Skim struktur nukleotida DNA dan RNA. Struktur dan peranan biologi nukleotida, asid nukleik

Komposisi nukleotida, i.e. set dan nisbah komponen nukleotida berfungsi sebagai ciri asid nukleik yang sangat penting. Salah satu cara utama untuk menentukan komposisi asid nukleik adalah berdasarkan kajian produk pembelahan hidrolitiknya. Oleh kerana ikatan internukleotida dalam polinukleotida adalah ikatan ester, rantai polinukleotida mampu menghidrolisis dalam kedua-dua persekitaran berasid dan beralkali.

Hidrolisis kimia DNA hampir tidak pernah digunakan kerana komplikasi yang disebabkan oleh proses sampingan. Hidrolisis enzimatik DNA di bawah tindakan nuklease adalah lebih disukai. Biasanya, racun ular digunakan untuk tujuan ini, yang mengandungi enzim yang membelah ikatan ester dengan asid fosforik (phosphodiesterases dan phosphomonoesterases). Nuklease adalah khusus untuk jenis asid nukleik; mereka dibahagikan kepada ribonucleases dan deoxyribonucleases.

Pengasingan dan pengenalpastian komponen asid nukleik dijalankan menggunakan kaedah fizikokimia. Kaedah kromatografi memainkan peranan yang sangat penting dalam mengasingkan campuran kompleks. Bes pirimidin dan purin, yang disebabkan oleh sifat aromatiknya mempunyai penyerapan yang ketara sekitar 260 nm, biasanya dikenal pasti menggunakan spektroskopi UV. Oleh kerana nukleotida bersifat berasid dan boleh berada dalam keadaan terion, elektroforesis juga digunakan untuk mengenal pastinya.

Bersama-sama dengan menentukan komposisi nukleotida, tugas yang paling penting adalah untuk mewujudkan urutan nukleotida, i.e. susunan selang seli unit nukleotida. Pendekatan umum adalah dengan menggunakan kaedah blok: pertama, rantai polinukleotida dibahagikan secara arah kepada blok yang lebih kecil - oligomer, dan urutan nukleotida di dalamnya ditentukan. Analisis ini diulang dua kali, menggunakan agen belahan kali kedua yang membahagikan sasaran kepada serpihan di tempat yang berbeza berbanding dengan kali pertama. Rantai polinukleotida terbahagi kepada serpihan yang agak pendek. Oligonukleotida yang lebih panjang masih sukar untuk dikaji.

Struktur utama asid nukleik ditentukan oleh sifat dan jujukan unit nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan ester antara kumpulan pentosa dan fosfat (Rajah 13).

nasi. 13. Struktur utama bahagian rantai asid nukleik

Molekul DNA mengandungi bilangan sisa nukleotida yang jauh lebih besar daripada molekul RNA. Berat molekul DNA adalah kira-kira 10 juta; DNA tidak larut dalam keadaan selular. Panjang molekul DNA manusia adalah lebih kurang 3 - 5 cm; molekul RNA jauh lebih pendek - kurang daripada 0.01 cm.

Struktur sekunder asid nukleik. Mengikut struktur sekunder, rantai polinukleotida DNA ialah heliks berganda di mana asas purin dan pirimidin diarahkan ke dalam. Antara asas purin satu rantai dan asas pirimidin rantai lain terdapat ikatan hidrogen yang menstabilkan struktur ini. Bes yang membentuk pasangan yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen dipanggil saling melengkapi. Dalam DNA, yang berikut akan menjadi pelengkap: adenine - timin, membentuk dua ikatan hidrogen antara mereka, dan guanin - sitosin, disambungkan oleh tiga ikatan hidrogen (Rajah 14). Ini bermakna bahawa asas purin adenine dan guanina pada satu rantai akan sepadan dengan asas pirimidin timin dan sitosin pada rantai yang lain. Rantai polinukleotida yang membentuk heliks berganda tidak sama, tetapi saling melengkapi.

nasi. 14. Ikatan hidrogen dalam pasangan asas guanin - sitosin (a), adenin - timin (b)

Makromolekul DNA disambungkan antara satu sama lain secara berpasangan menggunakan ikatan hidrogen dalam bentuk heliks berganda diameter tetap (Rajah 15). Sisa asas nukleik diarahkan ke dalam heliks, diameternya lebih kurang 2 nm.

