Schéma nukleotidovej štruktúry DNA a RNA. Štruktúra a biologická úloha nukleotidov, nukleových kyselín

Nukleotidové zloženie, t.j. súbor a pomer nukleotidových zložiek je veľmi dôležitou charakteristikou nukleových kyselín. Jeden z hlavných spôsobov stanovenia zloženia nukleových kyselín je založený na štúdiu produktov ich hydrolytického štiepenia. Pretože internukleotidové väzby v polynukleotidoch sú estery, polynukleotidové reťazce sú schopné hydrolyzovať v kyslom aj alkalickom prostredí.

Chemická hydrolýza DNA sa takmer nepoužíva kvôli komplikáciám jej vedľajších procesov. Výhodnejšia je enzymatická hydrolýza DNA nukleázami. Zvyčajne sa na tento účel používa hadí jed, ktorý obsahuje enzýmy štiepiace esterovú väzbu s kyselinou fosforečnou (fosfodiesterázy a fosfomonoesterázy). Nukleázy vykazujú špecifickosť vzhľadom na typ nukleových kyselín; delia sa na ribonukleázy a deoxyribonukleázy.

Izolácia a identifikácia zložiek nukleovej kyseliny sa uskutočňuje pomocou fyzikálno-chemických metód. Pri separácii zložitých zmesí zohrávajú veľmi dôležitú úlohu chromatografické metódy. Pyrimidínové a purínové zásady, ktoré majú vďaka svojej aromatickej povahe výraznú absorpciu okolo 260 nm, sa zvyčajne identifikujú UV spektroskopiou. Keďže nukleotidy sú kyslé a môžu byť v ionizovanom stave, na ich identifikáciu sa používa aj elektroforéza.

Spolu s určením zloženia nukleotidov je najdôležitejšou úlohou stanovenie nukleotidovej sekvencie, t.j. poradie striedania nukleotidových jednotiek. Všeobecným prístupom je použitie blokovej metódy: najprv sa polynukleotidový reťazec rozdelí na menšie bloky – oligoméry – a v nich sa určí nukleotidová sekvencia. Táto analýza sa opakuje dvakrát, druhýkrát sa použijú také štiepiace činidlá, ktoré rozdelia cieľ na fragmenty na rôznych miestach v porovnaní s prvým razom. Polynukleotidový reťazec sa štiepi na pomerne krátke fragmenty. Dlhšie oligonukleotidy je stále ťažké študovať.

Primárna štruktúra nukleových kyselín je určená povahou a sekvenciou nukleotidových jednotiek spojených esterovými väzbami medzi pentózami a fosfátovými skupinami (obr. 13).

Ryža. 13. Primárna štruktúra úseku reťazca nukleovej kyseliny

V zložení molekuly DNA bol izolovaný výrazne väčší počet nukleotidových zvyškov ako v molekule RNA. Molekulová hmotnosť DNA je asi 10 miliónov; DNA je v bunkových podmienkach nerozpustná. Dĺžka molekúl ľudskej DNA je približne 3 - 5 cm; molekula RNA je oveľa kratšia – menej ako 0,01 cm.

Sekundárna štruktúra nukleových kyselín. Podľa sekundárnej štruktúry je polynukleotidový reťazec DNA dvojitá špirála, v ktorej sú purínové a pyrimidínové bázy nasmerované dovnútra. Medzi purínovými bázami jedného reťazca a pyrimidínovou bázou druhého reťazca sú vodíkové väzby, ktoré stabilizujú takúto štruktúru. Bázy, ktoré tvoria páry spojené vodíkovými väzbami, sa nazývajú komplementárne. V DNA budú komplementárne: adenín - tymín, tvoriaci medzi sebou dve vodíkové väzby a guanín - cytozín, spojený tromi vodíkovými väzbami (obr. 14). To znamená, že purínové bázy adenín a guanín v jednom reťazci budú zodpovedať pyrimidínovým bázam tymínu a cytozínu v druhom reťazci. Polynukleotidové reťazce tvoriace dvojitú špirálu nie sú identické, ale navzájom sa dopĺňajú.

