Komplementaryong DNA. Ang istraktura ng mga nucleic acid


Ang mga hydrogen bond ay nabuo sa pagitan ng amino group ng isang base at ng carbonyl group ng isa pa, pati na rin sa pagitan ng amide at imine nitrogen atoms. Halimbawa, ang dalawang hydrogen bond ay nabuo sa pagitan ng adenine at thymine, at ang mga heterocyclic na base na ito ay bumubuo ng isang komplementaryong pares. Nangangahulugan ito na ang adenine base ng isang chain ay tumutugma sa thymine base ng kabilang chain. Ang isa pang pares ng komplementaryong base ay guanine at cytosine, kung saan nangyayari ang tatlong hydrogen bond.

Ang mga lugar na inookupahan ng mga pares ng komplementaryong base ay halos pareho.

Ang complementarity ng mga base ay sumasailalim sa mga pattern na binuo ni E. Chargaff (mga panuntunan ng Chargaff):

1. - ang bilang ng mga base ng purine ay katumbas ng bilang ng mga base ng pyrimidine;

2. - ang halaga ng adenine ay katumbas ng halaga ng thymine; ang halaga ng guanine ay katumbas ng halaga ng cytosine;

3. - ang kabuuan ng adenine at cytosine ay katumbas ng kabuuan ng guanine at thymine

(A / T \u003d C / G \u003d 1).

Ang double-stranded DNA na may komplementaryong polynucleotide chain ay nagbibigay ng posibilidad ng self-double (replication) ng molekula. Ang masalimuot na prosesong ito ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod: bago magdoble, ang mga bono ng hydrogen ay nasira at ang dalawang kadena ay nakakalas at naghihiwalay. Ang bawat strand ay nagsisilbing template para sa pagbuo ng isang complementary strand dito. Pagkatapos ng pagtitiklop, nabuo ang dalawang anak na mga molekula ng DNA, sa bawat isa kung saan ang isang helix ay kinuha mula sa magulang na DNA, at ang isa pa (komplementaryo) ay muling na-synthesize.

Ang DNA double helix ay may ilang mga hugis depende sa antas ng hydration ng molekula. Ang mga form ay naiiba sa lokasyon ng eroplano ng mga pares ng base na may kaugnayan sa axis ng helix, sa bawat isa, ayon sa variant ng twisting ng helix (sa kanan, sa kaliwa) at iba pang mga tampok.

Sa pagitan ng mga tanikala mayroong dalawang "mga tudling" - malaki at maliit. Sa mga grooves na ito, ang mga protina ay maaaring partikular na nakikipag-ugnayan sa ilang mga atomo. mga nucleic acid, kilalanin ang mga tiyak na pagkakasunud-sunod ng nucleotide nang hindi nakakagambala komplementaryong pakikipag-ugnayan dobleng helix. Naitatag na, dahil sa gayong mga pakikipag-ugnayan, ang mga protina ng regulasyon ay maaaring makontrol ang pagpapahayag ng gene.



Mga anyo ng pangalawang istraktura ng molekula ng DNA


Pangalawang istraktura ng RNA

Ang isang molekula ng RNA ay binuo mula sa iisang polynucleotide chain. Ang bilang ng mga nucleotide ay maaaring mula 75 hanggang ilang libo, at molekular na masa ay magbabago sa hanay mula 25 libo hanggang ilang milyon.

Ang RNA polypeptide chain ay walang mahigpit na tinukoy na istraktura. Maaari itong tiklop sa sarili nito at bumuo ng magkahiwalay na dalawang-stranded na seksyon na may hydrogen bonds sa pagitan ng purine at pyrimidine base. Ang mga hydrogen bond sa RNA ay hindi sumusunod mahigpit na tuntunin parang vDNA.

Ang tRNA ay pinag-aralan nang detalyado. Ang molekula ng tRNA ay may pangalawang istraktura, na binubuo ng apat na helical na seksyon, tatlo, apat na single-stranded na mga loop. Ang istrakturang ito ay tinatawag na "cloverleaf".

Sa kanan ay ang pinakamalaking human DNA helix na ginawa mula sa mga tao sa beach sa Varna (Bulgaria), na kasama sa Guinness Book of Records noong Abril 23, 2016

Deoxyribonucleic acid. Pangkalahatang Impormasyon

DNA (deoxyribonucleic acid) - isang uri ng blueprint ng buhay, kumplikadong code, na naglalaman ng data sa namamana na impormasyon. Ang kumplikadong macromolecule na ito ay may kakayahang mag-imbak at magpadala ng namamana na genetic na impormasyon mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon. Tinutukoy ng DNA ang mga katangian ng anumang buhay na organismo bilang pagmamana at pagkakaiba-iba. Tinutukoy ng impormasyong naka-encode dito ang buong programa ng pag-unlad ng anumang buhay na organismo. Ang mga genetically embedded na kadahilanan ay paunang tinutukoy ang buong kurso ng buhay ng isang tao at anumang iba pang organismo. Artipisyal o natural na impluwensya panlabas na kapaligiran maaari lamang bahagyang makaapekto sa pangkalahatang kalubhaan ng mga indibidwal na genetic na katangian o makakaapekto sa pagbuo ng mga naka-program na proseso.

Deoxyribonucleic acid(DNA) ay isang macromolecule (isa sa tatlong pangunahing, ang iba pang dalawa ay RNA at mga protina), na nagbibigay ng imbakan, paghahatid mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon at pagpapatupad ng genetic program para sa pagbuo at paggana ng mga buhay na organismo. Ang DNA ay naglalaman ng impormasyon tungkol sa istraktura iba't ibang uri RNA at mga protina.

Sa mga eukaryotic cell (hayop, halaman, at fungi), ang DNA ay matatagpuan sa cell nucleus bilang bahagi ng mga chromosome, gayundin sa ilang cell organelles (mitochondria at plastids). Sa mga selula ng mga prokaryotic na organismo (bacteria at archaea), isang pabilog o linear na molekula ng DNA, ang tinatawag na nucleoid, ay nakakabit mula sa loob hanggang lamad ng cell. Ang mga ito at ang lower eukaryotes (halimbawa, yeast) ay mayroon ding maliit na autonomous, karamihan ay pabilog na mga molekula ng DNA na tinatawag na plasmids.

Sa punto ng kemikal Ang DNA ay isang mahabang molekula ng polimer na binubuo ng mga paulit-ulit na yunit na tinatawag na nucleotides. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng nitrogenous base, isang asukal (deoxyribose), at isang phosphate group. Ang mga bono sa pagitan ng mga nucleotide sa isang kadena ay nabuo sa pamamagitan ng deoxyribose ( Sa) at pospeyt ( F) pangkat (phosphodiester bonds).


kanin. 2. Ang nuclertide ay binubuo ng nitrogenous base, asukal (deoxyribose) at isang phosphate group

Sa napakaraming kaso (maliban sa ilang mga virus na naglalaman ng single-stranded DNA), ang DNA macromolecule ay binubuo ng dalawang chain na naka-orient sa pamamagitan ng nitrogenous na mga base sa isa't isa. Ang double-stranded na molekula na ito ay pinaikot sa isang helix.

Mayroong apat na uri ng nitrogenous base na matatagpuan sa DNA (adenine, guanine, thymine, at cytosine). Ang nitrogenous base ng isa sa mga chain ay konektado sa nitrogenous base ng kabilang chain sa pamamagitan ng hydrogen bond ayon sa prinsipyo ng complementarity: ang adenine ay pinagsama lamang sa thymine ( A-T), guanine - may cytosine lamang ( G-C). Ang mga pares na ito ang bumubuo sa "mga baitang" ng helical na "hagdan" ng DNA (tingnan ang: Fig. 2, 3 at 4).


kanin. 2. Nitrogenous base

Ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides ay nagpapahintulot sa iyo na "i-encode" ang impormasyon tungkol sa iba't ibang uri RNA, ang pinakamahalaga ay ang impormasyon o template (mRNA), ribosomal (rRNA) at transport (tRNA). Ang lahat ng mga uri ng RNA na ito ay na-synthesize sa DNA template sa pamamagitan ng pagkopya sa DNA sequence sa RNA sequence na na-synthesize sa panahon ng transkripsyon at nakikibahagi sa biosynthesis ng protina (proseso ng pagsasalin). Bilang karagdagan sa mga coding sequence, ang cell DNA ay naglalaman ng mga sequence na gumaganap ng mga regulatory at structural function.


kanin. 3. Pagtitiklop ng DNA

Lokasyon ng mga pangunahing kumbinasyon mga kemikal na compound DNA at mga ratio ng dami sa pagitan ng mga kumbinasyong ito ay nagbibigay ng pag-encode ng namamana na impormasyon.

