4.2.1. ნუკლეინის მჟავების ძირითადი სტრუქტურადაურეკა მონონუკლეოტიდების თანმიმდევრობა დნმ ან რნმ ჯაჭვში . ნუკლეინის მჟავების პირველადი სტრუქტურა სტაბილიზირებულია 3",5"-ფოსფოდიესტერული ბმებით. ეს ობლიგაციები იქმნება ჰიდროქსილის ჯგუფის ურთიერთქმედებით თითოეული ნუკლეოტიდის პენტოზის ნარჩენის 3"-პოზიციაში მიმდებარე ნუკლეოტიდის ფოსფატულ ჯგუფთან (სურათი 3.2).
ამრიგად, პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვის ერთ ბოლოში არის თავისუფალი 5'-ფოსფატური ჯგუფი (5'-ბოლო), ხოლო მეორე ბოლოში არის თავისუფალი ჰიდროქსილის ჯგუფი 3'-პოზიციაში (3'-ბოლო). ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობები ჩვეულებრივ იწერება მიმართულებით 5" ბოლოდან 3" ბოლომდე.
სურათი 4.2. დინუკლეოტიდის სტრუქტურა, რომელიც მოიცავს ადენოზინ-5"-მონოფოსფატს და ციტიდინ-5"-მონოფოსფატს.
4.2.2. დნმ (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა)შეიცავს უჯრედის ბირთვს და აქვს მოლეკულური წონა დაახლოებით 1011 Da. მისი ნუკლეოტიდები შეიცავს აზოტოვან ფუძეებს. ადენინი, გუანინი, ციტოზინი, თიმინი , ნახშირწყლები დეზოქსირიბოზა და ფოსფორის მჟავის ნარჩენები. დნმ-ის მოლეკულაში აზოტოვანი ფუძეების შემცველობა განისაზღვრება ჩარგაფის წესებით:
1) პურინული ფუძეების რაოდენობა უდრის პირიმიდინის რაოდენობას (A + G = C + T);
2) ადენინის და ციტოზინის რაოდენობა ტოლია შესაბამისად თიმინისა და გუანინის რაოდენობას (A = T; C = G);
3) სხვადასხვა ბიოლოგიური სახეობის უჯრედებიდან გამოყოფილი დნმ განსხვავდება ერთმანეთისგან სპეციფიკურობის კოეფიციენტის მნიშვნელობით:
(G + C) / (A + T)
დნმ-ის სტრუქტურაში ეს ნიმუშები აიხსნება მისი მეორადი სტრუქტურის შემდეგი მახასიათებლებით:
1) დნმ-ის მოლეკულა აგებულია ორი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვიდან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული წყალბადის ბმებით და ორიენტირებული ანტიპარალელურია (ანუ, ერთი ჯაჭვის 3 "ბოლო მდებარეობს მეორე ჯაჭვის 5" ბოლოზე და პირიქით);
2) წყალბადის ბმები წარმოიქმნება აზოტოვანი ფუძეების დამატებით წყვილებს შორის. ადენინი არის თიმინის შემავსებელი; ეს წყვილი სტაბილიზირებულია ორი წყალბადის ბმით. გუანინი ავსებს ციტოზინს; ეს წყვილი სტაბილიზირებულია სამი წყალბადის ბმით (იხ. სურათი ბ). რაც მეტია G-C წყვილი დნმ-ის მოლეკულაში, მით მეტია მისი წინააღმდეგობა მაღალი ტემპერატურისა და მაიონებელი გამოსხივების მიმართ;
სურათი 3.3. წყალბადის ბმები აზოტოვან ფუძეებს შორის.
3) დნმ-ის ორივე ჯაჭვი გრეხილია საერთო ღერძის მქონე სპირალში. აზოტოვანი ფუძეები მიმართულია სპირალის შიგნით; წყალბადის ურთიერთქმედების გარდა, მათ შორის წარმოიქმნება ჰიდროფობიური ურთიერთქმედებაც. რიბოზა ფოსფატის ნაწილები განლაგებულია პერიფერიის გასწვრივ, ქმნიან სპირალის ხერხემალს (იხ. სურათი 3.4).
სურათი 3.4. დნმ-ის სტრუქტურის დიაგრამა.
4.2.3. რნმ (რიბონუკლეინის მჟავა)შეიცავს ძირითადად უჯრედის ციტოპლაზმაში და აქვს მოლეკულური წონა 104 - 106 Da. მისი ნუკლეოტიდები შეიცავს აზოტოვან ფუძეებს. ადენინი, გუანინი, ციტოზინი, ურაცილი , ნახშირწყლები რიბოზა და ფოსფორის მჟავის ნარჩენები. დნმ-ისგან განსხვავებით, რნმ-ის მოლეკულები აგებულია ერთი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვიდან, რომელშიც შეიძლება არსებობდეს ერთმანეთის შემავსებელი სექციები (სურათი 3.5). ამ მონაკვეთებს შეუძლიათ ერთმანეთთან ურთიერთქმედება, ორმაგი სპირალის ფორმირება, არასპირალიზებული მონაკვეთების მონაცვლეობით.
სურათი 3.5. გადაცემის რნმ-ის სტრუქტურის სქემა.
სტრუქტურისა და ფუნქციის მახასიათებლების მიხედვით, განასხვავებენ რნმ-ის სამ ძირითად ტიპს:
1) მესინჯერი (მესინჯერი) რნმ (მრნმ)ცილის სტრუქტურის შესახებ ინფორმაციის გადაცემა უჯრედის ბირთვიდან რიბოსომებამდე;
2) გადაცემის რნმ (tRNA)განახორციელოს ამინომჟავების ტრანსპორტირება ცილის სინთეზის ადგილზე;
3) რიბოსომული რნმ (rRNA)არიან რიბოზომების ნაწილი, მონაწილეობენ ცილის სინთეზში.
დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავები (დნმ) არის წრფივი (ან ციკლური), განშტოებული პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდები. დნმ-ის სტრუქტურული ერთეულია დეზოქსირიბონუკლეოტიდები, კერძოდ დეოქსირიბონუკლეოზიდის მონოფოსფატები (DNMP).
DNMF არის ნაერთები, რომლებიც შედგება პურინის ან პირიმიდინის აზოტოვანი ფუძისგან, დეზოქსირიბოზისა და ერთი ფოსფორის მჟავის ნარჩენებისგან.
როგორც პურინის ბაზები, DNMF მოიცავს ადენინს და გუანინს, პირიმიდინის ფუძეები წარმოდგენილია თიმინით და ციტოზინით. პურინისა და პირიმიდინის ჰიდროქსი წარმოებულების მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მათი ტავტომერული (ლაქტიმ-ლაქტამის) გარდაქმნების შესაძლებლობა. დნმ-ის შემადგენლობაში აზოტოვანი ფუძეების ყველა ჰიდროქსი წარმოებული წარმოდგენილია ლაქტამების სახით (კეტო ფორმა).
დეზოკრიბონუკლეოზიდის მონოფოსფატები.
დეოქსიადენოზინ მონოფოსფატი დეოქსიგუანოზინ მონოფოსფატი
dAMP dGMP
დეოქსიციტიდინის მონოფოსფატი დეოქსითიმიდინ მონოფოსფატი
dCMP dTMP
დნმ-ის შემადგენლობაში, მითითებულ DNMP-ებთან ერთად, მცირე რაოდენობით გვხვდება DNMP-ები მცირე (ეგზოტიკური) ბაზებით. მცირე აზოტოვანი ფუძეები არის მეთილირებული, ჰიდროქსიმეთილირებული ან გლუკოზირებული ფუძეები, რომლებიც წარმოიქმნება დნმ-ის დამუშავების (მომწიფების) დროს პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდის ძირითადი ფუძეების მოდიფიკაციის შედეგად. მცირე აზოტოვანი ბაზების მაგალითებია:
პურინის ფუძეები პირიმიდინის ფუძეები
N 6 -მეთილადენინი 5-მეთილციტოზინი
1(ან 3, ან 7)-მეთილგუანინი 5-ჰიდროქსიმეთილციტოზინი ურანილი
N 2 -მეთილ (ან დიმეთილ) -გუანინ ჰიდროქსიმეთილურაცილი
დნმ-ის ნუკლეოტიდური შემადგენლობის შესასწავლად გამოიყენება დნმ-ის ჰიდროლიზი, რასაც მოჰყვება ქრომატოგრაფია და აზოტოვანი ფუძეების ხარისხობრივი და რაოდენობრივი განსაზღვრა. ანალიზის კლასიკურ მეთოდებთან ერთად, დნმ-ის ნუკლეოტიდური შემადგენლობა ასევე შეიძლება განისაზღვროს დნმ-ის დნობის ტემპერატურიდან (GC წყვილის შემცველობა პირდაპირპროპორციულია დნობის ტემპერატურაზე) და დნმ-ის გამაძლიერებელი სიმკვრივიდან ცეზიუმში ულტრაცენტრფუგაციის დროს. ქლორიდის სიმკვრივის გრადიენტი (GC წყვილების შემცველობა პირდაპირპროპორციულია ბუანტური სიმკვრივისა).