Ryža. 14. Vodíkové väzby v páre báz guanín-cytozín (a), adenín-tymín (b)

Makromolekuly DNA sú párovo prepojené pomocou vodíkových väzieb vo forme dvojzávitnice konštantného priemeru (obr. 15). Zvyšky nukleových báz smerujú do špirály, ktorej priemer je približne 2 nm.

Na jedno otočenie špirály pripadá 10 párov báz. Na zabezpečenie čo najväčšej stability tejto štruktúry by malo byť čo najviac vodíkových väzieb. Až pri splnení tejto podmienky je zabezpečená experimentálne preukázaná stálosť celkových rozmerov bočných skupín a nemennosť priemeru dvojzávitnice po celej jej dĺžke. V tomto vzájomnom podmieňovaní postupnosti väzieb oboch reťazcov spočíva princíp komplementarity.

Komplementarita reťazcov a postupnosť väzieb tvoria chemický základ najdôležitejších funkcií nukleových kyselín: DNA je uchovávaním a prenosom dedičných informácií a RNA sa priamo podieľa na biosyntéze bielkovín. Molekulová hmotnosť DNA sa pohybuje od niekoľkých miliónov do desiatok miliárd, zatiaľ čo molekulová hmotnosť RNA sa pohybuje od desiatok tisíc do niekoľkých miliónov.

Komplementarita báz je základom vzorcov formulovaných E. Chargaffom, ktoré riadia nukleotidové zloženie DNA rôzneho pôvodu.

Chargaff pravidlá:

1) počet purínových báz sa rovná počtu pyrimidínových báz, t.j. (A+G)=(C+T).

2) Množstvo adenínu sa rovná množstvu tymínu (A=T); podobne sa množstvo guanínu rovná množstvu cytozínu (G=C).

3) Počet báz obsahujúcich aminoskupinu v polohe 4 pyrimidínu a polohe 6 purínového jadra sa rovná počtu báz obsahujúcich oxoskupinu v rovnakých polohách. To znamená, že A+C=G+T.

Pre RNA nie sú Chargaffove pravidlá buď splnené, alebo sú splnené s určitou aproximáciou. Je to spôsobené tým, že RNA obsahuje veľa minoritných báz.

Porovnanie makromolekuly DNA s točitým schodiskom naznačuje jej chiralitu. Prirodzená DNA má skutočne optickú aktivitu. Zároveň sú zmesi nukleotidov, ktoré tvoria DNA, ako aj neusporiadané polynukleotické reťazce opticky neaktívne. To naznačuje, že optická aktivita prirodzenej DNA súvisí s chiralitou ich sekundárnej štruktúry.

Kostra špirály je tvorená striedaním sacharidových a fosfátových zvyškov. Okolité vodné médium je v kontakte s hydrofilnou časťou špirály, zatiaľ čo vnútorná časť špirály (základňa) neprichádza do kontaktu s vodou.

Molekula DNA sa na rozdiel od molekuly RNA vo väčšine prípadov skladá z dvoch komplementárnych prepletených reťazcov. V závislosti od dĺžky natočenia a uhla špirály, ako aj množstva jej ďalších geometrických parametrov sa rozlišuje viac ako desať rôznych usporiadaných špirálových štruktúr DNA. Pri stabilizácii týchto štruktúr spolu s vodíkovými väzbami pôsobiacimi cez špirálu hrajú dôležitú úlohu medzimolekulové interakcie smerujúce pozdĺž špirály medzi susednými priestorovo blízkymi dusíkatými bázami. Keďže tieto interakcie sú nasmerované pozdĺž hromady dusíkatých báz molekuly DNA, nazývajú sa vrstvové interakcie. Vzájomné interakcie dusíkatých báz teda upevňujú dvojitú špirálu molekuly DNA pozdĺž aj naprieč jej osi.

