რა არის დნმ-ის სტრუქტურული მახასიათებლები. დნმ-ის სტრუქტურა და ორგანიზაციის დონეები

დნმ-ის გენეტიკური როლის აღმოჩენა

დნმ აღმოაჩინა იოჰან ფრიდრიხ მიშერმა 1869 წელს. ჩირქში შემავალი უჯრედების ნარჩენებიდან მან გამოყო ნივთიერება, რომელიც შეიცავს აზოტს და ფოსფორს. პირველად ცილებისგან თავისუფალი ნუკლეინის მჟავა მიიღო რ.ალტმანმა 1889 წელს, რომელმაც ეს ტერმინი ბიოქიმიაში შემოიტანა. მხოლოდ 1930-იანი წლების შუა ხანებში დადასტურდა, რომ დნმ და რნმ შეიცავს ყველა ცოცხალ უჯრედს. ა.ნ. ბელოზერსკიმ, რომელმაც პირველმა გამოყო დნმ მცენარეებიდან, უდიდესი როლი ითამაშა ამ ფუნდამენტური პოზიციის ჩამოყალიბებაში. თანდათანობით დადასტურდა, რომ გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელი სწორედ დნმ-ია და არა ცილები, როგორც ადრე ეგონათ. O. Everin, Colin McLeod and McLean McCarthy (1944) შეძლეს ეჩვენებინათ, რომ პნევმოკოკებისგან იზოლირებული დნმ პასუხისმგებელია ე.წ. ტრანსფორმაციაზე (უვნებელი კულტურის მიერ პათოგენური თვისებების შეძენა მასში მკვდარი პათოგენური ბაქტერიების დამატების შედეგად). ამერიკელი მეცნიერების ექსპერიმენტმა (ჰერში-ჩეისის ექსპერიმენტი, 1952 წ.) რადიოაქტიურად მარკირებული ცილებით და ბაქტერიოფაგების დნმ-ით აჩვენა, რომ მხოლოდ ფაგის ნუკლეინის მჟავა გადადის ინფიცირებულ უჯრედში, ხოლო ფაგის ახალი თაობა შეიცავს იგივე ცილებს და ნუკლეინის მჟავა, როგორც ორიგინალური ფაგი. 1950-იან წლებამდე უცნობი რჩებოდა დნმ-ის ზუსტი აგებულება, ისევე როგორც მემკვიდრეობითი ინფორმაციის გადაცემის გზა. მიუხედავად იმისა, რომ დანამდვილებით ცნობილი იყო, რომ დნმ შედგებოდა ნუკლეოტიდების რამდენიმე ჯაჭვისგან, არავინ იცოდა ზუსტად რამდენი ჯაჭვი იყო და როგორ იყო დაკავშირებული ისინი. დნმ-ის ორმაგი სპირალის სტრუქტურა შემოთავაზებული იყო ფრენსის კრიკმა და ჯეიმს უოტსონმა 1953 წელს. მორის უილკინსის და როზალინდ ფრანკლინის რენტგენზე და „ჩარგაფის წესები“, რომლის მიხედვითაც დნმ-ის თითოეულ მოლეკულაში დაცულია მკაცრი თანაფარდობები, რომლებიც აკავშირებს სხვადასხვა ტიპის აზოტოვანი ფუძეების რაოდენობას. მოგვიანებით, უოტსონისა და კრიკის მიერ შემოთავაზებული დნმ-ის სტრუქტურის მოდელი დადასტურდა და მათ ნაშრომს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში 1962 წელს. როზალინდ ფრანკლინი, რომელიც იმ დროისთვის გარდაიცვალა, ლაურეატებს შორის არ იყო, რადგან პრემია არ არის 1960 წელს რამდენიმე ლაბორატორიაში ერთდროულად აღმოაჩინეს რნმ პოლიმერაზას ფერმენტი, რომელიც ასინთეზებს რნმ-ს დნმ-ის შაბლონებზე. გენეტიკური ამინომჟავის კოდი მთლიანად გაშიფრული იქნა 1961-1966 წლებში. მ.ნირენბერგის, ს.ოჩოას და გ.კორანას ლაბორატორიების ძალისხმევით.

დნმ-ის მოლეკულის ქიმიური შემადგენლობა და სტრუქტურული ორგანიზაცია.

დნმ არის დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა. დნმ-ის მოლეკულა ყველაზე დიდი ბიოპოლიმერია, რომლის მონომერი არის ნუკლეოტიდი. ნუკლეოტიდი შედგება 3 ნივთიერების ნარჩენებისგან: 1 - აზოტოვანი ფუძე; 2 - დეზოქსირიბოზის ნახშირწყლები; 3 - ფოსფორის მჟავა (ფიგურა - ნუკლეოტიდის სტრუქტურა). დნმ-ის მოლეკულის ფორმირებაში მონაწილე ნუკლეოტიდები ერთმანეთისგან განსხვავდება აზოტოვანი ფუძეებით. აზოტოვანი ფუძეები: 1 - ციტოზინი და თიმინი (პირიმიდინის წარმოებულები) და 2 - ადენინი და გუანინი (პურინის წარმოებულები). ნუკლეოტიდების კავშირი დნმ-ის ჯაჭვში ხდება ერთი ნუკლეოტიდის ნახშირწყლებისა და მეზობელი ფოსფორმჟავას ნარჩენების მეშვეობით (სურათი - პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვის სტრუქტურა). ჩარგაფის წესი (1951): დნმ-ში პურინის ფუძეების რაოდენობა ყოველთვის უდრის პირიმიდინის ფუძეების რაოდენობას, A=T G=C.



1953 წ J. Watson და F. Crick - წარმოადგინეს დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურის მოდელი (სურათი - დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა).

პირველადი სტრუქტურა- მონომერული ერთეულების (მონონუკლეოტიდების) განლაგების თანმიმდევრობა ხაზოვან პოლიმერებში. ჯაჭვი სტაბილიზირებულია 3,5-ფოსფოდიესტერული ბმებით. მეორადი სტრუქტურა- ორმაგი სპირალი, რომლის წარმოქმნა განისაზღვრება ინტერნუკლეოტიდური წყალბადის ბმებით, რომლებიც წარმოიქმნება A-T (2 წყალბადის ბმა) და G-C (3 წყალბადის ბმა) კანონიკურ წყვილებში შემავალ ფუძეებს შორის. ჯაჭვები ერთმანეთთან იმართება დაწყობის ურთიერთქმედებით, ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებით, ვან დერ ვაალსის ურთიერთქმედებით. მესამეული სტრუქტურაარის ბიოპოლიმერის მოლეკულების ზოგადი ფორმა. ზესპირალური სტრუქტურა - როდესაც დახურული ორმაგი სპირალი ქმნის არა რგოლს, არამედ სტრუქტურას უფრო მაღალი რიგის მონაცვლეობით (უზრუნველყოფს კომპაქტურობას). მეოთხეული სტრუქტურა- მოლეკულების შეფუთვა პოლიმოლეკულურ ანსამბლებში. ნუკლეინის მჟავებისთვის ეს არის ანსამბლები, რომლებიც შეიცავს ცილის მოლეკულებს.

დნმ-ის სტრუქტურა და ფუნქციები

პარამეტრის სახელი მნიშვნელობა
სტატიის თემა: დნმ-ის სტრუქტურა და ფუნქციები
რუბრიკა (თემატური კატეგორია) Განათლება

დნმ- პოლიმერი, რომლის მონომერებია დეზოქსირიბონუკლეოტიდები. დნმ-ის მოლეკულის სივრცითი სტრუქტურის მოდელი ორმაგი სპირალის სახით შემოთავაზებული იქნა 1953 წელს ᴦ. ჯ. უოტსონი და ფ. კრიკი (ამ მოდელის ასაგებად გამოიყენეს მ. უილკინსის, რ. ფრანკლინის, ე. ჩარგაფის ნამუშევრები).

დნმ-ის მოლეკულაწარმოიქმნება ორი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვით, სპირალურად გადახვევა ერთმანეთის ირგვლივ და ერთად წარმოსახვითი ღერძის გარშემო, ᴛ.ᴇ. არის ორმაგი სპირალი (გამონაკლისი - ზოგიერთ დნმ-ის შემცველ ვირუსს აქვს ერთჯაჭვიანი დნმ). დნმ-ის ორმაგი სპირალის დიამეტრი არის 2 ნმ, მანძილი მეზობელ ნუკლეოტიდებს შორის არის 0,34 ნმ, ხოლო სპირალის ყოველ შემობრუნებაზე არის 10 ბაზის წყვილი. მოლეკულის სიგრძე შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე სანტიმეტრს. მოლეკულური წონა - ათობით და ასეულობით მილიონი. ადამიანის უჯრედის ბირთვში დნმ-ის მთლიანი სიგრძე დაახლოებით 2 მ. ეუკარიოტულ უჯრედებში დნმ აყალიბებს კომპლექსებს ცილებთან და აქვს სპეციფიკური სივრცითი კონფორმაცია.

დნმ მონომერი - ნუკლეოტიდი (დეოქსირიბონუკლეოტიდი)- შედგება სამი ნივთიერების ნარჩენებისგან: 1) აზოტოვანი ფუძე, 2) ხუთნახშირბადოვანი მონოსაქარიდი (პენტოზა) და 3) ფოსფორის მჟავა. ნუკლეინის მჟავების აზოტოვანი ფუძეები მიეკუთვნება პირიმიდინებისა და პურინების კლასებს. დნმ-ის პირიმიდინური ფუძეები(მათ მოლეკულაში ერთი რგოლი აქვთ) - თიმინი, ციტოზინი. პურინის ფუძეები(აქვს ორი რგოლი) - ადენინი და გუანინი.

დნმ-ის ნუკლეოტიდის მონოსაქარიდი წარმოდგენილია დეზოქსირიბოზით.

ნუკლეოტიდის სახელწოდება მომდინარეობს შესაბამისი ბაზის სახელიდან. ნუკლეოტიდები და აზოტოვანი ფუძეები აღინიშნება დიდი ასოებით.

ნუკლეოტიდის კონდენსაციის რეაქციების შედეგად წარმოიქმნება პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვი. ამ შემთხვევაში, ერთი ნუკლეოტიდის დეზოქსირიბოზის ნარჩენების 3"-ნახშირბადსა და მეორის ფოსფორის მჟავას ნარჩენებს შორის, ფოსფოეთერის ბმა(მიეკუთვნება ძლიერი კოვალენტური ბმების კატეგორიას). პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვის ერთი ბოლო მთავრდება 5 "ნახშირბადით (მას უწოდებენ 5" ბოლოს), მეორე ბოლო მთავრდება 3 "ნახშირბადის (3" ბოლოთი).

ნუკლეოტიდების ერთი ჯაჭვის წინააღმდეგ არის მეორე ჯაჭვი. ნუკლეოტიდების განლაგება ამ ორ ჯაჭვში არ არის შემთხვევითი, მაგრამ მკაცრად განსაზღვრული: თიმინი ყოველთვის განლაგებულია მეორე ჯაჭვის ერთი ჯაჭვის ადენინის წინააღმდეგ, ხოლო ციტოზინი ყოველთვის გუანინის წინააღმდეგ, ორი წყალბადის ბმა წარმოიქმნება ადენინსა და თიმინს შორის, გუანინსა და ციტოზინს შორის. - სამი წყალბადის ბმა. ნიმუში, რომლის მიხედვითაც დნმ-ის სხვადასხვა ჯაჭვის ნუკლეოტიდები განლაგებულია მკაცრად დალაგებული წესით (ადენინი - თიმინი, გუანინი - ციტოზინი) და შერჩევით დაკავშირებულია ერთმანეთთან, ჩვეულებრივ ე.წ. კომპლემენტარობის პრინციპი. უნდა აღინიშნოს, რომ ჯ. უოტსონმა და ფ. კრიკმა გაიაზრეს კომპლემენტარობის პრინციპი ე. ჩარგაფის ნაწარმოებების წაკითხვის შემდეგ. ე. ჩარგაფმა, შეისწავლა სხვადასხვა ორგანიზმების ქსოვილებისა და ორგანოების ნიმუშების დიდი რაოდენობა, აღმოაჩინა, რომ დნმ-ის ნებისმიერ ფრაგმენტში გუანინის ნარჩენების შემცველობა ყოველთვის ზუსტად შეესაბამება ციტოზინის შემცველობას, ხოლო ადენინი თიმინს ( ''ჩარგაფის წესი''), მაგრამ მან ეს ფაქტი ვერ ახსნა.

კომპლემენტარობის პრინციპიდან გამომდინარეობს, რომ ერთი ჯაჭვის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა განსაზღვრავს მეორის ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობას.

