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

3. Egy bizonyos DNS -molekulában az adenint tartalmazó nukleotidok 37%-ot tesznek ki. Határozza meg a molekulát alkotó timin -nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

NUKLEOTID - EGY PÁR SUM
1. Hány százalékban adenint és timint tartalmazó nukleotidok tartalmaznak DNS -molekulát, ha nukleotidjai citozinnal 26% A végösszeg? A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

2. A DNS -ben a citozint tartalmazó nukleotidok 15%-ot tesznek ki. Határozza meg a timint és adenint tartalmazó nukleotidok százalékos arányát a molekulát alkotó összegben. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

EGY PÁR SUM - NUKLEOTID
1. Hány százalékban vannak a DNS -molekulában adenint tartalmazó nukleotidok, ha a guanint és citozint tartalmazó nukleotidok együttesen 18%-ot tesznek ki? A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

2. A DNS -ben a guanint és citozint tartalmazó nukleotidok 36%-át teszik ki. Határozza meg a molekulát alkotó adenint tartalmazó nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

3. Egy bizonyos DNS -molekulában az adenint és timint tartalmazó nukleotidok aránya 26%-ot tesz ki. Határozza meg a molekulát alkotó guanin -nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

4. Egy bizonyos DNS -molekulában a citozinnal és guaninnal alkotott nukleotidok aránya 42%-ot tesz ki. Határozza meg az adeninnel alkotott nukleotidok százalékos arányát, amelyek ezt a molekulát alkotják. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

5. Egyes DNS -molekulákban az adenint és a timint tartalmazó nukleotidok aránya 54%-ot tesz ki. Határozza meg ezt a molekulát alkotó citozint tartalmazó nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

KÜLÖNBÖZŐ PÁROK ÖSSZEGE
1. A DNS -molekula töredéke 10% timint tartalmaz. Mennyi adenin és guanin van ebben a DNS -darabban? Válaszként csak az adenin és a guanin mennyiségét írja le az összegben.

Válasz

2. A DNS -ben a nukleotidok aránya timinnel 35%. Határozza meg a citozint és adenint tartalmazó nukleotidok százalékos arányát a molekulát alkotó összegben. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

MATEMATIKA
Hány citozint tartalmazó nukleotidot tartalmaz egy DNS -molekula, ha a timint tartalmazó nukleotidok száma 120, ami a teljes mennyiség 15% -a? Írja le a megfelelő számot a válaszába.

Válasz

Az RNS -ben az uracilot és az adenint tartalmazó nukleotidok egyenként 10% -ot tesznek ki. Határozza meg a komplementer, kettős szálú DNS-szálban lévő timint tartalmazó nukleotidok százalékos arányát. A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

A lambda bakteriofág DNS láncának egy szakasza 23 timint tartalmazó nukleotidot tartalmaz, hány nukleotidot tartalmaz citozinnal ebben a szakaszban, ha a hossza 100 nukleotid? Válaszul csak a nukleotidok számát írja le.

Válasz

Az i-RNS molekula 200 nukleotidot tartalmaz uracillal, ami a teljes nukleotidszám 10% -a. Hány nukleotid (%-ban) adenint tartalmaz a DNS -molekula egyik lánca? Írja le a megfelelő számot a válaszába.

Válasz

Egy DNS -molekula töredéke 60 nukleotidot tartalmaz. Ebből 12 nukleotid található a timinben. Hány guanin nukleotid van ebben a töredékben? A válaszban csak a számot írja le.

Válasz

A DNS -molekula két szálának egyikének metszete 300 nukleotidot tartalmaz adeninnel (A), 100 nukleotidot timinnel (T), 150 nukleotidot guaninnal (G) és 200 nukleotidot citozinnal (C). Hány nukleotid van két DNS -szálban? Írja válaszát számként.

Válasz

1. Hány nukleotidot tartalmaz egy kétszálú DNS-molekulatöredék, amely 14 nukleotidot tartalmaz adeninnel és 20 nukleotidot guaninnal? A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

2. Hány nukleotidot tartalmaz egy kétszálú DNS-molekulatöredék, ha 16 nukleotidot tartalmaz timinnel és 16 nukleotidot citozinnal? A válaszban csak a megfelelő számot írja le.

