Ang pagdadaglat na cellular DNA ay pamilyar sa marami mula sa kursong biology ng paaralan, ngunit kakaunti ang madaling makasagot kung ano ito. Tanging isang hindi malinaw na ideya ng pagmamana at genetika ang nananatili sa memorya kaagad pagkatapos ng graduation. Ang pag-alam kung ano ang DNA at kung ano ang epekto nito sa ating buhay ay maaaring maging lubhang kailangan.

Molekyul ng DNA

Tinutukoy ng mga biochemist ang tatlong uri ng macromolecules: DNA, RNA at mga protina. Ang deoxyribonucleic acid ay isang biopolymer na responsable sa pagpapadala ng data tungkol sa mga namamana na katangian, katangian at pag-unlad ng isang species mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon. Ang monomer nito ay isang nucleotide. Ano ang mga molekula ng DNA? Ito ang pangunahing bahagi ng chromosome at naglalaman ng genetic code.

Istruktura ng DNA

Noong nakaraan, naisip ng mga siyentipiko na ang modelo ng istruktura ng DNA ay panaka-nakang, kung saan ang mga magkatulad na grupo ng mga nucleotides (mga kumbinasyon ng pospeyt at mga molekula ng asukal) ay paulit-ulit. Ang isang tiyak na kumbinasyon ng mga nucleotide sequence ay nagbibigay ng kakayahang "i-encode" ang impormasyon. Salamat sa pananaliksik, naging malinaw na ang istraktura ay naiiba sa iba't ibang mga organismo.

Ang mga Amerikanong siyentipiko na sina Alexander Rich, David Davis at Gary Felsenfeld ay lalong sikat sa pag-aaral ng tanong kung ano ang DNA. Nagpakita sila ng isang paglalarawan ng isang three-helix nucleic acid noong 1957. Pagkalipas ng 28 taon, ipinakita ng siyentipiko na si Maxim Davidovich Frank-Kamenitsky kung paano natitiklop ang deoxyribonucleic acid, na binubuo ng dalawang helice, sa isang H-shaped na 3 strands.

Ang istraktura ng deoxyribonucleic acid ay double-stranded. Sa loob nito, ang mga nucleotide ay konektado sa mga pares upang bumuo ng mahabang polynucleotide chain. Ginagawang posible ng mga chain na ito ang pagbuo ng double helix gamit ang hydrogen bonds. Ang pagbubukod ay ang mga virus na may isang single-stranded genome. Mayroong linear DNA (ilang mga virus, bacteria) at pabilog (mitochondria, chloroplasts).

Komposisyon ng DNA

Kung walang kaalaman sa kung saan ginawa ang DNA, hindi magkakaroon ng medikal na pagsulong. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng tatlong bahagi: isang pentose sugar residue, isang nitrogenous base, at isang phosphoric acid residue. Batay sa mga katangian ng tambalan, ang acid ay maaaring tawaging deoxyribonucleic o ribonucleic. Ang DNA ay naglalaman ng isang malaking bilang ng mga mononucleotides ng dalawang base: cytosine at thymine. Bilang karagdagan, naglalaman ito ng pyrimidine derivatives, adenine at guanine.

Mayroong kahulugan sa biology na tinatawag na DNA - junk DNA. Ang mga pag-andar nito ay hindi pa rin alam. Ang isang alternatibong bersyon ng pangalan ay "non-coding", na hindi tama, dahil naglalaman ito ng mga coding protein at transposon, ngunit ang kanilang layunin ay isang misteryo din. Ang isa sa mga gumaganang hypotheses ay nagmumungkahi na ang isang tiyak na halaga ng macromolecule na ito ay nag-aambag sa pag-stabilize ng istruktura ng genome na may paggalang sa mga mutasyon.

nasaan ang

Ang lokasyon sa loob ng cell ay depende sa mga katangian ng species. Sa mga single-celled na organismo, ang DNA ay matatagpuan sa lamad. Sa ibang nabubuhay na nilalang ito ay matatagpuan sa nucleus, plastids at mitochondria. Kung pinag-uusapan natin ang DNA ng tao, ito ay tinatawag na chromosome. Totoo, hindi ito ganap na totoo, dahil ang mga chromosome ay isang complex ng chromatin at deoxyribonucleic acid.

Papel sa hawla

Ang pangunahing papel ng DNA sa mga selula ay ang paghahatid ng mga namamana na gene at ang kaligtasan ng susunod na henerasyon. Hindi lamang ang panlabas na data ng hinaharap na indibidwal, kundi pati na rin ang karakter at kalusugan nito ay nakasalalay dito. Ang deoxyribonucleic acid ay nasa isang supercoiled na estado, ngunit para sa isang de-kalidad na proseso ng buhay dapat itong untwisted. Tinutulungan siya ng mga enzyme dito - topoisomerases at helicase.

Ang mga topoisomerases ay mga nucleases at may kakayahang baguhin ang antas ng pamamaluktot. Ang isa pa sa kanilang mga tungkulin ay ang pakikilahok sa transkripsyon at pagtitiklop (cell division). Sinisira ng mga helikase ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga base. May mga ligase enzymes, na "cross-link" na sirang mga bono, at polymerases, na kasangkot sa synthesis ng mga bagong polynucleotide chain.

