ДНА молецуле. Структура молекула ДНК

Молекула ДНК се састоји од два ланца који формирају двоструку спиралу. Његову структуру су дешифрирали Францис Црицк и Јамес Ватсон 1953. године.

У почетку, молекул ДНК који се састојао од пар нуклеотидних ланаца који су се окретали један око другог, постављала је питања о томе зашто она има овај посебан облик. Научници су овај феномен назвали комплементарношћу, што значи да се у његовим нитима могу налазити само одређени нуклеотиди који су међусобно супротни. На пример, супротно од тимина је увек аденин, а насупрот цитозину је гуанин. Ови нуклеотиди су молекули ДНК и називају се комплементарни.

Схематски је приказан као:

Т - А

Ц - Г

Ови парови формирају хемијску нуклеотидну везу која одређује редослед аминокиселина. У првом случају је нешто слабији. Веза између Ц и Д је трајнија. Не-комплементарни нуклеотиди не формирају парове између себе.

О структури

Дакле, структура молекула ДНК је посебна. Има овакву форму из разлога: чињеница је да је број нуклеотида веома велик, и да је потребно много простора за смјештај дугих ланаца. Управо из тог разлога у ланцима је својствено спирално увијање. Овај феномен назива се спирализација, омогућава да се нити скрати око пет до шест пута.

Организам врло активно користи неке молекуле таквог плана, друге ријетко. Ово друго, поред спирализације, такође је подвргнуто таквом “компактном паковању” као суперзавршавање. А онда је дужина молекула ДНК смањена за 25-30 пута.

Шта је то "паковање" молекула?

Процес суперкоиловања укључује хистонске протеине. Они имају структуру и изглед калема конца или штапа. Спиралне нити су намотане на њих, које одмах постају “збијене” и заузимају мало простора. Када се појави потреба да се користи једна или друга нит, она се намотава на калем, на пример, хистонски протеин, а хеликс се врти у два паралелна ланца. Када је молекул ДНК у таквом стању, неопходни генетски подаци се могу очитати из њега. Међутим, постоји један услов. Добијање информација је могуће само ако структура молекула ДНК има унапријеђени изглед. Читљиви хромозоми се називају еукроматини, а ако су суперсипирализовани, то су већ хетерохроматини.

Нуклеинске киселине

Нуклеинске киселине, као што су протеини, биополимери. Главна функција је чување, имплементација и пренос насљедне (генетске информације). Они су два типа: ДНК и РНК (деоксирибонуклеинска и рибонуклеинска). Нуклеотиди у њима делују као мономери, од којих сваки садржи остатак фосфорна киселина, пет карбона шећера (деоксирибоза / рибоза) и азотне базе. ДНА код укључује 4 типа нуклеотида - аденин (А) / гванин (Г) / цитозин (Ц) / тимин (Т). Разликују се у азотној бази коју садрже.

У молекули ДНК број нуклеотида може бити огроман - од неколико хиљада до неколико десетина и стотине милиона. Разматрање таквих гигантских молекула може бити путем електронског микроскопа. У овом случају, биће могуће видети двоструки ланац полинуклеотидних ланаца који су међусобно повезани водиковим везама азотних база нуклеотида.

Ресеарцх

Током истраживања, научници су открили да су типови ДНК молекула у различитим живим организмима различити. Такође је пронађено да један ланац гванина може да се веже само са цитозином, а тимин са аденином. Распоред нуклеотида једног ланца је строго паралелан. Због такве комплементарности полинуклеотида, молекул ДНК је способан да се удвостручи и саморепродукује. Али прво, комплементарни ланци под утицајем специјалних ензима који уништавају парне нуклеотиде, дивергирају, а затим у свакој од њих почиње синтеза ланца који недостаје. То је због обиља слободних нуклеотида у свакој ћелији. Као резултат тога, уместо "родитељског молекула", формирају се две "ћерке", идентичне по саставу и структури, и ДНК код постаје оригинал. Овај процес је прекурсор дељења ћелија. Он обезбеђује пренос свих наследних података из матичних ћелија у ћерке ћелије, као и на све наредне генерације.

Како се чита генски код?

Данас се не рачуна само маса молекула ДНК - можете сазнати сложеније, раније недоступне податке за научнике. На пример, можете да прочитате информације о томе како тело користи сопствену ћелију. Наравно, испрва је ова информација кодирана и изгледа као нека врста матрице, те се стога мора пренијети на посебан носач, који је РНА. Рибонуклеинска киселина је у стању да продре у ћелију кроз мембрану језгра и прочита кодиране информације изнутра. Дакле, РНК је носилац скривених података од нуклеуса до ћелије, и разликује се од ДНК по томе што садржи рибозу уместо деоксирибозе и урацил уместо тимина. Поред тога, РНК је једноланчана.

