Scheme ng istraktura ng DNA at RNA nucleotides. Istraktura at biological na papel ng mga nucleotides, nucleic acid

Komposisyon ng nucleotide, i.e. ang set at ratio ng mga bahagi ng nucleotide ay nagsisilbing isang napakahalagang katangian ng mga nucleic acid. Ang isa sa mga pangunahing paraan upang matukoy ang komposisyon ng mga nucleic acid ay batay sa pag-aaral ng mga produkto ng kanilang hydrolytic cleavage. Dahil ang mga internucleotide bond sa polynucleotides ay mga ester bond, ang polynucleotide chain ay may kakayahang mag-hydrolysis sa parehong acidic at alkaline na kapaligiran.

Ang kemikal na hydrolysis ng DNA ay halos hindi ginagamit dahil sa mga komplikasyon na dulot ng mga side process. Ang enzymatic hydrolysis ng DNA sa ilalim ng pagkilos ng mga nucleases ay mas kanais-nais. Karaniwan, ang kamandag ng ahas ay ginagamit para sa layuning ito, na naglalaman ng mga enzyme na pumuputol sa ester bond na may phosphoric acid (phosphodiesterases at phosphomonoesterases). Ang mga nucleases ay tiyak sa uri ng nucleic acid; nahahati sila sa ribonucleases at deoxyribonucleases.

Ang paghihiwalay at pagkilala sa mga bahagi ng nucleic acid ay isinasagawa gamit ang mga pamamaraang physicochemical. Ang mga pamamaraan ng Chromatographic ay gumaganap ng isang napakahalagang papel sa paghihiwalay ng mga kumplikadong mixture. Ang mga base ng pyrimidine at purine, na dahil sa kanilang aromatic na katangian ay may kapansin-pansing pagsipsip sa paligid ng 260 nm, ay karaniwang nakikilala gamit ang UV spectroscopy. Dahil ang mga nucleotide ay acidic sa kalikasan at maaaring nasa isang ionized na estado, ang electrophoresis ay ginagamit din para sa kanilang pagkakakilanlan.

Kasama ang pagtukoy sa komposisyon ng nucleotide, ang pinakamahalagang gawain ay upang maitatag ang pagkakasunud-sunod ng nucleotide, i.e. ang pagkakasunud-sunod ng paghahalili ng mga yunit ng nucleotide. Ang pangkalahatang diskarte ay ang paggamit ng block method: una, ang polynucleotide chain ay direksiyon na nahati sa mas maliliit na bloke - oligomer, at ang nucleotide sequence sa kanila ay tinutukoy. Ang pagsusuri na ito ay inuulit nang dalawang beses, gamit ang pangalawang beses na mga ahente ng cleavage na naghahati sa target sa mga fragment sa iba't ibang lugar kumpara sa unang pagkakataon. Ang polynucleotide chain ay nahahati sa medyo maikling mga fragment. Ang mas mahabang oligonucleotides ay mahirap pa ring pag-aralan.

Ang pangunahing istraktura ng mga nucleic acid ay tinutukoy ng likas at pagkakasunud-sunod ng mga yunit ng nucleotide na naka-link ng mga ester bond sa pagitan ng mga pentose at phosphate na grupo (Larawan 13).

kanin. 13. Pangunahing istraktura ng isang seksyon ng isang nucleic acid chain

Ang molekula ng DNA ay naglalaman ng isang makabuluhang mas malaking bilang ng mga nalalabi sa nucleotide kaysa sa molekula ng RNA. Ang molekular na bigat ng DNA ay humigit-kumulang 10 milyon; Ang DNA ay hindi matutunaw sa ilalim ng mga kondisyon ng cellular. Ang haba ng mga molekula ng DNA ng tao ay humigit-kumulang 3 - 5 cm; ang molekula ng RNA ay mas maikli - mas mababa sa 0.01 cm.

Pangalawang istraktura ng mga nucleic acid. Ayon sa pangalawang istraktura, ang DNA polynucleotide chain ay isang double helix kung saan ang purine at pyrimidine base ay nakadirekta papasok. Sa pagitan ng purine base ng isang chain at ng pyrimidine base ng kabilang chain ay may mga hydrogen bond na nagpapatatag sa istrukturang ito. Ang mga base na bumubuo ng mga pares na pinag-ugnay ng mga bono ng hydrogen ay tinatawag pantulong. Sa DNA, ang mga sumusunod ay magiging komplementaryo: adenine - thymine, na bumubuo ng dalawang hydrogen bonds sa pagitan nila, at guanine - cytosine, na konektado ng tatlong hydrogen bond (Fig. 14). Nangangahulugan ito na ang purine ay nakabatay sa adenine at guanine sa isang kadena ay tumutugma sa mga base ng pyrimidine na thymine at cytosine sa kabilang kadena. Ang mga polynucleotide chain na bumubuo ng double helix ay hindi magkapareho, ngunit komplementaryo sa isa't isa.

kanin. 14. Hydrogen bonds sa base pair guanine - cytosine (a), adenine - thymine (b)

Ang mga macromolecule ng DNA ay konektado sa bawat isa sa mga pares gamit ang mga bono ng hydrogen sa anyo ng isang double helix ng pare-pareho ang diameter (Larawan 15). Ang nucleic base residues ay nakadirekta sa loob ng helix, ang diameter nito ay humigit-kumulang 2 nm.