Paano natukoy ang DNA

Ang pagdadaglat na ito para sa biology ay pamilyar. Ang buong pangalan ng DNA ay deoxyribonucleic acid. Hindi lahat ay maaaring sabihin ito sa unang pagkakataon, kaya ang DNA decoding ay madalas na tinanggal sa pagsasalita. Mayroon ding konsepto ng RNA - ribonucleic acid, na binubuo ng mga pagkakasunud-sunod ng amino acid sa mga protina. Direktang nauugnay ang mga ito, at ang RNA ang pangalawang pinakamahalagang macromolecule.

DNA ng tao

Ang mga kromosom ng tao ay pinaghihiwalay sa loob ng nucleus, na ginagawang ang DNA ng tao ang pinaka-matatag, kumpletong carrier ng impormasyon. Sa panahon ng genetic recombination, ang mga helice ay pinaghihiwalay, ang mga seksyon ay ipinagpapalit, at pagkatapos ay ang koneksyon ay naibalik. Dahil sa pinsala sa DNA, nabuo ang mga bagong kumbinasyon at pattern. Ang buong mekanismo ay nagtataguyod ng natural na pagpili. Hindi pa rin alam kung gaano katagal ito naging responsable para sa paghahatid ng genome at kung ano ang metabolic evolution nito.

Sino ang nagbukas

Ang unang pagtuklas ng istraktura ng DNA ay iniuugnay sa mga biologist ng Ingles na sina James Watson at Francis Crick, na noong 1953 ay nagsiwalat ng mga tampok na istruktura ng molekula. Natagpuan ito ng Swiss na doktor na si Friedrich Miescher noong 1869. Pinag-aralan niya ang kemikal na komposisyon ng mga selula ng hayop gamit ang mga leukocytes, na nag-iipon nang marami sa mga purulent na sugat.

Nag-aaral si Miescher ng mga pamamaraan para sa paghuhugas ng mga puting selula ng dugo, mga nakahiwalay na protina nang matuklasan niyang may iba pa bukod sa kanila. Ang isang sediment ng mga natuklap ay nabuo sa ilalim ng ulam sa panahon ng pagproseso. Matapos suriin ang mga deposito na ito sa ilalim ng mikroskopyo, natuklasan ng batang doktor ang nuclei na nanatili pagkatapos ng paggamot na may hydrochloric acid. Naglalaman ito ng isang tambalan na tinawag ni Friedrich na nuclein (mula sa Latin na nucleus - core).

Ang DNA (deoxyribonucleic acid) ay tumutukoy sa (kasama ang RNA) na mga polimer, o mas tiyak na polynucleotides (monomer - nucleotide).

Ang DNA ay responsable para sa pag-iimbak at pagpapadala ng genetic code sa panahon ng cell division. Ito ay sa pamamagitan ng mga molekula ng DNA na ang pagmamana at pagkakaiba-iba ay natanto. Lahat ng uri ng RNA ay synthesize mula sa DNA. Dagdag pa, ang iba't ibang uri ng RNA ay magkasamang tinitiyak ang synthesis ng mga protina ng cell, ibig sabihin, nagpapatupad sila ng genetic na impormasyon.

Sa mga eukaryotic cell, ang karamihan sa DNA ay matatagpuan sa nucleus, kung saan ito ay kumukumpleto sa mga espesyal na protina upang bumuo ng mga chromosome. Sa mga prokaryotic cells mayroong isang malaking pabilog (o linear) na molekula ng DNA (din sa kumplikadong may mga protina). Bilang karagdagan, ang mga eukaryotic cell ay may sariling DNA sa mitochondria at chloroplast.

Sa kaso ng DNA, ang bawat nucleotide ay binubuo ng 1) isang nitrogenous base, na maaaring adenine, guanine, cytosine o thymine, 2) deoxyribose, 3) phosphoric acid.

Ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa isang DNA chain ay tumutukoy sa pangunahing istraktura ng molekula. Ang DNA ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pangalawang istraktura ng molekula sa anyo ng isang double helix (madalas na kanang kamay). Sa kasong ito, dalawang mga hibla ng DNA ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen na nabuo sa pagitan ng mga komplementaryong nitrogenous na base.

Ang adenine ay pantulong sa thymine, at ang guanine ay pantulong sa cytosine. Dalawang hydrogen bond ang nabuo sa pagitan ng adenine at thymine, at tatlo sa pagitan ng guanine at cytosine. Kaya, ang guanine at cytosine ay konektado sa isa't isa nang mas mahigpit (bagaman ang mga hydrogen bond ay mahina sa prinsipyo). Ang bilang ng mga bono ay tinutukoy ng mga tampok na istruktura ng mga molekula.

Ang adenine at guanine ay mga purine at binubuo ng dalawang singsing. Ang thymine at cytosine ay single-ring pyrimidine base. Kaya, sa pagitan ng mga backbone (binubuo ng alternating deoxyribose at phosphoric acid) ng dalawang DNA chain, para sa anumang pares ng nucleotides ng iba't ibang chain, palaging mayroong tatlong singsing (dahil ang isang two-ring purine ay palaging komplementary lamang sa isang partikular na single-ring. pyrimidine). Ito ay nagpapahintulot sa lapad sa pagitan ng mga hibla ng molekula ng DNA na panatilihing pareho sa kabuuan (humigit-kumulang 2.3 nm).