Terdapat 10 pasangan asas setiap pusingan heliks. Untuk memastikan kestabilan terbesar struktur ini, harus ada sebanyak mungkin ikatan hidrogen. Hanya apabila syarat ini dipenuhi barulah ketekalan yang terbukti secara eksperimen bagi jumlah saiz kumpulan sisi dan ketekalan diameter heliks berganda sepanjang keseluruhan panjangnya dipastikan. Prinsip saling melengkapi terletak pada syarat bersama bagi urutan pautan dalam kedua-dua rantai.

Pelengkap rantai dan urutan pautan membentuk asas kimia bagi fungsi asid nukleik yang paling penting: DNA ialah penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan, dan RNA terlibat secara langsung dalam biosintesis protein. Berat molekul DNA berbeza dari beberapa juta hingga puluhan bilion, untuk RNA - dari puluhan ribu hingga beberapa juta.

Pelengkap asas mendasari undang-undang yang dirumuskan oleh E. Chargaff, yang mengawal komposisi nukleotida DNA pelbagai asal usul.

Peraturan Chargaff:

1) bilangan bes purin adalah sama dengan bilangan bes pirimidin, i.e. (A+G)=(C+T).

2) Jumlah adenine adalah sama dengan jumlah timin (A=T); begitu juga, jumlah guanina adalah sama dengan jumlah sitosin (G=C).

3) Bilangan bes yang mengandungi kumpulan amino dalam kedudukan 4 pirimidin dan kedudukan 6 nukleus purin adalah sama dengan bilangan bes yang mengandungi kumpulan oxo dalam kedudukan yang sama. Ini bermakna A+C=G+T.

Untuk RNA, peraturan Chargaff sama ada tidak dipenuhi atau dipenuhi dengan beberapa anggaran. Ini disebabkan fakta bahawa RNA mengandungi banyak asas kecil.

Membandingkan makromolekul DNA dengan tangga lingkaran menunjukkan kiralitinya. Sesungguhnya, DNA semulajadi mempunyai aktiviti optik. Pada masa yang sama, campuran nukleotida yang membentuk DNA, serta rantai polinukleotik yang tidak teratur, secara optikal tidak aktif. Ini menunjukkan bahawa aktiviti optik DNA semula jadi adalah berkaitan dengan kiraliti struktur sekundernya.

Rangka kerja heliks dibentuk dengan berselang seli sisa karbohidrat dan fosfat. Persekitaran akueus di sekeliling bersentuhan dengan bahagian hidrofilik heliks, tetapi bahagian dalam heliks (tapak) tidak bersentuhan dengan air.

Molekul DNA, tidak seperti molekul RNA, dalam kebanyakan kes terdiri daripada dua rantai saling saling melengkapi. Bergantung pada panjang belokan dan sudut heliks, serta beberapa parameter geometrinya yang lain, lebih daripada sepuluh struktur DNA heliks tersusun berbeza dibezakan. Dalam penstabilan struktur ini, bersama-sama dengan ikatan hidrogen yang bertindak merentasi heliks, interaksi antara molekul yang diarahkan sepanjang heliks antara bes nitrogen yang rapat secara spasial berjiran memainkan peranan penting. Oleh kerana interaksi ini diarahkan sepanjang timbunan asas nitrogen molekul DNA, ia dipanggil interaksi susun. Oleh itu, interaksi bes nitrogen antara satu sama lain mengikat heliks berganda molekul DNA di sepanjang dan merentasi paksinya.

