Desno je najveća spirala ljudske DNK, izgrađena od ljudi na plaži u Varni (Bugarska), uvrštena u Guinnessovu knjigu rekorda 23. travnja 2016.

Deoksiribonukleinska kiselina. Opće informacije

DNK (dezoksiribonukleinska kiselina) svojevrsni je nacrt života, složeni kod koji sadrži podatke o nasljednim informacijama. Ova složena makromolekula sposobna je pohraniti i prenijeti nasljedne genetske informacije s generacije na generaciju. DNK određuje takva svojstva bilo kojeg živog organizma kao što su nasljednost i varijabilnost. Informacije kodirane u njemu postavljaju cijeli program razvoja bilo kojeg živog organizma. Genetski determinirani čimbenici unaprijed određuju cijeli životni tijek osobe i bilo kojeg drugog organizma. Umjetni ili prirodni utjecaji vanjskog okoliša mogu samo neznatno utjecati na ukupnu izraženost pojedinih genetskih svojstava ili utjecati na razvoj programiranih procesa.

Deoksiribonukleinska kiselina(DNA) je makromolekula (jedna od tri glavne, druge dvije su RNA i proteini) koja osigurava pohranu, prijenos s koljena na koljeno i provedbu genetskog programa za razvoj i funkcioniranje živih organizama. DNK sadrži informacije o strukturi raznih vrsta RNK i proteina.

U eukariotskim stanicama (životinje, biljke i gljive) DNA se nalazi u staničnoj jezgri kao dio kromosoma, kao i u nekim staničnim organelama (mitohondriji i plastidi). U stanicama prokariotskih organizama (bakterija i arheja) kružna ili linearna molekula DNA, tzv. nukleoid, pričvršćena je iznutra na staničnu membranu. U njima i u nižim eukariotima (primjerice, kvascu) također se nalaze male autonomne, pretežno kružne molekule DNA koje se nazivaju plazmidi.

S kemijskog gledišta, DNK je dugačka polimerna molekula koja se sastoji od ponavljajućih blokova koji se nazivaju nukleotidi. Svaki nukleotid sastoji se od dušične baze, šećera (dezoksiriboze) i fosfatne skupine. Veze između nukleotida u lancu nastaju zahvaljujući deoksiribozi ( S) i fosfata ( F) skupine (fosfodiesterske veze).

Riža. 2. Nukleotid se sastoji od dušične baze, šećera (dezoksiriboze) i fosfatne skupine

U velikoj većini slučajeva (osim kod nekih virusa koji sadrže jednolančanu DNA), makromolekula DNA sastoji se od dva lanca usmjerena dušičnim bazama jedan prema drugome. Ova dvolančana molekula je upletena duž spirale.

Postoje četiri vrste dušičnih baza koje se nalaze u DNA (adenin, gvanin, timin i citozin). Dušikove baze jednog od lanaca povezane su s dušikovim bazama drugog lanca vodikovim vezama po principu komplementarnosti: adenin se spaja samo s timinom ( NA), gvanin - samo sa citozinom ( G-C). Upravo ti parovi čine "prečke" DNK spiralnog "stepeništa" (vidi: sl. 2, 3 i 4).

Riža. 2. Dušične baze

Slijed nukleotida omogućuje vam "kodiranje" informacija o različitim vrstama RNA, od kojih su najvažnije glasničke ili predloške (mRNA), ribosomske (rRNA) i transportne (tRNA). Sve te vrste RNA sintetizirane su na DNA šabloni kopiranjem DNA sekvence u RNA sekvencu sintetiziranu tijekom transkripcije, te sudjeluju u biosintezi proteina (proces prevođenja). Uz kodirajuće sekvence, stanična DNA sadrži sekvence koje obavljaju regulatorne i strukturne funkcije.

Riža. 3. Replikacija DNA

Raspored osnovnih kombinacija kemijskih spojeva DNA i kvantitativni odnosi između tih kombinacija osiguravaju kodiranje nasljednih informacija.

Obrazovanje nova DNK (replikacija)

1. Proces replikacije: odvijanje dvostruke spirale DNA - sinteza komplementarnih lanaca pomoću DNA polimeraze - nastanak dviju molekula DNA iz jedne.
2. Dvostruka spirala se "otvara" u dvije grane kada enzimi prekinu vezu između baznih parova kemijskih spojeva.
3. Svaka grana je element nove DNK. Novi parovi baza povezani su u istom nizu kao u matičnoj grani.

Po završetku duplikacije formiraju se dvije neovisne spirale, stvorene od kemijskih spojeva matične DNK i imaju isti genetski kod. Na taj način DNK može prenositi informacije od stanice do stanice.

Detaljnije informacije:

STRUKTURA NUKLEINSKIH KISELINA

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

Deoksiribonukleinska kiselina(DNA) odnosi se na nukleinske kiseline. Nukleinske kiseline su klasa nepravilnih biopolimera čiji su monomeri nukleotidi.

NUKLEOTIDE Sastoji se od dušična baza, povezan s ugljikohidratom s pet ugljika (pentozom) - deoksiriboza(u slučaju DNK) ili riboza(u slučaju RNA), koji se spaja s ostatkom fosforne kiseline (H 2 PO 3 -).

Dušične baze Postoje dvije vrste: pirimidinske baze - uracil (samo u RNK), citozin i timin, purinske baze - adenin i gvanin.

Riža. 5. Struktura nukleotida (lijevo), mjesto nukleotida u DNA (dolje) i vrste dušičnih baza (desno): pirimidin i purin

Atomi ugljika u molekuli pentoze označeni su brojevima od 1 do 5. Fosfat se spaja s trećim i petim atomom ugljika. Tako se nukleinotidi spajaju u lanac nukleinske kiseline. Dakle, možemo razlikovati 3' i 5' krajeve DNK lanca:

Riža. 6. Izolacija 3' i 5' krajeva lanca DNA

Formiraju se dva lanca DNK dvostruka spirala. Ovi lanci u spirali su orijentirani u suprotnim smjerovima. U različitim lancima DNK, dušične baze su međusobno povezane putem vodikove veze. Adenin se uvijek sparuje s timinom, a citozin se uvijek sparuje s gvaninom. To se zove pravilo komplementarnosti.

Pravilo komplementarnosti:

A-T G-C

Na primjer, ako nam je dan lanac DNK sa slijedom

3’- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5’,

tada će mu drugi lanac biti komplementaran i usmjeren u suprotnom smjeru - od 5' kraja do 3' kraja:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

Riža. 7. Usmjeravanje lanaca molekule DNA i povezivanje dušičnih baza pomoću vodikovih veza

REPLIKACIJA DNA

replikacija DNK je proces udvostručavanja molekule DNK kroz sintezu šablona. U većini slučajeva prirodne replikacije DNKpočetnicaza sintezu DNA je kratki fragment (rekreirano). Takvu ribonukleotidnu početnicu stvara enzim primaza (DNA primaza u prokariota, DNA polimeraza u eukariota), a zatim se zamjenjuje deoksiribonukleotid polimerazom, koja inače obavlja funkcije popravka (ispravljanje kemijskih oštećenja i lomova u molekuli DNA).

Replikacija se odvija prema polukonzervativnom mehanizmu. To znači da se dvostruka uzvojnica DNK odmotava i na svakom njezinom lancu se po principu komplementarnosti gradi novi lanac. Kći molekula DNK tako sadrži jedan lanac iz matične molekule i jedan novosintetizirani. Replikacija se odvija u smjeru od 3' do 5' kraja matičnog lanca.

Riža. 8. Replikacija (udvostručenje) molekule DNA

sinteza DNA- ovo nije tako kompliciran proces kao što se na prvi pogled čini. Ako razmislite o tome, prvo morate shvatiti što je sinteza. Ovo je proces spajanja nečega u jednu cjelinu. Stvaranje nove molekule DNA odvija se u nekoliko faza:

1) DNK topoizomeraza, smještena ispred replikacijske vilice, reže DNK kako bi olakšala njeno odmotavanje i odmotavanje.
2) DNA helikaza, nakon topoizomeraze, utječe na proces “raspletanja” spirale DNA.
3) DNA-vezujući proteini vežu DNA niti i također ih stabiliziraju, sprječavajući njihovo lijepljenje jedno za drugo.
4) DNA polimeraza δ(delta) , usklađen s brzinom kretanja replikacijske vilice, izvodi sintezuvodećilanci podružnica DNK u smjeru 5"→3" na matrici materinski Lanci DNA u smjeru od svog 3" kraja do 5" kraja (brzina do 100 parova nukleotida u sekundi). Ovi događaji u ovom materinski DNK lanci su ograničeni.

Riža. 9. Shematski prikaz procesa replikacije DNA: (1) Zaostali lanac (lagging strand), (2) Vodeći lanac (leading strand), (3) DNA polimeraza α (Polα), (4) DNA ligaza, (5) RNA -primer, (6) Primaza, (7) Okazakijev fragment, (8) DNA polimeraza δ (Polδ), (9) Helikaza, (10) Jednolančani proteini koji vežu DNA, (11) Topoizomeraza.

Sinteza zaostalog lanca DNK kćeri opisana je u nastavku (vidi. Shema replikacijska vilica i funkcije replikacijskih enzima)

Za više informacija o replikaciji DNK pogledajte

5) Odmah nakon što se drugi lanac matične molekule razmrsi i stabilizira, na njega se vežeDNA polimeraza α(alfa)a u smjeru 5"→3" sintetizira početnicu (RNA primer) – sekvencu RNA na DNA šabloni duljine od 10 do 200 nukleotida. Nakon ovoga enzimuklonjeni iz DNK lanca.