РНА синтеза

Дубинска ДНК анализа показала је да након изласка РНК из језгра, улази у цитоплазму, где се може уградити као матрица у рибозоме (специјални ензимски систем). Вођени добијеним информацијама, они могу синтетизирати одговарајућу секвенцу протеинских амино киселина. Рибосом сазнаје из триплетног кода која врста органског једињења је потребно везати за ланац протеина који се појављује. Свака аминокиселина има свој специфични триплет, који га кодира.

По завршетку формирања ланца, он стиче специфичан просторни облик и претвара се у протеин способан за обављање својих хормоналних, грађевинских, ензимских и других функција. За сваки организам, то је генски производ. Из ње се одређују све врсте квалитета, својстава и манифестација гена.

Генес

Пре свега, развијени су процеси секвенцирања како би се добиле информације о томе колико гена има структура молекула ДНК. И, иако су истраживања омогућила научницима да иду далеко у овом питању, још није могуће сазнати њихов тачан број.

Пре неколико година се претпостављало да ДНК молекули садрже око 100 хиљада гена. Мало касније, бројка се смањила на 80 хиљада, а 1998. године генетичари су изјавили да је у једној ДНК присутно само 50 хиљада гена, што је само 3% укупне дужине ДНК. Али они су прошли последње закључке генетичара. Сада тврде да геном обухвата 25-40 хиљада поменутих јединица. Показало се да је само 1,5% хромозомске ДНК одговорно за кодирање протеина.

На овом истраживању није стало. Паралелни тим стручњака за генетски инжењеринг утврдио је да је број гена у једном молекулу тачно 32 хиљаде. Као што можете видјети, коначан одговор још није могућ. Превише контрадикција. Сви истраживачи се ослањају само на своје резултате.

Да ли је еволуирао?

Упркос чињеници да нема доказа о еволуцији молекула (будући да је структура молекула ДНК крхка и мала по величини), један од приједлога су направили научници. На основу лабораторијских података, они су изразили следећу верзију: молекул у почетној фази свог појављивања имао је изглед једноставног саморепилирајућег пептида, који је укључивао до 32 аминокиселине садржане у древним океанима.

Након само-репликације, захваљујући снази природна селекција, молекули имају способност да се заштите од ефеката спољашњих елемената. Почели су да живе дуже и размножавају се у великим количинама. Молекули који су се нашли у липидној бешици, добили су сваку шансу за само-репродукцију. Као резултат низа узастопних циклуса, липидни мехурићи су добили облик ћелијских мембрана, а већ даље - добро познате честице. Треба напоменути да је данас било који део молекула ДНК комплексна и добро функционална структура, све карактеристике које научници још нису у потпуности разумели.

Модерн ворлд

Недавно су научници из Израела развили компјутер који може изводити трилионе операција у секунди. Данас је то најбржи аутомобил на земљи. Читава тајна је да иновативни уређај функционише из ДНК. Професори кажу да у блиској будућности такви компјутери могу чак и генерисати енергију.

Стручњаци из Веизманн института у Реховоту (Израел) прије годину дана најавили су стварање програмибилног молекуларног рачунара који се састоји од молекула и ензима. Заменили су их силицијумским микрочиповима. За сада је тим напредовао. Сада само један ДНК молекул може да обезбеди компјутеру неопходне податке и обезбеди неопходно гориво.

Биохемијски "нанокомпутери" - то није фикција, већ постоје у природи и манифестују се у сваком живом бићу. Али често их не контролишу људи. Досадашња особа не може управљати геномом било које биљке да би израчунала, рецимо, број “Пи”.

Идеја о коришћењу ДНК за складиштење / обраду података први пут је посетила светле умове научника 1994. године. Тада је молекул био укључен у решавање једноставног математичког проблема. Од тада су бројне истраживачке групе предложиле различите пројекте везане за ДНК компјутере. Али овде су сви покушаји засновани само на енергетском молекулу. Такав компјутер не можете видјети голим оком, изгледа као бистра отопина воде у епрувети. У њему нема механичких делова, само трилионе биомолекуларних уређаја - и то само у једној капи течности!

