Verigo DNK tvorijo. Nukleinske kisline. Neverjetna in izjemna dejstva o DNK

Na desni je največja vijačnica človeške DNK, zgrajena iz ljudi na plaži v Varni (Bolgarija), vključena v Guinnessovo knjigo rekordov 23. aprila 2016

Deoksiribonukleinska kislina. Splošne informacije

DNK (deoksiribonukleinska kislina) je nekakšen načrt za življenje, kompleksna koda, ki vsebuje podatke o dednih informacijah. Ta kompleksna makromolekula je sposobna shranjevati in prenašati dedno genetsko informacijo iz generacije v generacijo. DNK določa lastnosti katerega koli živega organizma, kot sta dednost in variabilnost. Informacije, zakodirane v njem, določajo celoten program razvoja katerega koli živega organizma. Genetsko določeni dejavniki vnaprej določajo celoten potek življenja tako osebe kot katerega koli drugega organizma. Umetni ali naravni vplivi zunanjega okolja lahko le malo vplivajo na celotno izraženost posameznih genetskih lastnosti ali vplivajo na razvoj programiranih procesov.

Deoksiribonukleinska kislina(DNK) je makromolekula (ena od treh glavnih, drugi dve sta RNK in proteini), ki zagotavlja shranjevanje, prenos iz roda v rod in izvajanje genetskega programa za razvoj in delovanje živih organizmov. DNK vsebuje informacije o strukturi različnih vrst RNK in beljakovin.

V evkariontskih celicah (živali, rastline in glive) se DNK nahaja v celičnem jedru kot del kromosomov, pa tudi v nekaterih celičnih organelih (mitohondrijih in plastidih). V celicah prokariontskih organizmov (bakterij in arhej) je na celično membrano z notranje strani pritrjena krožna ali linearna molekula DNK, tako imenovani nukleoid. V njih in v nižjih evkariontih (na primer kvasovkah) najdemo tudi majhne avtonomne, pretežno krožne molekule DNA, imenovane plazmidi.

S kemijskega vidika je DNK dolga polimerna molekula, sestavljena iz ponavljajočih se blokov, imenovanih nukleotidi. Vsak nukleotid je sestavljen iz dušikove baze, sladkorja (deoksiriboze) in fosfatne skupine. Vezi med nukleotidi v verigi tvori deoksiriboza ( Z) in fosfat ( F) skupine (fosfodiesterske vezi).

riž. 2. Nukleotid je sestavljen iz dušikove baze, sladkorja (deoksiriboze) in fosfatne skupine

V veliki večini primerov (razen pri nekaterih virusih, ki vsebujejo enoverižno DNA) je makromolekula DNA sestavljena iz dveh verig, ki sta usmerjeni z dušikovimi bazami druga proti drugi. Ta dvoverižna molekula je zavita vzdolž vijačnice.

V DNK najdemo štiri vrste dušikovih baz (adenin, gvanin, timin in citozin). Dušikove baze ene od verig so povezane z dušikovimi bazami druge verige vodikove vezi po principu komplementarnosti: adenin se veže samo s timinom ( A-T), gvanin - samo s citozinom ( G-C). Prav ti pari sestavljajo "prečke" spiralnega "stopnišča" DNK (glej: slike 2, 3 in 4).

riž. 2. Dušikove baze

Zaporedje nukleotidov vam omogoča "kodiranje" informacij o različnih vrstah RNA, od katerih so najpomembnejše sporočilne ali šablonske (mRNA), ribosomske (rRNA) in transportne (tRNA). Vse te vrste RNA se sintetizirajo na predlogi DNA s kopiranjem zaporedja DNA v zaporedje RNA, ki se sintetizira med transkripcijo, in sodelujejo pri biosintezi beljakovin (proces prevajanja). Poleg kodirnih zaporedij celična DNA vsebuje zaporedja, ki opravljajo regulatorne in strukturne funkcije.

riž. 3. Replikacija DNK

Razporeditev osnovnih kombinacij kemičnih spojin DNK in kvantitativna razmerja med temi kombinacijami zagotavljajo kodiranje dednih informacij.

izobraževanje nova DNK (replikacija)

1. Proces replikacije: odvijanje dvojne vijačnice DNA - sinteza komplementarnih verig z DNA polimerazo - nastanek dveh molekul DNA iz ene.
2. Dvojna vijačnica se "odpre" v dve veji, ko encimi prekinejo vez med baznimi pari kemičnih spojin.
3. Vsaka veja je element nove DNK. Novi bazni pari so povezani v enakem zaporedju kot v starševski veji.

Po zaključku podvajanja nastaneta dve neodvisni vijačnici, ustvarjeni iz kemičnih spojin matične DNK in imata enako genetsko kodo. Na ta način lahko DNK prenaša informacije iz celice v celico.

Več podrobnosti:

ZGRADBA NUKLEINSKIH KISLIN

riž. 4. Dušikove baze: adenin, gvanin, citozin, timin

Deoksiribonukleinska kislina(DNK) se nanaša na nukleinske kisline. Nukleinske kisline so razred nepravilnih biopolimerov, katerih monomeri so nukleotidi.

NUKLEOTID sestavljen iz dušikova baza, povezan s petogljikovim ogljikovim hidratom (pentozo) - deoksiriboza(v primeru DNK) oz riboza(v primeru RNA), ki se poveže z ostankom fosforne kisline (H 2 PO 3 -).

Dušikove baze Obstajata dve vrsti: pirimidinske baze - uracil (samo v RNA), citozin in timin, purinske baze - adenin in gvanin.

riž. 5. Zgradba nukleotidov (levo), mesto nukleotida v DNK (spodaj) in vrste dušikovih baz (desno): pirimidin in purin

Atomi ogljika v molekuli pentoze so oštevilčeni od 1 do 5. Fosfat se poveže s tretjim in petim atomom ogljika. Tako se nukleinotidi povežejo v verigo nukleinske kisline. Tako lahko ločimo 3' in 5' konec verige DNK:

riž. 6. Izolacija 3' in 5' koncev verige DNA

Oblikujeta se dve verigi DNK dvojna vijačnica. Te verige v spirali so usmerjene v nasprotnih smereh. V različnih verigah DNK so dušikove baze med seboj povezane z vodikove vezi. Adenin se vedno poveže s timinom, citozin pa z gvaninom. Imenuje se pravilo komplementarnosti(cm. načelo komplementarnosti).

Pravilo komplementarnosti:

A-T G-C

Na primer, če nam je dana veriga DNK z zaporedjem

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

potem bo druga veriga komplementarna z njo in usmerjena v nasprotno smer - od konca 5' do konca 3':

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

riž. 7. Usmerjanje verig molekule DNA in povezava dušikovih baz z vodikovimi vezmi

REPLIKACIJA DNK

replikacija DNK je proces podvojitve molekule DNK s sintezo šablone. V večini primerov gre za naravno replikacijo DNKtemeljni premazza sintezo DNK je kratek fragment (ponovno ustvarjeno). Takšen ribonukleotidni primer ustvari encim primaza (DNK primaza pri prokariontih, DNK polimeraza pri evkariontih), nato pa ga nadomesti deoksiribonukleotidna polimeraza, ki običajno opravlja popravljalne funkcije (popravlja kemične poškodbe in zlome v molekuli DNK).

Replikacija poteka po polkonzervativnem mehanizmu. To pomeni, da se dvojna vijačnica DNK odvije in na vsaki njeni verigi se po principu komplementarnosti zgradi nova veriga. Hčerinska molekula DNK tako vsebuje eno verigo iz starševske molekule in eno na novo sintetizirano. Replikacija poteka v smeri od 3' do 5' konca matične verige.

riž. 8. Replikacija (podvojitev) molekule DNA

sinteza DNK- to ni tako zapleten postopek, kot se morda zdi na prvi pogled. Če razmišljate o tem, morate najprej ugotoviti, kaj je sinteza. To je proces združevanja nečesa v eno celoto. Tvorba nove molekule DNA poteka v več fazah:

1) DNA topoizomeraza, ki se nahaja pred replikacijskimi vilicami, reže DNA, da bi olajšala njeno odvijanje in odvijanje.
2) DNA helikaza po topoizomerazi vpliva na proces "razpletanja" vijačnice DNA.
3) Proteini, ki vežejo DNK, vežejo verige DNK in jih tudi stabilizirajo ter preprečujejo, da bi se medsebojno zlepile.
4) DNA polimeraza δ(delta) , usklajeno s hitrostjo gibanja replikacijskih vilic, izvaja sintezovodilniverige hčerinsko podjetje DNK v smeri 5"→3" na matrici materinski Niti DNK v smeri od njenega 3" konca do 5" konca (hitrost do 100 nukleotidnih parov na sekundo). Ti dogodki ob tem materinski DNK verige so omejene.

riž. 9. Shematski prikaz procesa replikacije DNA: (1) zaostajajoča veriga (lagging strand), (2) vodilna veriga (leading strand), (3) DNA polimeraza α (Polα), (4) DNA ligaza, (5) RNA -primer, (6) primaza, (7) Okazakijev fragment, (8) DNA polimeraza δ (Polδ), (9) helikaza, (10) proteini, ki vežejo enoverižno DNA, (11) topoizomeraza.

Sinteza zaostajajoče verige hčerinske DNK je opisana spodaj (glej. Shema replikacijske vilice in funkcije replikacijskih encimov)

Za več informacij o replikaciji DNA glejte

5) Takoj po tem, ko je druga veriga matične molekule razpletena in stabilizirana, se nanjo pritrdiDNA polimeraza α(alfa)v smeri 5"→3" pa sintetizira primer (RNA primer) - zaporedje RNA na predlogi DNA v dolžini od 10 do 200 nukleotidov. Po tem encimodstraniti iz verige DNK.

Namesto DNA polimerazeα je pritrjen na 3" konec temeljnega premaza DNA polimerazaε .

6) DNA polimerazaε (epsilon) zdi se, da še naprej podaljšuje temeljni premaz, vendar ga vstavi kot substratdeoksiribonukleotidi(v količini 150-200 nukleotidov). Posledično se iz dveh delov oblikuje ena nit -RNA(tj. temeljni premaz) in DNK. DNA polimeraza εteče, dokler ne naleti na prejšnji primerfragment Okazakija(sintetizirano malo prej). Po tem se ta encim odstrani iz verige.