Umjesto DNA polimerazeα je pričvršćen na 3" kraj temeljnog premaza DNA polimerazaε .

6) DNA polimerazaε (epsilon) čini se da nastavlja produživati ​​temeljni premaz, ali ga umeće kao podlogudeoksiribonukleotidi(u količini od 150-200 nukleotida). Kao rezultat, jedna nit se formira iz dva dijela -RNA(tj. temeljni premaz) i DNK. DNA polimeraza εradi dok ne naiđe na prethodnu početnicufragment Okazakija(sintetiziran malo ranije). Nakon toga, ovaj enzim se uklanja iz lanca.

7) DNA polimeraza β(beta) stoji umjesto togaDNA polimeraza ε,kreće se u istom smjeru (5"→3") i uklanja početne ribonukleotide dok istovremeno umeće deoksiribonukleotide na njihovo mjesto. Enzim djeluje sve dok se početnica potpuno ne ukloni, tj. do deoksiribonukleotida (još ranije sintetiziranogDNA polimeraza ε). Enzim nije u stanju povezati rezultat svog rada s DNK ispred, pa odlazi iz lanca.

Kao rezultat toga, fragment DNK kćeri "leži" na matrici matičnog lanca. To se zovefragment Okazakija.

8) DNA ligaza povezuje dva susjedna fragmenti Okazakija , tj. 5" kraj sintetiziranog segmentaDNA polimeraza ε,i 3"-end lanac ugrađenDNA polimerazaβ .

STRUKTURA RNK

Ribonukleinska kiselina(RNA) je jedna od tri glavne makromolekule (druge dvije su DNA i proteini) koje se nalaze u stanicama svih živih organizama.

Baš kao i DNK, RNK se sastoji od dugog lanca u kojem je svaka karika pozvana nukleotid. Svaki nukleotid sastoji se od dušične baze, šećera riboze i fosfatne skupine. Međutim, za razliku od DNK, RNK obično ima jedan lanac umjesto dva. Pentoza u RNK je riboza, a ne deoksiriboza (riboza ima dodatnu hidroksilnu grupu na drugom atomu ugljikohidrata). Konačno, DNA se razlikuje od RNA po sastavu dušičnih baza: umjesto timina ( T) RNA sadrži uracil ( U) , koji je također komplementaran adeninu.

Niz nukleotida omogućuje RNA da kodira genetske informacije. Svi stanični organizmi koriste RNA (mRNA) za programiranje sinteze proteina.

Stanična RNA se proizvodi kroz proces tzv transkripcija , odnosno sinteza RNA na matrici DNA, koju provode posebni enzimi - RNA polimeraze.

Messenger RNA (mRNA) tada sudjeluju u procesu tzv emitirati, oni. sinteza proteina na mRNA matrici uz sudjelovanje ribosoma. Ostale RNA nakon transkripcije prolaze kemijske modifikacije, a nakon formiranja sekundarne i tercijarne strukture obavljaju funkcije ovisno o vrsti RNA.

Riža. 10. Razlika između DNA i RNA u dušičnoj bazi: umjesto timina (T) RNA sadrži uracil (U) koji je također komplementaran adeninu.

TRANSKRIPCIJA

Ovo je proces sinteze RNK na šabloni DNK. DNK se odmotava na jednom od mjesta. Jedan od lanaca sadrži informaciju koju je potrebno kopirati na molekulu RNK – taj se lanac naziva kodirajući lanac. Drugi lanac DNK, komplementaran kodirajućem, naziva se predložak. Tijekom transkripcije, komplementarni lanac RNA se sintetizira na lancu predloška u smjeru 3’ - 5’ (duž lanca DNA). Ovo stvara RNA kopiju kodirajućeg lanca.

Riža. 11. Shematski prikaz transkripcije

Na primjer, ako nam je dan slijed kodnog lanca

3’- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5’,

tada će prema pravilu komplementarnosti matrični lanac nositi niz

5’- TACAGGATCGACGAGC- 3’,

a iz njega sintetizirana RNA je sekvenca

EMITIRANJE

Razmotrimo mehanizam sinteza proteina na RNA matricu, kao i genetski kod i njegova svojstva. Također, radi jasnoće, na donjoj poveznici preporučujemo da pogledate kratki video o procesima transkripcije i translacije koji se odvijaju u živoj stanici:

Riža. 12. Proces sinteze proteina: DNA kodira RNA, RNA kodira protein

GENETSKI KOD

Genetski kod- metoda kodiranja sekvence aminokiselina proteina pomoću sekvence nukleotida. Svaka aminokiselina kodirana je nizom od tri nukleotida – kodonom ili tripletom.

Genetski kod zajednički većini pro- i eukariota. Tablica prikazuje svih 64 kodona i odgovarajuće aminokiseline. Osnovni poredak je od 5" do 3" kraja mRNA.

Tablica 1. Standardni genetski kod

1 osnova cija	2. baza								3 osnova cija
	U		C		A		G
U	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr/Y)	U G U	(Cys/C)	U
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Leu/L)	U C A		U A A	Stop kodon**	U G A	Stop kodon**	A
	U U G		U C G		U A G	Stop kodon**	U G G	(Trp/W)	G
C	C U U		C C U	(Pro/P)	C A U	(Njegov/H)	C G U	(Arg/R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln/Q)	C GA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Ile/I)	A C U	(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	(Ljepilo)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Među tripletima postoje 4 posebne sekvence koje služe kao "interpunkcijski znakovi":

• *Trojka KOLOVOZ, koji također kodira metionin, naziva se početni kodon. Ovim kodonom započinje sinteza proteinske molekule. Stoga će tijekom sinteze proteina prva aminokiselina u nizu uvijek biti metionin.

• **Trojke UAA, UAG I U.G.A. se zovu stop kodoni i ne kodiraju jednu aminokiselinu. Na tim sekvencama prestaje sinteza proteina.

Svojstva genetskog koda

1. Trostrukost. Svaka aminokiselina je kodirana nizom od tri nukleotida – tripletom ili kodonom.

2. Kontinuitet. Između tripleta nema dodatnih nukleotida, informacija se čita kontinuirano.

3. Nepreklapanje. Jedan nukleotid ne može biti uključen u dva tripleta u isto vrijeme.

4. Jednoznačnost. Jedan kodon može kodirati samo jednu aminokiselinu.

5. Degeneracija. Jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko različitih kodona.

6. Svestranost. Genetski kod je isti za sve žive organizme.

Primjer. Dan nam je slijed kodnog lanca:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Lanac matrice će imati sljedeći niz:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Sada "sintetiziramo" informacijsku RNK iz ovog lanca:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Sinteza proteina odvija se u smjeru 5’ → 3’, stoga moramo obrnuti slijed da bismo “pročitali” genetski kod:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Pronađimo sada početni kodon AUG:

5’- AU KOLOVOZA CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Podijelimo niz na trojke:

zvuči ovako: informacija se prenosi s DNA na RNA (transkripcija), s RNA na protein (translacija). DNK se može duplicirati i replikacijom, a moguć je i proces reverzne transkripcije, kada se DNK sintetizira iz RNA šablone, no taj je proces uglavnom karakterističan za viruse.

Riža. 13. Središnja dogma molekularne biologije

GENOM: GENI i KROMOSOMI

(opći pojmovi)

Genom - ukupnost svih gena organizma; njegov kompletan set kromosoma.

Pojam "genom" predložio je G. Winkler 1920. kako bi opisao skup gena sadržanih u haploidnom skupu kromosoma organizama jedne biološke vrste. Izvorno značenje ovog pojma ukazivalo je na to da je pojam genoma, za razliku od genotipa, genetička karakteristika vrste kao cjeline, a ne pojedinca. S razvojem molekularne genetike, značenje ovog pojma se promijenilo. Poznato je da DNK, koja je nositelj genetske informacije u većini organizama i stoga čini osnovu genoma, uključuje ne samo gene u modernom smislu riječi. Većina DNA eukariotskih stanica predstavljena je nekodirajućim ("redundantnim") nukleotidnim sekvencama koje ne sadrže informacije o proteinima i nukleinskim kiselinama. Dakle, glavni dio genoma bilo kojeg organizma je cjelokupna DNK njegovog haploidnog skupa kromosoma.

Geni su dijelovi molekula DNA koji kodiraju polipeptide i molekule RNA

Tijekom prošlog stoljeća naše se razumijevanje gena značajno promijenilo. Ranije je genom bio regija kromosoma koja kodira ili definira jednu karakteristiku ili fenotipski(vidljivo) svojstvo, kao što je boja očiju.

Godine 1940. George Beadle i Edward Tatham predložili su molekularnu definiciju gena. Znanstvenici su obradili spore gljiva Neurospora crassa X-zrake i drugi agensi koji uzrokuju promjene u sekvenci DNA ( mutacije), te su otkrili mutirane sojeve gljive koji su izgubili neke specifične enzime, što je u nekim slučajevima dovelo do poremećaja cijelog metaboličkog puta. Beadle i Tatem zaključili su da je gen dio genetskog materijala koji određuje ili kodira jedan enzim. Tako se pojavila hipoteza "jedan gen - jedan enzim". Taj je koncept kasnije proširen kako bi definirao "jedan gen - jedan polipeptid", budući da mnogi geni kodiraju proteine ​​koji nisu enzimi, a polipeptid može biti podjedinica složenog kompleksa proteina.

Na sl. Slika 14 prikazuje dijagram kako tripleti nukleotida u DNA određuju polipeptid – aminokiselinsku sekvencu proteina posredstvom mRNA. Jedan od lanaca DNA ima ulogu matrice za sintezu mRNA, čiji su nukleotidni tripleti (kodoni) komplementarni s tripletima DNA. Kod nekih bakterija i mnogih eukariota, kodirajuće sekvence prekinute su nekodirajućim regijama (tzv. introni).