Edukasyon bagong DNA (pagtitiklop)

  1. Ang proseso ng pagtitiklop: ang pag-unwinding ng DNA double helix - ang synthesis ng mga complementary strands ng DNA polymerase - ang pagbuo ng dalawang molekula ng DNA mula sa isa.
  2. Ang double helix ay "nag-unzip" sa dalawang sangay kapag sinira ng mga enzyme ang bono sa pagitan ng mga baseng pares ng mga kemikal na compound.
  3. Ang bawat sangay ay isang bagong elemento ng DNA. Ang mga bagong pares ng base ay konektado sa parehong pagkakasunud-sunod tulad ng sa pangunahing sangay.

Sa pagkumpleto ng pagdoble, dalawang independiyenteng helice ang nabuo, na nilikha mula sa mga kemikal na compound ng magulang na DNA at pagkakaroon ng parehong genetic code kasama nito. Sa ganitong paraan, ang DNA ay nakakapag-rip ng impormasyon mula sa cell patungo sa cell.

Higit pang detalyadong impormasyon:

ISTRUKTURA NG NUCLEIC ACID


kanin. 4 . Nitrogenous base: adenine, guanine, cytosine, thymine

Deoxyribonucleic acid(DNA) ay tumutukoy sa mga nucleic acid. Mga nucleic acid ay isang klase ng hindi regular na biopolymer na ang mga monomer ay mga nucleotides.

Nucleotides binubuo ng nitrogenous na base, konektado sa isang limang-carbon carbohydrate (pentose) - deoxyribose(sa kaso ng DNA) o ribose(sa kaso ng RNA) na nagbubuklod sa natitira phosphoric acid(H 2 PO 3 -).

Nitrogenous base Mayroong dalawang uri: mga base ng pyrimidine - uracil (sa RNA lamang), cytosine at thymine, mga base ng purine - adenine at guanine.


kanin. 5. Mga uri ng nitrogenous base: pyrimidine at purine

Ang mga carbon atom sa isang pentose molecule ay binibilang mula 1 hanggang 5. Ang Phosphate ay pinagsama sa ikatlo at ikalimang carbon atoms. Ito ay kung paano pinagsama-sama ang mga nucleic acid upang bumuo ng isang kadena ng mga nucleic acid. Kaya, maaari nating ihiwalay ang 3' at 5' na dulo ng DNA strand:


kanin. 6. Ihiwalay ang 3' at 5' na dulo ng DNA strand

Dalawang hibla ng DNA form dobleng helix. Ang mga chain na ito sa isang spiral ay nakatuon sa magkasalungat na direksyon. AT iba't ibang kadena Ang mga nitrogenous base ng DNA ay pinagsama-sama ng hydrogen bonds. Ang adenine ay palaging pinagsama sa thymine, at ang cytosine ay palaging pinagsama sa guanine. Ito ay tinatawag na tuntunin ng komplementaridad.

Panuntunan ng komplementaridad:

A-T G-C

Halimbawa, kung bibigyan tayo ng DNA strand na may sequence

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

pagkatapos ay ang pangalawang kadena ay magiging komplementaryo dito at ididirekta sa kabaligtaran ng direksyon- mula 5'-end hanggang 3'-end:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.


kanin. 7. Ang direksyon ng mga chain ng DNA molecule at ang koneksyon ng nitrogenous bases gamit ang hydrogen bonds

REPLICATION

Pagtitiklop ng DNA ay ang proseso ng pagdodoble ng molekula ng DNA sa pamamagitan ng synthesis ng matrix. Nagaganap ang pagtitiklop semi-konserbatibong mekanismo. Nangangahulugan ito na ang double helix ng DNA ay nag-unwinds at ang isang bagong chain ay nakumpleto sa bawat isa sa mga chain nito ayon sa prinsipyo ng complementarity. Ang molekula ng DNA ng anak na babae ay naglalaman ng isang strand mula sa molekula ng magulang at isang bagong synthesize. Ang pagtitiklop ay nangyayari sa 3' hanggang 5' na direksyon ng parent strand.

kanin. 8. Pagtitiklop (pagdodoble) ng molekula ng DNA

Synthesis ng DNA- Ito ay hindi isang kumplikadong proseso na tila sa unang tingin. Kung iisipin mo ito, kailangan mo munang malaman kung ano ang synthesis. Ito ay ang proseso ng pagsasama-sama ng isang bagay. Ang pagbuo ng isang bagong molekula ng DNA ay nagaganap sa maraming yugto:

  • Ang DNA topoisomerase, na matatagpuan sa harap ng replication fork, ay pinuputol ang DNA upang mapadali ang pag-unwinding at pag-unwinding nito.
  • Ang DNA helicase, kasunod ng topoisomerase, ay nakakaapekto sa proseso ng "pag-unwinding" ng DNA helix.
  • Ang mga protina na nagbubuklod ng DNA ay nagsasagawa ng pagbubuklod ng mga hibla ng DNA, at isinasagawa din ang kanilang pagpapapanatag, na pinipigilan ang mga ito na dumikit sa isa't isa.
  • Sina-synthesize ng DNA polymerase ang nangungunang strand ng anak na DNA.


kanin. 9. Eskematiko na representasyon ng proseso ng pagtitiklop, ang mga numero ay nagpapahiwatig ng: (1) Lag strand, (2) Leading strand, (3) DNA polymerase (Polα), (4) DNA ligase, (5) RNA primer, (6) Primase , (7) Okazaki fragment, (8) DNA polymerase (Polδ), (9) Helicase, (10) Single-stranded DNA binding protein, (11) Topoisomerase

Istruktura ng RNA

Ribonucleic acid(RNA) ay isa sa tatlong pangunahing macromolecules (ang iba pang dalawa ay DNA at mga protina) na matatagpuan sa mga selula ng lahat ng nabubuhay na organismo.

Tulad ng DNA, ang RNA ay binubuo ng isang mahabang kadena kung saan ang bawat link ay tinatawag na nucleotide. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng nitrogenous base, ribose sugar, at phosphate group. Gayunpaman, hindi tulad ng DNA, ang RNA ay karaniwang may isa sa halip na dalawang hibla. Ang pentose sa RNA ay kinakatawan ng ribose, hindi deoxyribose (may karagdagang ribose pangkat ng hydroxyl sa pangalawang carbohydrate atom). Sa wakas, ang DNA ay naiiba sa RNA sa komposisyon ng mga nitrogenous base: sa halip na thymine ( T) uracil ay naroroon sa RNA ( U) , na pantulong din sa adenine.

Ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides ay nagpapahintulot sa RNA na mag-encode ng genetic na impormasyon. Lahat mga cellular na organismo gumamit ng RNA (mRNA) upang iprograma ang synthesis ng protina.

Ang mga cellular RNA ay nabuo sa isang proseso na tinatawag transkripsyon , iyon ay, ang synthesis ng RNA sa isang template ng DNA, na isinasagawa ng mga espesyal na enzyme - RNA polymerases.

Ang mga Messenger RNA (mRNAs) ay nakikibahagi sa isang prosesong tinatawag broadcast, mga. synthesis ng protina sa template ng mRNA na may partisipasyon ng mga ribosome. Ang iba pang mga RNA ay sumasailalim sa mga pagbabago sa kemikal pagkatapos ng transkripsyon, at pagkatapos ng pagbuo ng pangalawang at mga istrukturang tersiyaryo gumanap ng mga function depende sa uri ng RNA.

kanin. 10. Ang pagkakaiba sa pagitan ng DNA at RNA sa mga tuntunin ng nitrogenous base: sa halip na thymine (T), ang RNA ay naglalaman ng uracil (U), na pantulong din sa adenine.