7) DNA polimeraza β(beta) stoji namesto tegaDNA polimeraza ε,premika v isto smer (5"→3") in odstrani ribonukleotide primerja, medtem ko na njihovo mesto istočasno vstavi deoksiribonukleotide. Encim deluje, dokler ni temeljni premaz popolnoma odstranjen, tj. do deoksiribonukleotida (še prej sintetiziranegaDNA polimeraza ε). Encim ne more povezati rezultata svojega dela z DNK pred seboj, zato gre iz verige.

Kot rezultat, fragment hčerinske DNK "leži" na matrici materinske verige. Imenuje sefragment Okazakija.

8) DNA ligaza zamreži dva sosednja fragmenti Okazakija , tj. Sintetiziran 5" konec segmentaDNA polimeraza ε,in vgrajena 3-palčna verigaDNA polimerazaβ .

STRUKTURA RNK

Ribonukleinska kislina(RNK) je ena od treh glavnih makromolekul (drugi dve sta DNK in proteini), ki jih najdemo v celicah vseh živih organizmov.

Tako kot DNK je tudi RNK sestavljena iz dolge verige, v kateri je vsak člen imenovan nukleotid. Vsak nukleotid je sestavljen iz dušikove baze, riboznega sladkorja in fosfatne skupine. Vendar ima RNA za razliko od DNK običajno eno verigo in ne dve. Pentoza v RNA je riboza, ne deoksiriboza (riboza ima dodatno hidroksilno skupino na drugem atomu ogljikovih hidratov). Končno se DNK od RNK razlikuje po sestavi dušikovih baz: namesto timina ( T) RNA vsebuje uracil ( U) , ki je prav tako komplementaren adeninu.

Zaporedje nukleotidov omogoča, da RNA kodira genetske informacije. Vse celični organizmi uporabite RNA (mRNA) za programiranje sinteze beljakovin.

Celična RNA se proizvaja s procesom, imenovanim prepisovanje , to je sinteza RNA na matriki DNA, ki jo izvajajo posebni encimi - RNA polimeraze.

Messenger RNA (mRNA) nato sodelujejo v procesu, imenovanem oddaja, tiste. sinteza beljakovin na matriki mRNA s sodelovanjem ribosomov. Druge RNA so po transkripciji podvržene kemičnim modifikacijam, po nastanku sekundarne in terciarne strukture pa opravljajo funkcije, ki so odvisne od vrste RNA.

riž. 10. Razlika med DNA in RNA v dušikovi bazi: namesto timina (T) vsebuje RNA uracil (U), ki je prav tako komplementaren adeninu.

PREPIS

To je proces sinteze RNK na predlogi DNK. DNK se odvija na enem od mest. Ena od verig vsebuje informacijo, ki jo je treba kopirati na molekulo RNK – ta veriga se imenuje kodirna veriga. Druga veriga DNK, ki je komplementarna kodirni, se imenuje predloga. Med transkripcijo se komplementarna veriga RNA sintetizira na vzorčni verigi v smeri 3’-5’ (vzdolž verige DNA). To ustvari kopijo RNK kodirne verige.

riž. 11. Shematski prikaz transkripcije

Na primer, če nam je dano zaporedje kodne verige

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

potem bo v skladu s pravilom komplementarnosti matrična veriga nosila zaporedje

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

in iz nje sintetizirana RNA je zaporedje

ODDAJA

Razmislimo o mehanizmu sinteza beljakovin na matriko RNK, pa tudi na genetsko kodo in njene lastnosti. Prav tako zaradi jasnosti na spodnji povezavi priporočamo ogled kratkega videoposnetka o procesih prepisovanja in prevajanja, ki potekajo v živi celici:

riž. 12. Proces sinteze beljakovin: DNA kodira RNA, RNA kodira beljakovine

GENETSKA KODA

Genetska koda - metoda kodiranja aminokislinskega zaporedja proteinov z uporabo zaporedja nukleotidov. Vsaka aminokislina je kodirana z zaporedjem treh nukleotidov – kodonom ali tripletom.

Genetska koda, ki je skupna večini pro- in evkariontov. Tabela prikazuje vseh 64 kodonov in pripadajoče aminokisline. Osnovni vrstni red je od 5" do 3" konca mRNA.

Tabela 1. Standardna genetska koda

1 osnove cija	2. osnova								3 osnove cija
	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	(lev/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	(Njegov/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	(Čet/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

Med trojčki so 4 posebna zaporedja, ki služijo kot "ločila":

• *Trojček AVG, ki prav tako kodira metionin, se imenuje začetni kodon. S tem kodonom se začne sinteza proteinske molekule. Tako bo med sintezo beljakovin prva aminokislina v zaporedju vedno metionin.

• **Trojčki UAA, UAG in U.G.A. se imenujejo stop kodoni in ne kodirajo ene same aminokisline. Pri teh zaporedjih se sinteza beljakovin ustavi.

Lastnosti genetske kode

1. Trojček. Vsaka aminokislina je kodirana z zaporedjem treh nukleotidov – tripletom ali kodonom.

2. Kontinuiteta. Med trojkami ni dodatnih nukleotidov;

3. Neprekrivanje. En nukleotid ne more biti vključen v dva tripleta hkrati.

4. Nedvoumnost. En kodon lahko kodira samo eno aminokislino.

5. Degeneracija. Ena aminokislina je lahko kodirana z več različnimi kodoni.

6. Vsestranskost. Genetska koda je enaka za vse žive organizme.

Primer. Podano nam je zaporedje kodne verige:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Matrična veriga bo imela zaporedje:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Zdaj "sintetiziramo" informacijsko RNA iz te verige:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Sinteza beljakovin poteka v smeri 5' → 3', zato moramo zaporedje obrniti, da "preberemo" genetsko kodo:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Zdaj pa poiščimo začetni kodon AUG:

5’- AU AVG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Razdelimo zaporedje na trojčke:

zveni takole: informacije se prenašajo iz DNA na RNA (transkripcija), iz RNA na protein (translacija). DNK se lahko podvoji tudi z replikacijo, možen pa je tudi proces reverzne transkripcije, ko DNK sintetiziramo iz predloge RNK, vendar je ta proces značilen predvsem za viruse.

riž. 13. Osrednja dogma molekularna biologija

GENOM: GENI in KROMOSOMI

(splošni pojmi)

Genom - celota vseh genov organizma; njegovega celotnega kromosomskega nabora.

Izraz "genom" je predlagal G. Winkler leta 1920 za opis nabora genov, ki jih vsebuje haploidni nabor kromosomov organizmov iste vrste. biološke vrste. Prvotni pomen tega izraza je nakazoval, da je koncept genoma v nasprotju z genotipom genetska značilnost vrste kot celote in ne posameznika. Z razvojem molekularne genetike se je pomen tega pojma spremenil. Znano je, da DNK, ki je nosilec genetske informacije v večini organizmov in zato tvori osnovo genoma, ne vključuje samo genov v sodobnem pomenu besede. Večino DNK evkariontskih celic predstavljajo nekodirajoče (»odvečne«) nukleotidne sekvence, ki ne vsebujejo informacij o beljakovinah in nukleinskih kislinah. Tako je glavni del genoma katerega koli organizma celotna DNK njegovega haploidnega nabora kromosomov.

Geni so odseki molekul DNK, ki kodirajo polipeptide in molekule RNK

V zadnjem stoletju se je naše razumevanje genov močno spremenilo. Prej je bil genom regija kromosoma, ki kodira ali definira eno lastnost oz. fenotipsko(vidna) lastnost, kot je barva oči.

Leta 1940 sta George Beadle in Edward Tatham predlagala molekularno definicijo gena. Znanstveniki so obdelali spore gliv Neurospora crassa Rentgenski žarki in drugi dejavniki, ki povzročajo spremembe v zaporedju DNK ( mutacije) in odkrili mutirane seve glive, ki so izgubili nekatere specifične encime, kar je v nekaterih primerih vodilo do motenj celotne presnovne poti. Beadle in Tatem sta ugotovila, da je gen del genetskega materiala, ki določa ali kodira en encim. Tako se je pojavila hipoteza "en gen - en encim". Ta koncept je bil kasneje razširjen za opredelitev "en gen - en polipeptid", saj veliko genov kodira proteine, ki niso encimi, polipeptid pa je lahko podenota kompleksnega proteinskega kompleksa.

Na sl. Slika 14 prikazuje diagram, kako tripleti nukleotidov v DNA določajo polipeptid – aminokislinsko zaporedje proteina s posredovanjem mRNA. Ena od verig DNA ima vlogo matrice za sintezo mRNA, katere nukleotidni trojčki (kodoni) so komplementarni trojčkom DNA. Pri nekaterih bakterijah in mnogih evkariontih so kodirna zaporedja prekinjena z nekodirajočimi regijami (imenovanimi introni).

Sodobna biokemična določitev gena še bolj specifično. Geni so vsi deli DNA, ki kodirajo primarno zaporedje končnih produktov, ki vključujejo polipeptide ali RNA, ki imajo strukturno ali katalitično funkcijo.

DNK poleg genov vsebuje tudi druga zaporedja, ki opravljajo izključno regulatorno funkcijo. Regulativne sekvence lahko označujejo začetek ali konec genov, vplivajo na transkripcijo ali kažejo na mesto iniciacije replikacije ali rekombinacije. Nekateri geni so lahko izraženi na različne načine, medtem ko isti odsek DNK služi kot predloga za tvorbo različnih produktov.

Lahko približno izračunamo najmanjša velikost gena, ki kodira srednji protein. Vsaka aminokislina v polipeptidni verigi je kodirana z zaporedjem treh nukleotidov; zaporedja teh tripletov (kodonov) ustrezajo verigi aminokislin v polipeptidu, ki ga kodira ta gen. Polipeptidna veriga 350 aminokislinskih ostankov (srednje dolga veriga) ustreza zaporedju 1050 bp. ( baznih parov). Vendar pa so številni evkariontski geni in nekateri prokariontski geni prekinjeni s segmenti DNA, ki ne prenašajo informacij o beljakovinah, in se zato izkažejo za veliko daljše, kot kaže preprost izračun.

Koliko genov je na enem kromosomu?

riž. 15. Pogled na kromosome v prokariontskih (levo) in evkariontskih celicah. Histoni so velik razred jedrskih proteinov, ki opravljajo dve glavni funkciji: sodelujejo pri pakiranju verig DNK v jedru in pri epigenetski regulaciji jedrskih procesov, kot so transkripcija, replikacija in popravljanje.