დნმ ჯაჭვები არის ანტიპარალელური (საპირისპირო), ᴛ.ᴇ. სხვადასხვა ჯაჭვის ნუკლეოტიდები განლაგებულია საპირისპირო მიმართულებით და, შესაბამისად, მე -3 "ერთი ჯაჭვის დასასრულის" საპირისპიროდ არის მეორის მე -5 ბოლო. დნმ-ის მოლეკულას ზოგჯერ ადარებენ სპირალურ კიბეს. ამ კიბის ʼმოაჯირიʼ არის შაქრის-ფოსფატის ხერხემალი (დეზოქსირიბოზისა და ფოსფორის მჟავის ალტერნატიული ნარჩენები); ʼʼსაფეხურიʼʼ - დამატებითი აზოტოვანი ფუძეები.

დნმ-ის ფუნქცია- მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვა და გადაცემა.

დნმ-ის სტრუქტურა და ფუნქციები - კონცეფცია და ტიპები. კატეგორიის კლასიფიკაცია და მახასიათებლები „დნმ-ის სტრუქტურა და ფუნქციები“ 2017, 2018 წ.

მარჯვნივ არის ყველაზე დიდი ადამიანის დნმ-ის სპირალი, რომელიც აშენებულია ადამიანებისგან ვარნას სანაპიროზე (ბულგარეთი), რომელიც გინესის რეკორდების წიგნში შევიდა 2016 წლის 23 აპრილს.

Დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა. Ზოგადი ინფორმაცია

დნმ (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა) არის სიცოცხლის ერთგვარი გეგმა, რთული კოდი, რომელიც შეიცავს მონაცემებს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შესახებ. ამ რთულ მაკრომოლეკულას შეუძლია შეინახოს და გადასცეს მემკვიდრეობითი გენეტიკური ინფორმაცია თაობიდან თაობას. დნმ განსაზღვრავს ნებისმიერი ცოცხალი ორგანიზმის ისეთ თვისებებს, როგორიცაა მემკვიდრეობა და ცვალებადობა. მასში კოდირებული ინფორმაცია განსაზღვრავს ნებისმიერი ცოცხალი ორგანიზმის განვითარების მთელ პროგრამას. გენეტიკურად ჩადებული ფაქტორები წინასწარ განსაზღვრავს როგორც ადამიანის, ისე ნებისმიერი სხვა ორგანიზმის ცხოვრების მთელ კურსს. გარე გარემოს ხელოვნურმა ან ბუნებრივმა ზემოქმედებამ შეიძლება მხოლოდ ოდნავ იმოქმედოს ცალკეული გენეტიკური მახასიათებლების საერთო სიმძიმეზე ან დაპროგრამებული პროცესების განვითარებაზე.

Დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა(დნმ) არის მაკრომოლეკულა (სამიდან ერთ-ერთი მთავარი, დანარჩენი ორი არის რნმ და ცილა), რომელიც უზრუნველყოფს შენახვას, გადაცემას თაობიდან თაობას და ცოცხალი ორგანიზმების განვითარებისა და ფუნქციონირების გენეტიკური პროგრამის განხორციელებას. დნმ შეიცავს ინფორმაციას სხვადასხვა ტიპის რნმ-ისა და ცილების სტრუქტურის შესახებ.

ევკარიოტულ უჯრედებში (ცხოველები, მცენარეები და სოკოები) დნმ გვხვდება უჯრედის ბირთვში, როგორც ქრომოსომების ნაწილი, ასევე ზოგიერთ უჯრედულ ორგანელებში (მიტოქონდრია და პლასტიდები). პროკარიოტული ორგანიზმების (ბაქტერიები და არქეები) უჯრედებში შიგნიდან უჯრედის მემბრანაზე მიმაგრებულია დნმ-ის წრიული ან ხაზოვანი მოლეკულა, ეგრეთ წოდებული ნუკლეოიდი. მათ და ქვედა ევკარიოტებს (მაგალითად, საფუარს) ასევე აქვთ მცირე ავტონომიური, ძირითადად წრიული დნმ-ის მოლეკულები, რომლებსაც პლაზმიდები ეწოდება.

ქიმიური თვალსაზრისით, დნმ არის გრძელი პოლიმერული მოლეკულა, რომელიც შედგება განმეორებადი ბლოკებისგან - ნუკლეოტიდებისგან. თითოეული ნუკლეოტიდი შედგება აზოტოვანი ფუძისგან, შაქრისგან (დეოქსირიბოზა) და ფოსფატის ჯგუფისგან. ჯაჭვში ნუკლეოტიდებს შორის კავშირები წარმოიქმნება დეზოქსირიბოზას მიერ ( თან) და ფოსფატი ( ფ) ჯგუფები (ფოსფოდიესტერული ბმები).


ბრინჯი. 2. ნუკლეტიდი შედგება აზოტოვანი ფუძისგან, შაქრისგან (დეზოქსირიბოზა) და ფოსფატის ჯგუფისგან.

შემთხვევების აბსოლუტურ უმრავლესობაში (გარდა ზოგიერთი ვირუსისა, რომელიც შეიცავს ერთჯაჭვიან დნმ-ს), დნმ მაკრომოლეკულა შედგება ორი ჯაჭვისგან, რომლებიც ორიენტირებულია აზოტოვანი ბაზებით ერთმანეთზე. ეს ორჯაჭვიანი მოლეკულა ხვეულია სპირალში.

დნმ-ში ნაპოვნია აზოტოვანი ფუძის ოთხი ტიპი (ადენინი, გუანინი, თიმინი და ციტოზინი). ერთ-ერთი ჯაჭვის აზოტოვანი ფუძეები დაკავშირებულია მეორე ჯაჭვის აზოტოვან ფუძებთან წყალბადური ბმებით კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით: ადენინი ერწყმის მხოლოდ თიმინს ( A-T), გუანინი - მხოლოდ ციტოზინით ( G-C). სწორედ ეს წყვილები ქმნიან დნმ-ის ხვეული „კიბის“ „საფეხურებს“ (იხ.: სურ. 2, 3 და 4).


ბრინჯი. 2. აზოტოვანი ფუძეები

ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა საშუალებას გაძლევთ „დაშიფვროთ“ ინფორმაცია რნმ-ის სხვადასხვა ტიპების შესახებ, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია ინფორმაცია ან შაბლონი (mRNA), რიბოსომული (rRNA) და ტრანსპორტი (tRNA). ყველა ამ ტიპის რნმ სინთეზირდება დნმ-ის შაბლონზე დნმ-ის თანმიმდევრობის კოპირებით ტრანსკრიპციის დროს სინთეზირებულ რნმ-ის თანმიმდევრობაში და მონაწილეობს ცილების ბიოსინთეზში (თარგმანის პროცესი). გარდა კოდირების თანმიმდევრობისა, უჯრედის დნმ შეიცავს თანმიმდევრობებს, რომლებიც ასრულებენ მარეგულირებელ და სტრუქტურულ ფუნქციებს.


ბრინჯი. 3. დნმ-ის რეპლიკაცია

დნმ-ის ქიმიური ნაერთების ძირითადი კომბინაციების მდებარეობა და ამ კომბინაციებს შორის რაოდენობრივი თანაფარდობა უზრუნველყოფს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის დაშიფვრას.

Განათლება ახალი დნმ (რეპლიკაცია)

  1. რეპლიკაციის პროცესი: დნმ-ის ორმაგი სპირალის გახსნა - დამატებითი ჯაჭვების სინთეზი დნმ პოლიმერაზას მიერ - დნმ-ის ორი მოლეკულის წარმოქმნა ერთიდან.
  2. ორმაგი სპირალი "იხსნება" ორ ტოტად, როდესაც ფერმენტები არღვევს კავშირს ქიმიური ნაერთების ფუძე წყვილებს შორის.
  3. თითოეული ტოტი არის ახალი დნმ-ის ელემენტი. ახალი ბაზის წყვილები დაკავშირებულია იმავე თანმიმდევრობით, როგორც მშობლის ფილიალში.

დუბლირების დასრულების შემდეგ წარმოიქმნება ორი დამოუკიდებელი სპირალი, რომლებიც შექმნილია მშობელი დნმ-ის ქიმიური ნაერთებისგან და აქვთ იგივე გენეტიკური კოდი. ამ გზით, დნმ-ს შეუძლია ინფორმაციის ამოღება უჯრედიდან უჯრედში.

უფრო დეტალური ინფორმაცია:

ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურა


ბრინჯი. 4 . აზოტოვანი ფუძეები: ადენინი, გუანინი, ციტოზინი, თიმინი

Დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა(დნმ) ეხება ნუკლეინის მჟავებს. Ნუკლეინის მჟავაარის არარეგულარული ბიოპოლიმერების კლასი, რომელთა მონომერები არის ნუკლეოტიდები.

ნუკლეოტიდებიშედგება აზოტოვანი ბაზადაკავშირებულია ხუთნახშირბადიან ნახშირწყალთან (პენტოზა) - დეზოქსირიბოზა(დნმ-ის შემთხვევაში) ან რიბოზა(რნმ-ის შემთხვევაში), რომელიც ერწყმის ფოსფორმჟავას ნარჩენს (H 2 PO 3 -).

აზოტოვანი ფუძეებიარსებობს ორი ტიპი: პირიმიდინის ფუძეები - ურაცილი (მხოლოდ რნმ-ში), ციტოზინი და თიმინი, პურინის ფუძეები - ადენინი და გუანინი.


ბრინჯი. ნახ. 5. ნუკლეოტიდების სტრუქტურა (მარცხნივ), ნუკლეოტიდის მდებარეობა დნმ-ში (ქვედა) და აზოტოვანი ფუძეების ტიპები (მარჯვნივ): პირიმიდინი და პურინი


ნახშირბადის ატომები პენტოზას მოლეკულაში დანომრილია 1-დან 5-მდე. ფოსფატი ერწყმის მესამე და მეხუთე ნახშირბადის ატომებს. ასე უკავშირდებიან ნუკლეინის მჟავები და ქმნიან ნუკლეინის მჟავების ჯაჭვს. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია გამოვყოთ დნმ-ის ჯაჭვის 3' და 5' ბოლოები:


ბრინჯი. 6. დნმ-ის ჯაჭვის 3' და 5' ბოლოების იზოლაცია

დნმ-ის ორი ჯაჭვი იქმნება ორმაგი სპირალი. ეს ჯაჭვები სპირალურად არის ორიენტირებული საპირისპირო მიმართულებით. დნმ-ის სხვადასხვა ჯაჭვებში აზოტოვანი ფუძეები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული წყალბადის ბმები. ადენინი ყოველთვის ერწყმის თიმინს, ხოლო ციტოზინი ყოველთვის აერთიანებს გუანინს. მას ეძახიან კომპლემენტარობის წესი.

კომპლემენტარობის წესი:

A-T G-C

მაგალითად, თუ გვეძლევა დნმ-ის ჯაჭვი, რომელსაც აქვს თანმიმდევრობა

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

მაშინ მეორე ჯაჭვი იქნება მისი შემავსებელი და მიმართული საპირისპირო მიმართულებით - 5'-ბოლოდან 3'-ბოლომდე:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.


ბრინჯი. 7. დნმ-ის მოლეკულის ჯაჭვების მიმართულება და აზოტოვანი ფუძეების შეერთება წყალბადური ბმების გამოყენებით.

დნმ-ის რეპლიკაცია

დნმ-ის რეპლიკაციაარის დნმ-ის მოლეკულის გაორმაგების პროცესი შაბლონის სინთეზით. დნმ-ის ბუნებრივი რეპლიკაციის უმეტეს შემთხვევაშიპრაიმერიდნმ-ის სინთეზისთვის არის მოკლე ნაწყვეტი (ხელახლა შეიქმნა). ასეთი რიბონუკლეოტიდური პრაიმერი იქმნება ფერმენტ პრიმაზას მიერ (დნმ პრიმაზა პროკარიოტებში, დნმ პოლიმერაზა ევკარიოტებში) და შემდგომში ჩანაცვლებულია დეზოქსირიბონუკლეოტიდის პოლიმერაზათი, რომელიც ჩვეულებრივ ასრულებს აღდგენის ფუნქციებს (ქიმიური დაზიანების გამოსწორება და დნმ-ის მოლეკულაში რღვევები).

რეპლიკაცია ხდება ნახევრად კონსერვატიული გზით. ეს ნიშნავს, რომ დნმ-ის ორმაგი სპირალი იხსნება და მის თითოეულ ჯაჭვზე სრულდება ახალი ჯაჭვი კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით. ამრიგად, ქალიშვილი დნმ-ის მოლეკულა შეიცავს ერთ ჯაჭვს მშობლის მოლეკულიდან და ერთ ახლად სინთეზირებულს. რეპლიკაცია ხდება მშობელი ჯაჭვის 3'-დან 5'-მდე მიმართულებით.