Mayroong humigit-kumulang 10 nucleotides sa isang pagliko ng helix. Ang haba ng isang nucleotide ay humigit-kumulang 0.34 nm. Ang haba ng mga molekula ng DNA ay kadalasang napakalaki, na lumalampas sa milyun-milyong nucleotides. Samakatuwid, upang magkasya nang mas compact sa cell nucleus, ang DNA ay sumasailalim sa iba't ibang antas ng "supercoiling."

Kapag nagbabasa ng impormasyon mula sa DNA (iyon ay, synthesizing RNA dito, ang prosesong ito ay tinatawag transkripsyon) nangyayari ang despiralization (ang reverse na proseso ng spiralization), ang dalawang chain ay naghihiwalay sa ilalim ng pagkilos ng isang espesyal na enzyme. Ang mga hydrogen bond ay mahina, kaya ang paghihiwalay at ang kasunod na cross-linking ng mga chain ay nangyayari na may maliit na pagkonsumo ng enerhiya. Ang RNA ay synthesize mula sa DNA ayon sa parehong prinsipyo ng complementarity. Tanging sa halip na thymine sa RNA, ang uracil ay pantulong sa adenine.

Ang genetic code, na nakasulat sa mga molekula ng DNA, ay binubuo ng mga triplets (mga sequence ng tatlong nucleotides) na kumakatawan sa isang amino acid (protina monomer). Gayunpaman, karamihan sa DNA ay hindi nagko-code para sa protina. Ang kahalagahan ng naturang mga bahagi ng molekula ay nag-iiba at higit sa lahat ay hindi lubos na nauunawaan.

Bago mahati ang isang cell, ang dami ng DNA ay laging dumoble. Ang prosesong ito ay tinatawag na pagtitiklop. Ito ay semi-konserbatibo sa kalikasan: ang mga kadena ng isang molekula ng DNA ay nag-iiba, at ang bawat isa ay nakumpleto na may sarili nitong bagong komplementaryong kadena. Bilang resulta, mula sa isang double-stranded na molekula ng DNA ay nakuha ang dalawang double-stranded na DNA, na kapareho ng una.

Sa DNA, ang mga polynucleotide chain ay multidirectional, ibig sabihin, kung saan ang isang chain ay may 5" na dulo (isang phosphoric acid residue ay nakakabit sa ikalimang carbon atom ng deoxyribose), ang isa ay may 3" na dulo (carbon free mula sa phosphoric acid).

Sa panahon ng pagtitiklop at transkripsyon, palaging nagpapatuloy ang synthesis sa direksyon mula sa 5" dulo hanggang 3" na dulo, dahil ang mga bagong nucleotide ay maaari lamang ilakip sa libreng 3" na carbon atom.

Ang istraktura at papel ng DNA bilang isang sangkap na responsable para sa namamana na impormasyon ay nilinaw noong 40-50s ng ika-20 siglo. Noong 1953, tinukoy nina D. Watson at F. Crick ang double-stranded na istraktura ng DNA. Noong nakaraan, natagpuan ni E. Chargaff na sa DNA ang dami ng thymine ay palaging tumutugma sa adenine, at ang halaga ng guanine sa cytosine.

Ang DNA ay isang unibersal na pinagmumulan at tagapag-ingat ng namamana na impormasyon, na naitala gamit ang isang espesyal na pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide.

Ang average na molekular na timbang ng isang nucleotide ay ipinapalagay na 345, at ang bilang ng mga nalalabi sa nucleotide ay maaaring umabot ng ilang daan, libo, at kahit milyon-milyon. Ang DNA ay kadalasang matatagpuan sa nuclei ng mga selula. Bahagyang matatagpuan sa mga chloroplast at mitochondria. Gayunpaman, ang DNA ng cell nucleus ay hindi isang molekula. Binubuo ito ng maraming mga molekula na ipinamamahagi sa iba't ibang mga kromosom, ang kanilang bilang ay nag-iiba depende sa organismo. Ito ang mga tampok na istruktura ng DNA.

Kasaysayan ng pagtuklas ng DNA

Ang istraktura at mga pag-andar ng DNA ay natuklasan nina James Watson at Francis Crick, at ginawaran pa sila ng Nobel Prize noong 1962.

Ngunit ang Swiss scientist na si Friedrich Johann Miescher, na nagtrabaho sa Germany, ang unang nakatuklas ng mga nucleic acid. Noong 1869, pinag-aralan niya ang mga selula ng hayop - mga leukocytes. Upang makuha ang mga ito, gumamit siya ng mga bendahe na may nana, na nakuha niya mula sa mga ospital. Nilinis ni Mischer ang mga leukocyte mula sa nana at nakahiwalay na protina mula sa kanila. Sa panahon ng mga pag-aaral na ito, naitatag ng siyentipiko na sa mga leukocytes, bilang karagdagan sa mga protina, mayroong iba pa, ang ilang sangkap na hindi alam sa oras na iyon. Isa itong mala-thread o flocculent na sediment na inilabas kung may nabuong acidic na kapaligiran. Agad na natunaw ang precipitate kapag idinagdag ang alkali.