Suvremeno biokemijsko određivanje gena još konkretnije. Geni su svi dijelovi DNA koji kodiraju primarni slijed krajnjih proizvoda, koji uključuju polipeptide ili RNA koji imaju strukturnu ili katalitičku funkciju.

Uz gene, DNA sadrži i druge sekvence koje imaju isključivo regulatornu funkciju. Regulatorne sekvence mogu označavati početak ili kraj gena, utjecati na transkripciju ili označavati mjesto početka replikacije ili rekombinacije. Neki se geni mogu eksprimirati na različite načine, pri čemu ista regija DNK služi kao obrazac za stvaranje različitih proizvoda.

Možemo otprilike izračunati minimalna veličina gena, koji kodira srednji protein. Svaka aminokiselina u polipeptidnom lancu kodirana je nizom od tri nukleotida; sekvence tih tripleta (kodona) odgovaraju lancu aminokiselina u polipeptidu koji je kodiran ovim genom. Polipeptidni lanac od 350 aminokiselinskih ostataka (lanac srednje duljine) odgovara nizu od 1050 bp. ( parovi baza). Međutim, mnogi eukariotski geni i neki prokariotski geni prekinuti su segmentima DNA koji ne nose informaciju o proteinima, pa se stoga ispostavljaju mnogo duljima nego što pokazuje jednostavan izračun.

Koliko se gena nalazi na jednom kromosomu?

Riža. 15. Prikaz kromosoma u prokariotskim (lijevo) i eukariotskim stanicama. Histoni su velika klasa nuklearnih proteina koji obavljaju dvije glavne funkcije: sudjeluju u pakiranju DNA lanaca u jezgri i u epigenetskoj regulaciji nuklearnih procesa kao što su transkripcija, replikacija i popravak.

Kao što je poznato, bakterijske stanice imaju kromosom u obliku DNK niti složene u kompaktnu strukturu – nukleoid. Prokariotski kromosom Escherichia coli, čiji je genom u potpunosti dešifriran, kružna je molekula DNK (zapravo, nije savršen krug, već petlja bez početka i kraja), koja se sastoji od 4.639.675 bp. Ova sekvenca sadrži približno 4300 proteinskih gena i još 157 gena za stabilne RNA molekule. U ljudski genom približno 3,1 milijarde parova baza što odgovara gotovo 29 000 gena smještenih na 24 različita kromosoma.

Prokarioti (bakterije).

Bakterija E coli ima jednu dvolančanu kružnu molekulu DNA. Sastoji se od 4.639.675 bp. i doseže duljinu od približno 1,7 mm, što premašuje duljinu same stanice E coli otprilike 850 puta. Osim velikog kružnog kromosoma kao dijela nukleoida, mnoge bakterije sadrže jednu ili više malih kružnih molekula DNA koje se slobodno nalaze u citosolu. Ti izvankromosomski elementi nazivaju se plazmidi(slika 16).

Većina plazmida sastoji se od samo nekoliko tisuća parova baza, neki sadrže više od 10 000 bp. Oni nose genetske informacije i repliciraju se kako bi formirali plazmide kćeri, koji ulaze u stanice kćeri tijekom diobe matične stanice. Plazmidi se nalaze ne samo u bakterijama, već iu kvascima i drugim gljivama. U mnogim slučajevima plazmidi ne pružaju nikakvu korist stanicama domaćinima i njihova je jedina svrha neovisna reprodukcija. Međutim, neki plazmidi nose gene korisne za domaćina. Na primjer, geni sadržani u plazmidima mogu učiniti bakterijske stanice otpornima na antibakterijska sredstva. Plazmidi koji nose gen β-laktamaze pružaju otpornost na β-laktamske antibiotike kao što su penicilin i amoksicilin. Plazmidi mogu prijeći iz stanica koje su otporne na antibiotike u druge stanice iste ili druge vrste bakterija, uzrokujući da te stanice također postanu otporne. Intenzivna uporaba antibiotika snažan je selektivni čimbenik koji potiče širenje plazmida koji kodiraju otpornost na antibiotike (kao i transpozona koji kodiraju slične gene) među patogenim bakterijama, što dovodi do pojave bakterijskih sojeva otpornih na više antibiotika. Liječnici počinju shvaćati opasnosti raširene uporabe antibiotika i propisuju ih samo u slučajevima hitne potrebe. Iz sličnih je razloga široka uporaba antibiotika za liječenje domaćih životinja ograničena.

Vidi također: Ravin N.V., Shestakov S.V. Genom prokariota // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. T. 17. Br. 4/2. str. 972-984.

Eukarioti.

Tablica 2. DNK, geni i kromosomi nekih organizama

	Zajednički DNK p.n.	Broj kromosoma*	Približan broj gena
Escherichia coli(bakterija)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(kvasac)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(nematoda)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(biljka)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(voćna mušica)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(riža)	480 000 000		57 000
Mus musculus(miš)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(ljudski)	3 070 128 600		29 000

Bilješka. Informacije se stalno ažuriraju; Za više ažurnih informacija pogledajte web stranice pojedinih genomskih projekata

* Za sve eukariote, osim kvasca, dan je diploidni skup kromosoma. Diploidni komplet kromosomi (od grčkog diploos - dvostruko i eidos - vrsta) - dvostruki set kromosoma (2n), od kojih svaki ima homologni.
**Haploidni set. Sojevi divljeg kvasca obično imaju osam (oktaploidnih) ili više skupova ovih kromosoma.
***Za žene s dva X kromosoma. Muškarci imaju X kromosom, ali ne i Y, tj. samo 11 kromosoma.

Kvasac, jedan od najmanjih eukariota, ima 2,6 puta više DNK od E coli(Tablica 2). Stanice voćne mušice Drosophila, klasični predmet genetskih istraživanja, sadrže 35 puta više DNK, a ljudske stanice sadrže približno 700 puta više DNK od E coli. Mnoge biljke i vodozemci sadrže još više DNK. Genetski materijal eukariotskih stanica organiziran je u obliku kromosoma. Diploidni set kromosoma (2 n) ovisi o vrsti organizma (tablica 2).

Na primjer, ljudska somatska stanica ima 46 kromosoma ( riža. 17). Svaki kromosom eukariotske stanice, kao što je prikazano na Sl. 17, A, sadrži jednu vrlo veliku dvolančanu molekulu DNA. Dvadeset i četiri ljudska kromosoma (22 uparena kromosoma i dva spolna kromosoma X i Y) razlikuju se u duljini više od 25 puta. Svaki eukariotski kromosom sadrži određeni skup gena.

Riža. 17. Kromosomi eukariota.A- par povezanih i kondenziranih sestrinskih kromatida iz ljudskog kromosoma. U ovom obliku eukariotski kromosomi ostaju nakon replikacije i u metafazi tijekom mitoze. b- kompletan set kromosoma iz leukocita jednog od autora knjige. Svaka normalna ljudska somatska stanica sadrži 46 kromosoma.

Spojite li molekule DNA ljudskog genoma (22 kromosoma i kromosome X i Y ili X i X), dobit ćete niz dug oko jedan metar. Napomena: Kod svih sisavaca i drugih heterogametnih muških organizama, ženke imaju dva X kromosoma (XX), a mužjaci imaju jedan X kromosom i jedan Y kromosom (XY).

Većina ljudskih stanica, pa je ukupna duljina DNK takvih stanica oko 2 m. Odrasli čovjek ima otprilike 10 14 stanica, tako da je ukupna duljina svih molekula DNK 2・10 11 km. Za usporedbu, opseg Zemlje je 4・10 4 km, a udaljenost od Zemlje do Sunca je 1,5・10 8 km. Ovako je nevjerojatno kompaktan DNK upakiran u naše stanice!

U eukariotskim stanicama postoje i druge organele koje sadrže DNA - mitohondriji i kloroplasti. Iznesene su mnoge hipoteze o podrijetlu mitohondrijske i kloroplastne DNA. Danas je općeprihvaćeno gledište da oni predstavljaju rudimente kromosoma drevnih bakterija, koje su prodrle u citoplazmu stanica domaćina i postale prethodnici ovih organela. Mitohondrijska DNA kodira mitohondrijske tRNA i rRNA, kao i nekoliko mitohondrijskih proteina. Više od 95% mitohondrijskih proteina kodirano je nuklearnom DNA.

STRUKTURA GENA

Razmotrimo strukturu gena u prokariota i eukariota, njihove sličnosti i razlike. Unatoč činjenici da je gen dio DNA koji kodira samo jedan protein ili RNA, osim neposrednog kodirajućeg dijela, on također uključuje regulatorne i druge strukturne elemente koji imaju različite strukture u prokariota i eukariota.

Redoslijed kodiranja- glavna strukturna i funkcionalna jedinica gena, u njoj se nalaze tripleti nukleotida koji kodirajuslijed aminokiselina. Počinje start kodonom i završava stop kodonom.

Prije i poslije niza kodiranja postoje neprevedene 5' i 3' sekvence. Oni obavljaju regulatorne i pomoćne funkcije, na primjer, osiguravaju slijetanje ribosoma na mRNA.

Neprevedene i kodirajuće sekvence čine transkripcijsku jedinicu - transkribirani dio DNA, odnosno dio DNA iz kojeg dolazi do sinteze mRNA.

Terminator- netranskribirani dio DNK na kraju gena gdje prestaje sinteza RNK.

Na početku gen je regulatorna regija, koje uključuje promotor I operater.