DNK prokariontov je preprostejša: njihove celice nimajo jedra, zato se DNK nahaja neposredno v citoplazmi v obliki nukleoida.

Kot veste, imajo bakterijske celice kromosom v obliki DNA verige, ki je urejena v kompaktno strukturo – nukleoid. Prokariontski kromosom Escherichia coli, katerega genom je bil v celoti dešifriran, je krožna molekula DNK (pravzaprav ne gre za popoln krog, temveč za zanko brez začetka in konca), sestavljena iz 4.639.675 bp. To zaporedje vsebuje približno 4300 proteinskih genov in še 157 genov za stabilne molekule RNA. IN človeški genom približno 3,1 milijarde baznih parov, ki ustrezajo skoraj 29.000 genom, ki se nahajajo na 24 različnih kromosomih.

Prokarioti (bakterije).

Bakterija E. coli ima eno dvoverižno krožno molekulo DNA. Sestavljen je iz 4.639.675 bp. in doseže dolžino približno 1,7 mm, kar presega dolžino same celice E. coli približno 850-krat. Poleg velikega krožnega kromosoma kot dela nukleoida številne bakterije vsebujejo eno ali več majhnih krožnih molekul DNA, ki se prosto nahajajo v citosolu. Ti zunajkromosomski elementi se imenujejo plazmidi(Slika 16).

Večina plazmidov je sestavljenih le iz nekaj tisoč baznih parov, nekateri vsebujejo več kot 10.000 bp. Nosijo genetske informacije in se razmnožujejo, da tvorijo hčerinske plazmide, ki vstopajo v hčerinske celice med delitvijo matične celice. Plazmidi se ne nahajajo samo v bakterijah, ampak tudi v kvasovkah in drugih glivah. V mnogih primerih plazmidi gostiteljskim celicam ne prinašajo koristi in je njihov edini namen neodvisno razmnoževanje. Vendar pa nekateri plazmidi nosijo gene, koristne za gostitelja. Na primer, geni v plazmidih lahko naredijo bakterijske celice odporne na antibakterijska sredstva. Plazmidi, ki nosijo gen β-laktamaze, zagotavljajo odpornost na β-laktamske antibiotike, kot sta penicilin in amoksicilin. Plazmidi lahko prehajajo iz celic, ki so odporne na antibiotike, v druge celice iste ali druge vrste bakterij, kar povzroči, da tudi te celice postanejo odporne. Intenzivna uporaba antibiotikov je močan selektivni dejavnik, ki pospešuje širjenje plazmidov, ki kodirajo odpornost na antibiotike (kot tudi transpozonov, ki kodirajo podobne gene) med patogenimi bakterijami, kar vodi v nastanek bakterijskih sevov z odpornostjo na več antibiotikov. Zdravniki začenjajo razumeti nevarnosti široke uporabe antibiotikov in jih predpisujejo le v nujnih primerih. Iz podobnih razlogov je razširjena uporaba antibiotikov za zdravljenje domačih živali omejena.

Glej tudi: Ravin N.V., Šestakov S.V. Genom prokariotov // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. T. 17. Št. 4/2. strani 972-984.

evkarionti.

Tabela 2. DNK, geni in kromosomi nekaterih organizmov

	Skupna DNK p.n.	Število kromosomov*	Približno število genov
Escherichia coli(bakterija)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(kvas)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(nematoda)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(rastlina)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(vinska mušica)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(riž)	480 000 000		57 000
Mus musculus(miška)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(človek)	3 070 128 600		29 000

Opomba. Informacije se nenehno posodabljajo; Za več najnovejših informacij si oglejte spletne strani posameznih genomskih projektov

* Za vse evkarionte, razen za kvasovke, je podan diploidni nabor kromosomov. Diploiden komplet kromosomi (iz grščine diploos - dvojnik in eidos - vrsta) - dvojni niz kromosomov(2n), od katerih ima vsaka homologno.
**Haploidni komplet. Sevi divjih kvasovk imajo običajno osem (oktaploidnih) ali več nizov teh kromosomov.
***Za ženske z dvema kromosomoma X. Moški imajo kromosom X, ne pa tudi Y, torej samo 11 kromosomov.

Kvas, eden najmanjših evkariontov, ima 2,6-krat več DNK kot E. coli(tabela 2). Celice sadne mušice Drosophila, klasični predmet genetskih raziskav, vsebujejo 35-krat več DNK, človeške celice pa vsebujejo približno 700-krat več DNK kot celice. E. coli.Številne rastline in dvoživke vsebujejo še več DNK. Genetski material evkariontskih celic je organiziran v obliki kromosomov. Diploidni nabor kromosomov (2 n) odvisno od vrste organizma (tabela 2).

Na primer, v somatsko celicočloveški 46 kromosomi ( riž. 17). Vsak kromosom evkariontske celice, kot je prikazano na sl. 17, A, vsebuje eno zelo veliko dvoverižno molekulo DNA. Štiriindvajset človeških kromosomov (22 parnih kromosomov in dva spolna kromosoma X in Y) se po dolžini razlikuje za več kot 25-krat. Vsak evkariontski kromosom vsebuje določen niz genov.

riž. 17. Kromosomi evkariontov.A- par povezanih in zgoščenih sestrskih kromatid iz človeškega kromosoma. V tej obliki ostanejo evkariontski kromosomi po replikaciji in v metafazi med mitozo. b- popoln nabor kromosomov iz levkocitov enega od avtorjev knjige. Vsaka normalna človeška somatska celica vsebuje 46 kromosomov.

Velikost in funkcija DNK kot matrice za shranjevanje in prenos dednega materiala pojasnjujeta prisotnost posebnih strukturnih elementov v organizaciji te molekule. V višjih organizmih je DNK porazdeljena med kromosomi.

Zbirka DNK (kromosomov) organizma se imenuje genom. Kromosomi so v celično jedro in tvorijo strukturo, imenovano kromatin. Kromatin je kompleks DNK in bazičnih proteinov (histonov) v razmerju 1:1. Dolžino DNK običajno merimo s številom komplementarnih nukleotidnih parov (bp). Na primer, 3. človeški kromosomstoletja je molekula DNK, ki meri 160 milijonov bp. Izolirana linearizirana DNK meri 3*10 6 bp. ima dolžino približno 1 mm, zato bi bila linearizirana molekula 3. človeškega kromosoma dolga 5 mm, DNK vseh 23 kromosomov (~3 * 10 9 bp, MR = 1,8 * 10 12) haploida celica - jajčece ali semenčica - bi v linearizirani obliki znašala 1 m, razen zarodnih celic, vse celice človeškega telesa (teh je okoli 1013) vsebujejo dvojni nabor kromosomov. Med delitvijo celic se vseh 46 molekul DNK podvoji in reorganizira v 46 kromosomov.

Če povežete molekule DNK človeškega genoma (22 kromosomov in kromosoma X in Y ali X in X), dobite približno en meter dolgo zaporedje. Opomba: Pri vseh sesalcih in drugih heterogametnih moških organizmih imajo samice dva kromosoma X (XX), samci pa en kromosom X in en kromosom Y (XY).

Večina človeških celic, zato je skupna dolžina DNK takih celic približno 2 m. Odrasel človek ima približno 10 14 celic, tako da je skupna dolžina vseh molekul DNK 2・10 11 km. Za primerjavo, obseg Zemlje je 4・10 4 km, razdalja od Zemlje do Sonca pa je 1,5・10 8 km. Takole je neverjetno kompaktna DNK zapakirana v naših celicah!

V evkariontskih celicah so še drugi organeli, ki vsebujejo DNA - mitohondriji in kloroplasti. O izvoru mitohondrijske in kloroplastne DNA je bilo postavljenih veliko hipotez. Danes je splošno sprejeto stališče, da predstavljajo zametke kromosomov starih bakterij, ki so prodrle v citoplazmo gostiteljskih celic in postale predhodniki teh organelov. Mitohondrijska DNA kodira mitohondrijske tRNA in rRNA, pa tudi več mitohondrijskih proteinov. Več kot 95 % mitohondrijskih proteinov je kodiranih z jedrno DNA.

STRUKTURA GENOV

Razmislimo o strukturi gena pri prokariontih in evkariontih, njihovih podobnostih in razlikah. Kljub temu, da je gen odsek DNK, ki kodira le eno beljakovino ali RNK, poleg neposrednega kodirnega dela vključuje tudi regulatorne in druge strukturne elemente, ki imajo pri prokariontih in evkariontih različno strukturo.

Zaporedje kodiranja- glavna strukturna in funkcionalna enota gena, v njej se nahajajo tripleti nukleotidov, ki kodirajoaminokislinsko zaporedje. Začne se z začetnim kodonom in konča s stop kodonom.

Obstajajo pred in za kodirnim zaporedjem neprevedena 5' in 3' zaporedja. Izvajajo regulativne in pomožne funkcije, na primer zagotavljajo pristanek ribosoma na mRNA.

Neprevedena in kodirna zaporedja sestavljajo transkripcijsko enoto - transkribirani del DNA, to je del DNA, iz katerega pride do sinteze mRNA.

Terminator- neprepisani del DNK na koncu gena, kjer se sinteza RNK ustavi.

Na začetku gen je regulativno regijo, ki vključuje promotor in operater.

Promotor- zaporedje, na katerega se veže polimeraza med začetkom transkripcije. Operater- to je področje, na katerega se lahko vežejo posebne beljakovine - represorji, ki lahko zmanjša aktivnost sinteze RNK iz tega gena – z drugimi besedami, zmanjša jo izražanje.

Zgradba genov pri prokariontih

Splošni načrt strukture genov pri prokariontih in evkariontih ni nič drugačen – oba vsebujeta regulatorno regijo s promotorjem in operaterjem, transkripcijsko enoto s kodirnimi in neprevedenimi sekvencami ter terminator. Vendar je organizacija genov pri prokariontih in evkariontih različna.

riž. 18. Shema strukture genov pri prokariontih (bakterijah) -slika je povečana

Na začetku in koncu operona so skupne regulatorne regije za več strukturnih genov. Iz transkribirane regije operona se prebere ena molekula mRNA, ki vsebuje več kodirnih sekvenc, od katerih ima vsaka svoj začetni in stop kodon. Z vsakega od teh področij zsintetizira se en protein. torej Iz ene molekule mRNA se sintetizira več beljakovinskih molekul.

