Pagtuklas ng genetic na papel ng DNA

Ang DNA ay natuklasan ni Johann Friedrich Miescher noong 1869. Mula sa mga labi ng mga selula na nakapaloob sa nana, nagbukod siya ng isang sangkap, na kinabibilangan ng nitrogen at posporus. Sa unang pagkakataon, isang nucleic acid na walang mga protina ang nakuha ni R. Altman noong 1889, na nagpakilala ng terminong ito sa biochemistry. Ito ay hindi hanggang sa kalagitnaan ng 1930s na napatunayan na ang DNA at RNA ay nakapaloob sa bawat buhay na selula. Si A. N. Belozersky, na siyang unang naghiwalay ng DNA mula sa mga halaman, ay may mahalagang papel sa pagtatatag ng pangunahing posisyong ito. Unti-unti, napatunayan na ito ay DNA, at hindi mga protina, gaya ng naunang naisip, ang siyang nagdadala ng genetic na impormasyon. O. Everin, Colin McLeod at McLean McCarthy (1944) pinamamahalaang upang ipakita na ang DNA na nakahiwalay mula sa pneumococci ay responsable para sa tinatawag na pagbabagong-anyo (ang pagkuha ng mga pathogenic na katangian sa pamamagitan ng isang hindi nakakapinsalang kultura bilang isang resulta ng pagdaragdag ng mga patay na pathogenic bacteria dito). Ang isang eksperimento ng mga Amerikanong siyentipiko (ang Hershey-Chase experiment, 1952) na may radioactively labeled na mga protina at DNA ng mga bacteriophage ay nagpakita na ang nucleic acid lamang ng phage ang naililipat sa nahawaang cell, at ang bagong henerasyon ng phage ay naglalaman ng parehong mga protina at nucleic acid bilang orihinal na phage. Hanggang sa 1950s, ang eksaktong istraktura ng DNA, pati na rin ang paraan ng paghahatid ng namamana na impormasyon, ay nanatiling hindi alam. Bagama't tiyak na alam na ang DNA ay binubuo ng ilang mga hibla ng nucleotides, walang nakakaalam kung gaano karaming mga hibla ang mayroon at kung paano sila konektado. Ang istruktura ng DNA double helix ay iminungkahi nina Francis Crick at James Watson noong 1953 batay sa sa X-ray na sina Maurice Wilkins at Rosalind Franklin, at "Mga panuntunan ni Chargaff", ayon sa kung saan ang mga mahigpit na ratio ay sinusunod sa bawat molekula ng DNA, na nagkokonekta sa bilang ng mga nitrogenous na base ng iba't ibang uri. Nang maglaon, ang modelo ng istruktura ng DNA na iminungkahi nina Watson at Crick ay napatunayan, at ang kanilang trabaho ay ginawaran ng Nobel Prize sa Physiology o Medicine noong 1962. Si Rosalind Franklin, na namatay noong panahong iyon, ay hindi kabilang sa mga nagwagi, dahil ang premyo ay hindi. iginawad sa posthumously. Noong 1960, sa ilang mga laboratoryo nang sabay-sabay natuklasan ang RNA polymerase enzyme, na nag-synthesize ng RNA sa mga template ng DNA. Ang genetic amino acid code ay ganap na na-decipher noong 1961–1966. sa pamamagitan ng pagsisikap ng mga laboratoryo ng M. Nirenberg, S. Ochoa at G. Korana.

Kemikal na komposisyon at istrukturang organisasyon ng molekula ng DNA.

Ang DNA ay deoxyribonucleic acid. Ang molekula ng DNA ay ang pinakamalaking biopolymer, ang monomer nito ay isang nucleotide. Ang isang nucleotide ay binubuo ng mga nalalabi ng 3 sangkap: 1 - isang nitrogenous base; 2 - deoxyribose carbohydrates; 3 - phosphoric acid (figure - ang istraktura ng nucleotide). Ang mga nucleotide na kasangkot sa pagbuo ng molekula ng DNA ay naiiba sa bawat isa sa mga nitrogenous base. Nitrogenous base: 1 - Cytosine at Thymine (pyrimidine derivatives) at 2 - Adenine at Guanine (purine derivatives). Ang koneksyon ng mga nucleotide sa isang DNA strand ay nangyayari sa pamamagitan ng carbohydrate ng isang nucleotide at ang phosphoric acid residue ng kalapit na isa (Figure - ang istraktura ng polynucleotide chain). Ang tuntunin ni Chargaff (1951): ang bilang ng mga purine base sa DNA ay palaging katumbas ng bilang ng mga base ng pyrimidine, A=T G=C.

1953 J. Watson at F. Crick - Nagpakita ng isang modelo ng istraktura ng molekula ng DNA (Figure - ang istraktura ng molekula ng DNA).

Pangunahing Istruktura- ang pagkakasunud-sunod ng pag-aayos ng mga monomer unit (mononucleotides) sa mga linear polymers. Ang chain ay nagpapatatag ng 3,5-phosphodiester bond. pangalawang istraktura- isang double helix, ang pagbuo nito ay tinutukoy ng internucleotide hydrogen bonds, na nabuo sa pagitan ng mga base na kasama sa canonical pairs A-T (2 hydrogen bonds) at G-C (3 hydrogen bonds). Pinagsasama-sama ang mga kadena sa pamamagitan ng mga pagsasalansan ng mga pakikipag-ugnayan, mga pakikipag-ugnayang electrostatic, mga pakikipag-ugnayan ng van der Waals. Tertiary na istraktura ay ang pangkalahatang hugis ng mga molekulang biopolymer. Superhelical na istraktura - kapag ang isang closed double helix ay hindi bumubuo ng isang singsing, ngunit isang istraktura na may mga pagliko ng isang mas mataas na order (nagbibigay ng compactness). Quaternary na istraktura– pag-iimpake ng mga molekula sa mga polymolecular ensemble. Para sa mga nucleic acid, ito ay mga ensemble na kinabibilangan ng mga molekula ng protina.