Silná stohovacia interakcia vždy posilňuje vodíkové väzby medzi základňami, čo prispieva k zhutneniu špirály. V dôsledku toho sa molekuly vody z okolitého roztoku viažu najmä na pentózofosfátový hlavný reťazec DNA, ktorého polárne skupiny sa nachádzajú na povrchu špirály. Keď je interakcia stohovania oslabená, molekuly vody, prenikajúce do špirály, interagujú konkurenčne s polárnymi skupinami báz, iniciujú destabilizáciu a prispievajú k ďalšiemu rozpadu dvojitej špirály. To všetko svedčí o dynamike sekundárnej štruktúry DNA pod vplyvom zložiek okolitého roztoku. Dvojitá špirála je charakteristická pre väčšinu molekúl DNA. DNA však môže mať aj iné formy. Niektoré vírusy obsahujú jednovláknovú DNA a nachádzajú sa aj kruhové formy.

Ryža. 16. Sekundárna štruktúra molekuly RNA

Terciárna štruktúra nukleových kyselín. Dvojzávitnica molekúl DNA existuje vo forme lineárnych, kruhových, superkruhových a kompaktných stočených foriem. Medzi týmito formami dochádza k vzájomným prechodom pôsobením špeciálnej skupiny enzýmov – topoizomeráz, ktoré menia priestorovú štruktúru (obr. 17).

Ryža. 17. Terciárna štruktúra molekuly DNA:

a - lineárny, b- kruhový, V- super prsteň, G- kompaktná guľa

Terciárna štruktúra mnohých molekúl RNA si ešte vyžaduje konečné objasnenie, ale už sa zistilo, že závisí nielen od primárnej a sekundárnej štruktúry, ale aj od zloženia okolitého roztoku.

Nukleové kyseliny, rovnako ako bielkoviny, sú nevyhnutné pre život. Predstavujú genetický materiál všetkých živých organizmov, až po tie najjednoduchšie vírusy. Názov "nukleové kyseliny" odráža skutočnosť, že sú lokalizované najmä v jadre (nucleus - nucleus). So špecifickým farbením na nukleové kyseliny sú jadrá veľmi jasne viditeľné vo svetelnom mikroskope.

Zistenie štruktúry DNA(deoxyribonukleová kyselina) - jeden z dvoch existujúcich typov nukleových kyselín - otvorila novú éru v biológii, pretože konečne umožnila pochopiť, ako živé organizmy uchovávajú informácie potrebné na reguláciu svojho života a ako tieto informácie prenášajú na svoje potomstvo. . Už sme uviedli, že nukleové kyseliny sú zložené z monomérnych jednotiek nazývaných nukleotidy. Z nukleotidov sú postavené extrémne dlhé molekuly - polynukleotidy.

Pre pochopenie štruktúry polynukleotidov je preto potrebné najprv sa oboznámiť s tým, ako postavené nukleotidy.

Nukleotidy. Štruktúra nukleotidov

nukleotidová molekula pozostáva z troch častí – päťuhlíkového cukru, dusíkatej bázy a fosforečnej.

Cukor v cene zloženie nukleotidov, obsahuje päť atómov uhlíka, to znamená, že ide o pentózu. V závislosti od typu pentózy prítomnej v nukleotide existujú dva typy nukleových kyselín – ribonukleové kyseliny (RNA), ktoré obsahujú ribózu, a deoxyribonukleové kyseliny (DNA), ktoré obsahujú deoxyribózu. V deoxyribóze je OH skupina na 2. atóme uhlíka nahradená atómom H, to znamená, že má o jeden atóm kyslíka menej ako v ribóze.

V oboch typy nukleových kyselín obsahuje zásady štyroch rôznych typov: dve z nich patria do triedy purínov a dve do triedy pyrimidínov. Dusík obsiahnutý v kruhu dáva týmto zlúčeninám hlavný charakter. Puríny zahŕňajú adenín (A) a guanín (G) a pyrimidíny zahŕňajú cytozín (C) a tymín (T) alebo uracil (U) (v DNA alebo RNA). Tymín je chemicky veľmi blízky uracilu (je to 5-metyluracil, teda uracil, v ktorom je metylová skupina na 5. atóme uhlíka). Purínová molekula má dva kruhy, zatiaľ čo molekula pyrimidínu má jeden.

základy Je zvykom označovať prvé písmeno ich mena: A, G, T, U a C.

