Hücresel DNA kısaltması, okuldaki biyoloji dersinden pek çok kişiye tanıdık gelir, ancak çok az kişi bunun ne olduğunu kolayca yanıtlayabilir. Mezuniyetten hemen sonra hafızada yalnızca belirsiz bir kalıtım ve genetik fikri kalır. DNA'nın ne olduğunu ve yaşamlarımız üzerindeki etkisini bilmek bazen çok gerekli olabilir.

DNA molekülü

Biyokimyacılar üç tür makromolekül ayırt eder: DNA, RNA ve proteinler. Deoksiribonükleik asit, bir türün kalıtsal özellikleri, özellikleri ve gelişimi hakkındaki verilerin nesilden nesile aktarılmasından sorumlu olan bir biyopolimerdir. Monomeri bir nükleotiddir. DNA molekülleri nelerdir? Kromozomların ana bileşenidir ve genetik kodu içerir.

DNA yapısı

Daha önce bilim insanları, DNA yapı modelinin, özdeş nükleotid gruplarının (fosfat ve şeker moleküllerinin kombinasyonları) tekrarlandığı periyodik olduğunu hayal ediyorlardı. Nükleotid dizilerinin belirli bir kombinasyonu, bilgiyi "kodlama" yeteneği sağlar. Araştırmalar sayesinde yapının farklı organizmalarda farklılık gösterdiği ortaya çıktı.

Amerikalı bilim adamları Alexander Rich, David Davis ve Gary Felsenfeld, özellikle DNA'nın ne olduğu sorusunu incelemeleriyle ünlüdür. 1957'de üç sarmallı bir nükleik asidin tanımını sundular. 28 yıl sonra bilim adamı Maxim Davidovich Frank-Kamenitsky, iki sarmaldan oluşan deoksiribonükleik asidin nasıl 3 şeritli H şeklinde katlandığını gösterdi.

Deoksiribonükleik asidin yapısı çift sarmallıdır. İçinde nükleotidler, uzun polinükleotid zincirleri oluşturmak için çiftler halinde bağlanır. Bu zincirler hidrojen bağlarını kullanarak çift sarmal oluşumunu mümkün kılar. Bunun istisnası, tek sarmallı genoma sahip virüslerdir. Doğrusal DNA (bazı virüsler, bakteriler) ve dairesel (mitokondri, kloroplastlar) vardır.

DNA bileşimi

DNA'nın neyden oluştuğu bilinmeseydi tıbbi ilerleme olmazdı. Her bir nükleotid üç bölümden oluşur: bir pentoz şeker kalıntısı, bir azotlu baz ve bir fosforik asit kalıntısı. Bileşiğin özelliklerine bağlı olarak asit, deoksiribonükleik veya ribonükleik olarak adlandırılabilir. DNA, iki bazın çok sayıda mononükleotidini içerir: sitozin ve timin. Ayrıca pirimidin türevleri, adenin ve guanin içerir.

Biyolojide DNA - hurda DNA diye bir tanım var. İşlevleri henüz bilinmiyor. İsmin alternatif bir versiyonu ise “kodlanmayan”dır ve bu doğru değildir, çünkü kodlayıcı proteinler ve transpozonlar içerir, ancak bunların amacı da bir sırdır. Çalışma hipotezlerinden biri, bu makromolekülün belirli bir miktarının, mutasyonlara göre genomun yapısal stabilizasyonuna katkıda bulunduğunu öne sürüyor.

Nerede

Hücre içindeki konumu türün özelliklerine bağlıdır. Tek hücreli organizmalarda DNA zarda bulunur. Diğer canlılarda çekirdekte, plastidlerde ve mitokondride bulunur. İnsan DNA'sından bahsedersek buna kromozom denir. Doğru, bu tamamen doğru değil çünkü kromozomlar bir kromatin ve deoksiribonükleik asit kompleksidir.

Kafesteki rol

DNA'nın hücrelerdeki ana rolü, kalıtsal genlerin aktarılması ve gelecek neslin hayatta kalmasıdır. Gelecekteki bireyin yalnızca dış verileri değil, aynı zamanda karakteri ve sağlığı da ona bağlıdır. Deoksiribonükleik asit aşırı sarmal durumdadır, ancak yüksek kaliteli bir yaşam süreci için bükülmemesi gerekir. Enzimler ona bu konuda yardımcı olur - topoizomerazlar ve helikazlar.

Topoizomerazlar nükleazlara aittir; burulma derecesini değiştirme yeteneğine sahiptirler. İşlevlerinden bir diğeri de transkripsiyon ve replikasyona (hücre bölünmesi) katılmaktır. Helikazlar bazlar arasındaki hidrojen bağlarını kırar. Kırık bağları "çapraz bağlayan" ligaz enzimleri ve yeni polinükleotid zincirlerinin sentezinde rol oynayan polimerazlar vardır.