ბრინჯი. 8. დნმ-ის მოლეკულის რეპლიკაცია (გაორმაგება).

დნმ სინთეზი- ეს არც ისე რთული პროცესია, როგორც ერთი შეხედვით შეიძლება ჩანდეს. თუ დაფიქრდებით, ჯერ უნდა გაარკვიოთ რა არის სინთეზი. ეს არის რაღაცის გაერთიანების პროცესი. ახალი დნმ-ის მოლეკულის ფორმირება ხდება რამდენიმე ეტაპად:

1) დნმ ტოპოიზომერაზა, რომელიც განლაგებულია რეპლიკაციის ჩანგლის წინ, ჭრის დნმ-ს, რათა ხელი შეუწყოს მის გადახვევას და განტვირთვას.
2) დნმ ჰელიკაზა, ტოპოიზომერაზას შემდეგ, მოქმედებს დნმ-ის სპირალის „გახსნის“ პროცესზე.
3) დნმ-ის შემაკავშირებელი პროტეინები ახორციელებენ დნმ-ის ჯაჭვების შეკავშირებას და ასევე ახორციელებენ მათ სტაბილიზაციას, ხელს უშლიან მათ ერთმანეთთან მიბმას.
4) დნმ პოლიმერაზა δ(დელტა) რეპლიკაციის ჩანგლის მოძრაობის სიჩქარესთან კოორდინირებული, ასრულებს სინთეზსწამყვანიჯაჭვებიშვილობილი დნმ მატრიცაზე 5" → 3" მიმართულებითდედობრივი დნმ-ის ჯაჭვები მისი 3" ბოლოდან 5" ბოლომდე (სიჩქარე 100 ბაზის წყვილამდე წამში). ეს მოვლენები ამის შესახებ დედობრივიდნმ-ის ჯაჭვები შეზღუდულია.



ბრინჯი. 9. დნმ-ის რეპლიკაციის პროცესის სქემატური წარმოდგენა: (1) ჩამორჩენილი ჯაჭვი (ლაგ ჯაჭვი), (2) წამყვანი ჯაჭვი (წამყვანი ჯაჭვი), (3) დნმ პოლიმერაზა α (Polα), (4) დნმ ლიგაზა, (5) რნმ -პრაიმერი, (6) პრიმაზა, (7) ოკაზაკის ფრაგმენტი, (8) დნმ პოლიმერაზა δ (Polδ), (9) ჰელიკაზა, (10) ერთჯაჭვიანი დნმ-ის დამაკავშირებელი ცილები, (11) ტოპოიზომერაზა.

ჩამორჩენილი ქალიშვილის დნმ-ის ჯაჭვის სინთეზი აღწერილია ქვემოთ (იხ. ქვემოთ). სქემარეპლიკაციის ჩანგალი და რეპლიკაციის ფერმენტების ფუნქცია)

დნმ-ის რეპლიკაციის შესახებ მეტი ინფორმაციისთვის იხ

5) მშობელი მოლეკულის სხვა ჯაჭვის გახსნისა და სტაბილიზაციისთანავე ის უერთდებადნმ პოლიმერაზა α(ალფა)და მიმართულებით 5 "→3" სინთეზირებს პრაიმერი (რნმ პრაიმერი) - რნმ-ის თანმიმდევრობა დნმ-ის შაბლონზე, რომლის სიგრძეა 10-დან 200 ნუკლეოტიდამდე. ამის შემდეგ ფერმენტიამოღებულია დნმ-ის ჯაჭვიდან.

Იმის მაგივრად დნმ პოლიმერაზაα მიმაგრებულია პრაიმერის 3" ბოლოზედნმ პოლიმერაზაε .

6) დნმ პოლიმერაზაε (ეპსილონი) თითქოს აგრძელებს პრაიმერის გახანგრძლივებას, მაგრამ როგორც სუბსტრატის ჩაშენებადეზოქსირიბონუკლეოტიდები(150-200 ნუკლეოტიდის ოდენობით). შედეგად, მყარი ძაფი იქმნება ორი ნაწილისგან -რნმ(ანუ პრაიმერი) და დნმ. დნმ პოლიმერაზა εმუშაობს მანამ, სანამ არ შეხვდება წინა პრაიმერსფრაგმენტი ოკაზაკი(ცოტა ადრე სინთეზირებულია). შემდეგ ეს ფერმენტი ამოღებულია ჯაჭვიდან.

7) დნმ პოლიმერაზა β(ბეტა) დგას ნაცვლადდნმ პოლიმერაზები ε,მოძრაობს იმავე მიმართულებით (5" → 3") და შლის პრაიმერის რიბონუკლეოტიდებს მათ ადგილას დეზოქსირიბონუკლეოტიდების ჩასმისას. ფერმენტი მუშაობს პრაიმერის სრულ მოცილებამდე, ე.ი. დეზოქსირიბონუკლეოტიდამდე (კიდევ უფრო ადრე სინთეზირებულიდნმ პოლიმერაზა ε). ფერმენტს არ შეუძლია დააკავშიროს თავისი მუშაობის შედეგი და წინა დნმ, ამიტომ ის ტოვებს ჯაჭვს.

შედეგად, ქალიშვილის დნმ-ის ფრაგმენტი დედა ძაფის მატრიცაზე „დევს“. მას ეძახიანოკაზაკის ფრაგმენტი.

8) დნმ ლიგაზა აკავშირებს ორ მიმდებარედ ოკაზაკის ფრაგმენტები , ე.ი. 5" - სეგმენტის დასასრული, სინთეზირებულიდნმ პოლიმერაზა ε,და 3" ჯაჭვის ბოლო ჩაშენებულიდნმ პოლიმერაზაβ .

რნმ-ის სტრუქტურა

რიბონუკლეინის მჟავა(რნმ) არის სამი ძირითადი მაკრომოლეკულიდან ერთ-ერთი (დანარჩენი ორი არის დნმ და ცილა), რომლებიც გვხვდება ყველა ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედებში.

ისევე როგორც დნმ, რნმ შედგება გრძელი ჯაჭვისაგან, რომელშიც ყოველი რგოლი ეწოდება ნუკლეოტიდი. თითოეული ნუკლეოტიდი შედგება აზოტოვანი ფუძისგან, რიბოზის შაქრისა და ფოსფატის ჯგუფისგან. თუმცა, დნმ-ისგან განსხვავებით, რნმ-ს ჩვეულებრივ აქვს ერთი და არა ორი ჯაჭვი. რნმ-ში პენტოზა წარმოდგენილია რიბოზით და არა დეზოქსირიბოზით (რიბოზას აქვს დამატებითი ჰიდროქსილის ჯგუფი ნახშირწყლების მეორე ატომზე). დაბოლოს, დნმ განსხვავდება რნმ-ისგან აზოტოვანი ბაზების შემადგენლობით: თიმინის ნაცვლად ( თ) ურაცილი არის რნმ-ში ( უ) , რომელიც ასევე ავსებს ადენინს.

ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა რნმ-ს გენეტიკური ინფორმაციის კოდირების საშუალებას აძლევს. ყველა ფიჭური ორგანიზმი იყენებს რნმ-ს (mRNA) ცილების სინთეზის დასაპროგრამებლად.

უჯრედული რნმ წარმოიქმნება პროცესში ე.წ ტრანსკრიფცია , ანუ რნმ-ის სინთეზი დნმ-ის შაბლონზე, რომელიც ხორციელდება სპეციალური ფერმენტების მიერ - რნმ პოლიმერაზები.

მესინჯერი რნმ-ები (mRNA) შემდეგ მონაწილეობენ პროცესში ე.წ გადაცემა, იმათ. ცილის სინთეზი mRNA შაბლონზე რიბოზომების მონაწილეობით. სხვა რნმ-ები ტრანსკრიფციის შემდეგ განიცდიან ქიმიურ მოდიფიკაციას და მეორადი და მესამეული სტრუქტურების წარმოქმნის შემდეგ ასრულებენ ფუნქციებს, რომლებიც დამოკიდებულია რნმ-ის ტიპზე.

ბრინჯი. 10. განსხვავება დნმ-სა და რნმ-ს შორის აზოტოვანი ფუძის მიხედვით: თიმინის (T) ნაცვლად რნმ შეიცავს ურაცილს (U), რომელიც ასევე ავსებს ადენინს.

ტრანსკრიპცია

ეს არის რნმ-ის სინთეზის პროცესი დნმ-ის შაბლონზე. დნმ იხსნება ერთ-ერთ ადგილზე. ერთ-ერთი ჯაჭვი შეიცავს ინფორმაციას, რომელიც საჭიროებს კოპირებას რნმ-ის მოლეკულაზე - ამ ჯაჭვს კოდირებას უწოდებენ. დნმ-ის მეორე ჯაჭვს, რომელიც ავსებს კოდირების ჯაჭვს, ეწოდება შაბლონი. შაბლონის ჯაჭვზე ტრანსკრიფციის პროცესში 3'-5' მიმართულებით (დნმ-ის ჯაჭვის გასწვრივ) სინთეზირდება მისი დამატებითი რნმ-ის ჯაჭვი. ამრიგად, იქმნება კოდირების ჯაჭვის რნმ-ის ასლი.

ბრინჯი. 11. ტრანსკრიფციის სქემატური წარმოდგენა

მაგალითად, თუ გვეძლევა კოდირების სტრიქონის თანმიმდევრობა

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

შემდეგ, კომპლემენტარობის წესის მიხედვით, მატრიცის ჯაჭვი ატარებს თანმიმდევრობას

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

და მისგან სინთეზირებული რნმ არის თანმიმდევრობა

გადაცემა

განიხილეთ მექანიზმი ცილის სინთეზირნმ-ის მატრიცაზე, ასევე გენეტიკურ კოდსა და მის თვისებებზე. ასევე, სიცხადისთვის, ქვემოთ მოცემულ ბმულზე, გირჩევთ უყუროთ მოკლე ვიდეოს ცოცხალ უჯრედში მიმდინარე ტრანსკრიფციისა და თარგმნის პროცესების შესახებ:

ბრინჯი. 12. ცილის სინთეზის პროცესი: დნმ კოდირებს რნმ-ს, რნმ კოდირებს ცილას

გენეტიკური კოდი

გენეტიკური კოდი- ცილების ამინომჟავების თანმიმდევრობის კოდირების მეთოდი ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის გამოყენებით. თითოეული ამინომჟავა დაშიფრულია სამი ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობით - კოდონი ან ტრიპლეტი.

გენეტიკური კოდი საერთოა პრო- და ევკარიოტების უმეტესობისთვის. ცხრილში მოცემულია 64-ვე კოდონი და ჩამოთვლილია შესაბამისი ამინომჟავები. საბაზისო რიგი არის mRNA-ს 5"-დან 3"-მდე ბოლომდე.

ცხრილი 1. სტანდარტული გენეტიკური კოდი

1-ლი
საფუძველი

არა

მე-2 ბაზა

მე-3
საფუძველი

არა

უ

C

ა

გ

უ

U U U

(Phe/F)

U C U

(სერ/ს)

U A U

(წ/წ)

U G U

(Cys/C)

უ

U U C

U C C

U A C

U G C

C

U U A

(ლეუ/ლ)

U C A

U A A

კოდონის გაჩერება**

U G A

კოდონის გაჩერება**

ა

U U G

U C G

U A G

კოდონის გაჩერება**

U G G

(Trp/W)

გ

C

C U U

C C U

(პრო/პ)

C A U

(მისი/ჰ)

C G U

(არგ/რ)

უ

C U C

C C C

C A C

C G C

C

C U A

C C A

C A A

(Gln/Q)

CGA

ა

C U G

C C G

C A G

C G G

გ

ა

A U U

(Ile/I)

A C U

(Thr/T)

A A U

(Asn/N)

A G U

(სერ/ს)

უ

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

ა

A U G

(მეტ/მ)

A C G

A A G

A G G

გ

გ

G U U

(Val/V)

G C U

(ალა/ა)

G A U

(Asp/D)

გ გ უ

(Gly/G)

უ

G U C

G C C

G A C

G G C

C

გ უ ა

G C A

G A A

(გლუ/ე)

G G A

ა

გ უ გ

G C G

G A G

G G G

გ

სამეულებს შორის არის 4 სპეციალური თანმიმდევრობა, რომლებიც მოქმედებს როგორც "პუნქტუაციის ნიშნები":

  • *სამმაგი აუგ, ასევე მეთიონინის კოდირებას, ე.წ დაწყების კოდონი. ეს კოდონი იწყებს ცილის მოლეკულის სინთეზს. ამრიგად, ცილის სინთეზის დროს, პირველი ამინომჟავა თანმიმდევრობით ყოველთვის იქნება მეთიონინი.
  • ** სამეული UAA, UAGდა UGAდაურეკა შეაჩერე კოდონებიდა არ კოდებს რაიმე ამინომჟავას. ამ თანმიმდევრობებზე ცილის სინთეზი ჩერდება.