სხვადასხვა ტიპის ორგანიზმების დნმ-ის ნუკლეოტიდური შემადგენლობის გაანალიზებისას დადგინდა მთელი რიგი შაბლონები, რომლებიც ახასიათებს აზოტოვანი ფუძეების რაოდენობრივ თანაფარდობას (ჩარგაფის წესები).
1. ადენინის მოლური შემცველობა ტოლია თიმინის მოლარულ შემცველობას, ხოლო გუანინის მოლური შემცველობა ციტოზინის მოლარულ შემცველობას.
A = T, ან A: T = 1.
G \u003d C, ან G: C \u003d 1.
2. პურინის ფუძეების ჯამი უდრის პირიმიდინის ფუძეების ჯამს.
A + G \u003d T + C, ან (A + G) : (T + C) \u003d 1.
პურინები = პირიმიდინები.
3. მრავალუჯრედიანი ორგანიზმის სხვადასხვა უჯრედის დნმ-ის ნუკლეოტიდური შემადგენლობა ერთნაირია.
4. თითოეულ ბიოლოგიურ სახეობას ახასიათებს დნმ-ის მუდმივი სპეციფიკური ნუკლეოტიდური შემადგენლობა, რაც აისახება სპეციფიკურობის კოეფიციენტში.
K = ------------;
AT ან GC-ის უპირატესობის მიხედვით განასხვავებენ AT და GC დნმ-ის ტიპებს, შესაბამისად. AT-ტიპი დამახასიათებელია, კერძოდ, აკორდებისთვის და უხერხემლოებისთვის, უმაღლესი მცენარეებისთვის და საფუვრებისთვის. ბაქტერიების სხვადასხვა სახეობაში ნუკლეოტიდის შემადგენლობაში არის გაფანტვა ძლიერად გამოხატული GC ტიპიდან AT ტიპამდე. სპეციფიკურობის კოეფიციენტზე დაყრდნობით შემუშავებულია ფლორისა და ფაუნის ობიექტების გენეტიკური სისტემატიკის პრინციპები.
3.3 დნმ-ის პირველადი სტრუქტურა.
დეოქსირიბონუკლეინის მჟავები (დნმ) წრფივია
(ან ციკლური) პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდები.
დნმ-ის პირველადი სტრუქტურა არის დეზოქსირიბონუკლეოზიდის მონოფოსფატის (DNMP) ნარჩენების ალტერნატიული თანმიმდევრობა პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდურ ჯაჭვში.
დნმ-ის პირველადი სტრუქტურა არის კოვალენტური სტრუქტურა, ვინაიდან პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდის ჯაჭვში DNMP ნარჩენები ერთმანეთთან დაკავშირებულია 3", 5" ფოსფოდიესტერის ბმებით.
პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდის ჩონჩხი (ხერხემი, ხერხემალი) შედგება ერთფეროვანი მონაცვლეობით დეზოქსირიბოზისა და ფოსფატის ჯგუფებისგან, რომლებიც ერთმანეთზე თანაბარ მანძილზეა მიმაგრებული ხერხემალზე. დნმ-ის შაქრის-ფოსფატის ხერხემალი, რომელსაც აქვს დიდი უარყოფითი მუხტი, არის მოლეკულის უაღრესად პოლარული ნაწილი, ხოლო აზოტოვანი ფუძეები არაპოლარული, ჰიდროფობიური კომპონენტებია.
პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდურ ჯაჭვს აქვს ვექტორულობა, აქვს მიმართულება 5'-ბოლოდან (ჯაჭვის დასაწყისი) 3'-ბოლომდე (ჯაჭვის ბოლო), ე.ი. 5"---->3". 5' ბოლო (ფოსფატის დასასრული) და 3' დასასრული (ჰიდროქსილის ბოლო) არის ბოლოები, რომლებშიც 5' და 3' დეზოქსირიბოზის ატომები, შესაბამისად, თავისუფალია ინტერნუკლეოტიდური კავშირისგან. ვექტორულობა განისაზღვრება პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდური ჯაჭვის შეკრების მიმართულებით.
დნმ-ის პოლიკონდენსაციის კოეფიციენტი მერყეობს 0,5-დან. 10 4 ვირუსებისთვის 10 8 უმაღლესი ევკარიოტების ბირთვული დნმ-ისთვის. ამის შესაბამისად, დნმ-ის მოლეკულური წონა ასევე მერყეობს ფართო დიაპაზონში და აღწევს რამდენიმე ათეულ მილიარდ დალტონს მაღალ ევკარიოტებში. ამავდროულად, პროკარიოტებში და ევკარიოტებში კოდირებული ცილების რაოდენობა განსხვავდება არაუმეტეს სიდიდის რიგით. ეს განპირობებულია როგორც გენების რთული ორგანიზებით, ასევე ევკარიოტებში განმეორებადი დნმ-ის არსებობით.
პროკარიოტებში დნმ წარმოდგენილია ერთი მოლეკულით. რაც უფრო რთული ხდება სახეობები, იზრდება სხვადასხვა დნმ-ის ზომა და რაოდენობა. ევკარიოტებში დნმ-ის რაოდენობა ტოლია ქრომოსომების რაოდენობას. ამრიგად, ადამიანის უჯრედებში არის 46 განსხვავებული დნმ.
თითოეულ დნმ-ს აქვს უნიკალური პირველადი სტრუქტურა და მათი პირველადი სტრუქტურა მრავალუჯრედიანი ორგანიზმის ყველა უჯრედში, როგორც ჩანს, ზუსტად იგივეა.
დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა მითითებულია 5" ბოლოდან დაწყებული ნუკლეოზიდებისთვის A, G, C და T ერთი ასო სიმბოლოების გამოყენებით.
(ნუკლეოტიდები) და f - ფოსფატის ჯგუფისთვის, მაგალითად: fAphTfGfGfC ან fATHGC.
დნმ-ის პირველადი სტრუქტურის შესწავლის სირთულე განპირობებულია პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდური ჯაჭვის ძალიან გრძელი სიგრძით და მხოლოდ ოთხი ტიპის ნუკლეოტიდის არსებობით. დნმ-ის პირველადი სტრუქტურის გასაშიფრად ადრე გამოიყენებოდა არაპირდაპირი მეთოდები:
პურინისა და პირიმიდინის ნუკლეოტიდური ერთეულების შეერთებით, ნუკლეოტიდების ცალკეული ფრაქციების (ე.წ. იზოპლატების) რაოდენობისა და სტრუქტურის გარკვევა;
დნმ-ის რეასოციაციის კინეტიკაზე (განმეორებადი მიმდევრობების არსებობა);
მცირე ბაზების განაწილებით;
დნმ-ში გამოვლენისა და პალინდრომების თანმიმდევრობის დასადგენად.
ამჟამად ფართოდ გამოიყენება პირდაპირი მეთოდები, რომლებიც გამოიყენება შემდეგი თანმიმდევრობით:
დაშლა სხვადასხვა შემაკავებელი ფერმენტებით გადახურვის თანმიმდევრობების წარმოქმნით;
დნმ-ის ფრაგმენტების ელექტროფორეზული გამოყოფა პოლიაკრილამიდის გელში მათში შემავალი ნუკლეოტიდების რაოდენობის მიხედვით;
ფრაგმენტებში ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის გაშიფვრა;
ნუკლეოტიდის ფრაგმენტების გადახურვის უბნებში განლაგების რიგის დადგენა.