Promotor- sekvenca na koju se polimeraza veže tijekom inicijacije transkripcije. Operater- ovo je područje na koje se mogu vezati posebni proteini - represori, koji može smanjiti aktivnost sinteze RNA iz ovog gena - drugim riječima, smanjiti je izraz.

Struktura gena u prokariota

Opći plan strukture gena u prokariota i eukariota nije drugačiji - oba sadrže regulatornu regiju s promotorom i operatorom, transkripcijsku jedinicu s kodirajućim i neprevedenim sekvencama te terminator. Međutim, organizacija gena kod prokariota i eukariota je različita.

Riža. 18. Shema strukture gena kod prokariota (bakterija) -slika je uvećana

Na početku i kraju operona nalaze se zajedničke regulacijske regije za nekoliko strukturnih gena. Iz transkribirane regije operona očitava se jedna molekula mRNA koja sadrži nekoliko kodirajućih sekvenci od kojih svaka ima svoj startni i stop kodon. Iz svakog od ovih područja sasintetizira se jedan protein. Tako, Iz jedne molekule mRNA sintetizira se nekoliko proteinskih molekula.

Prokariote karakterizira kombinacija nekoliko gena u jednu funkcionalnu jedinicu - operon. Rad operona mogu regulirati drugi geni, koji mogu biti znatno udaljeni od samog operona - regulatori. Protein preveden iz ovog gena naziva se potiskivač. Veže se na operator operona, regulirajući ekspresiju svih gena sadržanih u njemu odjednom.

Prokariote također karakterizira ovaj fenomen Transkripcijsko-prevoditeljska sučelja.

Riža. 19 Fenomen sprezanja transkripcije i translacije kod prokariota - slika je uvećana

Takvo se spajanje ne događa kod eukariota zbog prisutnosti jezgrene ovojnice koja odvaja citoplazmu, gdje se događa translacija, od genetskog materijala na kojem se transkripcija događa. Kod prokariota, tijekom sinteze RNA na šabloni DNA, ribosom se može odmah vezati na sintetiziranu molekulu RNA. Dakle, prijevod počinje i prije nego što je transkripcija dovršena. Štoviše, nekoliko ribosoma može se istovremeno vezati na jednu molekulu RNA, sintetizirajući nekoliko molekula jednog proteina odjednom.

Struktura gena u eukariota

Geni i kromosomi eukariota vrlo su složeno organizirani

Mnoge vrste bakterija imaju samo jedan kromosom, au gotovo svim slučajevima postoji jedna kopija svakog gena na svakom kromosomu. Samo nekoliko gena, poput gena rRNA, nalazi se u više kopija. Geni i regulatorne sekvence čine gotovo cijeli prokariotski genom. Štoviše, gotovo svaki gen strogo odgovara sekvenci aminokiselina (ili sekvenci RNA) koju kodira (slika 14).

Strukturna i funkcionalna organizacija eukariotskih gena mnogo je složenija. Proučavanje eukariotskih kromosoma, a kasnije i sekvenciranje kompletnih sekvenci eukariotskog genoma, donijelo je mnoga iznenađenja. Mnogi, ako ne i većina, eukariotski geni imaju zanimljivu značajku: njihove nukleotidne sekvence sadrže jednu ili više sekcija DNA koje ne kodiraju sekvencu aminokiselina polipeptidnog produkta. Takve neprevedene insercije prekidaju izravnu korespondenciju između sekvence nukleotida gena i sekvence aminokiselina kodiranog polipeptida. Ovi neprevedeni segmenti unutar gena nazivaju se introni, ili ugrađeni sekvence, a segmenti kodiranja su egzoni. Kod prokariota samo nekoliko gena sadrži introne.

Dakle, u eukariota se kombinacija gena u operone praktički ne događa, a kodirajuća sekvenca eukariotskog gena najčešće je podijeljena na prevedene regije - egzoni, i neprevedeni dijelovi - introni.

U većini slučajeva funkcija introna nije utvrđena. Općenito, samo oko 1,5% ljudske DNK "kodira", to jest, nosi informacije o proteinima ili RNK. Međutim, uzimajući u obzir velike introne, ispada da je ljudska DNK 30% gena. Budući da geni čine relativno mali udio ljudskog genoma, značajan dio DNK ostaje neobjašnjen.

Riža. 16. Shema strukture gena u eukariota - slika je uvećana

Iz svakog gena prvo se sintetizira nezrela ili pre-RNA, koja sadrži i introne i egzone.

Nakon toga dolazi do procesa spajanja, uslijed čega se izrezuju intronske regije i formira zrela mRNA iz koje se može sintetizirati protein.

Riža. 20. Alternativni postupak spajanja - slika je uvećana

Ova organizacija gena omogućuje, na primjer, da se različiti oblici proteina mogu sintetizirati iz jednog gena, zbog činjenice da se tijekom spajanja egzoni mogu spajati u različitim sekvencama.

Riža. 21. Razlike u građi gena prokariota i eukariota - slika je uvećana

MUTACIJE I MUTAGENEZA

Mutacija naziva se trajna promjena genotipa, odnosno promjena slijeda nukleotida.

Proces koji dovodi do mutacija naziva se mutageneza, i tijelo svičije stanice nose istu mutaciju - mutantni.

Teorija mutacije prvi je formulirao Hugo de Vries 1903. Njegova moderna verzija uključuje sljedeće odredbe:

1. Mutacije nastaju iznenada, grčevito.

2. Mutacije se prenose s koljena na koljeno.

3. Mutacije mogu biti korisne, štetne ili neutralne, dominantne ili recesivne.

4. Vjerojatnost otkrivanja mutacija ovisi o broju ispitanih jedinki.

5. Slične mutacije mogu se ponavljati.

6. Mutacije nisu usmjerene.

Mutacije se mogu pojaviti pod utjecajem različitih čimbenika. Postoje mutacije koje nastaju pod utjecajem mutagena utjecaji: fizički (na primjer, ultraljubičasto zračenje ili zračenje), kemijski (na primjer, kolhicin ili reaktivne vrste kisika) i biološki (na primjer, virusi). Mutacije također mogu biti uzrokovane greške replikacije.

Ovisno o uvjetima pod kojima se mutacije javljaju, mutacije se dijele na spontano- odnosno mutacije koje su nastale u normalnim uvjetima, i induciran- odnosno mutacije nastale pod posebnim uvjetima.

Mutacije se mogu pojaviti ne samo u jezgrinoj DNK, već i, na primjer, u mitohondrijskoj ili plastidnoj DNK. Sukladno tome možemo razlikovati nuklearni I citoplazmatski mutacije.

Kao rezultat mutacija često se mogu pojaviti novi aleli. Ako mutirani alel potiskuje djelovanje normalnog, naziva se mutacija dominantan. Ako normalni alel potiskuje mutant, ta se mutacija naziva recesivan. Većina mutacija koje dovode do pojave novih alela su recesivne.

Mutacije se razlikuju po učinku adaptivnašto dovodi do povećane prilagodljivosti organizma okolini, neutralan, koji ne utječu na preživljavanje, štetan, smanjenje prilagodljivosti organizama uvjetima okoline i smrtonosan, što dovodi do smrti organizma u ranim fazama razvoja.

Prema posljedicama, mutacije koje dovode do gubitak funkcije proteina, mutacije koje dovode do nastanak protein ima novu funkciju, kao i mutacije koje promijeniti dozu gena, i, sukladno tome, doza proteina sintetiziranog iz njega.

Mutacija se može dogoditi u bilo kojoj stanici tijela. Ako se mutacija dogodi u zametnoj stanici, tzv zametni(germinativne ili generativne). Takve se mutacije ne pojavljuju u organizmu u kojem su nastale, već dovode do pojave mutanata u potomstvu i nasljeđuju se, pa su važne za genetiku i evoluciju. Ako se mutacija dogodi u bilo kojoj drugoj stanici, zove se somatski. Takva se mutacija može manifestirati u jednom ili drugom stupnju u organizmu u kojem je nastala, na primjer, dovodeći do stvaranja kancerogenih tumora. Međutim, takva se mutacija ne nasljeđuje i ne utječe na potomke.

Mutacije mogu utjecati na regije genoma različitih veličina. Istaknuti genetski, kromosomski I genomski mutacije.

Genske mutacije

Mutacije koje se javljaju na skali manjoj od jednog gena nazivaju se genetski, ili točka (točka). Takve mutacije dovode do promjena u jednom ili više nukleotida u nizu. Među genskim mutacijama postojezamjene, što dovodi do zamjene jednog nukleotida drugim,brisanja, što dovodi do gubitka jednog od nukleotida,umetanja, što dovodi do dodavanja dodatnog nukleotida sekvenci.

Riža. 23. Genske (točkaste) mutacije

Prema mehanizmu djelovanja na protein, mutacije gena dijele se na:sinonim, koji (kao rezultat degeneracije genetskog koda) ne dovode do promjene u aminokiselinskom sastavu proteinskog proizvoda,missense mutacije, koji dovode do zamjene jedne aminokiseline drugom i mogu utjecati na strukturu sintetiziranog proteina, iako su često beznačajni,besmislene mutacije, što dovodi do zamjene kodnog kodona sa stop kodonom,mutacije koje dovode do poremećaj spajanja:

Riža. 24. Obrasci mutacije

Također, prema mehanizmu djelovanja na protein, razlikuju se mutacije koje dovode do pomak okvira čitanje, kao što su umetanja i brisanja. Takve mutacije, poput besmislenih mutacija, iako se događaju na jednom mjestu u genu, često utječu na cijelu strukturu proteina, što može dovesti do potpune promjene njegove strukture.