გენეტიკური კოდის თვისებები

1. სამეული. თითოეული ამინომჟავა კოდირებულია სამი ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობით - ტრიპლეტი ან კოდონი.

2. უწყვეტობა. სამეულებს შორის დამატებითი ნუკლეოტიდები არ არის, ინფორმაცია მუდმივად იკითხება.

3. გადახურვის გარეშე. ერთი ნუკლეოტიდი არ შეიძლება იყოს ერთდროულად ორი სამეულის ნაწილი.

4. უნიკალურობა. ერთ კოდონს შეუძლია მხოლოდ ერთი ამინომჟავის კოდირება.

5. დეგენერაცია. ერთი ამინომჟავა შეიძლება დაშიფრული იყოს რამდენიმე სხვადასხვა კოდონით.

6. მრავალმხრივობა. გენეტიკური კოდი ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის ერთნაირია.

მაგალითი. ჩვენ მოცემულია კოდირების სტრიქონის თანმიმდევრობა:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

მატრიცის ჯაჭვს ექნება თანმიმდევრობა:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

ახლა ჩვენ „ასინთეზირებთ“ ინფორმაციულ რნმ-ს ამ ჯაჭვიდან:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

პროტეინის სინთეზი მიდის 5' → 3' მიმართულებით, ამიტომ, გენეტიკური კოდის "წაკითხვისთვის" უნდა გადავატრიალოთ თანმიმდევრობა:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

ახლა იპოვნეთ საწყისი კოდონი AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

დაყავით თანმიმდევრობა სამეულებად:

ასე ჟღერს: დნმ-დან ინფორმაცია გადადის რნმ-ში (ტრანსკრიფცია), რნმ-დან ცილაში (თარგმანი). დნმ-ის დუბლირება შესაძლებელია რეპლიკაციითაც და საპირისპირო ტრანსკრიფციის პროცესიც შესაძლებელია, როდესაც დნმ სინთეზირდება რნმ-ის შაბლონიდან, მაგრამ ასეთი პროცესი ძირითადად ვირუსებისთვისაა დამახასიათებელი.


ბრინჯი. 13. მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა

გენომი: გენები და ქრომოსომა

(ზოგადი ცნებები)

გენომი - ორგანიზმის ყველა გენის მთლიანობა; მისი სრული ქრომოსომული ნაკრები.

ტერმინი „გენომი“ შემოგვთავაზა გ. ვინკლერმა 1920 წელს იმავე ბიოლოგიური სახეობის ორგანიზმების ქრომოსომების ჰაპლოიდურ კომპლექტში შემავალი გენების მთლიანობის აღსაწერად. ამ ტერმინის თავდაპირველი მნიშვნელობა მიუთითებს იმაზე, რომ გენომის კონცეფცია, გენოტიპისგან განსხვავებით, არის მთლიანი სახეობის გენეტიკური მახასიათებელი და არა ცალკეული. მოლეკულური გენეტიკის განვითარებასთან ერთად, ამ ტერმინის მნიშვნელობა შეიცვალა. ცნობილია, რომ დნმ, რომელიც ორგანიზმების უმეტესობაში გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელია და, შესაბამისად, გენომის საფუძველს ქმნის, მოიცავს არა მხოლოდ გენებს ამ სიტყვის თანამედროვე გაგებით. ევკარიოტული უჯრედების დნმ-ის უმეტესი ნაწილი წარმოდგენილია არაკოდიციური ("ზედმეტი") ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობებით, რომლებიც არ შეიცავს ინფორმაციას ცილებისა და ნუკლეინის მჟავების შესახებ. ამრიგად, ნებისმიერი ორგანიზმის გენომის ძირითადი ნაწილია მისი ქრომოსომების ჰაპლოიდური ნაკრების მთელი დნმ.

გენები არის დნმ-ის მოლეკულების სეგმენტები, რომლებიც კოდირებენ პოლიპეპტიდებს და რნმ-ის მოლეკულებს.

გასული საუკუნის განმავლობაში, გენების ჩვენი გაგება მნიშვნელოვნად შეიცვალა. ადრე, გენომი იყო ქრომოსომის რეგიონი, რომელიც კოდირებს ან განსაზღვრავს ერთ მახასიათებელს ან ფენოტიპური(ხილული) თვისება, როგორიცაა თვალის ფერი.

1940 წელს ჯორჯ ბიდლმა და ედვარდ ტატამმა შემოგვთავაზეს გენის მოლეკულური განმარტება. მეცნიერებმა დაამუშავეს სოკოს სპორები ნეიროსპორა კრასარენტგენი და სხვა აგენტები, რომლებიც იწვევენ ცვლილებებს დნმ-ის თანმიმდევრობაში ( მუტაციები), და აღმოაჩინა სოკოს მუტანტური შტამები, რომლებმაც დაკარგეს გარკვეული სპეციფიკური ფერმენტები, რამაც ზოგიერთ შემთხვევაში გამოიწვია მთელი მეტაბოლური გზის დარღვევა. Beadle და Tatham მივიდნენ დასკვნამდე, რომ გენი არის გენეტიკური მასალის ნაწილი, რომელიც განსაზღვრავს ან კოდირებს ერთ ფერმენტს. ასეა ჰიპოთეზა "ერთი გენი, ერთი ფერმენტი". ეს კონცეფცია მოგვიანებით გაფართოვდა განსაზღვრებამდე "ერთი გენი - ერთი პოლიპეპტიდი"რადგან ბევრი გენი აკოდირებს ცილებს, რომლებიც არ არიან ფერმენტები და პოლიპეპტიდი შეიძლება იყოს რთული ცილის კომპლექსის ქვედანაყოფი.

ნახ. 14 გვიჩვენებს დიაგრამას, თუ როგორ განსაზღვრავს დნმ-ის სამეულები პოლიპეპტიდს, ცილის ამინომჟავის თანმიმდევრობას, შუამავლობით mRNA. დნმ-ის ერთ-ერთი ჯაჭვი ასრულებს mRNA-ს სინთეზის შაბლონის როლს, რომლის ნუკლეოტიდური ტრიპლეტები (კოდონები) ავსებენ დნმ-ის სამეულს. ზოგიერთ ბაქტერიაში და ბევრ ევკარიოტში, კოდირების თანმიმდევრობა წყდება არაკოდირების რეგიონებით (ე.წ. ინტრონები).

გენის თანამედროვე ბიოქიმიური განმარტება კიდევ უფრო კონკრეტულად. გენები არის დნმ-ის ყველა განყოფილება, რომელიც კოდირებს საბოლოო პროდუქტების პირველადი თანმიმდევრობას, რომელიც მოიცავს პოლიპეპტიდებს ან რნმ-ს, რომლებსაც აქვთ სტრუქტურული ან კატალიზური ფუნქცია.

გენებთან ერთად დნმ ასევე შეიცავს სხვა თანმიმდევრობებს, რომლებიც ასრულებენ ექსკლუზიურად მარეგულირებელ ფუნქციას. მარეგულირებელი თანმიმდევრობებიშეიძლება აღინიშნოს გენების დასაწყისი ან დასასრული, გავლენა მოახდინოს ტრანსკრიფციაზე ან მიუთითოს რეპლიკაციის ან რეკომბინაციის დაწყების ადგილი. ზოგიერთი გენი შეიძლება გამოიხატოს სხვადასხვა გზით, დნმ-ის ერთი და იგივე ნაწილი სხვადასხვა პროდუქტის ფორმირების შაბლონად ემსახურება.

ჩვენ შეგვიძლია უხეშად გამოვთვალოთ გენის მინიმალური ზომაშუალედური ცილის კოდირება. თითოეული ამინომჟავა პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში კოდირებულია სამი ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობით; ამ სამეულების (კოდონების) თანმიმდევრობა შეესაბამება მოცემული გენის მიერ კოდირებულ პოლიპეპტიდში ამინომჟავების ჯაჭვს. 350 ამინომჟავის ნარჩენებისგან შემდგარი პოლიპეპტიდური ჯაჭვი (საშუალო სიგრძის ჯაჭვი) შეესაბამება 1050 bp თანმიმდევრობას. ( ბპ). თუმცა, ბევრი ევკარიოტული გენი და ზოგიერთი პროკარიოტული გენი წყდება დნმ-ის სეგმენტებით, რომლებიც არ ატარებენ ინფორმაციას ცილის შესახებ და, შესაბამისად, ბევრად უფრო გრძელია, ვიდრე მარტივი გაანგარიშება აჩვენებს.

რამდენი გენია ერთ ქრომოსომაზე?


ბრინჯი. 15. ქრომოსომების ხედი პროკარიოტულ (მარცხნივ) და ევკარიოტულ უჯრედებში. ჰისტონები არის ბირთვული ცილების ფართო კლასი, რომლებიც ასრულებენ ორ ძირითად ფუნქციას: ისინი მონაწილეობენ ბირთვში დნმ-ის ჯაჭვების შეფუთვაში და ბირთვული პროცესების ეპიგენეტიკურ რეგულირებაში, როგორიცაა ტრანსკრიფცია, რეპლიკაცია და შეკეთება.

მოგეხსენებათ, ბაქტერიულ უჯრედებს აქვთ ქრომოსომა დნმ-ის ჯაჭვის სახით, რომელიც შეფუთულია კომპაქტურ სტრუქტურაში - ნუკლეოიდში. პროკარიოტული ქრომოსომა ეშერიხია კოლი, რომლის გენომი მთლიანად გაშიფრულია, არის წრიული დნმ-ის მოლეკულა (სინამდვილეში, ეს არ არის რეგულარული წრე, არამედ მარყუჟი დასაწყისისა და დასასრულის გარეშე), რომელიც შედგება 4,639,675 bp. ეს თანმიმდევრობა შეიცავს დაახლოებით 4300 ცილის გენს და კიდევ 157 გენს სტაბილური რნმ-ის მოლეკულებისთვის. AT ადამიანის გენომიდაახლოებით 3,1 მილიარდი ბაზის წყვილი, რომელიც შეესაბამება თითქმის 29000 გენს, რომლებიც განლაგებულია 24 სხვადასხვა ქრომოსომაზე.

პროკარიოტები (ბაქტერიები).

ბაქტერია E. coliაქვს ერთი ორჯაჭვიანი წრიული დნმ-ის მოლეკულა. იგი შედგება 4,639,675 ბ.წ. და აღწევს სიგრძე დაახლოებით 1,7 მმ, რაც აღემატება თავად უჯრედის სიგრძეს E. coliდაახლოებით 850 ჯერ. გარდა დიდი წრიული ქრომოსომისა, როგორც ნუკლეოიდის ნაწილი, ბევრი ბაქტერია შეიცავს ციტოზოლში თავისუფლად განლაგებულ ერთ ან მეტ წრიულ დნმ-ის მოლეკულას. ამ ექსტრაქრომოსომულ ელემენტებს ე.წ პლაზმიდები(სურ. 16).

პლაზმიდების უმეტესობა შედგება მხოლოდ რამდენიმე ათასი ბაზის წყვილისგან, ზოგი შეიცავს 10000 bp-ზე მეტს. ისინი ატარებენ გენეტიკურ ინფორმაციას და მრავლდებიან, რათა წარმოქმნან ქალიშვილური პლაზმიდები, რომლებიც შედიან ქალიშვილურ უჯრედებში მშობელი უჯრედის გაყოფის დროს. პლაზმიდები გვხვდება არა მხოლოდ ბაქტერიებში, არამედ საფუარში და სხვა სოკოებშიც. ხშირ შემთხვევაში, პლაზმიდები არ ანიჭებენ უპირატესობას მასპინძელ უჯრედებს და მათი ერთადერთი ამოცანაა დამოუკიდებლად გამრავლება. თუმცა, ზოგიერთი პლაზმიდი ატარებს მასპინძლისთვის სასარგებლო გენებს. მაგალითად, პლაზმიდებში შემავალ გენებს შეუძლიათ ბაქტერიული უჯრედების ანტიბაქტერიული აგენტებისადმი წინააღმდეგობის გაწევა. β-ლაქტამაზას გენის მატარებელი პლაზმიდები რეზისტენტობას ანიჭებენ β-ლაქტამურ ანტიბიოტიკებს, როგორიცაა პენიცილინი და ამოქსიცილინი. პლაზმიდები შეიძლება გადავიდნენ ანტიბიოტიკებისადმი მდგრადი უჯრედებიდან იმავე ან სხვადასხვა ბაქტერიული სახეობის სხვა უჯრედებში, რის გამოც ეს უჯრედები ასევე რეზისტენტული ხდება. ანტიბიოტიკების ინტენსიური გამოყენება არის ძლიერი შერჩევითი ფაქტორი, რომელიც ხელს უწყობს ანტიბიოტიკების რეზისტენტობის მაკოდირებელი პლაზმიდების გავრცელებას (ისევე, როგორც ტრანსპოზონებს, რომლებიც კოდირებენ მსგავს გენებს) პათოგენურ ბაქტერიებს შორის და იწვევს ბაქტერიული შტამების წარმოქმნას რამდენიმე ანტიბიოტიკის მიმართ რეზისტენტობით. ექიმები იწყებენ ანტიბიოტიკების ფართო გამოყენების საშიშროების გააზრებას და დანიშნავენ მათ მხოლოდ მაშინ, როცა აბსოლუტურად აუცილებელია. მსგავსი მიზეზების გამო, ფერმის ცხოველების სამკურნალოდ ანტიბიოტიკების ფართო გამოყენება შეზღუდულია.