Istraktura at pag-andar ng DNA

Pangalan ng parameter	Ibig sabihin
Paksa ng artikulo:	Istraktura at pag-andar ng DNA
Rubric (temang kategorya)	Edukasyon

DNA- isang polimer na ang mga monomer ay deoxyribonucleotides. Ang isang modelo ng spatial na istraktura ng molekula ng DNA sa anyo ng isang double helix ay iminungkahi noong 1953 ᴦ. J. Watson at F. Crick (upang bumuo ng modelong ito ay ginamit nila ang gawain ni M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

Molekyul ng DNA nabuo sa pamamagitan ng dalawang polynucleotide chain, na paikot-ikot sa bawat isa at magkasama sa paligid ng isang haka-haka na axis, ᴛ.ᴇ. ay isang double helix (exception - ilang mga virus na naglalaman ng DNA ay may single-stranded DNA). Ang diameter ng DNA double helix ay 2 nm, ang distansya sa pagitan ng mga katabing nucleotides ay 0.34 nm, at mayroong 10 base pairs sa bawat pagliko ng helix. Ang haba ng molekula ay maaaring umabot ng ilang sentimetro. Molecular weight - sampu at daan-daang milyon. Ang kabuuang haba ng DNA sa human cell nucleus ay humigit-kumulang 2 m. Sa eukaryotic cells, ang DNA ay bumubuo ng mga complex na may mga protina at may partikular na spatial conformation.

DNA monomer - nucleotide (deoxyribonucleotide)- binubuo ng mga nalalabi ng tatlong sangkap: 1) isang nitrogenous base, 2) isang limang-carbon monosaccharide (pentose) at 3) phosphoric acid. Ang mga nitrogenous base ng mga nucleic acid ay nabibilang sa mga klase ng pyrimidines at purines. Pyrimidine base ng DNA(may isang singsing sa kanilang molekula) - thymine, cytosine. Mga base ng purine(may dalawang singsing) - adenine at guanine.

Ang monosaccharide ng DNA nucleotide ay kinakatawan ng deoxyribose.

Ang pangalan ng nucleotide ay nagmula sa pangalan ng kaukulang base. Ang mga nucleotide at nitrogenous base ay ipinahiwatig ng malalaking titik.

Ang isang polynucleotide chain ay nabuo bilang isang resulta ng nucleotide condensation reactions. Sa kasong ito, sa pagitan ng 3 "-carbon ng deoxyribose residue ng isang nucleotide at ang phosphoric acid residue ng isa pa, bono ng phosphoether( nabibilang sa kategorya ng malakas na covalent bonds). Ang isang dulo ng polynucleotide chain ay nagtatapos sa isang 5 "carbon (ito ay tinatawag na 5" na dulo), ang isa ay nagtatapos sa isang 3 "carbon (3" na dulo).

Laban sa isang kadena ng mga nucleotides ay isang pangalawang kadena. Ang pag-aayos ng mga nucleotides sa dalawang chain na ito ay hindi random, ngunit mahigpit na tinukoy: ang thymine ay palaging matatagpuan laban sa adenine ng isang chain sa kabilang chain, at ang cytosine ay palaging laban sa guanine, dalawang hydrogen bond ang lumitaw sa pagitan ng adenine at thymine, sa pagitan ng guanine at cytosine - tatlong hydrogen bond. Ang pattern ayon sa kung saan ang mga nucleotide ng iba't ibang mga strand ng DNA ay nakaayos sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod na paraan (adenine - thymine, guanine - cytosine) at piling konektado sa isa't isa ay karaniwang tinatawag ang prinsipyo ng complementarity. Dapat pansinin na sina J. Watson at F. Crick ay naunawaan ang prinsipyo ng complementarity pagkatapos basahin ang mga gawa ni E. Chargaff. E. Chargaff, na pinag-aralan ang isang malaking bilang ng mga sample ng mga tisyu at organo ng iba't ibang mga organismo, natagpuan na sa anumang fragment ng DNA ang nilalaman ng mga residu ng guanine ay palaging eksaktong tumutugma sa nilalaman ng cytosine, at adenine sa thymine ( ʼʼChargaff ruleʼʼ), ngunit hindi niya maipaliwanag ang katotohanang ito.

Mula sa prinsipyo ng complementarity, ito ay sumusunod na ang nucleotide sequence ng isang chain ay tumutukoy sa nucleotide sequence ng isa pa.

Ang mga chain ng DNA ay anti-parallel (kabaligtaran), ᴛ.ᴇ. Ang mga nucleotide ng iba't ibang mga kadena ay matatagpuan sa magkasalungat na direksyon, at, samakatuwid, sa tapat ng 3 "dulo ng isang kadena ay ang 5" na dulo ng isa pa. Ang molekula ng DNA kung minsan ay inihahambing sa isang spiral staircase. Ang ʼʼrailingʼʼ ng hagdan na ito ay isang sugar-phosphate backbone (alternating residues ng deoxyribose at phosphoric acid); ʼʼstepsʼʼ - komplementaryong nitrogenous base.

Pag-andar ng DNA- imbakan at paghahatid ng namamana na impormasyon.

Ang istraktura at pag-andar ng DNA - ang konsepto at mga uri. Pag-uuri at mga tampok ng kategoryang "Istruktura at pag-andar ng DNA" 2017, 2018.

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

Ang DNA (deoxyribonucleic acid) ay isang uri ng blueprint ng buhay, isang 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. Ang artipisyal o natural na impluwensya ng panlabas na kapaligiran ay 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. Naglalaman ang DNA ng impormasyon tungkol sa istruktura ng iba't ibang uri ng 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 sa lamad ng selula. 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.

Mula sa isang kemikal na pananaw, ang DNA ay isang mahabang polymeric na molekula na binubuo ng paulit-ulit na mga bloke - mga nucleotide. 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 nitrogenous 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 ng RNA, ang pinakamahalaga sa mga ito ay impormasyon o template (mRNA), ribosomal (rRNA) at transportasyon (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

Ang lokasyon ng mga pangunahing kumbinasyon ng mga kemikal na compound ng DNA at ang dami ng mga ratio 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.

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

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

kanin. Fig. 5. Ang istraktura ng mga nucleotide (kaliwa), ang lokasyon ng nucleotide sa DNA (ibaba) at ang mga uri ng nitrogenous base (kanan): 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. Paghihiwalay ng 3' at 5' na dulo ng DNA strand

Dalawang hibla ng DNA form double helix. Ang mga chain na ito sa isang spiral ay nakatuon sa magkasalungat na direksyon. Sa iba't ibang mga hibla ng DNA, ang mga nitrogenous na base ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan 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 pantulong dito at ididirekta sa kabaligtaran na direksyon - mula sa 5'-end hanggang sa 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

DNA REPLICATION

Pagtitiklop ng DNA ay ang proseso ng pagdodoble ng molekula ng DNA sa pamamagitan ng template synthesis. Sa karamihan ng mga kaso ng natural na pagtitiklop ng DNApanimulang aklatpara sa DNA synthesis ay maikling snippet (nilikha muli). Ang nasabing ribonucleotide primer ay nilikha ng enzyme primase (DNA primase sa prokaryotes, DNA polymerase sa eukaryotes), at pagkatapos ay pinalitan ng deoxyribonucleotide polymerase, na karaniwang gumaganap ng mga function ng pag-aayos (pagwawasto ng pinsala sa kemikal at pagkasira sa molekula ng DNA).