Riža. 29. Kromosom prije i poslije duplikacije

Genomske mutacije

Konačno, genomske mutacije utječu na cijeli genom, odnosno mijenja se broj kromosoma. Postoje poliploidije - povećanje ploidije stanice i aneuploidije, odnosno promjena broja kromosoma, na primjer trisomija (prisutnost dodatnog homologa na jednom od kromosoma) i monosomija (odsutnost kromosoma). homolog na kromosomu).

Video o DNK

REPLIKACIJA DNA, KODIRANJE RNA, SINTEZA PROTEINA

4.1. Stanična jezgra

4.1.1. Opći pogledi

4.1.1.1. Kernel funkcije 4.1.1.2. Nuklearna DNK 4.1.1.3. Detekcija transkripcije u staničnoj jezgri 4.1.1.4. Struktura jezgre

4.1.2. Kromatin

4.1.2.1. Eu- i heterokromatin 4.1.2.2. Spolni kromatin 4.1.2.3. Nukleosomska organizacija kromatina

4.1.3. Jezgrice

4.1.3.1. Struktura 4.1.3.2. Detekcija svjetlosnim mikroskopom

4.1.4. Nuklearna ovojnica i matrica

4.1.4.1. Nuklearni omotač 4.1.4.2. Nuklearna matrica

4.2. Dijeljenje stanica

4.2.1. Dva načina podjele

4.2.2. Stanični ciklus

4.2.2.1. Stanični ciklus stanica koje se neprestano dijele 4.2.2.2. Stanični ciklus za stanice koje se prestaju dijeliti 4.2.2.3. Primjer - stanični ciklus epidermalnih stanica 4.2.2.4. Fenomen poliploidije

4.2.3. Mitoza

4.2.3.1. Faze mitoze 4.2.3.2. Pogledajte slajd: mitoze u tankom crijevu 4.2.3.3. Pogledajte slajd: mitoze u kulturi životinjskih stanica 4.2.3.4. Metafazni kromosomi 4.2.3.5. Razine slaganja kromosoma

4.1. Stanična jezgra

4.1.1. Opći pogledi

4.1.1.1. Kernel funkcije

Funkcije jezgre u somatskim stanicama	a) Jezgra je najvažniji organel stanice koji sadrži nasljedni materijal - DNK. b) Dakle, u somatskim stanicama obavlja 2 ključne funkcije: čuva nasljedni materijal za prijenos na stanice kćeri (nastale tijekom diobe izvorne); osigurava korištenje DNA informacija u samoj stanici – u onoj mjeri u kojoj je to potrebno danoj stanici u danim uvjetima.
Informacije zabilježene u DNK	Točnije, DNK svake stanice sadrži sljedeće informacije: o primarnoj strukturi(sekvence aminokiselina) sve bjelančevine sve stanice tijela (s iznimkom nekih mitohondrijskih proteina kodiranih mitohondrijskom DNA), o primarnoj strukturi(nukleotidne sekvence) približno 60 vrsta transportne RNA i 5 vrsta ribosomska RNA, a također, očito, o programu za korištenje ovih informacija u različitim stanicama u različitim trenucima ontogeneze.
Redoslijed prijenosa informacija	a) Prijenos informacija o strukturi proteina uključuje 3 faze.- Transkripcija.– U jezgri, na dijelu DNK, kao na matrici, nastaje messenger RNA(mRNA); točnije njegov prethodnik (pre-mRNA). sazrijevanje mRNA(obrada) i njegovo kretanje u citoplazmu. Emitiranje.- U citoplazmi, na ribosomima, sintetizira se polipeptidni lanac u skladu s redoslijedom nukleotidnih tripleta (kodona) u mRNA. b) Jer Među proteinima oko 50% su enzimi, a njihov nastanak u konačnici dovodi do sinteze svih ostalih (neproteinskih) komponenti stanice i međustanične tvari.
Procesi koji se odvijaju u jezgri	a) Dakle, druga ključna funkcija jezgre (korištenje informacija DNK za osiguranje staničnog života) ostvaruje se zahvaljujući činjenici da prolazi transkripcija pojedinih dijelova DNA (pre-mRNA sinteza), sazrijevanje mRNA, sinteza i sazrijevanje tRNA i rRNA. b) Osim toga, u jezgri nastaju ribosomske podjedinice (od rRNA i ribosomskih proteina koji dolaze iz citoplazme). c) Konačno, prije stanične diobe (osim druge mejotičke diobe), replikacija DNA (udvostručenje) a u molekulama kćeri DNA jedan od lanaca je star, a drugi je nov (sintetiziran na prvom prema principu komplementarnosti).
Funkcije jezgre u spolnim stanicama	U spolnim stanicama (spermiju i jajnim stanicama) funkcija jezgri je nešto drugačija. Ovaj priprema nasljednog materijala za spajanje sa sličnim materijalom rasplodne stanice suprotnog spola.

4.1.1.2. Nuklearna DNK

I. DNA detekcija

1. a) DNK se može detektirati u staničnoj jezgri pomoću Feulgenove metode (odjeljak 1.1.4). – b) Ovom bojom DNK je obojen trešnjin cvijet , i druge tvari i strukture - do zelene . 2. a) Na slici vidimo da, doista, jezgre (1) stanica sadrže DNA. b) Iznimka su jezgrice (2): njihov je sadržaj DNA nizak, zbog čega one, kao i citoplazma (3), imaju zelene boje .

1. Lijek je deoksiribonukleinska kiselina (DNK) u jezgri stanice. Bojenje Feulgenovom metodom. Puna veličina

II. Karakteristike nuklearne DNK

4.1.1.3. Detekcija transkripcije u staničnoj jezgri

I. Princip metode

Označavanje uridina

a) Za otkrivanje transkripcijske aktivnosti staničnih jezgri, životinja in vivo otopina radioaktivnog uridina ubrizgava se u krv. b) Ovaj spoj se u stanicama pretvara u H 3 –UTP (uridin trifosfat) jedan je od četiri nukleotida koji se koriste u sintezi RNK. c) Stoga se ubrzo nakon uvođenja oznake pojavljuje kao dio novosintetiziranih lanaca RNA. Komentar. - U tvorbi DNA umjesto uridil nukleotida koristi se timidil nukleotid; pa N 3 –UTP je uključen samo u RNA.

Naknadni postupci

a) Nakon određenog vremena, životinje se usmrćuju i pripremaju se dijelovi tkiva za proučavanje. b) Sekcije su prekrivene fotoemulzijom. - Tamo gdje se radioaktivni spoj nalazi, fotoemulzija se razgrađuje i stvaraju se zrnca srebra (2) . Oni. potonji su markeri radioaktivne oznake. c) Zatim se rez (nakon pranja i fiksiranja) boji kao obični histološki preparat.

II. Droga

1. a) Na prikazanoj slici vidimo da je označena tvar koncentrirana uglavnom u jezgrama (1) stanica. b) Ovo odražava činjenicu da U jezgrama se sintetiziraju sve vrste RNA – mRNA, tRNA i rRNA. 2. Prisutnost oznake u drugim dijelovima lijeka objašnjava se, na primjer, činjenicom da neki dio označene tvari (H 3 -uridin) nisu imali vremena da se uključe u RNK, a neki dio novoformirane RNA, naprotiv, već je uspio napustiti jezgru u citoplazmu.

2. Lijek - uključivanje H 3 -uridin u RNA. Hematoksilin-eozin bojenje. Puna veličina

4.1.1.4. Struktura jezgre

1. a) A evo redovite pripreme jetre. b) Okrugle jezgre jasno su vidljive u stanicama jetre (1). b) Potonji su obojeni hematoksilinom u ljubičastoj boji. 2. a) S druge strane, u kernelima možete vidjeti 3 glavna elementa: jezgrina ovojnica (2), nakupine kromatina (3), okrugle jezgrice (4). b) Ostale komponente kernela - nuklearna matrica i nuklearni sok - čine okolinu u kojoj se nalaze kromatin i jezgrica.

3. Preparat – građa stanične jezgre. Stanice jetre. Bojanjehematoksilin-eozin. Puna veličina

3. Osim jezgri, obratite pažnju na oksifilnu, blago zrnastu citoplazmu (5) i ne baš uočljive granice ( 6) Stanice.

Razmotrimo sada detaljnije strukturu nuklearnih struktura.

Deoksiribonukleinska kiselina (DNK) je nukleinska kiselina prisutna u svakom organizmu i u svakom živom biću, uglavnom u njegovoj jezgri, koja sadrži deoksiribozu kao šećer, te adenin, gvanin, citozin i timin kao dušične baze. Ima vrlo važnu biološku ulogu, čuvajući i prenoseći genetske informacije o strukturi, razvoju i individualnim karakteristikama bilo kojeg tijelo. Pripravci DNA mogu se dobiti iz različitih tkiva životinja i biljaka, kao i iz bakterija i bakterija koje sadrže DNA.

DNA je biopolimer koji se sastoji od mnoštva monomera - deoksiribonukleotida, povezanih preko ostataka fosforne kiseline u određenom nizu specifičnom za svaku pojedinu DNA. Jedinstveni slijed dezoksiribonukleotida u određenoj molekuli DNA predstavlja kodirani zapis bioloških informacija. Dva takva polinukleotidna lanca tvore dvostruku spiralu u molekuli DNA (vidi sliku 1), u kojoj su komplementarne baze - adenin (A) s timinom (T) i gvanin (G) s citozinom (C) - povezane jedna s drugom pomoću vodikove veze veze i takozvane hidrofobne interakcije. Ova karakteristična struktura određuje ne samo biološka svojstva DNA, već i njezina fizikalno-kemijska svojstva.