TRANSCRIPTION

Ito ang proseso ng RNA synthesis sa isang template ng DNA. Nag-unwind ang DNA sa isa sa mga site. Ang isa sa mga chain ay naglalaman ng impormasyon na kailangang kopyahin sa RNA molecule - ang chain na ito ay tinatawag na coding. Ang pangalawang strand ng DNA, na pantulong sa coding strand, ay tinatawag na template strand. Sa proseso ng transkripsyon sa template chain sa 3'-5' na direksyon (sa kahabaan ng DNA chain), isang RNA chain na pandagdag dito ay na-synthesize. Kaya, ang isang kopya ng RNA ng coding strand ay nilikha.

kanin. 11. Schematic na representasyon ng transkripsyon

Halimbawa, kung bibigyan tayo ng sequence ng coding strand

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

pagkatapos, ayon sa panuntunan ng complementarity, ang matrix chain ay magdadala ng sequence

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

at ang RNA na na-synthesize mula rito ay ang sequence

BROADCAST

Isaalang-alang ang mekanismo synthesis ng protina sa RNA matrix, pati na rin ang genetic code at mga katangian nito. Gayundin, para sa kalinawan, sa link sa ibaba, inirerekomenda naming manood ng maikling video tungkol sa mga proseso ng transkripsyon at pagsasalin na nagaganap sa isang buhay na cell:

kanin. 12. Proseso ng synthesis ng protina: Mga code ng DNA para sa RNA, mga code ng RNA para sa protina

GENETIC CODE

Genetic code - isang paraan ng pag-encode ng amino acid sequence ng mga protina gamit ang isang sequence ng nucleotides. Ang bawat amino acid ay naka-encode ng isang sequence ng tatlong nucleotides - isang codon o isang triplet.

Genetic code na karaniwan sa karamihan ng pro- at eukaryotes. Ang talahanayan ay naglilista ng lahat ng 64 na codon at naglilista ng kaukulang mga amino acid. Ang base order ay mula sa 5" hanggang 3" na dulo ng mRNA.

Talahanayan 1. Standard genetic code

1st
ang basehan

nie

2nd base

ika-3
ang basehan

nie

U

C

A

G

U

U U U

(Phe/F)

U C U

(Ser/S)

U A U

(Tyr/Y)

U G U

(Cys/C)

U

U U C

U C C

U A C

U G C

C

U U A

(Leu/L)

U C A

U A A

Itigil ang codon**

U G A

Itigil ang codon**

A

U U G

U C G

U A G

Itigil ang codon**

U G G

(Trp/W)

G

C

C U U

C C U

(Pro/P)

C A U

(Kanya/H)

C G U

(Arg/R)

U

C U C

C C C

C A C

C G C

C

C U A

C C A

C A A

(Gln/Q)

CGA

A

C U G

C C G

C A G

C G G

G

A

A U U

(Ile/I)

A C U

(Thr/T)

A A U

(Asn/N)

A G U

(Ser/S)

U

Isang U C

A C C

A A C

A G C

C

A U A

A C A

A A A

(Lys/K)

A G A

A

A U G

(Met/M)

A C G

A A G

A G G

G

G

G U U

(Val/V)

G C U

(Ala/A)

G A U

(Asp/D)

G G U

(Gly/G)

U

G U C

G C C

G A C

G G C

C

G U A

G C A

G A A

(Glu/E)

G G A

A

G U G

G C G

G A G

G G G

G

Sa mga triplet, mayroong 4 na espesyal na sequence na nagsisilbing "punctuation marks":

  • *Triplet AUG, din ang pag-encode ng methionine, ay tinatawag simulan ang codon. Ang codon na ito ay nagsisimula sa synthesis ng isang molekula ng protina. Kaya, sa panahon ng synthesis ng protina, ang unang amino acid sa sequence ay palaging methionine.
  • **Triplets UAA, UAG at UGA tinawag itigil ang mga codon at huwag mag-code para sa anumang mga amino acid. Sa mga sequence na ito, humihinto ang synthesis ng protina.

Mga katangian ng genetic code

1. Tripletity. Ang bawat amino acid ay naka-encode ng isang sequence ng tatlong nucleotides - isang triplet o codon.

2. Pagpapatuloy. Walang karagdagang mga nucleotide sa pagitan ng mga triplets, patuloy na binabasa ang impormasyon.

3. Hindi nagsasapawan. Ang isang nucleotide ay hindi maaaring maging bahagi ng dalawang triplets sa parehong oras.

4. Kakaiba. Ang isang codon ay maaaring mag-code para lamang sa isang amino acid.

5. Pagkabulok. Ang isang amino acid ay maaaring ma-encode ng maraming magkakaibang mga codon.

6. Kagalingan sa maraming bagay. Ang genetic code ay pareho para sa lahat ng nabubuhay na organismo.

Halimbawa. Binibigyan kami ng pagkakasunud-sunod ng coding strand:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Ang matrix chain ay magkakaroon ng sequence:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Ngayon ay "nag-synthesize" kami ng impormasyong RNA mula sa chain na ito:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Ang synthesis ng protina ay napupunta sa direksyon na 5' → 3', samakatuwid, kailangan nating i-flip ang sequence upang "basahin" ang genetic code:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Ngayon hanapin ang start codon AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Hatiin ang pagkakasunod-sunod sa triplets:

parang ganito: ang impormasyon mula sa DNA ay inililipat sa RNA (transkripsyon), mula sa RNA patungo sa protina (pagsasalin). Ang DNA ay maaari ding ma-duplicate sa pamamagitan ng pagtitiklop, at posible rin ang isang proseso baligtad na transkripsyon, kapag ang DNA ay na-synthesize mula sa RNA template, ngunit ang ganitong proseso ay pangunahing katangian ng mga virus.


kanin. 13. Central dogma ng molecular biology

GENOM: GENES AT CHROMOSOMES

(pangkalahatang konsepto)

Genome - ang kabuuan ng lahat ng mga gene ng isang organismo; kumpletong set ng chromosome nito.

Ang terminong "genome" ay iminungkahi ni G. Winkler noong 1920 upang ilarawan ang kabuuan ng mga gene na nakapaloob sa haploid set ng mga chromosome ng mga organismo ng isang uri ng hayop. Ang orihinal na kahulugan ng terminong ito ay nagpapahiwatig na ang konsepto ng genome, sa kaibahan sa genotype, ay genetic na katangian ang species sa kabuuan, hindi ang indibidwal. Sa pag-unlad molecular genetics nagbago ang kahulugan ng termino. Ito ay kilala na ang DNA, na siyang tagapagdala ng genetic na impormasyon sa karamihan ng mga organismo at, samakatuwid, ay bumubuo ng batayan ng genome, kasama hindi lamang ang mga gene sa modernong kahulugan itong salita. Karamihan ng Ang DNA ng mga eukaryotic cell ay kinakatawan ng non-coding (“redundant”) nucleotide sequence na hindi naglalaman ng impormasyon tungkol sa mga protina at nucleic acid. Kaya, ang pangunahing bahagi ng genome ng anumang organismo ay ang buong DNA ng haploid set ng mga chromosome nito.

Ang mga gene ay mga segment ng mga molekula ng DNA na nagko-code para sa mga polypeptides at mga molekula ng RNA.

sa likod noong nakaraang siglo ang aming pag-unawa sa mga gene ay nagbago nang malaki. Dati, ang genome ay isang rehiyon ng isang chromosome na nag-encode o tumutukoy sa isang katangian o phenotypic(nakikita) ari-arian, tulad ng kulay ng mata.

Noong 1940, nagmungkahi sina George Beadle at Edward Tatham molekular na kahulugan gene. Pinoproseso ng mga siyentipiko ang mga spore ng fungus Neurospora crassa x-ray at iba pang mga ahente na nagdudulot ng mga pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng DNA ( mutasyon), at natagpuan ang mga mutant strain ng fungus na nawalan ng ilang partikular na enzyme, na sa ilang mga kaso ay humantong sa isang paglabag sa kabuuan metabolic pathway. Sina Beadle at Tatham ay dumating sa konklusyon na ang isang gene ay isang seksyon ng genetic na materyal na tumutukoy o nagko-code para sa isang enzyme. Ganito ang hypothesis "isang gene, isang enzyme". Ang konseptong ito ay kalaunan ay pinalawak sa kahulugan "isang gene - isang polypeptide", dahil maraming mga gene ang nag-encode ng mga protina na hindi mga enzyme, at ang polypeptide ay maaaring maging isang subunit ng isang kumplikadong protina complex.