Gamit ang isang mikroskopyo, natuklasan ng siyentipiko na kapag ang mga leukocyte ay hinugasan ng hydrochloric acid, ang mga nuclei ay nananatili mula sa mga selula. Pagkatapos ay napagpasyahan niya na mayroong isang hindi kilalang sangkap sa nucleus, na tinawag niyang nuclein (ang salitang nucleus sa pagsasalin ay nangangahulugang nucleus).

Matapos magsagawa ng chemical analysis, nalaman ni Miescher na ang bagong substance ay naglalaman ng carbon, hydrogen, oxygen at phosphorus. Noong panahong iyon, kakaunti ang nalalaman tungkol sa mga organophosphorus compound, kaya naniniwala si Friedrich na natuklasan niya ang isang bagong klase ng mga compound na matatagpuan sa cell nucleus.

Kaya, noong ika-19 na siglo ang pagkakaroon ng mga nucleic acid ay natuklasan. Gayunpaman, sa oras na iyon ay walang sinuman ang makapag-isip tungkol sa mahalagang papel na ginampanan nila.

Sangkap ng pagmamana

Ang istraktura ng DNA ay patuloy na pinag-aralan, at noong 1944 isang grupo ng mga bacteriologist na pinamumunuan ni Oswald Avery ang nakatanggap ng katibayan na ang molekula na ito ay nararapat na seryosong pansin. Ang siyentipiko ay gumugol ng maraming taon sa pag-aaral ng pneumococci, mga organismo na nagdulot ng pulmonya, o sakit sa baga. Nagsagawa ng mga eksperimento si Avery sa pamamagitan ng paghahalo ng pneumococci na nagdudulot ng sakit sa mga ligtas para sa mga buhay na organismo. Una, pinatay ang mga cell na nagdudulot ng sakit, at pagkatapos ay idinagdag sa kanila ang mga hindi nagdulot ng sakit.

Ang mga resulta ng pananaliksik ay namangha sa lahat. May mga buhay na selula na, pagkatapos makipag-ugnayan sa mga patay, natutong magdulot ng sakit. Nalaman ng siyentipiko ang likas na katangian ng sangkap na kasangkot sa proseso ng pagpapadala ng impormasyon sa mga buhay na selula mula sa mga patay. Ang molekula ng DNA ay naging sangkap na ito.

Istruktura

Kaya, kinakailangang maunawaan kung anong istraktura ang mayroon ang molekula ng DNA. Ang pagtuklas ng istraktura nito ay isang makabuluhang kaganapan na humantong sa pagbuo ng molecular biology - isang bagong sangay ng biochemistry. Ang DNA ay matatagpuan sa malalaking dami sa nuclei ng mga selula, ngunit ang laki at bilang ng mga molekula ay nakasalalay sa uri ng organismo. Ito ay itinatag na ang nuclei ng mga selula ng mammalian ay naglalaman ng marami sa mga selulang ito, sila ay ipinamamahagi kasama ang mga chromosome, mayroong 46 sa kanila.

Habang pinag-aaralan ang istruktura ng DNA, noong 1924 unang itinatag ni Feulgen ang lokalisasyon nito. Ang ebidensya na nakuha mula sa mga eksperimento ay nagpakita na ang DNA ay matatagpuan sa mitochondria (1-2%). Sa ibang lugar, ang mga molekulang ito ay matatagpuan sa panahon ng impeksyon sa viral, sa mga basal na katawan, at gayundin sa mga itlog ng ilang hayop. Ito ay kilala na ang mas kumplikadong organismo, mas malaki ang masa ng DNA. Ang bilang ng mga molecule na naroroon sa isang cell ay depende sa function at kadalasan ay 1-10%. Ang pinakamaliit sa kanila ay matatagpuan sa myocytes (0.2%), ang karamihan sa mga cell ng mikrobyo (60%).

Ang istraktura ng DNA ay nagpakita na sa mga chromosome ng mas mataas na mga organismo sila ay nauugnay sa mga simpleng protina - albumin, histones at iba pa, na magkakasamang bumubuo ng DNP (deoxyribonucleoprotein). Karaniwan, ang isang malaking molekula ay hindi matatag, at upang ito ay manatiling buo at hindi nagbabago sa panahon ng ebolusyon, ang isang tinatawag na sistema ng pag-aayos ay nilikha, na binubuo ng mga enzyme - ligases at nucleases, na responsable para sa "pag-aayos" ng molekula.

Kemikal na istraktura ng DNA

Ang DNA ay isang polimer, isang polynucleotide, na binubuo ng isang malaking bilang (hanggang sampu-sampung libong milyon) ng mga mononucleotide. Ang istraktura ng DNA ay ang mga sumusunod: ang mononucleotides ay naglalaman ng mga nitrogenous base - cytosine (C) at thymine (T) - mula sa pyrimidine derivatives, adenine (A) at guanine (G) - mula sa purine derivatives. Bilang karagdagan sa mga nitrogenous base, ang molekula ng tao at hayop ay naglalaman ng 5-methylcytosine, isang menor de edad na base ng pyrimidine. Ang mga nitrogenous base ay nagbubuklod sa phosphoric acid at deoxyribose. Ang istraktura ng DNA ay ipinapakita sa ibaba.