Mayroong 10 base pairs sa bawat pagliko ng helix. Upang matiyak ang pinakamalaking katatagan ng istrukturang ito, dapat mayroong maraming mga bono ng hydrogen hangga't maaari. Kapag natugunan lamang ang kundisyong ito ay matitiyak ang napatunayang eksperimento sa kabuuan ng kabuuang sukat ng mga pangkat sa gilid at ang katatagan ng diameter ng double helix sa buong haba nito. Ang prinsipyo ng complementarity ay nakasalalay sa mutual conditionality ng pagkakasunud-sunod ng mga link sa parehong chain.

Ang complementarity ng mga chain at ang pagkakasunud-sunod ng mga link ay bumubuo ng kemikal na batayan ng pinakamahalagang function ng nucleic acids: Ang DNA ay ang pag-iimbak at paghahatid ng namamana na impormasyon, at ang RNA ay direktang kasangkot sa biosynthesis ng protina. Ang molekular na timbang ng DNA ay nag-iiba mula sa ilang milyon hanggang sampu-sampung bilyon, para sa RNA - mula sampu-sampung libo hanggang ilang milyon.

Pinagbabatayan ng base complementarity ang mga batas na binuo ni E. Chargaff, na namamahala sa komposisyon ng nucleotide ng DNA ng iba't ibang pinagmulan.

Mga panuntunan ni Chargaff:

1) ang bilang ng mga base ng purine ay katumbas ng bilang ng mga base ng pyrimidine, i.e. (A+G)=(C+T).

2) Ang halaga ng adenine ay katumbas ng halaga ng thymine (A=T); pareho, ang halaga ng guanine ay katumbas ng halaga ng cytosine (G=C).

3) Ang bilang ng mga base na naglalaman ng isang amino group sa posisyon 4 ng pyrimidine at posisyon 6 ng purine nucleus ay katumbas ng bilang ng mga base na naglalaman ng isang oxo group sa parehong mga posisyon. Nangangahulugan ito na ang A+C=G+T.

Para sa RNA, ang mga tuntunin ni Chargaff ay maaaring hindi natutupad o natutupad nang may ilang pagtatantya. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang RNA ay naglalaman ng maraming mga menor de edad na base.

Ang paghahambing ng DNA macromolecule na may spiral staircase ay nagmumungkahi ng chirality nito. Sa katunayan, ang natural na DNA ay may optical na aktibidad. Kasabay nito, ang mga pinaghalong nucleotide na bumubuo sa DNA, pati na rin ang mga hindi maayos na polynucleotic chain, ay optically inactive. Ipinapahiwatig nito na ang optical na aktibidad ng natural na DNA ay nauugnay sa chirality ng kanilang pangalawang istraktura.

Ang helix framework ay nabuo sa pamamagitan ng alternating carbohydrate at phosphate residues. Ang nakapalibot na may tubig na kapaligiran ay nakikipag-ugnayan sa hydrophilic na bahagi ng helix, ngunit ang panloob na bahagi ng helix (base) ay hindi nakikipag-ugnayan sa tubig.

Ang isang molekula ng DNA, hindi tulad ng isang molekula ng RNA, sa karamihan ng mga kaso ay binubuo ng dalawang magkakaugnay na magkakaugnay na kadena. Depende sa haba ng pagliko at anggulo ng helix, pati na rin ang isang bilang ng iba pang mga geometric na parameter nito, higit sa sampung iba't ibang ordered helical na istruktura ng DNA ay nakikilala. Sa pagpapapanatag ng mga istrukturang ito, kasama ang mga bono ng hydrogen na kumikilos sa kabuuan ng helix, ang mga intermolecular na pakikipag-ugnayan na nakadirekta sa helix sa pagitan ng magkalapit na spatially close nitrogenous base ay may mahalagang papel. Dahil ang mga pakikipag-ugnayan na ito ay nakadirekta sa salansan ng mga nitrogenous na base ng molekula ng DNA, ang mga ito ay tinatawag na stacking interaction. Kaya, ang mga pakikipag-ugnayan ng mga nitrogenous base sa isa't isa ay nagbubuklod sa dobleng helix ng molekula ng DNA sa kahabaan at sa kabuuan ng axis nito.