DNA'nın şifresi nasıl çözülür?

Biyolojinin bu kısaltması tanıdıktır. DNA'nın tam adı deoksiribonükleik asittir. Herkes bunu ilk kez söyleyemez, bu nedenle DNA kod çözme konuşmada sıklıkla atlanır. Proteinlerdeki amino asit dizilerinden oluşan RNA - ribonükleik asit kavramı da vardır. Bunlar doğrudan ilişkilidir ve RNA ikinci en önemli makromoleküldür.

İnsan DNA'sı

İnsan kromozomları çekirdeğin içinde ayrılarak insan DNA'sını en istikrarlı, eksiksiz bilgi taşıyıcısı haline getirir. Genetik rekombinasyon sırasında sarmallar ayrılır, bölümler değiştirilir ve ardından bağlantı yeniden sağlanır. DNA hasarı nedeniyle yeni kombinasyonlar ve desenler oluşur. Mekanizmanın tamamı doğal seçilimi teşvik ediyor. Genom aktarımından ne kadar süredir sorumlu olduğu ve metabolik evriminin ne olduğu hala bilinmiyor.

Kim açtı

DNA'nın yapısının ilk keşfi, 1953'te molekülün yapısal özelliklerini ortaya çıkaran İngiliz biyologlar James Watson ve Francis Crick'e atfedilir. 1869 yılında İsviçreli doktor Friedrich Miescher tarafından bulunmuştur. Pürülan lezyonlarda toplu halde biriken lökositleri kullanarak hayvan hücrelerinin kimyasal bileşimini inceledi.

Miescher, beyaz kan hücrelerini, izole edilmiş proteinleri yıkamanın yöntemlerini araştırırken, bunların dışında başka bir şeyin daha olduğunu keşfetti. İşleme sırasında tabağın dibinde bir pul tortusu oluştu. Bu birikintileri mikroskop altında inceleyen genç doktor, hidroklorik asit tedavisinden sonra kalan çekirdekleri keşfetti. Friedrich'in nüklein (Latince çekirdekten - çekirdekten) adını verdiği bir bileşik içeriyordu.

DNA (deoksiribonükleik asit), polimerler veya daha doğrusu polinükleotidler (monomer - nükleotid) olan (RNA ile birlikte) anlamına gelir.

DNA, hücre bölünmesi sırasında genetik kodun depolanmasından ve iletilmesinden sorumludur. Kalıtım ve değişkenlik DNA molekülleri aracılığıyla gerçekleşir. Tüm RNA türleri DNA'dan sentezlenir. Ayrıca, çeşitli RNA türleri ortaklaşa hücre proteinlerinin sentezini sağlar, yani genetik bilgiyi uygularlar.

Ökaryotik hücrelerde DNA'nın büyük çoğunluğu çekirdekte bulunur ve burada özel proteinlerle birleşerek kromozomlar oluşturur. Prokaryotik hücrelerde büyük bir dairesel (veya doğrusal) DNA molekülü vardır (ayrıca proteinlerle kompleks halinde). Ayrıca ökaryotik hücrelerin mitokondri ve kloroplastlarında kendi DNA'ları vardır.

DNA durumunda, her bir nükleotid 1) adenin, guanin, sitozin veya timin olabilen nitrojenli bir baz, 2) deoksiriboz, 3) fosforik asitten oluşur.

Bir DNA zincirindeki nükleotidlerin sırası, molekülün birincil yapısını belirler. DNA, molekülün çift sarmal biçiminde (çoğunlukla sağ elini kullanan) ikincil bir yapısı ile karakterize edilir. Bu durumda iki DNA zinciri, tamamlayıcı azotlu bazlar arasında oluşan hidrojen bağları ile birbirine bağlanır.

Adenin timin'in tamamlayıcısı, guanin ise sitozinin tamamlayıcısıdır. Adenin ve timin arasında iki, guanin ve sitozin arasında üç hidrojen bağı oluşur. Böylece guanin ve sitozin birbirine biraz daha sıkı bağlanır (her ne kadar hidrojen bağları prensipte zayıf olsa da). Bağ sayısı moleküllerin yapısal özelliklerine göre belirlenir.

Adenin ve guanin pürinlerdir ve iki halkadan oluşurlar. Timin ve sitozin tek halkalı pirimidin bazlarıdır. Böylece, iki DNA zincirinin (deoksiriboz ve fosforik asitten oluşan) omurgaları arasında, farklı zincirlerdeki herhangi bir nükleotid çifti için her zaman üç halka vardır (çünkü iki halkalı bir pürin her zaman yalnızca belirli bir tek halkalıyı tamamlayıcıdır). pirimidin). Bu, DNA molekülünün şeritleri arasındaki genişliğin baştan sona aynı tutulmasına olanak tanır (yaklaşık 2,3 nm).