Იხილეთ ასევე: რავინ ნ.ვ., შესტაკოვი ს.ვ. პროკარიოტების გენომი // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. No 4/2. გვ 972-984.

ევკარიოტები.

ცხრილი 2. ზოგიერთი ორგანიზმის დნმ, გენები და ქრომოსომა

საერთო დნმ,

ბ.წ.

ქრომოსომების რაოდენობა*

გენების სავარაუდო რაოდენობა

ეშერიხია კოლი(ბაქტერია)

4 639 675

4 435

Saccharomyces cerevisiae(საფუარი)

12 080 000

16**

5 860

Caenorhabditis elegans(ნემატოდი)

90 269 800

12***

23 000

Arabidopsis thaliana(მცენარე)

119 186 200

33 000

დროზოფილა მელანოგასტერი(ხილის ბუზი)

120 367 260

20 000

ორიზა სატივა(ბრინჯი)

480 000 000

57 000

მუს კუნთი(მაუსი)

2 634 266 500

27 000

ჰომო საპიენსი(ადამიანი)

3 070 128 600

29 000

Შენიშვნა.ინფორმაცია მუდმივად განახლდება; დამატებითი უახლესი ინფორმაციისთვის ეწვიეთ ცალკეული გენომიური პროექტის ვებსაიტებს.

* ყველა ევკარიოტისთვის, საფუარის გარდა, მოცემულია ქრომოსომების დიპლოიდური ნაკრები. დიპლოიდურინაკრები ქრომოსომა (ბერძნულიდან diploos - ორმაგი და eidos - ხედი) - ქრომოსომების ორმაგი ნაკრები (2n), რომელთაგან თითოეულს აქვს ჰომოლოგიური.
**ჰაპლოიდური ნაკრები. საფუარის ველურ შტამებს, როგორც წესი, აქვთ ამ ქრომოსომების რვა (ოქტაპლოიდური) ან მეტი ნაკრები.
*** ორი X ქრომოსომის მქონე ქალებისთვის. მამაკაცებს აქვთ X ქრომოსომა, მაგრამ არა Y, ანუ მხოლოდ 11 ქრომოსომა.

საფუარის უჯრედს, ერთ-ერთ ყველაზე პატარა ევკარიოტს, აქვს 2,6-ჯერ მეტი დნმ, ვიდრე უჯრედს. E. coli(ცხრილი 2). ხილის ბუზის უჯრედები დროზოფილაგენეტიკური კვლევის კლასიკური ობიექტი, შეიცავს 35-ჯერ მეტ დნმ-ს, ხოლო ადამიანის უჯრედები შეიცავს უჯრედებზე 700-ჯერ მეტ დნმ-ს. E. coli.ბევრი მცენარე და ამფიბია კიდევ უფრო მეტ დნმ-ს შეიცავს. ევკარიოტული უჯრედების გენეტიკური მასალა ორგანიზებულია ქრომოსომების სახით. ქრომოსომების დიპლოიდური ნაკრები (2 ნ) დამოკიდებულია ორგანიზმის ტიპზე (ცხრილი 2).

მაგალითად, ადამიანის სომატურ უჯრედში არის 46 ქრომოსომა ( ბრინჯი. 17). თითოეული ქრომოსომა ევკარიოტულ უჯრედში, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 17, ა, შეიცავს ერთ ძალიან დიდ ორჯაჭვიან დნმ-ის მოლეკულას. ადამიანის ოცდაოთხი ქრომოსომა (22 დაწყვილებული ქრომოსომა და ორი სქესის ქრომოსომა X და Y) განსხვავდება სიგრძით 25-ჯერ მეტით. თითოეული ევკარიოტული ქრომოსომა შეიცავს გენების სპეციფიკურ კომპლექტს.


ბრინჯი. 17. ევკარიოტული ქრომოსომა.ა- წყვილი დაკავშირებული და შედედებული დის ქრომატიდიდან ადამიანის ქრომოსომიდან. ამ ფორმით, ევკარიოტული ქრომოსომა რჩება რეპლიკაციის შემდეგ და მეტაფაზაში მიტოზის დროს. ბ- ქრომოსომების სრული ნაკრები წიგნის ერთ-ერთი ავტორის ლეიკოციტიდან. თითოეული ნორმალური ადამიანის სომატური უჯრედი შეიცავს 46 ქრომოსომას.

თუ თქვენ დააკავშირებთ ადამიანის გენომის დნმ-ის მოლეკულებს (22 ქრომოსომა და ქრომოსომა X და Y ან X და X) ერთმანეთთან, მიიღებთ დაახლოებით ერთი მეტრის სიგრძის თანმიმდევრობას. შენიშვნა: ყველა ძუძუმწოვარსა და სხვა ჰეტეროგამეტურ მამრობითი ორგანიზმში მდედრს აქვს ორი X ქრომოსომა (XX), ხოლო მამრს აქვს ერთი X ქრომოსომა და ერთი Y ქრომოსომა (XY).

ადამიანის უჯრედების უმეტესობა, ამიტომ ასეთი უჯრედების დნმ-ის მთლიანი სიგრძე დაახლოებით 2 მ-ია. ზრდასრულ ადამიანს აქვს დაახლოებით 10 14 უჯრედი, ამიტომ დნმ-ის ყველა მოლეკულის მთლიანი სიგრძეა 2-10 11 კმ. შედარებისთვის, დედამიწის გარშემოწერილობა არის 4~104 კმ, ხოლო დედამიწიდან მზემდე მანძილი 1,5~108 კმ. აი, საოცრად კომპაქტურად შეფუთული დნმ არის ჩვენს უჯრედებში!

ევკარიოტულ უჯრედებში არის დნმ-ის შემცველი სხვა ორგანელები - ეს არის მიტოქონდრია და ქლოროპლასტები. მრავალი ჰიპოთეზა წამოაყენეს მიტოქონდრიული და ქლოროპლასტის დნმ-ის წარმოშობასთან დაკავშირებით. დღეს საყოველთაოდ მიღებული თვალსაზრისი არის ის, რომ ისინი უძველესი ბაქტერიების ქრომოსომების საფუძვლებია, რომლებიც შეაღწიეს მასპინძელი უჯრედების ციტოპლაზმაში და გახდნენ ამ ორგანელების წინამორბედები. მიტოქონდრიული დნმ კოდირებს მიტოქონდრიულ tRNA-ს და rRNA-ს, ასევე რამდენიმე მიტოქონდრიულ ცილას. მიტოქონდრიული ცილების 95%-ზე მეტი კოდირებულია ბირთვული დნმ-ით.

გენების სტრუქტურა

განვიხილოთ გენის სტრუქტურა პროკარიოტებში და ევკარიოტებში, მათი მსგავსება და განსხვავებები. იმისდა მიუხედავად, რომ გენი არის დნმ-ის განყოფილება, რომელიც აკოდირებს მხოლოდ ერთ პროტეინს ან რნმ-ს, გარდა პირდაპირი კოდირების ნაწილისა, იგი ასევე შეიცავს მარეგულირებელ და სხვა სტრუქტურულ ელემენტებს, რომლებსაც აქვთ განსხვავებული სტრუქტურა პროკარიოტებში და ევკარიოტებში.

კოდირების თანმიმდევრობა- გენის მთავარი სტრუქტურული და ფუნქციური ერთეული, მასშია ნუკლეოტიდების სამეული, რომელიც კოდირებსამინომჟავების თანმიმდევრობა. ის იწყება საწყისი კოდონით და მთავრდება გაჩერების კოდონით.

კოდირების თანმიმდევრობამდე და მის შემდეგ არის გადაუთარგმნელი 5' და 3' თანმიმდევრობები. ისინი ასრულებენ მარეგულირებელ და დამხმარე ფუნქციებს, მაგალითად, უზრუნველყოფენ რიბოსომის დაშვებას mRNA-ზე.

გადაუთარგმნელი და კოდირებული თანმიმდევრობები ქმნიან ტრანსკრიფციის ერთეულს - ტრანსკრიბირებული დნმ-ის რეგიონს, ანუ დნმ-ის რეგიონს, საიდანაც სინთეზირებულია mRNA.

ტერმინატორიდნმ-ის არატრანსკრიბირებული რეგიონი გენის ბოლოს, სადაც რნმ-ის სინთეზი ჩერდება.

გენის დასაწყისში არის მარეგულირებელი ტერიტორია, რომელიც შეიცავს პრომოუტერიდა ოპერატორი.

პრომოუტერი- თანმიმდევრობა, რომლითაც პოლიმერაზა უკავშირდება ტრანსკრიფციის დაწყებისას. ოპერატორი- ეს ის უბანია, რომელსაც სპეციალური პროტეინები შეიძლება დაუკავშირდეს - რეპრესორები, რომელსაც შეუძლია შეამციროს რნმ-ის სინთეზის აქტივობა ამ გენიდან - სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, შეამციროს იგი გამოხატულება.

გენების სტრუქტურა პროკარიოტებში

პროკარიოტებში და ევკარიოტებში გენების სტრუქტურის ზოგადი გეგმა არ განსხვავდება - ორივე მათგანი შეიცავს მარეგულირებელ რეგიონს პრომოტორთან და ოპერატორთან, ტრანსკრიპციის ერთეულს კოდირების და არათარგმნილი თანმიმდევრობით და ტერმინატორთან. თუმცა, გენების ორგანიზაცია პროკარიოტებსა და ევკარიოტებში განსხვავებულია.

ბრინჯი. 18. გენის სტრუქტურის სქემა პროკარიოტებში (ბაქტერიებში) -სურათი გადიდებულია

ოპერონის დასაწყისში და ბოლოს არის საერთო მარეგულირებელი რეგიონები რამდენიმე სტრუქტურული გენისთვის. ოპერონის ტრანსკრიბირებული რეგიონიდან იკითხება ერთი mRNA მოლეკულა, რომელიც შეიცავს რამდენიმე კოდირების თანმიმდევრობას, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი საწყისი და გაჩერების კოდონი. თითოეული ამ სფეროდანსინთეზირდება ერთი ცილა. ამრიგად, რამდენიმე ცილის მოლეკულა სინთეზირდება ერთი i-RNA მოლეკულიდან.

პროკარიოტებს ახასიათებთ რამდენიმე გენის გაერთიანება ერთ ფუნქციურ ერთეულში - ოპერონი. ოპერონის მუშაობა შეიძლება დარეგულირდეს სხვა გენებით, რომლებიც შესამჩნევად შეიძლება მოიხსნას თავად ოპერონიდან - რეგულატორები. ამ გენიდან ნათარგმნ ცილას ე.წ რეპრესორი. ის აკავშირებს ოპერონის ოპერატორს, არეგულირებს მასში შემავალი ყველა გენის ექსპრესიას ერთდროულად.

ფენომენი ახასიათებს პროკარიოტებსაც ტრანსკრიფცია და თარგმანის კონიუგაციები.


ბრინჯი. 19 პროკარიოტებში ტრანსკრიფციისა და თარგმანის კონიუგაციის ფენომენი - სურათი გადიდებულია

ეს დაწყვილება არ ხდება ევკარიოტებში ბირთვული კონვერტის არსებობის გამო, რომელიც გამოყოფს ციტოპლაზმას, სადაც ხდება ტრანსლაცია, გენეტიკური მასალისგან, რომელზედაც ხდება ტრანსკრიფცია. პროკარიოტებში, დნმ-ის შაბლონზე რნმ-ის სინთეზის დროს, რიბოსომა შეიძლება დაუყოვნებლივ დაუკავშირდეს სინთეზირებულ რნმ-ის მოლეკულას. ამრიგად, თარგმანი იწყება ტრანსკრიფციის დასრულებამდეც კი. უფრო მეტიც, რამდენიმე რიბოსომას შეუძლია ერთდროულად დაუკავშირდეს რნმ-ის ერთ მოლეკულას, სინთეზირდეს ერთი ცილის რამდენიმე მოლეკულას ერთდროულად.