Ang malakas na pakikipag-ugnayan ng stacking ay palaging nagpapalakas ng mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga base, na nagsusulong ng compaction ng helix. Bilang isang resulta, ang mga molekula ng tubig mula sa nakapalibot na solusyon ay nagbubuklod pangunahin sa pentose phosphate backbone ng DNA, ang mga polar group na kung saan ay matatagpuan sa ibabaw ng helix. Kapag humina ang interaksyon ng pagsasalansan, ang mga molekula ng tubig, na tumatagos sa loob ng helix, ay nakikipagkumpitensya sa mga polar group ng mga base, nagpapasimula ng destabilisasyon at nag-aambag sa higit pang pagkawatak-watak ng double helix. Ang lahat ng ito ay nagpapahiwatig ng dinamika ng pangalawang istraktura ng DNA sa ilalim ng impluwensya ng mga bahagi ng nakapalibot na solusyon. Ang double helix ay katangian ng karamihan sa mga molekula ng DNA. Gayunpaman, ang DNA ay maaaring kumuha ng iba pang mga anyo. Ang ilang mga virus ay naglalaman ng single-stranded na DNA, at ang mga pabilog na anyo ay matatagpuan din.

kanin. 16. Pangalawang istraktura ng molekula ng RNA

Tertiary na istraktura ng mga nucleic acid. Ang double helix ng DNA molecules ay umiiral sa anyo ng linear, circular, supercircular at compact coil forms. Ang mga mutual transition ay nagaganap sa pagitan ng mga form na ito sa ilalim ng pagkilos ng isang espesyal na grupo ng mga enzyme - topoisomerases, na nagbabago sa spatial na istraktura (Larawan 17).

kanin. 17. Tertiary structure ng DNA molecule:

a - linear, b- singsing, V- sobrang singsing, G- compact na bola

Ang tertiary na istraktura ng maraming mga molekula ng RNA ay nangangailangan pa rin ng pangwakas na paglilinaw, ngunit naitatag na ito na nakasalalay hindi lamang sa pangunahin at pangalawang istraktura, kundi pati na rin sa komposisyon ng nakapalibot na solusyon.

Mga nucleic acid, tulad ng mga protina, ay mahalaga para sa buhay. Kinakatawan nila ang genetic material ng lahat ng nabubuhay na organismo, hanggang sa pinakasimpleng mga virus. Ang pangalan na "nucleic acid" ay sumasalamin sa katotohanan na sila ay naisalokal pangunahin sa nucleus (nucleus - nucleus). Sa partikular na paglamlam para sa mga nucleic acid, ang nuclei ay napakalinaw na nakikita sa isang light microscope.

Pag-alam sa istruktura ng DNA(deoxyribonucleic acid) - isa sa dalawang umiiral na uri ng mga nucleic acid - nagbukas ng isang bagong panahon sa biology, dahil sa wakas ay naging posible na maunawaan kung paano iniimbak ng mga buhay na organismo ang impormasyong kinakailangan upang makontrol ang kanilang mga aktibidad sa buhay at kung paano nila ipinapadala ang impormasyong ito sa kanilang supling. Nabanggit na natin sa itaas na ang mga nucleic acid ay binubuo ng mga monomeric unit na tinatawag na nucleotides. Ang mga napakahabang molekula - polynucleotides - ay binuo mula sa mga nucleotide.

Upang maunawaan ang istraktura ng polynucleotides, samakatuwid kailangan munang maging pamilyar sa kung paano ang mga nucleotide ay binuo.

Nucleotides. Istraktura ng mga nucleotides

Molekyul ng nucleotide ay binubuo ng tatlong bahagi - isang limang-carbon na asukal, isang nitrogenous base at isang phosphorus base.

Kasama ang asukal sa komposisyon ng nucleotide, ay naglalaman ng limang carbon atoms, i.e. ito ay isang pentose. Depende sa uri ng pentose na nasa nucleotide, mayroong dalawang uri ng nucleic acid - ribonucleic acids (RNA), na naglalaman ng ribose, at deoxyribonucleic acids (DNA), na naglalaman ng deoxyribose. Sa deoxyribose, ang pangkat ng OH sa 2nd carbon atom ay pinalitan ng isang H atom, ibig sabihin, mayroon itong mas kaunting oxygen na atom kaysa sa ribose.

Sa pareho mga uri ng nucleic acid naglalaman ng apat na iba't ibang uri ng mga base: dalawa sa kanila ay kabilang sa klase ng purines at dalawa sa klase ng pyrimidines. Ang pangunahing katangian ng mga compound na ito ay ibinibigay ng nitrogen na kasama sa singsing. Kasama sa mga purine ang adenine (A) at guanine (G), at ang mga pyrimidine ay kinabibilangan ng cytosine (C) at thymine (T) o uracil (U) (sa DNA o RNA, ayon sa pagkakabanggit). Ang thymine ay napakalapit sa kemikal sa uracil (ito ay 5-methyluracil, i.e. uracil kung saan ang ika-5 carbon atom ay may methyl group). Ang molekula ng purine ay may dalawang singsing, at ang molekula ng pyrimidine ay may isa.