Mga panuntunan ng Chargaff

Ang istraktura at biyolohikal na papel ng DNA ay pinag-aralan ni E. Chargaff noong 1949. Sa kurso ng kanyang pananaliksik, tinukoy niya ang mga pattern na sinusunod sa dami ng pamamahagi ng mga nitrogenous base:

1. ∑T + C = ∑A + G (iyon ay, ang bilang ng mga base ng pyrimidine ay katumbas ng bilang ng mga base ng purine).
2. Ang bilang ng mga nalalabi ng adenine ay palaging katumbas ng bilang ng mga nalalabi sa thymine, at ang bilang ng mga guanine ay katumbas ng cytosine.
3. Ang specificity coefficient ay may formula: G+C/A+T. Halimbawa, para sa isang tao ito ay 1.5, para sa isang toro ay 1.3.
4. Ang kabuuan ng "A + C" ay katumbas ng kabuuan ng "G + T", iyon ay, mayroong kasing dami ng adenine at cytosine bilang guanine at thymine.

Modelo ng istruktura ng DNA

Ito ay nilikha nina Watson at Crick. Ang mga residue ng phosphate at deoxyribose ay matatagpuan sa kahabaan ng gulugod ng dalawang polynucleotide chain na pinaikot sa isang spiral na paraan. Natukoy na ang mga planar na istruktura ng mga base ng pyrimidine at purine ay matatagpuan patayo sa axis ng chain at anyo, tulad ng mga hakbang ng isang hagdan sa anyo ng isang spiral. Napagtibay din na ang A ay palaging konektado sa T gamit ang dalawang hydrogen bond, at ang G ay nakakabit sa C ng tatlo sa parehong mga bono. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay binigyan ng pangalang "prinsipyo ng pagpili at pagkakatugma."

Mga antas ng istrukturang organisasyon

Ang polynucleotide chain na nakabaluktot na parang spiral ay isang pangunahing istraktura na may tiyak na qualitative at quantitative na hanay ng mga mononucleotides na naka-link ng isang 3',5'-phosphodiester bond. Kaya, ang bawat isa sa mga kadena ay may 3' dulo (deoxyribose) at isang 5' dulo (phosphate). Ang mga rehiyon na naglalaman ng genetic na impormasyon ay tinatawag na structural genes.

Ang double helix molecule ay ang pangalawang istraktura. Bukod dito, ang mga polynucleotide chain nito ay antiparallel at iniuugnay ng hydrogen bonds sa pagitan ng mga pantulong na base ng mga chain. Ito ay itinatag na ang bawat pagliko ng helix na ito ay naglalaman ng 10 nucleotide residues, ang haba nito ay 3.4 nm. Ang istrakturang ito ay sinusuportahan din ng mga puwersa ng interaksyon ng van der Waals, na sinusunod sa pagitan ng mga base ng parehong kadena, kabilang ang mga nakakasuklam at kaakit-akit na mga bahagi. Ang mga puwersang ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga electron sa mga kalapit na atomo. Ang pakikipag-ugnayan ng electrostatic ay nagpapatatag din sa pangalawang istraktura. Nangyayari ito sa pagitan ng mga molekula ng histone na may positibong charge at isang strand ng DNA na may negatibong charge.

Ang tertiary na istraktura ay ang paikot-ikot ng mga hibla ng DNA sa paligid ng mga histone, o supercoiling. Limang uri ng mga histone ang inilarawan: H1, H2A, H2B, H3, H4.

Ang pagtitiklop ng mga nucleosome sa chromatin ay isang quaternary na istraktura, kaya ang isang molekula ng DNA na ilang sentimetro ang haba ay maaaring matiklop hanggang sa 5 nm.

Mga Pag-andar ng DNA

Ang pangunahing pag-andar ng DNA ay:

1. Imbakan ng namamana na impormasyon. Ang pagkakasunud-sunod ng mga amino acid na matatagpuan sa isang molekula ng protina ay tinutukoy ng pagkakasunud-sunod kung saan ang mga nalalabi ng nucleotide ay matatagpuan sa molekula ng DNA. Ini-encrypt din nito ang lahat ng impormasyon tungkol sa mga katangian at katangian ng organismo.
2. Ang DNA ay may kakayahang magpadala ng namamana na impormasyon sa susunod na henerasyon. Ito ay posible dahil sa kakayahan ng pagtitiklop - self-duplication. Ang DNA ay may kakayahang maghiwa-hiwalay sa dalawang komplementaryong kadena, at sa bawat isa sa kanila (alinsunod sa prinsipyo ng complementarity) ang orihinal na pagkakasunud-sunod ng nucleotide ay naibalik.
3. Sa tulong ng DNA, nangyayari ang biosynthesis ng mga protina, enzymes at hormones.

Konklusyon

Ang istraktura ng DNA ay nagpapahintulot na ito ay maging tagapag-ingat ng genetic na impormasyon at ipasa din ito sa mga susunod na henerasyon. Anong mga katangian mayroon ang molekula na ito?

1. Katatagan. Ito ay posible dahil sa glycosidic, hydrogen at phosphodiester bond, pati na rin ang mekanismo ng pagkumpuni ng sapilitan at kusang pinsala.
2. Posibilidad ng pagtitiklop. Ang mekanismong ito ay nagpapahintulot sa diploid na bilang ng mga chromosome na mapanatili sa mga somatic cells.
3. Ang pagkakaroon ng isang genetic code. Sa pamamagitan ng mga proseso ng pagsasalin at transkripsyon, ang pagkakasunud-sunod ng mga base na matatagpuan sa DNA ay na-convert sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid na matatagpuan sa polypeptide chain.
4. Kapasidad para sa genetic recombination. Sa kasong ito, nabuo ang mga bagong kumbinasyon ng mga gene na naka-link sa isa't isa.