Válasz

1. Elemezze a táblázatot. Töltse ki a táblázat üres celláit a listában megadott fogalmak és kifejezések segítségével. Minden betűcellához válassza ki a megfelelő kifejezést a megadott listából.
1) uracil
2) a riboszóma testének felépítése
3) információk továbbítása a fehérje elsődleges szerkezetéről
4) rRNS

Válasz

2. Elemezze a táblázatot. Minden betűcellához válassza ki a megfelelő kifejezést a megadott listából.
1) rRNS
2) riboszóma kialakulása komplex testfehérjékkel
3) örökletes információk tárolása és továbbítása
4) uracil
5) tRNS
6) aminosav

8) mRNS szintézis

Válasz

3. Elemezze az "RNS típusok" táblázatot. Minden betűcellához válassza ki a megfelelő kifejezést a megadott listából.
1) mRNS
2) tRNS
3) kiegészíti a DNS -molekula azon részét, amely információt tartalmaz egy fehérje elsődleges szerkezetéről
4) timint és dezoxiribózt tartalmaz
5) replikálható
6) a riboszómák része, részt vesz a fehérjeszintézisben
7) két szálból áll, amelyek egymás körül spiráloznak

Válasz

4. Elemezze a "Nukleinsavak szerkezete és működése" táblázatot. Minden betűcellához válassza ki a megfelelő kifejezést vagy jellemzőt a megadott listából.
1) kettős spirál
2) monomer
3) aminosavakból áll
4) fehérje
5) mRNS
6) ATP
7) aminosavak szállítása

Válasz

Tekintsünk egy rajzot, amely egy biopolimer molekula töredékét mutatja. Határozza meg (A), hogy mi szolgál monomerjeként, (B) mely folyamat eredményeként megnő ezeknek a molekuláknak a száma a sejtben, (C) mi a másolás alapelve. Minden betűhöz válassza ki a megfelelő kifejezést a megadott listából.
1) komplementaritás
2) replikáció
3) nukleotid
4) denaturáció
5) szénhidrát
6) sugárzás
7) átírás

Válasz

Tekintsünk egy szerves anyag molekulájának képét, és határozzuk meg (A) a szerves anyag osztályát, (B) ennek az anyagnak a monomerjeit és (C) az anyag által végzett funkciót. Minden betűcellához válassza ki a megfelelő kifejezést a megadott listából.
1) szállítás
2) energia
3) fehérjék
4) nukleotidok
5) nukleinsavak
6) monoszacharidok
7) aminosavak
8) örökletes információk tárolása

Válasz

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Sokan mindig azon tűnődtek, hogy a szülők egyes tulajdonságait miért adják át a gyermeknek (például szemszín, haj, arcforma és mások). A tudomány kimutatta, hogy a tulajdonság ezen átvitele genetikai anyagtól vagy DNS -től függ.

Mi a DNS?

Nukleotid

Mint említettük, a dezoxiribonukleinsav alapvető szerkezeti egysége a nukleotid. Ez egy összetett oktatás. A DNS nukleotid összetétele a következő.

A nukleotid középpontjában egy ötkomponensű cukor található (DNS-ben, ellentétben az RNS-sel, amely ribózt tartalmaz). Egy nitrogénbázis csatlakozik hozzá, amelyeket 5 típus különböztet meg: adenin, guanin, timin, uracil és citozin. Ezenkívül minden nukleotid foszforsavmaradékot is tartalmaz.

A DNS csak azokat a nukleotidokat tartalmazza, amelyek rendelkeznek a jelzett szerkezeti egységekkel.

Minden nukleotid láncba van rendezve és követi egymást. Hármasokba csoportosítva (mindegyikben három nukleotid) egy szekvenciát alkotnak, amelyben minden hármas egy adott aminosavnak felel meg. Ennek eredményeként lánc képződik.

Kombinálódnak egymással a nitrogénbázisok kötései miatt. A párhuzamos láncok nukleotidjai között a fő kötés a hidrogén.

A nukleotidszekvenciák a gének gerincét alkotják. Szerkezetük megsértése a fehérjeszintézis kudarcához és a mutációk megnyilvánulásához vezet. A DNS ugyanazokat a géneket tartalmazza, amelyeket szinte minden ember meghatároz, és megkülönbözteti őket más organizmusoktól.

Nukleotid módosítás

Bizonyos esetekben a nitrogénbázis módosítását használják egy adott tulajdonság stabilabb átviteléhez. Kémiai összetétel A DNS metilcsoport (CH3) hozzáadásával változik. Egy ilyen módosítás (egy nukleotidon) lehetővé teszi a génexpresszió stabilizálását és a tulajdonságok átadását a leánysejtekhez.

A molekulaszerkezetnek ez a "javulása" semmilyen módon nem befolyásolja a nitrogénbázisok kombinációját.

Ezt a módosítást az X kromoszóma inaktiválására is használják. Ennek eredményeként Barr teste képződik.