Ang pagtitiklop ay nangyayari sa isang semi-konserbatibong paraan. 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- hindi ito 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:

1) Ang DNA topoisomerase, na matatagpuan sa harap ng replication fork, ay pinuputol ang DNA upang mapadali ang pag-unwinding at pag-unwinding nito.
2) Ang DNA helicase, kasunod ng topoisomerase, ay nakakaapekto sa proseso ng "pag-unwinding" ng DNA helix.
3) 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.
4) DNA polymerase δ(delta) , coordinated sa bilis ng paggalaw ng replication fork, nagsasagawa ng synthesisnangungunamga tanikala subsidiary DNA sa direksyon na 5" → 3" sa matrix maternal mga hibla ng DNA sa direksyon mula sa 3" dulo nito hanggang 5" na dulo (bilis hanggang 100 base pairs bawat segundo). Ang mga kaganapang ito maternal Ang mga hibla ng DNA ay limitado.

kanin. 9. Schematic na representasyon ng proseso ng pagtitiklop ng DNA: (1) Lagging strand (lag strand), (2) Leading strand (leading strand), (3) DNA polymerase α (Polα), (4) DNA ligase, (5) RNA -primer, (6) Primase, (7) Okazaki fragment, (8) DNA polymerase δ (Polδ ), (9) Helicase, (10) Single-stranded DNA-binding protein, (11) Topoisomerase.

Ang synthesis ng lagging daughter na DNA strand ay inilarawan sa ibaba (tingnan sa ibaba). scheme replication fork at function ng replication enzymes)

Para sa karagdagang impormasyon sa pagtitiklop ng DNA, tingnan ang

5) Kaagad pagkatapos ng pag-unwinding at pag-stabilize ng isa pang strand ng molekula ng magulang, ito ay sumasali.DNA polymerase α(alpha)at sa direksyon na 5 "→3" ay nag-synthesize ng isang primer (RNA primer) - isang RNA sequence sa isang template ng DNA na may haba na 10 hanggang 200 nucleotides. Pagkatapos nito, ang enzymetinanggal mula sa DNA strand.

sa halip na DNA polymeraseα nakakabit sa 3" dulo ng primer DNA polymeraseε .

6) DNA polymeraseε (epsilon) na parang patuloy na pahabain ang panimulang aklat, ngunit bilang isang substrate na naka-embeddeoxyribonucleotides(sa halagang 150-200 nucleotides). Bilang isang resulta, ang isang solidong thread ay nabuo mula sa dalawang bahagi -RNA(i.e. primer) at DNA. DNA polymerase εgumagana hanggang sa makatagpo ito ng panimulang aklat ng naunafragment Okazaki(na-synthesize ng kaunti mas maaga). Ang enzyme na ito ay aalisin sa kadena.

7) DNA polymerase β(beta) ay pumapalit saDNA polymerases ε,gumagalaw sa parehong direksyon (5" → 3") at inaalis ang mga primer na ribonucleotides habang ipinapasok ang mga deoxyribonucleotides sa kanilang lugar. Gumagana ang enzyme hanggang sa kumpletong pag-alis ng panimulang aklat, i.e. hanggang sa isang deoxyribonucleotide (kahit na mas dati nang na-synthesizeDNA polymerase ε). Hindi maiugnay ng enzyme ang resulta ng trabaho nito at ang DNA sa harap, kaya umalis ito sa kadena.

Bilang resulta, ang isang fragment ng DNA ng anak na babae ay "namamalagi" sa matrix ng thread ng ina. Ito ay tinatawag nafragment ng Okazaki.

8) Ang DNA ligase ay nagpapalit ng dalawang katabi mga fragment ng Okazaki , ibig sabihin. 5 "-end ng segment, na-synthesizeDNA polymerase ε,at 3" chain end built-inDNA polymeraseβ .

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 tinatawag ang bawat link 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 (ribose ay may karagdagang hydroxyl group 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. Ang lahat ng cellular organism ay gumagamit ng RNA (mRNA) upang i-program 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 pagbabagong kemikal pagkatapos ng transkripsyon, at pagkatapos ng pagbuo ng mga sekundarya at tersiyaryong istruktura, nagsasagawa sila ng mga function na nakasalalay 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 (kasama ang 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 tuntunin 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 sequence ng amino acid ng mga protina gamit ang sequence ng mga 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 madoble sa pamamagitan ng pagtitiklop, at ang proseso ng reverse transcription ay posible rin, kapag ang DNA ay na-synthesize mula sa isang 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 parehong biological species. Ang orihinal na kahulugan ng terminong ito ay nagpapahiwatig na ang konsepto ng genome, sa kaibahan ng genotype, ay isang genetic na katangian ng species sa kabuuan, at hindi ng isang indibidwal. Sa pag-unlad ng molecular genetics, nagbago ang kahulugan ng terminong ito. 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, ay kinabibilangan ng hindi lamang mga gene sa modernong kahulugan ng salita. Karamihan sa 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 nakalipas na siglo, malaki ang pagbabago sa ating pag-unawa sa mga gene. 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, iminungkahi nina George Beadle at Edward Tatham ang isang molekular na kahulugan ng isang 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 pagkagambala sa buong 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 isang polypeptide ay maaaring isang subunit ng isang kumplikadong kumplikadong protina.

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).

Modernong biochemical na kahulugan ng isang gene mas partikular. Ang mga gene ay lahat ng mga seksyon ng DNA na nag-encode sa pangunahing sequence ng mga end product, 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 gumaganap ng eksklusibong pagpapaandar 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. Ang polypeptide chain ng 350 amino acid residues (medium length chain) ay tumutugma sa isang sequence na 1050 bp. ( 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: ang mga ito ay kasangkot sa packaging 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, ito ay hindi isang regular na bilog, ngunit sa halip ay isang loop na walang simula at wakas), na binubuo ng 4,639,675 bp. 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 kromosoma 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 upang bumuo ng mga plasmid ng anak na babae, na pumapasok sa mga selula ng anak na babae sa panahon ng paghahati ng selula ng magulang. 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 cell ng host 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. Ang mga plasmid na nagdadala ng β-lactamase gene 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 mga antibiotic ay isang makapangyarihang selective factor na nagsusulong ng pagkalat ng mga plasmid na nag-e-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 resistensya 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, isang klasikong bagay ng genetic research, naglalaman ng 35 beses na mas maraming DNA, at ang mga cell ng tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 700 beses na mas maraming DNA kaysa sa mga cell. 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. Mitochondrial DNA code para sa mitochondrial tRNA at rRNA, pati na rin ang ilang mitochondrial protein. 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 naka-encode lamang ng isang protina o RNA, bilang karagdagan sa direktang bahagi ng coding, kabilang din dito ang mga regulatory at iba pang mga elemento ng istruktura na may ibang istraktura sa mga prokaryote 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.

