Ланцюжок ДНК утворюється за рахунок. Нуклеїнові кислоти. Дивовижні і незвичайні факти про ДНК

Справа найбільша спіраль ДНК людини, вибудувана з людей на пляжі у Варні (Болгарія), що увійшла до книги рекордів Гіннесса 23 квітня 2016 року

Дезоксирибонуклеїнова кислота. Загальні відомості

ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) - своєрідний креслення життя, складний код, в якому укладені дані про спадкової інформації. Ця складна макромолекула здатна зберігати і передавати спадкову генетичну інформацію з покоління в покоління. ДНК визначає такі властивості будь-якого живого організму як спадковість і мінливість. Закодована в ній інформація задає всю програму розвитку будь-якого живого організму. Генетично закладені фактори зумовлюють весь хід життя як людини, так і будь-якого ін. Організхма. Штучне або природне вплив зовнішнього середовища здатні лише в незначній мірі вплинути на загальну вираженість окремих генетичних ознак або позначитися на розвитку запрограмованих процесів.

Дезоксирибонуклеїнова кислота(ДНК) - макромолекула (одна з трьох основних, дві інші - РНК і білки), що забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку і функціонування живих організмів. ДНК містить інформацію про структуру різних видів РНК і білків.

У клітинах еукаріот (тварин, рослин і грибів) ДНК знаходиться в ядрі клітини в складі хромосом, а також в деяких клітинних органелах (мітохондріях і пластидах). У клітинах прокаріотів (бактерій і архей) кільцева або лінійна молекула ДНК, так званий нуклеоїд, прикріплена зсередини до клітинної мембрани. У них і у нижчих еукаріот (наприклад дріжджів) зустрічаються також невеликі автономні кільцеві молекули ДНК, так звані плазміди.

З хімічної точки зору ДНК - це довга полімерна молекула, що складається з послідовності блоків - нуклеотидів. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) і фосфатної групи. Зв'язки між нуклеотидами в ланцюжку утворюються за рахунок дезоксирибози ( З) І фосфатної ( Ф) Групи (фосфодіефірні зв'язку).

Мал. 2. Нуклертід складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) і фосфатної групи

У переважній більшості випадків (крім деяких вірусів, що містять одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК складається з двох ланцюжків, орієнтованих азотистими основами один проти одного. Ця дволанцюжкова молекула закручена по гвинтовий лінії.

У ДНК зустрічається чотири види азотистих основ (аденін, гуанін, тимін і цитозин). Азотисті основи одного з ланцюжків сполучені з азотистими основами іншого ланцюжка водневими зв'язкамизгідно з принципом комплементарності: аденін з'єднується тільки з тиміном ( А-Т), Гуанін - тільки з цитозином ( Г-Ц). Саме ці пари і складають «поперечини» гвинтовий "сходи" ДНК (див .: рис. 2, 3 і 4).

Мал. 2. Азотисті основи

Послідовність нуклеотидів дозволяє «кодувати» інформацію про різні типи РНК, найбільш важливими з яких є інформаційні, або матричні (мРНК), рибосомальні (рРНК) і транспортні (тРНК). Всі ці типи РНК синтезуються на матриці ДНК за рахунок копіювання послідовності ДНК в послідовність РНК, що синтезується в процесі транскрипції, і беруть участь в біосинтезі білків (процесі трансляції). Крім кодують послідовностей, ДНК клітин містить послідовності, що виконують регуляторні і структурні функції.

Мал. 3. Реплікація ДНК

Розташування базових комбінацій хімічних сполукДНК і кількісні співвідношення між цими комбінаціями забезпечують кодування спадкової інформації.

Освіта нової ДНК (реплікація)

1. Процес реплікації: розкручування подвійної спіралі ДНК - синтез комплементарних ланцюгів ДНК-полімеразою - утворення двох молекул ДНК з однієї.
2. Подвійна спіраль «розстібається» на дві гілки, коли ферменти руйнують зв'язок між базовими парами хімічних сполук.
3. Кожна гілка є елементом нової ДНК. Нові базові пари з'єднуються в тій же послідовності, що і в батьківської гілки.

По завершенні дуплікації утворюються дві самостійні спіралі, створені з хімічних сполук батьківської ДНК і мають з нею однаковий генетичний код. Таким шляхом ДНК здатна переривати інформацію від клітини до клітини.

Більш детальна інформація:

БУДОВА НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ

Мал. 4. Азотисті основи: аденін, гуанін, цитозин, тимін

Дезоксирибонуклеїнова кислота(ДНК) відноситься до нуклеїнових кислот. нуклеїнові кислоти - це клас нерегулярних біополімерів, мономерами яких є нуклеотиди.

нуклеотидівскладаються з азотистого підстави, Сполученого з пятиуглеродного углеводом (пентози) - дезоксирибозою(В разі ДНК) або рибозой(В разі РНК), який з'єднується з залишком фосфорної кислоти (H 2 PO 3 -).

азотисті основибувають двох типів: піримідинові підстави - урацил (тільки в РНК), цитозин і тимін, пуринові основи - аденін і гуанін.

Мал. 5. Структура нуклеотидів (зліва), розташування нуклеотиду в ДНК (знизу) і типи азотистих основ (праворуч): піримідинові і пуринові

Атоми вуглецю в молекулі пентози нумеруються числами від 1 до 5. Фосфат з'єднується з третім і п'ятим атомами вуглецю. Так нуклеінотіди з'єднуються в ланцюг нуклеїнової кислоти. Таким чином, ми можемо виділити 3 'і 5'-кінці ланцюга ДНК:

Мал. 6. Виділення 3 'і 5'-кінців ланцюга ДНК

Дві ланцюга ДНК утворюють подвійну спіраль. Ці ланцюги в спіралі зорієнтовані в протилежних напрямках. У різних ланцюгах ДНК азотисті основи з'єднані між собою за допомогою водневих зв'язків. Аденін завжди з'єднується з тиміном, а цитозин - з гуаніном. Це називається правилом комплементарності(Див. принцип комплементарності).

Правило комплементарності:

A-T G-C

Наприклад, якщо нам дана ланцюг ДНК, що має послідовність

3'ATGTCCTAGCTGCTCG - 5 ',

то друга їй ланцюг буде комплементарна і спрямована в протилежному напрямку - від 5'-кінця до 3'-кінця:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3 '.

Мал. 7. Спрямованість ланцюгів молекули ДНК і з'єднання азотистих основ за допомогою водневих зв'язків

реплікації ДНК

реплікація ДНК- це процес подвоєння молекули ДНК шляхом матричного синтезу. У більшості випадків природної реплікації ДНКпраймеромдля синтезу ДНК є короткий фрагмент (Створюваний заново). Такий рібонуклеотідний праймер створюється ферментом праймазой (ДНК-праймаза у прокаріотів, ДНК-полімераза у еукаріот), і згодом замінюється дезоксірібонуклеотідов полимеразой, яка виконує в нормі функції репарації (виправлення хімічних пошкоджень і розривів в молекле ДНК).

Реплікація відбувається по напівконсервативним механізму. Це означає, що подвійна спіраль ДНК розплітається і на кожній з її ланцюгів за принципом комплементарності добудовується нова ланцюг. Дочірня молекула ДНК, таким чином, містить в собі одну ланцюг від материнської молекули і одну знову синтезовану. Реплікація відбувається в напрямку від 3 'до 5' кінця материнської ланцюга.

Мал. 8. Реплікація (подвоєння) молекули ДНК

ДНК-синтез- це не такий складний процес, як може здатися на перший погляд. Якщо подумати, то для початку потрібно розібратися, що ж таке синтез. Це процес об'єднання чого-небудь в одне ціле. Утворення нової молекули ДНК проходить в кілька етапів:

1) ДНК-топоізомераза, розташовуючись перед виделкою реплікації, розрізає ДНК для того, щоб полегшити її розплітання і розкручування.
2) ДНК-ХЕЛІКАЗИ слідом за топоізомеразою впливає на процес «розплітання» спіралі ДНК.
3) ДНК-зв'язуючі білки здійснюють зв'язування ниток ДНК, а також проводять їх стабілізацію, не допускаючи їх прилипання один до одного.
4) ДНК-полімераза δ(Дельта) , Погоджено зі швидкістю руху реплікативної вилки, здійснює синтезпровідноюланцюгидочірньої ДНК в напрямку 5 "→ 3" на матриціматеринської нитки ДНК у напрямку від її 3 "-кінців до 5"-кінців (швидкість до 100 пар нуклеотидів в секунду). Цим події на даній материнськоїнитки ДНК обмежуються.

Мал. 9. Схематичне зображення процесу реплікації ДНК: (1) відстає ланцюг (запізніла нитка), (2) Провідна ланцюг (лідируюча нитка), (3) ДНК-полімераза α (Polα), (4) ДНК-лігаза, (5) РНК -праймер, (6) праймаза, (7) Фрагмент Окадзакі, (8) ДНК-полімераза δ (Polδ), (9) ХЕЛІКАЗИ, (10) однонітевую ДНК-зв'язуючі білки, (11) Топоізомераза.

Далі описано синтез відстає ланцюга дочірньої ДНК (див. схемурепликативной вилки і функції ферментів реплікації)

Найбільш наочно про реплікації ДНК см.

5) Безпосередньо відразу після розплітання і стабілізації інший нитки материнської молекули до неї приєднуєтьсяДНК-полімераза α(Альфа)і в напрямку 5 "→ 3" синтезує праймер (РНК-затравки) - послідовність РНК на матриці ДНК довжиною від 10 до 200 нуклеотидів. Після цього ферментвидаляється з нитки ДНК.

замість ДНК-полімеразиα до 3 "-кінців праймера приєднуєтьсяДНК-полімеразаε .

6) ДНК-полімеразаε (Епсилон) як би продовжує подовжувати праймер, але в якості субстрату вбудовуєдезоксирибонуклеотидів(В кількості 150-200 нуклеотидів). В результаті утворюється цілісна нитку з двох частин -РНК(Тобто праймер) та ДНК. ДНК-полімераза εпрацює до тих пір, поки не зустріне праймер попередньогофрагмента Окадзакі(Синтезований трохи раніше). Після цього даний фермент видаляється з ланцюга.