Interaksi susun yang kuat sentiasa mengukuhkan ikatan hidrogen antara tapak, menggalakkan pemadatan heliks. Akibatnya, molekul air dari larutan di sekeliling mengikat terutamanya kepada tulang belakang pentosa fosfat DNA, kumpulan kutub yang terletak di permukaan heliks. Apabila interaksi susun menjadi lemah, molekul air, menembusi di dalam heliks, berinteraksi secara kompetitif dengan kumpulan kutub asas, memulakan ketidakstabilan dan menyumbang kepada perpecahan seterusnya heliks berganda. Semua ini menunjukkan dinamik struktur sekunder DNA di bawah pengaruh komponen penyelesaian sekeliling. Heliks berganda adalah ciri kebanyakan molekul DNA. Walau bagaimanapun, DNA boleh mengambil bentuk lain. Sesetengah virus mengandungi DNA untai tunggal, dan bentuk bulat juga ditemui.

nasi. 16. Struktur sekunder molekul RNA

Struktur tertier asid nukleik. Heliks berganda molekul DNA wujud dalam bentuk gegelung linear, bulat, supercircular dan padat. Peralihan bersama berlaku di antara bentuk-bentuk ini di bawah tindakan kumpulan enzim khas - topoisomerase, yang mengubah struktur ruang (Rajah 17).

nasi. 17. Struktur tertier molekul DNA:

a - linear, b- cincin, V- cincin super, G- bola padat

Struktur tertier banyak molekul RNA masih memerlukan penjelasan akhir, tetapi telah ditetapkan bahawa ia bergantung bukan sahaja pada struktur primer dan sekunder, tetapi juga pada komposisi penyelesaian di sekelilingnya.

Asid nukleik, seperti protein, adalah penting untuk kehidupan. Mereka mewakili bahan genetik semua organisma hidup, hingga ke virus yang paling mudah. Nama "asid nukleik" mencerminkan fakta bahawa ia disetempat terutamanya dalam nukleus (nukleus - nukleus). Dengan pewarnaan khusus untuk asid nukleik, nukleus boleh dilihat dengan jelas dalam mikroskop cahaya.

Mengetahui struktur DNA(asid deoksiribonukleik) - salah satu daripada dua jenis asid nukleik sedia ada - membuka era baru dalam biologi, kerana ia akhirnya membolehkan untuk memahami bagaimana organisma hidup menyimpan maklumat yang diperlukan untuk mengawal aktiviti kehidupan mereka dan bagaimana mereka menghantar maklumat ini kepada mereka. zuriat. Kami telah menyatakan di atas bahawa asid nukleik terdiri daripada unit monomerik yang dipanggil nukleotida. Molekul yang sangat panjang - polinukleotida - dibina daripada nukleotida.

Untuk memahami struktur polinukleotida, adalah perlu terlebih dahulu membiasakan diri dengan caranya nukleotida dibina.

Nukleotida. Struktur nukleotida

Molekul nukleotida terdiri daripada tiga bahagian - gula lima karbon, bes nitrogen dan bes fosforus.

Gula termasuk dalam komposisi nukleotida, mengandungi lima atom karbon, iaitu ia adalah pentosa. Bergantung pada jenis pentosa yang terdapat dalam nukleotida, terdapat dua jenis asid nukleik - asid ribonukleik (RNA), yang mengandungi ribosa, dan asid deoksiribonukleik (DNA), yang mengandungi deoksiribosa. Dalam deoksiribosa, kumpulan OH pada atom karbon ke-2 digantikan oleh atom H, iaitu ia mempunyai satu atom oksigen kurang daripada dalam ribosa.

Dalam kedua-duanya jenis asid nukleik mengandungi empat jenis bes yang berbeza: dua daripadanya tergolong dalam kelas purin dan dua kepada kelas pirimidin. Sifat asas sebatian ini diberikan oleh nitrogen yang termasuk dalam cincin. Purin termasuk adenine (A) dan guanin (G), dan pirimidin termasuk sitosin (C) dan timin (T) atau urasil (U) (masing-masing dalam DNA atau RNA). Timina secara kimia sangat hampir dengan urasil (ia adalah 5-methyluracil, iaitu urasil di mana atom karbon ke-5 mempunyai kumpulan metil). Molekul purin mempunyai dua cincin, dan molekul pirimidin mempunyai satu.

alasan Ia adalah kebiasaan untuk menandakan mereka dengan huruf pertama nama mereka: A, G, T, U dan C.