Ang mga prokaryote ay nailalarawan sa pamamagitan ng kumbinasyon ng 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

Ang pagpapares na ito ay hindi nangyayari sa mga eukaryotes dahil sa pagkakaroon ng isang nuclear envelope na naghihiwalay sa cytoplasm, kung saan nagaganap ang pagsasalin, mula sa genetic na materyal, kung saan nangyayari ang transkripsyon. Sa mga prokaryote, sa panahon ng synthesis ng RNA sa isang template ng DNA, ang isang ribosome ay maaaring agad na magbigkis sa synthesized na molekula ng RNA. Kaya, nagsisimula ang pagsasalin bago pa man makumpleto ang transkripsyon. Bukod dito, maraming mga ribosom ang maaaring sabay na magbigkis sa isang molekula ng RNA, na nagsi-synthesize ng ilang mga molekula ng isang protina nang sabay-sabay.

Ang istraktura ng mga gene sa eukaryotes

Ang mga gene at chromosome ng mga eukaryote ay napaka kumplikadong organisado.

Ang bakterya ng maraming species ay may isang chromosome lamang, at sa halos lahat ng kaso mayroong isang kopya ng bawat gene sa bawat chromosome. Ilang genes lang, gaya ng rRNA genes, ang nakapaloob sa maraming kopya. Ang mga gene at regulatory sequence ay bumubuo sa halos buong genome ng prokaryotes. Bukod dito, halos bawat gene ay mahigpit na tumutugma sa pagkakasunud-sunod ng amino acid (o pagkakasunud-sunod ng RNA) na ine-encode nito (Larawan 14).

Ang istruktura at functional na organisasyon ng eukaryotic genes ay mas kumplikado. Ang pag-aaral ng mga eukaryotic chromosome, at kalaunan ang pagkakasunud-sunod ng kumpletong eukaryotic genome sequences, ay nagdala ng maraming mga sorpresa. Marami, kung hindi man karamihan, ang mga eukaryotic genes ay may isang kawili-wiling tampok: ang kanilang mga nucleotide sequence ay naglalaman ng isa o higit pang mga rehiyon ng DNA na hindi naka-encode sa amino acid sequence ng polypeptide na produkto. Ang ganitong mga hindi na-translate na pagsingit ay nakakagambala sa direktang pagsusulatan sa pagitan ng nucleotide sequence ng gene at ng amino acid sequence ng naka-encode na polypeptide. Ang mga hindi naisaling segment na ito sa mga gene ay tinatawag mga intron, o built-in mga pagkakasunod-sunod, at ang mga segment ng coding ay mga exon. Sa mga prokaryote, iilan lamang sa mga gene ang naglalaman ng mga intron.

Kaya, sa mga eukaryote, halos walang kumbinasyon ng mga gene sa mga operon, at ang coding sequence ng isang eukaryotic gene ay kadalasang nahahati sa mga isinaling rehiyon. - mga exon, at mga hindi naisaling seksyon - mga intron.

Sa karamihan ng mga kaso, ang pag-andar ng mga intron ay hindi pa naitatag. Sa pangkalahatan, halos 1.5% lamang ng DNA ng tao ang "coding", ibig sabihin, nagdadala ito ng impormasyon tungkol sa mga protina o RNA. Gayunpaman, isinasaalang-alang ang malalaking intron, lumalabas na ang 30% ng DNA ng tao ay binubuo ng mga gene. Dahil ang mga gene ay bumubuo ng isang medyo maliit na proporsyon ng genome ng tao, ang isang malaking halaga ng DNA ay nananatiling hindi natukoy.

kanin. 16. Scheme ng istraktura ng gene sa eukaryotes - ang imahe ay pinalaki

Mula sa bawat gene, isang immature, o pre-RNA, ang unang na-synthesize, na naglalaman ng parehong mga intron at exon.

Pagkatapos nito, ang proseso ng splicing ay nagaganap, bilang isang resulta kung saan ang mga rehiyon ng intron ay excised, at isang mature na mRNA ay nabuo, kung saan ang isang protina ay maaaring synthesize.

kanin. 20. Alternatibong proseso ng splicing - ang imahe ay pinalaki

Ang ganitong organisasyon ng mga gene ay nagbibigay-daan, halimbawa, kapag ang iba't ibang anyo ng isang protina ay maaaring synthesize mula sa isang gene, dahil sa ang katunayan na ang mga exon ay maaaring pinagsama sa iba't ibang mga pagkakasunud-sunod sa panahon ng splicing.

kanin. 21. Mga pagkakaiba sa istruktura ng mga gene ng prokaryotes at eukaryotes - ang imahe ay pinalaki

MGA MUTASYON AT MUTAGENESIS

mutation tinatawag na isang patuloy na pagbabago sa genotype, iyon ay, isang pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide.

Ang prosesong humahantong sa mutation ay tinatawag mutagenesis, at ang organismo lahat na ang mga selula ay nagdadala ng parehong mutation mutant.

teorya ng mutation ay unang binuo ni Hugh de Vries noong 1903. Kasama sa modernong bersyon nito ang mga sumusunod na probisyon:

1. Ang mga mutasyon ay nangyayari bigla, biglaan.

2. Ang mga mutasyon ay ipinapasa mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon.

3. Ang mga mutasyon ay maaaring maging kapaki-pakinabang, nakakapinsala o neutral, nangingibabaw o recessive.

4. Ang posibilidad ng pag-detect ng mga mutasyon ay depende sa bilang ng mga indibidwal na pinag-aralan.

5. Ang mga katulad na mutasyon ay maaaring mangyari nang paulit-ulit.

6. Ang mga mutasyon ay hindi nakadirekta.

Ang mga mutasyon ay maaaring mangyari sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang mga kadahilanan. Matukoy ang pagkakaiba sa pagitan ng mga mutasyon na dulot ng mutagenic mga epekto: pisikal (hal. ultraviolet o radiation), kemikal (hal. colchicine o reactive oxygen species) at biological (hal. virus). Ang mga mutasyon ay maaari ding sanhi mga error sa pagtitiklop.