Grounds Nakaugalian na tukuyin ang mga ito sa pamamagitan ng unang titik ng kanilang mga pangalan: A, G, T, U at C.

Mga nucleic acid ay mga acid dahil ang kanilang molekula ay naglalaman ng phosphoric acid.

Ipinapakita ng figure kung paano pinagsama ang asukal, base at phosphoric acid upang mabuo molekula ng nucleotide. Ang kumbinasyon ng asukal na may isang base ay nangyayari sa paglabas ng isang molekula ng tubig, ibig sabihin, ito ay isang reaksyon ng condensation. Upang makabuo ng nucleotide, kinakailangan ang isa pang reaksyon ng condensation - sa pagitan ng asukal at phosphoric acid.

Iba't ibang mga nucleotide naiiba sa bawat isa sa likas na katangian ng mga asukal at ang mga base na bumubuo sa kanila.

Ang papel ng mga nucleotides sa katawan ay hindi limitado sa pagsisilbi bilang mga bloke ng gusali ng mga nucleic acid; ang ilang mahahalagang coenzyme ay mga nucleotides din. Kasama sa mga halimbawa ang adenosine triphosphate (ATP), cyclic adenosine monophosphate (cAMP), coenzyme A, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP), at flavin adenine dinucleotide (FAD).

Maraming tao ang palaging interesado kung bakit naipapasa sa bata ang ilang katangian na mayroon ang mga magulang (halimbawa, kulay ng mata, buhok, hugis ng mukha, at iba pa). Napatunayan ng agham na ang paghahatid na ito ng isang katangian ay nakasalalay sa genetic material, o DNA.

Ano ang DNA?

Nucleotide

Tulad ng sinabi, ang pangunahing yunit ng istruktura ng deoxyribonucleic acid ay ang nucleotide. Ito ay isang kumplikadong edukasyon. Ang komposisyon ng isang DNA nucleotide ay ang mga sumusunod.

Sa gitna ng nucleotide ay isang limang sangkap na asukal (sa DNA, kumpara sa RNA, na naglalaman ng ribose). Ang isang nitrogenous base ay nakakabit dito, kung saan mayroong 5 uri: adenine, guanine, thymine, uracil at cytosine. Bilang karagdagan, ang bawat nucleotide ay naglalaman din ng phosphoric acid residue.

Ang DNA ay naglalaman lamang ng mga nucleotide na may mga ipinahiwatig na mga yunit ng istruktura.

Ang lahat ng mga nucleotide ay nakaayos sa isang kadena at sumusunod sa bawat isa. Nakapangkat sa triplets (tatlong nucleotides bawat isa), bumubuo sila ng isang sequence kung saan ang bawat triplet ay tumutugma sa isang tiyak na amino acid. Bilang resulta, nabuo ang isang kadena.

Ang mga ito ay pinagsama sa bawat isa dahil sa mga bono ng nitrogenous base. Ang pangunahing bono sa pagitan ng mga nucleotide ng magkatulad na kadena ay hydrogen.

Ang mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide ay ang batayan ng mga gene. Ang isang paglabag sa kanilang istraktura ay humahantong sa isang pagkabigo sa synthesis ng protina at ang pagpapakita ng mga mutasyon. Ang DNA ay naglalaman ng parehong mga gene na matatagpuan sa halos lahat ng tao at nakikilala ang mga ito mula sa ibang mga organismo.

Pagbabago ng nucleotide

Sa ilang mga kaso, para sa isang mas matatag na paghahatid ng isang partikular na katangian, ang pagbabago ng nitrogenous base ay ginagamit. Ang kemikal na komposisyon ng DNA ay binago sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang methyl group (CH3). Ang ganitong pagbabago (sa isang nucleotide) ay ginagawang posible na patatagin ang expression ng gene at ang paglipat ng mga katangian sa mga cell ng anak na babae.

Ang ganitong "pagpapabuti" ng istraktura ng molekula ay hindi nakakaapekto sa samahan ng mga nitrogenous base.

Ginagamit din ang pagbabagong ito upang hindi aktibo ang X chromosome. Bilang resulta, nabuo ang mga katawan ng Barr.

Sa pinahusay na carcinogenesis, ipinapakita ng pagsusuri ng DNA na ang chain ng nucleotide ay napapailalim sa methylation sa maraming base. Sa mga obserbasyon na ginawa, nabanggit na ang pinagmulan ng mutation ay karaniwang methylated cytosine. Karaniwan, sa panahon ng proseso ng tumor, ang demethylation ay maaaring makatulong na ihinto ang proseso, ngunit dahil sa pagiging kumplikado nito, ang reaksyong ito ay hindi natupad.