Asid nukleik adalah asid kerana molekulnya mengandungi asid fosforik.

Rajah menunjukkan bagaimana gula, bes dan asid fosforik bergabung untuk membentuk molekul nukleotida. Gabungan gula dengan asas berlaku dengan pembebasan molekul air, iaitu, ia adalah tindak balas pemeluwapan. Untuk membentuk nukleotida, tindak balas pemeluwapan lain diperlukan - antara gula dan asid fosforik.

Pelbagai nukleotida berbeza antara satu sama lain dalam sifat gula dan bes yang membentuknya.

Peranan nukleotida dalam badan tidak terhad kepada berfungsi sebagai blok binaan asid nukleik; beberapa koenzim penting juga merupakan nukleotida. Contohnya termasuk adenosin trifosfat (ATP), kitaran adenosin monofosfat (cAMP), koenzim A, nikotinamida adenina dinukleotida (NAD), nikotinamida adenina dinukleotida fosfat (NADP), dan flavin adenina dinukleotida (FAD).

Ramai orang sentiasa berminat tentang mengapa ciri-ciri tertentu yang dimiliki ibu bapa diturunkan kepada anak (contohnya, warna mata, rambut, bentuk muka, dan lain-lain). Sains telah membuktikan bahawa penghantaran sifat ini bergantung kepada bahan genetik, atau DNA.

Apakah DNA?

Nukleotida

Seperti yang dinyatakan, unit struktur asas asid deoksiribonukleik ialah nukleotida. Ini adalah pendidikan yang kompleks. Komposisi nukleotida DNA adalah seperti berikut.

Di tengah-tengah nukleotida adalah gula lima komponen (dalam DNA, berbanding RNA, yang mengandungi ribosa). Bes nitrogen melekat padanya, yang mana terdapat 5 jenis: adenine, guanin, timin, urasil dan sitosin. Selain itu, setiap nukleotida juga mengandungi sisa asid fosforik.

DNA hanya mengandungi nukleotida yang mempunyai unit struktur yang ditunjukkan.

Semua nukleotida disusun dalam rantai dan mengikuti satu sama lain. Dikelompokkan ke dalam triplet (tiga nukleotida setiap satu), mereka membentuk urutan di mana setiap triplet sepadan dengan asid amino tertentu. Akibatnya, rantai terbentuk.

Mereka digabungkan antara satu sama lain kerana ikatan asas nitrogen. Ikatan utama antara nukleotida rantai selari ialah hidrogen.

Urutan nukleotida adalah asas gen. Pelanggaran dalam struktur mereka membawa kepada kegagalan dalam sintesis protein dan manifestasi mutasi. DNA mengandungi gen yang sama yang terdapat pada hampir semua orang dan membezakannya daripada organisma lain.

Pengubahsuaian nukleotida

Dalam sesetengah kes, untuk penghantaran sifat tertentu yang lebih stabil, pengubahsuaian asas nitrogen digunakan. Komposisi kimia DNA diubah dengan penambahan kumpulan metil (CH3). Pengubahsuaian sedemikian (pada satu nukleotida) memungkinkan untuk menstabilkan ekspresi gen dan pemindahan ciri kepada sel anak.

"Peningkatan" struktur molekul sedemikian sama sekali tidak menjejaskan persatuan bes nitrogen.

Pengubahsuaian ini juga digunakan untuk menyahaktifkan kromosom X. Akibatnya, badan Barr terbentuk.

Dengan karsinogenesis yang dipertingkatkan, analisis DNA menunjukkan bahawa rantaian nukleotida telah tertakluk kepada metilasi pada banyak asas. Dalam pemerhatian yang dibuat, didapati sumber mutasi biasanya adalah sitosin bermetilasi. Biasanya, semasa proses tumor, demetilasi boleh membantu menghentikan proses, tetapi disebabkan kerumitannya, tindak balas ini tidak dijalankan.

struktur DNA

Terdapat dua jenis struktur dalam struktur molekul. Jenis pertama ialah jujukan linear yang dibentuk oleh nukleotida. Pembinaan mereka tertakluk kepada undang-undang tertentu. Rakaman nukleotida pada molekul DNA bermula pada hujung 5' dan berakhir pada hujung 3'. Rantaian kedua, terletak bertentangan, dibina dengan cara yang sama, hanya dari segi ruang molekul terletak bertentangan antara satu sama lain, dengan hujung 5' satu rantai terletak bertentangan dengan hujung 3' kedua.