Depende sa mga kondisyon para sa hitsura ng mutations ay nahahati sa kusang-loob- iyon ay, mga mutasyon na lumitaw sa ilalim ng normal na mga kondisyon, at sapilitan- iyon ay, mga mutasyon na lumitaw sa ilalim ng mga espesyal na kondisyon.

Maaaring mangyari ang mga mutasyon hindi lamang sa nuclear DNA, kundi pati na rin, halimbawa, sa DNA ng mitochondria o plastids. Alinsunod dito, maaari nating makilala nuklear at cytoplasmic mutasyon.

Bilang resulta ng paglitaw ng mga mutasyon, madalas na lumitaw ang mga bagong alleles. Kung na-override ng mutant allele ang normal na allele, tinatawag ang mutation nangingibabaw. Kung pinipigilan ng normal na allele ang mutated, tinatawag ang mutation recessive. Karamihan sa mga mutasyon na nagdudulot ng mga bagong alleles ay resessive.

Ang mga mutasyon ay nakikilala sa pamamagitan ng epekto adaptive, na humahantong sa pagtaas ng kakayahang umangkop ng organismo sa kapaligiran, neutral na hindi nakakaapekto sa kaligtasan ng buhay nakakapinsala na nagpapababa sa kakayahang umangkop ng mga organismo sa mga kondisyon sa kapaligiran at nakamamatay humahantong sa pagkamatay ng organismo sa mga unang yugto ng pag-unlad.

Ayon sa mga kahihinatnan, ang mga mutasyon ay nakikilala, na humahantong sa pagkawala ng function ng protina, mutations na humahantong sa paglitaw may bagong function ang protina, pati na rin ang mga mutasyon na baguhin ang dosis ng isang gene, at, nang naaayon, ang dosis ng protina na na-synthesize mula dito.

Ang isang mutation ay maaaring mangyari sa anumang cell ng katawan. Kung ang isang mutation ay nangyari sa isang germ cell, ito ay tinatawag na germinal(germinal, o generative). Ang ganitong mga mutasyon ay hindi lilitaw sa organismo kung saan sila lumitaw, ngunit humahantong sa hitsura ng mga mutant sa mga supling at minana, kaya mahalaga ang mga ito para sa genetika at ebolusyon. Kung ang mutation ay nangyayari sa anumang iba pang cell, ito ay tinatawag na somatic. Ang ganitong mutation ay maaaring magpakita mismo sa ilang lawak sa organismo kung saan ito lumitaw, halimbawa, ay humantong sa pagbuo ng mga kanser na tumor. Gayunpaman, ang gayong mutation ay hindi minana at hindi nakakaapekto sa mga supling.

Maaaring makaapekto ang mga mutasyon sa mga bahagi ng genome na may iba't ibang laki. Maglaan genetic, chromosomal at genomic mutasyon.

Mga mutation ng gene

Ang mga mutasyon na nangyayari sa isang sukat na mas maliit sa isang gene ay tinatawag genetic, o may tuldok (dotted). Ang ganitong mga mutasyon ay humantong sa isang pagbabago sa isa o higit pang mga nucleotide sa pagkakasunud-sunod. Kasama sa mga mutation ng genepagpapalit, na humahantong sa pagpapalit ng isang nucleotide ng isa pa,mga pagtanggal na humahantong sa pagkawala ng isa sa mga nucleotides,mga pagsingit, na humahantong sa pagdaragdag ng dagdag na nucleotide sa sequence.

kanin. 23. Gene (point) mutations

Ayon sa mekanismo ng pagkilos sa protina, ang mga mutation ng gene ay nahahati sa:magkasingkahulugan, na (bilang resulta ng pagkabulok ng genetic code) ay hindi humantong sa pagbabago sa komposisyon ng amino acid ng produktong protina,missense mutations, na humahantong sa pagpapalit ng isang amino acid ng isa pa at maaaring makaapekto sa istraktura ng synthesized na protina, bagaman madalas ang mga ito ay hindi gaanong mahalaga,walang kapararakan mutations, na humahantong sa pagpapalit ng coding codon na may stop codon,mutations na humahantong sa disorder ng splicing:

kanin. 24. Mutation scheme

Gayundin, ayon sa mekanismo ng pagkilos sa protina, ang mga mutasyon ay nakahiwalay, na humahantong sa paglilipat ng frame mga pagbabasa tulad ng pagsingit at pagtanggal. Ang ganitong mga mutasyon, tulad ng mga walang katuturang mutasyon, bagaman nangyayari ang mga ito sa isang punto sa gene, ay kadalasang nakakaapekto sa buong istraktura ng protina, na maaaring humantong sa isang kumpletong pagbabago sa istraktura nito.

kanin. 29. Chromosome bago at pagkatapos ng pagdoble

Genomic mutations

Sa wakas, genomic mutations nakakaapekto sa buong genome, iyon ay, ang bilang ng mga kromosom ay nagbabago. Ang polyploidy ay nakikilala - isang pagtaas sa ploidy ng cell, at aneuploidy, iyon ay, isang pagbabago sa bilang ng mga chromosome, halimbawa, trisomy (ang pagkakaroon ng karagdagang homologue sa isa sa mga chromosome) at monosomy (ang kawalan ng isang homolog sa chromosome).

Video na nauugnay sa DNA

DNA REPLICATION, RNA CODING, PROTEIN SYNTHESIS

Ang isang spatial na modelo ng molekula ng DNA ay iminungkahi noong 1953 ng mga Amerikanong mananaliksik, geneticist na si James Watson (b. 1928) at physicist na si Francis Crick (b. 1916). Para sa kanilang natitirang kontribusyon sa pagtuklas na ito, sila ay iginawad sa Nobel Prize sa Physiology o Medicine noong 1962.

Ang deoxyribonucleic acid (DNA) ay isang biopolymer na ang monomer ay isang nucleotide. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng isang phosphoric acid residue na konektado sa isang asukal na may deoxyribose, na, naman, ay konektado sa isang nitrogenous base. Mayroong apat na uri ng nitrogenous base sa molekula ng DNA: adenine, thymine, guanine at cytosine.

Ang molekula ng DNA ay binubuo ng dalawang mahabang kadena na pinagtagpi sa anyo ng spiral, kadalasang kanang kamay. Ang exception ay ang mga virus na naglalaman ng single-stranded DNA.

Ang phosphoric acid at asukal, na bahagi ng mga nucleotides, ay bumubuo sa patayong base ng helix. Ang mga nitrogenous na base ay nakaayos nang patayo at bumubuo ng "mga tulay" sa pagitan ng mga helice. Ang mga nitrogenous base ng isang chain ay konektado sa nitrogenous base ng kabilang chain ayon sa prinsipyo ng complementarity, o correspondence.