Istruktura ng DNA

Mayroong dalawang uri ng istraktura sa istraktura ng molekula. Ang unang uri ay isang linear sequence na nabuo ng mga nucleotide. Ang kanilang pagtatayo ay napapailalim sa ilang mga batas. Ang pagtatala ng mga nucleotide sa isang molekula ng DNA ay nagsisimula sa 5' dulo at nagtatapos sa 3' dulo. Ang pangalawang kadena, na matatagpuan sa tapat, ay itinayo sa parehong paraan, tanging sa mga spatial na termino ang mga molekula ay matatagpuan sa tapat ng bawat isa, na may 5' dulo ng isang kadena na matatagpuan sa tapat ng 3' dulo ng pangalawa.

Ang pangalawang istraktura ng DNA ay isang helix. Ito ay sanhi ng pagkakaroon ng mga hydrogen bond sa pagitan ng mga nucleotide na matatagpuan sa tapat ng bawat isa. Ang isang hydrogen bond ay nabuo sa pagitan ng mga komplementaryong nitrogenous na base (halimbawa, thymine lamang ang maaaring nasa tapat ng unang chain adenine, at ang cytosine o uracil ay maaaring kabaligtaran ng guanine). Ang katumpakan na ito ay dahil sa ang katunayan na ang pagtatayo ng pangalawang kadena ay nangyayari sa batayan ng una, samakatuwid mayroong isang eksaktong pagsusulatan sa pagitan ng mga nitrogenous na base.

Synthesis ng molekula

Paano nabuo ang isang molekula ng DNA?

Mayroong tatlong yugto sa siklo ng pagbuo nito:

• Pagdiskonekta ng mga circuit.
• Pagkonekta ng mga synthesizing unit sa isa sa mga circuit.
• Pagkumpleto ng pangalawang kadena ayon sa prinsipyo ng complementarity.

Sa yugto ng paghihiwalay ng molekular, ang pangunahing papel ay nilalaro ng mga enzyme - DNA gyrase. Ang mga enzyme na ito ay nakatuon sa pagsira sa mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga kadena.

Matapos maghiwalay ang mga hibla, ang pangunahing synthesizing enzyme, ang DNA polymerase, ay papasok. Ang attachment nito ay sinusunod sa 5' site. Susunod, ang enzyme na ito ay gumagalaw patungo sa dulo ng 3', sabay-sabay na pagdaragdag ng mga kinakailangang nucleotide na may kaukulang nitrogenous base. Ang pagkakaroon ng naabot sa isang tiyak na site (terminator) sa 3' dulo, ang polymerase ay dinidiskonekta mula sa orihinal na kadena.

Matapos mabuo ang chain ng anak na babae, nabuo ang isang hydrogen bond sa pagitan ng mga base, na humahawak sa bagong nabuong molekula ng DNA.

Saan mo mahahanap ang molekulang ito?

Kung susuriin mo nang mas malalim ang istraktura ng mga cell at tissue, makikita mo na ang DNA ay pangunahing nakapaloob sa kung ano ang responsable para sa pagbuo ng mga bago, mga cell ng anak o kanilang mga clone. Kasabay nito, kung ano ang nasa loob nito ay nahahati sa pagitan ng mga bagong nabuo na mga selula nang pantay-pantay (nabubuo ang mga clone) o sa mga bahagi (ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay madalas na maobserbahan sa panahon ng meiosis). Ang pinsala sa nucleus ay nangangailangan ng pagkagambala sa pagbuo ng mga bagong tisyu, na humahantong sa mutation.

Bilang karagdagan, ang isang espesyal na uri ng namamana na materyal ay nakapaloob sa mitochondria. Ang DNA sa kanila ay medyo naiiba mula sa nucleus (mitochondrial deoxyribonucleic acid ay may hugis ng singsing at gumaganap ng bahagyang magkakaibang mga pag-andar).

Ang molekula mismo ay maaaring ihiwalay mula sa anumang mga selula ng katawan (isang pahid mula sa loob ng pisngi o dugo ay kadalasang ginagamit para sa pananaliksik). Ang tanging nawawalang genetic material ay nasa exfoliating epithelium at ilang mga selula ng dugo (erythrocytes).

Mga pag-andar

Tinutukoy ng komposisyon ng molekula ng DNA ang tungkulin nito sa pagpapadala ng impormasyon mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon. Nangyayari ito dahil sa synthesis ng ilang mga protina na tumutukoy sa pagpapakita ng isa o ibang genotypic (panloob) o phenotypic (panlabas - halimbawa, kulay ng mata o buhok) na katangian.

Ang paglipat ng impormasyon ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagpapatupad nito mula sa genetic code. Batay sa impormasyong naka-encrypt sa genetic code, ang mga partikular na messenger, ribosomal at transport RNA ay ginawa. Ang bawat isa sa kanila ay may pananagutan para sa isang tiyak na aksyon - ang messenger RNA ay ginagamit para sa synthesis ng mga protina, ang ribosomal RNA ay kasangkot sa pagpupulong ng mga molekula ng protina, at ang transport RNA ay bumubuo ng kaukulang mga protina.