Sarmalın bir dönüşünde yaklaşık 10 nükleotid bulunur. Bir nükleotidin uzunluğu yaklaşık 0,34 nm'dir. DNA moleküllerinin uzunluğu genellikle çok büyüktür ve milyonlarca nükleotidi aşmaktadır. Bu nedenle, hücre çekirdeğine daha sıkı bir şekilde sığabilmek için DNA, değişen derecelerde "aşırı sarma"ya maruz kalır.

DNA'dan bilgi okurken (yani onun üzerinde RNA sentezlerken) bu işleme denir. transkripsiyon) despiralizasyon meydana gelir (spiralizasyonun ters süreci), iki zincir özel bir enzimin etkisi altında birbirinden ayrılır. Hidrojen bağları zayıf olduğundan zincirlerin ayrılması ve ardından çapraz bağlanması çok az enerji tüketimiyle gerçekleşir. RNA, aynı tamamlayıcılık ilkesine göre DNA'dan sentezlenir. Sadece RNA'daki timin yerine urasil adeninin tamamlayıcısıdır.

DNA molekülleri üzerine yazılan genetik kod, bir amino asidi (protein monomeri) temsil eden üçlülerden (üç nükleotit dizisi) oluşur. Ancak çoğu DNA proteini kodlamaz. Molekülün bu tür kısımlarının önemi değişiklik gösterir ve büyük ölçüde tam olarak anlaşılamamıştır.

Bir hücre bölünmeden önce DNA miktarı her zaman iki katına çıkar. Bu süreç denir çoğaltma. Doğası gereği yarı muhafazakardır: Bir DNA molekülünün zincirleri birbirinden ayrılır ve her biri kendi yeni tamamlayıcı zinciriyle tamamlanır. Sonuç olarak, bir çift sarmallı DNA molekülünden, birinciyle aynı olan iki çift sarmallı DNA elde edilir.

DNA'da polinükleotid zincirleri çok yönlüdür, yani bir zincirin 5" ucu (deoksiribozun beşinci karbon atomuna bir fosforik asit kalıntısı bağlanmıştır), diğerinin ise 3" ucu vardır (fosforik asit içermeyen karbon).

Replikasyon ve transkripsiyon sırasında, yeni nükleotidler yalnızca serbest 3" karbon atomuna bağlanabildiğinden, sentez her zaman 5" ucundan 3" ucuna doğru ilerler.

Kalıtsal bilgiden sorumlu bir madde olarak DNA'nın yapısı ve rolü, 20. yüzyılın 40-50'li yıllarında açıklığa kavuşturuldu. 1953 yılında D. Watson ve F. Crick, DNA'nın çift sarmallı yapısını belirlediler. Daha önce E. Chargaff, DNA'da timin miktarının her zaman adenine ve guanin miktarının sitozine karşılık geldiğini bulmuştu.

DNA, özel bir nükleotid dizisi kullanılarak kaydedilen kalıtsal bilgilerin evrensel bir kaynağı ve koruyucusudur; tüm canlı organizmaların özelliklerini belirler.

Bir nükleotidin ortalama moleküler ağırlığının 345 olduğu varsayılır ve nükleotid kalıntılarının sayısı birkaç yüz, bin ve hatta milyonlara ulaşabilir. DNA çoğunlukla hücre çekirdeğinde bulunur. Kloroplast ve mitokondride az miktarda bulunur. Ancak hücre çekirdeğindeki DNA tek bir molekül değildir. Farklı kromozomlara dağılmış birçok molekülden oluşur ve sayıları organizmaya göre değişir. Bunlar DNA'nın yapısal özellikleridir.

DNA'nın keşfinin tarihi

DNA'nın yapısı ve işlevleri James Watson ve Francis Crick tarafından keşfedildi ve hatta 1962'de Nobel Ödülü'ne layık görüldüler.

Ancak Almanya'da çalışan İsviçreli bilim adamı Friedrich Johann Miescher, nükleik asitleri keşfeden ilk kişi oldu. 1869'da hayvan hücreleri - lökositler üzerinde çalıştı. Bunları elde etmek için hastanelerden aldığı irinli bandajları kullandı. Mischer irin içindeki lökositleri yıkadı ve onlardan protein izole etti. Bu çalışmalar sırasında bilim adamı, lökositlerde proteinlere ek olarak başka bir şeyin, o zamanlar bilinmeyen bir maddenin daha bulunduğunu tespit edebildi. Asidik bir ortam yaratıldığında açığa çıkan iplik benzeri veya topaklaşan bir çökeltiydi. Alkali eklendiğinde çökelti hemen çözüldü.