Kaya, ang istraktura at mga pag-andar ng DNA ay nagbibigay-daan dito upang maglaro ng isang napakahalagang papel sa mga nabubuhay na nilalang. Alam na ang haba ng 46 na molekula ng DNA na matatagpuan sa bawat selula ng tao ay halos 2 m, at ang bilang ng mga pares ng nucleotide ay 3.2 bilyon.

Ang mga monomer unit nito ay mga nucliatides.

Ano ang DNA?

Ang lahat ng impormasyon tungkol sa istraktura at paggana ng anumang buhay na organismo ay nakapaloob sa naka-encode na anyo sa genetic material nito. Ang batayan ng genetic material ng isang organismo ay deoxyribonucleic acid (DNA).

DNA sa karamihan ng mga organismo ito ay isang mahaba, double-chain na polymer molecule. Kasunod mga yunit ng monomer (deoxyribonucleotides) sa isa sa mga tanikala nito ay tumutugma sa ( pantulong) deoxyribonucleotide sequences sa isa pa. Prinsipyo ng complementarity tinitiyak ang synthesis ng mga bagong molekula ng DNA na kapareho ng mga orihinal kapag nadoble ang mga ito ( pagtitiklop).

Isang seksyon ng isang molekula ng DNA na nag-encode ng isang partikular na katangian - gene.

Mga gene– ito ay mga indibidwal na genetic na elemento na may mahigpit na tiyak na pagkakasunud-sunod ng nucleotide at naka-encode ng ilang mga katangian ng organismo. Ang ilan sa kanila ay nag-encode ng mga protina, ang iba ay mga molekula lamang ng RNA.

Ang impormasyong nakapaloob sa mga gene na nag-encode ng mga protina (structural genes) ay na-decipher sa pamamagitan ng dalawang sequential na proseso:

• RNA synthesis (transkripsyon): Na-synthesize ang DNA sa isang partikular na seksyon tulad ng sa isang matrix messenger RNA (mRNA).
• synthesis ng protina (pagsasalin): Sa panahon ng coordinated na operasyon ng isang multicomponent system na may partisipasyon transportasyon ng mga RNA (tRNA), mRNA, mga enzyme at iba't-ibang mga kadahilanan ng protina isinagawa synthesis ng protina.

Tinitiyak ng lahat ng mga prosesong ito ang tamang pagsasalin ng genetic na impormasyong naka-encrypt sa DNA mula sa wika ng mga nucleotides patungo sa wika ng mga amino acid. Amino acid sequence ng isang molekula ng protina tinutukoy ang istraktura at mga pag-andar nito.

Istruktura ng DNA

DNA- Ito linear na organikong polimer. Kanyang- nucleotides, na binubuo naman ng:

Sa kasong ito, ang pangkat ng pospeyt ay naka-attach sa 5′ carbon atom monosaccharide residue, at ang organic base - sa 1′-atom.

Mayroong dalawang uri ng mga base sa DNA:

Ang istraktura ng mga nucleotides sa isang molekula ng DNA

SA DNA ipinakita ang monosaccharide 2′-deoxyribose, naglalaman lamang ng 1 pangkat ng hydroxyl (OH), at sa RNA - ribose pagkakaroon 2 pangkat ng hydroxyl (OH).

Ang mga nucleotide ay konektado sa isa't isa mga bono ng phosphodiester, habang ang phosphate group 5′ carbon atom isang nucleotide na nakaugnay sa 3'-OH-pangkat ng deoxyribose kalapit na nucleotide (Larawan 1). Sa isang dulo ng polynucleotide chain ay mayroong Z'-OH-group (Z'-end), at sa kabilang banda - 5′-phosphate group (5′ end).

Mga antas ng istraktura ng DNA

Nakaugalian na makilala ang 3 antas ng istraktura ng DNA:

• pangunahin;
• pangalawa;
• tersiyaryo

Pangunahing istraktura ng DNA ay ang pagkakasunud-sunod ng pag-aayos ng mga nucleotides sa isang polynucleotide chain ng DNA.

Pangalawang istraktura ng DNA nagpapatatag sa pagitan ng mga komplementaryong pares ng base at ito ay isang double helix ng dalawang antiparallel chain na pinaikot pakanan sa paligid ng parehong axis.

Ang kabuuang pagliko ng spiral ay 3.4nm, distansya sa pagitan ng mga kadena 2nm.

Tertiary structure ng DNA - super-specialization ng DNA. Ang DNA double helix ay maaaring sumailalim sa karagdagang helicalization sa ilang mga site upang bumuo ng isang supercoil o bukas na pabilog na hugis, na kadalasang sanhi ng covalent na pagdugtong ng kanilang mga bukas na dulo. Tinitiyak ng supercoiled na istraktura ng DNA ang matipid na packaging ng isang napakahabang molekula ng DNA sa isang chromosome. Kaya, sa isang pinahabang anyo, ang haba ng isang molekula ng DNA ay 8 cm, at sa anyo ng isang superspiral na umaangkop sa 5 nm.