Sa fig. Ang 14 ay nagpapakita ng isang diagram kung paano tinutukoy ng mga triplet ng DNA ang isang polypeptide, ang pagkakasunud-sunod ng amino acid ng isang protina, na pinapamagitan ng mRNA. Ang isa sa mga strand ng DNA ay gumaganap ng papel ng isang template para sa synthesis ng mRNA, ang mga nucleotide triplets (codons) na kung saan ay pantulong sa DNA triplets. Sa ilang bakterya at maraming eukaryote, ang mga pagkakasunud-sunod ng coding ay naaantala ng mga rehiyong hindi nagko-coding (tinatawag na mga intron).

Magkapanabay kahulugan ng biochemical gene lalo pang partikular. Ang mga gene ay lahat ng mga seksyon ng DNA na nag-encode sa pangunahing pagkakasunud-sunod ng mga produkto, na kinabibilangan ng mga polypeptides o RNA na may structural o catalytic function.

Kasama ng mga gene, naglalaman din ang DNA ng iba pang mga sequence na eksklusibong gumaganap function ng regulasyon. Mga pagkakasunud-sunod ng regulasyon maaaring markahan ang simula o pagtatapos ng mga gene, makaapekto sa transkripsyon, o ipahiwatig ang lugar ng pagsisimula ng pagtitiklop o recombination. Ang ilang mga gene ay maaaring ipahayag sa iba't ibang paraan, na may parehong piraso ng DNA na nagsisilbing template para sa pagbuo ng iba't ibang mga produkto.

Maaari naming halos kalkulahin pinakamababang laki ng gene coding para sa intermediate na protina. Ang bawat amino acid sa isang polypeptide chain ay naka-encode ng isang sequence ng tatlong nucleotides; ang mga pagkakasunud-sunod ng mga triplet na ito (codons) ay tumutugma sa kadena ng mga amino acid sa polypeptide na naka-encode ng ibinigay na gene. Isang polypeptide chain ng 350 amino acid residues gitnang haba) ay tumutugma sa isang sequence ng 1050 b.p. ( bp). Gayunpaman, maraming mga eukaryotic genes at ilang mga prokaryotic genes ang nagambala ng mga segment ng DNA na hindi nagdadala ng impormasyon tungkol sa protina, at samakatuwid ay naging mas mahaba kaysa sa isang simpleng kalkulasyon na nagpapakita.

Ilang gene ang nasa isang chromosome?


kanin. 15. View ng mga chromosome sa prokaryotic (kaliwa) at eukaryotic cells. Ang mga histone ay isang malawak na klase ng mga nuklear na protina na gumaganap ng dalawang pangunahing pag-andar: sila ay kasangkot sa pag-iimpake ng mga hibla ng DNA sa nucleus at sa epigenetic na regulasyon ng mga prosesong nuklear tulad ng transkripsyon, pagtitiklop, at pagkumpuni.

Tulad ng alam mo, ang mga bacterial cell ay may chromosome sa anyo ng isang DNA strand, na nakaimpake sa isang compact na istraktura - isang nucleoid. prokaryotic chromosome Escherichia coli, na ang genome ay ganap na na-decode, ay isang pabilog na molekula ng DNA (sa katunayan, hindi ito kanang bilog, ngunit sa halip ay isang loop na walang simula o wakas), na binubuo ng 4,639,675 b.p. Ang pagkakasunud-sunod na ito ay naglalaman ng humigit-kumulang 4300 na mga gene ng protina at isa pang 157 na mga gene para sa mga matatag na molekula ng RNA. AT genome ng tao humigit-kumulang 3.1 bilyong base pairs na tumutugma sa halos 29,000 genes na matatagpuan sa 24 na magkakaibang chromosome.

Prokaryotes (Bacteria).

Bacterium E. coli ay may isang double-stranded na pabilog na molekula ng DNA. Binubuo ito ng 4,639,675 b.p. at umabot sa haba na humigit-kumulang 1.7 mm, na lumalampas sa haba ng cell mismo E. coli humigit-kumulang 850 beses. Bilang karagdagan sa malaking pabilog na chromosome bilang bahagi ng nucleoid, maraming bakterya ang naglalaman ng isa o higit pang maliliit na pabilog na molekula ng DNA na malayang matatagpuan sa cytosol. Ang mga extrachromosomal na elementong ito ay tinatawag plasmids(Larawan 16).

Karamihan sa mga plasmid ay binubuo lamang ng ilang libong base pairs, ang ilan ay naglalaman ng higit sa 10,000 bp. Nagdadala sila ng genetic na impormasyon at gumagaya sa pagbuo ng mga plasmid ng anak na babae na nahuhulog sa mga cell ng anak na babae sa panahon ng paghahati ng parent cell. Ang mga plasmid ay matatagpuan hindi lamang sa bakterya, kundi pati na rin sa lebadura at iba pang fungi. Sa maraming mga kaso, ang mga plasmid ay hindi nag-aalok ng kalamangan sa mga host cell at ang kanilang tanging trabaho ay upang magparami nang nakapag-iisa. Gayunpaman, ang ilang mga plasmid ay nagdadala ng mga gene na kapaki-pakinabang sa host. Halimbawa, ang mga gene na nakapaloob sa mga plasmid ay maaaring magbigay ng paglaban sa mga antibacterial agent sa bacterial cells. Mga plasmid dala ang gene Ang mga β-lactamases ay nagbibigay ng paglaban sa mga β-lactam antibiotic tulad ng penicillin at amoxicillin. Maaaring dumaan ang mga plasmid mula sa mga cell na lumalaban sa antibiotic patungo sa iba pang mga cell ng pareho o iba't ibang bacterial species, na nagiging sanhi ng mga cell na iyon na maging lumalaban din. Ang masinsinang paggamit ng antibiotics ay isang malakas na selective factor na nagsusulong ng pagkalat ng mga plasmid na nag-encode ng antibiotic resistance (pati na rin ang mga transposon na nag-encode ng mga katulad na gene) sa mga pathogenic bacteria, at humahantong sa paglitaw ng mga bacterial strain na may paglaban sa ilang antibiotics. Ang mga doktor ay nagsisimulang maunawaan ang mga panganib ng malawakang paggamit ng mga antibiotics at inireseta lamang ang mga ito kapag talagang kinakailangan. Para sa mga katulad na dahilan, ang malawakang paggamit ng mga antibiotic para sa paggamot ng mga hayop sa bukid ay limitado.

Tingnan din: Ravin N.V., Shestakov S.V. Genome of prokaryotes // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. No. 4/2. pp. 972-984.

Eukaryotes.

Talahanayan 2. DNA, mga gene at chromosome ng ilang mga organismo

nakabahaging DNA,

b.s.

Bilang ng mga chromosome*

Tinatayang bilang ng mga gene

Escherichia coli(bacterium)

4 639 675

4 435

Saccharomyces cerevisiae(lebadura)

12 080 000

16**

5 860

Caenorhabditis elegans(nematode)

90 269 800

12***

23 000

Arabidopsis thaliana(halaman)

119 186 200

33 000

Drosophila melanogaster(lipad ng prutas)

120 367 260

20 000

Oryza sativa(bigas)

480 000 000

57 000

Mus muscle(mouse)

2 634 266 500

27 000

Homo sapiens(Tao)

3 070 128 600

29 000

Tandaan. Ang impormasyon ay patuloy na ina-update; Para sa higit pang napapanahong impormasyon, sumangguni sa mga indibidwal na website ng genomic na proyekto.

* Para sa lahat ng eukaryote, maliban sa lebadura, ang diploid na hanay ng mga chromosome ay ibinibigay. diploid kit chromosomes (mula sa Greek diploos - double at eidos - view) - isang double set ng chromosomes (2n), bawat isa ay may homologous one.
**Haploid set. Ang mga ligaw na strain ng yeast ay karaniwang may walong (octaploid) o higit pang set ng mga chromosome na ito.
***Para sa mga babaeng may dalawang X chromosome. Ang mga lalaki ay may X chromosome, ngunit walang Y, ibig sabihin, 11 chromosome lamang.