Za prokarionte je značilna kombinacija več genov v eno funkcionalno enoto - operon. Delovanje operona lahko regulirajo drugi geni, ki so lahko opazno oddaljeni od samega operona – regulatorji. Beljakovina, prevedena iz tega gena, se imenuje represor. Veže se na operaterja operona in uravnava izražanje vseh genov, ki jih vsebuje naenkrat.

Pojav je značilen tudi za prokarionte Transkripcijsko-prevajalski vmesniki.

riž. 19 Pojav spajanja transkripcije in translacije pri prokariontih - slika je povečana

Do takšnega spajanja pri evkariontih ne pride zaradi prisotnosti jedrske ovojnice, ki ločuje citoplazmo, kjer poteka prevajanje, od genetskega materiala, na katerem poteka prepisovanje. Pri prokariontih se med sintezo RNK na predlogi DNK lahko ribosom takoj veže na sintetizirano molekulo RNK. Tako se prevajanje začne, še preden je prepis končan. Poleg tega se lahko več ribosomov hkrati veže na eno molekulo RNA in sintetizira več molekul enega proteina hkrati.

Zgradba genov pri evkariontih

Geni in kromosomi evkariontov so zelo kompleksno organizirani

Mnoge vrste bakterij imajo samo en kromosom in v skoraj vseh primerih je na vsakem kromosomu ena kopija vsakega gena. Le nekaj genov, kot so geni rRNA, najdemo v več kopijah. Geni in regulatorna zaporedja sestavljajo skoraj celoten prokariontski genom. Poleg tega skoraj vsak gen strogo ustreza zaporedju aminokislin (ali zaporedju RNA), ki ga kodira (slika 14).

Strukturna in funkcionalna organizacija evkariontskih genov je veliko bolj zapletena. Preučevanje evkariontskih kromosomov in kasneje sekvenciranje celotnih zaporedij evkariontskega genoma je prineslo veliko presenečenj. Veliko, če ne večina, evkariontskih genov ima zanimivo lastnost: njihova nukleotidna zaporedja vsebujejo enega ali več odsekov DNA, ki ne kodirajo aminokislinskega zaporedja polipeptidnega produkta. Takšni neprevedeni vstavki prekinejo neposredno ujemanje med nukleotidnim zaporedjem gena in aminokislinskim zaporedjem kodiranega polipeptida. Ti neprevedeni segmenti znotraj genov se imenujejo introni, oz vgrajena zaporedja, kodirni segmenti pa so eksoni. Pri prokariontih le nekaj genov vsebuje introne.

Torej pri evkariontih kombinacija genov v operone praktično ne pride, kodirno zaporedje evkariontskega gena pa je najpogosteje razdeljeno na prevedene dele - eksoni in neprevedeni razdelki - introni.

V večini primerov delovanje intronov ni ugotovljeno. Na splošno samo približno 1,5 % človeške DNK "kodira", kar pomeni, da nosi informacije o beljakovinah ali RNK. Vendar se ob upoštevanju velikih intronov izkaže, da je človeška DNK 30% genov. Ker geni sestavljajo razmeroma majhen delež človeškega genoma, velik del DNK ostaja neznan.

riž. 16. Shema strukture genov pri evkariontih - slika je povečana

Iz vsakega gena se najprej sintetizira nezrela ali pre-RNA, ki vsebuje introne in eksone.

Po tem se izvede proces spajanja, zaradi česar se izrežejo intronske regije in nastane zrela mRNA, iz katere se lahko sintetizira beljakovina.

riž. 20. Alternativni postopek spajanja - slika je povečana

Ta organizacija genov omogoča, na primer, ko je mogoče sintetizirati različne oblike proteina iz enega gena, zaradi dejstva, da se med spajanjem eksoni lahko sešijejo skupaj v različnih zaporedjih.

riž. 21. Razlike v strukturi genov prokariontov in evkariontov - slika je povečana

MUTACIJE IN MUTAGENEZA

Mutacija imenujemo obstojna sprememba genotipa, to je sprememba nukleotidnega zaporedja.

Proces, ki vodi do mutacij, se imenuje mutageneza, in telo Vse katerih celice nosijo isto mutacijo - mutant.

Teorija mutacije je prvi oblikoval Hugo de Vries leta 1903. Njegova sodobna različica vključuje naslednje določbe:

1. Mutacije se pojavijo nenadoma, krčevito.

2. Mutacije se prenašajo iz generacije v generacijo.

3. Mutacije so lahko koristne, škodljive ali nevtralne, dominantne ali recesivne.

4. Verjetnost odkrivanja mutacij je odvisna od števila proučevanih posameznikov.

5. Podobne mutacije se lahko ponavljajo.

6. Mutacije niso usmerjene.

Mutacije se lahko pojavijo pod vplivom različnih dejavnikov. Obstajajo mutacije, ki nastanejo pod vplivom mutageno vplivi: fizikalni (na primer ultravijolično ali sevanje), kemični (na primer kolhicin ali reaktivne kisikove spojine) in biološki (na primer virusi). Povzročijo se lahko tudi mutacije napake replikacije.

Glede na pogoje, pod katerimi se pojavijo mutacije, delimo mutacije na spontano- to je mutacije, ki so nastale v normalnih pogojih, in povzročeno- torej mutacije, ki so nastale pod posebnimi pogoji.

Mutacije se lahko pojavijo ne le v jedrski DNK, ampak tudi na primer v mitohondrijski ali plastidni DNK. V skladu s tem lahko razlikujemo jedrska in citoplazemski mutacije.

Zaradi mutacij se lahko pogosto pojavijo novi aleli. Če mutirani alel zavre delovanje normalnega, se imenuje mutacija dominanten. Če normalni alel potisne mutantnega, se ta mutacija imenuje recesivno. Večina mutacij, ki povzročijo nastanek novih alelov, je recesivnih.

Mutacije se razlikujejo po učinku prilagodljivo povečana prilagodljivost organizma na okolje, nevtralen, ki ne vplivajo na preživetje, škodljivo, zmanjšanje prilagodljivosti organizmov na okoljske razmere in smrtonosno, kar vodi v smrt organizma v zgodnjih fazah razvoja.

Glede na posledice, mutacije, ki vodijo do izguba delovanja beljakovin, mutacije, ki vodijo do nastanek veverica nova funkcija , kot tudi mutacije, ki spremenite odmerek gena, in s tem odmerek beljakovin, sintetiziranih iz njega.

Mutacija se lahko pojavi v kateri koli celici telesa. Če pride do mutacije v zarodni celici, se imenuje zarodni(germinativni ali generativni). Takšne mutacije se ne pojavijo v organizmu, v katerem so se pojavile, ampak povzročijo pojav mutantov pri potomcih in so podedovane, zato so pomembne za genetiko in evolucijo. Če pride do mutacije v kateri koli drugi celici, se imenuje somatsko. Takšna mutacija se lahko v eni ali drugi meri manifestira v organizmu, v katerem je nastala, na primer, kar povzroči nastanek rakavih tumorjev. Vendar pa takšna mutacija ni podedovana in ne vpliva na potomce.

Mutacije lahko prizadenejo področja genoma različnih velikosti. Označite genetski, kromosomsko in genomski mutacije.

Genske mutacije

Imenujemo mutacije, ki se pojavijo v obsegu, manjšem od enega gena genetski, oz točka (točka). Takšne mutacije povzročijo spremembe enega ali več nukleotidov v zaporedju. Med genskimi mutacijami sozamenjave, kar vodi do zamenjave enega nukleotida z drugim,izbrisov, kar povzroči izgubo enega od nukleotidov,vstavitve, kar vodi do dodajanja dodatnega nukleotida v zaporedje.

riž. 23. Genske (točkovne) mutacije

Glede na mehanizem delovanja na protein delimo genske mutacije na:sinonim, ki (zaradi degeneracije genetske kode) ne vodijo do sprememb aminokislinska sestava beljakovinski izdelek,missense mutacije, ki vodijo do zamenjave ene aminokisline z drugo in lahko vplivajo na strukturo sintetiziranega proteina, čeprav so pogosto nepomembni,nesmiselne mutacije, kar vodi do zamenjave kodirnega kodona s stop kodonom,mutacije, ki vodijo do motnja spajanja:

riž. 24. Vzorci mutacije

Tudi glede na mehanizem delovanja na proteinu se razlikujejo mutacije, ki vodijo do premik okvirja branje, kot so vstavljanja in brisanja. Takšne mutacije, kot nesmiselne mutacije, čeprav se pojavijo na eni točki v genu, pogosto prizadenejo celotno strukturo proteina, kar lahko povzroči popolno spremembo njegove strukture. ko se odsek kromosoma obrne za 180 stopinj, riž. 28. Translokacija

riž. 29. Kromosom pred in po podvajanju

Genomske mutacije

končno, genomske mutacije vplivajo na celoten genom, to pomeni, da se spremeni število kromosomov. Obstajajo poliploidije - povečanje ploidnosti celice in aneuploidije, to je sprememba števila kromosomov, na primer trisomija (prisotnost dodatnega homologa na enem od kromosomov) in monosomija (odsotnost kromosomov). homolog na kromosomu).

Video o DNK

REPLIKACIJA DNK, KODIRANJE RNK, SINTEZA PROTEINOV

(Če videoposnetek ni prikazan, je na voljo prek

Molekula DNK je sestavljena iz dveh verig, ki tvorita dvojno vijačnico. Njegovo strukturo sta leta 1953 prva razvozlala Francis Crick in James Watson.

Sprva je molekula DNK, sestavljena iz para nukleotidnih verig, zvitih druga okoli druge, sprožila vprašanja o tem, zakaj ima to posebno obliko. Znanstveniki temu pojavu pravijo komplementarnost, kar pomeni, da se v njegovih verigah lahko nahajajo le določeni nukleotidi drug nasproti drugega. Na primer, adenin je vedno nasproti timinu, gvanin pa vedno nasproti citozinu. Ti nukleotidi molekule DNA se imenujejo komplementarni.

Shematično je prikazano takole:

T - A

C - G

Ti pari tvorijo kemično nukleotidno vez, ki določa vrstni red aminokislin. V prvem primeru je nekoliko šibkejši. Povezava med C in G je močnejša. Nekomplementarni nukleotidi med seboj ne tvorijo parov.