Struktur sekunder DNA ialah heliks. Ia disebabkan oleh kehadiran ikatan hidrogen antara nukleotida yang terletak bertentangan antara satu sama lain. Ikatan hidrogen terbentuk antara bes nitrogen pelengkap (contohnya, hanya timin boleh bertentangan dengan rantai pertama adenina, dan sitosin atau urasil boleh bertentangan dengan guanin). Ketepatan ini disebabkan oleh fakta bahawa pembinaan rantai kedua berlaku berdasarkan yang pertama, oleh itu terdapat korespondensi yang tepat antara asas nitrogen.

Sintesis molekul

Bagaimanakah molekul DNA terbentuk?

Terdapat tiga peringkat dalam kitaran pembentukannya:

• Memutuskan litar.
• Menyambung unit pensintesis ke salah satu litar.
• Pengisian rantai kedua mengikut prinsip saling melengkapi.

Pada peringkat pemisahan molekul, peranan utama dimainkan oleh enzim - DNA gyrase. Enzim ini tertumpu kepada pemusnahan ikatan hidrogen antara rantai.

Selepas helai dipisahkan, enzim pensintesis utama, polimerase DNA, mula bermain. Lampirannya diperhatikan di tapak 5'. Seterusnya, enzim ini bergerak ke arah hujung 3’, serentak menambah nukleotida yang diperlukan dengan bes nitrogen yang sepadan. Setelah mencapai tapak tertentu (terminator) pada hujung 3', polimerase terputus dari rantai asal.

Selepas rantai anak terbentuk, ikatan hidrogen terbentuk di antara bes, yang memegang molekul DNA yang baru terbentuk bersama-sama.

Di manakah anda boleh mencari molekul ini?

Jika anda menyelidiki lebih dalam struktur sel dan tisu, anda dapat melihat bahawa DNA terutamanya terkandung dalam apa yang bertanggungjawab untuk pembentukan sel anak baru atau klon mereka. Pada masa yang sama, apa yang ada di dalamnya dibahagikan antara sel yang baru terbentuk secara sama rata (klon terbentuk) atau bahagian (fenomena ini selalunya boleh diperhatikan semasa meiosis). Kerosakan pada nukleus memerlukan gangguan dalam pembentukan tisu baru, yang membawa kepada mutasi.

Di samping itu, sejenis bahan keturunan khas terkandung dalam mitokondria. DNA di dalamnya agak berbeza daripada dalam nukleus (asid deoksiribonukleik mitokondria mempunyai bentuk cincin dan melakukan fungsi yang sedikit berbeza).

Molekul itu sendiri boleh diasingkan daripada mana-mana sel badan (smear dari bahagian dalam pipi atau darah paling kerap digunakan untuk penyelidikan). Satu-satunya bahan genetik yang hilang adalah dalam epitelium pengelupasan dan beberapa sel darah (eritrosit).

Fungsi

Komposisi molekul DNA menentukan fungsinya menghantar maklumat dari generasi ke generasi. Ini berlaku disebabkan oleh sintesis protein tertentu yang menentukan manifestasi satu atau satu lagi sifat genotip (dalaman) atau fenotip (luaran - contohnya, warna mata atau rambut).

Pemindahan maklumat dilakukan melalui pelaksanaannya daripada kod genetik. Berdasarkan maklumat yang disulitkan dalam kod genetik, RNA messenger, ribosom dan pengangkutan tertentu dihasilkan. Setiap daripada mereka bertanggungjawab untuk tindakan tertentu - RNA messenger digunakan untuk sintesis protein, RNA ribosom terlibat dalam pemasangan molekul protein, dan RNA pengangkutan membentuk protein yang sepadan.