Ang prinsipyo ng complementarity. Sa molekula ng DNA, ang adenine ay pinagsama lamang sa thymine, guanine - lamang sa cytosine.

Ang mga nitrogenous base ay mahusay na tumutugma sa bawat isa. Ang adenine at thymine ay konektado ng dalawang hydrogen bond, guanine at cytosine ng tatlo. Samakatuwid, mas maraming enerhiya ang kinakailangan upang masira ang guanine-cytosine bond. Ang parehong laki ng thymine at cytosine ay mas maliit kaysa sa adenine at guanine. Ang pares ng thymine-cytosine ay magiging masyadong maliit, ang adenine-guanine pore ay magiging masyadong malaki, at ang DNA helix ay baluktot.

Ang mga bono ng hydrogen ay marupok. Madali silang mapunit at madaling maibalik. Ang mga kadena ng double helix, sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme o sa mataas na temperatura, ay maaaring mag-diverge tulad ng isang siper.

5. Molekyul ng RNA Ribonucleic acid (RNA)

Ang molekula ng ribonucleic acid (RNA) ay isa ring biopolymer, na binubuo ng apat na uri ng monomer - nucleotides. Ang bawat monomer ng isang molekula ng RNA ay naglalaman ng isang residue ng phosphoric acid, isang ribose na asukal, at isang nitrogenous base. Bukod dito, ang tatlong nitrogenous base ay kapareho ng sa DNA - adenine, guanine at cytosine, ngunit sa halip na thymine sa RNA mayroong isang uracil na malapit dito sa istraktura. Ang RNA ay isang solong stranded na molekula.

Ang dami ng nilalaman ng mga molekula ng DNA sa mga selula ng anumang uri ay halos pare-pareho, ngunit ang halaga ng RNA ay maaaring mag-iba nang malaki.

Mga uri ng RNA

Depende sa istraktura at pag-andar na isinagawa, tatlong uri ng RNA ay nakikilala.

1. Ilipat ang RNA (tRNA). Ang mga transfer RNA ay pangunahing matatagpuan sa cytoplasm ng cell. Nagdadala sila ng mga amino acid sa site ng synthesis ng protina sa ribosome.

2. Ribosomal RNA (rRNA). Ang ribosomal RNA ay nagbubuklod sa ilang mga protina at bumubuo ng mga ribosom, ang mga organel kung saan ang mga protina ay synthesize.

3. Messenger RNA (mRNA), o messenger RNA (mRNA). Ang Messenger RNA ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa istruktura ng protina mula sa DNA hanggang sa ribosome. Ang bawat molekula ng mRNA ay tumutugma sa isang partikular na seksyon ng DNA na nag-encode sa istraktura ng isang molekula ng protina. Samakatuwid, para sa bawat libu-libong protina na na-synthesize sa cell, mayroong sarili nitong espesyal na mRNA.

Ministri ng Edukasyon ng Russian Federation

South Ural State University

Kagawaran ng Economics at Pamamahala

Disiplina "Ang konsepto ng modernong natural na agham"

"Mga kemikal na pundasyon ng istraktura ng DNA"

Nakumpleto: mag-aaral EiU-232

Sedrakyan Igor

Sinuri ni: Senin A.V.

Chelyabinsk

Panimula

Istruktura ng DNA

Komposisyon ng DNA

Macromolecular na istraktura ng DNA

4.1 Paghihiwalay ng mga deoxyribonucleic acid

4.2 Fractionation

Mga Pag-andar ng DNA

Mga bono ng internucleotide

6.1 Internucleotide bond sa DNA

7. DNA template synthesis

7.1 DNA polymerases

7.2 Pagsisimula ng mga hibla ng DNA

7.3 Pag-unwinding ng DNA double helix

7.4 Hindi tuloy-tuloy na synthesis ng DNA

7.5 Kooperatibong pagkilos ng mga protina ng replication fork

8. Konklusyon

Mga ginamit na mapagkukunan

Panimula

Ang mga minanang katangian ay inilatag sa mga yunit ng materyal, mga gene, na matatagpuan sa mga chromosome ng cell nucleus. Ang kemikal na katangian ng mga gene ay kilala mula noong 1944: ang pinag-uusapan natin ay ang deoxyribonucleic acid (DNA). Ang pisikal na istraktura ay pinaliwanag noong 1953. Ang double helix ng macromolecule na ito ay nagpapaliwanag ng mekanismo ng namamana na paghahatid ng mga katangian.

Kung titingnang mabuti ang mundo sa paligid natin, mapapansin natin ang iba't ibang uri ng buhay na nilalang - mula sa mga halaman hanggang sa mga hayop. Sa ilalim ng tila pagkakaiba-iba na ito, sa katotohanan, namamalagi ang kamangha-manghang pagkakaisa ng mga buhay na selula - ang mga elemento kung saan ang anumang organismo ay binuo at ang pakikipag-ugnayan nito ay tumutukoy sa maayos na pag-iral nito. Mula sa punto ng view ng mga species, ang mga pagkakatulad sa pagitan ng mga indibidwal ay mahusay, ngunit walang dalawang ganap na magkaparehong mga organismo (maliban sa magkatulad na kambal). Sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, sa mga gawa ni Gregor Mendel, ang mga pangunahing batas ay nabuo na tumutukoy sa namamana na paghahatid ng mga katangian mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon. Sa simula ng ikadalawampu siglo, sa mga eksperimento ng T. Morgan, ipinakita na ang mga elementarya na minanang katangian ay dahil sa mga materyal na yunit (genes) na naisalokal sa mga chromosome, kung saan sila ay matatagpuan nang sunud-sunod.

Noong 1944, tinukoy ng gawain ni Avery, McLeod at McCarthy ang kemikal na katangian ng mga gene: binubuo sila ng deoxyribonucleic acid (DNA). Pagkatapos ng 10 taon, iminungkahi nina J. Watson at F. Crick ang isang modelo ng pisikal na istraktura ng molekula ng DNA. Ang isang mahabang molekula ay nabuo sa pamamagitan ng isang dobleng helix, at ang komplementaryong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang hibla ng helix na ito ay nagbibigay-daan sa amin na maunawaan kung paano tumpak na kinopya (kinokopya) ang genetic na impormasyon at ipinadala sa mga susunod na henerasyon.