O zgradbi

Struktura molekule DNK je torej posebna. To obliko ima z razlogom: dejstvo je, da je število nukleotidov zelo veliko in je za namestitev dolgih verig potrebno veliko prostora. Prav zaradi tega je za verige značilen spiralni zasuk. Ta pojav imenujemo spiralizacija, omogoča, da se niti skrajšajo za približno pet do šestkrat.

Telo uporablja nekatere tovrstne molekule zelo aktivno, druge redko. Slednje so poleg spiralizacije podvržene tudi tako »kompaktnemu pakiranju«, kot je superspiralizacija. In potem se dolžina molekule DNK zmanjša za 25-30-krat.

Kaj je "embalaža" molekule?

Proces superzvijanja vključuje histonske proteine. Imajo strukturo in videz tuljave ali palice. Na njih so navite spiralizirane niti, ki se takoj "kompaktno zapakirajo" in zavzamejo malo prostora. Ko se pojavi potreba po uporabi ene ali druge niti, se odvije iz tuljave, na primer histonskega proteina, in vijačnica se odvije v dve vzporedni verigi. Ko je molekula DNK v tem stanju, je mogoče iz nje prebrati potrebne genetske podatke. Vendar obstaja en pogoj. Pridobivanje informacij je možno le, če ima struktura molekule DNA nezapleteno obliko. Kromosomi, ki so dostopni za branje, se imenujejo evhromatini, in če so superzviti, potem so že heterokromatini.

Nukleinske kisline

Nukleinske kisline so tako kot beljakovine biopolimeri. Glavna funkcija je shranjevanje, izvajanje in prenos dednih (genetskih informacij). Obstajajo dve vrsti: DNA in RNA (deoksiribonukleinska in ribonukleinska). Monomeri v njih so nukleotidi, od katerih vsak vsebuje ostanek fosforne kisline, petogljikov sladkor (dezoksiriboza/riboza) in dušikovo bazo. Koda DNK vključuje 4 vrste nukleotidov - adenin (A) / gvanin (G) / citozin (C) / timin (T). Razlikujejo se po dušikovi bazi, ki jo vsebujejo.

V molekuli DNK je lahko število nukleotidov ogromno - od nekaj tisoč do deset in sto milijonov. Takšne velikanske molekule je mogoče pregledati z elektronskim mikroskopom. V tem primeru boste lahko videli dvojno verigo polinukleotidnih verig, ki so med seboj povezane z vodikovimi vezmi dušikovih baz nukleotidov.

Raziskovanje

Med raziskavo so znanstveniki ugotovili, da se vrste molekul DNK v različnih živih organizmih razlikujejo. Ugotovljeno je bilo tudi, da se enoverižni gvanin lahko veže le na citozin, timin pa na adenin. Razporeditev nukleotidov v eni verigi strogo ustreza vzporedni. Zahvaljujoč tej komplementarnosti polinukleotidov je molekula DNA sposobna podvojitve in samoreprodukcije. Toda najprej se komplementarne verige pod vplivom posebnih encimov, ki uničijo seznanjene nukleotide, razhajajo, nato pa se v vsaki od njih začne sinteza manjkajoče verige. To se zgodi zaradi razpoložljivih velike količine prostih nukleotidov v vsaki celici. Posledica tega je, da namesto "matične molekule" nastaneta dve "hčerinski", enaki po sestavi in ​​strukturi, koda DNK pa postane prvotna. Ta proces je predhodnik delitve celic. Zagotavlja prenos vseh dednih podatkov iz matičnih celic v hčerinske celice ter na vse naslednje generacije.

Kako se bere genska koda?

Danes se ne izračuna le masa molekule DNK - mogoče je izvedeti tudi bolj zapletene podatke, ki prej niso bili dostopni znanstvenikom. Preberete lahko na primer informacije o tem, kako organizem uporablja lastno celico. Seveda je ta informacija najprej v kodirani obliki in ima obliko določene matrice, zato jo je treba prenesti na poseben medij, to je RNA. Ribonukleinska kislina lahko prodre v celico skozi jedrsko membrano in prebere kodirane informacije v njej. RNK je torej nosilec skritih podatkov iz jedra v celico, od DNK pa se razlikuje po tem, da namesto deoksiriboze vsebuje ribozo, namesto timina pa uracil. Poleg tega je RNA enoverižna.

sinteza RNA

Poglobljena analiza DNK je pokazala, da RNK, potem ko zapusti jedro, vstopi v citoplazmo, kjer se lahko kot matriks integrira v ribosome (posebne encimske sisteme). Na podlagi prejetih informacij lahko sintetizirajo ustrezno zaporedje beljakovinskih aminokislin. O kakšni vrsti organska spojina mora biti pritrjen na nastajajočo beljakovinsko verigo, se ribosom nauči iz tripletne kode. Vsaka aminokislina ima svoj specifični triplet, ki jo kodira.

Po končani tvorbi verige dobi določeno prostorsko obliko in se spremeni v beljakovino, ki je sposobna opravljati svoje hormonske, konstrukcijske, encimske in druge funkcije. Za vsak organizem je genski produkt. Iz njega se določajo vse vrste lastnosti, lastnosti in manifestacije genov.

Geni

Procesi sekvenciranja so bili razviti predvsem za pridobivanje informacij o tem, koliko genov ima molekula DNK v svoji strukturi. In čeprav so raziskave znanstvenikom omogočile velik napredek v tej zadevi, njihovega natančnega števila še ni mogoče vedeti.

Še pred nekaj leti so domnevali, da molekule DNK vsebujejo približno 100 tisoč genov. Malo kasneje se je številka zmanjšala na 80 tisoč, leta 1998 pa so genetiki izjavili, da je v eni DNK prisotnih le 50 tisoč genov, kar je le 3% celotne dolžine DNK. Toda najnovejši zaključki genetikov so bili osupljivi. Zdaj trdijo, da genom vključuje 25-40 tisoč teh enot. Izkazalo se je, da je le 1,5 % kromosomske DNK odgovorno za kodiranje beljakovin.

Raziskave se tu niso ustavile. Vzporedna ekipa strokovnjakov za genski inženiring je ugotovila, da je število genov v eni molekuli natančno 32 tisoč. Kot lahko vidite, je še vedno nemogoče dobiti dokončen odgovor. Protislovij je preveč. Vsi raziskovalci se zanašajo samo na svoje rezultate.

Je obstajala evolucija?

Kljub dejstvu, da ni dokazov o evoluciji molekule (ker je struktura molekule DNK krhka in majhna), so znanstveniki vseeno podali eno domnevo. Na podlagi laboratorijskih podatkov so izrazili naslednjo različico: molekula na začetni fazi njegovega videza je prevzel obliko preprostega samopodvajajočega se peptida, ki je vseboval do 32 aminokislin, najdenih v starodavnih oceanih.

Po samopodvajanju so molekule zaradi sil naravne selekcije pridobile sposobnost zaščite pred zunanjimi elementi. Začele so živeti dlje in se razmnoževati v večjih količinah. Molekule, ki so se znašle v lipidnem mehurčku, so imele vse možnosti, da se razmnožijo. Kot rezultat niza zaporednih ciklov so lipidni mehurčki dobili obliko celičnih membran, nato pa - vse znani delci. Treba je opozoriti, da je danes vsak odsek molekule DNK zapletena in jasno delujoča struktura, katere vse značilnosti znanstveniki še niso v celoti raziskane.

Sodobni svet

Pred kratkim so znanstveniki iz Izraela razvili računalnik, ki lahko izvede trilijone operacij na sekundo. Danes je to najhitrejši avto na Zemlji. Vsa skrivnost je v tem, da inovativno napravo poganja DNK. Profesorji pravijo, da bodo v bližnji prihodnosti takšni računalniki sposobni celo proizvajati energijo.

Pred enim letom so strokovnjaki z Weizmannovega inštituta v Rehovotu (Izrael) napovedali izdelavo programabilne molekularne računalnik sestavljen iz molekul in encimov. Z njimi so zamenjali silicijeve mikročipe. Do danes je ekipa še napredovala. Sedaj lahko samo ena molekula DNK računalniku zagotovi potrebne podatke in potrebno gorivo.

Biokemični »nanoračunalniki« niso fikcija, ampak že obstajajo v naravi in ​​se manifestirajo v vsakem živem bitju. A pogosto jih ne upravljajo ljudje. Človek še ne more operirati z genomom katere koli rastline, da bi izračunal, recimo, število "Pi".

Zamisel o uporabi DNK za shranjevanje/obdelavo podatkov je znanstvenikom prvič prišla na misel leta 1994. Takrat je bila molekula uporabljena za rešitev preprostega matematičnega problema. Od takrat je več raziskovalnih skupin predlagalo različne projekte, povezane z DNK računalniki. Toda tukaj so vsi poskusi temeljili le na energijski molekuli. Takšnega računalnika ne morete videti s prostim očesom; videti je kot prozorna raztopina vode v epruveti. V njem ni mehanskih delov, ampak le trilijone biomolekularnih naprav – in to le v eni kapljici tekočine!

Človeški DNK

Ljudje so postali pozorni na vrsto človeške DNK leta 1953, ko so znanstveniki lahko svetu prvič predstavili model dvoverižne DNK. Za to sta Kirk in Watson prejela Nobelova nagrada, ker to odkritje postala temeljna v 20. stoletju.

Sčasoma so seveda dokazali, da lahko strukturirana človeška molekula izgleda ne samo kot v predlagani različici. Po podrobnejši analizi DNK so odkrili A-, B- in levosučno obliko Z-. Oblika A- je pogosto izjema, saj nastane le ob pomanjkanju vlage. A to je mogoče le z laboratorijskimi študijami, za naravno okolje To je nenormalno; tak proces se ne more zgoditi v živi celici.

Oblika B je klasična in je znana kot dvojna desnosučna veriga, oblika Z pa ni le zavita v nasprotni smeri v levo, ampak ima tudi bolj cik-cak videz. Znanstveniki so identificirali tudi obliko G-kvadrupleksa. Njegova struktura nima 2, ampak 4 niti. Po mnenju genetikov se ta oblika pojavlja na območjih, kjer je presežek gvanina.

Umetna DNK

Danes že obstaja umetna DNK, ki je identična kopija prave; popolnoma sledi strukturi naravne dvojne vijačnice. Toda za razliko od originalnega polinukleotida ima umetni samo dva dodatna nukleotida.

Ker je bila sinhronizacija ustvarjena na podlagi informacij, pridobljenih z različnimi študijami prave DNK, se lahko tudi kopira, samopodvaja in razvija. Strokovnjaki se že približno 20 let ukvarjajo z ustvarjanjem takšne umetne molekule. Rezultat je neverjeten izum, ki lahko uporablja genetsko kodo na enak način kot naravni DNK.