Nukleové kyseliny sú kyseliny, pretože ich molekula obsahuje kyselinu fosforečnú.

Obrázok ukazuje, ako sa spája cukor, zásada a kyselina fosforečná nukleotidová molekula. Ku kombinácii cukru so zásadou dochádza pri uvoľnení molekuly vody, to znamená, že ide o kondenzačnú reakciu. Na vytvorenie nukleotidu je potrebná ešte jedna kondenzačná reakcia - medzi cukrom a kyselinou fosforečnou.

Rôzne nukleotidy sa navzájom líšia povahou cukrov a zásadami, ktoré sú ich súčasťou.

Úloha nukleotidov v tele nie je obmedzený na to, že slúži ako stavebné bloky nukleových kyselín; niektoré dôležité koenzýmy sú tiež nukleotidy. Sú to napríklad adenozíntrifosfát (ATP), cyklický adenozínmonofosfát (cAMP), koenzým A, nikotínamidadeníndinukleotid (NAD), nikotínamidadeníndinukleotidfosfát (NADP) a flavínadeníndinukleotid (FAD).

Mnoho ľudí sa vždy zaujímalo o to, prečo sa niektoré vlastnosti, ktoré majú rodičia, prenášajú na dieťa (napríklad farba očí, vlasov, tvar tváre a iné). Veda dokázala, že tento prenos vlastnosti závisí od genetického materiálu alebo DNA.

Čo je DNA?

Nukleotid

Ako už bolo uvedené, základnou štruktúrnou jednotkou deoxyribonukleovej kyseliny je nukleotid. Ide o komplexné vzdelávanie. Zloženie nukleotidu DNA je nasledovné.

V strede nukleotidu je päťzložkový cukor (v DNA, na rozdiel od RNA, ktorá obsahuje ribózu). Je naň viazaná dusíkatá báza, z ktorej sa rozlišuje 5 typov: adenín, guanín, tymín, uracil a cytozín. Okrem toho každý nukleotid obsahuje aj zvyšok kyseliny fosforečnej.

Zloženie DNA zahŕňa iba tie nukleotidy, ktoré majú tieto štruktúrne jednotky.

Všetky nukleotidy sú usporiadané v reťazci a nasledujú za sebou. Zoskupené do tripletov (každý tri nukleotidy) tvoria sekvenciu, v ktorej každý triplet zodpovedá špecifickej aminokyseline. Výsledkom je reťaz.

Sú navzájom spojené väzbami medzi dusíkatými zásadami. Hlavnou väzbou medzi nukleotidmi paralelných reťazcov je vodík.

Nukleotidové sekvencie sú základom génov. Porušenie ich štruktúry vedie k zlyhaniu syntézy proteínov a prejavom mutácií. Zloženie DNA zahŕňa rovnaké gény, ktoré sú určené takmer u všetkých ľudí a odlišujú ich od iných organizmov.

Nukleotidová modifikácia

V niektorých prípadoch sa pre stabilnejší prenos určitého znaku používa modifikácia dusíkatej bázy. Chemické zloženie DNA sa mení pridaním metylovej skupiny (CH3). Takáto modifikácia (na jednom nukleotide) umožňuje stabilizovať génovú expresiu a prenos znakov do dcérskych buniek.

Toto „vylepšenie“ štruktúry molekuly nijako neovplyvňuje asociáciu dusíkatých zásad.

Táto modifikácia sa používa aj pri inaktivácii chromozómu X. V dôsledku toho sa vytvárajú telieska Barr.

So zvýšenou karcinogenézou analýza DNA ukazuje, že reťazec nukleotidov podliehal metylácii na mnohých bázach. V uskutočnených pozorovaniach sa zistilo, že zdrojom mutácie je zvyčajne metylovaný cytozín. Zvyčajne pri nádorovom procese môže demetylácia pomôcť zastaviť proces, ale kvôli jeho zložitosti sa táto reakcia neuskutoční.