Bilim adamı bir mikroskop kullanarak, lökositlerin hidroklorik asitle yıkandığında hücrelerden çekirdeklerin kaldığını keşfetti. Daha sonra çekirdekte, nüklein (çevirideki çekirdek kelimesi çekirdek anlamına gelir) adını verdiği, bilinmeyen bir maddenin olduğu sonucuna vardı.

Miescher, kimyasal analiz yaptıktan sonra yeni maddenin karbon, hidrojen, oksijen ve fosfor içerdiğini keşfetti. O zamanlar organofosfor bileşikleri hakkında çok az şey biliniyordu, bu yüzden Friedrich hücre çekirdeğinde bulunan yeni bir bileşik sınıfı keşfettiğine inanıyordu.

Böylece 19. yüzyılda nükleik asitlerin varlığı keşfedildi. Ancak o dönemde kimse oynadıkları önemli rolü düşünemiyordu bile.

Kalıtımın özü

DNA'nın yapısı incelenmeye devam etti ve 1944'te Oswald Avery liderliğindeki bir grup bakteriyolog, bu molekülün ciddi bir ilgiyi hak ettiğine dair kanıtlar elde etti. Bilim adamı uzun yıllar boyunca pnömokoklar, zatürreye neden olan organizmalar veya akciğer hastalıkları üzerinde çalıştı. Avery, hastalığa neden olan pnömokokları canlı organizmalar için güvenli olanlarla karıştırarak deneyler yaptı. Önce hastalığa neden olan hücreler öldürülüyor, ardından hastalığa neden olmayanlar bunlara ekleniyor.

Araştırma sonuçları herkesi şaşırttı. Ölü hücrelerle etkileşime girdikten sonra hastalığa neden olmayı öğrenen canlı hücreler vardı. Bilim adamı, ölü hücrelerden canlı hücrelere bilgi aktarma sürecinde yer alan maddenin doğasını keşfetti. DNA molekülünün bu madde olduğu ortaya çıktı.

Yapı

Bu nedenle DNA molekülünün nasıl bir yapıya sahip olduğunu anlamak gerekir. Yapısının keşfi önemli bir olaydı; biyokimyanın yeni bir dalı olan moleküler biyolojinin oluşumuna yol açtı. DNA, hücrelerin çekirdeğinde büyük miktarlarda bulunur, ancak moleküllerin boyutu ve sayısı organizmanın türüne bağlıdır. Memeli hücrelerinin çekirdeklerinin bu hücrelerin çoğunu içerdiği, kromozomlar boyunca dağıldığı, 46 adet olduğu tespit edilmiştir.

Feulgen, 1924 yılında DNA'nın yapısını incelerken ilk olarak DNA'nın lokalizasyonunu belirledi. Deneylerden elde edilen kanıtlar DNA'nın mitokondride (%1-2) bulunduğunu gösterdi. Başka yerlerde bu moleküller viral enfeksiyon sırasında, bazal cisimlerde ve ayrıca bazı hayvanların yumurtalarında da bulunabilir. Organizma ne kadar karmaşıksa DNA kütlesinin de o kadar büyük olduğu bilinmektedir. Bir hücrede bulunan moleküllerin sayısı fonksiyona bağlıdır ve genellikle %1-10 arasındadır. Bunların en azı miyositlerde (%0,2), en fazlası ise germ hücrelerinde (%60) bulunur.

DNA'nın yapısı, yüksek organizmaların kromozomlarında, birlikte DNP'yi (deoksiribonükleoprotein) oluşturan albüminler, histonlar ve diğerleri gibi basit proteinlerle ilişkili olduklarını göstermiştir. Tipik olarak, büyük bir molekül kararsızdır ve evrim sırasında bozulmadan ve değişmeden kalması için, "onarımından" sorumlu olan enzimler - ligazlar ve nükleazlardan oluşan sözde bir onarım sistemi yaratılmıştır. molekül.

DNA'nın kimyasal yapısı

DNA, çok sayıda (onbinlerce milyona kadar) mononükleotitten oluşan bir polimer, bir polinükleotittir. DNA'nın yapısı şu şekildedir: mononükleotidler, pirimidin türevlerinden nitrojen bazlar - sitozin (C) ve timin (T), pürin türevlerinden adenin (A) ve guanin (G) içerir. Azotlu bazlara ek olarak insan ve hayvan molekülü, küçük bir pirimidin bazı olan 5-metilsitozin içerir. Azotlu bazlar fosforik asit ve deoksiriboza bağlanır. DNA'nın yapısı aşağıda gösterilmiştir.