პოლიდეოქსირიბონუკლეოტიდების წარმოქმნა.
ბრინჯი. პოლიდეოქსირიბონუკლეოიდური ჯაჭვის ფრაგმენტი
Ნუკლეინის მჟავა არის ფოსფორის შემცველი არარეგულარული ჰეტეროპოლიმერები. გაიხსნა 1868 წელს გ.ფ. მიშერი.
ნუკლეინის მჟავები გვხვდება ყველა ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედებში. უფრო მეტიც, თითოეული ტიპის ორგანიზმი შეიცავს მხოლოდ მისთვის დამახასიათებელ ნუკლეინის მჟავების საკუთარ კომპლექტს. ბუნებაში 1 200 000-ზე მეტი სახეობის ცოცხალი ორგანიზმია - ბაქტერიებიდან და ადამიანებისგან. ეს ნიშნავს, რომ არსებობს დაახლოებით 10 10 სხვადასხვა ნუკლეინის მჟავა, რომლებიც აგებულია მხოლოდ ოთხი აზოტოვანი ფუძისგან. როგორ შეუძლია ოთხ აზოტოვან ფუძეს 10 10 ნუკლეინის მჟავის კოდირება? დაახლოებით იგივეა, რაც ჩვენს აზრებს ვშიფრავთ ქაღალდზე. ჩვენ ვადგენთ ანბანის ასოების თანმიმდევრობას, ვაჯგუფებთ მათ სიტყვებად და ბუნება შიფრავს მემკვიდრეობით ინფორმაციას, ადგენს მრავალი ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობას.
ნუკლეოტიდი - შედარებით მარტივი მონომერი, რომლის მოლეკულებიდან აგებულია ნუკლეინის მჟავები. თითოეული ნუკლეოტიდი შედგება: აზოტოვანი ფუძისგან, ხუთნახშირბადოვანი შაქრისგან (რიბოზა ან დეზოქსირიბოზა) და ფოსფორის მჟავის ნარჩენისაგან. ნუკლეოტიდის ძირითადი ნაწილია აზოტოვანი ბაზა.
აზოტოვან ფუძეებს აქვთ ციკლური სტრუქტურა, რომელიც სხვა ატომებთან ერთად (C, O, H) მოიცავს აზოტის ატომებს. ამის გამო ამ ნაერთებს ე.წ აზოტოვანი. აზოტის ფუძეების ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებები ასევე დაკავშირებულია აზოტის ატომებთან, მაგალითად, მათი სუსტად ძირითადი (ტუტე) თვისებები. აქედან გამომდინარე, ამ ნაერთებს უწოდებენ "ბაზებს".
ბუნებაში, ნუკლეინის მჟავები შეიცავს მხოლოდ ხუთ ცნობილ აზოტოვან ბაზას. ისინი გვხვდება ყველა ტიპის უჯრედში, მიკოპლაზმიდან ადამიანის უჯრედებამდე.
Ეს არის პურინიაზოტოვანი ფუძეები ადენინი (A) და გუანინი (G) და პირმიდინიურაცილი (U), თიმინი (T) და ციტოზინი (C) პურინის ფუძეები პურინის ჰეტეროციკლის წარმოებულებია, ხოლო პირიმიდინის ფუძეები პირიმიდინის წარმოებულები. ურაცილი გვხვდება მხოლოდ რნმ-ში, თიმინი კი დნმ-ში. A, G და C გვხვდება როგორც დნმ-ში, ასევე დნმ-ში.
ნუკლეინის მჟავებში ორი სახის ნუკლეოტიდებია: დეზოქსირიბონუკლეოტიდები - დნმ-ში, რიბონუკლეოტიდები - რნმ-ში. დეზოქსირიბოზის სტრუქტურა განსხვავდება რიბოზისგან იმით, რომ არ არის ჰიდროქსილის ჯგუფი დეზოქსირიბოზის მეორე ნახშირბადის ატომში.
აზოტოვანი ფუძისა და პენტოზის შერწყმის შედეგად, ნუკლეოზიდი. ნუკლეოზიდი დაკავშირებულია ფოსფორის მჟავის ნარჩენთან ნუკლეოტიდი:
აზოტოვანი ბაზა + პენტოზა = ნუკლეოზიდი + ფოსფორის მჟავის ნარჩენი = ნუკლეოტიდი
აღწერილია აზოტოვანი ფუძეების თანაფარდობა დნმ-ის მოლეკულაში ჩარგაფის წესები:
1. ადენინის რაოდენობა ტოლია თიმინის რაოდენობას (A = T).
2. გუანინის რაოდენობა უდრის ციტოზინის რაოდენობას (G = C).
3. პურინების რაოდენობა უდრის პირიმიდინების რაოდენობას (A + G = T + C), ე.ი. A + G / T + C \u003d 1.
4. ექვსი ამინო ჯგუფის მქონე ფუძეების რაოდენობა უდრის ექვსი კეტო ჯგუფის მქონე ფუძეების რაოდენობას (A + C = G + T).
5. A + C / G + T ფუძეების თანაფარდობა არის მუდმივი მნიშვნელობა, მკაცრად სახეობის სპეციფიკური: კაცი - 0,66; რვაფეხა - 0,54; თაგვი - 0,81; ხორბალი - 0,94; წყალმცენარეები - 0,64-1,76; ბაქტერიები - 0,45-2,57.
ე. ჩარგაფის მონაცემებზე დაყრდნობით პურინისა და პირიმიდინის ფუძეების თანაფარდობაზე და რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის შედეგებზე, რომლებიც მიიღეს M. Wilkins-მა და R. Franklin-მა 1953 წელს, J. Watson-მა და F. Crick-მა შემოგვთავაზეს დნმ-ის მოლეკულის მოდელი. ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულის განვითარებისთვის უოტსონმა, კრიკმა და უილკინსმა 1962 წელს ნობელის პრემია მიენიჭა.
დნმ-ის მოლეკულას ორი ჯაჭვი აქვს ერთმანეთის პარალელურად, მაგრამ საპირისპირო თანმიმდევრობით. დნმ-ის მონომერებია დეზოქსირიბონუკლეოტიდები: ადენილი (A), თიმიდილ (T), გუანილი (G) და ციტოსილი (C). ჯაჭვები ერთმანეთთან იმართება წყალბადის ბმებით: A და T შორის ორი, G და C შორის სამი წყალბადის ბმა. დნმ-ის მოლეკულის ორმაგი სპირალი ხვეულია სპირალის სახით და ერთი ბრუნი მოიცავს 10 წყვილ ნუკლეოტიდს. სპირალის ხვეულები ერთმანეთთან იმართება წყალბადის ბმებით და ჰიდროფობიური ურთიერთქმედებით. დეზოქსირიბოზის მოლეკულაში თავისუფალი ჰიდროქსილის ჯგუფები არიან 3' და 5' პოზიციებზე. ამ პოზიციებზე შეიძლება შეიქმნას დიესტერული ბმა დეზოქსირიბოზასა და ფოსფორის მჟავას შორის, რომელიც აკავშირებს ნუკლეოტიდებს ერთმანეთთან. ამ შემთხვევაში, დნმ-ის ერთი ბოლო ატარებს 5'-OH ჯგუფს, ხოლო მეორე ბოლო ატარებს 3'-OH ჯგუფს. დნმ არის ყველაზე დიდი ორგანული მოლეკულა. მათი სიგრძე მერყეობს 0,25 ნმ-დან 40 მმ-მდე ადამიანებში ბაქტერიებში (ყველაზე დიდი ცილის მოლეკულის სიგრძე არ არის 200 ნმ-ზე მეტი). დნმ-ის მოლეკულის მასა არის 6 x 10 -12 გ.
დნმ-ის პოსტულატები
1. დნმ-ის თითოეული მოლეკულა შედგება ორი ანტიპარალელური პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვისგან, რომლებიც ქმნიან ორმაგ სპირალს, რომელიც გადაგრეხილია (მარჯვნივ ან მარცხნივ) ცენტრალური ღერძის გარშემო. ანტიპარალელიზმი უზრუნველყოფილია ერთი ჯაჭვის 5' ბოლოს მეორე ძაფის 3' ბოლოსთან შეერთებით და პირიქით.