štruktúra DNA

V štruktúre molekuly sa rozlišujú dva typy štruktúry. Prvým typom je lineárna sekvencia tvorená nukleotidmi. Ich konštrukcia podlieha určitým zákonom. Zápis nukleotidov na molekulu DNA začína na 5' konci a končí na 3' konci. Druhý reťazec, umiestnený oproti, je zostavený rovnakým spôsobom, len v priestorovom vzťahu sú molekuly jedna proti druhej a 5'-koniec jedného reťazca je umiestnený oproti 3'-koncu druhého.

Sekundárna štruktúra DNA je špirála. Je to spôsobené prítomnosťou vodíkových väzieb medzi nukleotidmi umiestnenými oproti sebe. Vodíková väzba sa vytvára medzi komplementárnymi dusíkatými bázami (napríklad iba tymín môže byť opačným adenínom prvého reťazca a cytozín alebo uracil môže byť opačným guanínom). Takáto presnosť je spôsobená skutočnosťou, že konštrukcia druhého reťazca prebieha na základe prvého, takže medzi dusíkatými bázami existuje presná zhoda.

Syntéza molekuly

Ako vzniká molekula DNA?

V cykle jeho formovania sa rozlišujú tri fázy:

• Odpojenie reťazí.
• Pripojenie syntetizujúcich jednotiek k jednému z reťazcov.
• Dokončenie druhého reťazca podľa princípu komplementarity.

V štádiu separácie molekuly hrajú hlavnú úlohu enzýmy - DNA gyrázy. Tieto enzýmy sú zamerané na deštrukciu vodíkových väzieb medzi reťazcami.

Po rozchode reťazcov vstupuje do hry hlavný syntetizujúci enzým, DNA polymeráza. Jeho pripevnenie je uvedené v časti 5'. Ďalej sa tento enzým pohybuje smerom k 3'-koncu, pričom súčasne pripája potrebné nukleotidy na zodpovedajúce dusíkaté bázy. Po dosiahnutí určitého miesta (terminátora) na 3'-konci sa polymeráza odpojí od pôvodného reťazca.

Po vytvorení dcérskeho reťazca sa medzi bázami vytvorí vodíková väzba, ktorá drží novovzniknutú molekulu DNA pohromade.

Kde možno túto molekulu nájsť?

Ak sa ponoríte do štruktúry buniek a tkanív, uvidíte, že DNA je obsiahnutá hlavne v je zodpovedná za tvorbu nových, dcérskych buniek alebo ich klonov. Zároveň sa v ňom rozdeľuje medzi novovzniknuté bunky rovnomerne (vytvárajú sa klony) alebo po častiach (tento jav možno často pozorovať počas meiózy). Porážka jadra má za následok narušenie tvorby nových tkanív, čo vedie k mutácii.

Okrem toho sa v mitochondriách nachádza špeciálny druh dedičného materiálu. V nich je DNA trochu odlišná od tej v jadre (mitochondriálna deoxyribonukleová kyselina má kruhový tvar a plní trochu iné funkcie).

Samotná molekula môže byť izolovaná z akýchkoľvek buniek tela (na výskum sa najčastejšie používa náter z vnútornej strany líca alebo krvi). Genetický materiál sa nenachádza iba v exfoliačnom epiteli a niektorých krvinkách (erytrocytoch).

Funkcie

Zloženie molekuly DNA určuje výkon jej funkcie prenosu informácií z generácie na generáciu. K tomu dochádza v dôsledku syntézy určitých proteínov, ktoré spôsobujú prejav jedného alebo druhého genotypového (vnútorného) alebo fenotypového (vonkajšieho - napríklad farba očí alebo vlasov) znaku.

Prenos informácií sa uskutočňuje ich implementáciou z genetického kódu. Na základe informácií zašifrovaných v genetickom kóde sa vytvárajú špecifické informačné, ribozomálne a transferové RNA. Každá z nich je zodpovedná za špecifickú činnosť – messenger RNA sa používa na syntézu proteínov, ribozomálna RNA sa podieľa na zostavovaní proteínových molekúl a transportná RNA tvorí zodpovedajúce proteíny.