Ang panuntunan ni Chargaff

E. Pamumuno ni Chargaff ay isang pattern ng quantitative content ng nitrogenous bases sa isang DNA molecule:

1. Sa DNA mga fraction ng nunal Ang mga base ng purine at pyrimidine ay pantay: A+G = C+ T o (A +G)/(C + T)=1 .
2. Sa DNA bilang ng mga base na may mga amino group (A +C) katumbas bilang ng mga base na may mga pangkat ng keto (G+ T):A+C= G+ T o (A +C)/(G+ T)= 1
3. Ang tuntunin ng equivalence, iyon ay: A=T, G=C; A/T = 1; G/C=1.
4. Komposisyon ng nucleotide ng DNA sa mga organismo ng iba't ibang grupo ay tiyak at nailalarawan koepisyent ng pagtitiyak: (G+C)/(A+T). Sa mas matataas na halaman at hayop koepisyent ng pagtitiyak mas mababa sa 1, at bahagyang nagbabago: mula sa 0,54 dati 0,98 , sa mga microorganism ito ay higit sa 1.

Modelo ng Watson-Crick DNA

B 1953 James Watson at Francis Sigaw, batay sa pagsusuri ng X-ray diffraction ng mga kristal ng DNA, ay dumating sa konklusyon na katutubong DNA ay binubuo ng dalawang polymer chain na bumubuo ng double helix (Figure 3).

Ang mga polynucleotide chain na sugat sa ibabaw ng isa't isa ay pinagsama-sama hydrogen bonds, na nabuo sa pagitan ng mga pantulong na base ng magkasalungat na kadena (Larawan 3). Kung saan adenine bumubuo ng isang pares lamang sa thymine, A guanine- Kasama cytosine. Base pares A-T ay nagpapatatag dalawang hydrogen bond, at mag-asawa G-C - tatlo.

Ang haba ng double-stranded na DNA ay karaniwang sinusukat ng bilang ng mga komplementaryong pares ng nucleotide ( P.n.). Para sa mga molekula ng DNA na binubuo ng libu-libo o milyon-milyong mga pares ng nucleotide, ang mga yunit ay kinukuha t.b.s. At m.p.n. ayon sa pagkakabanggit. Halimbawa, ang DNA ng human chromosome 1 ay isang double helix ng haba 263 m.b..

Sugar phosphate backbone ng molekula, na binubuo ng mga phosphate group at deoxyribose residues na konektado 5'-3'-phosphodiester bond, ay bumubuo ng "mga sidewall ng spiral staircase", at ang mga pares ng base A-T At G-C- ang mga hakbang nito (Larawan 3).

Larawan 3: Modelo ng Watson-Crick DNA

Mga kadena ng molekula ng DNA antiparallel: may direksyon ang isa sa kanila 3’→5′, iba pa 5’→3′. Alinsunod sa ang prinsipyo ng complementarity, kung ang isa sa mga chain ay naglalaman ng isang nucleotide sequence 5-TAGGCAT-3′, pagkatapos ay sa komplementaryong kadena sa lugar na ito dapat mayroong isang pagkakasunod-sunod 3′-ATCCGTA-5′. Sa kasong ito, ang double-stranded na form ay magiging ganito:

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5′.

Sa naturang recording 5′ dulo ng tuktok na kadena laging nakalagay sa kaliwa, at 3′ dulo- sa kanan.

Ang carrier ng genetic na impormasyon ay dapat matugunan ang dalawang pangunahing kinakailangan: magparami (magkopya) na may mataas na katumpakan At tukuyin (i-encode) ang synthesis ng mga molekula ng protina.

Modelo ng Watson-Crick DNA ganap na nakakatugon sa mga kinakailangang ito, dahil:

• Ayon sa prinsipyo ng complementarity, ang bawat DNA strand ay maaaring magsilbi bilang isang template para sa pagbuo ng isang bagong complementary chain. Dahil dito, pagkatapos ng isang pag-ikot, dalawang molekula ng anak na babae ang nabuo, na ang bawat isa ay may parehong pagkakasunud-sunod ng nucleotide bilang orihinal na molekula ng DNA.
• ang nucleotide sequence ng isang structural gene ay natatanging tumutukoy sa amino acid sequence ng protina na na-encode nito.

1. Ang isang molekula ng DNA ng tao ay naglalaman ng tungkol sa 1.5 gigabytes ng impormasyon. Kasabay nito, ang DNA ng lahat ng mga selula ng katawan ng tao ay tumatagal ng 60 bilyong terabytes, na nakaimbak sa 150-160 gramo ng DNA.
2. Pandaigdigang Araw ng DNA ipinagdiriwang noong Abril 25. Sa araw na ito noong 1953 James Watson At Francis Creek inilathala sa isang magasin Kalikasan ang kanyang artikulo na pinamagatang "Molekular na istraktura ng mga nucleic acid" , kung saan inilarawan ang double helix ng molekula ng DNA.

Bibliograpiya: Molecular biotechnology: mga prinsipyo at aplikasyon, B. Glick, J. Pasternak, 2002

Ang molecular biology ay isa sa pinakamahalagang sangay ng biological sciences at nagsasangkot ng detalyadong pag-aaral ng mga selula ng mga buhay na organismo at ang kanilang mga bahagi. Kasama sa saklaw ng kanyang pananaliksik ang maraming mahahalagang proseso tulad ng kapanganakan, paghinga, paglaki, kamatayan.