Ang yeast cell, isa sa pinakamaliit na eukaryote, ay may 2.6 beses na mas maraming DNA kaysa sa isang cell E. coli(Talahanayan 2). mga selula ng langaw ng prutas Drosophila, klasikal na bagay genetic na pananaliksik, naglalaman ng 35 beses na mas maraming DNA, at ang mga selula ng tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 700 beses na mas maraming DNA kaysa sa mga selula E. coli. Maraming halaman at amphibian ang naglalaman ng higit pang DNA. Ang genetic na materyal ng mga eukaryotic cell ay nakaayos sa anyo ng mga chromosome. Diploid set ng mga chromosome (2 n) depende sa uri ng organismo (Talahanayan 2).

Halimbawa, sa isang somatic cell ng tao mayroong 46 chromosome ( kanin. 17). Ang bawat chromosome sa isang eukaryotic cell, tulad ng ipinapakita sa Fig. 17, a, ay naglalaman ng isang napakalaking double-stranded na molekula ng DNA. Dalawampu't apat na chromosome ng tao (22 magkapares na chromosome at dalawang sex chromosome X at Y) ay nag-iiba sa haba ng higit sa 25 beses. Ang bawat eukaryotic chromosome ay naglalaman ng isang tiyak na hanay ng mga gene.


kanin. 17. eukaryotic chromosome.a- isang pares ng konektado at condensed sister chromatid mula sa human chromosome. Sa form na ito, ang mga eukaryotic chromosome ay nananatili pagkatapos ng pagtitiklop at sa metaphase sa panahon ng mitosis. b- isang kumpletong hanay ng mga chromosome mula sa isang leukocyte ng isa sa mga may-akda ng libro. Ang bawat normal na somatic cell ng tao ay naglalaman ng 46 chromosome.

Kung ikinonekta mo ang mga molekula ng DNA ng genome ng tao (22 chromosome at chromosome X at Y o X at X) sa isa't isa, makakakuha ka ng isang sequence na halos isang metro ang haba. Tandaan: Sa lahat ng mammal at iba pang heterogametic na organismong lalaki, ang mga babae ay may dalawang X chromosome (XX) at ang mga lalaki ay may isang X chromosome at isang Y chromosome (XY).

Karamihan sa mga selula ng tao, kaya ang kabuuang haba ng DNA ng naturang mga selula ay humigit-kumulang 2m. Ang isang may sapat na gulang na tao ay may humigit-kumulang 10 14 na mga selula, kaya ang kabuuang haba ng lahat ng mga molekula ng DNA ay 2・10 11 km. Para sa paghahambing, ang circumference ng Earth ay 4・10 4 km, at ang distansya mula sa Earth hanggang sa Araw ay 1.5・10 8 km. Ganyan kahanga-hangang compactly packaged na DNA sa ating mga cell!

Sa mga eukaryotic cell, mayroong iba pang mga organel na naglalaman ng DNA - ito ay mitochondria at chloroplast. Maraming mga hypotheses ang iniharap tungkol sa pinagmulan ng mitochondrial at chloroplast DNA. Ang pangkalahatang tinatanggap na pananaw ngayon ay ang mga ito ay ang mga simulain ng mga chromosome ng sinaunang bakterya na tumagos sa cytoplasm ng mga host cell at naging mga pasimula ng mga organel na ito. DNA ng mitochondrial mga code para sa mitochondrial tRNA at rRNA, pati na rin ang ilang mitochondrial proteins. Higit sa 95% ng mitochondrial proteins ay naka-encode ng nuclear DNA.

ISTRUKTURA NG MGA GENES

Isaalang-alang ang istruktura ng gene sa mga prokaryote at eukaryotes, ang kanilang pagkakatulad at pagkakaiba. Sa kabila ng katotohanan na ang isang gene ay isang seksyon ng DNA na nagko-code para lamang sa isang protina o RNA, bilang karagdagan sa direktang bahagi ng coding, kabilang din dito ang regulasyon at iba pang mga elemento ng istruktura pagkakaroon iba't ibang istraktura sa prokaryotes at eukaryotes.

pagkakasunud-sunod ng coding- ang pangunahing estruktural at functional unit ng gene, nasa loob nito ang mga triplets ng nucleotides encodingpagkakasunud-sunod ng amino acid. Nagsisimula ito sa isang start codon at nagtatapos sa isang stop codon.

Bago at pagkatapos ng coding sequence ay hindi na-translate na 5' at 3' na mga sequence. Nagsasagawa sila ng mga regulatory at auxiliary function, halimbawa, tinitiyak ang landing ng ribosome sa mRNA.

Binubuo ng mga hindi na-translated at coding sequence ang yunit ng transkripsyon - ang na-transcribe na rehiyon ng DNA, iyon ay, ang rehiyon ng DNA kung saan na-synthesize ang mRNA.

Terminator Isang hindi na-transcribe na rehiyon ng DNA sa dulo ng isang gene kung saan humihinto ang RNA synthesis.

Sa simula ng gene ay lugar ng regulasyon, na kinabibilangan ng tagataguyod at operator.

tagataguyod- ang pagkakasunud-sunod kung saan ang polymerase ay nagbubuklod sa panahon ng pagsisimula ng transkripsyon. Operator- ito ang lugar kung saan maaaring magbigkis ang mga espesyal na protina - mga panunupil, na maaaring bawasan ang aktibidad ng RNA synthesis mula sa gene na ito - sa madaling salita, bawasan ito pagpapahayag.

Ang istraktura ng mga gene sa prokaryotes

Ang pangkalahatang plano para sa istraktura ng mga gene sa mga prokaryote at eukaryote ay hindi naiiba - pareho sa mga ito ay naglalaman ng isang rehiyon ng regulasyon na may isang tagataguyod at operator, isang yunit ng transkripsyon na may mga coding at hindi na-translate na mga pagkakasunud-sunod, at isang terminator. Gayunpaman, ang organisasyon ng mga gene sa prokaryotes at eukaryotes ay magkaiba.

kanin. 18. Scheme ng istraktura ng gene sa prokaryotes (bacteria) -ang imahe ay pinalaki

Sa simula at sa dulo ng operon, may mga karaniwang regulasyong rehiyon para sa ilang mga istrukturang gene. Mula sa na-transcribe na rehiyon ng operon, binabasa ang isang molekula ng mRNA, na naglalaman ng ilang mga pagkakasunud-sunod ng coding, bawat isa ay may sariling simula at stop codon. Mula sa bawat isa sa mga lugar na itoisang protina ang na-synthesize. kaya, Maraming mga molekula ng protina ang na-synthesize mula sa isang molekula ng i-RNA.

Pinagsasama ng mga prokaryote ang ilang mga gene sa isang solong functional unit -operon. Ang gawain ng operon ay maaaring kontrolin ng iba pang mga gene, na maaaring kapansin-pansing alisin mula sa operon mismo - mga regulator. Ang protina na isinalin mula sa gene na ito ay tinatawag panunupil. Ito ay nagbubuklod sa operator ng operon, na kinokontrol ang pagpapahayag ng lahat ng mga gene na nakapaloob dito nang sabay-sabay.

Ang mga prokaryote ay nailalarawan din ng hindi pangkaraniwang bagay transkripsyon at pagsasalin ng conjugations.


kanin. 19 Ang phenomenon ng conjugation ng transkripsyon at pagsasalin sa prokaryotes - ang imahe ay pinalaki

Sa isang reaksyon na na-catalyze ng reverse transcriptase.

Ang cDNA ay kadalasang ginagamit upang i-clone ang mga eukaryotic genes sa mga prokaryote. Ang komplementaryong DNA ay ginawa rin ng mga retrovirus (HIV-1, HIV-2, Simian Immunodeficiency Virus) at pagkatapos ay isinama sa host DNA upang bumuo ng isang provirus.