Obstoječim štirim dušikovim bazam so genetiki dodali še dve dodatni, ki sta nastali s kemijsko modifikacijo naravnih baz. Za razliko od naravne DNK se je izkazalo, da je umetna DNK precej kratka. Vsebuje le 81 baznih parov. Vendar pa se tudi razmnožuje in razvija.

Replikacija dobljene molekule umetno, poteka zahvaljujoč verižni reakciji s polimerazo, vendar se zaenkrat to ne dogaja samostojno, temveč s posredovanjem znanstvenikov. Omenjeni DNK samostojno dodajajo potrebne encime in jo dajo v posebej pripravljen tekoči medij.

Končni rezultat

Na proces in končni rezultat razvoja DNK lahko vplivajo različni dejavniki, na primer mutacije. Zaradi tega je treba preučiti vzorce snovi, tako da je rezultat analize zanesljiv in zanesljiv. Primer je test očetovstva. Vendar ne moremo kaj, da se ne bi veselili, da so incidenti, kot je mutacija, redki. Kljub temu se vzorci snovi vedno znova preverjajo, da bi na podlagi analize dobili natančnejše podatke.

DNK rastline

Zahvaljujoč tehnologijam visokega sekvenciranja (HTS) je bila narejena revolucija na področju genomike – možna je tudi izolacija DNK iz rastlin. Seveda pridobivanje molekulske mase DNK iz rastlinskega materiala visoke kakovosti povzroča nekaj težav zaradi veliko število kopije mitohondrijske in kloroplastne DNA, kot tudi visoki ravni polisaharidi in fenolne spojine. Za izolacijo strukture, ki jo obravnavamo v tem primeru, se uporabljajo različne metode.

Vodikova vez v DNK

Vodikova vez v molekuli DNK je odgovorna za elektromagnetno privlačnost, ki nastane med pozitivno nabitim vodikovim atomom, ki je vezan na elektronegativni atom. Ta dipolna interakcija ne izpolnjuje kriterija kemijske vezi. Lahko pa se pojavi intermolekularno ali v različnih delih molekule, tj. intramolekularno.

Atom vodika se veže na elektronegativni atom, ki je darovalec vezi. Elektronegativni atom je lahko dušik, fluor ali kisik. On – z decentralizacijo – pritegne k sebi elektronski oblak iz vodikovega jedra in naredi vodikov atom (delno) pozitivno nabit. Ker je velikost H majhna v primerjavi z drugimi molekulami in atomi, je tudi naboj majhen.

dekodiranje DNK

Pred dešifriranjem molekule DNK znanstveniki najprej vzamejo ogromno celic. Za najbolj natančno in uspešno delo približno milijon jih je potrebnih. Rezultati, pridobljeni med študijo, se nenehno primerjajo in beležijo. Danes dekodiranje genoma ni več redkost, temveč dostopen postopek.

Seveda je dešifriranje genoma ene same celice nepraktična naloga. Podatki, pridobljeni med takimi študijami, znanstvenikov ne zanimajo. Vendar je pomembno razumeti, da vse trenutno obstoječe metode dekodiranja kljub svoji kompleksnosti niso dovolj učinkovite. Omogočajo le branje 40-70 % DNK.

Vendar pa so profesorji s Harvarda nedavno objavili metodo, s katero je mogoče dešifrirati 90 % genoma. Tehnika temelji na dodajanju začetnih molekul izoliranim celicam, s pomočjo katerih se začne replikacija DNA. Toda tudi te metode ni mogoče šteti za uspešno; treba jo je še izpopolniti, preden jo lahko odkrito uporabimo v znanosti.

Deoksiribonukleinska kislina- polimer, sestavljen iz nukleotidov.

Nukleotid DNK je sestavljen iz

• dušikova baza (4 vrste v DNK: adenin, timin, citozin, gvanin)
• monosladkor deoksiriboza
• fosforjeva kislina

Nukleotidi so med seboj povezani z močno kovalentno vezjo preko sladkorja enega nukleotida in fosforne kisline drugega. Izkazalo se je polinukleotidna veriga.

Dve polinukleotidni verigi sta med seboj povezani s šibkimi vodikovimi vezmi med dušikovimi bazami po pravilu komplementarnost: nasproti adenina je vedno timin, nasproti citozina - gvanin (med seboj se ujemajo po obliki in številu vodikovih vezi - med A in T sta dve vezi, med C in G pa 3). Izkaže se dvojna veriga DNK, v katero se zvije dvojna vijačnica.

Funkcija DNK

DNK je del kromosomov in hrani dedne informacije (o lastnostih organizma, o primarni strukturi beljakovin).

DNK je sposoben samopodvajanje (replikacija, reduplikacija). Samopodvojitev se pojavi v interfazi pred delitvijo. Po podvajanju je vsak kromosom sestavljen iz dveh kromatid, ki se bosta med prihodnjo delitvijo spremenila v hčerinske kromosome. Zahvaljujoč samopodvajanju bo vsaka bodoča hčerinska celica prejela enake dedne informacije.

Razlike med RNA in DNA v strukturi

• riboza namesto deoksiriboze
• brez timina, namesto uracila
• enoverižni

Vrste RNA

• messenger RNA
  • prenaša informacije o strukturi proteina iz jedra (iz DNK) v citoplazmo (na ribosom);
  • najmanj v kletki;
• prenosna RNA
  • prenaša aminokisline na ribosom;
  • najmanjši, ima obliko lista detelje;
• ribosomska RNA
  • del ribosomov;
  • največji po velikosti in količini

Problemi o pravilu komplementarnosti

Timina je v DNK toliko kot adenina, ostalo (do 100%) sta citozin in gvanin, prav tako sta enakomerno razdeljena.

Na primer: če je 15% gvanina, potem je tudi 15% citozina, skupaj 30%, kar pomeni, da adenin in timin predstavljata 100-30=70%, torej adenin 70/2=35% in tudi timin. 35 %
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Zaradi katerega procesa med mitozo nastanejo hčerinske celice z enakim naborom kromosomov materinemu?
1) tvorba kromatid
2) spiralizacija kromosomov
3) raztapljanje jedrske membrane

4) delitev citoplazme

Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Vez, ki nastane med dušikovimi bazami dveh komplementarnih verig DNK
1) ionski
2) peptid
3) vodik

4) delitev citoplazme

4) kovalentni polarni
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Biološki polimeri vključujejo molekulo
1) riboza
2) glukoza

4) delitev citoplazme

3) aminokisline
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Do spajanja dveh verig v molekuli DNA pride zaradi
1) hidrofobne interakcije nukleotidov
2) peptidne vezi med dušikovimi bazami
3) interakcije komplementarnih dušikovih baz

4) delitev citoplazme

4) ionske interakcije nukleotidov

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Kopija enega ali skupine genov, ki nosi informacije o strukturi proteinov, ki opravljajo eno funkcijo, je molekula
2) tRNA
3) ATP

4) delitev citoplazme

Izberite tri pravilne odgovore od šestih in zapišite številke, pod katerimi so navedeni. Izberite strukturne značilnosti molekule DNA.
1) enoverižna molekula
2) vsebuje uracil nukleotid
3) dvoverižna molekula
4) vijačna molekula
5) vsebuje ribozo
6) verige držijo skupaj vodikove vezi

4) delitev citoplazme

DNK RAZEN
1. Vse spodaj navedene značilnosti, razen dveh, se uporabljajo za opis molekule, prikazane na sliki organske snovi. Določite dve lastnosti, ki "izpadeta". splošni seznam, in zapišite številke, pod katerimi so navedeni.
1) opravlja encimsko funkcijo
2) shranjuje in prenaša dedne informacije
3) je sestavljen iz dveh nukleotidnih verig
4) v kombinaciji z beljakovinami tvori kromosome
5) sodeluje v procesu oddajanja

4) delitev citoplazme

DNK DVOJNIK
Določite zaporedje, v katerem poteka proces replikacije DNK. Zapišite ustrezno zaporedje številk.
1) tvorba dveh molekul DNA iz ene
2) pritrditev komplementarnih nukleotidov na vsako verigo DNA
3) učinek encima DNA polimeraze na nukleotide
4) odvijanje molekule DNA

4) delitev citoplazme

DNK - RNK
1. Vzpostavite ujemanje med značilnostjo in nukleinsko kislino: 1) DNA, 2) RNA. Zapišite številki 1 in 2 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) prenaša aktivirane molekule aminokislin do mesta sinteze beljakovin
B) je sestavni del ribosomi
B) nesposoben replikacije
D) v prokariontskih celicah je predstavljen kot obročasta molekula
D) je glavni skrbnik genetskih informacij celice
E) vsebuje dušikovo bazo - timin

4) delitev citoplazme

2. Vzpostavite ujemanje med značilnostjo in nukleinsko kislino: 1) DNA, 2) RNA. Zapišite številki 1 in 2 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) sestoji iz ene polinukleotidne verige
B) vsebuje ogljikov hidrat deoksiribozo
B) sestoji iz dveh polinukleotidnih antiparalelnih verig
D) sposoben replikacije
D) vsebuje ogljikov hidrat ribozo
E) vsebuje dušikovo bazo uracil

4) delitev citoplazme

DNA - tRNA
Vzpostavite ujemanje med značilnostmi molekule nukleinske kisline in njenim tipom: 1) tRNA, 2) DNA. Zapiši številki 1 in 2 v pravilnem vrstnem redu.
A) sestoji iz ene polinukleotidne verige
B) prenaša aminokislino do ribosoma
B) je sestavljen iz 70-80 nukleotidnih ostankov
D) hrani dedne informacije
D) sposoben replikacije
E) je spirala

4) delitev citoplazme

DNA - mRNA RAZLIKE
Izberite tri možnosti. Kako se molekula DNA razlikuje od molekule mRNA?
1) sposoben samopodvajanja
2) se ne more samopodvojiti
3) sodeluje v reakcijah matričnega tipa
4) ne more služiti kot predloga za sintezo drugih molekul
5) je sestavljen iz dveh polinukleotidnih verig, zvitih v spiralo
6) je sestavni del kromosomov