Chargaff kuralları

DNA'nın yapısı ve biyolojik rolü 1949'da E. Chargaff tarafından incelenmiştir. Araştırması sırasında azotlu bazların kantitatif dağılımında gözlemlenen kalıpları belirledi:

1. ∑T + C = ∑A + G (yani pirimidin bazlarının sayısı pürin bazlarının sayısına eşittir).
2. Adenin kalıntılarının sayısı her zaman timin kalıntılarının sayısına eşittir ve guanin sayısı sitozine eşittir.
3. Özgüllük katsayısı şu formüle sahiptir: G+C/A+T. Mesela insan için 1,5, boğa için 1,3.
4. “A+C” toplamı “G+T” toplamına eşittir, yani guanin ve timin kadar adenin ve sitozin de vardır.

DNA yapı modeli

Watson ve Crick tarafından yaratıldı. Fosfat ve deoksiriboz kalıntıları, spiral şeklinde bükülmüş iki polinükleotid zincirinin omurgası boyunca bulunur. Pirimidin ve purin bazlarının düzlemsel yapılarının zincir eksenine dik olarak yerleştirildiği ve spiral şeklinde bir merdivenin basamaklarını oluşturduğu belirlendi. Ayrıca A'nın T'ye her zaman iki hidrojen bağı kullanarak bağlandığı ve G'nin C'ye aynı bağlardan üçüyle bağlandığı da tespit edilmiştir. Bu olguya “seçicilik ve tamamlayıcılık ilkesi” adı verildi.

Yapısal organizasyonun seviyeleri

Spiral gibi bükülmüş bir polinükleotid zinciri, 3',5'-fosfodiester bağıyla bağlanan belirli bir niteliksel ve niceliksel mononükleotid kümesine sahip birincil bir yapıdır. Dolayısıyla zincirlerin her birinin bir 3' ucu (deoksiriboz) ve bir 5' ucu (fosfat) vardır. Genetik bilgiyi içeren alanlara yapısal genler denir.

Çift sarmal molekülü ikincil yapıdır. Ayrıca polinükleotid zincirleri antiparaleldir ve zincirlerin tamamlayıcı bazları arasındaki hidrojen bağlarıyla bağlanır. Bu sarmalın her dönüşünün 10 nükleotid kalıntısı içerdiği, uzunluğunun 3,4 nm olduğu tespit edilmiştir. Bu yapı aynı zincirin tabanları arasında gözlenen, itici ve çekici bileşenler içeren van der Waals etkileşim kuvvetleri tarafından da desteklenmektedir. Bu kuvvetler komşu atomlardaki elektronların etkileşimi ile açıklanmaktadır. Elektrostatik etkileşim aynı zamanda ikincil yapıyı da stabilize eder. Pozitif yüklü histon molekülleri ile negatif yüklü bir DNA zinciri arasında meydana gelir.

Üçüncül yapı, DNA iplikçiklerinin histonların etrafına sarılması veya aşırı sarılmasıdır. Beş tip histon tanımlanmıştır: H1, H2A, H2B, H3, H4.

Nükleozomların kromatine katlanması dördüncül bir yapıdır, dolayısıyla birkaç santimetre uzunluğundaki bir DNA molekülü 5 nm'ye kadar katlanabilir.

DNA'nın İşlevleri

DNA'nın ana fonksiyonları şunlardır:

1. Kalıtsal bilgilerin depolanması. Bir protein molekülünde bulunan amino asitlerin dizisi, nükleotid kalıntılarının DNA molekülünde bulunma sırasına göre belirlenir. Ayrıca organizmanın özellikleri ve özellikleri hakkındaki tüm bilgileri de şifreler.
2. DNA, kalıtsal bilgiyi gelecek nesillere aktarma yeteneğine sahiptir. Bu, çoğaltma - kendi kendini çoğaltma yeteneği nedeniyle mümkündür. DNA iki tamamlayıcı zincire bölünebilir ve her birinde (tamamlayıcılık ilkesine uygun olarak) orijinal nükleotid dizisi restore edilir.
3. DNA'nın yardımıyla proteinlerin, enzimlerin ve hormonların biyosentezi meydana gelir.

Çözüm

DNA'nın yapısı, genetik bilginin koruyucusu olmasına ve onu gelecek nesillere aktarmasına olanak tanır. Bu molekülün özellikleri nelerdir?

1. İstikrar. Bu, glikosidik, hidrojen ve fosfodiester bağlarının yanı sıra indüklenen ve kendiliğinden oluşan hasarın onarım mekanizması nedeniyle mümkündür.
2. Çoğaltma olasılığı. Bu mekanizma somatik hücrelerde diploid kromozom sayısının korunmasına izin verir.
3. Genetik kodun varlığı. Translasyon ve transkripsiyon işlemleri yoluyla, DNA'da bulunan baz dizisi, polipeptit zincirinde bulunan bir amino asit dizisine dönüştürülür.
4. Genetik rekombinasyon kapasitesi. Bu durumda birbirine bağlı yeni gen kombinasyonları oluşur.