Хуман ДНА

Какву врсту ДНК човече, људи То је постало познато 1953. године, када су научници први пут показали свету двоструки модел ДНК. Због тога су Кирк и Ватсон добили Нобелову награду, јер је то откриће било фундаментално у 20. вијеку.

Временом су, наравно, доказали да то није само начин на који предложена верзија може изгледати као структурирана људска молекула. Спроведба детаљније анализе ДНК, открила је А-, Б- и лево-уплетену форму З-. Облик А је често изузетак, јер се формира само ако постоји мањак влаге. Али то је могуће осим у лабораторијским студијама, јер је то природно окружење ненормално, такав процес се не може догодити у живој ћелији.

Облик Б- је класичан и познат је као двоструко уплетени ланац, али облик З- није само уврнут у супротном смеру, лево, већ има и више цик-цак облик. Научници су такође идентификовали форму Г-квадруплек. Његова структура није 2, већ 4 нити. Према генетичарима, постоји такав облик у оним областима у којима постоји вишак гванина.

Артифициал ДНА

Данас вештачка ДНК већ постоји, што је идентична копија садашњости; Он савршено понавља структуру природне двоструке спирале. Али, за разлику од примордијалног полинуклеотида, у вештачким - само два додатна нуклеотида.

Пошто је синхронизација настала на основу информација добијених током различитих истраживања стварне ДНК, она се такође може копирати, само-реплицирати и развијати. Стручњаци су радили на стварању таквог вештачког молекула око 20 година. Резултат је невероватан изум који може да користи генетски код на исти начин као и природна ДНК.

Четири постојеће азотне базе, генетика је додала још два, која су настала хемијском модификацијом природних база. За разлику од природне ДНК, вештачка ДНК је била прилично кратка. Садржи само 81 базни пар. Међутим, она се такође умножава и развија.

Репликација молекула добијеног вештачким средствима одвија се због ланчане реакције полимеразе, али до сада се то не дешава независно, већ кроз интервенцију научника. У поменутој ДНК, они самостално додају потребне ензиме, стављајући их у посебно припремљени течни медиј.

Крајњи резултат

Различити фактори могу да утичу на процес и коначни исход развоја ДНК, на пример, мутације. То доводи до обавезног проучавања узорака материје, тако да је резултат тестова поуздан и поуздан. Примјер је тест очинства. Али се не може радовати што су инциденти као што су мутације ретки. Ипак, узорци материје се увек проверавају како би се на основу анализе добиле тачније информације.

Плант ДНА

Захваљујући технологијама високог секвенцирања (ХТС), направљена је и револуција на пољу геномике - могуће је и вађење ДНК из биљака. Наравно, добијање висококвалитетне молекуларне тежине ДНК из биљног материјала изазива одређене потешкоће због великог броја копија митохондрија и ДНК хлоропласта, као и високог нивоа полисахарида и фенолних једињења. Да бисмо истакли структуру о којој размишљамо, у овом случају користит ћемо различите методе.

Водонична веза у ДНК

Електромагнетна привлачност, створена између позитивно наелектрисаног атома водоника која је везана за електронегативни атом, одговорна је за водоничну везу у молекули ДНК. Ова диполна интеракција не спада под критеријум хемијске везе. Али може се реализовати интермолекуларно или у различитим деловима молекула, тј. Интрамолекуларно.

Атом водоника је везан за електронегативни атом, који је донатор ове везе. Електронегативни атом може бити азот, флуор, кисеоник. Децентрализацијом привлачи електронски облак из језгра водоника и чини атом водоника (делимично) напуњеним. Пошто је величина Х мала, у поређењу са другим молекулима и атомима, набој је такође мали.

ДНА декрипција

Пре дешифровања молекула ДНК, научници прво узимају велики број ћелија. За најпрецизнији и најуспјешнији рад потребно им је око милион. Добијени у процесу проучавања резултати се стално упоређују и евидентирају. Данас, декодирање генома више није реткост, већ приступачна процедура.

Наравно, дешифровање генома једне ћелије је неодговарајуће. Подаци добијени током таквих студија нису интересантни за научнике. Али важно је разумети да сви постојећи начини декодирања, упркос њиховој сложености, нису довољно ефикасни. Они ће вам омогућити да читате само 40-70% ДНК.

Међутим, професори са Харварда су недавно најавили начин да се дешифрује 90% генома. Техника се заснива на додавању молекула прајмера одабраним ћелијама, уз помоћ њих почиње Репликација ДНК. Али чак ни овај метод се не може сматрати успешним, ипак га треба финализирати пре него што се отворено користи у науци.