7) ДНК-полімераза β(Бета) постає замістьДНК-полімерази ε,рухається в тому ж напрямку (5 "→ 3") і видаляє рибонуклеотиди праймера, одночасно вставляють дезоксирибонуклеотидів на їх місце. Фермент працює доти, доки всі праймера, тобто поки на його шляху не встане дезоксірібонуклеотідов (ще більш раніше синтезованийДНК-полімеразою ε). Зв'язати результат своєї роботи і попереду стоїть ДНК фермент не в змозі, тому він сходить з ланцюга.

В результаті на матриці материнської нитки "лежить" фрагмент дочірньої ДНК. Він називаєтьсяфрагмент Окадзакі.

8) ДНК-лігаза виробляє зшивання двох сусідніх фрагментів Окадзакі , Тобто 5 "-кінців відрізка, синтезованогоДНК-полімеразою ε,і 3 "-кінців ланцюга, вбудованогоДНК-полімеразоюβ .

БУДОВА РНК

рибонуклеїнова кислота(РНК) - одна з трьох основних макромолекул (дві інші - ДНК і білки), які містяться в клітинах всіх живих організмів.

Так само, як ДНК, РНК складається з довгого ланцюга, в якій кожна ланка називається нуклеотидом. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи, цукру рибози і фосфатної групи. Однак на відміну від ДНК, РНК зазвичай має не два ланцюги, а одну. Пентоза в РНК представлена ​​рибозой, а не дезоксирибозою (у рибози присутня додаткова гідроксильна група на другому атомі вуглеводу). Нарешті, ДНК відрізняється від РНК за складом азотистих основ: замість тиміну ( Т) В РНК представлений урацил ( U) , Який також комплементарен аденіну.

Послідовність нуклеотидів дозволяє РНК кодувати генетичну інформацію. всі клітинні організмивикористовують РНК (мРНК) для програмування синтезу білків.

Клітинні РНК утворюються в ході процесу, званого транскрипцією , Тобто синтезу РНК на матриці ДНК, що здійснюється спеціальними ферментами - РНК-полімерази.

Потім матричні РНК (мРНК) беруть участь в процесі, званому трансляцією, тобто синтезу білка на матриці мРНК за участю рибосом. Інші РНК після транскрипції піддаються хімічним модифікаціям, і після утворення вторинної і третинної структур виконують функції, що залежать від типу РНК.

Мал. 10. Відмінність ДНК від РНК по азотистій підставі: замість тиміну (Т) в РНК представлений урацил (U), який також комплементарен аденіну.

ТРАНСКРИПЦІЯ

Це процес синтезу РНК на матриці ДНК. ДНК розкручується на одній з дільниць. На одній з ланцюгів міститься інформація, яку потрібно створити на молекулу РНК - цей ланцюг називається кодує. Друга ланцюг ДНК, комплементарна кодує, називається матричної. У процесі транскрипції на матричної ланцюга в напрямку 3 '- 5' (по ланцюгу ДНК) синтезується комплементарна їй ланцюг РНК. Таким чином, створюється РНК-копія кодує ланцюга.

Мал. 11. Схематичне зображення транскрипції

Наприклад, якщо нам дана послідовність кодує ланцюга

3'ATGTCCTAGCTGCTCG - 5 ',

то, за правилом комплементарності, матрична ланцюг буде нести послідовність

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3 ',

а синтезируемая з неї РНК - послідовність

ТРАНСЛЯЦІЯ

Розглянемо механізм синтезу білкана матриці РНК, а також генетичний код і його властивості. Також для наочності по нижче наведеної посиланням рекомендуємо подивитися невелике відео про процеси транскрипції і трансляції, що відбуваються в живій клітині:

Мал. 12. Процес синтезу білка: ДНК кодує РНК, РНК кодує білок

ГЕНЕТИЧНИЙ КОД

генетичний код - спосіб кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів. Кожна амінокислота кодується послідовністю із трьох нуклеотидів - кодоном або кодоном.

Генетичний код, загальний для більшості про- і еукаріот. У таблиці наведено всі 64 кодони і вказані відповідні амінокислоти. Порядок підстав - від 5 "до 3" кінця мРНК.

Таблиця 1. Стандартний генетичний код

1-е основа ня	2-е підставу								3-е основа ня
	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	Стоп-кодон **	U G A	Стоп-кодон **	A
	U U G		U C G		U A G	Стоп-кодон **	U G G	(Trp / W)	G
C	C U U		C C U	(Pro / P)	C A U	(His / 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

Серед триплетів є 4 спеціальних послідовності, що виконують функції «знаків пунктуації»:

• * Триплет AUG, Також кодує метіонін, називається старт-кодоном. З цього кодону починається синтез молекули білка. Таким чином, під час синтезу білка, першої амінокислотою в послідовності завжди буде метіонін.

• ** Триплети UAA, UAGі UGAназиваються стоп-кодонамиі не кодують жодної амінокислоти. На цих послідовностях синтез білка припиняється.

Властивості генетичного коду

1. Триплетність. Кожна амінокислота кодується послідовністю із трьох нуклеотидів - триплетом або кодоном.

2. Безперервність. Між триплету немає ніяких додаткових нуклеотидів, інформація зчитується безперервно.

3. Неперекриваемость. Один нуклеотид не може входити одночасно в два триплета.

4. Однозначність. Один кодон може кодувати тільки одну амінокислоту.

5. Виродженість. Одна амінокислота може кодуватися кількома різними кодонами.

6. Універсальність. Генетичний код однаковий для всіх живих організмів.

Приклад. Нам дана послідовність кодує ланцюга:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Матрична ланцюг буде мати послідовність:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Тепер «синтезуємо» з цього ланцюга інформаційну РНК:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Синтез білка йде в напрямку 5 '→ 3', отже, нам потрібно перевернути послідовність, щоб «прочитати» генетичний код:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Тепер знайдемо старт-кодон AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Розділимо послідовність на триплети:

звучить наступним чином: інформація з ДНК передається на РНК (транскрипція), з РНК - на білок (трансляція). ДНК також може подвоюватися шляхом реплікації, і також може бути процес зворотної транскрипції, коли по матриці РНК синтезується ДНК, але такий процес в основному характерний для вірусів.

Мал. 13. Центральна догма молекулярної біології

ГЕНОМ: гени і ХРОМОСОМИ

(Загальні поняття)

Геном - сукупність всіх генів організму; його повний хромосомний набір.

Термін "геном" був запропонований Г. Вінклер в 1920 р для опису сукупності генів, укладених в гаплоидном наборі хромосом організмів одного біологічного виду. Початковий сенс цього терміна вказував на те, що поняття генома на відміну від генотипу є генетичною характеристикою виду в цілому, а не окремої особини. З розвитком молекулярної генетики значення даного терміна змінилося. Відомо, що ДНК, яка є носієм генетичної інформаціїу більшості організмів і, отже, становить основу генома, включає в себе не тільки гени в сучасному розумінні цього слова. Велика частина ДНК еукаріотичних клітин представлена ​​некодуючими ( "надлишковими") послідовностями нуклеотидів, які не укладають в собі інформації про білках і нуклеїнових кислотах. Таким чином, основну частину генома будь-якого організму складає вся ДНК його гаплоидного набору хромосом.

Гени - це ділянки молекул ДНК, що кодують поліпептиди і молекули РНК

За останнє сторіччя наше уявлення про генах істотно змінилося. Раніше геном називали ділянку хромосоми, що кодує або визначає одна ознака або фенотипическое(Видиме) властивість, наприклад колір очей.

У 1940 р Джордж Бідл і Едвард Тейтем запропонували молекулярне визначення гена. Вчені обробляли суперечки гриба Neurospora crassaрентгенівським випромінюванням і іншими агентами, що викликають зміни в послідовності ДНК ( мутації), І виявили мутантні штами гриба, що втратили деякі специфічні ферменти, що в деяких випадках приводило до порушення цілого метаболічного шляху. Бідл і Тейтем прийшли до висновку, що ген - це ділянка генетичного матеріалу, який визначає чи кодує один фермент. Так з'явилася гіпотеза «Один ген - один фермент». Пізніше ця концепція була розширена до визначення «Один ген - один поліпептид», Оскільки багато гени кодують білки, які не є ферментами, а поліпептид може виявитися субодиницею складного білкового комплексу.

На рис. 14 показана схема того, як триплети нуклеотидів в ДНК визначають поліпептид - амінокислотну послідовність білка за посередництва мРНК. Одна з ланцюгів ДНК відіграє роль матриці для синтезу мРНК, нуклеотидні триплети (кодони) якої комплементарні триплетів ДНК. У деяких бактерій і багатьох еукаріот кодують послідовності перериваються некодуючими ділянками (так званими интронами).

Сучасне біохімічне визначення гена ще більш конкретно. Генами називаються всі ділянки ДНК, що кодують первинну послідовність кінцевих продуктів, до яких відносяться поліпептиди або РНК, що володіють структурної або каталітичної функцією.

Поряд з генами ДНК містить і інші послідовності, що виконують виключно регуляторну функцію. регуляторні послідовностіможуть позначати початок або кінець генів, впливати на транскрипцію або вказувати місце ініціації реплікації або рекомбінації. Деякі гени можуть експресуватися різними шляхами, При цьому один і той же ділянку ДНК служить матрицею для утворення різних продуктів.

Ми можемо приблизно розрахувати мінімальний розмір гена, Що кодує середній білок. Кожна амінокислота в поліпептидного ланцюга кодується послідовністю із трьох нуклеотидів; послідовності цих триплетів (кодонів) відповідають ланцюжку амінокислот в поліпептиди, який кодується даним геном. Поліпептидний ланцюг з 350 амінокислотних залишків (ланцюг середньої довжини) відповідає послідовності з 1050 п.н. ( пар нуклеотидів). Однак багато генів еукаріот і деякі гени прокаріотів перериваються сегментами ДНК, що не несуть інформації про білку, і тому виявляються значно довше, ніж показує простий розрахунок.

Скільки генів в одній хромосомі?