2. თითოეული ნუკლეოზიდი (პენტოზა + ფუძე) მდებარეობს სპირალის ღერძის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში.
3. სპირალის ორი ჯაჭვი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული წყალბადის ბმებით A–T (ორი) და G–C (სამი) ფუძეებს შორის.
4. ბაზის დაწყვილება უაღრესად სპეციფიკურია და ხდება კომპლემენტარობის პრინციპით, შედეგად შესაძლებელია მხოლოდ A: T, G: C წყვილები.
5. ერთ ჯაჭვში ფუძეების თანმიმდევრობა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს, მაგრამ მათი თანმიმდევრობა მეორე ჯაჭვში მკაცრად ავსებს ერთმანეთს.
დნმ-ს აქვს რეპლიკაციის (თვითგაორმაგების) და აღდგენის (თვითაღდგენის უნარი) უნიკალური თვისებები.
დნმ-ის რეპლიკაცია- მატრიცის სინთეზის რეაქცია, დნმ-ის მოლეკულის გაორმაგების პროცესი რედუპლიკაციით. 1957 წელს M. Delbrück-მა და G. Stent-მა, ექსპერიმენტების შედეგებზე დაყრდნობით, შემოგვთავაზეს დნმ-ის მოლეკულის გაორმაგების სამი მოდელი:
რომ კონსერვატიული:უზრუნველყოფს ორიგინალური ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულის შენარჩუნებას და ახალი, ასევე ორჯაჭვიანი მოლეკულის სინთეზს;
- ნახევრად კონსერვატიული:გულისხმობს დნმ-ის მოლეკულის მონოჯაჭვებად გამოყოფას ორი ჯაჭვის აზოტოვან ფუძეებს შორის წყალბადის ბმების გაწყვეტის შედეგად, რის შემდეგაც პარტნიორი დაკარგული თითოეულ ფუძეს ერთვის დამატებითი ბაზა; ქალიშვილის მოლეკულები მიიღება როგორც მშობელი მოლეკულის ზუსტი ასლები;
- გაფანტული: შედგება ორიგინალური მოლეკულის დაშლაში ნუკლეოტიდის ფრაგმენტებად, რომლებიც მრავლდება. რეპლიკაციის შემდეგ, ახალი და მშობელი ფრაგმენტები შემთხვევით იკრიბება.
იმავე 1957 წელს, მ. მესელსონმა და ფ. სტალმა ექსპერიმენტულად დაამტკიცეს ნახევრად კონსერვატიული მოდელის არსებობა, რომელიც დაფუძნებულია Escherichia coli-ზე. 10 წლის შემდეგ კი, 1967 წელს, იაპონელმა ბიოქიმიკოსმა რ. ოკაზაკიმ ნახევრად კონსერვატიულად გაშიფრა დნმ-ის რეპლიკაციის მექანიზმი.
რეპლიკაცია ხორციელდება მთელი რიგი ფერმენტების კონტროლის ქვეშ და მიმდინარეობს რამდენიმე ეტაპად. რეპლიკაციის ერთეული არის რეპლიკონი - დნმ-ის ნაწილი, რომელიც თითოეულ უჯრედულ ციკლში მხოლოდ 1-ჯერ შედის აქტიურ მდგომარეობაში. რეპლიკონი აქვს საწყისი წერტილებიდა დასასრულირეპლიკაცია. ევკარიოტებში, თითოეულ დნმ-ში ერთდროულად ჩნდება მრავალი რეპლიკონი. რეპლიკაციის საწყისი მოძრაობს თანმიმდევრულად დნმ-ის ჯაჭვის გასწვრივ იმავე მიმართულებით ან საპირისპირო მიმართულებით. რეპლიკაციის მოძრავი ფრონტი არის ჩანგალი - რეპლიკაციურიან რეპლიკაციის ჩანგალი.
როგორც მატრიცის სინთეზის ნებისმიერ რეაქციაში, რეპლიკაციის სამი ეტაპია.
ინიციაცია: ფერმენტის მიმაგრება ჰელიკაზები (ჰელიკაზები)რეპლიკაციის საწყისამდე. ჰელიკაზა ხსნის დნმ-ის მოკლე მონაკვეთებს. ამის შემდეგ თითოეულ გამოყოფილ ჯაჭვს დნმ-ის შემაკავშირებელი ცილა (DBP) ერთვის, რაც ხელს უშლის ჯაჭვების გაერთიანებას. პროკარიოტებს აქვთ დამატებითი ფერმენტი დნმ გირაზა, რომელიც ეხმარება ჰელიკაზას დნმ-ის დაშლაში.
დრეკადობა: ნუკლეოტიდების თანმიმდევრული დამატებითი დამატება, რის შედეგადაც დნმ-ის ჯაჭვი გრძელდება.
დნმ-ის სინთეზი დაუყოვნებლივ ხდება მის ორივე ჯაჭვზე. ვინაიდან ფერმენტ დნმ პოლიმერაზას შეუძლია მხოლოდ ნუკლეოტიდების ჯაჭვის შეკრება 5'-დან 3'-მდე მიმართულებით, ერთ-ერთი ჯაჭვი იმეორებს განუწყვეტლივ (რეპლიკაციის ჩანგლის მიმართულებით), ხოლო მეორე მეორდება უწყვეტად (ოკაზაკის ფრაგმენტების წარმოქმნით. ), რეპლიკაციის ჩანგლის მოძრაობის საპირისპირო მიმართულებით. პირველ ჯაჭვს ე.წ წამყვანიდა მეორე არის ჩამორჩება. დნმ-ის სინთეზი ხორციელდება ფერმენტ დნმ პოლიმერაზას მონაწილეობით. ანალოგიურად, ჩამორჩენილ ჯაჭვზე სინთეზირდება დნმ-ის ფრაგმენტები, რომლებიც შემდეგ ჯვარედინი კავშირშია ფერმენტებით - ლიგაზებით.
შეწყვეტა: დნმ-ის სინთეზის შეწყვეტა მოლეკულის სასურველი სიგრძის მიღწევისას.
დნმ-ის შეკეთება- დნმ-ის მოლეკულის უნარი "გამოასწოროს" დაზიანება, რომელიც წარმოიშვა მის ჯაჭვებში. ამ პროცესში მონაწილეობს 20-ზე მეტი ფერმენტი (ენდონუკლეაზა, ეგზონუკლეაზა, რესტრიქციული ფერმენტები, დნმ პოლიმერაზები, ლიგაზები). Ისინი არიან:
1) იპოვნეთ შეცვლილი ადგილები;
2) გაჭერით და ამოიღეთ ისინი ჯაჭვიდან;
3) ნუკლეოტიდების სწორი თანმიმდევრობის აღდგენა;
4) აღდგენილი დნმ-ის ფრაგმენტი შერწყმულია მეზობელ რეგიონებთან.
დნმ უჯრედში ასრულებს სპეციალურ ფუნქციებს, რომლებიც განისაზღვრება მისი ქიმიური შემადგენლობით, სტრუქტურით და თვისებებით: უჯრედებისა და ორგანიზმების ახალ თაობებს შორის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვა, გამრავლება და განხორციელება.
რნმ გავრცელებულია ყველა ცოცხალ ორგანიზმში და წარმოდგენილია სხვადასხვა ზომის, სტრუქტურისა და ფუნქციის მოლეკულებით. ისინი შედგება ერთი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვისგან, რომელიც წარმოიქმნება ოთხი ტიპის მონომერებით - რიბონუკლეოტიდებით: ადენილი (A), ურაცილი (U), გუანილი (G) და ციტოსილი (C). თითოეული რიბონუკლეოტიდი შედგება აზოტოვანი ფუძისგან, რიბოზასა და ფოსფორმჟავას ნარჩენებისგან. რნმ-ის ყველა მოლეკულა არის დნმ-ის გარკვეული მონაკვეთების (გენების) ზუსტი ასლები.
