Чим утримуються ланцюжки ДНК

Чим утримуються ланцюжки ДНК



122. Структура ДНК та її біологічна роль

Найважливіші полімери - молекули ДНК та РНК - Складаються з мономерів, званих нуклеотидами. Як білки складаються із послідовно з'єднаних амінокислот, так і нуклеїнові кислоти - із послідовно пов'язаних між собою нуклеотидів. Ці полінуклеотиди вперше виділив швейцарський лікар Ф. Мішер (1868); він назвав цю речовину нуклеїном, потім німецький хімік Р. Альтман запропонував назву нуклеїнова кислота, оскільки ця речовина виявляє кислотні властивості, які виявляються переважно в клітинному ядрі. Коссель виявив, що до складу нуклеїнових кислот входять пуринові (А, Г) та піримідинові основи (Ц, Т) та найпростіші вуглеводи; він виділив аденін (А) та гуанін (Г), фосфорну кислоту та вуглеводи. Якщо у побудові білка бере участь 20 амінокислот, то нуклеотидів – всього 4 (хоча самі вони – досить складні утворення). У всіх живих істот молекули ДНК і РНК побудовані за одним планом, кожен нуклеотид складається з трьох компонентів, з'єднаних хімічними зв'язками:

  • з однієї молекули фосфорної кислоти,
  • однієї молекули цукру,
  • однієї молекули органічної основи.

Їхні фосфатні групи звільняють у розчинах іони водню. Цукор може бути у двох варіантах:

  • рибоза (Р), що представляє цукор з п'ятьма атомами вуглецю, одного з яких приєднана гідроксильна група (-ОН),
  • дезок-сирибоза (Д), в молекулі якої на відміну від глюкози не 6, а 5 атомів вуглецю (пентоза) і одного з атомів вуглецю приєднаний атом водню.

При цьому вони ніколи не зустрічаються одночасно, тому цим цукрам відповідають два типи нуклеїнових кислот – ДНК та РНК.

ДНК знаходиться в основному в ядрі (хромосомах), а частково в інших клітинних компонентах (наприклад, хлоропластах зелених рослин). Основи - інший компонент нуклеотиду - названі так, тому що реагують як основи: у кислому середовищі здатні приєднувати іон водню. До ДНК входять:

у складі кожної з нуклеїнових кислот знаходиться по 4 основи. Американський біохімік Еге. Чаргафф сформулював (1948) правила регулярності в парних відносинах пуринових та піримідинових основ у молекулах нуклеїнових кислот:

  • загальна кількість гуаніну та аденіну (з групи пуринів Г і А) дорівнює кількості цитизину та тиміну (з групи піримідинів Ц і Т), тобто. А + Г = Т + Ц;
  • відносини А/Т і Г/Ц приблизно дорівнюють одиниці, тобто. А = Т та Ц = Г;
  • при цьому Г+Т=А+Ц;
  • ДНК із різних джерел може мати відмінності — в одних випадках А+Т>Г+Ц, а в інших — Г+Ц>А+Т.

Ці правила були предтечею відкриття подвійний спіралі ДНК. Для молекули ДНК також характерна структура трьох видів. первинна, вторинна та третинна.

Первинна структура ДНК складається з нуклеотидних ланцюгів, у яких скелетну основу складають цукрові та фосфатні групи, що чергуються, з'єднані ковалентними зв'язками, а бічні частини представлені однією з чотирьох основ і приєднуються одна до іншої молекулою цукру. Нуклеотиди розташовані один за одним і пов'язані ковалентно з фосфатом та цукровим залишком, утворюючи полінуклеотидний ланцюг.