A fokozott karcinogenezissel a DNS -elemzés azt mutatja, hogy a nukleotidláncot több bázison metilezték. Az elvégzett megfigyelések során észrevették, hogy a mutáció forrása általában metilezett citozin. Általában egy daganatos folyamatban a demetilezés segíthet megállítani a folyamatot, de összetettsége miatt ezt a reakciót nem hajtják végre.

DNS szerkezete

A molekula szerkezetében kétféle szerkezetet különböztetünk meg. Az első típus egy lineáris szekvencia, amelyet nukleotidok alkotnak. Felépítésük bizonyos törvények hatálya alá tartozik. A nukleotidok rögzítése egy DNS-molekulán az 5'-végén kezdődik és a 3'-végén végződik. A második ellentétes lánc ugyanúgy épül fel, csak a térbeli relációban a molekulák egymással szemben vannak, az egyik lánc 5'-vége pedig a második 3'-végével szemben.

A DNS másodlagos szerkezete spirál. Ezt az egymással szemben elhelyezkedő nukleotidok közötti hidrogénkötések okozzák. Hidrogénkötés jön létre a komplementer nitrogénbázisok között (például csak a timin lehet ellentétes az első lánc adeninnel, a citozin vagy az uracil pedig a guaninnal szemben). Ez a pontosság annak köszönhető, hogy a második lánc felépítése az elsőre épül, ezért a nitrogénbázisok között pontos egyezés van.

Molekula szintézis

Hogyan jön létre a DNS -molekula?

Kialakulási ciklusában három szakaszt különböztetünk meg:

• A láncok leválasztása.
• Szintetizáló egységek csatlakoztatása az egyik lánchoz.
• A második lánc befejezése a komplementaritás elve szerint.

A molekula szétválasztásának szakaszában a fő szerepet az enzimek - a DNS -giráz - játsszák. Ezek az enzimek a láncok közötti hidrogénkötések felbontására összpontosítanak.

A láncok szétválása után a fő szintetizáló enzim, a DNS -polimeráz lép játékba. Rögzítése az 5 'szakaszban látható. Ezenkívül ez az enzim a 3'-vége felé mozog, egyidejűleg a szükséges nukleotidokat a megfelelő nitrogénbázisokkal kötve. Miután elért egy bizonyos helyet (terminátort) a 3'-végén, a polimeráz leválik az eredeti láncról.

A leánylánc kialakulása után hidrogénkötés jön létre a bázisok között, amely összetartja az újonnan képződött DNS -molekulát.

Hol találja meg ezt a molekulát?

Ha belemélyed a sejtek és szövetek szerkezetébe, láthatja, hogy a DNS főleg benne található, felelős az új, leány, sejtek vagy klónjaik képződéséért. Ugyanakkor, ami benne van, az újonnan képződött sejtek között egyenletesen (klónok képződnek) vagy részenként oszlik meg (ilyen jelenség gyakran megfigyelhető a meiózis során). A sejtmag károsodása az új szövetek képződésének megzavarásával jár, ami mutációhoz vezet.

Ezenkívül a mitokondriumok speciális típusú örökletes anyagot tartalmaznak. Náluk a DNS némileg eltér a magban levőtől (a mitokondriális dezoxiribonukleinsav gyűrű alakú és kissé eltérő funkciókat lát el).

Maga a molekula felszabadulhat a test bármely sejtjéből (a kutatásokhoz leggyakrabban az arc belsejéből vagy a vérből származó kenetet használnak). Nincs genetikai anyag csak a hámlasztó hámban és néhány vérsejtben (eritrocitákban).

Funkciók

A DNS -molekula összetétele határozza meg az információ generációról generációra történő továbbításának funkcióját. Ez bizonyos fehérjék szintézise miatt következik be, amelyek meghatározzák az egyik vagy másik genotípusos (belső) vagy fenotípusos (külső - például szem- vagy hajszín) tulajdonság megnyilvánulását.

Az információ továbbítása a genetikai kódból történő megvalósítással történik. A genetikai kódban kódolt információk alapján specifikus információs, riboszómális és transzport RNS -eket állítanak elő. Mindegyikük felelős egy adott cselekvésért - a hírvivő RNS -t fehérjék szintézisére használják, a riboszómák részt vesznek a fehérjemolekulák összeállításában, és a transzport képezi a megfelelő fehérjéket.

Bármilyen kudarc a munkájukban vagy a szerkezet megváltoztatása az elvégzett funkció megsértéséhez és az atipikus jelek (mutációk) megjelenéséhez vezet.

A DNS apasági teszt lehetővé teszi, hogy meghatározza az emberek közötti összefüggések jelenlétét.

Genetikai tesztek

Mit használ a genetikai kutatás jelenleg?

