Структура ДНК: карактеристике, схема. Каква је структура ДНК молекула?

ДНК је универзални извор и чувар насљедних информација, који се биљежи помоћу посебне секвенце нуклеотида, одређује својства свих живих организама.

Претпоставља се да је просечна молекулска тежина нуклеотида 345, а број нуклеотидних остатака може досећи неколико стотина, хиљада па чак и милиона. ДНК у својој маси је у језгру ћелија. Неки се налазе у хлоропластима и митохондријима. Међутим, ДНК језгра ћелије није један молекул. Састоји се од многих молекула који се дистрибуирају на различитим хромозомима, њихов број варира у зависности од организма. То су структурне карактеристике ДНК.

Историја откривања ДНК

Структуру и функције ДНК открили су Џејмс Вотсон и Френсис Крик, који су чак добили Нобелову награду 1962. године.

Али први пут откривен нуклеинске киселине Швајцарски научник Фридрих Јохан Мишер, који је радио у Немачкој. Године 1869. проучавао је ћелије животиња - леукоците. Да би их добио, користио је завоје са гнојем, које је добио од болница. Господин је испирао леукоците из гноја и из њих извадио протеин. Током ових истраживања, научник је био у могућности да утврди да у леукоцитима, поред протеина, постоји још нешто, нека непозната супстанца у то време. То је био филаментни или флокулентни седимент, који се истицао, ако створите кисело окружење. Преципитат се одмах раствори након додавања алкалија.

Научник који је користио микроскоп открио је да се леукоцити испиру хлороводонична киселина из ћелија остају језгра. Затим је закључио да у нуклеусу постоји непозната супстанца, коју је назвао нуклеином (реч нуклеус значи језгро).

Након спроведене хемијске анализе, Мишер је открила да нова супстанца садржи угљеник, водоник, кисеоник и фосфор. Органофосфорним једињењима је тада било мало познато, па је Фредерик одлучио да је открио нову класу једињења која се налазе у ћелијском језгру.

Тако је у КСИКС веку откривено постојање нуклеинских киселина. Међутим, у то вријеме нико није могао ни помислити на важну улогу која им припада.

Супстанца наследности

Структура ДНК је и даље истраживана, а 1944. године, група бактериолога под водством Освалда Авериа је примила доказе да овај молекул заслужује озбиљну пажњу. Научник се дуги низ година бави проучавањем пнеумокока, организама који су изазвали упалу плућа или плућне болести. Авери је спровео експерименте мешањем пнеумокока који узрокују болест са онима који су безбедни за живе организме. Прво, ћелије болести су убијене, а затим су додане онима који не узрокују болест.

Резултати истраживања су погодили свакога. Било је таквих живих ћелија које су, након интеракције са мртвима, научиле како да изазову болест. Научник је открио природу супстанце која је укључена у процес преношења информација живим ћелијама из мртвих. ДНА молецуле и испоставило се да је то супстанца.

Структура

Дакле, неопходно је разумети структуру ДНК молекула. Откриће његове структуре постало је значајан догађај, који је довео до формирања молекуларне биологије - нове гране биохемије. ДНК у великим количинама је у језгру ћелија, али величина и број молекула зависи од типа организма. Утврђено је да језгра ћелија сисара садржи многе од ових ћелија, распоређене су на хромозомима, њих 46.

Проучавајући структуру ДНК, Фелген је 1924. године установио своју локализацију. Докази добијени током експеримената показали су да је ДНК у митохондријима (1-2%). На другим местима, ови молекули се могу наћи у вирусним инфекцијама, у базалним телима, као иу јајима неких животиња. Познато је да што је организам сложенији, то је више маса ДНК. Број молекула у ћелији зависи од функције и обично је 1-10%. Најмање их је у миоцитима (0,2%), више у заметним ћелијама (60%).

Структура ДНК показала је да су у хромозомима виших организама повезани са једноставним протеинима - албумином, хистонима и другима, који заједно формирају ДНП (деоксирибонуклеопротеин). Обично, велики молекул је нестабилан, и да би остао нетакнут и непромењен током еволуције, ствара се тзв.

Хемијска структура ДНК

ДНК је полимер, полинуклеотид који се састоји од огромног броја (до неколико десетина хиљада милиона) мононуклеотида. Структура ДНК је следећа: мононуклеотиди садрже азотне базе - цитозин (Ц) и тимин (Т) - из деривата пиримидина, аденин (А) и гванин (Г) - из деривата пурина. Поред азотних база, молекул човека и животиња садржи 5-метилцитозин - мању базу пиримидина. Са фосфорна киселина и дезоксирибоза везују азотне базе. Структура ДНК је приказана испод.