რნმ-ის სტრუქტურა განისაზღვრება რიბონუკლეოტიდების თანმიმდევრობით:
- პირველადი– რიბონუკლეოტიდების თანმიმდევრობა რნმ-ის ჯაჭვში; ეს არის გენეტიკური ინფორმაციის ერთგვარი ჩანაწერი; განსაზღვრავს მეორად სტრუქტურას;
-მეორადი- რნმ-ის ჯაჭვი გადაგრეხილი სპირალურად;
- მესამეული– მთელი რნმ-ის მოლეკულის სივრცითი განლაგება; მესამეული სტრუქტურა მოიცავს პირველადის მეორად სტრუქტურას და ფრაგმენტებს, რომლებიც აკავშირებენ მეორადი სტრუქტურის ერთ მონაკვეთს მეორესთან (ტრანსპორტი, რიბოსომური რნმ).
მეორადი და მესამეული სტრუქტურები წარმოიქმნება წყალბადის ბმებით და აზოტოვან ფუძეებს შორის ჰიდროფობიური ურთიერთქმედებით.
მესინჯერი რნმ (i-RNA)- აპროგრამებს უჯრედის ცილების სინთეზს, ვინაიდან თითოეული ცილა კოდირებულია შესაბამისი mRNA-ით (i-RNA შეიცავს ინფორმაციას სინთეზირებულ ცილაში ამინომჟავების თანმიმდევრობის შესახებ); წონა 10 4 -2x10 6; ხანმოკლე მოლეკულა.
გადაცემის რნმ (t-RNA)- 70-90 რიბონუკლეოტიდი, წონა 23000-30000; გენეტიკური ინფორმაციის დანერგვისას ის აწვდის გააქტიურებულ ამინომჟავებს პოლიპეპტიდების სინთეზის ადგილზე, „აცნობს“ i-RNA-ს შესაბამის მონაკვეთს; ციტოპლაზმაში იგი წარმოდგენილია ორი ფორმით: t-RNA თავისუფალი ფორმით და t-RNA ასოცირებული ამინომჟავასთან; 40-ზე მეტი სახეობა; ათი%.
ადამიანის სხეული შეიცავს უამრავ ორგანულ ნაერთს, რომლის გარეშეც შეუძლებელია მეტაბოლური პროცესების სტაბილური მიმდინარეობის წარმოდგენა, რომელიც მხარს უჭერს ყველას სასიცოცხლო აქტივობას. ერთ-ერთი ასეთი ნივთიერებაა ნუკლეოტიდები - ეს არის ნუკლეოზიდების ფოსფორის ეთერები, რომლებიც გადამწყვეტ როლს ასრულებენ ინფორმაციის გადაცემაში, აგრეთვე ქიმიურ რეაქციებში უჯრედშიდა ენერგიის გამოყოფით.
როგორც დამოუკიდებელი ორგანული ერთეულები ქმნიან ყველა ნუკლეინის მჟავას და კოენზიმის უმეტესობის შემავსებელ შემადგენლობას. მოდით განვიხილოთ უფრო დეტალურად რა არის ნუკლეოზიდური ფოსფატები და რა როლს ასრულებენ ისინი ადამიანის ორგანიზმში.
რისგან შედგება ნუკლეოტიდი. იგი ითვლება უკიდურესად რთულ ეთერად, რომელიც მიეკუთვნება ფოსფორის მჟავების და ნუკლეოზიდების ჯგუფს, რომლებიც, მათი ბიოქიმიური თვისებების მიხედვით, მიეკუთვნება N-გლიკოზიდებს და შეიცავს ჰეტეროციკლურ ფრაგმენტებს, რომლებიც დაკავშირებულია გლუკოზის მოლეკულებთან და აზოტის ატომთან.
ბუნებაში, დნმ-ის ნუკლეოტიდები ყველაზე გავრცელებულია.
გარდა ამისა, გამოიყოფა მსგავსი სტრუქტურული მახასიათებლების მქონე ორგანული ნივთიერებებიც: რიბონუკლეოტიდები, ასევე დეზოქსირიბონუკლეოტიდები. ყველა მათგანი, გამონაკლისის გარეშე, არის მონომერული მოლეკულები, რომლებიც მიეკუთვნებიან პოლიმერული ტიპის კომპლექსურ ბიოლოგიურ ნივთიერებებს.
ისინი ქმნიან ყველა ცოცხალი არსების რნმ-ს და დნმ-ს, უმარტივესი მიკროორგანიზმებიდან და ვირუსული ინფექციებიდან ადამიანის ორგანიზმამდე.
ფოსფორის დანარჩენი მოლეკულური სტრუქტურა ნუკლეოზიდის ფოსფატებს შორის ქმნის ეთერულ კავშირს ორ, სამ და ზოგიერთ შემთხვევაში დაუყოვნებლივ ხუთ ჰიდროქსილის ჯგუფთან. თითქმის გამონაკლისის გარეშე, ნუკლეოტიდები იმ არსებით ნივთიერებებს შორისაა, რომლებიც წარმოიქმნება ფოსფორის მჟავის ნარჩენებისგან, ამიტომ მათი ბმები სტაბილურია და არ იშლება შიდა და გარე გარემოს არახელსაყრელი ფაქტორების გავლენის ქვეშ.
Შენიშვნა!ნუკლეოტიდების სტრუქტურა ყოველთვის რთულია და ეფუძნება მონოესტერებს. ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა შეიძლება შეიცვალოს სტრესის ფაქტორების გავლენის ქვეშ.
ბიოლოგიური როლი
ნუკლეოტიდების გავლენა ცოცხალი არსებების სხეულში ყველა პროცესის მიმდინარეობაზე შეისწავლეს მეცნიერები, რომლებიც სწავლობენ უჯრედშიდა სივრცის მოლეკულურ სტრუქტურას.
მთელი მსოფლიოდან მეცნიერთა მრავალწლიანი მუშაობის შედეგად მიღებულ ლაბორატორიულ შედეგებზე დაყრდნობით, ნუკლეოზიდის ფოსფატების შემდეგი როლი გამოირჩევა:
- სასიცოცხლო ენერგიის უნივერსალური წყარო, რომლის წყალობითაც უჯრედები იკვებება და, შესაბამისად, შენარჩუნებულია ქსოვილების ნორმალური ფუნქციონირება, რომლებიც ქმნიან შინაგან ორგანოებს, ბიოლოგიურ სითხეებს, ეპითელურ საფარს და სისხლძარღვთა სისტემას;
- არიან გლუკოზის მონომერების გადამტანები ნებისმიერი ტიპის უჯრედებში (ეს არის ნახშირწყლების მეტაბოლიზმის ერთ-ერთი ფორმა, როდესაც მოხმარებული შაქარი საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების გავლენით გარდაიქმნება გლუკოზად, რომელიც სხეულის ყველა კუთხეში გადადის ნუკლეოზიდის ფოსფატებთან ერთად);
- შეასრულოს კოენზიმის ფუნქცია (ვიტამინი და მინერალური ნაერთები, რომლებიც ხელს უწყობენ უჯრედების საკვები ნივთიერებებით უზრუნველყოფას);
- რთული და ციკლური მონონუკლეოტიდები არის ჰორმონების ბიოლოგიური გამტარები, რომლებიც ვრცელდება სისხლის ნაკადთან ერთად და ასევე აძლიერებს ნეირონული იმპულსების მოქმედებას;
- ალოსტერულად არეგულირებს პანკრეასის ქსოვილების მიერ წარმოქმნილი საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების აქტივობას.
ნუკლეოტიდები ნუკლეინის მჟავების ნაწილია. ისინი დაკავშირებულია ფოსფოდიესტერული ტიპის სამი და ხუთი ბმით. გენეტიკოსები და მეცნიერები, რომლებმაც სიცოცხლე მიუძღვნეს მოლეკულურ ბიოლოგიას, აგრძელებენ ლაბორატორიულ კვლევებს ნუკლეოზიდის ფოსფატებზე, ასე რომ, ყოველწლიურად მსოფლიო კიდევ უფრო საინტერესოს იგებს ნუკლეოტიდების თვისებებზე.
ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა არის ერთგვარი გენეტიკური ბალანსი და ამინომჟავების განლაგების ბალანსი დნმ-ის სტრუქტურაში, ესტერების ნარჩენების განთავსების თავისებური რიგი ნუკლეინის მჟავების შემადგენლობაში.
იგი განისაზღვრება ანალიზისთვის შერჩეული ბიოლოგიური მასალის თანმიმდევრობის ტრადიციული მეთოდის გამოყენებით.