Kliknite na sliku za povećanje:

Riža. 1. Dijagram dvostruke uzvojnice molekule DNA (Watsonov i Crickov model): A - adenin; T - timin; G - guanin; C - citozin; D - deoksiriboza; F - fosfat

Veliki broj fosfatnih ostataka čini DNA jakom polibaznom kiselinom (polianionom), koja je prisutna u tkivima u obliku soli. Prisutnost purinskih i pirimidinskih baza uzrokuje intenzivnu apsorpciju ultraljubičastih zraka s maksimumom na valnoj duljini od oko 260 mm. Kada se otopine DNA zagrijavaju, veza između parova baza slabi i na određenoj temperaturi karakterističnoj za danu DNA (obično 80 - 90°) dva polinukleotidna lanca se odvajaju jedan od drugog (taljenje, odnosno denaturacija, DNA).

Izvorne molekule DNK imaju vrlo veliku molarnu masu - do stotine milijuna. Samo je u mitohondrijima, kao iu nekim virusima i bakterijama, molarna masa DNA znatno manja; u tim slučajevima, molekule DNA imaju kružnu (ponekad, na primjer, kod faga ∅X174, jednolančanu) ili, rjeđe, linearnu strukturu. U staničnoj jezgri DNA se pretežno nalazi u obliku DNA proteina – kompleksa s (uglavnom histonima) koji tvore karakteristične nuklearne strukture – kromosome i kromatin. U jedinki određene vrste, jezgra svake somatske stanice (diploidna tjelesna stanica) sadrži stalnu količinu DNA; u jezgrama spolnih stanica (haploid) upola je niža. Kod poliploidije je količina DNA veća i proporcionalna ploidiji. Tijekom stanične diobe količina DNA se udvostručuje u interfazi (u tzv. sintetskom ili “S” razdoblju, između G1 i G2 perioda). Proces udvostručenja (replikacije) DNA uključuje odvijanje dvostruke spirale i sintezu novog komplementarnog lanca na svakom polinukleotidnom lancu. Dakle, svaka od dvije nove molekule DNA, identične staroj molekuli, sadrži jedan stari i jedan novosintetizirani polinukleotidni lanac.

Biosinteza DNA odvija se iz slobodnih energetski bogatih nukleozid trifosfata pod djelovanjem enzima DNA polimeraze. Prvo se sintetiziraju mali dijelovi polimera, koji se zatim spajaju u duže lance djelovanjem enzima DNA ligaze. Izvan tijela, biosinteza DNA odvija se u prisutnosti sve 4 vrste deoksiribonukleozid trifosfata, odgovarajućih enzima i DNA - matrice na kojoj se sintetizira komplementarni niz nukleotida. američki znanstvenik, biokemičar Arthur Kornberg, koji je prvi izveo ovu reakciju 1967. godine, uspio je izvantjelesnom enzimskom sintezom dobiti biološki aktivnu virusnu DNK. Godine 1968. indijski i američki molekularni biolog Har Gobind Korana kemijski su sintetizirali polideoksiribonukleotid koji odgovara strukturnom genu (cistron) DNK.

DNA također služi kao predložak za sintezu ribonukleinskih kiselina (RNA), čime se određuje njihova primarna struktura (transkripcija). Putem glasničke RNK (i-RNK) vrši se translacija – sinteza specifičnih proteina, čiju strukturu daje DNK u obliku specifičnog niza nukleotida. Dakle, ako RNA prenosi biološke informacije "zabilježene" u molekulama DNA na sintetizirane proteinske molekule, tada DNA pohranjuje te informacije i prenosi ih u nasljeđe. Tu ulogu DNA dokazuje činjenica da je pročišćena DNA jednog soja bakterija sposobna prenijeti na drugi soj karakteristike karakteristične za soj donora, kao i činjenica da je DNA virusa koji je živio u latentnom stanju u bakterijama jednog soja sposoban je prenijeti dijelove DNA ovih bakterija u drugi soj kada je zaražen ovim virusom i reproducirati odgovarajuće karakteristike u soju primatelja. Dakle, nasljedne sklonosti (geni) materijalno su utjelovljene u određenom nizu nukleotida u dijelovima molekule DNA i mogu se prenositi s jedne jedinke na drugu zajedno s tim dijelovima. Nasljedne promjene u organizmima (mutacije) povezane su s promjenama, gubitkom ili uključivanjem dušičnih baza u polinukleotidne lance DNA i mogu biti uzrokovane fizičkim ili kemijskim utjecajima.

Utvrđivanje strukture molekula DNK i njihovo mijenjanje je način da se dobiju nasljedne promjene kod životinja, biljaka i mikroorganizama, kao i da se isprave nasljedne mane. (sovjetski i ruski znanstvenik, biokemičar, akademik Ruske akademije medicinskih znanosti, profesor Ilya Borisovich Zbarsky (26. listopada 1913., Kamenets-Podolsky - 9. studenog 2007., Moskva))

Godine 1977. engleski biokemičar Frederick Sanger predložio je metodu za dešifriranje primarne strukture DNA, temeljenu na enzimatskoj sintezi visoko radioaktivnog komplementarnog slijeda DNA na proučavanoj jednolančanoj DNA kao uzorku. Kao rezultat istraživanja na području nukleinskih kiselina, 1980. godine Sanger i Amerikanac W. Gilbert dobili su polovinu Nobelove nagrade “za doprinos određivanju slijeda baza u nukleinskim kiselinama”. Drugu polovicu nagrade dobio je Amerikanac P. Berg.

U običnom životu (tj. ne u znanosti) DNK se koristi za utvrđivanje očinstva I utvrđivanje identiteta osobe kada, ako je tijelo oštećeno (nesreća, požar i sl.), nije moguće identificirati tijelo na temelju vanjskih podataka i posmrtnih ostataka.

10. rujna 1984. godine otkrivena je jedinstvenost DNK - "genetski otisci prstiju".

Tijelo prosječne osobe sadrži dovoljno DNK da se proteže od Sunca do Plutona i natrag nevjerojatnih 17 puta! Ljudski genom (genetski kod u svakoj ljudskoj stanici) sadrži 23 molekule DNK (koje se nazivaju kromosomi), od kojih svaka sadrži između 500 000 i 2,5 milijuna parova nukleotida. Molekule DNK ove veličine kreću se od 1,7 do 8,5 cm u odmotanoj duljini - u prosjeku oko 5 cm Svatko od nas dijeli 99% naše DNK sa svakom drugom osobom. Mnogo smo sličniji nego što se razlikujemo.

Više detalja o DNK u literaturi:

• Kemija i biokemija nukleinskih kiselina, uredili I. B. Zbarsky i Sergej Sergejevič Debov, L., 1968.;
• Nukleinske kiseline, prijevod s engleskog, uredio I. B. Zbarsky, M., 1966.;
• James Watson. Molekularna biologija gena, trans. s engleskog, M., 1967.;
• Davidson J., Biokemija nukleinskih kiselina, trans. s engleskog, ur. Andrej Nikolajevič Belozerskij, M., 1968. I. B. Zbarskij;
• Alberts B., Bray D., Lewis J. i dr. Molekularna biologija stanica u 3 sveska. - M.: Mir, 1994. - 1558 str. - ISBN 5-03-001986-3;
• Dawkins R. Sebični gen. - M.: Mir, 1993. - 318 str. - ISBN 5-03-002531-6;
• Povijest biologije od početka 20. stoljeća do danas. - M.: Nauka, 1975. - 660 str.;
• Lewin B. Geni. - M.: Mir, 1987. - 544 str.;
• Ptashne M. Prebacivanje gena. Regulacija aktivnosti gena i faga lambda. - M.: Mir, 1989. - 160 str.;
• Watson J.D. Dvostruka spirala: sjećanja na otkriće strukture DNK. - M.: Mir, 1969. - 152 str.

Na temu članka:

Pronađite još nešto zanimljivo:

Kako bi daljnja pripovijest bila jasnija čitatelju, pogledajmo prvo pobliže kako funkcionira ova čudna i tajanstvena molekula DNK.

Dakle, DNK se sastoji od 4 dušične baze, kao i šećera (dezoksiriboze) i fosforne kiseline. Dvije dušične baze (skraćeno C i T) pripadaju klasi tzv. pirimidinskih baza, a druge dvije (A i D) su purinske baze. Ova podjela je zbog značajki njihove strukture, koje su prikazane na Sl. 1.

Riža. 1. Struktura dušičnih baza (elementarnih "slova") od kojih je građena molekula DNA

Pojedinačne baze povezane su u lanac DNA šećerno-fosfatnim vezama. Ove veze prikazane su na sljedećoj slici (slika 2).

Riža. 2. Kemijska struktura lanca DNA

Sve se to zna već dulje vrijeme. No detaljna struktura molekule DNK postala je jasna tek gotovo 90 godina nakon poznatih Mendelovih radova i Miescherova otkrića. 25. travnja 1953. u engleskom časopisu "Priroda" Objavljeno je kratko pismo mladih i tada malo poznatih znanstvenika Jamesa Watsona i Francisa Cricka uredniku časopisa. Počelo je riječima: “Željeli bismo ponuditi svoja razmišljanja o strukturi soli DNK. Ova struktura ima nova svojstva koja su od velikog biološkog interesa." Članak je sadržavao svega 900-tinjak riječi, ali - i to nije pretjerivanje - svaka od njih pokazala se zlata vrijednom.