გენების სტრუქტურა ევკარიოტებში

ევკარიოტების გენები და ქრომოსომა ძალიან კომპლექსურად არის ორგანიზებული.

მრავალი სახეობის ბაქტერიას აქვს მხოლოდ ერთი ქრომოსომა და თითქმის ყველა შემთხვევაში თითოეულ ქრომოსომაზე თითოეული გენის თითო ასლია. მხოლოდ რამდენიმე გენი, როგორიცაა rRNA გენი, შეიცავს მრავალ ასლს. გენები და მარეგულირებელი თანმიმდევრობები ქმნიან პროკარიოტების თითქმის მთელ გენომს. უფრო მეტიც, თითქმის ყველა გენი მკაცრად შეესაბამება ამინომჟავების თანმიმდევრობას (ან რნმ-ის თანმიმდევრობას), რომელსაც ის კოდირებს (ნახ. 14).

ევკარიოტული გენების სტრუქტურული და ფუნქციური ორგანიზაცია გაცილებით რთულია. ევკარიოტული ქრომოსომების შესწავლამ და შემდგომში ევკარიოტული გენომის სრული თანმიმდევრობის თანმიმდევრობამ ბევრი სიურპრიზი გამოიწვია. ბევრ, თუ არა უმეტეს ევკარიოტულ გენს აქვს საინტერესო თვისება: მათი ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობები შეიცავს ერთ ან მეტ დნმ რეგიონს, რომელიც არ აკოდირებს პოლიპეპტიდური პროდუქტის ამინომჟავების თანმიმდევრობას. ასეთი არათარგმნილი ჩანართები არღვევს უშუალო შესაბამისობას გენის ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობასა და კოდირებული პოლიპეპტიდის ამინომჟავების თანმიმდევრობას შორის. გენებში ამ გადაუთარგმნელ სეგმენტებს ე.წ ინტრონები, ან ჩაშენებული თანმიმდევრობებიდა კოდირების სეგმენტებია ეგზონები. პროკარიოტებში მხოლოდ რამდენიმე გენი შეიცავს ინტრონებს.

ასე რომ, ევკარიოტებში პრაქტიკულად არ არსებობს გენების კომბინაცია ოპერონებში და ევკარიოტული გენის კოდირების თანმიმდევრობა ყველაზე ხშირად იყოფა ნათარგმნ რეგიონებად. - ეგზონებიდა გადაუთარგმნელი სექციები - ინტრონები.

უმეტეს შემთხვევაში, ინტრონების ფუნქცია დადგენილი არ არის. ზოგადად, ადამიანის დნმ-ის მხოლოდ 1,5% არის "კოდირებული", ანუ ის ატარებს ინფორმაციას ცილების ან რნმ-ის შესახებ. თუმცა, დიდი ინტრონების გათვალისწინებით, გამოდის, რომ ადამიანის დნმ-ის 30% გენებისგან შედგება. ვინაიდან გენები შეადგენენ ადამიანის გენომის შედარებით მცირე ნაწილს, დნმ-ის მნიშვნელოვანი რაოდენობა გამოუკვლეველია.

ბრინჯი. 16. გენის სტრუქტურის სქემა ევკარიოტებში - სურათი გადიდებულია

თითოეული გენიდან პირველად სინთეზირდება გაუაზრებელი, ანუ პრე-რნმ, რომელიც შეიცავს ინტრონებსაც და ეგზონებსაც.

ამის შემდეგ ხდება სპლაისინგის პროცესი, რის შედეგადაც ხდება ინტრონის უბნების ამოკვეთა და წარმოიქმნება მომწიფებული mRNA, საიდანაც შესაძლებელია ცილის სინთეზირება.


ბრინჯი. 20. ალტერნატიული შერწყმის პროცესი - სურათი გადიდებულია

გენების ასეთი ორგანიზაცია საშუალებას იძლევა, მაგალითად, როდესაც შესაძლებელია ცილის სხვადასხვა ფორმის სინთეზირება ერთი გენიდან, იმის გამო, რომ ეგზონები შეიძლება შერწყმული იყოს სხვადასხვა თანმიმდევრობით შერწყმის დროს.

ბრინჯი. 21. განსხვავებები პროკარიოტებისა და ევკარიოტების გენების აგებულებაში - სურათი გადიდებულია

მუტაციები და მუტაგენეზი

მუტაციაეწოდება გენოტიპის მუდმივი ცვლილება, ანუ ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის ცვლილება.

პროცესს, რომელიც იწვევს მუტაციას ე.წ მუტაგენეზიდა ორგანიზმი ყველარომლის უჯრედები ატარებენ ერთსა და იმავე მუტაციას მუტანტი.

მუტაციის თეორიაპირველად ჩამოაყალიბა ჰიუ დე ვრისმა 1903 წელს. მისი თანამედროვე ვერსია მოიცავს შემდეგ დებულებებს:

1. მუტაციები ხდება მოულოდნელად, მოულოდნელად.

2. მუტაციები თაობიდან თაობას გადაეცემა.

3. მუტაციები შეიძლება იყოს სასარგებლო, მავნე ან ნეიტრალური, დომინანტური ან რეცესიული.

4. მუტაციების გამოვლენის ალბათობა დამოკიდებულია შესწავლილი ინდივიდების რაოდენობაზე.

5. მსგავსი მუტაციები შეიძლება განმეორებით მოხდეს.

6. მუტაციები არ არის მიმართული.

მუტაციები შეიძლება მოხდეს სხვადასხვა ფაქტორების გავლენის ქვეშ. განასხვავებენ გამოწვეულ მუტაციებს მუტაგენური ზემოქმედებები: ფიზიკური (მაგ. ულტრაიისფერი ან გამოსხივება), ქიმიური (მაგ. კოლხიცინი ან რეაქტიული ჟანგბადის სახეობები) და ბიოლოგიური (მაგ. ვირუსები). მუტაციებიც შეიძლება გამოიწვიოს რეპლიკაციის შეცდომები.

მუტაციების გაჩენის პირობებიდან გამომდინარე იყოფა სპონტანური- ანუ ნორმალურ პირობებში წარმოქმნილი მუტაციები და გამოწვეული- ანუ მუტაციები, რომლებიც წარმოიშვა განსაკუთრებულ პირობებში.

მუტაციები შეიძლება მოხდეს არა მხოლოდ ბირთვულ დნმ-ში, არამედ, მაგალითად, მიტოქონდრიის ან პლასტიდების დნმ-ში. შესაბამისად შეგვიძლია გამოვყოთ ბირთვულიდა ციტოპლაზმურიმუტაციები.

მუტაციების გაჩენის შედეგად ხშირად შეიძლება გამოჩნდეს ახალი ალელები. თუ მუტანტის ალელი აჭარბებს ნორმალურ ალელს, მუტაცია ეწოდება დომინანტური. თუ ნორმალური ალელი თრგუნავს მუტაციურს, მუტაცია ეწოდება რეცესიული. მუტაციების უმეტესობა, რომლებიც წარმოქმნიან ახალ ალელებს, რეცესიულია.

მუტაციები გამოირჩევიან ეფექტით ადაპტაციურირაც იწვევს ორგანიზმის გარემოსთან ადაპტაციის მატებას, ნეიტრალურირაც გავლენას არ ახდენს გადარჩენაზე მავნერომლებიც ამცირებენ ორგანიზმების ადაპტირებას გარემო პირობებთან და სასიკვდილოიწვევს ორგანიზმის სიკვდილს განვითარების ადრეულ ეტაპზე.

შედეგების მიხედვით განასხვავებენ მუტაციებს, რაც იწვევს ცილის ფუნქციის დაკარგვა, მუტაციებს იწვევს გაჩენა პროტეინს აქვს ახალი ფუნქცია, ისევე როგორც მუტაციები, რომლებიც გენის დოზის შეცვლადა, შესაბამისად, მისგან სინთეზირებული ცილის დოზა.

მუტაცია შეიძლება მოხდეს სხეულის ნებისმიერ უჯრედში. თუ მუტაცია ხდება ჩანასახოვან უჯრედში, მას ე.წ ჩანასახოვანი(გენერაციული, ან გენერაციული). ასეთი მუტაციები არ ჩნდება იმ ორგანიზმში, რომელშიც ისინი გამოჩნდნენ, მაგრამ იწვევს მუტანტების გაჩენას შთამომავლობაში და მემკვიდრეობით მიიღება, ამიტომ ისინი მნიშვნელოვანია გენეტიკასა და ევოლუციისთვის. თუ მუტაცია ხდება რომელიმე სხვა უჯრედში, მას ე.წ სომატური. ასეთი მუტაცია შეიძლება გარკვეულწილად გამოვლინდეს იმ ორგანიზმში, რომელშიც ის წარმოიშვა, მაგალითად, გამოიწვიოს კიბოს სიმსივნეების წარმოქმნა. თუმცა, ასეთი მუტაცია არ არის მემკვიდრეობითი და არ მოქმედებს შთამომავლობაზე.

მუტაციებმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს გენომის სხვადასხვა ზომის ნაწილებზე. გამოყოფა გენეტიკური, ქრომოსომულიდა გენომურიმუტაციები.

გენური მუტაციები

მუტაციებს, რომლებიც ხდება ერთ გენზე მცირე მასშტაბით, ეწოდება გენეტიკური, ან წერტილოვანი (წერტილი). ასეთი მუტაციები იწვევს ერთი ან რამდენიმე ნუკლეოტიდის ცვლილებას თანმიმდევრობაში. გენური მუტაციები მოიცავსჩანაცვლებებირაც იწვევს ერთი ნუკლეოტიდის მეორით ჩანაცვლებას,წაშლაიწვევს ერთ-ერთი ნუკლეოტიდის დაკარგვას,ჩანართები, რაც იწვევს დამატებით ნუკლეოტიდის დამატებით მიმდევრობას.


ბრინჯი. 23. გენის (წერტილოვანი) მუტაციები

ცილაზე მოქმედების მექანიზმის მიხედვით გენის მუტაციები იყოფა:სინონიმირაც (გენეტიკური კოდის გადაგვარების შედეგად) არ იწვევს ცილოვანი პროდუქტის ამინომჟავის შემადგენლობის ცვლილებას,უაზრო მუტაციებირაც იწვევს ერთი ამინომჟავის მეორით ჩანაცვლებას და შეუძლია გავლენა მოახდინოს სინთეზირებული ცილის სტრუქტურაზე, თუმცა ხშირად ისინი უმნიშვნელოა,უაზრო მუტაციები, რაც იწვევს კოდირების კოდონის ჩანაცვლებას გაჩერების კოდონით,მუტაციებისკენ მიმავალი შერწყმის დარღვევა:


ბრინჯი. 24. მუტაციის სქემები

ასევე, ცილაზე მოქმედების მექანიზმის მიხედვით, იზოლირებულია მუტაციები, რაც იწვევს ჩარჩოს ცვლა საკითხავიროგორიცაა ჩასმა და წაშლა. ასეთი მუტაციები, ისევე როგორც უაზრო მუტაციები, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი წარმოიქმნება გენის ერთ წერტილში, ხშირად მოქმედებს ცილის მთელ სტრუქტურაზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მისი სტრუქტურის სრული ცვლილება.

ბრინჯი. 29. ქრომოსომა დუბლირებამდე და მის შემდეგ

გენომური მუტაციები

ბოლოს და ბოლოს, გენომური მუტაციებიგავლენას ახდენს მთელ გენომზე, ანუ იცვლება ქრომოსომების რაოდენობა. გამოირჩევა პოლიპლოიდია - უჯრედის პლოიდიის მატება და ანევპლოიდი, ანუ ქრომოსომების რაოდენობის ცვლილება, მაგალითად, ტრისომია (დამატებითი ჰომოლოგის არსებობა ერთ-ერთ ქრომოსომაში) და მონოსომია (არარსებობა. ჰომოლოგია ქრომოსომაში).