Мал. 15. Форма хромосом в прокарітіческой (зліва) і еукаріотичної Клек. Гістони (Histones) - великий клас ядерних білків, що виконують дві основні функції: вони беруть участь в упаковці ниток ДНК в ядрі і в епігенетичної регуляції таких ядерних процесів, як транскрипція, реплікація і репарація.

ДНК прокаріот влаштована простіше: їх клітини не мають ядра, тому ДНК знаходиться безпосередньо в цитоплазмі в формі нуклеоида.

Як відомо, бактеріальні клітини мають хромосому у вигляді нитки ДНК, покладеної в компактну структуру - нуклеоїд. хромосома прокаріоти Escherichia coli, Чий геном повністю розшифрований, являє собою кільцеву молекулу ДНК (насправді, це не правильне коло, а скоріше петля без початку і кінця), що складається з 4 639 675 пар основ У цій послідовності міститься приблизно 4300 генів білків і ще 157 генів стабільних молекул РНК. В геномі людиниприблизно 3,1 млрд пар нуклеотидів, відповідних майже 29 000 генів, розташованим на 24 різних хромосомах.

Прокаріоти (Бактерії).

бактерія E. coliмає одну двухцепочечную кільцеву молекулу ДНК. Вона складається з 4 639 675 пар основ і досягає в довжину приблизно 1,7 мм, що перевищує довжину самої клітини E. coliприблизно в 850 разів. Крім великої кільцевої хромосоми в складі нуклеоида багато бактерії містять одну або кілька маленьких кільцевих молекул ДНК, вільно розташовуються в цитоплазмі. Такі позахромосомних елементи називають плазмидами(Рис. 16).

Більшість плазмід складається всього з декількох тисяч пар нуклеотидів, деякі містять більше 10000 п. Н. Вони несуть генетичну інформацію і реплікуються з утворенням дочірніх плазмід, які потрапляють в дочірні клітини в процесі ділення батьківської клітини. Плазміди виявлені не тільки в бактеріях, але також в дріжджах і інших грибах. У багатьох випадках плазміди не дають ніяких переваг клітинам-господарям, і їх єдине завдання - незалежне відтворення. Однак деякі плазміди несуть корисні для господаря гени. Наприклад, що містяться в плазмидах гени можуть надавати клітинам бактерій стійкість до антибактеріальних агентів. Плазміди, що несуть ген β-лактамази, забезпечують стійкість до β-лактамних антибіотиків, таким як пеніцилін і амоксицилін. Плазміди можуть переходити від клітин, стійких до антибіотиків, до інших клітин того ж або іншого виду бактерій, в результаті чого ці клітини також стають резистентними. Інтенсивне застосування антибіотиків є потужним селективним фактором, що сприяє поширенню плазмід, що кодують стійкість до антибіотиків (а також транспозони, які кодують аналогічні гени) серед хвороботворних бактерій, і призводить до появи бактеріальних штамів зі стійкістю до кількох антибіотиків. Лікарі починають розуміти небезпеку широкого використання антибіотиків і призначають їх тільки в разі гострої необхідності. З аналогічних причин обмежується широке використання антибіотиків для лікування сільськогосподарських тварин.

Див. також: Равин Н.В., Шестаков С.В. Геном прокаріотів // вавіловской журнал генетики та селекції, 2013. Т. 17. № 4/2. С. 972-984.

Еукаріоти.

Таблиця 2. ДНК, гени і хромосоми деяких організмів

	Загальна ДНК, п.н.	Число хромосом *	Зразкове число генів
Escherichia coli(Бактерія)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(Дріжджі)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(Нематода)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(Рослина)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(Плодова мушка)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(Мал)	480 000 000		57 000
Mus musculus(Миша)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(людина)	3 070 128 600		29 000

Примітка.Інформація постійно оновлюється; для отримання більш свіжої інформації зверніться до сайтів, присвяченим окремим геномних проектам

* Для всіх еукаріот, крім дріжджів, наводиться диплоїдний набір хромосом. диплоїднийнабір хромосом (від грец. diploos- подвійний і eidos- вид) - подвійний набір хромосом(2n), кожна з яких має собі гомологичную.
** Гаплоїдний набір. Дикі штами дріжджів зазвичай мають вісім (октаплоідний) або більше наборів таких хромосом.
*** Для самок з двома Х хромосомами. У самців є Х хромосома, але немає Y, т. Е. Всього 11 хромосом.

У клітці дріжджів, одних із самих маленьких еукаріот, в 2,6 рази більше ДНК, ніж в клітці E. coli(Табл. 2). Клітини плодової мушки Drosophila, Класичного об'єкта генетичних досліджень, містять в 35 разів більше ДНК, а клітини людини - приблизно в 700 разів більше ДНК, ніж клітини E. coli.Багато рослин і амфібії містять ще більше ДНК. Генетичний матеріал клітин еукаріот організований у вигляді хромосом. Диплоїдний набір хромосом (2 n) Залежить від виду організму (табл. 2).

Наприклад, в соматичної клітцілюдини 46 хромосом ( Мал. 17). Кожна хромосома еукаріотичної клітини, як показано на рис. 17, а, Містить одну дуже велику двухспіральной молекулу ДНК. Двадцять чотири хромосоми людини (22 парні хромосоми і дві статеві хромосоми X і Y) розрізняються по довжині більш ніж в 25 разів. Кожна хромосома еукаріот містить певний набір генів.

Мал. 17. Хромосоми еукаріот.а- пара пов'язаних і конденсованих сестринських хроматид з хромосоми людини. У такій формі еукаріотичні хромосоми перебувають після реплікації і в метафазі в процесі мітозу. б- повний набір хромосом з лейкоцита одного з авторів книги. У кожній нормальній соматичної клітці людини міститься 46 хромосом.

Розмір і функція ДНК як матриці для зберігання і передачі спадкового матеріалу пояснюють наявність особливих структурних елементів в організації цієї молекули. У вищих організмів ДНК розподілена між хромосомами.

Сукупність ДНК (хромосом) організму називається геномом. Хромосоми знаходяться в клітинному ядрі і формують структуру, яка називається хроматином. Хроматин являє собою комплекс ДНК і основних білків (гістонів) в співвідношенні 1: 1. Довжину ДНК зазвичай вимірюють числом пар комплементарних нуклеотидів (п.н.). Наприклад, 3-тя хромосома чолостоліття є молекулою ДНК розміром 160 млн п.н .. Виділена лінеаризоване ДНК розміром 3 * 10 6 пар основ має довжину приблизно 1 мм, отже, лінеаризоване молекула 3-й хромосоми людини була б 5 мм в довжину, а ДНК всіх 23 хромосом (~ 3 * 10 9 пар основ, MR = 1,8 * 10 12) гаплоидной клітини - яйцеклітини або сперматозоїда - в лінеаризованому вигляді становила б 1 м. За винятком статевих клітин, всі клітини організму людини (їх близько 1013) містять подвійний набір хромосом. При клітинному розподілі всі 46 молекул ДНК реплицируются і знову організовуються в 46 хромосом.

Якщо з'єднати між собою молекули ДНК людського геному (22 хромосоми і хромосоми X і Y або Х і Х), вийде послідовність довжиною близько одного метра. Прим .: У всіх ссавців і інших організмів з гетерогаметним чоловічою статтю, у самок дві X-хромосоми (XX), а у самців - одна X-хромосома і одна Y-хромосома (XY).

Більшість клітин людини, тому загальна довжина ДНК таких клітин близько 2м. У дорослої людини приблизно 10 14 клітин, таким чином, загальна довжина всіх молекул ДНК становить 2 × 10 11 км. Для порівняння, окружність Землі - 4 х 10 4 км, а відстань від Землі до Сонця - 1,5 × 10 8 км. Ось як дивно компактно упакована ДНК в наших клітинах!

У клітинах еукаріот є й інші органели, що містять ДНК, - це мітохондрії і хлоропласти. Висувалося безліч гіпотез щодо походження ДНК мітохондрій і хлоропластів. Загальновизнана сьогодні точка зору полягає в тому, що вони являють собою рудименти хромосом древніх бактерій, які проникли в цитоплазму хазяйських клітин і стали попередниками цих органел. Мітохондріальна ДНК кодує мітохондріальні тРНК і рРНК, а також кілька мітохондріальних білків. Понад 95% мітохондріальних білків кодується ядерної ДНК.

БУДОВА ГЕНІВ

Розглянемо будову гена у прокаріотів і еукаріотів, їх подібності та відмінності. Незважаючи на те, що ген - це ділянка ДНК, що кодує всього один білок або РНК, крім безпосередньо кодує частини, він також включає в себе регуляторні та інші структурні елементи, що мають різну будову у прокаріотів і еукаріотів.

кодирующая послідовність- основна структурно-функціональна одиниця гена, саме в ній знаходяться триплети нуклеотидів, які кодуютьамінокислотну послідовність. Вона починається зі старт-кодону і закінчується стоп-кодоном.

До і після кодує знаходяться нетрансльовані 5'- і 3'-послідовності. Вони виконують регуляторні і допоміжні функції, наприклад, забезпечують посадку рибосоми на і-РНК.

Нетрансльовані і кодує послідовності составлют одиницю транскрипції - транскрібіруемих ділянку ДНК, тобто ділянка ДНК, з якого відбувається синтез і-РНК.

Термінатор- нетранскрібіруемий ділянку ДНК в кінці гена, на якому зупиняється синтез РНК.

На початку гена знаходиться регуляторна область, Що включає в себе промоторі оператор.

промотор- послідовність, з якою зв'язується полімераза в процесі ініціації транскрипції. оператор- це область, з якої можуть зв'язуватися спеціальні білки - репрессори, Які можуть зменшувати активність синтезу РНК з цього гена - інакше кажучи, зменшувати його експресію.

Будова генів у прокаріотів

Загальний план будови генів у прокаріотів і еукаріотів не відрізняється - і ті, і інші містять регуляторну область з промотором і оператором, одиницю транскрипції з кодує і нетрансльовані послідовностями і термінатор. Однак організація генів у прокаріотів і еукаріотів відрізняється.