A DNS -elemzést számos tényező vagy változás meghatározására használják a szervezetben.

Először is, a tanulmány lehetővé teszi a veleszületett, öröklött betegségek jelenlétének meghatározását. Ilyen betegségek közé tartozik a Down -szindróma, az autizmus, a Marfan -szindróma.

DNS -t is lehet vizsgálni a családi kötelékek meghatározására. Az apasági tesztet már régóta széles körben alkalmazzák számos, elsősorban jogi eljárásban. Ezt a vizsgálatot a törvénytelen gyermekek közötti genetikai kapcsolat meghatározására írják fel. Gyakran ezt a tesztet az öröklést kérelmezők teszik meg, amikor a hatóságok kérdései merülnek fel.

A maguk módján kémiai szerkezet DNS ( Dezoxiribonukleinsav) egy biopolimer, amelyek monomerjei nukleotidok... Vagyis a DNS az polinukleotid... Ezenkívül egy DNS -molekula általában két láncból áll, amelyek egymáshoz képest spirális vonal mentén csavarodnak (gyakran "spirálisan csavart"), és hidrogénkötésekkel vannak összekötve.

A láncok balra és jobbra is csavarhatók (leggyakrabban).

Néhány vírus egyetlen szál DNS -sel rendelkezik.

Minden DNS -nukleotid 1) nitrogénbázisból, 2) dezoxiribózból, 3) foszforsav -maradékból áll.

Dupla jobbkezes DNS -spirál

A DNS a következőket tartalmazza: adenin, guanin, timintés citozin... Adenin és guanin tartozik purinam, valamint a timint és a citozint - a pirimidin... Néha az uracil a DNS része, amely általában az RNS -re jellemző, ahol a timint helyettesíti.

A DNS -molekula egyik láncának nitrogénbázisai szigorúan a komplementaritás elve szerint kapcsolódnak a másik nitrogénbázisaihoz: az adenin csak a timinnel (két hidrogénkötést képez egymással), a guanin pedig csak a citozinnal (három kötés) .

A nukleotidban lévő nitrogénbázis a ciklikus forma első szénatomjához kapcsolódik dezoxiribóz amely pentóz (öt szénatomos szénhidrát). A kötés kovalens, glikozidos (C-N). A ribózzal ellentétben a dezoxiribózból hiányzik az egyik hidroxilcsoport. A dezoxiribózgyűrűt négy szénatom és egy oxigénatom alkotja. Az ötödik szénatom a gyűrűn kívül van, és oxigénatomon keresztül kapcsolódik a foszforsav maradékával. Ezenkívül a harmadik szénatom oxigénatomján keresztül a szomszédos nukleotid foszforsavmaradéka kapcsolódik.

Így egy DNS -szálban a szomszédos nukleotidok kapcsolódnak egymáshoz. kovalens kötések dezoxiribóz és foszforsav (foszfodiészter kötés) között. Foszfát-dezoxiribóz gerinc képződik. Erre merőlegesen a másik DNS -szál felé nitrogénbázisok irányulnak, amelyek hidrogénkötésekkel kapcsolódnak a második lánc bázisaihoz.

A DNS szerkezete olyan, hogy a hidrogénkötésű láncok gerincét különböző irányokba irányítják (ezek szerint "többirányú", "antiparallel"). Azon az oldalon, ahol az egyik foszforsavval végződik, amely a dezoxiribóz ötödik szénatomjához kapcsolódik, a másik egy „szabad” harmadik szénatommal végződik. Vagyis az egyik lánc váza fejjel lefelé fordul a másikhoz képest. Így a DNS -láncok szerkezetében 5 "és 3" végeket különböztetünk meg.

A DNS replikálása (duplázása) során az új szálak szintézise mindig az 5. végükről a harmadikra ​​megy, mivel az új nukleotidok csak a szabad harmadik véghez kötődhetnek.

Végül (közvetve az RNS -en keresztül) a DNS -láncban minden három egymást követő nukleotid kódolja a fehérje egy aminosavát.

A DNS -molekula szerkezetének felfedezésére 1953 -ban került sor F. Crick és D. Watson munkájának köszönhetően (amit más tudósok korai munkái is elősegítettek). Bár a DNS -t már a XIX. A XX. Század 40 -es éveiben világossá vált, hogy a DNS a genetikai információ hordozója.

A kettős spirált a DNS -molekula másodlagos szerkezetének tekintik. Az eukarióta sejtekben a DNS túlnyomó része a kromoszómákban helyezkedik el, ahol fehérjékhez és más anyagokhoz kötődik, és sűrűbb csomagoláson megy keresztül.