დნმ-თან დაკავშირებული ვიდეო

დნმ-ის რეპლიკაცია, რნმ-ის კოდირება, ცილების სინთეზი

დნმ-ის მოლეკულის სივრცითი მოდელი შემოგვთავაზეს 1953 წელს ამერიკელმა მკვლევარებმა, გენეტიკოსმა ჯეიმს უოტსონმა (დ. 1928) და ფიზიკოსმა ფრენსის კრიკმა (დ. 1916 წ.). ამ აღმოჩენაში შეტანილი განსაკუთრებული წვლილისთვის მათ 1962 წელს მიენიჭათ ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში.

დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ) არის ბიოპოლიმერი, რომლის მონომერი არის ნუკლეოტიდი. თითოეული ნუკლეოტიდი შედგება ფოსფორის მჟავას ნარჩენებისგან, რომელიც დაკავშირებულია შაქართან დეზოქსირიბოზასთან, რომელიც, თავის მხრივ, დაკავშირებულია აზოტოვან ბაზასთან. დნმ-ის მოლეკულაში ოთხი ტიპის აზოტოვანი ფუძეა: ადენინი, თიმინი, გუანინი და ციტოზინი.

დნმ-ის მოლეკულა შედგება ორი გრძელი ჯაჭვისგან, რომლებიც ერთად არის ნაქსოვი სპირალის სახით, ყველაზე ხშირად მარჯვენა ხელით. გამონაკლისია ვირუსები, რომლებიც შეიცავს ერთჯაჭვიან დნმ-ს.

ფოსფორის მჟავა და შაქარი, რომლებიც ნუკლეოტიდების ნაწილია, ქმნიან სპირალის ვერტიკალურ ფუძეს. აზოტოვანი ფუძეები განლაგებულია პერპენდიკულარულად და ქმნის „ხიდებს“ ხვეულებს შორის. ერთი ჯაჭვის აზოტოვანი ფუძეები დაკავშირებულია მეორე ჯაჭვის აზოტოვან ფუძეებთან კომპლემენტარობის, ანუ შესაბამისობის პრინციპით.

კომპლემენტარობის პრინციპი. დნმ-ის მოლეკულაში ადენინი ერწყმის მხოლოდ თიმინს, გუანინი - მხოლოდ ციტოზინს.

აზოტოვანი ფუძეები ოპტიმალურად ემთხვევა ერთმანეთს. ადენინი და თიმინი დაკავშირებულია წყალბადის ორი ბმით, გუანინი და ციტოზინი - სამი. ამიტომ, მეტი ენერგიაა საჭირო გუანინ-ციტოზინის კავშირის გასაწყვეტად. იგივე ზომის თიმინი და ციტოზინი გაცილებით მცირეა ვიდრე ადენინი და გუანინი. თიმინ-ციტოზინის წყვილი ძალიან მცირე იქნება, ადენინ-გუანინის ფორა ძალიან დიდი და დნმ-ის სპირალი მოხრილი იქნება.

წყალბადის ბმები მყიფეა. ისინი ადვილად იშლება და ისევე ადვილად აღდგება. ორმაგი სპირალის ჯაჭვები, ფერმენტების მოქმედებით ან მაღალ ტემპერატურაზე, შეიძლება განსხვავდებოდეს როგორც ელვა.

5. რნმ-ის მოლეკულა რიბონუკლეინის მჟავა (რნმ)

რიბონუკლეინის მჟავას (რნმ) მოლეკულა ასევე ბიოპოლიმერია, რომელიც შედგება ოთხი ტიპის მონომერისაგან – ნუკლეოტიდებისგან. რნმ-ის მოლეკულის თითოეული მონომერი შეიცავს ფოსფორმჟავას ნარჩენს, რიბოზას შაქარს და აზოტოვან ფუძეს. უფრო მეტიც, სამი აზოტოვანი ფუძე იგივეა, რაც დნმ-ში - ადენინი, გუანინი და ციტოზინი, მაგრამ რნმ-ში თიმინის ნაცვლად სტრუქტურით მასთან ახლოს არის ურაცილი. რნმ არის ერთჯაჭვიანი მოლეკულა.

ნებისმიერი ტიპის უჯრედებში დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობრივი შემცველობა თითქმის მუდმივია, მაგრამ რნმ-ის რაოდენობა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს.

რნმ-ის ტიპები

შესრულებული სტრუქტურისა და ფუნქციიდან გამომდინარე, განასხვავებენ რნმ-ის სამ ტიპს.

1. გადაცემის რნმ (tRNA).გადამტანი რნმ ძირითადად გვხვდება უჯრედის ციტოპლაზმაში. ისინი ატარებენ ამინომჟავებს რიბოსომაში ცილის სინთეზის ადგილზე.

2. რიბოსომული რნმ (rRNA).რიბოსომური რნმ უკავშირდება გარკვეულ ცილებს და აყალიბებს რიბოზომებს, ორგანელებს, რომლებშიც ცილები სინთეზირდება.

3. მესინჯერი რნმ (მრნმ), ან მესინჯერი რნმ (მრნმ).მესინჯერი რნმ ატარებს ინფორმაციას ცილის სტრუქტურის შესახებ დნმ-დან რიბოსომამდე. თითოეული mRNA მოლეკულა შეესაბამება დნმ-ის კონკრეტულ მონაკვეთს, რომელიც კოდირებს ერთი ცილის მოლეკულის სტრუქტურას. მაშასადამე, უჯრედში სინთეზირებული ათასობით ცილიდან თითოეულს აქვს საკუთარი სპეციალური mRNA.

რუსეთის ფედერაციის განათლების სამინისტრო

სამხრეთ ურალის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

ეკონომიკისა და მენეჯმენტის დეპარტამენტი

დისციპლინა "თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების კონცეფცია"

"დნმ-ის სტრუქტურის ქიმიური საფუძვლები"

დასრულებული: სტუდენტური EiU-232

სედრაკიან იგორი

შეამოწმა: Senin A.V.

ჩელიაბინსკი

    შესავალი

    დნმ-ის სტრუქტურა

    დნმ-ის შემადგენლობა

    დნმ-ის მაკრომოლეკულური სტრუქტურა

4.1 დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავების იზოლაცია

4.2 ფრაქციები

    დნმ-ის ფუნქციები

    ინტერნუკლეოტიდური ბმები

6.1 ინტერნუკლეოტიდური ბმა დნმ-ში

7. დნმ-ის შაბლონის სინთეზი

7.1 დნმ პოლიმერაზები

7.2 დნმ-ის ჯაჭვების დაწყება

7.3 დნმ-ის ორმაგი სპირალის გახსნა

7.4 დნმ-ის უწყვეტი სინთეზი

7.5 რეპლიკაციის ჩანგლის ცილების ერთობლივი მოქმედება

8. დასკვნა

    გამოყენებული წყაროები

    შესავალი

მემკვიდრეობითი თვისებები ჩამოყალიბებულია მატერიალურ ერთეულებში, გენებში, რომლებიც განლაგებულია უჯრედის ბირთვის ქრომოსომებში. გენების ქიმიური ბუნება ცნობილია 1944 წლიდან: საუბარია დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავაზე (დნმ). ფიზიკური სტრუქტურა გაირკვეს 1953 წელს. ამ მაკრომოლეკულის ორმაგი სპირალი ხსნის თვისებების მემკვიდრეობითი გადაცემის მექანიზმს.

ჩვენს ირგვლივ არსებულ სამყაროს ყურადღებით დავაკვირდებით, ჩვენ აღვნიშნავთ ცოცხალ არსებათა მრავალფეროვნებას - მცენარეებიდან ცხოველებამდე. ამ ერთი შეხედვით მრავალფეროვნების ქვეშ, რეალურად, ცოცხალი უჯრედების საოცარი ერთიანობა დევს – ელემენტები, რომლებიდანაც აწყობილია ნებისმიერი ორგანიზმი და რომელთა ურთიერთქმედება განაპირობებს მის ჰარმონიულ არსებობას. სახეობების თვალსაზრისით, ინდივიდებს შორის მსგავსება დიდია და მაინც არ არსებობს ორი აბსოლუტურად იდენტური ორგანიზმი (გარდა იდენტური ტყუპებისა). მე-19 საუკუნის ბოლოს, გრეგორ მენდელის ნაშრომებში ჩამოყალიბდა ძირითადი კანონები, რომლებიც განსაზღვრავდნენ თვისებების მემკვიდრეობით გადაცემას თაობიდან თაობას. მე-20 საუკუნის დასაწყისში თ. მორგანის ცდებში აჩვენეს, რომ ელემენტარული მემკვიდრეობითი ნიშნები განპირობებულია ქრომოსომებში ლოკალიზებული მატერიალური ერთეულებით (გენებით), სადაც ისინი განლაგებულია თანმიმდევრულად ერთმანეთის მიყოლებით.

1944 წელს ევერის, მაკლეოდისა და მაკარტის ნაშრომებმა განსაზღვრა გენების ქიმიური ბუნება: ისინი შედგება დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავისგან (დნმ). 10 წლის შემდეგ ჯ. უოტსონმა და ფ. კრიკმა შემოგვთავაზეს დნმ-ის მოლეკულის ფიზიკური სტრუქტურის მოდელი. გრძელი მოლეკულა წარმოიქმნება ორმაგი სპირალით და ამ სპირალის ორ ჯაჭვს შორის დამატებითი ურთიერთქმედება საშუალებას გვაძლევს გავიგოთ, თუ როგორ ხდება გენეტიკური ინფორმაციის ზუსტად კოპირება (განმეორება) და გადაცემა მომდევნო თაობებზე.

ამ აღმოჩენების პარალელურად მეცნიერები ცდილობდნენ გაეანალიზებინათ გენების „პროდუქტები“, ე.ი. ის მოლეკულები, რომლებიც მათი კონტროლის ქვეშ მყოფ უჯრედებში სინთეზირდება. ეფრუსის, ბიდლისა და ტატუმის მუშაობამ მეორე მსოფლიო ომის წინა დღეს წამოაყენა იდეა, რომ გენები „აწარმოებენ“ ცილებს. ასე რომ, გენი ინახავს ინფორმაციას ცილის (ფერმენტის) სინთეზისთვის, რომელიც აუცილებელია უჯრედში გარკვეული რეაქციის წარმატებით განხორციელებისთვის. მაგრამ მას მოუწია 60-იან წლებამდე ლოდინი, სანამ დნმ-ში შემავალი ინფორმაციის გაშიფვრისა და მისი ცილის სახით გადაქცევის რთული მექანიზმი არ გაიხსნება. საბოლოოდ, ძირითადად ნირენბერგის (აშშ) მუშაობის წყალობით, აღმოაჩინეს დნმ-სა და ცილებს შორის შესაბამისობის კანონი - გენეტიკური კოდი.

    დნმ-ის სტრუქტურა.

1869 წელს შვეიცარიელმა ბიოქიმიკოსმა ფრიდრიხ მიშერმა უჯრედების ბირთვში აღმოაჩინა ნაერთები მჟავე თვისებებით და ცილებთან შედარებით უფრო დიდი მოლეკულური მასით. ალტმანმა მათ უწოდა ნუკლეინის მჟავები, ლათინური სიტყვიდან "nucleus" - ბირთვი. ისევე როგორც ცილები, ნუკლეინის მჟავები პოლიმერებია. მათი მონომერები არის ნუკლეოტიდები, ამიტომ ნუკლეინის მჟავებს ასევე შეიძლება ეწოდოს პოლინუკლეოტიდები.

ნუკლეინის მჟავები ნაპოვნია ყველა ორგანიზმის უჯრედში, უმარტივესიდან უმაღლესამდე. ყველაზე გასაკვირი ის არის, რომ ამ ნივთიერებების ქიმიური შემადგენლობა, სტრუქტურა და ძირითადი თვისებები მსგავსი აღმოჩნდა სხვადასხვა ცოცხალ ორგანიზმებში. მაგრამ თუ დაახლოებით 20 ტიპის ამინომჟავა მონაწილეობს ცილების მშენებლობაში, მაშინ არის მხოლოდ ოთხი განსხვავებული ნუკლეოტიდი, რომლებიც ქმნიან ნუკლეინის მჟავებს.

ნუკლეინის მჟავები იყოფა ორ ტიპად - დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ) და რიბონუკლეინის მჟავა (რნმ). დნმ-ის შემადგენლობაში შედის აზოტოვანი ფუძეები (ადენინი (A), გუანინი (G), თიმინი (T), ციტოზინი (C)), დეზოქსირიბოზა C 5 H 10 O 4 და ფოსფორმჟავას ნარჩენი. რნმ შეიცავს ურაცილს (U) თიმინის ნაცვლად და რიბოზას (C5H10O5) დეზოქსირიბოზის ნაცვლად. დნმ-ის და რნმ-ის მონომერები არის ნუკლეოტიდები, რომლებიც შედგება აზოტის, პურინის (ადენინი და გუანინი) და პირიმიდინის (ურაცილი, თიმინი და ციტოზინი) ბაზებისგან, ფოსფორმჟავას ნარჩენებისგან და ნახშირწყლებისაგან (რიბოზა და დეოქსირიბოზა).