Мал. 18. Схема будови гена у прокаріот (бактерій) -зображення збільшується

На початку і в кінці оперона є єдині регуляторні області для декількох структурних генів. З транскрібіруемих ділянки оперона зчитується одна молекула і-РНК, яка містить кілька кодують послідовностей, в кожній з яких є свій старт і стоп-кодон. З кожного з таких ділянок зінтезіруется один білок. Таким чином, з однієї молекули і-РНК синтезується кілька молекул білка.

Для прокаріотів характерно об'єднання декількох генів в єдину функціональну одиницю - оперон. Роботу оперона можуть регулювати інші гени, які можуть бути помітно віддалені від самого оперона - регулятори. Білок, що транслюється з цього гена називається репрессор. Він зв'язується з оператором Оперон, регулюючи експресію відразу всіх генів, в ньому містяться.

Для прокаріот також характерне явище сполучення транскрипції і трансляції.

Мал. 19 Явище сполучення транскрипції і трансляції у прокаріотів - зображення збільшується

Таке поєднання не зустрічається у еукаріот через наявність у них ядерної оболонки, яка відділяє цитоплазму, де відбувається трансляція, від генетичного матеріалу, на якому відбувається транскрипція. У прокаріотів під час синтезу РНК на матриці ДНК з синтезованої молекулою РНК може відразу зв'язуватися рибосома. Таким чином, трансляція починається ще до завершення транскрипції. Більш того, з одного молекулою РНК може одночасно зв'язуватися кілька рибосом, синтезуючи відразу кілька молекул одного білка.

Будова генів у еукаріот

Гени і хромосоми еукаріотів дуже складно організовані

У бактерій багатьох видів всього одна хромосома, і майже у всіх випадках в кожній хромосомі присутній по одній копії кожного гена. Лише деякі гени, наприклад гени рРНК, містяться в декількох копіях. Гени і регуляторні послідовності складають практично весь геном прокаріотів. Більш того, майже кожен ген строго відповідає амінокислотноїпослідовності (або послідовності РНК), яку він кодує (рис. 14).

Структурна і функціональна організація генів еукаріот набагато складніше. Дослідження хромосом еукаріот, а пізніше секвенування повних послідовностей геномів еукаріот принесло багато сюрпризів. Багато, якщо не більшість, генів еукаріот мають цікаву особливість: їх нуклеотидні послідовності містять один або кілька ділянок ДНК, в яких не кодується амінокислотна послідовність поліпептидного продукту. Такі нетрансльовані вставки порушують пряме відповідність між нуклеотидної послідовністю гена і амінокислотною послідовністю кодованого поліпептиду. Ці нетрансльовані сегменти в складі генів називають интронами, або вбудованими послідовностями, А кодують сегменти - екзонами. У прокаріот лише деякі гени містять інтрони.

Отже, у еукаріот практично не зустрічається об'єднання генів в Оперон, і кодує послідовність гена еукаріотів найчастіше розділена на трансльовані ділянки - екзони, І нетрансльовані ділянки - інтрони.

У більшості випадків функція интронов не встановлена. В цілому, лише близько 1,5% ДНК людини є «кодірующімі», т. Е. Несуть інформацію про білках або РНК. Однак з урахуванням великих интронов виходить, що ДНК людини на 30% складається з генів. Оскільки гени складають відносно невелику частку в геномі людини, значна частина ДНК залишається неврахованої.

Мал. 16. Схема будова гена у еукаріот - зображення збільшується

З кожного гена спочатку синтезується незріла, або пре-РНК, яка містить в собі як інтрони, так і Екзони.

Після цього проходить процес сплайсингу, в результаті якого Інтрони ділянки вирізають, і утворюється зріла іРНК, з якої може бути синтезований білок.

Мал. 20. Процес альтернативного сплайсингу - зображення збільшується

Така організація генів дозволяє, наприклад, здійснити, коли з одного гена можуть бути синтезовані різні форми білка, за рахунок того, що в процесі сплайсингу екзонів можуть зшивати в різних послідовностях.

Мал. 21. Відмінності в будові генів прокаріотів і еукаріотів - зображення збільшується

МУТАЦІЇ І МУТАГЕНЕЗ

мутацієюназивається стійке зміна генотипу, тобто зміна нуклеотидної послідовності.

Процес, який призводить до виникнення мутацій називається мутагенезу, А організм, всіклітини якого несуть одну і ту ж мутацію - мутантом.

мутаційна теоріябула вперше сформульована Гуго де Фріз у 1903 році. Сучасний її варіант включає в себе наступні положення:

1. Мутації виникають раптово, стрибкоподібно.

2. Мутації передаються з покоління в покоління.

3. Мутації можуть бути корисними, шкідливими або нейтральними, домінантними або рецесивними.

4. Ймовірність виявлення мутацій залежить від числа досліджених особин.

5. Подібні мутації можуть виникати повторно.

6. Мутації не направлення.

Мутації можуть виникати під дією різних факторів. Розрізняють мутації, що виникли під дією мутагенних впливів: Фізичних (наприклад, ультрафіолету або радіації), хімічних (наприклад, колхіцину або активних форм кисню) і біологічних (наприклад, вірусів). Також мутації можуть бути викликані помилками реплікації.

Залежно від умов появи мутації поділяють на спонтанні- тобто мутації, що виникли в нормальних умовах, і індуковані- тобто мутації, які виникли при особливих умовах.

Мутації можуть виникати не тільки в ядерній ДНК, але і, наприклад, в ДНК мітохондрій або пластид. Відповідно, ми можемо виділяти ядерніі цитоплазматическиемутації.

В результаті виникнення мутацій часто можуть з'являтися нові аллели. Якщо мутантний аллель пригнічує дію нормального, мутація називається домінантною. Якщо нормальний аллель пригнічує мутантний, така мутація називається рецессивной. Більшість мутацій, що призводять до виникнення нових алелей є рецесивними.

За ефектом виділяють мутації адаптивні, Що призводять до підвищення пристосованості організму до середовища, нейтральні, Які не впливають на виживаність, шкідливі, Що знижують пристосованість організмів до умов середовища і летальні, Що призводять до смерті організму на ранніх стадіях розвитку.

За наслідками виділяються мутації, що призводять до втрати функції білка, Мутації, що призводять до виникненню у білка нової функції, А також мутації, які змінюють дозу гена, І, відповідно, дозу білка синтезованого з нього.

Мутація може виникнути до будь-якій клітині організму. Якщо мутація виникає в статевій клітині, вона називається гермінативної(Гермінальних, або генеративної). Такі мутації не проявляються у того організму, у якого вони з'явилися, але призводять до появи мутантів в потомстві і передаються у спадок, тому вони важливі для генетики і еволюції. Якщо мутація виникає в будь-який інший клітці, вона називається соматичної. Така мутація може в тій чи іншій мірі виявлятися у того організму, у якого вона виникла, наприклад, приводити до утворення ракових пухлин. Однак така мутація не передається у спадок і не впливає на нащадків.

Мутації можуть зачіпати різні за розміром ділянки геному. виділяють генні, хромосомніі геномнімутації.

генні мутації

Мутації, які виникають в масштабі меншому, ніж один ген, називаються генними, або точковими (точковим). Такі мутації призводять до зміни одного і декількох нуклеотидів в послідовності. Серед генних мутацій виділяютьзаміни, Що призводять до заміни одного нуклеотиду на інший,делеции, Що призводять до випадання одного з нуклеотидів,инсерции, Що призводять до додавання зайвого нуклеотиду в послідовність.

Мал. 23. Генні (точкові) мутації

По механізму впливу на білок, генні мутації ділять на:синонімічні, Які (в результаті вирожденність генетичного коду) не призводять до зміни амінокислотного складубілкового продукту,міссенс-мутації, Які призводять до заміни однієї амінокислоти на іншу і можуть впливати на структуру синтезованого білка, хоча часто вони виявляються незначними,нонсенс-мутації, Що призводять до заміни кодує кодону на стоп-кодон,мутації, що призводять до порушення сплайсингу:

Мал. 24. Схеми мутацій

Також за механізмом впливу на білок виділяють мутації, що призводять до зрушенню рамки зчитування, Наприклад, инсерции і делеції. Такі мутації, як і нонсенс-мутації, хоч і виникають в одній точці гена, часто впливають на всю структуру білка, що може привести до повної зміни його структури., Коли ділянка хромосоми повертається на 180 градусів, Мал. 28. Транслокация

Мал. 29. Хромосома до і після дуплікації

геномні мутації

нарешті, геномні мутаціїзачіпають весь геном цілком, тобто змінюється кількість хромосом. Виділяють полиплоидии - збільшення плоїдності клітини, і анеуплоїдії, тобто зміна кількості хромосом, наприклад, трисомії (наявність в однієї з хромосом додаткового гомолога) і моносомии (відсутність у хромосоми гомолога).

Відео по темі ДНК

Реплікації ДНК, КОДИРОВАНИЕ РНК, СИНТЕЗ БІЛКА

(Якщо не можна відобразити воно є по

Молекула ДНК складається з двох ниток, що утворюють подвійну спіраль. Вперше її структура була розшифрована Френсісом Криком і Джеймсом Уотсоном в 1953 році.

Спочатку молекула ДНК, що складається з пари нуклеотидних, закручених один навколо одного ланцюжків, породжувала питання про те, чому саме таку форму вона має. Вчені назвали цей феномен комплементарностью, що означає, що в її нитках один навпроти одного можуть перебувати виключно певні нуклеотиди. Наприклад, навпаки тиміну завжди варто аденін, а навпаки цитозину - гуанін. Ці нуклеотиди молекули ДНК і називаються комплементарними.

Схематично це зображується так:

Т - А

Ц - Г

Дані пари утворюють хімічну нуклеотидную зв'язок, яка визначає порядок розстановки амінокислот. У першому випадку вона трохи слабше. Зв'язок між Ц і Г міцніша. Некомплементарни нуклеотиди між собою пари не утворюють.

Про будову

Отже, будова молекули ДНК особливе. Таку форму вона має неспроста: справа в тому, що кількість нуклеотидів дуже велике, і для розміщення довгих ланцюжків необхідно багато місця. Саме з цієї причини ланцюжках притаманне спіральне закручування. Це явище названо спирализация, воно дозволяє ниткам зменшуватися десь в п'ять-шість разів.