Anumang malfunction sa kanilang trabaho o pagbabago sa istraktura ay humahantong sa pagkagambala sa function na ginanap at ang paglitaw ng mga hindi tipikal na sintomas (mutations).

Ang pagsusuri sa paternity ng DNA ay nagpapahintulot sa iyo na matukoy ang pagkakaroon ng magkakaugnay na katangian sa pagitan ng mga tao.

Mga pagsusuri sa genetiko

Ano ang maaaring gamitin ng genetic testing para sa ngayon?

Ginagamit ang pagsusuri sa DNA upang matukoy ang maraming salik o pagbabago sa katawan.

Una sa lahat, pinapayagan ka ng pag-aaral na matukoy ang pagkakaroon ng congenital, minana na mga sakit. Kabilang sa mga naturang sakit ang Down syndrome, autism, at Marfan syndrome.

Maaari ding suriin ang DNA upang matukoy ang mga relasyon sa pamilya. Matagal nang malawakang ginagamit ang paternity testing sa marami, pangunahin nang legal, na mga proseso. Ang pag-aaral na ito ay inireseta upang matukoy ang genetic na relasyon sa pagitan ng mga anak sa labas. Ang pagsusulit na ito ay madalas na kinukuha ng mga aplikante para sa mana kapag may mga tanong mula sa mga awtoridad.

4.2.1. Pangunahing istraktura ng mga nucleic acid tinawag pagkakasunud-sunod ng pag-aayos ng mga mononucleotides sa isang DNA o RNA chain . Ang pangunahing istraktura ng mga nucleic acid ay nagpapatatag ng 3",5" na phosphodiester bond. Ang mga bono na ito ay nabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng hydroxyl group sa 3" na posisyon ng pentose residue ng bawat nucleotide kasama ang phosphate group ng kalapit na nucleotide (Figure 3.2),

Kaya, sa isang dulo ng polynucleotide chain mayroong isang libreng 5"-phosphate group (5"-end), at sa kabilang banda ay mayroong isang libreng hydroxyl group sa 3" na posisyon (3"-end). Ang mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide ay karaniwang nakasulat sa direksyon mula sa 5" dulo hanggang 3" na dulo.

Larawan 4.2. Ang istraktura ng isang dinucleotide, na kinabibilangan ng adenosine 5"-monophosphate at cytidine 5"-monophosphate.

4.2.2. DNA (deoxyribonucleic acid) matatagpuan sa cell nucleus at may molecular weight na humigit-kumulang 1011 Da. Ang mga nucleotide nito ay naglalaman ng mga nitrogenous base adenine, guanine, cytosine, thymine , karbohidrat deoxyribose at phosphoric acid residues. Ang nilalaman ng mga nitrogenous base sa isang molekula ng DNA ay tinutukoy ng mga patakaran ni Chargaff:

1) ang bilang ng mga base ng purine ay katumbas ng bilang ng mga base ng pyrimidine (A + G = C + T);

2) ang halaga ng adenine at cytosine ay katumbas ng halaga ng thymine at guanine, ayon sa pagkakabanggit (A = T; C = G);

3) Ang DNA na nakahiwalay sa mga cell ng iba't ibang biological species ay naiiba sa bawat isa sa specificity coefficient:

(G + C) / (A + T)

Ang mga pattern na ito sa istruktura ng DNA ay ipinaliwanag ng mga sumusunod na katangian ng pangalawang istraktura nito:

1) ang isang molekula ng DNA ay binuo mula sa dalawang polynucleotide chain na konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng hydrogen bond at oriented na antiparallel (iyon ay, ang 3" dulo ng isang chain ay matatagpuan sa tapat ng 5" na dulo ng kabilang chain at vice versa);

2) Ang mga bono ng hydrogen ay nabuo sa pagitan ng mga pantulong na pares ng mga nitrogenous na base. Ang thymine ay pantulong sa adenine; ang pares na ito ay pinatatag ng dalawang hydrogen bond. Ang cytosine ay pantulong sa guanine; ang pares na ito ay pinatatag ng tatlong hydrogen bond (tingnan ang figure b). Ang mas maraming pares ng G-C sa isang molekula ng DNA, mas malaki ang resistensya nito sa mataas na temperatura at ionizing radiation;

Larawan 3.3. Mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga pantulong na nitrogenous na base.

3) ang parehong mga hibla ng DNA ay pinaikot sa isang helix na may isang karaniwang axis. Nakaharap ang nitrogenous base sa loob ng helix; Bilang karagdagan sa mga pakikipag-ugnayan ng hydrogen, ang mga pakikipag-ugnayan ng hydrophobic ay lumitaw din sa pagitan nila. Ang ribose phosphate moieties ay matatagpuan sa kahabaan ng periphery, na bumubuo sa core ng helix (tingnan ang Figure 3.4).

