Деоксирибонуклеинска киселина (ДНА). Откриће структуре деоксирибонуклеинских киселина

По први пут у нуклеусу су пронађене нуклеинске киселине, па су тако и ћелије назване по овом органоиду (од латинског. "Нуклеус" - нуклеус). Постоје два типа нуклеина - дезоксирибонуклеинска киселина и рибонуклеинска киселина. Биолошки значај ових макромолекула је велики. Својим учешћем је синтеза протеина, они чувају и преносе наследне информације из једне генерације у другу.

Нуклеинске киселине

Физичко-хемијске структуре и процеси на којима се заснива трансмисија генетских особина увелико су успостављени 1953. године. Откриће нуклеинских киселина се десило 85 година раније - 1868. године, када је Ф. Мишер, који је издвојио нуклеинске материје, објавио постојање нуклеарне супстанце. До времена овај догађај се поклопио са објављивањем радова Г. Мендела о биљним хибридима, који су говорили о наследним факторима.

Године 1927. руски природословац Колцов је у свом чланку „Наслеђе и молекули“ навео да су велики молекули полимера пронађени у хромозомима ћелија. Уз њих се налазе области које контролишу пренос знакова од родитеља према дјеци. Али Колтсов је погрешно сматрао протеинске молекуле као носиоце наследних информација. У истим годинама, Левин у САД даје доказе за постојање РНК и ДНК.

Откриће структуре деоксирибонуклеинских киселина

Објављивање књиге Сцхродингера, оснивача квантне механике о погледима физике на процесе у живом организму, имала је велики утицај на рад Ф. Црицка и Ј. Ватсона на проучавању састава ДНК молекула. Структура деоксирибонуклеинске киселине се дуго није могла дешифровати.

Ватсон и Црицк 1953. године открили су структуру деоксирибонуклеинских киселина, предложили су модел ДНК - двоструку спиралу. Тако се појавио нови правац у науци - молекуларна генетика. За транскрипте генетски код Информатион Цреек и Ватсон су добили Нобелову награду 1962. године.

Деоксирибонуклеинска киселина (ДНА)

Молекул је формиран од два полинуклеотидна ланца, додатно савијена у двоструку спиралу. Уникуе ДНА струцтуре састоји се у извесној алтернацији нуклеотида специфичној за сваки сегмент макромолекула. Ланац деоксирибонуклеинске киселине је полимер, број мономера-нуклеотида је неколико десетина хиљада. У секвенци мономера кодирана је генетичка информација о знацима организма. Према томе, деоксирибонуклеинска киселина има следеће карактеристике:

• хемијски састав и својства - нуклеинска киселина;
• ДНК је формирана од азотних база;
• дезоксирибоза је присутна као угљени хидрат;
• Биополимер у структури, деоксирибонуклеотиди су мономери;
• мономери су везани са фосфатним честицама.

Хемијска природа носиоца генетске информације

Због огромног броја фосфатних остатака, деоксирибонуклеинска киселина има својства јаке полибазичне киселине (њене соли су присутне у ткивима). Да бисмо испунили задатак описивања структуре ДНК, морамо се присјетити садржаја двије теме у органској кемији: "Угљикохидрати" и "Органске супстанце које садрже душик". На пример, предлаже се следећа вежба: карактерише мономере деоксирибонуклеинске киселине. У одговору треба напоменути да фосфорна киселина и угљени хидрати имају исту структуру у свим нуклеотидима. Душичне базе по својој хемијској природи су деривати пурина и пиримидина. Укупно постоје 4 врсте таквих структура: аденин, гванин (пурин); цитозин и тимин (пиримидин). Мономери чине ДНК ланац на следећи начин:

(Нитроген база + угљикохидрат деоксирибоза = нуклеозид) + остатак фосфорне киселине = нуклеотид.

Имена потоњих потичу од имена азотних база. Мономери су међусобно повезани. ковалентна веза стварањем секвенце нуклеотида (ово је деоксирибонуклеинска киселина).

Формула за ДНК мономере је следећа:

Одвојени окрети ланца ДНК држе заједно водоничне везе, хидрофобне интеракције играју одређену улогу. Температуре изнад 50 ° Ц смањују силу привлачења између база. Након даљњег загревања, полинуклеотидни ланци су раздвојени, ДНК је растопљена. Денатурација се дешава када се загреје на 80 ° Ц.

Принцип комплементарности у молекулу

Један ланац ДНК садржи азотне базе, које су распоређене у специфичном поретку у односу на структуре друге полинуклеотидне "траке". Створена су два комплементарна пара: аденин (А), повезан са тимином (Т); гванин (Д), комплементаран цитозину (Ц). Сваки од делова једног пара допуњује други, као половице сломљене шоље. Реч "комплемент" је грчког порекла. Преведено значи "додатак".

Када је позната секвенца нуклеотида у једном ланцу ДНК, састав другог се успоставља према принципу комплементарности. Комбинација нуклеотида настаје услед интеракције атома водоника и кисеоника. Између аденилних и тимидил нуклеотида, настају 2 водоничне везе, гуанил и цитозил повезују 3 слична "моста".

Редупликација нуклеотидног ланца

Способност молекула ДНК да удвостручи је његова јединствена особина, која осигурава пријенос наслијеђених особина из једне генерације живих организама у другу (накнадно). Редупликација деоксирибонуклеинске киселине је њено удвостручавање. Настају следећи процеси и појаве:

1. Молекула ДНК пре него што се ћелијска подела врти на једној страни спирале.
2. Подјела ланца на два дијела одвија се под утјецајем катализатора (ензима).
3. Слободни нуклеотиди су поређани из сваке ћелије дуж сваке половине, формирајући другу траку.
4. Рекреација двоструког ланца одвија се на принципу комплементарности.
5. Постоје два молекула ДНК са истом секвенцом мономера.

Практични значај откривања структуре и функција ДНК

Деоксирибонуклеинска киселина је прво синтетисана ван тела од стране сјеверноамеричког истраживача А. Корнберга (1967). Његов сународник и колега Кс. Коран је вештачки примио полидеоксирибонуклеотид у једној години, који је у својој структури одговарао гену или делу спиралног молекула носиоца наследне информације. Стручњаци на Медицинском факултету Харварда 1969. године су били у стању да одреде границе једног гена и да га поделе са остатком ланца.

Проучавајући структуру и функције нуклеинских киселина, научници су објаснили суштину преноса насљедних информација потребних за биосинтеза протеина у кавезу. Откриће структуре ДНК је имало велику улогу у дијагностици и лијечењу насљедних болести, селекцији. Промена у наследној природи организама назива се "генетски инжењеринг". Сада је могуће створити генетски модификоване објекте (ГМО) са унапред одређеним карактеристикама.

Позитивну оцјену бројних открића у овој области треба допунити коментарима о могућим негативним ефектима конзумирања хране са ГМО. На државном нивоу, усвојени су закони како би се осигурала биолошка сигурност становништва. Основане су организације које прате поштовање правила за увоз и продају производа који садрже ГМО. Они морају бити одговарајуће означени. У неким земљама се за такве производе издвајају одвојени регали у супермаркетима. Органски производи имају ознаку "Нон-ГМО". Цене за сличне производе могу бити неколико пута веће.