Деякі молекули такого плану організм використовує дуже активно, інші - рідко. Останні, крім спирализации, піддаються ще й такий «компактній упаковці», як суперспіралізації. І тоді довжина молекули ДНК зменшується в 25-30 разів.

Що таке «упаковка» молекули?

В процесі суперспіралізації задіюються гістонові білки. Вони мають структуру і вид котушки для ниток або стрижня. На них і намотуються спіраль нитки, які стають відразу «компактно упакованими» і займають мало місця. Коли виникає необхідність використання тієї чи іншої нитки, вона змотується з котушки, наприклад, гістонові білка, і спіраль розкручується в дві паралельні ланцюжки. Коли молекула ДНК перебуває саме в такому стані, з неї можна зчитувати необхідні генетичні дані. Однак є одна умова. Отримання інформації можливо, тільки якщо структура молекули ДНК має розкручений вид. Хромосоми, доступні для зчитування, називаються еухроматин, а якщо вони суперсіпіралізовани, то це вже гетерохроматином.

нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти, як і білки, є биополимерами. Головна функція - це зберігання, реалізація та передача спадкової (генетичної інформації). Вони бувають двох типів: ДНК і РНК (дезоксирибонуклеїнової і РНК). Мономерами в них виступають нуклеотиди, кожен з яких має в своєму складі залишок фосфорної кислоти, п'ятивуглецевий цукор (дезоксирибоза / рибоза) і азотна основа. У ДНК код входить 4 види нуклеотидів - аденін (А) / гуанін (Г) / цитозин (Ц) / тимін (Т). Вони відрізняються по міститься в їх складі азотистій підставі.

У молекулі ДНК кількість нуклеотидів може бути величезним - від декількох тисяч до десятків і сотень мільйонів. Розглянути такі гігантські молекули можна через електронний мікроскоп. У цьому випадку вдасться побачити подвійну ланцюг з полінуклеотидних ниток, які з'єднані між собою водневими зв'язками азотистих основ нуклеотидів.

дослідження

В ході досліджень вчені виявили, що види молекул ДНК у різних живих організмів відрізняються. Також було встановлено, що гуанін одного ланцюга може зв'язуватися тільки з цитозином, а тимін - з аденін. Розташування нуклеотидів одного ланцюга строго відповідає паралельній. Завдяки такій комплементарності полинуклеотидов молекула ДНК здатна до подвоєння і самовідтворення. Але спочатку комплементарні ланцюга під впливом спеціальних ферментів, що руйнують парні нуклеотиди, розходяться, а потім в кожній з них починається синтез якої бракує ланцюга. Це відбувається за рахунок наявних у великій кількості в кожній клітині вільних нуклеотидів. В результаті цього замість «материнської молекули» формуються дві «дочірні», ідентичні за складом і структурі, і ДНК-код стає вихідним. Даний процес є попередником клітинного ділення. Він забезпечує передачу всіх спадкових даних від материнських клітин дочірнім, а також всім наступним поколінням.

Як читається генний код?

Сьогодні обчислюється не тільки маса молекули ДНК - можна дізнатися і більш складні, раніше не доступні вченим дані. Наприклад, можна прочитати інформацію про те, як організм використовує власну клітку. Звичайно, спочатку відомості ці знаходяться в закодованому вигляді та мають вигляд якоїсь матриці, а тому її необхідно транспортувати на спеціальний носій, яким виступає РНК. Рибонуклеїнової кислоти під силу проникати в клітку через мембрану ядра і вже всередині зчитувати закодовану інформацію. Таким чином, РНК - це переносник прихованих даних з ядра в клітку, і відрізняється вона від ДНК тим, що в її склад замість дезоксирибози входить рибоза, а замість тиміну - урацил. Крім того, РНК одноцепочной.

синтез РНК

Глибокий аналіз ДНК показав, що після того як РНК покидає ядро, вона потрапляє в цитоплазму, де і може бути вбудована як матриця в рибосоми (спеціальні ферментні системи). Керуючись отриманою інформацією, вони можуть синтезувати відповідну послідовність білкових амінокислот. Про те, яку саме різновид органічної сполукинеобхідно приєднати до формується білкової ланцюга, рибосома дізнається з триплетного коду. Кожній амінокислоті відповідає свій певний триплет, який її і кодує.

Після того як формування ланцюжка завершено, вона набуває конкретну просторову форму і перетворюється в білок, здатний здійснювати свої гормональні, будівельні, ферментні та інші функції. Для будь-якого організму він є генним продуктом. Саме з нього визначаються різноманітні якості, властивості і прояви генів.

гени

В першу чергу процеси секвенування розроблялися з метою отримання інформації про те, скільки генів має структура молекули ДНК. І, хоча дослідження дозволили вченим далеко просунутися в цьому питанні, дізнатися точну їх кількість поки що не представляється можливим.

Ще кілька років тому передбачалося, що молекули ДНК містять приблизно 100 тис. Генів. Трохи згодом цифра зменшилася до 80 тисяч, а в 1998 р генетиками було заявлено, що в одній ДНК присутня тільки 50 тисяч генів, які є всього лише 3% всієї довжини ДНК. Але вразили останні укладення генетиків. Тепер вони стверджують, що в геном входить 25-40 тисяч згаданих одиниць. Виходить, що за кодування білків відповідає тільки 1,5% хромосомної ДНК.

На цьому дослідження не припинилися. Паралельна команда фахівців генної інженерії встановила, що чисельність генів в одній молекулі становить саме 32 тисячі. Як бачите, отримати остаточну відповідь поки що неможливо. Занадто багато протиріч. Всі дослідники спираються тільки на свої отримані результати.

Чи було еволюціонування?

Незважаючи на те що немає ніяких доказів еволюції молекули (так як будова молекули ДНК крихке і має малий розмір), все ж вченими було висловлено одне припущення. Виходячи з лабораторних даних, вони озвучили версію такого змісту: молекула на початковому етапі своєї появи мала вигляд простого самовоспроизводящегося пептиду, до складу якого входило до 32 амінокислот, що містяться в древніх океанах.

Після самореплікаціі, завдяки силам природного відбору, у молекул з'явилася здатність захищати себе від впливу зовнішніх елементів. Вони стали довше жити і відтворюватися в великих кількостях. Молекули, що знайшли себе в ліпідному міхурі, отримали всі шанси для самовідтворення. В результаті низки послідовних циклів ліпідні бульбашки придбали форму клітинних мембран, а вже далі - всім відомих частинок. Слід зазначити, що сьогодні будь-яку ділянку молекули ДНК являє собою складну і чітко функціонуючу структуру, всі особливості якої вченими до кінця ще не вивчені.

Сучасний світ

Нещодавно вчені з Ізраїлю розробили комп'ютер, якому під силу виконувати трильйони операцій в секунду. Сьогодні це найшвидша машина на Землі. Весь секрет полягає в тому, що інноваційний пристрій функціонує від ДНК. Професори кажуть, що в найближчій перспективі такі комп'ютери зможуть навіть виробляти енергію.

Фахівці з інституту Вейцмана в Реховоті (Ізраїль) рік тому заявили про створення програмованої молекулярної обчислювальної машини, що складається з молекул і ферментів. Ними вони замінили мікрочіпи з кремнію. До теперішнього часу команда ще просунулася вперед. Тепер забезпечити комп'ютер необхідними даними і надати потрібну паливо може всього одна молекула ДНК.

Біохімічні «нанокомп'ютер» - це не вигадка, вони вже існують в природі і проявлені в кожній живій істоті. Але найчастіше вони не справляються людьми. Людина поки що не може оперувати геном якого-небудь рослини, щоб розрахувати, скажімо, число «Пі».

Ідея про використання ДНК для зберігання / обробки даних вперше відвідала світлі голови вчених в 1994 році. Саме тоді для вирішення простий математичної задачі була задіяна молекула. З того моменту ряд дослідницьких груп запропонував різні проекти, що стосуються ДНК-комп'ютерів. Але тут всі спроби ґрунтувалися лише на енергетичній молекулі. Неозброєним оком такий комп'ютер не побачиш, він має вигляд прозорого розчину води, що знаходиться в пробірці. У ньому немає ніяких механічних деталей, а тільки трильйони біомолекулярних пристроїв - і це тільки в одній краплі рідини!

ДНК людини

Який вид у ДНК людини, людям стало відомо в 1953 році, коли вчені вперше змогли продемонструвати світу двухцепочная модель ДНК. За це Кірк і Уотсон отримали Нобелівську премію, так як дане відкриттястало фундаментальним в 20 столітті.

Згодом, звичайно, довели, що не тільки так, як в запропонованому варіанті, може виглядати структурована молекула людини. Провівши більш детальний аналіз ДНК, відкрили А-, В- і левозакрученной форму Z-. Форма А- часто є винятком, так як утворюється тільки в тому випадку, якщо спостерігається недостатність вологи. Але це можливо хіба що при лабораторних дослідженнях, для природного середовища це аномально, в живій клітині такий процес відбуватиметься не може.

Форма В- є класичною і відома як подвійна правозакрученная ланцюг, а ось форма Z- не тільки закручена в зворотному напрямку, вліво, але також має більш зигзагоподібний вигляд. Вченими виділено ще і форма G-квадруплекс. В її структурі не 2, а 4 нитки. На думку генетиків, виникає така форма на тих ділянках, де є надмірна кількість гуаніну.

штучна ДНК

Сьогодні вже існує штучна ДНК, що є ідентичною копією справжньої; вона ідеально повторює структуру природного подвійної спіралі. Але, на відміну від первозданного полинуклеотида, в штучному - всього два додаткових нуклеотиду.

Так як дубляж створювався на основі інформації, отриманої в ході різних досліджень справжньою ДНК, то він також може копіюватися, самовідтворюватися і еволюціонувати. Над створенням такої штучної молекули фахівці працювали близько 20 років. В результаті вийшло дивний винахід, яке може користуватися генетичним кодом так само, як і природна ДНК.