T, თიმინი;
A - ადენინი;
G, გუანინი;
C, ციტოზინი;
R – GA ადენინი კომპლექსში გუანინის და პურინის ფუძეებთან;
Y, TC პირმიდინის ნაერთები;
K, GT ნუკლეოტიდები, რომლებიც შეიცავს კეტო ჯგუფს;
M - AC შედის ამინო ჯგუფში;
S - GC ძლიერი, ხასიათდება სამი წყალბადის ნაერთებით;
W - AT არასტაბილურია, რომლებიც ქმნიან მხოლოდ ორ წყალბადურ კავშირს.
ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა შეიძლება შეიცვალოს, ხოლო აღნიშვნები ლათინური ასოებით აუცილებელია იმ შემთხვევებში, როდესაც ეთერის ნაერთების რიგი უცნობია, უმნიშვნელოა, ან პირველადი კვლევების შედეგები უკვე ხელმისაწვდომია.
ნუკლეოზიდის ფოსფატების ვარიანტებისა და კომბინაციების უდიდესი რაოდენობა დამახასიათებელია დნმ-ისთვის. სიმბოლოები A, C, G, U საკმარისია რნმ-ის არსებითი ნაერთების დასაწერად, ბოლო ასოს აღნიშვნაა ნივთიერება ურიდინი, რომელიც გვხვდება მხოლოდ რნმ-ში. სიმბოლური თანმიმდევრობა ყოველთვის იწერება სივრცეების გარეშე.
სასარგებლო ვიდეო: ნუკლეინის მჟავები (დნმ და რნმ)
რამდენი ნუკლეოტიდია დნმ-ში
იმისათვის, რომ რაც შეიძლება მეტი დეტალი გავიგოთ, რა არის საქმე, უნდა გქონდეთ მკაფიო გაგება თავად დნმ-ის შესახებ. ეს არის ცალკეული ტიპის მოლეკულები, რომლებსაც აქვთ წაგრძელებული ფორმა და შედგება სტრუქტურული ელემენტებისაგან, კერძოდ ნუკლეოზიდის ფოსფატებისაგან. რამდენი ნუკლეოტიდია დნმ-ში? ამ ტიპის არსებითი ნაერთების 4 ტიპი არსებობს, რომლებიც დნმ-ის ნაწილია. ესენია ადენინი, თიმინი, ციტოზინი და გუანინი. ყველა მათგანი ქმნის ერთ ჯაჭვს, საიდანაც იქმნება დნმ-ის მოლეკულური სტრუქტურა.
დნმ-ის სტრუქტურა პირველად 1953 წელს გაშიფრეს ამერიკელმა მეცნიერებმა ფრენსის კრიკმა და ჯეიმს უოტსონმა. დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის ერთი მოლეკულა შეიცავს ნუკლეოზიდის ფოსფატების ორ ჯაჭვს. ისინი განლაგებულია ისე, რომ გამოიყურებოდეს სპირალის სახით, რომელიც ტრიალდება მისი ღერძის გარშემო.
Შენიშვნა!ნუკლეოტიდების რაოდენობა დნმ-ში უცვლელია და შემოიფარგლება მხოლოდ ოთხი სახეობით – ამ აღმოჩენამ კაცობრიობა დააახლოვა ადამიანის სრული გენეტიკური კოდის გაშიფვრასთან.
ამ შემთხვევაში, მოლეკულის სტრუქტურას აქვს ერთი მნიშვნელოვანი თვისება. ყველა ნუკლეოტიდურ ჯაჭვს აქვს კომპლემენტარობის თვისება. ეს ნიშნავს, რომ მხოლოდ გარკვეული ტიპის არსებითი ნაერთები მოთავსებულია ერთმანეთის საპირისპიროდ.ცნობილია, რომ ადენინი ყოველთვის თიმინის საპირისპიროდ მდებარეობს. ციტოზინის საპირისპიროდ გუანინის გარდა სხვა ნივთიერება არ გვხვდება. ასეთი ნუკლეოტიდური წყვილები ქმნიან კომპლემენტარობის პრინციპს და განუყოფელია.
წონა და სიგრძე
რთული მათემატიკური გამოთვლებისა და ლაბორატორიული კვლევების დახმარებით მეცნიერებმა შეძლეს დაედგინათ არსებითი ნაერთების ზუსტი ფიზიკური და ბიოლოგიური თვისებები, რომლებიც ქმნიან დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის მოლეკულურ სტრუქტურას.
ცნობილია, რომ ერთი უჯრედშიდა ნარჩენის სიგრძე, რომელიც შედგება ამინომჟავებისგან ერთ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში, არის 3,5 ანგსტრომი. ერთი მოლეკულური ნარჩენის საშუალო მასა არის 110 ამუ.
გარდა ამისა, იზოლირებულია ნუკლეოტიდის ტიპის მონომერებიც, რომლებიც წარმოიქმნება არა მხოლოდ ამინომჟავებისგან, არამედ აქვთ ეთერის კომპონენტები. ეს არის დნმ და რნმ მონომერები. მათი ხაზოვანი სიგრძე იზომება უშუალოდ ნუკლეინის მჟავაში და არის მინიმუმ 3,4 ანგსტრომი. ერთი ნუკლეოზიდის ფოსფატის მოლეკულური წონა 345 ამუს ფარგლებშია. ეს არის საწყისი მონაცემები, რომლებიც გამოიყენება პრაქტიკულ ლაბორატორიულ სამუშაოებში, რომლებიც ეძღვნება ექსპერიმენტებს, გენეტიკურ კვლევებს და სხვა სამეცნიერო საქმიანობას.
სამედიცინო აღნიშვნები
გენეტიკა, როგორც მეცნიერება, ჯერ კიდევ იმ პერიოდში განვითარდა, როდესაც მოლეკულურ დონეზე არ არსებობდა შესწავლა ადამიანებისა და სხვა ცოცხალი არსებების დნმ-ის სტრუქტურის შესახებ. ამიტომ, პრემოლეკულური გენეტიკის პერიოდში ნუკლეოტიდური ბმები დაინიშნა, როგორც ყველაზე პატარა ელემენტი დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურაში. როგორც ადრე, ისე ამჟამად, ამ ტიპის არსებითი ნივთიერებები ექვემდებარებოდა. ეს შეიძლება იყოს სპონტანური ან ინდუცირებული, ამიტომ ტერმინი "რეკონი" ასევე გამოიყენება დაზიანებული სტრუქტურის მქონე ნუკლეოზიდის ფოსფატებზე.
ნუკლეოტიდური ბმების აზოტოვან ნაერთებში შესაძლო მუტაციის დაწყების კონცეფციის განსაზღვრისათვის გამოიყენება ტერმინი „მუტონი“. ეს აღნიშვნები უფრო მოთხოვნადია ბიოლოგიურ მასალასთან ლაბორატორიულ სამუშაოებში. მათ ასევე იყენებენ გენეტიკოსები, რომლებიც სწავლობენ დნმ-ის მოლეკულების სტრუქტურას, მემკვიდრეობითი ინფორმაციის გადაცემის გზებს, როგორ ხდება მისი დაშიფვრა და გენების შესაძლო კომბინაციები, რომლებიც წარმოიქმნება ორი სექსუალური პარტნიორის გენეტიკური პოტენციალის შერწყმის შედეგად.
კონტაქტში
ნუკლეინის მჟავები არის ბუნებრივი მაღალმოლეკულური ორგანული ნაერთები, პოლინუკლეოტიდები, რომლებიც უზრუნველყოფენ მემკვიდრეობითი (გენეტიკური) ინფორმაციის შენახვას და გადაცემას ცოცხალ ორგანიზმებში.
ეს ორგანული ნაერთები აღმოაჩინა 1869 წელს შვეიცარიელმა ექიმმა ბირთვული მასალით მდიდარ უჯრედებში (ლეიკოციტები, ორაგულის სპერმატოზოიდები). ნუკლეინის მჟავები უჯრედის ბირთვების განუყოფელი ნაწილია, რის გამოც მათ მიიღეს სახელი (ლათ. ბირთვი- ბირთვი). ბირთვის გარდა, ნუკლეინის მჟავები ასევე გვხვდება ციტოპლაზმაში, ცენტრიოლებში, მიტოქონდრიებში და ქლოროპლასტებში.