Sebarang kerosakan dalam kerja mereka atau perubahan dalam struktur membawa kepada gangguan fungsi yang dilakukan dan kemunculan gejala atipikal (mutasi).

Ujian paterniti DNA membolehkan anda menentukan kehadiran ciri yang berkaitan antara orang.

Ujian genetik

Apakah ujian genetik yang boleh digunakan untuk hari ini?

Ujian DNA digunakan untuk menentukan banyak faktor atau perubahan dalam badan.

Pertama sekali, kajian itu membolehkan anda menentukan kehadiran penyakit kongenital, yang diwarisi. Penyakit sedemikian termasuk sindrom Down, autisme, dan sindrom Marfan.

DNA juga boleh diperiksa untuk menentukan hubungan kekeluargaan. Ujian paterniti telah lama digunakan secara meluas dalam banyak proses, terutamanya undang-undang. Kajian ini ditetapkan untuk menentukan hubungan genetik antara anak luar nikah. Ujian ini sering diambil oleh pemohon untuk mendapatkan warisan apabila timbul soalan daripada pihak berkuasa.

4.2.1. Struktur utama asid nukleik dipanggil urutan susunan mononukleotida dalam rantai DNA atau RNA . Struktur utama asid nukleik distabilkan oleh ikatan fosfodiester 3",5". Ikatan ini terbentuk melalui interaksi kumpulan hidroksil dalam kedudukan 3" sisa pentosa setiap nukleotida dengan kumpulan fosfat nukleotida jiran (Rajah 3.2),

Oleh itu, pada satu hujung rantai polinukleotida terdapat kumpulan 5"-fosfat bebas (5"-hujung), dan pada satu lagi terdapat kumpulan hidroksil bebas dalam kedudukan 3" (3"-hujung). Urutan nukleotida biasanya ditulis dalam arah dari hujung 5" ke hujung 3".

Rajah 4.2. Struktur dinukleotida, yang merangkumi adenosin 5"-monofosfat dan sitidin 5"-monofosfat.

4.2.2. DNA (asid deoksiribonukleik) terdapat dalam nukleus sel dan mempunyai berat molekul kira-kira 1011 Da. Nukleotidanya mengandungi bes nitrogen adenina, guanina, sitosin, timin , karbohidrat deoksiribosa dan sisa asid fosforik. Kandungan bes nitrogen dalam molekul DNA ditentukan oleh peraturan Chargaff:

1) bilangan bes purin adalah sama dengan bilangan bes pirimidin (A + G = C + T);

2) jumlah adenine dan sitosin adalah sama dengan jumlah timin dan guanin, masing-masing (A = T; C = G);

3) DNA yang diasingkan daripada sel spesies biologi berbeza berbeza antara satu sama lain dalam pekali kekhususan:

(G + C) / (A + T)

Corak dalam struktur DNA ini dijelaskan oleh ciri-ciri berikut dari struktur sekundernya:

1) molekul DNA dibina daripada dua rantai polinukleotida yang disambungkan antara satu sama lain oleh ikatan hidrogen dan antiselari berorientasikan (iaitu, hujung 3" satu rantai terletak bertentangan dengan hujung 5" rantai yang lain dan sebaliknya);

2) ikatan hidrogen terbentuk antara pasangan pelengkap asas nitrogen. Timin adalah pelengkap kepada adenine; pasangan ini distabilkan oleh dua ikatan hidrogen. Sitosin adalah pelengkap kepada guanin; pasangan ini distabilkan oleh tiga ikatan hidrogen (lihat rajah b). Lebih banyak pasangan G-C dalam molekul DNA, lebih besar rintangannya terhadap suhu tinggi dan sinaran mengion;

Rajah 3.3. Ikatan hidrogen antara bes nitrogen pelengkap.

3) kedua-dua helai DNA dipintal menjadi heliks yang mempunyai paksi sepunya. Bes nitrogen menghadap bahagian dalam heliks; Selain interaksi hidrogen, interaksi hidrofobik juga timbul di antara mereka. Bahagian ribosa fosfat terletak di sepanjang pinggir, membentuk teras heliks (lihat Rajah 3.4).