Kadalasan, ang mga eukaryotic genes ay maaaring ipahayag sa prokaryotic cells. Sa karamihan simpleng kaso, ang pamamaraan ay nagsasangkot ng pagpasok ng eukaryotic DNA sa prokaryotic genome, pagkatapos ay i-transcribe ang DNA sa mRNA, at pagkatapos ay isalin ang mRNA sa mga protina. Ang mga prokaryotic cell ay walang intron-cutting enzymes, at samakatuwid ang mga intron ay dapat putulin mula sa eukaryotic DNA bago ipasok sa prokaryotic genome. Ang DNA na pantulong sa mature na mRNA ay tinatawag na komplementaryong DNA - cDNA(cDNA). Ang matagumpay na pagpapahayag ng mga protina na naka-encode sa eukaryotic cDNA sa mga prokaryote ay nangangailangan din ng mga regulatory elements ng prokaryotic genes (hal., promoters).

Ang isa sa mga pamamaraan para sa pagkuha ng kinakailangang gene (Molekyul ng DNA), na sasailalim sa pagtitiklop (cloning) sa pagpapalabas ng isang makabuluhang bilang ng mga replika, ay ang pagtatayo ng pantulong na DNA (cDNA) sa mRNA. Ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng paggamit ng reverse transcriptase, isang enzyme na naroroon sa ilang mga virus na naglalaman ng RNA at nagbibigay ng DNA synthesis sa isang template ng RNA.

Ang pamamaraan ay malawakang ginagamit upang makakuha ng cDNA at kasama ang paghihiwalay ng mRNA mula sa kabuuang tissue mRNA, na nag-encode ng pagsasalin ng isang tiyak na protina (halimbawa, interferon, insulin) na may karagdagang synthesis sa mRNA na ito bilang isang template ng kinakailangang cDNA gamit ang reverse transcriptase.

Ang gene na nakuha gamit ang pamamaraan sa itaas (cDNA) ay dapat na ipasok sa bacterial cell sa paraang ito ay sumasama sa genome nito. Para dito, bumubuo sila recombinant na DNA, na binubuo ng cDNA at isang espesyal na molekula ng DNA na namumuno bilang isang conductor, o vector, na may kakayahang tumagos sa tatanggap sa cell. Ang mga virus o plasmid ay ginagamit bilang mga vector para sa cDNA. Ang mga plasmid ay maliliit na pabilog na molekula ng DNA na hiwalay sa nucleoid. bacterial cell, naglalaman ng ilang mga gene na mahalaga para sa paggana ng buong cell (halimbawa, mga antibiotic resistance genes at maaaring mag-replika nang hiwalay sa pangunahing genome (DNA) ng cell. Biologically important at praktikal na kapaki-pakinabang para sa genetic engineering Ang mga katangian ng plasmids ay ang kanilang kakayahang lumipat mula sa isang cell patungo sa isa pa sa pamamagitan ng mekanismo ng pagbabagong-anyo o conjugation, pati na rin ang kakayahang maisama sa bacterial chromosome at magtiklop kasama nito.

Ipinakita nina Watson at Crick na ang pagbuo ng mga hydrogen bond at isang regular na double helix ay posible lamang kapag ang mas malaking purine base adenine (A) sa isang chain ay may mas maliit na pyrimidine base thymine (T) bilang partner nito sa kabilang chain, at guanine (G) na nauugnay sa cytosine (C). Ang pattern na ito ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod: Correspondence A "T at G" Ang C ay tinatawag na panuntunan ng complementarity, at ang mga tanikala mismo pantulong. Ayon sa panuntunang ito, ang nilalaman ng adenine sa DNA ay palaging katumbas ng nilalaman ng thymine, at ang halaga ng guanine ay palaging katumbas ng halaga ng cytosine. Dapat pansinin na ang dalawang strand ng DNA, na magkaiba sa kemikal, ay nagdadala ng parehong impormasyon, dahil dahil sa complementarity, ang isang strand ay natatanging tumutukoy sa isa pa.

Ang istraktura ng RNA ay hindi gaanong naayos. Ito ay karaniwang isang solong-stranded na molekula, bagaman ang RNA ng ilang mga virus ay binubuo ng dalawang hibla. Ngunit kahit na ang gayong RNA ay mas nababaluktot kaysa sa DNA. Ang ilang mga seksyon sa molekula ng RNA ay magkatugma at, kapag ang kadena ay baluktot, magkapares, na bumubuo ng mga double-stranded na istruktura (mga hairpins). Una sa lahat, naaangkop ito sa paglilipat ng mga RNA (tRNAs). Ang ilang mga base sa tRNA ay sumasailalim sa pagbabago pagkatapos ng synthesis ng molekula. Halimbawa, kung minsan ang mga methyl group ay nakakabit sa kanila.

 FUNCTION NG NUCLEIC ACID Ang isa sa mga pangunahing pag-andar ng mga nucleic acid ay ang pagpapasiya ng synthesis ng protina. Ang impormasyon tungkol sa istraktura ng mga protina, na naka-encode sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide ng DNA, ay dapat ipadala mula sa isang henerasyon patungo sa isa pa, at samakatuwid ang hindi mapag-aalinlanganang pagkopya nito ay kinakailangan, i.e. synthesis ng eksaktong parehong molekula ng DNA (pagtitiklop).Pagtitiklop at transkripsyon. Mula sa isang kemikal na pananaw, ang synthesis ng isang nucleic acid ay isang polymerization, i.e. sunud-sunod na koneksyon ng mga bloke ng gusali. Ang nasabing mga bloke ay mga nucleoside triphosphate; Ang reaksyon ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:
Ang enerhiya na kinakailangan para sa synthesis ay inilabas kapag ang pyrophosphate ay natanggal, at ang mga espesyal na enzyme, ang mga polymerases ng DNA, ay nag-catalyze sa reaksyon.

Bilang resulta ng naturang sintetikong proseso, makakakuha tayo ng isang polimer na may random na pagkakasunud-sunod ng base. Gayunpaman, karamihan sa mga polymerase ay gumagana lamang sa pagkakaroon ng isang pre-existing na nucleic acid, isang template na nagdidikta kung aling nucleotide ang ikakabit sa dulo ng chain. Ang nucleotide na ito ay dapat na pantulong sa kaukulang template na nucleotide, upang ang bagong strand ay komplementaryo sa orihinal. Gamit ang komplementaryong strand bilang isang matrix, nakukuha namin eksaktong kopya orihinal.

Binubuo ang DNA ng dalawang magkasanib na komplementaryong hibla. Sa panahon ng pagtitiklop, naghihiwalay sila, at ang bawat isa sa kanila ay nagsisilbing isang template para sa synthesis ng isang bagong strand:

Ito ay bumubuo ng dalawang bagong double helix na may parehong base sequence gaya ng orihinal na DNA. Minsan ang proseso ng pagtitiklop ay "nabibigo" at nangyayari ang mga mutasyon (Tingnan din HEREDITY). Bilang resulta ng transkripsyon ng DNA, ang mga cellular RNA (mRNA, rRNA at tRNA) ay nabuo:Ang mga ito ay pantulong sa isa sa mga strand ng DNA at isang kopya ng isa pang strand, maliban na ang uracil ay pumalit sa thymine. Sa ganitong paraan, maraming kopya ng RNA ng isa sa mga hibla ng DNA ang maaaring makuha.Sa isang normal na cell, ang impormasyon ay ipinapadala lamang sa direksyon ng DNA.® DNA at DNA ® RNA. Gayunpaman, ang iba pang mga proseso ay posible sa mga cell na nahawaan ng virus: RNA® RNA at RNA ® DNA. Ang genetic na materyal ng maraming mga virus ay kinakatawan ng isang molekula ng RNA, karaniwang single-stranded. Sa pagpasok sa host cell, ang RNA na ito ay nagrereplika upang bumuo ng isang komplementaryong molekula, kung saan, sa turn, maraming mga kopya ng orihinal na viral RNA ang na-synthesize:Ang Viral RNA ay maaaring ma-transcribe ng isang enzyme- reverse transcriptase- sa DNA, na kung minsan ay kasama sa chromosomal DNA ng host cell. Ngayon ang DNA na ito ay nagdadala ng mga viral gene, at pagkatapos ng transkripsyon, ang viral RNA ay maaaring lumitaw sa cell. Kaya, pagkatapos matagal na panahon, kung saan walang virus na matatagpuan sa cell, ito ay lilitaw muli sa loob nito nang walang muling impeksyon. Ang mga virus na ang genetic na materyal ay isinama sa chromosome ng host cell ay kadalasang sanhi ng kanser.