До чотирьох наявних азотистих підстав генетики додали додаткові два, які створили методом хімічної модифікації природних підстав. На відміну від природного, штучна ДНК вийшла досить короткою. Вона містить тільки 81 пару підстав. Проте вона також розмножується і еволюціонує.

Реплікація молекули, отриманої штучним шляхом, має місце завдяки полімеразної ланцюгової реакції, але поки що це відбувається не самостійно, а через втручання вчених. У згадану ДНК вони самостійно додають необхідні ферменти, поміщаючи її в спеціально підготовлену рідку середу.

Кінцевий результат

На процес і кінцевий результат розвитку ДНК можуть впливати різні чинники, наприклад мутації. Це обумовлює обов'язкове вивчення зразків матерії, щоб результат аналізів був достовірним і надійним. Як приклад можна привести тест на батьківство. Але не може не радувати, що такі казуси, як мутація, зустрічаються рідко. Проте зразки матерії завжди перевіряють, щоб на основі аналізу отримати більш точну інформацію.

ДНК рослин

Завдяки високим технологіям секвенування (HTS) здійснена революція і в області геноміки - виділення ДНК з рослин також можливо. Звичайно, отримання з рослинного матеріалу молекулярної маси ДНК високої якості викликає деякі труднощі, обумовлені великим числомкопій мітохондрій і хлоропластів ДНК, а також високим рівнемполісахаридів і фенольних сполук. Для виділення розглянутої нами структури в цьому випадку задіюються найрізноманітніші методи.

Водневий зв'язок в ДНК

За водневу зв'язок в молекулі ДНК відповідає електромагнітне тяжіння, створюване між позитивно зарядженим атомом водню, який приєднаний до електронегативного атома. Дане дипольномувзаємодія не підпадає під критерій хімічного зв'язку. Але вона може здійснитися міжмолекулярної або в різних частинах молекули, т. Е. Внутрішньомолекулярними.

Атом водню приєднується до електронегативного атома, що є донором цих питань. Електронегативним атомом може бути азот, фтор, кисень. Він - шляхом децентралізації - привертає до себе електронну хмару з водневого ядра і робить атом водню зарядженим (частково) позитивно. Так як розмір Н маленький, в порівнянні з іншими молекулами і атомами, заряд виходить також малим.

розшифровка ДНК

Перш ніж розшифрувати молекулу ДНК, вчені спочатку беруть величезна кількість клітин. Для найбільш точної і успішної роботиїх необхідно близько мільйона. Отримані в процесі вивчення результати постійно порівнюють і фіксують. Сьогодні розшифровка генома - це вже не рідкість, а доступна процедура.

Звичайно, розшифровувати геном однієї клітини - це недоцільне заняття. Отримані в ході таких досліджень дані для вчених не уявляють жодного інтересу. Але важливо розуміти, що всі існуючі на даний момент методи декодування, незважаючи на їх складність, недостатньо ефективні. Вони дозволять зчитувати тільки 40-70% ДНК.

Однак гарвардські професори недавно заявили про спосіб, завдяки якому можна розшифрувати 90% генома. Методика заснована на додаванні до виділених клітин молекул-праймерів, за допомогою них і починається реплікація ДНК. Але навіть і цей метод не можна вважати успішним, його ще потрібно доопрацювати, перш ніж відкрито використовувати в науці.

Дезоксирибонуклеїнова кислота- полімер, складається з нуклеотидів.

нуклеотидДНК складається з

• азотистого підстави (в ДНК 4 типи: аденін, тимін, цитозин, гуанін)
• моносахара дезоксирибози
• фосфорної кислоти

Нуклеотиди з'єднуються між собою міцної ковалентного зв'язком через цукор одного нуклеотиду і фосфорну кислоту іншого. виходить полинуклеотидная ланцюг.

Дві полінуклеотидні ланцюга з'єднуються один з одним слабкими водневими зв'язками між азотистими підставами за правилом комплементарності: Навпроти аденіну завжди варто тимін, навпаки цитозину - гуанін (вони підходять один одному за формою і кількістю водневих зв'язків - між А і Т дві зв'язку, між Ц і Г - 3). Виходить подвійний ланцюг ДНК, вона скручується в подвійну спіраль.

функція ДНК

ДНК входить до складу хромосом, зберігає спадкову інформацію (про ознаки організму, про первинну структуру білків).

ДНК здатна до Самоудвоение (реплікації, редуплікації).Самоудвоение відбувається в інтерфазі перед поділом. Після подвоєння кожна хромосома складається з двох хроматид, які під час майбутнього ділення перетворяться в дочірні хромосоми. Завдяки Самоудвоение кожна з майбутніх дочірніх клітин отримає однакову спадкову інформацію.

Відмінності РНК від ДНК за будовою

• рибоза замість дезоксирибози
• немає тиміну, замість нього урацил
• одноцепочечная

види РНК

• інформаційна (матрична) РНК
  • переносить інформацію про будову білка з ядра (від ДНК) в цитоплазму (до рибосоми);
  • найменше в клітці;
• транспортна РНК
  • переносить амінокислоти до рибосоми;
  • найменша, має форму листа конюшини;
• рибосомная РНК
  • входить до складу рибосом;
  • найбільша за розмірами і кількістю

Завдання на правило комплементарності

Тимина в ДНК стільки ж, скільки аденіну, решта (до 100%) припадає на цитозин і гуанін, їх теж порівну. Наприклад: якщо гуаніну 15%, значить цитозину теж 15%, разом 30%, значить, на аденін і тимін доводиться 100-30 = 70%, отже аденіну 70/2 = 35% і тиміну теж 35%

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Завдяки якому процесу в ході мітозу утворюються дочірні клітини з набором хромосом, рівним материнському
1) утворення хроматид
2) спирализации хромосом
3) розчинення ядерної оболонки
4) розподілу цитоплазми

відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Зв'язок, що виникає між азотистими підставами двох комплементарних ланцюгів ДНК
1) іонна
2) пептидная
3) воднева
4) ковалентний полярна

відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. До біологічних полімерів відносять молекулу
1) рибози
2) глюкози
3) амінокислоти

відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. З'єднання двох ланцюгів в молекулі ДНК відбувається за рахунок
1) гідрофобних взаємодій нуклеотидів
2) пептидних зв'язків між азотистими підставами
3) взаємодій комплементарних азотистих основ
4) іонних взаємодій нуклеотидів

відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Копією одного або групи генів, що несуть інформацію про структуру білків, що виконують одну функцію, є молекула

2) тРНК
3) АТФ
4) іРНК

відповідь

Виберіть три вірних відповіді з шести і запишіть цифри, під якими вони вказані. Виберіть особливості будови молекули ДНК.
1) одноцепочной молекула
2) містить ураціловий нуклеотид
3) двуцепочная молекула
4) спиралевидная молекула
5) містить рибозу
6) ланцюга утримуються водневими зв'язками

відповідь

ДНК КРІМ
1. Всі перераховані нижче ознаки, крім двох, використовуються для опису зображеної на малюнку молекули органічної речовини. Визначте дві ознаки, «випадають» із загального списку, і запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) виконує ферментативну функцію
2) зберігає і передає спадкову інформацію
3) складається з двох нуклеотидних ланцюгів
4) в комплексі з білками утворює хромосоми
5) бере участь у процесі трансляції

відповідь

ДНК ПОДВОЄННЯ
Встановіть, в якій послідовності відбувається процес реплікації ДНК. Запишіть відповідну послідовність цифр.
1) утворення двох молекул ДНК з однієї
2) приєднання до кожної ланцюга ДНК комплементарних нуклеотидів
3) вплив ферменту ДНК-полімерази на нуклеотиди
4) розкручування молекули ДНК

відповідь

ДНК - РНК
1. Установіть відповідність між характеристикою і нуклеїнової кислотою: 1) ДНК, 2) РНК. Запишіть цифри 1 і 2 в порядку, відповідному буквах.
А) транспортує активовані молекули амінокислот до місця синтезу білка
Б) є складовою частиноюрибосом
В) не здатна до реплікації
Г) в прокариотических клітинах представлена ​​у вигляді кільцевої молекули
Д) є головним хранителем генетичної інформації клітини
Е) містить азотисті основи - тимін

відповідь

2. Установіть відповідність між характеристикою і нуклеїнової кислотою: 1) ДНК, 2) РНК. Запишіть цифри 1 і 2 в порядку, відповідному буквах.
А) складається з однієї полінуклеотидних ланцюга
Б) містить вуглевод дезоксирибозу
В) складається з двох полінуклеотидних антипаралельних ланцюгів
Г) здатна до реплікації
Д) містить вуглевод рибозу
Е) містить азотистих основ урацил

відповідь

ДНК - тРНК
Установіть відповідність між характеристикою молекули нуклеїнової кислоти і її видом: 1) тРНК, 2) ДНК. Запишіть цифри 1 і 2 в правильному порядку.
А) складається з однієї полінукліотідной ланцюга
Б) транспортує амінокислоту до рибосоми
В) складається з 70-80 залишків нуклеотидів
Г) зберігає спадкову інформацію
Д) здатна до реплікації
Е) являє собою спіраль

відповідь

ДНК - іРНК ВІДЗНАКИ
Виберіть три варіанти. Чим молекула ДНК відрізняється від молекули іРНК?
1) здатна самоудваіваться
2) не може самоудваіваться
3) бере участь у реакціях матричного типу
4) не може служити матрицею для синтезу інших молекул
5) складається з двох полінуклеотидних ниток, закручених в спіраль
6) є складовою частиною хромосом

відповідь

РНК КРІМ
1. Всі перераховані нижче ознаки, крім двох, можна використовувати для опису молекули РНК. Визначте дві ознаки, «випадають» із загального списку, і запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених в спіраль
2) складається з однієї полинуклеотидной неспіралізованной ланцюга
3) передає спадкову інформацію з ядра до рибосоми
4) має найбільші розміри з нуклеїнових кислот
5) складається з нуклеотидів АУГЦ

відповідь

2. Всі перераховані нижче ознаки, крім двох, можна використовувати для опису молекули РНК. Визначте дві ознаки, «випадають» із загального списку, і запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) містить азотистих основ тимін
2) переносить інформацію до місця синтезу білка
3) в комплексі з білками будує тіло рибосоми
4) здатна утворювати хімічний зв'язокз амінокислотами
5) не здатна утворювати вторинну структуру