Вторинна структура була сформульована Д. Уотсоном та Ф. Криком. Дві нитки, що йдуть поруч, скріплені одна з одною перемичками і звиваються в подвійну спіраль, і є молекула ДНК. Обидві нитки однакові за довжиною, залишки пар А-Т та Г-Ц розділені однаковими відстанями.Подвійна спіраль має впорядкований характер, тому що кожен зв'язок основа - цукор знаходиться на однаковій відстані від осі спіралі і повернена на 36 °, причому в кожній з них залежно від виду ДНК можуть бути мільйони блоків - нуклеотидів. Порядок їх чергування визначає спадкову інформацію, записану в ДНК і що передається наступним поколінням. Взаємодія пар А-Т та Г-Ц називають комплементарністю, а відповідні азотисті основи – комплементарними. Ланцюги ДНК комплементарні один одному. Стабільність А-Т пар забезпечується двома водневими зв'язками, а пара Г-Ц-трьома. Між азотистими основами, зібраними в стос уздовж молекули ДНК, виникають сили гідрофобних взаємодій (стекінг-взаємодії) – роблять великий внесок у стабілізацію подвійної спіралі. Обидва ланцюга в молекулі ДНК мають протилежну полярність: міжнуклеотидний зв'язок в одному ланцюгу має напрямок 5'3', в іншому - 3'5'.

Стабілізуючими факторами подвійною спіралі є електростатичні сили відштовхування між фосфатними групами, гідрофобна взаємодія між основами (стекінг-взаємодія) та водневі зв'язки між комплементарними основами.

Третинна структура ДНК, Яка визначається тривимірною просторовою конфігурацією молекул, поки вивчена недостатньо. Дослідження показали, що ДНК може існувати у двох формах: А (при низькій вологості) та В (при високій). Для обох форм збудували молекулярні моделі. З дифракційних картин волокон ДНК інформацію отримати було досить важко, так як у ланцюга ДНК вздовж осі розташовані безладно волокна, але була підтверджена її спіральна структура.

Ген - Ділянку хромосоми (або молекули ДНК), що визначає можливість розвитку окремої елементарної ознаки або синтез однієї білкової молекули. алельними. домінування - явище, при якому домінантний ген повністю пригнічує прояв іншого гена алелі, званого рецесивнимАле буває і неповне домінування. Розщеплення - Це поява в потомстві декількох груп фенотипів і генотипів. Якщо розщеплення при схрещуванні не спостерігається, то це чиста лінія. кодомінування.

Генофонд - Сукупність всіх варіантів кожної з алелів, характерна для популяції або виду в цілому. Геном - Сукупність всіх генів організму. Генотип - Це сукупність всіх взаємодіючих генів організму. Фенотип - Сукупність всіх ознак організму.

Хромосома - Самостійна структура, яка має плечі і центроміру і включає дві хроматиди. У хромосомі розташовані в лінійному порядку гени. розподілі забезпечує передачу спадкових ознак організму наступному поколінню. Сукупність хромосом у кожній клітині організму створює. хромосомний набір.Такий набір постійний і характерний для даного організму.У статевих клітинах кожна хромосома зустрічається один раз, а більшості соматичних клітин більшості видів є подвійний набір хромосом. Гени – елементарні одиниці на молекулярно-генетичному рівні організації. Ще до відкриття багатьох молекулярних складових біологи зрозуміли, вивчаючи передачу спадкових ознак при схрещуванні, що кожна ознака визначена окремою частинкою геном. Потім встановили, що гени перебувають у клітинному ядрі, хромосомах. У ланцюгах РНК і ДНК кожні три наступні один за одним підстави становлять триплет.