Ang isang napakahalagang pagtuklas ng molecular biology ay ang pag-decipher ng genetic code ng mas mataas na nilalang at ang pagpapasiya ng kakayahan ng cell na mag-imbak at magpadala ng genetic na impormasyon. Ang pangunahing papel sa mga prosesong ito ay kabilang sa mga nucleic acid, kung saan sa kalikasan mayroong dalawang uri - DNA at RNA. Ano ang mga macromolecule na ito? Ano ang mga ito at anong mga biological function ang kanilang ginagawa?

Ano ang DNA?

Ang DNA ay kumakatawan sa deoxyribonucleic acid. Ito ay isa sa tatlong macromolecules ng cell (ang iba pang dalawa ay mga protina at ribonucleic acid), na nagsisiguro sa pangangalaga at paghahatid ng genetic code para sa pag-unlad at aktibidad ng mga organismo. Sa simpleng salita, ang DNA ay ang carrier ng genetic information. Naglalaman ito ng genotype ng isang indibidwal, na may kakayahang magparami ng sarili nito at nagpapadala ng impormasyon sa pamamagitan ng mana.

Bilang isang kemikal na sangkap, ang acid ay nahiwalay sa mga selula noong 1860s, ngunit hanggang sa kalagitnaan ng ika-20 siglo, walang sinuman ang nag-isip na ito ay may kakayahang mag-imbak at magpadala ng impormasyon.


Sa loob ng mahabang panahon ay pinaniniwalaan na ang mga pag-andar na ito ay ginagampanan ng mga protina, ngunit noong 1953 ang isang pangkat ng mga biologist ay nakapagpalawak ng makabuluhang pag-unawa sa kakanyahan ng molekula at patunayan ang pangunahing papel ng DNA sa pangangalaga at paghahatid ng genotype. . Ang pagtuklas ay naging pagtuklas ng siglo, at ang mga siyentipiko ay tumanggap ng Nobel Prize para sa kanilang trabaho.

Ano ang binubuo ng DNA?

Ang DNA ang pinakamalaki sa mga biyolohikal na molekula at binubuo ng apat na nucleotides na binubuo ng isang residue ng phosphoric acid. Sa istruktura, ang acid ay medyo kumplikado. Ang mga nucleotide nito ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng mahabang kadena, na pinagsama sa mga pares sa pangalawang mga istraktura - double helices.

Ang DNA ay may posibilidad na masira ng radiation o iba't ibang mga oxidizing substance, dahil sa kung saan ang proseso ng mutation ay nangyayari sa molekula. Ang paggana ng acid ay direktang nakasalalay sa pakikipag-ugnayan nito sa isa pang molekula - mga protina. Sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa kanila sa cell, ito ay bumubuo ng sangkap na chromatin, kung saan ang impormasyon ay natanto.

Ano ang RNA?

Ang RNA ay isang ribonucleic acid na naglalaman ng nitrogenous bases at phosphoric acid residues.


Mayroong hypothesis na ito ang unang molekula na nakakuha ng kakayahang magparami ng sarili nito pabalik sa panahon ng pagbuo ng ating planeta - sa mga pre-biological system. Ang RNA ay kasama pa rin sa mga genome ng mga indibidwal na mga virus ngayon, na tinutupad ang papel sa kanila na ginagampanan ng DNA sa mas mataas na mga nilalang.

Ang ribonucleic acid ay binubuo ng 4 na nucleotides, ngunit sa halip na isang double helix, tulad ng sa DNA, ang mga kadena nito ay konektado sa pamamagitan ng isang solong kurba. Ang mga nucleotide ay naglalaman ng ribose, na aktibong kasangkot sa metabolismo. Depende sa kanilang kakayahang mag-encode ng protina, ang RNA ay nahahati sa template at non-coding.

Ang una ay nagsisilbing isang uri ng tagapamagitan sa paglilipat ng naka-encode na impormasyon sa mga ribosom. Ang huli ay hindi maaaring mag-encode ng mga protina, ngunit may iba pang mga kakayahan - pagsasalin at ligation ng mga molekula.

Paano naiiba ang DNA sa RNA?

Sa kanilang kemikal na komposisyon, ang mga acid ay halos magkapareho sa bawat isa. Parehong mga linear polymers at mga N-glycoside na nilikha mula sa limang-carbon na residu ng asukal. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay ang nalalabi sa asukal ng RNA ay ribose, isang monosaccharide mula sa pangkat ng pentose, madaling natutunaw sa tubig. Ang nalalabi ng asukal sa DNA ay deoxyribose, o isang derivative ng ribose, na may bahagyang naiibang istraktura.


Hindi tulad ng ribose, na bumubuo ng isang singsing ng 4 na carbon atoms at 1 oxygen atom, sa deoxyribose ang pangalawang carbon atom ay pinalitan ng hydrogen. Ang isa pang pagkakaiba sa pagitan ng DNA at RNA ay ang kanilang laki - mas malaki. Bilang karagdagan, kabilang sa apat na nucleotides na kasama sa DNA, ang isa ay isang nitrogenous base na tinatawag na thymine, habang sa RNA, sa halip na thymine, mayroong isang bersyon nito - uracil.