Kasabay ng mga pagtuklas na ito, sinubukan ng mga siyentipiko na pag-aralan ang "mga produkto" ng mga gene, i.e. yaong mga molekula na na-synthesize sa mga cell na nasa ilalim ng kanilang kontrol. Ang gawa nina Ephrussi, Beadle, at Tatum noong bisperas ng World War II ay naglagay ng ideya na ang mga gene ay "gumagawa" ng mga protina. Kaya, ang isang gene ay nag-iimbak ng impormasyon para sa synthesis ng isang protina (enzyme) na kinakailangan para sa matagumpay na pagpapatupad ng isang tiyak na reaksyon sa isang cell. Ngunit kinailangan itong maghintay hanggang sa 60s bago ma-unravel ang kumplikadong mekanismo ng pag-decipher ng impormasyong nakapaloob sa DNA at ang pagsasalin nito sa anyo ng isang protina. Sa huli, higit sa lahat dahil sa gawain ng Nirenberg (USA), natuklasan ang batas ng pagsusulatan sa pagitan ng DNA at mga protina - ang genetic code.

Istruktura ng DNA.

Noong 1869, natuklasan ng Swiss biochemist na si Friedrich Miescher sa nucleus ng mga cell compound na may acidic na mga katangian at may mas malaking molekular na timbang kaysa sa mga protina. Tinawag sila ni Altman ng mga nucleic acid, mula sa salitang Latin na "nucleus" - ang nucleus. Tulad ng mga protina, ang mga nucleic acid ay mga polimer. Ang kanilang mga monomer ay mga nucleotides, at samakatuwid ang mga nucleic acid ay maaari ding tawaging polynucleotides.

Ang mga nucleic acid ay natagpuan sa mga selula ng lahat ng mga organismo, mula sa pinakasimple hanggang sa pinakamataas. Ang pinaka nakakagulat na bagay ay ang komposisyon ng kemikal, istraktura at mga pangunahing katangian ng mga sangkap na ito ay naging katulad sa iba't ibang mga nabubuhay na organismo. Ngunit kung humigit-kumulang 20 uri ng mga amino acid ang nakikibahagi sa pagbuo ng mga protina, mayroon lamang apat na magkakaibang mga nucleotide na bumubuo sa mga nucleic acid.

Ang mga nucleic acid ay nahahati sa dalawang uri - deoxyribonucleic acid (DNA) at ribonucleic acid (RNA). Kasama sa komposisyon ng DNA ang mga nitrogenous base (adenine (A), guanine (G), thymine (T), cytosine (C)), deoxyribose C 5 H 10 O 4 at isang residue ng phosphoric acid. Ang RNA ay naglalaman ng uracil (U) sa halip na thymine, at ribose (C5H10O5) sa halip na deoxyribose. Ang mga monomer ng DNA at RNA ay mga nucleotides, na binubuo ng nitrogenous, purine (adenine at guanine) at pyrimidine (uracil, thymine at cytosine) na mga base, isang phosphoric acid residue at carbohydrates (ribose at deoxyribose).

Ang mga molekula ng DNA ay nakapaloob sa mga chromosome ng cell nucleus ng mga buhay na organismo, sa mga katumbas na istruktura ng mitochondria, chloroplast, sa mga prokaryotic na selula at sa maraming mga virus. Sa istraktura nito, ang molekula ng DNA ay katulad ng isang double helix. Structural model ng DNA sa
ang anyo ng double helix ay unang iminungkahi noong 1953 ng American biochemist na si J. Watson at ng English biophysicist at geneticist na si F. Crick, na ginawaran ng Nobel Prize noong 1962 kasama ang English biophysicist na si M. Wilkinson, na tumanggap ng X- ray ng DNA Ang mga nucleic acid ay mga biopolymer na ang mga macromolecule ay binubuo mula sa paulit-ulit na paulit-ulit na mga link - nucleotides. Samakatuwid, tinatawag din silang polynucleotides. Ang pinakamahalagang katangian ng mga nucleic acid ay ang kanilang komposisyon ng nucleotide. Ang komposisyon ng nucleotide - ang yunit ng istruktura ng mga nucleic acid - ay may kasamang tatlong bahagi:

nitrogenous base - pyrimidine o purine. Ang mga nucleic acid ay naglalaman ng 4 na magkakaibang uri ng mga base: dalawa sa kanila ay kabilang sa klase ng purines at dalawa ay kabilang sa klase ng pyrimidines. Ang nitrogen na nakapaloob sa mga singsing ay nagbibigay sa mga molekula ng kanilang mga pangunahing katangian.

monosaccharide - ribose o 2-deoxyribose. Ang asukal, na bahagi ng nucleotide, ay naglalaman ng limang carbon atoms, i.e. ay isang pentose. Depende sa uri ng pentose na nasa nucleotide, mayroong dalawang uri ng nucleic acid - ribonucleic acids (RNA), na naglalaman ng ribose, at deoxyribonucleic acids (DNA), na naglalaman ng deoxyribose.

nalalabi ng phosphoric acid. Ang mga nucleic acid ay mga acid dahil ang kanilang mga molekula ay naglalaman ng phosphoric acid.

Ang nucleotide ay ang phosphate ester ng nucleoside. Ang nucleoside ay binubuo ng dalawang bahagi: isang monosaccharide (ribose o deoxyribose) at isang nitrogenous base.

Ang pamamaraan para sa pagtukoy ng komposisyon ng PC ay batay sa pagsusuri ng mga hydrolysate na nabuo sa panahon ng kanilang enzymatic o chemical cleavage. Tatlong paraan ng chemical cleavage ng NCs ang karaniwang ginagamit. Ang acid hydrolysis sa ilalim ng malupit na kondisyon (70% perchloric acid, 100°C, 1 h o 100% formic acid, 175°C, 2 h), na ginagamit para sa parehong DNA at RNA analysis, ay nagreresulta sa cleavage ng lahat ng N-glycosidic bond at ang pagbuo ng pinaghalong purine at pyrimidine base.

Ang mga nucleotide ay konektado sa isang kadena sa pamamagitan ng mga covalent bond. Ang mga kadena ng mga nucleotide na nabuo sa ganitong paraan ay pinagsama sa isang molekula ng DNA sa buong haba sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen: ang adenine nucleotide ng isang chain ay konektado sa thymine nucleotide ng kabilang chain, at ang guanine nucleotide sa cytosine one. Sa kasong ito, ang adenine ay palaging kinikilala lamang ang thymine at nagbubuklod dito at vice versa. Ang isang katulad na pares ay nabuo ng guanine at cytosine. Ang ganitong mga pares ng base, tulad ng mga nucleotide, ay tinatawag na komplementaryo, at ang mismong prinsipyo ng pagbuo ng isang double-stranded na molekula ng DNA ay tinatawag na prinsipyo ng complementarity. Ang bilang ng mga pares ng nucleotide, halimbawa, sa katawan ng tao ay 3 - 3.5 bilyon.