Основні структури, що містять коди спадкової інформації, представлені молекулами ДНК, що складаються з ланцюжка елементів коду — триплетів азотистих підстав, які утворюють гени. За моделлю Вотсона-Крика, в молекулі ДНК генетичну інформацію несе послідовність розташування підстав: А, Т, Г, Ц. Кожен триплет управляє включенням до білок певної амінокислоти. Порядок чергування амінокислот визначено послідовністю триплетів. Ця елементарна одиниця спадкового матеріалу була названа кодоном. Відповідність послідовностей кодонів та амінокислот носить колінеарний характер. І синтез білків протікає відповідно до інформації, що міститься в послідовності кодонів. Група з трьох нуклеотидів, що стоять поспіль, діючи через досить складний механізм, змушує рибосому - внутрішньоклітинну частинку, що відповідає за синтез білків, підхоплювати з цитоплазми певну амінокислоту; наступні три нуклеотиди через посередників «диктують» рибосому, яку саме амінокислоту поставити в ланцюжок білка на таке місце, і так виходить молекула білка.Так що інформації, записаної в ДНК трійками пар нуклеотидів, достатньо для побудови нового організму з усіма його особливостями. Реплікація молекули ДНК відбувається поетапно: розриваються водневі зв'язки між ланцюгами і вони поділяються; розмотуються полінуклеотидні ланцюги; синтез уздовж кожного з ланцюгів нового ланцюга з комплементарною послідовністю азотистих основ Розподіл та розмотування починаються з одного кінця молекули, продовжуються у напрямку до іншого кінця, супроводжуючись одночасним синтезом нових ланцюгів. У результаті кожна нова молекула ДНК складається з одного старого ланцюга і одного нового, комплементарного старого. В основі комплементарності лежить властивість нуклеотидів спариватися за допомогою своїх основ: А з Т, Ц з Г - ДНК; А з У і Ц з Р - у РНК Синтез білків виробляється в цитоплазмі під контролем ДНК. У ньому беруть участь молекули трьох видів рибонуклеїнової кислоти Транспортна – тРНК – поєднується з активованими амінокислотами. Активація відбувається за рахунок енергії, що виробляється мітохондріями; інформаційна - іРНК - передає від молекул ДНК, що знаходяться в хромосомах, генетичну інформацію про склад білка рибосоми цитоплазми; рибосомна - рРНК - входить до складу рибосом. Процес синтезу здійснюють рибосоми. Попередньо кожному гені як молекули РНК синтезується його копія. Ці копії, упаковані певним чином, випливають із ядра через пори його оболонки, потрапляють у цитоплазму, де і з'єднуються з рибосомами, прикріпленими до канальців ЕПС. Як тільки до них підійдуть молекули РНК, що несуть інформацію від генів, починається синтез ферментів. Готові ферменти спливають у цитоплазму та роблять свою роботу.Після відкриття ролі ДНК та механізму синтезу білків стало зрозуміло, що ген – це ділянка ланцюжка ДНК, на якій записано будову молекули певного білка. В одних генах 800 пар нуклеотидів, а в інших близько мільйона.

Біологія клітини/Частина 1. Клітина як вона є/2/15

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) - один із двох типів нуклеїнових кислот, що забезпечують зберігання, передачу з покоління в покоління та реалізацію генетичної інформації. Основна роль ДНК у клітинах - довготривале зберігання та передача з покоління в покоління інформації про структуру РНК та білків.

У клітинах еукаріотів ДНК знаходиться в ядрі клітини у складі хромосом, а також у деяких клітинних органоїдах (мітохондріях і w:пластидах). У клітинах прокаріотів кільцева (за рідкісними винятками) молекула ДНК, так званий генофор, входить до складу нуклеоїду.

У прокаріотів і нижчих еукаріотів (наприклад, у дріжджів) зустрічаються також невеликі автономні, переважно кільцеві молекули ДНК, звані плазмідами. У клітинах молекули ДНК завжди дволанцюгові, тобто складаються з двох ланцюгів нуклеотидів. Крім того, одно- або дволанцюгові молекули ДНК можуть утворювати геном ДНК-вірусів.

Будова нуклеотидів Структура рибози показана нумерація атомів вуглецю (зверніть увагу, що до складу нулеотидів ДНК входить дезоксирибоза).

ДНК - це довга полімерна молекула, що складається з блоків, що повторюються, нуклеотидів. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) та фосфатної групи (залишку фосфорної кислоти). Зв'язки між нуклеотидами в одному ланцюгу ковалентні, вони утворюються за рахунок дезоксирибози та фосфатної групи.Кажуть, що за рахунок ковалентних зв'язків утворюється «сахарофосфатний кістяк» молекули.