4) delitev citoplazme

RNA RAZEN
1. Vse spodaj navedene lastnosti, razen dveh, se lahko uporabijo za opis molekule RNA. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) je sestavljen iz dveh polinukleotidnih verig, zvitih v spiralo
2) sestoji iz ene polinukleotidne nespiralne verige
3) prenaša dedne informacije iz jedra v ribosom
4) ima največjo velikost nukleinskih kislin
5) sestoji iz nukleotidov AUGC

4) delitev citoplazme

2. Vse spodaj navedene značilnosti, razen dveh, se lahko uporabijo za opis molekule RNA. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) vsebuje dušikovo bazo timin
2) prenaša informacije na mesto sinteze beljakovin
3) v kombinaciji z beljakovinami gradi telo ribosoma
4) sposobni oblikovati kemična vez z aminokislinami
5) ne more oblikovati sekundarne strukture

4) delitev citoplazme

mRNA RAZEN
Vse spodaj navedene lastnosti, razen dveh, se lahko uporabijo za opis molekule mRNA. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) sintetiziran na DNK
2) prenaša aminokisline
3) je del ribosomov
4) ni komplementarnih regij
5) enoverižna molekula

4) delitev citoplazme

mRNA - tRNA
Vzpostavite ujemanje med lastnostjo nukleinske kisline in njeno vrsto: 1) m-RNA, 2) t-RNA. Zapišite številki 1 in 2 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) ima obliko lista detelje
B) dovaja aminokisline v ribosom
B) ima najmanjšo velikost nukleinskih kislin
D) služi kot matrica za sintezo beljakovin
D) prenaša dedno informacijo iz jedra v ribosom

4) delitev citoplazme

mRNA - rRNA - tRNA
Vzpostavite ujemanje med značilnostmi in organskimi snovmi celice: 1) mRNA, 2) tRNA, 3) rRNA. Napišite številke 1-3 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) dovaja aminokisline za prevajanje
B) vsebuje informacije o primarni strukturi polipeptida
B) je del ribosomov
D) služi kot matrica za prevajanje
D) aktivira aminokislino

4) delitev citoplazme

SLIKA tRNA
Vse spodaj navedene značilnosti, razen dveh, se uporabljajo za opis diagrama zgradbe molekule organske snovi, prikazane na sliki. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) ima antikodon
2) izvaja denaturacijo
3) prenaša aminokisline
4) opravlja encimsko funkcijo
5) je sestavljen iz nukleotidov

4) delitev citoplazme

FUNKCIJE NUKLEACID
Za opis funkcij nukleinskih kislin v celici je mogoče uporabiti vse razen dveh naslednjih lastnosti. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni v tabeli.
1) izvajati homeostazo
2) prenos dednih informacij iz jedra v ribosom
3) sodelujejo pri biosintezi beljakovin
4) so ​​del celične membrane
5) transport aminokislin

4) delitev citoplazme

NUKLEOTID IZ DRUGEGA PARA
1. V DNK je delež nukleotidov s timinom 23 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo gvanin in sestavljajo molekulo. V svoj odgovor zapišite ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

2. V DNK je delež nukleotidov s citozinom 13 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo adenin in sestavljajo molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

3. V DNK je delež nukleotidov z adeninom 18%. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo citozin, ki sestavljajo molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

4. V DNK je delež nukleotidov s timinom 36 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo gvanin in sestavljajo molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

5. V DNK je delež nukleotidov s timinom 28 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo gvanin in sestavljajo molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

NUKLEOTID IZ ISTEGA PARA
1. Delček molekule DNK vsebuje 15 % adenina. Koliko timina je v tem fragmentu DNK? V odgovor zapiši samo število (odstotek timina).

4) delitev citoplazme

2. V določeni molekuli DNK je delež nukleotidov z gvaninom 28 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo citozin in sestavljajo to molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

3. V določeni molekuli DNA je delež nukleotidov z adeninom 37 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo timin in sestavljajo to molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

NUKLEOTID – VSETA ENEGA PARA
1. Kolikšen odstotek nukleotidov z adeninom in timinom vsebuje molekula DNA skupaj, če je delež njenih nukleotidov s citozinom 26 % skupno število? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

2. V DNK je delež nukleotidov s citozinom 15 %. Določite skupni odstotek nukleotidov s timinom in adeninom, ki sestavljajo molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

VSETA ENEGA PARA – NUKLEOTID
1. Koliko odstotkov predstavljajo nukleotidi z adeninom v molekuli DNA, če predstavljajo nukleotidi z gvaninom in citozinom skupaj 18 %? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

2. V DNK je delež nukleotidov z gvaninom in citozinom 36 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo adenin in sestavljajo molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

3. V določeni molekuli DNK je delež nukleotidov z adeninom in timinom skupaj 26 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo gvanin in sestavljajo to molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

4. V določeni molekuli DNK je delež nukleotidov s citozinom in gvaninom skupaj 42 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo adenin in sestavljajo to molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

5. V določeni molekuli DNK je delež nukleotidov z adeninom in timinom skupaj 54 %. Določite odstotek nukleotidov, ki vsebujejo citozin in sestavljajo to molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

VSETA RAZLIČNIH PAROV
1. Delček molekule DNK vsebuje 10 % timina. Koliko adenina in gvanina je skupaj v tem fragmentu DNK? V odgovor zapiši le skupno količino adenina in gvanina.

4) delitev citoplazme

2. V DNK je delež nukleotidov s timinom 35 %. Določite skupni odstotek nukleotidov s citozinom in adeninom, ki sestavljajo molekulo. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

MATEMATIKA
Koliko nukleotidov, ki vsebujejo citozin, vsebuje molekula DNA, če je število nukleotidov, ki vsebujejo timin, 120, kar je 15% vseh? V svoj odgovor zapišite ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

V RNA je delež nukleotidov z uracilom in adeninom 10%. Določite odstotek nukleotidov s timinom, vključenih v komplementarno dvoverižno verigo DNK. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

Odsek DNA verige lambda bakteriofaga vsebuje 23 nukleotidov s timinom; koliko nukleotidov s citozinom je v tem odseku, če je njegova dolžina 100 nukleotidov? V odgovor zapiši samo število nukleotidov.

4) delitev citoplazme

Molekula mRNA vsebuje 200 nukleotidov z uracilom, kar je 10 % celotnega števila nukleotidov. Koliko nukleotidov (v %) vsebuje ena veriga molekule DNK z adeninom? V svoj odgovor zapišite ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

Delček molekule DNK vsebuje 60 nukleotidov. Od tega je 12 nukleotidov timin. Koliko gvaninskih nukleotidov je v tem fragmentu? V odgovoru zapišite samo številko.

4) delitev citoplazme

Odsek ene od dveh verig molekule DNA vsebuje 300 nukleotidov z adeninom (A), 100 nukleotidov s timinom (T), 150 nukleotidov z gvaninom (G) in 200 nukleotidov s citozinom (C). Koliko nukleotidov je v dveh verigah DNK? Odgovor zapišite kot številko.

4) delitev citoplazme

1. Koliko nukleotidov vsebuje fragment dvoverižne molekule DNK, ki vsebuje 14 nukleotidov z adeninom in 20 nukleotidov z gvaninom? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

2. Koliko nukleotidov vsebuje fragment dvoverižne molekule DNK, če vsebuje 16 nukleotidov s timinom in 16 nukleotidov s citozinom? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.

4) delitev citoplazme

1. Analizirajte tabelo. Izpolnite prazne celice tabele s pojmi in izrazi, podanimi na seznamu. Za vsako celico s črkami izberite ustrezen izraz s ponujenega seznama.
1) uracil
2) konstrukcija telesa ribosoma
3) prenos informacij o primarni strukturi proteina
4) rRNA

4) delitev citoplazme

2. Analizirajte tabelo. Za vsako celico s črkami izberite ustrezen izraz s ponujenega seznama.
1) rRNA
2) tvorba v kompleksu z beljakovinami ribosomskega telesa
3) shranjevanje in prenos dednih informacij
4) uracil
5) tRNA
6) aminokislina

8) sinteza mRNA

4) delitev citoplazme

3. Analizirajte tabelo "Vrste RNA". Za vsako celico, označeno s črko, izberite ustrezen izraz s ponujenega seznama.
1) mRNA
2) tRNA
3) komplementarna delu molekule DNA, ki nosi informacije o primarni strukturi enega proteina
4) vsebuje timin in deoksiribozo
5) sposoben replikacije
6) je del ribosomov, sodeluje pri sintezi beljakovin
7) je sestavljen iz dveh niti, ki se spiralno vrtita ena okoli druge

4) delitev citoplazme

4. Analizirajte tabelo "Zgradba in funkcije nukleinskih kislin." Za vsako celico, označeno s črko, izberite ustrezen izraz ali lastnost s ponujenega seznama.
1) dvojna vijačnica
2) monomer
3) sestoji iz aminokislin
4) beljakovine
5) mRNA
6) ATP
7) transport aminokislin

4) delitev citoplazme

Razmislite o risbi, ki prikazuje delček molekule biopolimera. Ugotovite (A), kaj služi kot njen monomer, (B) zaradi katerega procesa se poveča število teh molekul v celici, (C) kateri princip je osnova za njeno kopiranje. Za vsako črko izberite ustrezen izraz s ponujenega seznama.
1) komplementarnost
2) replikacija
3) nukleotid
4) denaturacija
5) ogljikovi hidrati
6) oddaja
7) prepisovanje

4) delitev citoplazme

Oglejte si risbo organske molekule in določite (A) razred organske snovi, (B) monomere snovi in ​​(C) funkcijo, ki jo opravlja snov. Za vsako celico, označeno s črko, izberite ustrezen izraz s ponujenega seznama.
1) prevoz
2) energija
3) beljakovine
4) nukleotidi
5) nukleinske kisline
6) monosaharidi
7) aminokisline
8) shranjevanje dednih informacij

4) delitev citoplazme

© D.V. Pozdnjakov, 2009-2019

Marsikoga je vedno zanimalo, zakaj se nekatere lastnosti, ki jih imajo starši, prenesejo na otroka (na primer barva oči, las, oblika obraza in druge). Znanost je dokazala, da je ta prenos lastnosti odvisen od genetskega materiala ali DNK.

Kaj je DNK?

Nukleotid

Kot rečeno, je osnovna strukturna enota deoksiribonukleinske kisline nukleotid. To je kompleksno izobraževanje. Sestava nukleotida DNA je naslednja.