დნმ-ის მოლეკულები შეიცავს ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედის ბირთვის ქრომოსომებს, მიტოქონდრიების, ქლოროპლასტების ეკვივალენტურ სტრუქტურებში, პროკარიოტულ უჯრედებში და ბევრ ვირუსში. თავისი სტრუქტურით დნმ-ის მოლეკულა ორმაგი სპირალის მსგავსია. დნმ-ის სტრუქტურული მოდელი
ორმაგი სპირალის ფორმა პირველად 1953 წელს შემოგვთავაზეს ამერიკელმა ბიოქიმიკოსმა ჯ. უოტსონმა და ინგლისელმა ბიოფიზიკოსმა და გენეტიკოსმა ფ. კრიკმა, რომლებსაც მიენიჭათ ნობელის პრემია 1962 წელს ინგლისელ ბიოფიზიკოს მ. უილკინსონთან ერთად, რომელმაც მიიღო X-. დნმ-ის სხივი ნუკლეინის მჟავები არის ბიოპოლიმერები, რომელთა მაკრომოლეკულები შედგება განმეორებით განმეორებადი რგოლებისგან - ნუკლეოტიდებისგან. აქედან გამომდინარე, მათ ასევე უწოდებენ პოლინუკლეოტიდებს. ნუკლეინის მჟავების ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მათი ნუკლეოტიდური შემადგენლობა. ნუკლეოტიდის შემადგენლობა - ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურული ერთეული - მოიცავს სამ კომპონენტს:

აზოტოვანი ბაზა - პირიმიდინი ან პურინი. ნუკლეინის მჟავები შეიცავს 4 სხვადასხვა ტიპის ფუძეს: ორი მათგანი მიეკუთვნება პურინების კლასს, ხოლო ორი ეკუთვნის პირამიდინების კლასს. რგოლებში შემავალი აზოტი მოლეკულებს აძლევს მათ ძირითად თვისებებს.

მონოსაქარიდი - რიბოზა ან 2-დეოქსირიბოზა. შაქარი, რომელიც არის ნუკლეოტიდის ნაწილი, შეიცავს ხუთ ნახშირბადის ატომს, ე.ი. არის პენტოზა. ნუკლეოტიდში არსებული პენტოზის სახეობიდან გამომდინარე, არსებობს ნუკლეინის მჟავების ორი ტიპი - რიბონუკლეინის მჟავები (რნმ), რომლებიც შეიცავს რიბოზას და დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავებს (დნმ), რომლებიც შეიცავს დეზოქსირიბოზას.

ფოსფორის მჟავის ნარჩენი. ნუკლეინის მჟავები არის მჟავები, რადგან მათი მოლეკულები შეიცავს ფოსფორის მჟავას.

ნუკლეოტიდი არის ნუკლეოზიდის ფოსფატის ესტერი. ნუკლეოზიდი შედგება ორი კომპონენტისგან: მონოსაქარიდი (რიბოზა ან დეზოქსირიბოზა) და აზოტოვანი ბაზა.

PC-ის შემადგენლობის განსაზღვრის მეთოდი ემყარება მათი ფერმენტული ან ქიმიური დაშლის დროს წარმოქმნილი ჰიდროლიზატების ანალიზს. ჩვეულებრივ გამოიყენება NC-ების ქიმიური დაშლის სამი მეთოდი. მჟავა ჰიდროლიზი მძიმე პირობებში (70% პერქლორინის მჟავა, 100°C, 1 სთ ან 100% ჭიანჭველა მჟავა, 175°C, 2 სთ), რომელიც გამოიყენება როგორც დნმ-ის, ასევე რნმ-ის გასაანალიზებლად, არღვევს ყველა N-გლიკოზიდურ კავშირს და წარმოიქმნება ნარევი. პურინის და პირმიდინის ფუძეები.

ნუკლეოტიდები დაკავშირებულია ჯაჭვში კოვალენტური ბმების მეშვეობით. ამ გზით წარმოქმნილი ნუკლეოტიდების ჯაჭვები გაერთიანებულია დნმ-ის ერთ მოლეკულაში მთელ სიგრძეზე წყალბადის ბმებით: ერთი ჯაჭვის ადენინის ნუკლეოტიდი უკავშირდება მეორე ჯაჭვის თიმინის ნუკლეოტიდს, ხოლო გუანინის ნუკლეოტიდი ციტოზინს. ამ შემთხვევაში ადენინი ყოველთვის ცნობს მხოლოდ თიმინს და უკავშირდება მას და პირიქით. ანალოგიურ წყვილს ქმნიან გუანინი და ციტოზინი. ასეთ ბაზის წყვილებს, ისევე როგორც ნუკლეოტიდებს, უწოდებენ კომპლემენტურს, ხოლო ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულის წარმოქმნის პრინციპს ეწოდება კომპლემენტარობის პრინციპი. ნუკლეოტიდური წყვილების რაოდენობა, მაგალითად, ადამიანის სხეულში არის 3 - 3,5 მილიარდი.

დნმ არის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის მატერიალური მატარებელი, რომელიც კოდირებულია ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობით. ოთხი ტიპის ნუკლეოტიდების განლაგება დნმ-ის ჯაჭვებში განსაზღვრავს ამინომჟავების თანმიმდევრობას ცილის მოლეკულებში, ე.ი. მათი პირველადი სტრუქტურა. უჯრედების თვისებები და ორგანიზმების ინდივიდუალური მახასიათებლები დამოკიდებულია ცილების ერთობლიობაზე. ნუკლეოტიდების გარკვეული კომბინაცია, რომელიც ატარებს ინფორმაციას ცილის სტრუქტურისა და დნმ-ის მოლეკულაში მათი მდებარეობის თანმიმდევრობის შესახებ, ქმნის გენეტიკურ კოდს. გენი (ბერძნულიდან genos - გვარი, წარმოშობა) - მემკვიდრეობითი მასალის ერთეული, რომელიც პასუხისმგებელია ნებისმიერი თვისების ფორმირებაზე. ის იკავებს დნმ-ის მოლეკულის ნაწილს, რომელიც განსაზღვრავს ერთი ცილის მოლეკულის სტრუქტურას. მოცემული ორგანიზმის ქრომოსომების ერთეულში შემავალი გენების მთლიანობას გენომი ეწოდება, ხოლო ორგანიზმის გენეტიკურ კონსტიტუციას (მისი ყველა გენის მთლიანობას) გენოტიპი. ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის დარღვევა დნმ-ის ჯაჭვში და, შესაბამისად, გენოტიპში იწვევს ორგანიზმში მემკვიდრეობით ცვლილებებს-მუტაციებს.

დნმ-ის მოლეკულებს ახასიათებთ გაორმაგების მნიშვნელოვანი თვისება - ორი იდენტური ორმაგი სპირალის წარმოქმნა, რომელთაგან თითოეული ორიგინალური მოლეკულის იდენტურია. დნმ-ის მოლეკულის დუბლირების ამ პროცესს რეპლიკაცია ეწოდება. რეპლიკაცია გულისხმობს ძველის რღვევას და ახალი წყალბადური ბმების წარმოქმნას, რომლებიც აერთიანებს ნუკლეოტიდების ჯაჭვებს. რეპლიკაციის დაწყებისას, ორი ძველი ჯაჭვი იწყებს გაშლას და ერთმანეთისგან განცალკევებას. შემდეგ, კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით, ორ ძველ ჯაჭვს ახლები ემატება. ეს ქმნის ორ იდენტურ ორმაგ სპირალს. რეპლიკაცია იძლევა დნმ-ის მოლეკულებში შემავალი გენეტიკური ინფორმაციის ზუსტ ასლს და გადასცემს მას თაობიდან თაობას.

    დნმ-ის შემადგენლობა

დნმ (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა)- ბიოლოგიური პოლიმერი, რომელიც შედგება ერთმანეთთან დაკავშირებული ორი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვისგან. მონომერები, რომლებიც ქმნიან დნმ-ის თითოეულ ჯაჭვს წარმოადგენს კომპლექსურ ორგანულ ნაერთებს, რომლებიც მოიცავს ოთხიდან ერთ-ერთ აზოტოვან ბაზას: ადენინი (A) ან თიმინი (T), ციტოზინი (C) ან გუანინი (G); ხუთატომიანი შაქრის პენტოზა - დეზოქსირიბოზა, რომლის სახელიც თავად დნმ-ს ეწოდა, ასევე ფოსფორის მჟავას ნარჩენი. ამ ნაერთებს ნუკლეოტიდები ეწოდება. თითოეულ ჯაჭვში ნუკლეოტიდები გაერთიანებულია კოვალენტური ბმების წარმოქმნით ერთის დეზოქსირიბოზასა და შემდეგი ნუკლეოტიდის ფოსფორმჟავას ნარჩენებს შორის. ორი ჯაჭვი გაერთიანებულია ერთ მოლეკულაში წყალბადის ბმების გამოყენებით, რომლებიც წარმოიქმნება აზოტოვან ფუძეებს შორის, რომლებიც წარმოადგენენ ნუკლეოტიდების ნაწილს, რომლებიც ქმნიან სხვადასხვა ჯაჭვებს.

სხვადასხვა წარმოშობის დნმ-ის ნუკლეოტიდური შემადგენლობის შესწავლისას ჩარგაფმა აღმოაჩინა შემდეგი ნიმუშები.

1. ყველა დნმ, განურჩევლად მათი წარმოშობისა, შეიცავს პურინისა და პირიმიდინის ფუძეების ერთსა და იმავე რაოდენობას. ამიტომ, ნებისმიერ დნმ-ში არის ერთი პირიმიდინის ნუკლეოტიდი თითოეული პურინის ნუკლეოტიდზე.

2. ნებისმიერი დნმ ყოველთვის შეიცავს თანაბარი რაოდენობით ადენინს და თიმინს, გუანინს და ციტოზინს წყვილებში, რომელსაც ჩვეულებრივ მოიხსენიებენ როგორც A=T და G=C. ამ კანონზომიერებიდან გამომდინარეობს მესამე ნიმუში.

3. პირიმიდინის ბირთვის მე-4 და პურინის მე-6 პოზიციაზე ამინოჯგუფების შემცველი ფუძეების რაოდენობა (ციტოზინი და ადენინი) უდრის ოქსო ჯგუფის შემცველი ფუძეების რაოდენობას იმავე პოზიციებზე (გუანინი და თიმინი), ანუ A + C = G + T. ამ შაბლონებს ჩარგაფის წესებს უწოდებენ. ამასთან, დადგინდა, რომ დნმ-ის თითოეული ტიპისთვის, გუანინისა და ციტოზინის მთლიანი შემცველობა არ არის ადენინის და თიმინის მთლიანი შემცველობის ტოლი, ანუ (G + C) / (A + T), როგორც წესი, განსხვავდება ერთიანობისგან (შეიძლება მეტიც და ნაკლებიც). ამ მახასიათებლის მიხედვით განასხვავებენ დნმ-ის ორ ძირითად ტიპს: AT-ტიპი ადენინისა და თიმინის უპირატესი შემცველობით და GC-ტიპი გუანინისა და ციტოზინის უპირატესი შემცველობით.

გუანინისა და ციტოზინის ჯამის შემცველობის თანაფარდობის მნიშვნელობა ადენინისა და თიმინის შემცველობის ჯამს, რომელიც ახასიათებს მოცემული ტიპის დნმ-ის ნუკლეოტიდურ შემადგენლობას, ჩვეულებრივ ე.წ. სპეციფიკურობის კოეფიციენტი. თითოეულ დნმ-ს აქვს სპეციფიკურობის დამახასიათებელი კოეფიციენტი, რომელიც შეიძლება განსხვავდებოდეს 0,3-დან 2,8-მდე. სპეციფიკურობის კოეფიციენტის გაანგარიშებისას მხედველობაში მიიღება მინორი ბაზების შემცველობა, ასევე ძირითადი ფუძეების ჩანაცვლება მათი წარმოებულებით. მაგალითად, ხორბლის ჩანასახის EDNA-სთვის სპეციფიკურობის კოეფიციენტის გამოთვლისას, რომელიც შეიცავს 6% 5-მეთილციტოზინს, ეს უკანასკნელი შედის გუანინის (22,7%) და ციტოზინის (16,8%) შემცველობის ჯამში. ჩარგაფის წესების მნიშვნელობა დნმ-ისთვის ცხადი გახდა მისი სივრცითი სტრუქტურის ჩამოყალიბების შემდეგ.

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