У переважній більшості випадків макромолекула ДНК складається з двох ланцюгів, орієнтованих азотистими основами один до одного; тільки деякі віруси містять одноланцюгову ДНК.

Розмір геному широко варіює серед різних організмів

ДНК - це довга полімерна молекула, що складається із чотирьох типів мономерів, нуклеотидів [1].

Але що означає «довга»? Довжина ДНК із мітохондрій людини - близько 16.000 п.н. (Пар нуклеотидів). Характерний розмір ДНК вірусу – близько 100.000 п.н., бактерій – від 500.000 до 5.000.000 п.н. (Це розмір однієї молекули ДНК). У геномі людини близько 3.000.000.000 п.н., розподілених за 23 хромосомами. Це означає, що середня довжина молекули ДНК із ядра людської клітини – понад 100.000.000 п.н.!

Довжина всіх молекул ДНК подвійного набору хромосом однієї клітині людини дорівнює приблизно 2 м. Тіло дорослої людини складається приблизно з 5 · 10 13 - 10 · 10 13 клітин. Розрахунки показують, що загальна довжина молекул ДНК всіх клітин однієї людини близько 1011 км, що приблизно в тисячу разів більше відстані від Землі до Сонця.

Утворення зв'язків між основами

Між азотистими основами двох різних ланцюгів утворюються водневі зв'язки, які утримують разом два ланцюги. Ця дволанцюжкова молекула спіралізована. У цілому нині структура молекули ДНК отримала назву «подвійний спіралі».

Залежно від концентрації іонів та нуклеотидного складу молекули, подвійна спіраль ДНК у живих організмах існує у різних формах. На малюнку (зліва направо) представлені A, B та Z форми. Модель Вотсона та Крику передбачила існування найбільш поширеної В-форми

У ДНК зустрічається чотири види азотистих основ: аденін, гуанін, тимін та цитозин. Азотисті основи одного з ланцюгів з'єднані з азотистими основами іншого ланцюга водневими зв'язками згідно з принципом комплементарності: аденін з'єднується тільки з тиміном, гуанін - тільки з цитозином.

Біологічний закон, відповідно до якого встановлено кількісні співвідношення між азотистими основами різних типів, названо правилом Чаргаффа на честь вченого біохіміка Ервіна Чаргаффа, під керівництвом якого було виявлено закономірності у співвідношенні нуклеотидів. Щоб визначити точні кількісні співвідношення нуклеотидів, Чаргафф розділив нуклеотиди ДНК методом паперової хроматографії. Йому вдалося виявити три закономірності:

  • Число аденінів дорівнює числу тимінів, а число гуанінів - числу цитозинів: А = Т, Г = Ц
  • Число пуринів дорівнює числу піримідинів: А+Г=Т+Ц
  • Число аденіну та цитозину дорівнює числу гуаніну та тиміну: А+Ц=Г+Т

Співвідношення комплементарних нуклеотидів може бути різним у різних ДНК. В одних ДНК можуть переважати пари аденін-тиміну, а в інших - гуанін-цитозин. На основі правила Чаргаффа можна дійти невтішного висновку, що склад нуклеотидів у різних ДНК відрізняється лише сумарним числом комплементарних підстав.

Будова подвійного ланцюга ДНК


Кожна основа на одному з ланцюгів зв'язується з однією певною основою другого ланцюга. Таке специфічне зв'язування називається комплементарним. Пурини (підстави, які складаються з двох кілець і мають більші розміри — аденін та гуанін) комплементарні піримідинам (тиміну та цитозину, які складаються з одного кільця і ​​менше за розмірами): аденін утворює зв'язки тільки з тиміном, а цитозин — з гуаніном.Завдяки цьому кожна пара основ має «стандартні» розміри, а вся спіраль ДНК зберігає однаковий діаметр та регулярну структуру.

У подвійній спіралі ланцюжки також пов'язані за допомогою гідрофобних зв'язків та стекінгу, які не залежать від послідовності основ ДНК.