відповідь

іРНК КРІМ
Всі перераховані нижче ознаки, крім двох, можна використовувати для опису молекули іРНК. Визначте дві ознаки, «випадають» із загального списку, і запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) синтезується на ДНК
2) транспортує амінокислоти
3) входить до складу рибосом
4) відсутні комплементарні ділянки
5) одноцепочной молекула

відповідь

іРНК - тРНК
Установіть відповідність між ознакою нуклеїнової кислоти і її видом: 1) і-РНК, 2) т-РНК. Запишіть цифри 1 і 2 в порядку, відповідному буквах.
А) має форму листа конюшини
Б) доставляє амінокислоти до рибосоми
В) має найменші розміри з нуклеїнових кислот
Г) служить матрицею для синтезу білків
Д) передає спадкову інформацію з ядра до рибосоми

відповідь

іРНК - рРНК - тРНК
Установіть відповідність між характеристиками і органічними речовинами клітини: 1) іРНК, 2) тРНК, 3) рРНК. Запишіть цифри 1-3 в порядку, відповідному буквах.
А) доставляє амінокислоти для трансляції
Б) містить інформацію про первинну структуру поліпептиду
В) входить до складу рибосом
Г) служить матрицею для трансляції
Д) активізує амінокислоту

відповідь

тРНК МАЛЮНОК
Всі перераховані нижче ознаки, крім двох, використовуються для опису зображеної на малюнку схеми будови молекули органічної речовини. Визначте дві ознаки, «випадають» із загального списку, і запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) має антикодон
2) здійснює денатурацію
3) транспортує амінокислоти
4) виконує ферментативну функцію
5) складається з нуклеотидів

відповідь

НУКЛ.КІСЛОТИ ФУНКЦІЇ
Всі наведені нижче ознаки, крім двох, можна використовувати для опису функцій нуклеїнових кислот в клітині. Визначте дві ознаки, «випадають» із загального списку, і запишіть в таблицю цифри, під якими вони вказані.
1) здійснюють гомеостаз
2) переносять спадкову інформацію від ядра до рибосоми
3) беруть участь в біосинтезі білка
4) входять до складу клітинної мембрани
5) транспортують амінокислоти

відповідь

Нуклеотидів з ІНШИЙ ПАРИ
1. У ДНК на частку нуклеотидів з тиміном припадає 23%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з гуаніном, що входять до складу молекули. У відповіді запишіть відповідне число.

відповідь

2. У ДНК на частку нуклеотидів з цитозином припадає 13%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з аденін, що входять до складу молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

3. У ДНК на частку нуклеотидів з аденін доводиться 18%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з цитозином, що входять до складу молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

4. У ДНК на частку нуклеотидів з тиміном припадає 36%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з гуаніном, що входять до складу молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

5. У ДНК на частку нуклеотидів з тиміном припадає 28%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з гуаніном, що входять до складу молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

Нуклеотидів з ЦІЄЇ Ж ПАРИ
1. Фрагмент молекули ДНК містить 15% аденіну. Скільки тиміну в цьому фрагменті ДНК? У відповідь запишіть тільки число (кількість відсотків тиміну).

відповідь

2. В деякій молекулі ДНК на частку нуклеотидів з гуаніном припадає 28%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з цитозином, що входять до складу цієї молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

3. В деякій молекулі ДНК на частку нуклеотидів з аденін припадає 37%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з тиміном, що входять до складу цієї молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

Нуклеотидів - СУМА ОДНІЄЇ ПАРИ
1. Яке процентний вміст нуклеотидів з аденін і тиміном в сумі містить молекула ДНК, якщо частка її нуклеотидів з цитозином становить 26% від загального числа? У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

2. У ДНК на частку нуклеотидів з цитозином доводиться 15%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з тиміном і аденін в сумі, що входять до складу молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

СУМА ОДНІЄЇ ПАРИ - нуклеотиди
1. Який відсоток становлять нуклеотиди з аденін в молекулі ДНК, якщо нуклеотиди з гуаніном і цитозином разом складають 18%? У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

2. У ДНК на частку нуклеотидів з гуаніном і цитозином припадає 36%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з аденін, що входять до складу молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

3. В деякій молекулі ДНК на частку нуклеотидів з аденін і тиміном в сумі припадає 26%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з гуаніном, що входять до складу цієї молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

4. В деякій молекулі ДНК на частку нуклеотидів з цитозином і гуаніном в сумі припадає 42%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з аденін, що входять до складу цієї молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

5. В деякій молекулі ДНК на частку нуклеотидів з аденін і тиміном в сумі припадає 54%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з цитозином, що входять до складу цієї молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

СУМА РІЗНИХ ПАР
1. Фрагмент молекули ДНК містить 10% тиміну. Скільки аденіну і гуаніну в сумі в цьому фрагменті ДНК? У відповідь запишіть тільки кількість аденіну і гуаніну в сумі.

відповідь

2. У ДНК на частку нуклеотидів з тиміном припадає 35%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з цитозином і аденін в сумі, що входять до складу молекули. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

МАТЕМАТІКААА
Скільки нуклеотидів з цитозином містить молекула ДНК, якщо кількість нуклеотидів з тиміном 120, що становить 15% від загального числа? У відповіді запишіть відповідне число.

відповідь

У РНК на частку нуклеотидів з урацілом і аденін доводиться по 10%. Визначте процентний вміст нуклеотидів з тиміном входять до складу комплементарної, двуспиральной ланцюга ДНК. У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

Ділянка ланцюжка ДНК бактеріофага лямбда містить 23 нуклеотиду з тиміном, скільки нуклеотидів з цитозином в цій ділянці, якщо його протяжність 100 нуклеотидів? У відповідь запишіть тільки кількість нуклеотидів.

відповідь

У молекулі і-РНК міститься 200 нуклеотидів з урацілом, що становить 10% від загального числа нуклеотидів. Скільки нуклеотидів (в%) з аденін містить одна з ланцюгів молекули ДНК? У відповіді запишіть відповідне число.

відповідь

Фрагмент молекули ДНК містить 60 нуклеотидів. З них 12 нуклеотидів припадає на тимін. Скільки гуанінових нуклеотидів міститься в цьому фрагменті? У відповіді запишіть тільки число.

відповідь

Ділянка однієї з двох ланцюгів молекули ДНК містить 300 нуклеотидів з аденін (А), 100 нуклеотидів з тиміном (Т), 150 нуклеотидів з гуаніном (Г) і 200 нуклеотидів з цитозином (Ц). Скільки нуклеотидів міститься в двох ланцюгах ДНК? Відповідь запишіть у вигляді числа.

відповідь

1. Скільки нуклеотидів включає фрагмент двуцепочечной молекули ДНК, що містить 14 нуклеотидів з аденін і 20 нуклеотидів з гуаніном? У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

2. Скільки нуклеотидів включає в себе фрагмент двуцепочечной молекули ДНК, якщо в ньому міститься 16 нуклеотидів з тиміном і 16 нуклеотидів з цитозином? У відповіді запишіть тільки відповідне число.

відповідь

1. Проаналізуйте таблицю. Наповніть порожні клітинки таблиці, використовуючи поняття і терміни, наведені та списку. Для кожного осередку, позначеної буквами, виберіть відповідний термін із запропонованого списку.
1) урацил
2) побудова тіла рибосоми
3) перенесення інформації про первинну структуру білка
4) рРНК

відповідь

2. Проаналізуйте таблицю. Для кожного осередку, позначеної буквами, виберіть відповідний термін із запропонованого списку.
1) рРНК
2) освіту в комплексі з білками тіла рибосоми
3) зберігання і передача спадкової інформації
4) урацил
5) тРНК
6) амінокислота

8) синтез іРНК

відповідь

3. Проаналізуйте таблицю «Види РНК». Для кожного осередку, позначеної буквою, виберіть відповідний термін з наведеного списку.
1) мРНК
2) тРНК
3) комплементарна ділянці молекули ДНК, що несе інформацію про первинну структуру одного білка
4) містить тимін і дезоксирибози
5) здатна до реплікації
6) входить до складу рибосом, бере участь в синтезі білка
7) складається з двох ниток, спірально обвиває один одного

відповідь

4. Проаналізуйте таблицю «Будова і функції нуклеїнових кислот». Для кожного осередку, позначеної буквою, виберіть відповідний термін або характеристику із запропонованого списку.
1) подвійна спіраль
2) мономер
3) складається з амінокислот
4) білок
5) іРНК
6) АТФ
7) транспорт амінокислот

відповідь

Розгляньте малюнок із зображенням фрагмента молекули биополимера. Визначте, (А) що служить її мономером, (Б) в результаті якого процесу збільшується число цих молекул в клітині, (В) який принцип лежить в основі її копіювання. Для кожної літери виберіть відповідний термін із запропонованого списку.
1) комплементарність
2) реплікація
3) нуклеотид
4) денатурація
5) вуглевод
6) трансляція
7) транскрипція

відповідь

Розгляньте малюнок із зображенням молекули органічної речовини і визначте (А) клас органічної речовини, (Б) мономери цієї речовини і (В) функцію, виконувану цією речовиною. Для кожного осередку, позначеної буквою, виберіть відповідний термін із запропонованого списку.
1) транспортна
2) енергетична
3) білки
4) нуклеотиди
5) нуклеїнові кислоти
6) моносахариди
7) амінокислоти
8) зберігання спадкової інформації

відповідь

© Д.В.Поздняков, 2009-2019

Багатьох людей завжди цікавило, чому деякі ознаки, наявні у батьків, передаються дитині (наприклад, колір очей, волосся, форма обличчя і інші). Наукою було доведено, що дана передача ознаки залежить від генетичного матеріалу, або ДНК.

Що таке ДНК?

нуклеотид

Як було сказано, основною структурною одиницею дезоксирибонуклеїнової кислоти є нуклеотид. Це складне утворення. Склад нуклеотиду ДНК наступний.