Цхаргафф Рулес

Структуру и биолошку улогу ДНК су проучавали Е. Цхаргафф 1949. Током свог истраживања, открио је обрасце који се уочавају у квантитативној дистрибуцији азотних база:

1. ЦТ + Ц = +А + Г (то јест, број пиримидинских база једнак је броју пуринских).
2. Количина аденинских остатака је увек једнака количини тиминских остатака, а количина гванина је једнака цитозину.
3. Коефицијент специфичности има формулу: Г + Ц / А + Т. На пример, код људи је 1,5, у бику - 1,3.
4. Збир “А + Ц” је једнак збиру “Г + Т”, тј. Аденин и цитозин су једнаки гванину и тимину.

Модел структуре ДНК

Створили су је Ватсон и Цреек. Фосфатни остаци и деоксирибозе налазе се дуж кичме два спирално уплетена полинуклеотидна ланца. Утврђено је да су планарне структуре пиримидинских и пуринских база лоциране окомито на осу ланца и формирају стубе степеништа у облику спирале. Такође је утврђено да је А увек повезана са Т помоћу две водоничне везе, а Г је везан за Ц трима сличним везама. Овај феномен добио је назив "принцип селективности и комплементарности".

Нивои структурне организације

Спирално закривљени полинуклеотидни ланац је примарна структура која има специфичан квалитативни и квантитативни скуп мононуклеотида повезаних 3 ', 5'-фосфодиестерском везом. Према томе, сваки од ланаца има 3'-крај (деоксирибозу) и 5'-крај (фосфат). Локације које садрже генетске информације називају се структурним генима.

Двострука спирала је секундарна структура. Штавише, његови полинуклеотидни ланци су антипаралелни и повезани су водиковим везама између комплементарних база ланаца. Утврђено је да у сваком завоју ове спирале има 10 нуклеотидних остатака, његова дужина је 3,4 нм. Ова структура је такође подржана од стране ван дер Ваалсових интеракцијских сила које се посматрају између база једног ланца, укључујући одбојне и привлачне компоненте. Ове силе се објашњавају интеракцијом електрона у сусједним атомима. Електростатичка интеракција такође стабилизује секундарну структуру. Појављује се између позитивно наелектрисаних молекула хистона и негативно набијеног ланца ДНА.

Терцијарна структура је намотавање ланаца ДНК на хистонима или суперкоиловање. Описано је пет типова хистона: Х1, Х2А, Х2Б, Х3 и Х4.

Полагање нуклеосома у хроматину је квартарна структура, тако да молекул ДНК који је дугачак неколико центиметара може преклопити до 5 нм.

ДНА функције

Главне функције ДНК су:

1. Чување насљедних информација. Секвенца амино киселина у молекулу протеина одређена је редоследом у којем су нуклеотидни остаци лоцирани у молекули ДНК. Такође шифрује све информације о својствима и знацима тела.
2. ДНК је у стању да пренесе наследне информације следећој генерацији. То је могуће због способности реплицирања - само-дуплицирања. ДНК је у стању да се разбије у два комплементарна ланца, и сваки од њих (у складу са принципом комплементарности) обнавља оригиналну нуклеотидну секвенцу.
3. Уз помоћ ДНК долази до биосинтезе протеина, ензима и хормона.

Закључак

Структура ДНК омогућава да буде чувар генетских информација, као и да их преноси на следеће генерације. Које су карактеристике овог молекула?

1. Стабилност Ово је могуће због гликозидних, водикових и фосфодиестерских веза, као и механизма поправке индукованих и спонтаних оштећења.
2. Способност репликације. Овај механизам дозвољава соматске ћелије одржава диплоидни број хромозома.
3. Постојање генетског кода. Користећи процесе транслације и транскрипције, секвенца база пронађених у ДНК конвертује се у секвенцу амино киселина у полипептидном ланцу.
4. Способност генетичке рекомбинације. Истовремено се формирају нове комбинације гена који су повезани.

Тако структура и функције ДНК омогућавају да игра непроцјењиву улогу у организмима живих бића. Познато је да је дужина 46 молекула ДНК у свакој људској ћелији скоро 2 м, а број парова нуклеотида је 3,2 милијарде.