ბუნებაში არსებობს ნუკლეინის მჟავების ორი ტიპი: დეზოქსირიბონუკლეინის (დნმ) და რიბონუკლეინის (რნმ).ისინი განსხვავდებიან შემადგენლობით, სტრუქტურით და ფუნქციით. დნმ ორჯაჭვიანია, რნმ კი ერთჯაჭვიანია.
ნუკლეინის მჟავები არის ბიოპოლიმერები, რომლებიც აღწევს უზარმაზარ ზომებს. მათი მოლეკულების სიგრძე ასობით ათასი ნანომეტრია (1 ნმ = 10–9 მ), რაც ათასობითჯერ აღემატება ცილის მოლეკულების სიგრძეს. განსაკუთრებით დიდია დნმ-ის მოლეკულა. ნუკლეინის მჟავების მოლეკულური წონა ათეულ მილიონს და მილიარდს აღწევს (105–109). მაგალითად, E. coli დნმ-ის მასა არის 2,5x109, ხოლო ადამიანის ჩანასახოვანი უჯრედის ბირთვში (ქრომოსომების ჰაპლოიდური ნაკრები) დნმ-ის მოლეკულების სიგრძეა 102 სმ.
2. NC - არაპერიოდული პოლიმერები. ნუკლეოტიდების სახეები და მათი სტრუქტურა
ნუკლეინის მჟავები არის არაპერიოდული ბიოპოლიმერები, რომელთა პოლიმერული ჯაჭვები იქმნება მონომერებით, რომლებსაც ნუკლეოტიდები ეწოდება. დნმ-ისა და რნმ-ის მოლეკულები შეიცავს ოთხი ტიპის ნუკლეოტიდს.
დნმ და რნმ ნუკლეოტიდების შემადგენლობა
განვიხილოთ ნუკლეოტიდის სტრუქტურა. ნუკლეოტიდები რთული ორგანული ნაერთებია, რომლებიც მოიცავს სამ კომპონენტს.
დეოქსირიბონუკლეოტიდები შეიცავს პირმიდინის ფუძეებს თიმინი და ციტოზინი და რიბონუკლეოტიდების შემადგენლობაში - ციტოზინი და ურაცილი . ადენინი და გუანინი არის როგორც დნმ-ის, ასევე რნმ-ის ნუკლეოტიდების ნაწილი.
Დავალება.დნმ-ის მოლეკულა შედგება ორი ჯაჭვისგან - მთავარი, რომელზედაც სინთეზირებულია mRNA და დამატებითი. ჩაწერეთ ნუკლეოტიდების რიგი სინთეზირებულ mRNA-ში, თუ ნუკლეოტიდების რიგი დნმ-ის ძირითად (სამუშაო) ჯაჭვში ასეთია: C-G-C-T-G-A-T-A-G.
გადაწყვეტილება
კომპლემენტარობის პრინციპის გამოყენებით განვსაზღვრავთ ნუკლეოტიდების რიგითობას mRNA-ში სინთეზირებული სამუშაო დნმ-ის ჯაჭვის გასწვრივ: G-C-G-A-C-U-A-U-C.
პასუხი:გ-ც-გ-ა-ც-უ-ა-უ-ც
Დავალება.ქიმიურმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ამ mRNA-ს ნუკლეოტიდების საერთო რაოდენობის 28% არის ადენინი, 6% გუანინი და 40% ურაცილი. როგორი უნდა იყოს ნუკლეოტიდური შემადგენლობა ორჯაჭვიანი დნმ-ის შესაბამისი მონაკვეთის, საიდანაც ინფორმაციას „გადაწერს“ ეს mRNA?
გადაწყვეტილება
1. იმის ცოდნა, რომ რნმ-ის მოლეკულის ჯაჭვი და დნმ-ის მოლეკულის სამუშაო ჯაჭვი ერთმანეთს ავსებენ, ჩვენ განვსაზღვრავთ ნუკლეოტიდების შემცველობას დნმ-ის სამუშაო ჯაჭვში:
· mRNA ჯაჭვში G = 6%, რაც ნიშნავს, რომ სამუშაო დნმ ჯაჭვში C = 6%;
mRNA ჯაჭვში A = 28%, შემდეგ სამუშაო დნმ-ის ჯაჭვში T = 28%;
mRNA ჯაჭვში Y = 40%, რაც ნიშნავს, რომ სამუშაო დნმ ჯაჭვში A = 40%;
2. განსაზღვრეთ ციტოზინის mRNA ჯაჭვის შემცველობა (%).
შევაჯამოთ სამი სხვა ტიპის ნუკლეოტიდის შემცველობა mRNA ჯაჭვში: 6% + 28% + +40% = 74% (G+A+U);
განსაზღვრეთ ციტოზინის პროპორცია mRNA ჯაჭვში: 100% - 74% = 26% (C);
თუ mRNA ჯაჭვში C=26%, მაშინ მუშა დნმ-ის ჯაჭვში G=26%.
პასუხი: C=6%; T=28%; A=40%; G=26%
დავალება . დნმ-ის ერთი ჯაჭვის ფრაგმენტზე ნუკლეოტიდები განლაგებულია თანმიმდევრობით: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T. დახაზეთ ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურის დიაგრამა. რა არის ამ დნმ-ის ფრაგმენტის სიგრძე? რამდენი (%-ში) ნუკლეოტიდია დნმ-ის ამ ჯაჭვში?
გადაწყვეტილება
1. კომპლემენტარობის პრინციპით აგებს მოცემული დნმ-ის მოლეკულის მეორე ჯაჭვს: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.
2. ერთი ნუკლეოტიდის სიგრძის (0,34 ნმ) ვიცით, ჩვენ განვსაზღვრავთ ამ დნმ-ის ფრაგმენტის სიგრძეს (დნმ-ში ერთი ჯაჭვის სიგრძე უდრის მთელი მოლეკულის სიგრძეს): 13x0,34 = 4,42 ნმ.
3. გამოთვალეთ ნუკლეოტიდების პროცენტი დნმ-ის ამ ჯაჭვში:
13 ნუკლეოტიდი - 100%
5 A - x%, x \u003d 38% (A).
2 G - x%, x \u003d 15.5% (G).
4 T – x%, x=31% (T).
2 C - x%, x \u003d 15.5% (C).
პასუხი: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4,42 ნმ; A=38; T=31%; G=15,5%; C=15,5%.
Დავალება.ლაბორატორიაში გამოიკვლიეს დნმ-ის მოლეკულის ერთ-ერთი ჯაჭვის მონაკვეთი. აღმოჩნდა, რომ იგი შედგება 20 მონომერისგან, რომლებიც განლაგებულია შემდეგი თანმიმდევრობით: G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G -T-A.
რა შეიძლება ითქვას იმავე დნმ-ის მოლეკულის მეორე ჯაჭვის შესაბამისი მონაკვეთის აგებულებაზე?
გადაწყვეტილება
იმის ცოდნა, რომ დნმ-ის მოლეკულის ჯაჭვები ერთმანეთს ავსებენ, განვსაზღვრავთ იმავე დნმ-ის მოლეკულის მეორე ჯაჭვის ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობას: C-A-C-A-T-T-G-C-T-G-G-C-T-A-T- G-A-C-A-T.
Დავალება.ერთი დნმ-ის ჯაჭვის ფრაგმენტზე ნუკლეოტიდები განლაგებულია თანმიმდევრობით: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T ...
1. დახაზეთ ამ დნმ-ის მოლეკულის მეორე ჯაჭვის აგებულების დიაგრამა.
2. რა არის სიგრძე ნმ-ში ამ დნმ-ის ფრაგმენტის თუ ერთი ნუკლეოტიდი არის დაახლოებით 0,34 ნმ?
3. რამდენ (%-ში) ნუკლეოტიდს შეიცავს დნმ-ის მოლეკულის ეს ფრაგმენტი?
გადაწყვეტილება
1. დნმ-ის მოლეკულის ამ ფრაგმენტის მეორე ჯაჭვს ვასრულებთ კომპლემენტარობის წესით: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.
2. დაადგინეთ ამ დნმ-ის ფრაგმენტის სიგრძე: 12x0.34=4.08 ნმ.
3. გამოთვალეთ ნუკლეოტიდების პროცენტი ამ დნმ-ის ფრაგმენტში.