V središču nukleotida je petkomponentni sladkor (v DNK, v nasprotju z RNK, ki vsebuje ribozo). Nanj je vezana dušikova baza, ki je 5 vrst: adenin, gvanin, timin, uracil in citozin. Poleg tega vsak nukleotid vsebuje tudi ostanek fosforne kisline.

DNK vsebuje samo tiste nukleotide, ki imajo navedene strukturne enote.

Vsi nukleotidi so razvrščeni v verigo in si sledijo. Združeni v trojčke (po tri nukleotide) tvorijo zaporedje, v katerem vsak trojček ustreza določeni aminokislini. Posledično se oblikuje veriga.

Med seboj se povezujejo zaradi vezi dušikovih baz. Glavna vez med nukleotidi vzporednih verig je vodik.

Nukleotidna zaporedja so osnova genov. Kršitev njihove strukture vodi do okvare sinteze beljakovin in manifestacije mutacij. DNK vsebuje iste gene, ki jih najdemo v skoraj vseh ljudeh in jih ločimo od drugih organizmov.

Modifikacija nukleotidov

V nekaterih primerih se za bolj stabilen prenos določene lastnosti uporablja modifikacija dušikove baze. Kemična sestava DNK se modificira z dodatkom metilne skupine (CH3). Takšna modifikacija (na enem nukleotidu) omogoča stabilizacijo izražanja genov in prenos lastnosti na hčerinske celice.

Takšno "izboljšanje" strukture molekule nikakor ne vpliva na povezovanje dušikovih baz.

Ta modifikacija se uporablja tudi za inaktivacijo kromosoma X. Posledično nastanejo Barrova telesa.

Z okrepljeno karcinogenezo analiza DNK kaže, da je bila nukleotidna veriga podvržena metilaciji na številnih bazah. V opravljenih opazovanjih je bilo ugotovljeno, da je vir mutacije običajno metilirani citozin. Običajno lahko pri tumorskem procesu demetilacija pomaga zaustaviti proces, vendar se ta reakcija zaradi kompleksnosti ne izvede.

struktura DNK

V strukturi molekule ločimo dve vrsti strukture. Prvi tip je linearno zaporedje, ki ga tvorijo nukleotidi. Za njihovo gradnjo veljajo določeni zakoni. Zapis nukleotidov na molekulo DNA se začne na 5' koncu in konča na 3' koncu. Druga veriga, ki se nahaja nasproti, je zgrajena na enak način, le da so molekule prostorsko nameščene ena nasproti druge, pri čemer je 5' konec ene verige nasproti 3' konca druge.

Sekundarna struktura DNK je vijačnica. Nastane zaradi prisotnosti vodikovih vezi med nukleotidi, ki se nahajajo drug nasproti drugega. Med komplementarnimi dušikovimi bazami nastane vodikova vez (npr. nasproti prve verige adenina je lahko samo timin, nasproti gvanina pa citozin ali uracil). Ta natančnost je posledica dejstva, da se gradnja druge verige pojavi na podlagi prve, zato obstaja natančna ujemanje med dušikovimi bazami.

Sinteza molekul

Kako nastane molekula DNK?

V ciklu njegovega nastajanja so tri stopnje:

• Odklop tokokrogov.
• Priključitev sintetizirajočih enot na eno od vezij.
• Zaključek druge verige po principu komplementarnosti.

Na stopnji molekularne separacije imajo glavno vlogo encimi - DNA giraza. Ti encimi so osredotočeni na uničevanje vodikovih vezi med verigami.

Ko se verigi ločita, nastopi glavni sintetizirajoči encim, DNA polimeraza. Njegovo pritrditev opazimo na mestu 5'. Nato se ta encim premakne proti 3' koncu in hkrati dodaja potrebne nukleotide z ustreznimi dušikovimi bazami. Ko doseže določeno mesto (terminator) na 3' koncu, se polimeraza odklopi od prvotne verige.

Po oblikovanju hčerinske verige se med bazami tvori vodikova vez, ki drži skupaj novonastalo molekulo DNK.

Kje lahko najdete to molekulo?

Če se poglobite v strukturo celic in tkiv, lahko vidite, da je DNK v glavnem vsebovan v tistem, kar je odgovorno za nastanek novih, hčerinskih celic ali njihovih klonov. Hkrati se tisto, kar je v njem, razdeli med novonastale celice enakomerno (tvorijo se kloni) ali po delih (ta pojav lahko pogosto opazimo med mejozo). Poškodba jedra povzroči motnje v tvorbi novih tkiv, kar vodi do mutacije.

Poleg tega je posebna vrsta dednega materiala v mitohondrijih. DNK v njih je nekoliko drugačna od tiste v jedru (mitohondrijska deoksiribonukleinska kislina je obročaste oblike in opravlja nekoliko drugačne funkcije).

Samo molekulo lahko izoliramo iz katere koli celice telesa (najpogosteje se za raziskave uporablja bris z notranje strani lica ali kri). Edini manjkajoči genetski material je v luščečem epiteliju in nekaterih krvnih celicah (eritrocitih).

Funkcije

Sestava molekule DNK določa njeno funkcijo prenosa informacij iz generacije v generacijo. To se zgodi zaradi sinteze določenih beljakovin, ki določajo manifestacijo ene ali druge genotipske (notranje) ali fenotipske (zunanje - na primer barva oči ali las) lastnosti.

Prenos informacij poteka z njegovo implementacijo iz genetske kode. Na podlagi informacij, šifriranih v genetski kodi, se proizvajajo specifične sporočilne, ribosomske in transportne RNA. Vsak od njih je odgovoren za določeno delovanje - messenger RNA se uporablja za sintezo beljakovin, ribosomska RNA sodeluje pri sestavljanju beljakovinskih molekul, transportna RNA pa tvori ustrezne beljakovine.

Vsaka okvara v njihovem delovanju ali sprememba strukture povzroči motnje v opravljeni funkciji in pojav atipičnih simptomov (mutacije).

DNK test očetovstva vam omogoča, da ugotovite prisotnost sorodnih značilnosti med ljudmi.

Genetski testi

Za kaj se danes lahko uporablja genetsko testiranje?

DNK testiranje se uporablja za ugotavljanje številnih dejavnikov ali sprememb v telesu.

Prvič, študija vam omogoča, da ugotovite prisotnost prirojenih, dednih bolezni. Takšne bolezni vključujejo Downov sindrom, avtizem in Marfanov sindrom.

DNK je mogoče pregledati tudi za določitev družinskih odnosov. Testiranje očetovstva se že dolgo pogosto uporablja v številnih, predvsem pravnih procesih. Ta študija predpisana pri ugotavljanju genetskega sorodstva med nezakonskimi otroki. Ta preizkus pogosto opravijo prosilci za dedovanje, ko se pojavijo vprašanja s strani oblasti.

Na svoj način kemijska struktura DNK ( deoksiribonukleinska kislina) je biopolimer, katerih monomeri so nukleotidi. To pomeni, DNK je polinukleotid. Poleg tega je molekula DNK običajno sestavljena iz dveh verig, ki sta druga glede na drugo zaviti vzdolž vijačnice (pogosto imenovane "vijačno zasukane") in povezani z vodikovimi vezmi.

Verige lahko zasukate tako na levo kot na desno (najpogosteje) stran.

Nekateri virusi imajo enoverižno DNA.

Vsak nukleotid DNA je sestavljen iz 1) dušikove baze, 2) deoksiriboze, 3) ostanka fosforne kisline.

Dvojna desnosučna vijačnica DNK

Sestava DNK vključuje naslednje: adenin, gvanin, timin in citozin. Adenin in gvanin sta purini, ter timin in citozin - k pirimidini. Včasih DNA vsebuje uracil, ki je običajno značilen za RNA, kjer nadomešča timin.

Dušikove baze ene verige molekule DNA so povezane z dušikovimi bazami druge strogo po principu komplementarnosti: adenin samo s timinom (med seboj tvorita dve vodikovi vezi) in gvanin samo s citozinom (tri vezi).

Dušikova baza v samem nukleotidu je povezana s prvim ogljikovim atomom ciklične oblike deoksiriboza, ki je pentoza (ogljikov hidrat s petimi ogljikovimi atomi). Vez je kovalentna, glikozidna (C-N). Za razliko od riboze deoksiriboza nima ene od svojih hidroksilnih skupin. Deoksiribozni obroč tvorijo štirje atomi ogljika in en atom kisika. Peti atom ogljika je zunaj obroča in je preko atoma kisika povezan z ostankom fosforne kisline. Tudi preko kisikovega atoma na tretji atom ogljika je vezan ostanek fosforne kisline sosednjega nukleotida.

Tako so v eni verigi DNK sosednji nukleotidi med seboj povezani kovalentne vezi med deoksiribozo in fosforno kislino (fosfodiesterska vez). Nastane fosfatno-deoksiribozno ogrodje. Pravokotno nanjo proti drugi verigi DNA so usmerjene dušikove baze, ki so z vodikovimi vezmi povezane z bazami druge verige.

Struktura DNK je takšna, da so hrbtenice verig, ki jih povezujejo vodikove vezi, usmerjene v različne smeri (pravijo »večsmerno«, »antiparalelno«). Na strani, kjer se ena konča s fosforno kislino, povezano s petim ogljikovim atomom deoksiriboze, se druga konča s "prostim" tretjim ogljikovim atomom. To pomeni, da je okostje ene verige obrnjeno na glavo glede na drugo. Tako se v strukturi verig DNA razlikujejo 5" konci in 3" konci.

Pri replikaciji (podvojitvi) DNA poteka sinteza novih verig vedno od njihovega 5. konca do tretjega, saj se novi nukleotidi lahko dodajajo samo na prosti tretji konec.

Konec koncev (posredno prek RNA) vsaki trije zaporedni nukleotidi v verigi DNA kodirajo eno beljakovinsko aminokislino.

Odkritje strukture molekule DNK se je zgodilo leta 1953 zahvaljujoč delu F. Cricka in D. Watsona (ki ga je olajšalo tudi zgodnje delo drugih znanstvenikov). Čeprav kako kemična snov DNK so poznali že v 19. stoletju. V 40. letih 20. stoletja je postalo jasno, da je DNK nosilec genetske informacije.

Dvojna vijačnica velja za sekundarno strukturo molekule DNA. V evkariontskih celicah se velika količina DNK nahaja v kromosomih, kjer je povezana z beljakovinami in drugimi snovmi, poleg tega pa je tudi bolj gosto zapakirana.