Larawan 3.4. Diagram ng istruktura ng DNA.

4.2.3. RNA (ribonucleic acid) ay matatagpuan nakararami sa cytoplasm ng cell at may molecular weight sa hanay na 104 - 106 Da. Ang mga nucleotide nito ay naglalaman ng mga nitrogenous base adenine, guanine, cytosine, uracil , karbohidrat ribose at mga residue ng phosphoric acid. Hindi tulad ng DNA, ang mga molekula ng RNA ay itinayo mula sa iisang polynucleotide chain, na maaaring maglaman ng mga seksyon na pantulong sa isa't isa (Figure 3.5). Ang mga rehiyong ito ay maaaring makipag-ugnayan sa isa't isa, na bumubuo ng mga dobleng helice na nagpapalit sa mga hindi helical na rehiyon.

Larawan 3.5. Scheme ng istraktura ng paglipat ng RNA.

Batay sa kanilang istraktura at pag-andar, mayroong tatlong pangunahing uri ng RNA:

1) messenger RNA (mRNA) magpadala ng impormasyon tungkol sa istraktura ng protina mula sa cell nucleus hanggang ribosomes;

2) ilipat ang mga RNA (tRNAs) transportasyon ng mga amino acid sa site ng synthesis ng protina;

3) ribosomal RNA (rRNA) ay bahagi ng mga ribosom at nakikilahok sa synthesis ng protina.

Halos lahat ay narinig ang tungkol sa pagkakaroon ng mga molekula ng DNA sa mga buhay na selula at alam na ang molekula na ito ay may pananagutan sa paghahatid ng namamana na impormasyon. Ang isang malaking bilang ng iba't ibang mga pelikula, sa isang antas o iba pa, ay nagtatayo ng kanilang mga plot sa mga katangian ng isang maliit ngunit mapagmataas, napakahalagang molekula.

Gayunpaman, ilang mga tao ang maaaring halos ipaliwanag kung ano ang eksaktong kasama sa molekula ng DNA at kung paano gumagana ang mga proseso ng pagbabasa ng lahat ng impormasyong ito tungkol sa "istraktura ng buong organismo". Ilang tao ang makakabasa ng "deoxyribonucleic acid" nang walang pag-aalinlangan.

Subukan nating alamin kung ano ang binubuo ng pinakamahalagang molekula para sa bawat isa sa atin at kung ano ang hitsura nito.

Ang istraktura ng isang yunit ng istruktura - isang nucleotide

Ang molekula ng DNA ay naglalaman ng maraming mga yunit ng istruktura, dahil ito ay isang biopolymer. Ang polimer ay isang macromolecule na binubuo ng maraming maliliit, sunod-sunod na konektado na paulit-ulit na mga fragment. Tulad ng isang kadena ay binubuo ng mga link.

Ang yunit ng istruktura ng isang macromolecule ng DNA ay isang nucleotide. Ang mga nucleotide ng isang molekula ng DNA ay naglalaman ng mga nalalabi ng tatlong sangkap - orthophosphoric acid, isang saccharide (deoxyribose) at isa sa apat na posibleng mga base na naglalaman ng nitrogen.

Ang molekula ng DNA ay naglalaman ng mga nitrogenous base: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) at thymine (T).

Ang komposisyon ng isang nucleotide chain ay makikita sa pamamagitan ng paghalili ng mga base na kasama dito: -AAGCGTTAGCACGT-, atbp. Ang pagkakasunud-sunod ay maaaring alinman. Ito ay kung paano nabuo ang isang solong strand ng DNA.

Spiralization ng isang molekula. Ang phenomenon ng complementarity

Ang laki ng molekula ng DNA ng tao ay napakalaki (siyempre, sa sukat ng iba pang mga molekula)! Ang genome ng isang cell (46 chromosome) ay naglalaman ng humigit-kumulang 3.1 bilyong pares ng nucleotide. Ang haba ng isang DNA chain na binubuo ng napakaraming link ay humigit-kumulang dalawang metro. Mahirap isipin kung paano mailalagay ang napakalaking molekula sa loob ng isang maliit na selula.

Ngunit inalagaan ng kalikasan ang mas compact na packaging at proteksyon ng genome nito - ang dalawang chain ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng nitrogenous base at bumubuo ng kilalang double helix. Kaya, posible na bawasan ang haba ng molekula ng halos anim na beses.

Ang pagkakasunud-sunod ng pakikipag-ugnayan ng mga nitrogenous base ay mahigpit na tinutukoy ng hindi pangkaraniwang bagay ng complementarity. Ang adenine ay maaari lamang magbigkis sa thymine, habang ang cytosine ay maaari lamang magbigkis sa guanine. Ang mga komplementaryong pares na ito ay magkasya tulad ng isang susi at isang kandado, tulad ng mga piraso ng puzzle.