A sve je počelo ovako. Godine 1951. na simpoziju u Napulju Amerikanac James Watson susreo se s Englezom Mauriceom Wilkinsom. Naravno, tada nisu mogli ni zamisliti da će zahvaljujući ovom susretu postati nobelovci. Tada su Wilkins i njegova kolegica Rosalind Franklin proveli rendgensku difrakcijsku analizu DNK na Sveučilištu u Cambridgeu i utvrdili da je molekula DNK najvjerojatnije spirala. Nakon razgovora s Wilkinsom, Watson je “zapalio” i odlučio proučavati strukturu nukleinskih kiselina. Preselio se u Cambridge, gdje je upoznao Francisa Cricka. Znanstvenici su odlučili raditi zajedno kako bi pokušali razumjeti kako DNK funkcionira. Posao nije krenuo od nule. Istraživači su već znali za postojanje dvije vrste nukleinskih kiselina (DNA i RNA), a znali su i od čega se sastoje. Na raspolaganju su im bile fotografije rendgenske difrakcijske analize koju je dobio R. Franklin. Osim toga, Erwin Chargaff je do tada formulirao vrlo važno pravilo, prema kojem je u DNK broj A uvijek jednak broju T, a broj G jednak broju C. I tada je "igra uma" djelovala . Rezultat ove "igre" bio je članak u časopisu Nature, u kojem su J. Watson i F. Crick opisali teorijski model koji su stvorili za strukturu molekule DNA. (Watson tada još nije imao 25 ​​godina, a Crick 37). Prema njihovoj “znanstvenoj fantaziji”, koja se ipak temelji na određenim čvrsto utvrđenim činjenicama, molekula DNK trebala bi se sastojati od dva gigantska polimerna lanca. Jedinice svakog polimera sastoje se od nukleotidi: ugljikohidrat deoksiriboza, ostatak fosforne kiseline i jedna od 4 dušične baze (A, G, T ili C). Redoslijed karika u lancu može biti bilo koji, ali je taj niz strogo vezan za redoslijed karika u drugom (uparenom) polimernom lancu: nasuprot A treba biti T, nasuprot T treba biti A, nasuprot C treba biti G , a nasuprot G treba biti C ( pravilo komplementarnosti) (slika 3).

Riža. 3. Shema međudjelovanja dvaju komplementarnih lanaca u molekuli DNA

Dva polimerna lanca su upletena u pravilnu dvostruku spiralu. Zajedno ih drže vodikove veze između parova baza (A-T i G-C) poput prečki ljestava. Iz tog razloga se kaže da su dva lanca DNK komplementarna. To nije iznenađujuće za prirodu. Mnogo je primjera komplementarnosti. Na primjer, drevni kineski simboli "yin" i "yang", utičnice i utikači su komplementarni.

Dvostruka spirala DNK shematski je prikazana na Sl. 4. Izvana nalikuje ljestvama od užeta, uvijenim u pravu spiralu. Koraci na ovoj ljestvici su parovi nukleotida, a "bočne stijenke" koje ih povezuju sastoje se od šećerno-fosfatne okosnice.

Riža. 4. Poznata dvostruka spirala DNA a - uzorak rendgenske difrakcije DNK koju je dobio R. Franklin, koja je pomogla Watsonu i Cricku da pronađu ključ strukture dvostruke spirale DNK; b - Shematski prikaz dvolančane molekule DNA

Tako je otkrivena poznata "dvostruka spirala". Ako se niz veza (nukleotida) u DNK smatra njenom primarnom strukturom, tada je dvostruka spirala već sekundarna struktura DNK. Model "dvostruke spirale" koji su predložili Watson i Crick elegantno je riješio ne samo problem kodiranja informacija, već i udvostručavanje (replikaciju) gena.

Godine 1962. J. Watson, F. Crick i Maurice Wilkins dobili su Nobelovu nagradu za ovo postignuće. A DNK je nazvana najvažnijom molekulom žive prirode. U svemu tome, dakako, svoju su ulogu odigrale točne informacije o strukturi DNK, ali ništa manju ulogu nisu imale ni “vizionarske” konstrukcije složene prostorne strukture, koje su od istraživača zahtijevale ne samo logiku, već i kreativnu imaginaciju – svojstvenu kvalitetu. u umjetnicima, piscima i pjesnicima. “Ovdje u Cambridgeu dogodio se možda najistaknutiji događaj u biologiji od Darwinove knjige – Watson i Crick otkrili su strukturu gena!” - pisao je tada Nielsu Bohru u Kopenhagen njegov bivši učenik M. Delbrück. Slavni španjolski umjetnik Salvador Dali nakon otkrića dvostruke spirale rekao je da je to za njega dokaz postojanja Boga, te je na jednoj od svojih slika prikazao DNK.

Dakle, intenzivno razmišljanje koje su poduzeli znanstvenici završilo je potpunim uspjehom! Na povijesnoj razini, otkriće strukture DNK usporedivo je s otkrićem strukture atoma. Ako je razjašnjenje strukture atoma dovelo do nastanka kvantne fizike, onda je otkriće strukture DNK dovelo do molekularne biologije.

Koji su bili glavni fizički parametri ljudske DNK - ove glavne molekule? Promjer dvostruke spirale je 2 nanometra (1 nm = 10-9 m); udaljenost između susjednih parova baza ("koraka") je 0,34 nm; jedan zavoj spirale sastoji se od 10 parova baza. Redoslijed parova nukleotida u DNK je nepravilan, ali su sami parovi raspoređeni u molekuli kao u kristalu. To je dalo temelje za karakterizaciju molekule DNA kao linearnog aperiodičnog kristala. Broj pojedinačnih molekula DNA u stanici jednak je broju kromosoma. Duljina takve molekule u najvećem ljudskom kromosomu 1 je oko 8 cm. Ovakvi divovski polimeri još nisu identificirani ni u prirodi ni među umjetno sintetiziranim kemijskim spojevima. Kod ljudi je duljina svih molekula DNA sadržanih u svim kromosomima u jednoj stanici otprilike 2 metra. Zbog toga je duljina molekula DNA milijardu puta veća od njihove debljine. Budući da se tijelo odraslog čovjeka sastoji od otprilike 5x1013 - 1014 stanica, ukupna duljina svih molekula DNK u tijelu je 1011 km (to je gotovo tisuću puta veća udaljenost od Zemlje do Sunca). To je to, ukupni DNK samo jedne osobe!

Kada govorimo o veličini genoma, mislimo na ukupni sadržaj DNK u jednom setu nuklearnih kromosoma. Ovaj skup kromosoma naziva se haploidan. Činjenica je da većina stanica u našem tijelu sadrži dvostruki (diploidni) set potpuno identičnih kromosoma (samo su kod muškaraca 2 spolna kromosoma različita). Mjerenja veličine genoma daju se u daltonima, parovima nukleotida (bp) ili pikogramima (pg). Odnos između ovih mjernih jedinica je sljedeći: 1 pg = 10-9 mg = 0,6x1012 daltona = 0,9x109 bp. (od sada ćemo uglavnom koristiti p.n.). Haploidni ljudski genom sadrži oko 3,2 milijarde bp, što je jednako 3,5 pg DNA. Dakle, jezgra jedne ljudske stanice sadrži oko 7 pg DNA. Ako uzmemo u obzir da je prosječna težina ljudske stanice približno 1000 pg, onda je lako izračunati da DNA čini manje od 1% težine stanice. Pa ipak, da se najmanjim fontom (kao u telefonskim imenicima) reproduciraju ogromne informacije sadržane u molekulama DNK jedne od naših stanica, bilo bi potrebno tisuću knjiga od po 1000 stranica! Ovo je puna veličina ljudskog genoma - Enciklopedija napisana u četiri slova.

Ali ne treba misliti da je ljudski genom najveći od svih onih koji postoje u prirodi. Na primjer, kod daždevnjaka i ljiljana, duljina molekula DNK sadržanih u jednoj stanici je trideset puta veća nego kod ljudi.

Budući da su molekule DNK ogromne veličine, mogu se izolirati i vidjeti čak i kod kuće. Ovako je ovaj jednostavan postupak opisan u preporuci za kružok “Mladi genetičar”. Prvo morate uzeti bilo koje tkivo od životinja ili biljaka (na primjer, jabuka ili komad piletine). Zatim trebate izrezati tkaninu na komade i staviti 100 g u običnu miješalicu. Nakon dodavanja 1/8 žličice soli i 200 ml hladne vode, cijelu smjesu mutite mikserom 15 sekundi. Zatim se umućena smjesa filtrira kroz cjedilo. U dobivenu kašu morate dodati 1/6 njegove količine (to će biti oko 2 žlice) deterdženta (za posuđe, na primjer) i dobro promiješati. Nakon 5-10 minuta, tekućina se ulije u epruvete ili bilo koje druge staklene posude tako da se u svakoj od njih ne napuni više od trećine volumena. Zatim se doda malo ili soka iscijeđenog iz ananasa ili otopine koja se koristi za čuvanje kontaktnih leća. Sav sadržaj se protrese. To morate učiniti vrlo pažljivo, jer ako previše protresete, divovske molekule DNK će se slomiti i nakon toga nećete moći ništa vidjeti svojim očima. Zatim se jednak volumen etilnog alkohola polako ulije u epruvetu tako da formira sloj na vrhu smjese. Ako zatim vrtite stakleni štapić u epruveti, oko njega će se "namotati" viskozna i gotovo bezbojna masa, koja je DNK pripravak.

| |
DNK je molekularna osnova genomaGenetska gramatika

DNK je univerzalni izvor i čuvar nasljednih informacija, koje se bilježe posebnim nizom nukleotida, te određuje svojstva svih živih organizama.