Matapos ang pagtuklas ng prinsipyo ng molekular na organisasyon ng naturang sangkap bilang DNA noong 1953, nagsimulang umunlad. molecular biology. Dagdag pa, sa proseso ng pananaliksik, nalaman ng mga siyentipiko kung paano muling pinagsama ang DNA, ang komposisyon nito, at kung paano nakaayos ang genome ng ating tao.

Araw-araw sa antas ng molekular nangyayari ang pinaka kumplikadong mga proseso. Paano nakaayos ang molekula ng DNA, ano ang binubuo nito? Ano ang papel na ginagampanan ng mga molekula ng DNA sa isang cell? Pag-usapan natin nang detalyado ang lahat ng mga prosesong nagaganap sa loob ng double chain.

Ano ang namamana na impormasyon?

Kaya paano nagsimula ang lahat? Noong 1868 natagpuan sa nuclei ng bacteria. At noong 1928, iniharap ni N. Koltsov ang teorya na nasa DNA na ang lahat ng genetic na impormasyon tungkol sa isang buhay na organismo ay naka-encrypt. Pagkatapos ay natagpuan nina J. Watson at F. Crick ang isang modelo para sa ngayon ay kilalang DNA helix noong 1953, kung saan sila ay karapat-dapat sa pagkilala at isang parangal - ang Nobel Prize.

Ano pa rin ang DNA? Ang sangkap na ito ay binubuo ng 2 pinagsamang mga thread, mas tiyak na mga spiral. Ang isang seksyon ng naturang chain na may ilang partikular na impormasyon ay tinatawag na gene.

Iniimbak ng DNA ang lahat ng impormasyon tungkol sa kung anong uri ng mga protina ang mabubuo at sa anong pagkakasunud-sunod. Ang DNA macromolecule ay tagadala ng materyal hindi kapani-paniwalang napakaraming impormasyon, na naitala sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod ng mga indibidwal na bloke ng gusali - mga nucleotide. Mayroong 4 na nucleotides sa kabuuan, sila ay umakma sa bawat isa sa kemikal at geometriko. Ang prinsipyong ito ng complementation, o complementarity, sa agham ay ilalarawan sa ibang pagkakataon. Ang panuntunang ito ay gumaganap pangunahing tungkulin sa pag-encode at pag-decode ng genetic na impormasyon.

Dahil ang DNA strand ay hindi kapani-paniwalang mahaba, walang mga pag-uulit sa sequence na ito. Ang bawat buhay na nilalang ay may sariling natatanging DNA strand.

Mga Pag-andar ng DNA

Kasama sa mga pag-andar ang pag-iimbak ng namamana na impormasyon at ang paghahatid nito sa mga supling. Kung wala ang function na ito, ang genome ng isang species ay hindi mapangalagaan at mabuo sa loob ng millennia. Ang mga organismo na sumailalim sa mga pangunahing mutation ng gene ay mas malamang na hindi mabuhay o mawalan ng kakayahang gumawa ng mga supling. Kaya mayroong natural na proteksyon laban sa pagkabulok ng mga species.

Isa pang mahalaga mahalagang tungkulin- pagpapatupad ng nakaimbak na impormasyon. Ang cell ay hindi makakagawa ng anumang mahahalagang protina nang walang mga tagubilin na nakaimbak sa double strand.

Komposisyon ng mga nucleic acid

Ngayon ay mapagkakatiwalaan na alam kung ano ang binubuo ng mga nucleotide mismo, ang mga bloke ng gusali ng DNA. Kasama sa mga ito ang 3 sangkap:

  • Orthophosphoric acid.
  • nitrogenous na base. Mga base ng pyrimidine - na mayroon lamang isang singsing. Kabilang dito ang thymine at cytosine. Mga base ng purine na naglalaman ng 2 singsing. Ito ay guanine at adenine.
  • Sucrose. Ang DNA ay naglalaman ng deoxyribose, ang RNA ay naglalaman ng ribose.

Ang bilang ng mga nucleotide ay palaging katumbas ng bilang ng mga nitrogenous base. Sa mga espesyal na laboratoryo, ang nucleotide ay nahati at nakahiwalay dito nitrogenous na base. Kaya pinag-aaralan nila ang mga indibidwal na katangian ng mga nucleotide na ito at posibleng mutasyon sa kanila.

Mga antas ng organisasyon ng namamana na impormasyon

Mayroong 3 antas ng organisasyon: gene, chromosomal at genomic. Ang lahat ng impormasyon na kailangan para sa synthesis ng isang bagong protina ay nakapaloob sa isang maliit na seksyon ng chain - ang gene. Iyon ay, ang gene ay itinuturing na pinakamababa at pinakasimpleng antas ng impormasyon sa pag-encode.

Ang mga gene, sa turn, ay binuo sa mga chromosome. Salamat sa tulad ng isang organisasyon ng carrier ng namamana na materyal, ang mga pangkat ng mga katangian ay kahalili ayon sa ilang mga batas at ipinadala mula sa isang henerasyon patungo sa isa pa. Dapat pansinin na mayroong hindi kapani-paniwalang maraming mga gene sa katawan, ngunit ang impormasyon ay hindi nawawala, kahit na ito ay muling pinagsama ng maraming beses.

Mayroong ilang mga uri ng mga gene:

  • sa functional na layunin 2 uri ay nakikilala: istruktura at regulasyon na pagkakasunud-sunod;
  • ayon sa impluwensya sa mga prosesong nagaganap sa cell, mayroong: supervital, lethal, conditionally nakamamatay na mga gene, pati na rin ang mutator at antimutator genes.

Ang mga gene ay matatagpuan sa kahabaan ng chromosome linear order. Sa mga chromosome, ang impormasyon ay hindi random na nakatutok, mayroong isang tiyak na pagkakasunud-sunod. Mayroong kahit isang mapa na nagpapakita ng mga posisyon, o gene loci. Halimbawa, alam na ang data sa kulay ng mga mata ng isang bata ay naka-encrypt sa chromosome number 18.

Ano ang isang genome? Ito ang pangalan ng buong hanay ng mga nucleotide sequence sa cell ng katawan. Ang genome ay nagpapakilala buong view, hindi isang indibidwal.

Ano ang genetic code ng tao?

Ang katotohanan ay ang lahat ng malaking potensyal pag-unlad ng tao inilatag sa panahon ng paglilihi. Ang lahat ng namamana na impormasyon na kinakailangan para sa pagbuo ng zygote at paglaki ng bata pagkatapos ng kapanganakan ay naka-encrypt sa mga gene. Ang mga seksyon ng DNA ay ang pinakapangunahing tagapagdala ng namamana na impormasyon.

Ang mga tao ay may 46 chromosome, o 22 somatic pairs kasama ang isang sex-determining chromosome mula sa bawat magulang. Ang diploid na set ng mga chromosome na ito ay naka-encode sa buong pisikal na anyo ng isang tao, ang kanyang mental at pisikal na kakayahan at predisposisyon sa mga sakit. Ang mga somatic chromosome ay panlabas na hindi makilala, ngunit nagdadala sila ng iba't ibang impormasyon, dahil ang isa sa kanila ay mula sa ama, ang isa ay mula sa ina.

Ang male code ay naiiba sa female code sa huling pares ng chromosomes - XY. Ang babaeng diploid set ay ang huling pares, XX. Ang mga lalaki ay nakakakuha ng isang X chromosome mula sa kanilang biyolohikal na ina, at pagkatapos ay ipinapasa ito sa kanilang mga anak na babae. Ang sex Y chromosome ay ipinapasa sa mga anak na lalaki.

Malaki ang pagkakaiba ng laki ng mga chromosome ng tao. Halimbawa, ang pinakamaliit na pares ng chromosome ay #17. At ang pinakamalaking pares ay 1 at 3.

Ang diameter ng double helix sa mga tao ay 2 nm lamang. Ang DNA ay napakahigpit na nakapulupot na ito ay kasya sa maliit na nucleus ng cell, bagaman ito ay magiging hanggang 2 metro ang haba kung aalisin ang sugat. Ang haba ng helix ay daan-daang milyong nucleotides.