По центру нуклеотиду знаходиться п'ятикомпонентної цукор (в ДНК на відміну від РНК, в якій міститься рибоза). До нього приєднується азотистих основ, яких виділяють 5 типів: аденін, гуанін, тимін, урацил і цитозин. Крім того, кожен нуклеотид має в своєму складі і залишок фосфорної кислоти.

До складу ДНК входять тільки ті нуклеотиди, які мають зазначені структурні одиниці.

Все нуклеотиди розташовані у вигляді ланцюга і слідують один за одним. Групуючись по триплетів (по три нуклеотиду), вони утворюють послідовність, в якій кожен триплет відповідає певній амінокислоті. В результаті утворюється ланцюг.

Вони об'єднуються між собою за рахунок зв'язків азотистих основ. Основна зв'язок між нуклеотидами паралельних ланцюгів - воднева.

Нуклеотидні послідовності є основою генів. Порушення в їх структурі веде до збою в синтезі білків і прояву мутацій. До складу ДНК входять однакові гени, що визначаються практично у всіх людей і які відрізняють їх від інших організмів.

модифікація нуклеотиду

У деяких випадках для більш стабільної передачі тієї чи іншої ознаки використовується модифікування азотистого підстави. Хімічний складДНК змінюється за рахунок приєднання метильної групи (СН3). Подібна модифікація (на одному нуклеотиде) дозволяє стабілізувати генну експресію і передачу ознак дочірнім клітинам.

Подібне "покращення" структури молекули жодним чином не позначається на об'єднанні азотистих основ.

Дана модифікація використовується і при інактивації Х-хромосоми. В результаті цього утворюються тільця Барра.

При посиленому канцерогенезі аналіз ДНК показує, що ланцюжок нуклеотидів була схильна до метилированию на багатьох підставах. У проведених спостереженнях було помічено, що джерелом мутації зазвичай служить метильований цитозин. Зазвичай при пухлинному процесі деметилювання може сприяти зупинці процесу, але за рахунок своєї складності дана реакція не проводиться.

структура ДНК

В будові молекули виділяють два типи структури. Перший тип - лінійна послідовність, утворена нуклеотидами. Їх побудова підпорядковується деяким законам. Запис нуклеотидів на молекулі ДНК починається з 5'-кінця і закінчується 3'-кінцем. Друга ланцюг, розташована навпроти, будується таким же чином, тільки в просторовому відношенні молекули знаходяться одна навпроти іншої, причому 5'-кінець одного ланцюга розташований навпроти 3'-кінця другої.

Вторинна структура ДНК - спіраль. Обумовлюється наявністю водневих зв'язків між розташованими один навпроти одного нуклеотидами. Воднева зв'язок утворюється між комплементарними азотистими підставами (наприклад, навпроти аденіну першої ланцюга може перебувати тільки тимін, а навпаки гуаніну - цитозин або урацил). Подібна точність обумовлена ​​тим, що побудова другого ланцюга відбувається на основі першої, тому між азотистими підставами спостерігається точну відповідність.

синтез молекули

Яким же чином утворюється молекула ДНК?

У циклі її освіти виділяють три стадії:

• Роз'єднання ланцюгів.
• Приєднання синтезують одиниць до однієї з ланцюгів.
• Добудовування другого ланцюга за принципом комплементарності.

На стадії роз'єднання молекули основну роль відіграють ферменти - ДНК-гірази. Дані ферменти орієнтовані на руйнування водневих зв'язків між ланцюгами.

Після розбіжності ланцюгів в справу вступає основний синтезує фермент - ДНК-полімераза. Її приєднання спостерігається на ділянці 5 '. Далі даний фермент рухається в сторону 3'-кінця, попутно приєднуючи необхідні нуклеотиди з відповідними азотистими підставами. Дійшовши до певної ділянки (термінатора) на 3'-кінці, полімераза від'єднується від вихідної ланцюга.

Після того як утворилася дочірня ланцюг, між підставами утворюється воднева зв'язок, яка і скріплює новостворену молекулу ДНК.

Де можна знайти дану молекулу?

Якщо заглибитися в будову клітин і тканин, то можна побачити, що ДНК в основному міститься в відповідає за утворення нових, дочірніх, клітин або їх клонів. При цьому знаходиться в ньому, розділяється між новоствореними клітинами рівномірно (утворюються клони) або по частинах (часто можна спостерігати таке явище при мейозі). Поразка ядра тягне за собою порушення утворення нових тканин, що призводить до мутації.

Крім того, особливий тип спадкового матеріалу міститься в мітохондріях. У них ДНК дещо відрізняється від такої в ядрі (мітохондріальна дезоксирибонуклеїнової кислоти має кільцеподібної форми і виконує дещо інші функції).

Сама молекула може виділятися з будь-яких клітин організму (для дослідження найчастіше використовують мазок з внутрішньої сторони щоки або кров). Відсутня генетичний матеріал тільки в отшелушивающим епітелієм і деяких клітинах крові (еритроцитах).

функції

Склад молекули ДНК зумовлює виконання нею функції передачі інформації з покоління в покоління. Це відбувається за рахунок синтезу певних білків, які обумовлюють прояв того чи іншого генотипического (внутрішнього) або фенотипова (зовнішнього - наприклад, колір очей або волосся) ознаки.

Передача інформації здійснюється за рахунок реалізації її з генетичного коду. На підставі відомостей, зашифрованих в генетичному коді, відбувається вироблення специфічних інформаційних, рибосомних і транспортних РНК. Кожна з них відповідає за певну дію - інформаційна РНК використовується для синтезу білків, рибосомальная бере участь в складанні білкових молекул, а транспортна утворює відповідні білки.

Будь-який збій в їх роботі або зміну структури призводять до порушення виконуваної функції і появи нетипових ознак (мутацій).

ДНК-тест на батьківство дозволяє визначити наявність родинних ознак між людьми.

генетичні тести

Для чого в даний час може використовуватися дослідження генетичного матеріалу?

Аналіз ДНК використовується для визначення багатьох факторів або змін в організмі.

В першу чергу дослідження дозволяє визначити наявність вроджених, що передаються у спадок захворювань. До таких хвороб можна віднести синдром Дауна, аутизм, синдром Марфана.

Для визначення родинних зв'язків також можна досліджувати ДНК. Тест на батьківство вже давно набув широкого поширення в багатьох, в першу чергу юридичних, процесах. Дане дослідження призначають при визначенні генетичного споріднення між позашлюбними дітьми. Часто цей тест здають претенденти на спадщину при виникненні питань з боку органів влади.

По своєму хімічною будовоюДНК ( дезоксирибонуклеїнова кислота) є биополимером, Мономерами якого є нуклеотиди. Тобто ДНК - це полинуклеотид. Причому молекула ДНК зазвичай складається з двох ланцюгів, закручених один щодо одного по гвинтовий лінії (часто говорять «спірально закручених») і з'єднаних між собою водневими зв'язками.

Ланцюжки можуть бути закручені як в ліву, так і в праву (найчастіше) сторону.

У деяких вірусів ДНК складається з одного ланцюга.

Кожен нуклеотид ДНК складається з 1) азотистої основи, 2) дезоксирибози, 3) залишку фосфорної кислоти.

Подвійна правозакрученная спіраль ДНК

До складу ДНК входять наступні: аденін, гуанін, тиміні цитозин. Аденін і гуанін відносяться до пуринів, А тимін і цитозин - до піримідиніл. Іноді до складу ДНК входить урацил, який зазвичай характерний для РНК, де заміщає тимін.

Азотисті основи одного ланцюга молекули ДНК з'єднуються з азотистими основами іншого строго за принципом комплементарності: аденін тільки з тиміном (утворюють між собою дві водневі зв'язку), а гуанін тільки з цитозином (три зв'язку).

Азотистих основ в самому нуклеотиде пов'язане з першим атомом вуглецю циклічної форми дезоксирибози, Яка є пентози (углеводом з п'ятьма атомами вуглецю). Зв'язок є ковалентним, гликозидной (C-N). На відміну від араб у дезоксирибози відсутня одна з гідроксильних груп. Кільце дезоксирибози формують чотири атома вуглецю і один атом кисню. П'ятий атом вуглецю знаходиться поза кільця і ​​з'єднаний через атом кисню з залишком фосфорної кислоти. Також через атом кисню у третього атома вуглецю приєднується залишок фосфорної кислоти сусіднього нуклеотиду.

Таким чином, в одного ланцюга ДНК сусідні нуклеотиди пов'язані між собою ковалентними зв'язкамиміж дезоксирибозою і фосфорною кислотою (фосфодіефірная зв'язок). Утворюється фосфат-дезоксірібозний остов. Перпендикулярно йому, назустріч іншій ланцюжку ДНК, спрямовані азотисті основи, які з'єднуються з підставами другого ланцюжка водневими зв'язками.

Будова ДНК таке, що остови з'єднаних водневими зв'язками ланцюжків спрямовані в різні боки (кажуть «різноспрямовані», «антіпараллельни»). З того боку, де одна закінчується фосфорною кислотою, з'єднаної з п'ятим атомом вуглецю дезоксирибози, інша закінчується «вільним» третім атомом вуглецю. Тобто остов одного ланцюжка перевернуть як би з ніг на голову щодо іншої. Таким чином, в будові ланцюжків ДНК розрізняють 5 "-кінців і 3"-кінців.

При реплікації (подвоєння) ДНК синтез нових ланцюжків завжди йде від їх 5-го кінця до третього, так як нові нуклеотиди можуть приєднуватися тільки до вільного третього кінця.

В кінцевому підсумку (опосередковано через РНК) кожні йдуть підряд три нуклеотиду в ланцюзі ДНК кодують одну амінокислоту білка.

Відкриття будови молекули ДНК відбулося в 1953 році завдяки роботам Ф. Крику і Д. Уотсона (чого також сприяли ранні роботи інших учених). Хоча як хімічна речовина ДНК було відомо ще в XIX столітті. У 40-х роках XX століття стало ясно, що саме ДНК є носієм генетичної інформації.

Подвійна спіраль вважається вторинною структурою молекули ДНК. У клітинах еукаріот переважна кількість ДНК знаходиться в хромосомах, де пов'язана з білками і іншими речовинами, а також піддається більш щільною упаковці.