Akékoľvek zlyhanie v ich práci alebo zmena štruktúry vedie k porušeniu vykonávanej funkcie a objaveniu sa atypických znakov (mutácií).

DNA test otcovstva vám umožňuje určiť prítomnosť súvisiacich vlastností medzi ľuďmi.

Genetické testy

Na čo sa dá v súčasnosti využiť štúdium genetického materiálu?

Analýza DNA sa používa na určenie mnohých faktorov alebo zmien v tele.

V prvom rade vám štúdia umožňuje určiť prítomnosť vrodených, dedičných chorôb. Medzi takéto ochorenia patrí Downov syndróm, autizmus, Marfanov syndróm.

DNA sa dá skúmať aj na určenie rodinných väzieb. Test otcovstva sa už dlho používa v mnohých, predovšetkým právnych procesoch. Táto štúdia je predpísaná pri určovaní genetického vzťahu medzi nelegitímnymi deťmi. Žiadatelia o dedičstvo často podstupujú tento test, keď sa objavia otázky od úradov.

4.2.1. Primárna štruktúra nukleových kyselín volal sekvencia mononukleotidov v reťazci DNA alebo RNA . Primárna štruktúra nukleových kyselín je stabilizovaná 3",5"-fosfodiesterovými väzbami. Tieto väzby vznikajú interakciou hydroxylovej skupiny v polohe 3" pentózového zvyšku každého nukleotidu s fosfátovou skupinou susedného nukleotidu (obrázok 3.2),

Teda na jednom konci polynukleotidového reťazca je voľná 5'-fosfátová skupina (5'-koniec) a na druhom konci je voľná hydroxylová skupina v 3'-polohe (3'-koniec). Nukleotidové sekvencie sa zvyčajne píšu v smere od 5" konca po 3" koniec.

Obrázok 4.2. Štruktúra dinukleotidu, ktorá zahŕňa adenozín-5"-monofosfát a cytidín-5"-monofosfát.

4.2.2. DNA (deoxyribonukleová kyselina) je obsiahnutá v bunkovom jadre a má molekulovú hmotnosť približne 1011 Da. Jeho nukleotidy obsahujú dusíkaté bázy. adenín, guanín, cytozín, tymín , sacharidov deoxyribóza a zvyšky kyseliny fosforečnej. Obsah dusíkatých báz v molekule DNA je určený Chargaffovými pravidlami:

1) počet purínových báz sa rovná počtu pyrimidínových (A + G = C + T);

2) množstvo adenínu a cytozínu sa rovná množstvu tymínu a guanínu (A = T; C = G);

3) DNA izolovaná z buniek rôznych biologických druhov sa navzájom líši v hodnote koeficientu špecifickosti:

(G + C) / (A + T)

Tieto vzorce v štruktúre DNA sú vysvetlené nasledujúcimi znakmi jej sekundárnej štruktúry:

1) molekula DNA je vytvorená z dvoch polynukleotidových reťazcov spojených vodíkovými väzbami a orientovaných antiparalelne (to znamená, že 3" koniec jedného reťazca je umiestnený oproti 5" koncu druhého reťazca a naopak);

2) vodíkové väzby vznikajú medzi komplementárnymi pármi dusíkatých zásad. Adenín je komplementárny k tymínu; tento pár je stabilizovaný dvoma vodíkovými väzbami. Guanín je komplementárny k cytozínu; tento pár je stabilizovaný tromi vodíkovými väzbami (pozri obrázok b). Čím viac G-C párov v molekule DNA, tým väčšia je jej odolnosť voči vysokým teplotám a ionizujúcemu žiareniu;

Obrázok 3.3. Vodíkové väzby medzi komplementárnymi dusíkatými zásadami.