Ang DNA ay isang materyal na carrier ng namamana na impormasyon, na naka-encode ng isang sequence ng mga nucleotides. Ang pag-aayos ng apat na uri ng nucleotides sa mga chain ng DNA ay tumutukoy sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa mga molekula ng protina, i.e. kanilang pangunahing istraktura. Ang mga katangian ng mga selula at ang mga indibidwal na katangian ng mga organismo ay nakasalalay sa isang hanay ng mga protina. Ang isang tiyak na kumbinasyon ng mga nucleotide na nagdadala ng impormasyon tungkol sa istraktura ng protina, at ang pagkakasunud-sunod ng kanilang lokasyon sa molekula ng DNA, ay bumubuo sa genetic code. Gene (mula sa Greek genos - genus, pinanggalingan) - isang yunit ng namamana na materyal na responsable para sa pagbuo ng anumang katangian. Sinasakop nito ang isang seksyon ng molekula ng DNA na tumutukoy sa istruktura ng isang molekula ng protina. Ang kabuuan ng mga gene na nakapaloob sa isang set ng chromosome ng isang partikular na organismo ay tinatawag na genome, at ang genetic na konstitusyon ng organismo (ang kabuuan ng lahat ng mga gene nito) ay tinatawag na genotype. Ang paglabag sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide sa kadena ng DNA, at dahil dito, sa genotype ay humahantong sa namamana na mga pagbabago sa mga mutasyon ng katawan.

Ang mga molekula ng DNA ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mahalagang katangian ng pagdodoble - ang pagbuo ng dalawang magkaparehong double helix, na ang bawat isa ay magkapareho sa orihinal na molekula. Ang prosesong ito ng pagdodoble ng molekula ng DNA ay tinatawag na pagtitiklop. Ang pagtitiklop ay nagsasangkot ng pagkasira ng luma at ang pagbuo ng mga bagong hydrogen bond na nagbubuklod sa mga kadena ng nucleotides. Sa simula ng pagtitiklop, ang dalawang lumang kadena ay nagsisimulang mag-unwind at maghiwalay sa isa't isa. Pagkatapos, ayon sa prinsipyo ng complementarity, ang mga bago ay idinagdag sa dalawang lumang kadena. Ito ay bumubuo ng dalawang magkaparehong double helix. Ang pagtitiklop ay nagbibigay ng eksaktong kopya ng genetic na impormasyon na nilalaman ng mga molekula ng DNA at ipinapasa ito mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon.

Komposisyon ng DNA

DNA (deoxyribonucleic acid)- isang biological polymer na binubuo ng dalawang polynucleotide chain na konektado sa isa't isa. Ang mga monomer na bumubuo sa bawat chain ng DNA ay mga kumplikadong organikong compound na kinabibilangan ng isa sa apat na nitrogenous base: adenine (A) o thymine (T), cytosine (C) o guanine (G); ang limang-atom na asukal na pentose - deoxyribose, pagkatapos ay pinangalanan ang DNA mismo, pati na rin ang nalalabi ng phosphoric acid. Ang mga compound na ito ay tinatawag na nucleotides. Sa bawat strand, ang mga nucleotide ay pinagsama sa pamamagitan ng pagbuo ng mga covalent bond sa pagitan ng deoxyribose ng isa at ng phosphoric acid residue ng susunod na nucleotide. Ang dalawang kadena ay pinagsama sa isang molekula gamit ang mga bono ng hydrogen na nangyayari sa pagitan ng mga nitrogenous na base na bahagi ng mga nucleotide na bumubuo ng iba't ibang mga kadena.

Sa paggalugad sa komposisyon ng nucleotide ng DNA ng iba't ibang pinagmulan, natuklasan ni Chargaff ang mga sumusunod na pattern.

1. Lahat ng DNA, anuman ang kanilang pinagmulan, ay naglalaman ng parehong bilang ng purine at pyrimidine base. Samakatuwid, sa anumang DNA, mayroong isang pyrimidine nucleotide para sa bawat purine nucleotide.

2. Anumang DNA ay laging naglalaman ng magkaparehas na dami ng adenine at thymine, guanine at cytosine, na karaniwang tinutukoy bilang A=T at G=C. Ang ikatlong pattern ay sumusunod mula sa mga regular na ito.

3. Ang bilang ng mga base na naglalaman ng mga amino group sa posisyon 4 ng pyrimidine nucleus at 6 ng purine (cytosine at adenine) ay katumbas ng bilang ng mga base na naglalaman ng oxo group sa parehong mga posisyon (guanine at thymine), i.e. A + C = G + T . Ang mga pattern na ito ay tinatawag na mga panuntunan ng Chargaff. Kasabay nito, natagpuan na para sa bawat uri ng DNA, ang kabuuang nilalaman ng guanine at cytosine ay hindi katumbas ng kabuuang nilalaman ng adenine at thymine, ibig sabihin, na (G + C) / (A + T), bilang isang panuntunan, naiiba mula sa pagkakaisa (marahil ay higit pa at mas kaunti). Ayon sa tampok na ito, dalawang pangunahing uri ng DNA ang nakikilala: AT-type na may pangunahing nilalaman ng adenine at thymine at GC-type na may pangunahing nilalaman ng guanine at cytosine.

Ang halaga ng ratio ng nilalaman ng kabuuan ng guanine at cytosine sa kabuuan ng nilalaman ng adenine at thymine, na nagpapakilala sa komposisyon ng nucleotide ng isang naibigay na uri ng DNA, ay karaniwang tinatawag koepisyent ng pagtitiyak. Ang bawat DNA ay may katangian na koepisyent ng pagtitiyak, na maaaring mag-iba mula 0.3 hanggang 2.8. Kapag kinakalkula ang koepisyent ng pagtitiyak, ang nilalaman ng mga menor de edad na base ay isinasaalang-alang, pati na rin ang pagpapalit ng mga pangunahing base ng kanilang mga derivatives. Halimbawa, kapag kinakalkula ang koepisyent ng pagtitiyak para sa EDNA ng mikrobyo ng trigo, na naglalaman ng 6% 5-methylcytosine, ang huli ay kasama sa kabuuan ng nilalaman ng guanine (22.7%) at cytosine (16.8%). Ang kahulugan ng mga panuntunan ni Chargaff para sa DNA ay naging malinaw pagkatapos na maitatag ang spatial na istraktura nito.