Rajah 3.4. Gambar rajah struktur DNA.

4.2.3. RNA (asid ribonukleik) didapati terutamanya dalam sitoplasma sel dan mempunyai berat molekul dalam julat 104 - 106 Da. Nukleotidanya mengandungi bes nitrogen adenina, guanina, sitosin, urasil , karbohidrat ribosa dan sisa asid fosforik. Tidak seperti DNA, molekul RNA dibina daripada rantai polinukleotida tunggal, yang boleh mengandungi bahagian yang saling melengkapi (Rajah 3.5). Kawasan ini boleh berinteraksi antara satu sama lain, membentuk heliks berganda berselang seli dengan kawasan bukan heliks.

Rajah 3.5. Skim struktur pemindahan RNA.

Berdasarkan struktur dan fungsinya, terdapat tiga jenis utama RNA:

1) RNA messenger (mRNA) menghantar maklumat tentang struktur protein daripada nukleus sel kepada ribosom;

2) pemindahan RNA (tRNA) mengangkut asid amino ke tapak sintesis protein;

3) RNA ribosom (rRNA) adalah sebahagian daripada ribosom dan mengambil bahagian dalam sintesis protein.

Hampir semua orang pernah mendengar tentang kewujudan molekul DNA dalam sel hidup dan mengetahui bahawa molekul ini bertanggungjawab untuk penghantaran maklumat keturunan. Sebilangan besar filem yang berbeza, pada satu tahap atau yang lain, membina plot mereka berdasarkan sifat molekul yang kecil tetapi membanggakan, sangat penting.

Walau bagaimanapun, hanya sedikit orang yang boleh menerangkan secara kasar apa sebenarnya yang terkandung dalam molekul DNA dan bagaimana proses membaca semua maklumat ini tentang "struktur keseluruhan organisma" berfungsi. Beberapa orang boleh membaca "asid deoksiribonukleik" tanpa teragak-agak.

Mari cuba tentukan molekul yang paling penting bagi setiap daripada kita dan bagaimana rupanya.

Struktur unit struktur - nukleotida

Molekul DNA mengandungi banyak unit struktur, kerana ia adalah biopolimer. Polimer ialah makromolekul yang terdiri daripada banyak serpihan berulang kecil yang disambungkan secara berurutan. Sama seperti rantai terdiri daripada pautan.

Unit struktur makromolekul DNA ialah nukleotida. Nukleotida molekul DNA mengandungi sisa tiga bahan - asid ortofosforik, sakarida (deoksiribosa) dan salah satu daripada empat bes yang mungkin mengandungi nitrogen.

Molekul DNA mengandungi bes nitrogen: adenine (A), guanin (G), sitosin (C) dan timin (T).

Komposisi rantai nukleotida dicerminkan oleh selang seli asas yang termasuk di dalamnya: -AAGCGTTAGCACGT-, dsb. Urutan boleh jadi mana-mana. Ini adalah bagaimana satu helai DNA terbentuk.

Spiralisasi molekul. Fenomena saling melengkapi

Saiz molekul DNA manusia sangat besar (tentu saja pada skala molekul lain)! Genom sel tunggal (46 kromosom) mengandungi kira-kira 3.1 bilion pasangan nukleotida. Panjang rantai DNA yang terdiri daripada begitu banyak pautan adalah kira-kira dua meter. Sukar untuk membayangkan bagaimana molekul besar itu boleh diletakkan di dalam sel kecil.

Tetapi alam semula jadi menjaga pembungkusan yang lebih padat dan perlindungan genomnya - kedua-dua rantai disambungkan antara satu sama lain oleh bes nitrogen dan membentuk heliks berganda yang terkenal. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengurangkan panjang molekul hampir enam kali.

Urutan interaksi asas nitrogen ditentukan dengan ketat oleh fenomena pelengkap. Adenine hanya boleh mengikat timin, dan sitosin hanya boleh mengikat guanin. Pasangan pelengkap ini sesuai bersama seperti kunci dan kunci, seperti kepingan teka-teki.