Pretpostavlja se da je prosječna molekularna težina nukleotida 345, a broj nukleotidnih ostataka može doseći nekoliko stotina, tisuća, pa čak i milijuna. DNK se uglavnom nalazi u jezgrama stanica. Malo ga ima u kloroplastima i mitohondrijima. Međutim, DNA stanične jezgre nije jedna molekula. Sastoji se od mnogo molekula koje su raspoređene na različitim kromosomima, a njihov broj varira ovisno o organizmu. Ovo su strukturne značajke DNK.

Povijest otkrića DNK

Strukturu i funkcije DNK otkrili su James Watson i Francis Crick te su čak dobili Nobelovu nagradu 1962. godine.

No, švicarski znanstvenik Friedrich Johann Miescher, koji je radio u Njemačkoj, prvi je otkrio nukleinske kiseline. Godine 1869. proučavao je životinjske stanice – leukocite. Za njihovo dobivanje koristio je zavoje s gnojem koje je dobivao iz bolnica. Mischer je iz gnoja isprao leukocite i iz njih izolirao protein. Tijekom ovih studija, znanstvenik je uspio utvrditi da u leukocitima, osim proteina, postoji nešto drugo, neka supstanca nepoznata u to vrijeme. Bio je to končasti ili flokulentni sediment koji se oslobađao ako je stvoren kiseli okoliš. Talog se odmah otopi kada se doda lužina.

Koristeći mikroskop, znanstvenik je otkrio da kada se leukociti isperu klorovodičnom kiselinom, jezgre ostaju iz stanica. Tada je zaključio da se u jezgri nalazi nepoznata tvar koju je nazvao nuklein (riječ nukleus u prijevodu znači jezgra).

Nakon što je proveo kemijsku analizu, Miescher je otkrio da nova tvar sadrži ugljik, vodik, kisik i fosfor. U to se vrijeme malo znalo o organofosfornim spojevima, pa je Friedrich vjerovao da je otkrio novu klasu spojeva koji se nalaze u jezgri stanice.

Tako je u 19. stoljeću otkriveno postojanje nukleinskih kiselina. No, u to vrijeme nitko nije mogao ni pomisliti na njihovu važnu ulogu.

Supstanca nasljeđa

Struktura DNK nastavila se proučavati, a 1944. skupina bakteriologa pod vodstvom Oswalda Averyja dobila je dokaze da ova molekula zaslužuje ozbiljnu pozornost. Znanstvenik je proveo mnogo godina proučavajući pneumokoke, organizme koji uzrokuju upalu pluća ili plućne bolesti. Avery je proveo pokuse miješajući pneumokoke koji uzrokuju bolest s onima koji su sigurni za žive organizme. Najprije su ubijene stanice koje uzrokuju bolest, a zatim su im dodane one koje nisu uzrokovale bolest.

Rezultati istraživanja zadivili su sve. Postojale su žive stanice koje su, nakon interakcije s mrtvima, naučile uzrokovati bolest. Znanstvenik je otkrio prirodu tvari koja je uključena u proces prijenosa informacija živim stanicama iz mrtvih. Ispostavilo se da je molekula DNK ta tvar.

Struktura

Dakle, potrebno je razumjeti kakvu strukturu ima molekula DNK. Otkriće njegove strukture bio je značajan događaj koji je doveo do formiranja molekularne biologije - nove grane biokemije. DNK se u velikim količinama nalazi u jezgrama stanica, ali veličina i broj molekula ovisi o vrsti organizma. Utvrđeno je da jezgre stanica sisavaca sadrže mnogo ovih stanica, raspoređene su po kromosomima, ima ih 46.

Proučavajući strukturu DNK, Feulgen je 1924. prvi utvrdio njezinu lokalizaciju. Dokazi dobiveni eksperimentima pokazali su da se DNK nalazi u mitohondrijima (1-2%). Drugdje se ove molekule mogu naći tijekom virusne infekcije, u bazalnim tjelešcima, a također iu jajima nekih životinja. Poznato je da što je organizam složeniji, veća je i masa DNK. Broj molekula prisutnih u stanici ovisi o funkciji i obično iznosi 1-10%. Najmanje ih se nalazi u miocitima (0,2%), a najviše u spolnim stanicama (60%).

Struktura DNA pokazala je da su u kromosomima viših organizama povezani s jednostavnim proteinima - albuminima, histonima i drugima, koji zajedno tvore DNP (deoksiribonukleoprotein). Tipično, velika molekula je nestabilna, a kako bi ostala netaknuta i nepromijenjena tijekom evolucije, stvoren je takozvani sustav popravka koji se sastoji od enzima - ligaza i nukleaza, koji su odgovorni za "popravak" molekula.

Kemijska struktura DNA

DNA je polimer, polinukleotid, koji se sastoji od ogromnog broja (do nekoliko desetaka tisuća milijuna) mononukleotida. Struktura DNA je sljedeća: mononukleotidi sadrže dušične baze - citozin (C) i timin (T) - iz derivata pirimidina, adenin (A) i gvanin (G) - iz derivata purina. Osim dušičnih baza, ljudska i životinjska molekula sadrži 5-metilcitozin, sporednu pirimidinsku bazu. Dušične baze vežu se na fosfornu kiselinu i deoksiribozu. Struktura DNK prikazana je u nastavku.

Chargaffova pravila

Strukturu i biološku ulogu DNA proučavao je E. Chargaff 1949. godine. Tijekom svog istraživanja identificirao je obrasce koji su uočeni u kvantitativnoj distribuciji dušikovih baza:

1. ∑T + C = ∑A + G (to jest, broj pirimidinskih baza jednak je broju purinskih baza).
2. Broj ostataka adenina uvijek je jednak broju ostataka timina, a broj gvanina jednak je broju citozina.
3. Koeficijent specifičnosti ima formulu: G+C/A+T. Na primjer, za osobu je 1,5, za bika je 1,3.
4. Zbroj “A + C” jednak je zbroju “G + T”, odnosno adenina i citozina ima isto koliko gvanina i timina.

Model strukture DNA

Stvorili su ga Watson i Crick. Ostaci fosfata i deoksiriboze nalaze se duž okosnice dva polinukleotidna lanca uvijena u spiralu. Utvrđeno je da su planarne strukture pirimidinskih i purinskih baza smještene okomito na os lanca i tvore, takoreći, stepenice ljestava u obliku spirale. Također je utvrđeno da je A uvijek povezan s T s dvije vodikove veze, a G s trima istim vezama. Ovaj fenomen je dobio naziv “načelo selektivnosti i komplementarnosti”.

Razine strukturne organizacije

Polinukleotidni lanac savijen poput spirale je primarna struktura koja ima određeni kvalitativni i kvantitativni skup mononukleotida povezanih 3’,5’-fosfodiesterskom vezom. Dakle, svaki od lanaca ima 3' kraj (dezoksiriboza) i 5' kraj (fosfat). Područja koja sadrže genetske informacije nazivaju se strukturni geni.

Molekula dvostruke spirale je sekundarna struktura. Štoviše, njegovi polinukleotidni lanci su antiparalelni i povezani su vodikovim vezama između komplementarnih baza lanaca. Utvrđeno je da svaki zavoj ove spirale sadrži 10 nukleotidnih ostataka, a duljina mu je 3,4 nm. Ova struktura je također podržana van der Waalsovim silama interakcije, koje se promatraju između baza istog lanca, uključujući odbojne i privlačne komponente. Te se sile objašnjavaju međudjelovanjem elektrona u susjednim atomima. Elektrostatska interakcija također stabilizira sekundarnu strukturu. Javlja se između pozitivno nabijenih molekula histona i negativno nabijenog DNA lanca.

Tercijarna struktura je namotavanje DNK niti oko histona ili supernamotavanje. Opisano je pet tipova histona: H1, H2A, H2B, H3, H4.

Savijanje nukleosoma u kromatin je kvaternarna struktura, pa se molekula DNK duga nekoliko centimetara može savijati do 5 nm.

Funkcije DNA

Glavne funkcije DNK su:

1. Pohranjivanje nasljednih informacija. Redoslijed aminokiselina koje se nalaze u proteinskoj molekuli određen je redoslijedom kojim su nukleotidni ostaci smješteni u molekuli DNA. Također šifrira sve informacije o svojstvima i karakteristikama organizma.
2. DNK je sposoban prenijeti nasljedne informacije na sljedeću generaciju. To je moguće zahvaljujući sposobnosti replikacije – samodupliciranja. DNA je sposobna raspasti se u dva komplementarna lanca, a na svakom od njih (u skladu s načelom komplementarnosti) obnavlja se izvorni slijed nukleotida.
3. Uz pomoć DNA dolazi do biosinteze proteina, enzima i hormona.

Zaključak

Struktura DNK omogućuje da bude čuvar genetskih informacija i da ih također prenosi budućim generacijama. Koja svojstva ima ova molekula?

1. Stabilnost. To je moguće zahvaljujući glikozidnim, vodikovim i fosfodiesterskim vezama, kao i mehanizmu popravka induciranih i spontanih oštećenja.
2. Mogućnost replikacije. Ovaj mehanizam omogućuje održavanje diploidnog broja kromosoma u somatskim stanicama.
3. Postojanje genetskog koda. Kroz procese translacije i transkripcije, sekvenca baza koje se nalaze u DNK pretvara se u sekvencu aminokiselina koje se nalaze u polipeptidnom lancu.
4. Sposobnost genetske rekombinacije. U tom slučaju nastaju nove kombinacije gena koje su međusobno povezane.

Dakle, struktura i funkcije DNK omogućuju joj da igra neprocjenjivu ulogu u živim bićima. Poznato je da je duljina 46 molekula DNA koje se nalaze u svakoj ljudskoj stanici gotovo 2 m, a broj parova nukleotida 3,2 milijarde.