Böylece DNA'nın yapısı ve işlevleri, onun canlılarda çok değerli bir rol oynamasına olanak sağlar. Her insan hücresinde bulunan 46 DNA molekülünün uzunluğunun yaklaşık 2 m, nükleotid çifti sayısının ise 3,2 milyar olduğu bilinmektedir.

Monomer birimleri nükleatidlerdir.

DNA nedir?

Herhangi bir canlı organizmanın yapısı ve işleyişine ilişkin tüm bilgiler, genetik materyalinde kodlanmış biçimde bulunur. Bir organizmanın genetik materyalinin temeli deoksiribonükleik asit (DNA).

DNAçoğu organizmada uzun, çift zincirli bir polimer molekülüdür. Alt sıra monomer üniteleri (deoksiribonükleotidler) zincirlerinden birinde ( tamamlayıcı) deoksiribonükleotid dizilerini diğerine dönüştürür. Tamamlayıcılık ilkesi iki katına çıktıklarında orijinaline özdeş yeni DNA moleküllerinin sentezini sağlar ( çoğaltma).

Belirli bir özelliği kodlayan bir DNA molekülünün bir bölümü - gen.

Genler– bunlar kesin olarak spesifik bir nükleotid dizisine sahip olan ve organizmanın belirli özelliklerini kodlayan bireysel genetik elementlerdir. Bazıları proteinleri, bazıları ise yalnızca RNA moleküllerini kodlar.

Proteinleri kodlayan genlerde (yapısal genler) bulunan bilgilerin şifresi iki ardışık işlemle çözülür:

• RNA sentezi (transkripsiyon): DNA bir matris üzerinde olduğu gibi belirli bir bölümde sentezlenir haberci RNA (mRNA).
• protein sentezi (çeviri):Çok bileşenli bir sistemin katılımıyla koordineli çalışması sırasında taşıma RNA'ları (tRNA), mRNA, enzimler ve çeşitli protein faktörleri gerçekleştirillen protein sentezi.

Tüm bu işlemler, DNA'da şifrelenmiş genetik bilginin nükleotid dilinden amino asit diline doğru şekilde çevrilmesini sağlar. Bir protein molekülünün amino asit dizisi yapısını ve fonksiyonlarını belirler.

DNA yapısı

DNA- Bu doğrusal organik polimer. Onun - nükleotidler sırasıyla şunlardan oluşur:

Bu durumda fosfat grubu bağlanır. 5′ karbon atomu monosakarit kalıntısı ve organik baz - 1'-atomu.

DNA'da iki tür baz vardır:

DNA molekülündeki nükleotidlerin yapısı

İÇİNDE DNA sunulan monosakkarit 2'-deoksiriboz, yalnızca içeren 1 hidroksil grubu (OH), ve RNA - riboz sahip olmak 2 hidroksil grubu (AH).

Nükleotidler birbirine bağlanır fosfodiester bağları fosfat grubu ise 5′ karbon atomu bağlı bir nükleotid 3'-OH-deoksiriboz grubu komşu nükleotid (Şekil 1). Polinükleotid zincirinin bir ucunda Z'-OH-grubu (Z'-ucu), ve diğer tarafta - 5'-fosfat grubu (5' ucu).

DNA yapısının seviyeleri

DNA yapısının 3 seviyesini ayırt etmek gelenekseldir:

• öncelik;
• ikincil;
• üçüncül

DNA'nın birincil yapısı DNA'nın bir polinükleotid zincirindeki nükleotidlerin düzenlenme dizisidir.

DNA'nın ikincil yapısı tamamlayıcı baz çiftleri arasında stabilize olur ve aynı eksen etrafında sağa doğru bükülmüş iki antiparalel zincirin çift sarmalından oluşur.

Spiralin toplam dönüşü 3,4nm, zincirler arasındaki mesafe 2 nm.

DNA'nın üçüncül yapısı - DNA'nın süper uzmanlaşması. DNA çift sarmalı, genellikle açık uçlarının kovalent birleşmesinden kaynaklanan bir süper sarmal veya açık dairesel şekil oluşturmak için bazı bölgelerde daha fazla sarmallaşmaya maruz kalabilir. DNA'nın aşırı sarmal yapısı, çok uzun olan DNA molekülünün kromozom içerisinde ekonomik olarak paketlenmesini sağlar. Böylece uzatılmış formda bir DNA molekülünün uzunluğu 8 cm ve bir süperspiral şeklinde uyuyor 5 deniz mili.