Sekarang mari kita hitung berapa banyak memori dalam komputer (atau pada pemacu kilat) semua maklumat tentang molekul kecil ini (pada skala dunia kita) harus diduduki. Bilangan pasangan nukleotida ialah 3.1x109. Terdapat 4 nilai secara keseluruhan, yang bermaksud bahawa 2 bit maklumat (2 2 nilai) cukup untuk satu pasangan. Kami mendarabkan semua ini dengan satu sama lain dan mendapat 6200000000 bit, atau 775000000 bait, atau 775000 kilobait, atau 775 megabait. Yang secara kasarnya sepadan dengan kapasiti CD atau volum episod filem selama 40 minit dalam kualiti purata.

Pembentukan kromosom. Penentuan genom manusia

Sebagai tambahan kepada spiralisasi, molekul berulang kali tertakluk kepada pemadatan. Heliks berganda mula berpusing seperti bola benang - proses ini dipanggil supercoiling dan berlaku dengan bantuan protein histon khas, di mana rantai dililit seperti gelendong.

Proses ini memendekkan panjang molekul sebanyak 25-30 kali lagi. Tertakluk kepada beberapa tahap pembungkusan lagi, menjadi lebih padat, satu molekul DNA, bersama-sama dengan protein tambahan, membentuk kromosom.

Semua maklumat yang berkaitan dengan bentuk, rupa dan fungsi badan kita ditentukan oleh satu set gen. Gen ialah bahagian molekul DNA yang ditakrifkan secara ketat. Ia terdiri daripada jujukan nukleotida yang tidak berubah. Lebih-lebih lagi, gen itu ditentukan dengan ketat bukan sahaja oleh komposisinya, tetapi juga oleh kedudukannya berbanding dengan bahagian rantaian yang lain.

Asid ribonukleik dan peranannya dalam sintesis protein

Sebagai tambahan kepada DNA, terdapat jenis asid nukleik lain - matriks, pemindahan dan RNA ribosom (asid ribonukleik). Rantaian RNA jauh lebih kecil dan lebih pendek, kerana ia dapat menembusi membran nuklear.

Molekul RNA juga merupakan biopolimer. Serpihan strukturnya adalah serupa dengan yang membentuk DNA, dengan sedikit pengecualian dari sakarida (ribosa bukannya deoksiribosa). Terdapat empat jenis bes nitrogen: A, G, C dan urasil (U) yang biasa digunakan dan bukannya timin. Gambar di atas jelas menunjukkan semua ini.

Makromolekul DNA mampu menghantar maklumat kepada RNA dalam bentuk yang tidak terluka. Pelepasan heliks berlaku dengan bantuan enzim khas, yang memisahkan heliks berganda kepada rantai berasingan - seperti separuh pemisah zip.

Pada masa yang sama, selari dengan rantai DNA, rantaian RNA pelengkap dicipta. Setelah menyalin maklumat dan memasuki persekitaran sel dari nukleus, rantai RNA memulakan proses sintesis protein yang dikodkan oleh gen. Sintesis protein berlaku dalam organel sel khas - ribosom.

Ribosom, kerana ia membaca rantai, menentukan dalam urutan apa asid amino perlu disambungkan, satu demi satu - kerana ia membaca maklumat ke dalam RNA. Kemudian, rantaian asid amino yang disintesis mengambil bentuk 3D tertentu.

Molekul struktur besar ini adalah protein yang mampu melaksanakan fungsi enzim, hormon, reseptor dan bahan binaan yang dikodkan.

kesimpulan

Bagi mana-mana makhluk hidup, protein adalah hasil akhir setiap gen. Ia adalah protein yang menentukan semua kepelbagaian bentuk, sifat dan kualiti yang disulitkan dalam sel kita.

Pembaca blog yang dihormati, adakah anda tahu di mana DNA itu, tinggalkan komen atau maklum balas tentang perkara yang anda ingin tahu. Ini akan sangat berguna untuk seseorang!