Paano ipinadala ang genetic code?

Kaya, ano ang papel na ginagampanan ng mga molekula ng DNA sa isang cell sa panahon ng paghahati? Ang mga gene - mga tagapagdala ng namamana na impormasyon - ay nasa loob ng bawat cell ng katawan. Upang maipasa ang kanilang code sa isang anak na organismo, hinahati ng maraming nilalang ang kanilang DNA sa 2 magkaparehong helice. Ito ay tinatawag na pagtitiklop. Sa proseso ng pagtitiklop, ang DNA ay nag-unwind at ang mga espesyal na "machine" ay kumukumpleto sa bawat chain. Pagkatapos ng genetic helix bifurcates, ang nucleus at lahat ng organelles ay magsisimulang hatiin, at pagkatapos ay ang buong cell.

Ngunit ang isang tao ay may ibang proseso ng paglipat ng gene - sekswal. Ang mga palatandaan ng ama at ina ay halo-halong, ang bagong genetic code ay naglalaman ng impormasyon mula sa parehong mga magulang.

Ang pag-iimbak at paghahatid ng namamana na impormasyon ay posible dahil sa kumplikadong organisasyon mga hibla ng DNA. Pagkatapos ng lahat, tulad ng sinabi namin, ang istraktura ng mga protina ay naka-encrypt sa mga gene. Kapag nalikha sa panahon ng paglilihi, ang code na ito ay kokopyahin ang sarili nito sa buong buhay. Ang karyotype (personal na hanay ng mga chromosome) ay hindi nagbabago sa panahon ng pag-renew ng mga selula ng organ. Ang paghahatid ng impormasyon ay isinasagawa sa tulong ng mga sex gametes - lalaki at babae.

Ang mga virus lamang na naglalaman ng isang strand ng RNA ang hindi makapagpadala ng kanilang impormasyon sa kanilang mga supling. Samakatuwid, upang magparami, kailangan nila ng mga selula ng tao o hayop.

Pagpapatupad ng namamana na impormasyon

Sa nucleus ng isang cell, mayroong pare-pareho mahahalagang proseso. Ang lahat ng impormasyon na naitala sa mga chromosome ay ginagamit upang bumuo ng mga protina mula sa mga amino acid. Ngunit ang DNA strand ay hindi umaalis sa nucleus, kaya kailangan ang tulong ng ibang tao dito. mahalagang koneksyon= RNA. Ang RNA lamang ay nakakapasok sa nuclear membrane at nakikipag-ugnayan sa chain ng DNA.

Sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng DNA at 3 uri ng RNA, lahat ng naka-encode na impormasyon ay naisasakatuparan. Sa anong antas ang pagpapatupad ng namamana na impormasyon? Ang lahat ng mga pakikipag-ugnayan ay nangyayari sa antas ng nucleotide. Kinokopya ng Messenger RNA ang isang segment ng DNA chain at dinadala ang kopyang ito sa ribosome. Dito nagsisimula ang synthesis ng mga nucleotides ng isang bagong molekula.

Upang makopya ng mRNA ang kinakailangang bahagi ng kadena, ang helix ay magbubukas at pagkatapos, sa pagkumpleto ng proseso ng pag-recoding, ay maibabalik muli. Bukod dito, ang prosesong ito ay maaaring mangyari nang sabay-sabay sa 2 panig ng 1 chromosome.

Ang prinsipyo ng complementarity

Binubuo sila ng 4 na nucleotides - ito ay adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T). Ang mga ito ay konektado sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen ayon sa tuntunin ng complementarity. Ang mga gawa ni E. Chargaff ay nakatulong upang maitatag ang panuntunang ito, dahil napansin ng siyentipiko ang ilang mga pattern sa pag-uugali ng mga sangkap na ito. Natuklasan ni E. Chargaff na ang molar ratio ng adenine sa thymine ay katumbas ng isa. At sa parehong paraan, ang ratio ng guanine sa cytosine ay palaging katumbas ng isa.

Batay sa kanyang trabaho, ang mga geneticist ay bumuo ng isang panuntunan para sa pakikipag-ugnayan ng mga nucleotides. Ang panuntunan ng complementarity ay nagsasaad na ang adenine ay pinagsama lamang sa thymine, at guanine sa cytosine. Sa panahon ng pag-decode ng helix at ang synthesis ng isang bagong protina sa ribosome, nakakatulong ang alternation rule na ito upang mabilis na mahanap ang kinakailangang amino acid na nakakabit sa transfer RNA.

RNA at mga uri nito

Ano ang namamana na impormasyon? nucleotides sa DNA double strand. Ano ang RNA? Ano ang kanyang trabaho? Ang RNA, o ribonucleic acid, ay tumutulong sa pagkuha ng impormasyon mula sa DNA, pag-decode nito at, batay sa prinsipyo ng complementarity, lumikha kinakailangan ng mga cell mga protina.

Sa kabuuan, 3 uri ng RNA ang nakahiwalay. Ang bawat isa sa kanila ay gumaganap ng mahigpit na pag-andar nito.

  1. Pang-impormasyon (mRNA), o tinatawag din itong matrix. Ito ay papunta mismo sa gitna ng cell, sa nucleus. Nahanap nito sa isa sa mga chromosome ang kinakailangang genetic material para sa pagbuo ng isang protina at kinokopya ang isa sa mga gilid ng double chain. Nangyayari muli ang pagkopya ayon sa prinsipyo ng complementarity.
  2. Transportasyon- Ito maliit na molekula, na may mga nucleotide decoder sa isang panig, at mga amino acid na naaayon sa pangunahing code sa kabilang panig. Ang gawain ng tRNA ay ihatid ito sa "workshop", iyon ay, sa ribosome, kung saan ito synthesizes ang kinakailangang amino acid.
  3. Ang rRNA ay ribosomal. Kinokontrol nito ang dami ng protina na ginawa. Binubuo ng 2 bahagi - amino acid at peptide site.

Ang pagkakaiba lang kapag nagde-decode ay walang thymine ang RNA. Sa halip na thymine, ang uracil ay naroroon dito. Ngunit pagkatapos, sa proseso ng synthesis ng protina, kasama ang tRNA, tama pa rin itong nagtatatag ng lahat ng mga amino acid. Kung mayroong anumang mga pagkabigo sa pag-decode ng impormasyon, pagkatapos ay isang mutation ang nangyayari.

Pag-aayos ng isang nasirang molekula ng DNA

Ang proseso ng pag-aayos ng isang nasirang double strand ay tinatawag na reparation. Sa panahon ng proseso ng pag-aayos, ang mga nasirang gene ay inaalis.

Pagkatapos ang kinakailangang pagkakasunud-sunod ng mga elemento ay eksaktong kopyahin at bumagsak pabalik sa parehong lugar sa chain kung saan ito kinuha. Nangyayari ang lahat ng ito salamat sa espesyal mga kemikal- mga enzyme.

Bakit nangyayari ang mga mutasyon?

Bakit nagsisimulang mag-mutate ang ilang mga gene at huminto sa pagtupad sa kanilang tungkulin - ang pag-iimbak ng mahahalagang namamana na impormasyon? Ito ay dahil sa isang error sa pag-decode. Halimbawa, kung ang adenine ay hindi sinasadyang napalitan ng thymine.

Mayroon ding mga chromosomal at genomic mutations. Chromosomal mutations mangyari kung ang mga seksyon ng namamana na impormasyon ay nahuhulog, doble, o sa pangkalahatan ay inililipat at isinama sa isa pang chromosome.

Ang genomic mutations ay ang pinakaseryoso. Ang kanilang dahilan ay isang pagbabago sa bilang ng mga chromosome. Iyon ay, kapag sa halip na isang pares - isang diploid set, isang triploid set ay naroroon sa karyotype.

Karamihan sikat na halimbawa ang isang triploid mutation ay Down syndrome, kung saan ang personal na hanay ng mga chromosome ay 47. Sa ganitong mga bata, 3 chromosome ang nabuo bilang kapalit ng ika-21 na pares.

Mayroon ding gayong mutation bilang polyploidy. Ngunit ang polyploidy ay matatagpuan lamang sa mga halaman.

MGA KAUGNAY NA ARTIKULO