3) oba reťazce DNA sú stočené do špirály so spoločnou osou. Dusíkaté bázy smerujú do vnútra špirály; okrem vodíkových interakcií vznikajú medzi nimi aj hydrofóbne interakcie. Časti ribózafosfátu sú umiestnené pozdĺž periférie a tvoria chrbticu špirály (pozri obrázok 3.4).

Obrázok 3.4. Schéma štruktúry DNA.

4.2.3. RNA (ribonukleová kyselina) je obsiahnutá najmä v cytoplazme bunky a má molekulovú hmotnosť v rozmedzí 104 - 106 Da. Jeho nukleotidy obsahujú dusíkaté bázy. adenín, guanín, cytozín, uracil , sacharidov ribóza a zvyšky kyseliny fosforečnej. Na rozdiel od DNA sú molekuly RNA zostavené z jedného polynukleotidového reťazca, ktorý môže obsahovať navzájom komplementárne časti (obrázok 3.5). Tieto sekcie môžu vzájomne pôsobiť a vytvárať dvojité špirály, ktoré sa striedajú s nešpiralizovanými sekciami.

Obrázok 3.5. Schéma štruktúry transferovej RNA.

Podľa vlastností štruktúry a funkcie sa rozlišujú tri hlavné typy RNA:

1) messenger (messenger) RNA (mRNA) prenášať informácie o štruktúre proteínu z bunkového jadra do ribozómov;

2) transferová RNA (tRNA) vykonávať transport aminokyselín na miesto syntézy bielkovín;

3) ribozomálna RNA (rRNA) sú súčasťou ribozómov, podieľajú sa na syntéze bielkovín.

Takmer každý počul o existencii molekúl DNA v živých bunkách a vie, že táto molekula je zodpovedná za prenos dedičnej informácie. Obrovské množstvo rôznych filmov, do tej či onej miery, stavia svoje zápletky na vlastnostiach malej, ale hrdej, veľmi dôležitej molekuly.

Málokto však vie aspoň približne vysvetliť, čo presne je súčasťou molekuly DNA a ako fungujú procesy čítania všetkých týchto informácií o „štruktúre celého organizmu“. Len málokto dokáže bez váhania prečítať „deoxyribonukleovú kyselinu“.

Skúsme prísť na to, z čoho pozostáva a ako vyzerá najdôležitejšia molekula pre každého z nás.

Štruktúra štrukturálnej väzby - nukleotid

Zloženie molekuly DNA zahŕňa mnoho štruktúrnych jednotiek, keďže ide o biopolymér. Polymér je makromolekula, ktorá pozostáva z mnohých malých opakujúcich sa fragmentov spojených do série. Rovnako ako reťaz sa skladá z článkov.

Štruktúrnou jednotkou makromolekuly DNA je nukleotid. Zloženie nukleotidov molekuly DNA zahŕňa zvyšky troch látok - kyseliny fosforečnej, sacharidu (deoxyribózy) a jednej zo štyroch možných báz obsahujúcich dusík.

Zloženie molekuly DNA zahŕňa dusíkaté bázy: adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T).

Zloženie nukleotidového reťazca je zobrazené striedaním báz v ňom zahrnutých: -AAGCGTTAGCACGT- atď. Postupnosť môže byť ľubovoľná. Toto tvorí jeden reťazec DNA.

Špirálovitá molekula. Fenomén komplementarity

Veľkosť molekuly ľudskej DNA je obludne obrovská (samozrejme v rozsahu iných molekúl)! Genóm jednej bunky (46 chromozómov) obsahuje približne 3,1 miliardy párov báz. Dĺžka reťazca DNA, zloženého z takého počtu článkov, je približne dva metre. Je ťažké si predstaviť, ako môže byť taká objemná molekula umiestnená v malej bunke.

Príroda sa ale postarala o kompaktnejší balík a ochranu svojho genómu – dva reťazce sú vzájomne prepojené dusíkatými bázami a tvoria známu dvojzávitnicu. Takto je možné skrátiť dĺžku molekuly takmer šesťkrát.