Chargaff'ın kuralı

E. Chargaff'ın kuralı bir DNA molekülündeki azotlu bazların kantitatif içeriğinin bir modelidir:

1. DNA'da mol kesirleri pürin ve pirimidin bazları eşittir: A+G = C+ T veya (Bir +G)/(C + T)=1 .
2. DNA'da amino gruplarına sahip bazların sayısı (A +C) eşittir keto gruplarına sahip bazların sayısı (G+ T):A+C= G+ T veya (Bir +C)/(G+ T)= 1
3. Denklik kuralı: A=T, G=C; A/T = 1; G/C=1.
4. DNA'nın nükleotid bileşimiçeşitli grupların organizmalarında spesifik ve karakterize edilir özgüllük katsayısı: (G+C)/(A+T). Yüksek bitki ve hayvanlarda özgüllük katsayısı 1'den küçük ve hafif dalgalanıyor: ile 0,54 önce 0,98 Mikroorganizmalarda 1'den fazladır.

Watson-Crick DNA modeli

B 1953 James Watson ve Francis Bağırmak DNA kristallerinin X-ışını kırınım analizine dayanarak şu sonuca vardı: yerli DNAçift ​​sarmal oluşturan iki polimer zincirinden oluşur (Şekil 3).

Üst üste sarılmış polinükleotid zincirleri bir arada tutulur hidrojen bağları, karşıt zincirlerin tamamlayıcı bazları arasında oluşur (Şekil 3). burada adenin yalnızca bir çift oluşturur timin, A guanin- İle sitozin. Çift bazlı A-T stabilize oluyor iki hidrojen bağı ve bir çift G-C - üç.

Çift sarmallı DNA'nın uzunluğu genellikle tamamlayıcı nükleotid çiftlerinin sayısıyla ölçülür ( P.N.). Binlerce veya milyonlarca nükleotid çiftinden oluşan DNA molekülleri için birimler şunlardır: t.b.s. Ve m.p.n. sırasıyla. Örneğin, insan kromozomu 1'in DNA'sı, uzunlukta bir çift sarmaldır. 263 m.b..

Molekülün şeker fosfat omurgası fosfat grupları ve birbirine bağlı deoksiriboz kalıntılarından oluşan 5'-3'-fosfodiester bağları, “sarmal merdivenin yan duvarlarını” ve taban çiftlerini oluşturur A-T Ve G-C- adımları (Şekil 3).

Şekil 3: Watson-Crick DNA modeli

DNA molekül zincirleri antiparalel: bunlardan birinin bir yönü var 3'→5', diğer 5’→3′. Uyarınca tamamlayıcılık ilkesi zincirlerden biri bir nükleotid dizisi içeriyorsa 5-TAGGCAT-3′, o zaman bu yerdeki tamamlayıcı zincirde bir sıra olmalıdır 3′-ATCCGTA-5′. Bu durumda çift sarmallı form şu şekilde görünecektir:

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5'.

Böyle bir kayıtta Üst zincirin 5′ ucu her zaman sola yerleştirilir ve 3' sonu- sağda.

Genetik bilginin taşıyıcısı iki temel gereksinimi karşılamalıdır: Yüksek doğrulukla çoğaltın (çoğaltın) Ve protein moleküllerinin sentezini belirler (kodlar).

Watson-Crick DNA modeli bu gereksinimleri tam olarak karşılar çünkü:

• Tamamlayıcılık ilkesine göre her bir DNA zinciri, yeni bir tamamlayıcı zincirin oluşumu için kalıp görevi görebilir. Sonuç olarak, bir turdan sonra, her biri orijinal DNA molekülü ile aynı nükleotid dizisine sahip olan iki yavru molekül oluşur.
• yapısal bir genin nükleotid dizisi, kodladığı proteinin amino asit dizisini benzersiz bir şekilde belirler.

1. Bir insan DNA molekülü yaklaşık olarak şunları içerir: 1,5 gigabayt bilgi. Aynı zamanda insan vücudundaki tüm hücrelerin DNA'sı 60 milyar terabayt yer kaplıyor ve bu da 150-160 gram DNA'da depolanıyor.
2. Uluslararası DNA Günü 25 Nisan'da kutlandı. 1953 yılının bu gününde James Watson Ve Francis Deresi bir dergide yayınlandı Doğa başlıklı makalesi "Nükleik asitlerin moleküler yapısı" DNA molekülünün çift sarmalının tanımlandığı yer.

Kaynakça: Moleküler biyoteknoloji: ilkeler ve uygulamalar, B. Glick, J. Pasternak, 2002

Moleküler biyoloji, biyolojik bilimlerin en önemli dallarından biridir ve canlı organizmaların hücreleri ve bileşenlerinin ayrıntılı bir şekilde incelenmesini içerir. Araştırmalarının kapsamı doğum, nefes alma, büyüme, ölüm gibi pek çok yaşamsal süreci kapsamaktadır.