24 ნუკლეოტიდი - 100%
8A - x%, შესაბამისად x = 33.3% (A);
რადგან ჩარგაფის წესით A=T, მაშინ T=33,3% შემცველობა;
24 ნუკლეოტიდი - 100%
4D - x%, შესაბამისად x \u003d 16.7% (G);
ვინაიდან ჩარგაფის წესით G=C ნიშნავს C=16.6%-ის შემცველობას.
პასუხი: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4,08 ნმ; A=T=33.3%; G=C=16.7%
Დავალება.როგორი იქნება დნმ-ის მეორე ჯაჭვის შემადგენლობა, თუ პირველი შეიცავს 18% გუანინს, 30% ადენინს და 20% თიმინს?
გადაწყვეტილება
1. იმის ცოდნა, რომ დნმ-ის მოლეკულის ჯაჭვები ერთმანეთს ავსებენ, განვსაზღვრავთ ნუკლეოტიდების შემცველობას (%-ში) მეორე ჯაჭვში:
ვინაიდან პირველ ჯაჭვში G = 18%, შემდეგ მეორე ჯაჭვში C = 18%;
ვინაიდან პირველ ჯაჭვში A = 30%, შემდეგ მეორე ჯაჭვში T = 30%;
ვინაიდან პირველ ჯაჭვში T = 20%, შემდეგ მეორე ჯაჭვში A = 20%;
2. განსაზღვრეთ ციტოზინის პირველ ჯაჭვში შემცველობა (%).
შევაჯამოთ სამი სხვა ტიპის ნუკლეოტიდის შემცველობა დნმ-ის პირველ ჯაჭვში: 18% + 30% + 20% = 68% (G+A+T);
განსაზღვრეთ ციტოზინის პროპორცია დნმ-ის პირველ ჯაჭვში: 100% - 68% = 32% (C);
თუ პირველ ჯაჭვში C=32%, მაშინ მეორე ჯაჭვში G=32%.
პასუხი: C=18%; T=30%; A=20%; G=32%
Დავალება.დნმ-ის მოლეკულაში არის ნუკლეოტიდების მთლიანი რაოდენობის ადენილის ნუკლეოტიდების 23%. განსაზღვრეთ თიმიდილისა და ციტოზილის ნუკლეოტიდების რაოდენობა.
გადაწყვეტილება
1. ჩარგაფის წესით მოცემულ დნმ-ის მოლეკულაში ვხვდებით თიმიდილ ნუკლეოტიდების შემცველობას: A=T=23%.
2. იპოვეთ ადენილისა და თიმიდილ ნუკლეოტიდების შემცველობის ჯამი (%) მოცემულ დნმ-ის მოლეკულაში: 23% + 23% = 46%.
3. იპოვეთ ამ დნმ-ის მოლეკულაში გუანილისა და ციტოზილის ნუკლეოტიდების შემცველობის ჯამი (%): 100% - 46% = 54%.
4. ჩარგაფის წესით, დნმ-ის მოლეკულაში G=C, საერთო ჯამში ისინი 54%-ს შეადგენენ, ინდივიდუალურად კი: 54% : 2 = 27%.
პასუხი: T=23%; C=27%
Დავალება.მოცემულია დნმ-ის მოლეკულა, რომლის ფარდობითი მოლეკულური წონაა 69 ათასი, რომელთაგან 8625 არის ადენილის ნუკლეოტიდი. ერთი ნუკლეოტიდის ფარდობითი მოლეკულური წონა საშუალოდ არის 345. რამდენი ნუკლეოტიდია ცალკე ამ დნმ-ში? რა არის მისი მოლეკულის სიგრძე?
გადაწყვეტილება
1. დაადგინეთ რამდენი ადენილის ნუკლეოტიდია მოცემულ დნმ-ის მოლეკულაში: 8625: 345 = 25.
2. ჩარგაფის წესით A=G, ანუ ამ დნმ-ის მოლეკულაში A=T=25.
3. დაადგინეთ ამ დნმ-ის მთლიანი მოლეკულური წონის რამდენია გუანილის ნუკლეოტიდების წილი: 69000 - (8625x2) = 51750.
4. დაადგინეთ გუანილის და ციტოზილის ნუკლეოტიდების საერთო რაოდენობა ამ დნმ-ში: 51 750:345=150.
5. ცალ-ცალკე განსაზღვრეთ გუანილისა და ციტოზილის ნუკლეოტიდების შემცველობა: 150:2 = 75;
6. განსაზღვრეთ ამ დნმ-ის მოლეკულის სიგრძე: (25 + 75) x 0,34 = 34 ნმ.
პასუხი: A=T=25; G=C=75; 34 ნმ.
Დავალება.ზოგიერთი მეცნიერის აზრით, დნმ-ის ყველა მოლეკულის მთლიანი სიგრძე ადამიანის ერთი ჩანასახი უჯრედის ბირთვში არის დაახლოებით 102 სმ. რამდენი ფუძის წყვილია ერთი უჯრედის დნმ-ში (1 ნმ = 10–6 მმ)?
გადაწყვეტილება
1. სანტიმეტრების გადაყვანა მილიმეტრებად და ნანომეტრებად: 102 სმ = 1020 მმ = 1 020 000 000 ნმ.
2. ერთი ნუკლეოტიდის სიგრძის (0,34 ნმ) ვიცით, განვსაზღვრავთ ადამიანის გამეტის დნმ-ის მოლეკულებში შემავალი ბაზის წყვილების რაოდენობას: (102 x 107): 0,34 = 3 x 109 წყვილი.
პასუხი: 3x109 წყვილი.
Საშინაო დავალება
1. ისწავლეთ აბსტრაქტული
2. პობლემების მოგვარება
ვარიანტი 1
1. მოცემულია დნმ-ის მოლეკულის ერთი ჯაჭვის ფრაგმენტები: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G. განსაზღვრეთ თითოეული ტიპის ნუკლეოტიდის შემცველობა (%) და დნმ-ის მოლეკულის ამ ფრაგმენტის სიგრძე.
2. დნმ-ის მოლეკულაში აღმოჩნდა 880 გუანილის ნუკლეოტიდი, რომლებიც შეადგენენ ამ დნმ-ის ნუკლეოტიდების საერთო რაოდენობის 22%-ს? დაადგინეთ რამდენ სხვა ნუკლეოტიდს შეიცავს (ცალკე) ამ დნმ-ის მოლეკულაში. რა არის ამ დნმ-ის სიგრძე?
ვარიანტი 2
1. მოცემულია დნმ-ის მოლეკულის ერთი ჯაჭვის ფრაგმენტები: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A. განსაზღვრეთ თითოეული ტიპის ნუკლეოტიდის შემცველობა (%) და დნმ-ის მოლეკულის ამ ფრაგმენტის სიგრძე.
2. დნმ-ის მოლეკულაში აღმოჩნდა 250 თიმიდილ ნუკლეოტიდი, რომლებიც შეადგენენ ამ დნმ-ის ნუკლეოტიდების საერთო რაოდენობის 22,5%-ს. დაადგინეთ რამდენ სხვა ნუკლეოტიდს შეიცავს (ცალკე) ამ დნმ-ის მოლეკულაში. რა არის ამ დნმ-ის სიგრძე?
3. გაანაწილეთ რეფერატები ვარიანტების მიხედვით. ვარიანტი 1 - დნმ; ვარიანტი 2 - რნმ.
1. ერთჯაჭვიანი მოლეკულა.
2. ორჯაჭვიანი მოლეკულა.
3. შეიცავს ადენინს, ურაცილს, გუანინს, ციტოზინს.
4. შეიცავს ადენინს, თიმინს, გუანინს, ციტოზინს.
5. რიბოზა ნუკლეოტიდების ნაწილია.
6. ნუკლეოტიდები შეიცავს დეზოქსირიბოზას.
7. შეიცავს ბირთვში, ქლოროპლასტებში, მიტოქონდრიებში, ცენტრიოლებში, რიბოზომებში, ციტოპლაზმაში.
8. შეიცავს ბირთვში, ქლოროპლასტებში, მიტოქონდრიებში.
9. მონაწილეობს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვაში, გამრავლებასა და გადაცემაში.
10. მონაწილეობს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის გადაცემაში.