Poradie interakcie dusíkatých báz je striktne určené javom komplementarity. Adenín sa môže viazať iba na tymín, zatiaľ čo cytozín sa môže viazať iba na guanín. Tieto komplementárne páry do seba zapadajú ako kľúč a zámok, ako kúsky skladačky.

Teraz vypočítajme, koľko pamäte v počítači (dobre, alebo na flash disku) by mali zaberať všetky informácie o tejto malej (na úrovni nášho sveta) molekule. Počet párov báz je 3,1x109. Celkovo sú 4 hodnoty, čo znamená, že na jeden pár stačia 2 bity informácií (2 2 hodnoty). Toto všetko vynásobíme a dostaneme 6200000000 bitov alebo 775000000 bajtov alebo 775 000 kilobajtov alebo 775 megabajtov. Čo zhruba zodpovedá kapacite CD disku alebo objemu nejakej 40-minútovej filmovej série v priemernej kvalite.

Tvorba chromozómov. Stanovenie ľudského genómu

Okrem špirály je molekula opakovane vystavená zhutňovaniu. Dvojzávitnica sa začne krútiť ako klbko vlákna – tento proces sa nazýva supercoiling a prebieha pomocou špeciálneho histónového proteínu, na ktorý je reťaz navinutá ako cievka.

Tento proces znižuje dĺžku molekuly o ďalších 25-30 krát. Jedna molekula DNA, ktorá je vystavená niekoľkým ďalším úrovniam balenia, stále viac a viac zhutnená, tvorí spolu s pomocnými proteínmi chromozóm.

Všetky informácie, ktoré sa týkajú formy, typu a vlastností fungovania nášho tela, sú určené súborom génov. Gén je presne definovaná časť molekuly DNA. Pozostáva z nezmenenej sekvencie nukleotidov. Okrem toho je gén pevne určený nielen jeho zložením, ale aj jeho polohou vzhľadom na ostatné časti reťazca.

Ribonukleová kyselina a jej úloha v syntéze bielkovín

Okrem DNA existujú aj ďalšie typy nukleových kyselín – messenger, transport a ribozomálna RNA (ribonukleová kyselina). Reťazce RNA sú oveľa menšie a kratšie, čo im umožňuje preniknúť cez jadrovú membránu.

Molekula RNA je tiež biopolymér. Jeho štruktúrne fragmenty sú podobné tým, ktoré sú súčasťou DNA s malou výnimkou sacharidu (ribóza namiesto deoxyribózy). Existujú štyri typy dusíkatých zásad: známe A, G, C a uracil (U) namiesto tymínu. Vyššie uvedený obrázok to všetko jasne ukazuje.

Makromolekula DNA je schopná prenášať informácie do RNA v neskrútenej forme. K odvíjaniu špirály dochádza pomocou špeciálneho enzýmu, ktorý rozdeľuje dvojitú špirálu na samostatné reťazce – ako polovice zipsového zámku.

Súčasne s reťazcom DNA sa vytvorí komplementárny reťazec RNA. Po skopírovaní informácie a preniknutí z jadra do prostredia bunky iniciuje reťazec RNA procesy syntézy proteínu kódovaného génom. Syntéza bielkovín prebieha v špeciálnych bunkových organelách – ribozómoch.

Ribozóm, keď číta reťazec, určuje, v akom poradí musia byť aminokyseliny spojené, jedna po druhej - ako sa informácie načítajú do RNA. Potom syntetizovaný reťazec aminokyselín získa určitý 3D tvar.

Táto objemná štruktúrna molekula je proteín schopný vykonávať zakódované funkcie enzýmov, hormónov, receptorov a stavebného materiálu.

závery

Pre každú živú bytosť je to proteín (proteín), ktorý je konečným produktom každého génu. Sú to bielkoviny, ktoré určujú všetku rozmanitosť foriem, vlastností a kvalít, ktoré sú zakódované v našich bunkách.

Vážení čitatelia blogu, viete, kde je DNA, zanechajte komentáre alebo recenzie, ktoré by ste chceli vedieť. Niekto to bude považovať za veľmi užitočné!