Moleküler biyolojinin paha biçilmez bir keşfi, yüksek varlıkların genetik kodunun çözülmesi ve hücrenin genetik bilgiyi saklama ve iletme yeteneğinin belirlenmesiydi. Bu süreçlerdeki ana rol, doğada iki türü olan DNA ve RNA olan nükleik asitlere aittir. Bu makromoleküller nelerdir? Neyden yapılmışlar ve hangi biyolojik işlevleri yerine getiriyorlar?

DNA nedir?

DNA, deoksiribonükleik asit anlamına gelir. Organizmaların gelişimi ve aktivitesi için genetik kodun korunmasını ve iletilmesini sağlayan, hücrenin üç makromolekülünden biridir (diğer ikisi proteinler ve ribonükleik asittir). Basit bir ifadeyle DNA, genetik bilginin taşıyıcısıdır. Kendini çoğaltma yeteneğine sahip olan ve kalıtım yoluyla bilgi aktaran bireyin genotipini içerir.

Asit, kimyasal bir madde olarak 1860'lı yıllarda hücrelerden izole edilmişti, ancak 20. yüzyılın ortalarına kadar hiç kimse onun bilgi depolayıp iletebileceğini hayal etmemişti.


Uzun bir süre bu işlevlerin proteinler tarafından gerçekleştirildiğine inanılıyordu, ancak 1953'te bir grup biyolog, molekülün özüne ilişkin anlayışı önemli ölçüde genişletmeyi ve genotipin korunmasında ve aktarılmasında DNA'nın birincil rolünü kanıtlamayı başardı. . Keşif yüzyılın keşfi oldu ve bilim adamları çalışmaları nedeniyle Nobel Ödülü'nü aldı.

DNA nelerden oluşur?

DNA biyolojik moleküllerin en büyüğüdür ve bir fosforik asit kalıntısından oluşan dört nükleotidden oluşur. Yapısal olarak asit oldukça karmaşıktır. Nükleotidleri, çiftler halinde ikincil yapılara (çift sarmallar) birleştirilen uzun zincirlerle birbirine bağlanır.

DNA, molekülde bir mutasyon sürecinin meydana gelmesi nedeniyle radyasyon veya çeşitli oksitleyici maddelerden zarar görme eğilimindedir. Asidin işleyişi doğrudan başka bir molekül olan proteinlerle etkileşimine bağlıdır. Hücre içinde bunlarla etkileşime girerek, içinde bilginin gerçekleştiği kromatin maddesini oluşturur.

RNA nedir?

RNA, azotlu bazlar ve fosforik asit kalıntıları içeren bir ribonükleik asittir.


Gezegenimizin oluşumu döneminde, biyolojik öncesi sistemlerde kendini yeniden üretme yeteneğini kazanan ilk molekül olduğuna dair bir hipotez var. RNA, bugün hâlâ bireysel virüslerin genomlarında yer alıyor ve DNA'nın daha yüksek varlıklarda oynadığı rolü onlarda yerine getiriyor.

Ribonükleik asit 4 nükleotidden oluşur ancak zincirleri DNA'daki gibi çift sarmal yerine tek bir eğri ile bağlanır. Nükleotidler, metabolizmaya aktif olarak katılan riboz içerir. Proteini kodlama yeteneklerine bağlı olarak RNA, şablon ve kodlamayan olarak ikiye ayrılır.

Birincisi, kodlanmış bilginin ribozomlara aktarılmasında bir tür aracı görevi görür. İkincisi proteinleri kodlayamaz, ancak başka yeteneklere sahiptir - moleküllerin çevrilmesi ve bağlanması.

DNA'nın RNA'dan farkı nedir?

Kimyasal bileşimleri bakımından asitler birbirine çok benzer. Her ikisi de doğrusal polimerlerdir ve beş karbonlu şeker kalıntılarından oluşturulan N-glikozitlerdir. Aralarındaki fark, RNA'nın şeker kalıntısının pentoz grubundan bir monosakkarit olan ve suda kolayca çözünen riboz olmasıdır. DNA'daki şeker kalıntısı, biraz farklı bir yapıya sahip olan deoksiriboz veya ribozun bir türevidir.


4 karbon atomu ve 1 oksijen atomundan oluşan bir halka oluşturan ribozun aksine, deoksiribozda ikinci karbon atomunun yerini hidrojen alır. DNA ve RNA arasındaki diğer bir fark ise boyutlarıdır; yani daha büyüktür. Ek olarak, DNA'da bulunan dört nükleotidden biri, timin adı verilen azotlu bir bazdır, RNA'da ise timin yerine bunun bir versiyonu vardır - urasil.