Ngayon kalkulahin natin kung gaano karaming memorya sa isang computer (o sa isang flash drive) ang lahat ng impormasyon tungkol sa maliit (sa sukat ng ating mundo) na molekula ay dapat sakupin. Ang bilang ng mga pares ng nucleotide ay 3.1x10 9. Mayroong 4 na halaga sa kabuuan, na nangangahulugan na ang 2 piraso ng impormasyon (2 2 halaga) ay sapat para sa isang pares. Pina-multiply namin ang lahat ng ito sa isa't isa at nakakakuha kami ng 6200000000 bits, o 775000000 bytes, o 775000 kilobytes, o 775 megabytes. Na halos tumutugma sa kapasidad ng isang CD o dami ng 40 minutong episode ng pelikula sa average na kalidad.

Pagbuo ng chromosome. Pagpapasiya ng genome ng tao

Bilang karagdagan sa spiralization, ang molekula ay paulit-ulit na napapailalim sa compaction. Ang double helix ay nagsisimulang umikot tulad ng isang bola ng sinulid - ang prosesong ito ay tinatawag na supercoiling at nangyayari sa tulong ng isang espesyal na protina ng histone, kung saan ang kadena ay nasugatan tulad ng isang spool.

Ang prosesong ito ay nagpapaikli sa haba ng molekula ng isa pang 25-30 beses. Napapailalim sa ilang higit pang mga antas ng packaging, na nagiging mas siksik, ang isang molekula ng DNA, kasama ng mga pantulong na protina, ay bumubuo ng isang chromosome.

Ang lahat ng impormasyon na may kinalaman sa hugis, hitsura at paggana ng ating katawan ay tinutukoy ng isang hanay ng mga gene. Ang isang gene ay isang mahigpit na tinukoy na seksyon ng isang molekula ng DNA. Binubuo ito ng hindi nagbabagong pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide. Bukod dito, ang gene ay mahigpit na tinutukoy hindi lamang sa komposisyon nito, kundi pati na rin sa posisyon nito na may kaugnayan sa iba pang mga seksyon ng kadena.

Ribonucleic acid at ang papel nito sa synthesis ng protina

Bilang karagdagan sa DNA, mayroong iba pang mga uri ng nucleic acid - matrix, transfer at ribosomal RNA (ribonucleic acid). Ang mga chain ng RNA ay mas maliit at mas maikli, salamat sa kung saan nagagawa nilang tumagos sa nuclear membrane.

Ang molekula ng RNA ay isa ring biopolymer. Ang mga fragment ng istruktura nito ay katulad ng mga bumubuo sa DNA, na may bahagyang pagbubukod ng isang saccharide (ribose sa halip na deoxyribose). Mayroong apat na uri ng nitrogenous base: ang pamilyar na A, G, C at uracil (U) sa halip na thymine. Ang larawan sa itaas ay malinaw na nagpapakita ng lahat ng ito.

Ang DNA macromolecule ay may kakayahang magpadala ng impormasyon sa RNA sa isang unwound form. Ang pag-unwinding ng helix ay nangyayari sa tulong ng isang espesyal na enzyme, na naghihiwalay sa double helix sa magkakahiwalay na mga kadena - tulad ng mga halves ng isang zipper na naghihiwalay.

Kasabay nito, parallel sa DNA chain, isang komplementaryong RNA chain ay nilikha. Ang pagkakaroon ng pagkopya ng impormasyon at pumasok sa kapaligiran ng cell mula sa nucleus, sinisimulan ng chain ng RNA ang mga proseso ng synthesis ng protina na naka-encode ng gene. Ang synthesis ng protina ay nangyayari sa mga espesyal na organelle ng cell - ribosome.

Ang ribosome, habang binabasa nito ang kadena, ay tumutukoy sa kung anong pagkakasunud-sunod ang mga amino acid na kailangang ikonekta, isa-isa - habang binabasa nito ang impormasyon sa RNA. Pagkatapos, ang na-synthesize na chain ng mga amino acid ay magkakaroon ng isang partikular na 3D na hugis.

Ang napakalaking molekulang istrukturang ito ay isang protina na may kakayahang magsagawa ng mga naka-encode na function ng mga enzyme, hormones, receptors at building material.

mga konklusyon

Para sa anumang buhay na nilalang, ang protina ay ang huling produkto ng bawat gene. Ito ay mga protina na tumutukoy sa lahat ng pagkakaiba-iba ng mga anyo, katangian at katangian na naka-encrypt sa ating mga cell.

Minamahal na mga mambabasa ng blog, alam mo ba kung nasaan ang DNA, mag-iwan ng mga komento o puna sa kung ano ang gusto mong malaman. Ito ay magiging lubhang kapaki-pakinabang para sa isang tao!