Послідовність нуклеотидів дозволяє «кодувати» інформацію та складає генетичний код. Насамперед у ДНК закодована інформація про різні типи РНК. Для реалізації спадкової інформації найбільш важливими є інформаційні, або матричні РНК (мРНК), рибосомальні РНК (рРНК) і транспортні РНК (тРНК). На інформаційну РНК «переписується» інформація, що міститься в ДНК, про послідовність амінокислот у білках.

Всі ці типи РНК синтезуються на матриці ДНК рахунок копіювання послідовності ДНК в послідовність РНК, синтезованої у процесі транскрипції, і беруть участь у біосинтезі білків (процесі трансляції).

В одному ланцюзі ДНК послідовність нуклеотидів (порядок їх чергування) може бути будь-яким. Тому молекули ДНК практично нескінченно різноманітні. Різні види живих організмів і різні особи одного виду розрізняються, зокрема, порядком розташування нуклеотидів в ДНК. Комплементарність подвійної спіралі означає, що інформація, що міститься в одному ланцюгу, міститься і в іншому ланцюгу (порядок нуклеотидів одного ланцюга однозначно визначає порядок розташування нуклеотидів у протилежному, комплементарному ланцюгу). Таке «дублювання» інформації дуже важливе для подвоєння ДНК, репарації (виправлення пошкоджень у ДНК) та решти функцій ДНК у живих організмах.


Крім кодуючих послідовностей, ДНК клітин містить послідовності, що виконують регуляторні та структурні функції. Крім того, в геномі еукаріотів часто зустрічаються ділянки, що належать «генетичним паразитам», наприклад, транспозонам.

Так як водневі зв'язки слабкі, вони легко розриваються та відновлюються. Ланцюжки подвійної спіралі можуть розходитися як замок-блискавка під впливом ферментів — хеліказ. Розрив водневих зв'язків необхідний процесів подвоєння ДНК.

Різні пари основ утворюють різну кількість водневих зв'язків. Аденін і тимін пов'язані двома, а гуанін і цитозин — трьома водневими зв'язками, тому розрив ГЦ-пари потрібно більше енергії, ніж розрив АТ-пары.

Два ланцюги однієї спіралі ДНК також розходяться (дисоціюють) при високій температурі. Відсоток ГЦ-пар та довжина молекули ДНК визначають кількість енергії, необхідної для поділу ланцюгів: довгі молекули ДНК з великим вмістом ГЦ більш тугоплавки.

Частини молекул ДНК, які з-за їх функцій повинні бути легко поділяються, наприклад ТАТА послідовність у бактеріальних промоторах, зазвичай містять велику кількість А і Т.

Розшифрування структури ДНК (1953 р.) стало одним із поворотних моментів в історії біології. За видатний внесок у це відкриття Френсісу Крику, Джеймсу Вотсону, Морісу Вілкінсу було присуджено Нобелівську премію з фізіології та медицини 1962 року.

Різні типи молекул РНК виконують різні функції у клітині

Рибонуклеїнові кислоти (РНК) - нуклеїнові кислоти, полімери нуклеотидів, до складу яких входять залишок ортофосфорної кислоти, рибоза (на відміну від ДНК, що містить дезоксирибозу) та азотисті основи - аденін, цитозин, гуанін і урацил (на відміну від ДНК, що містить замість урацилу тим. Ці молекули містяться у клітинах всіх живих організмів, а також у деяких вірусах.

У клітинах еукаріотів, як з'ясувалося за останні десятиліття, є безліч різних типів молекул РНК, багато з яких ніколи не залишають ядра (м'яРНК, малі ядерні РНК). Функції багатьох із них не відомі. Інші малі РНК (наприклад, siРНК) беруть участь у процесі РНК-інтерференції.

Головну роль процесі синтезу білка грають три типу РНК:

  • інформаційна РНК, або іРНК (зараз її все частіше називають мРНК - від англ. Messenger RNA, хоча російською "м" частіше розшифровують як "матрична");
  • транспортна РНК, чи тРНК;
  • рибосомальна РНК або рРНК.

Всі ці молекули РНК, як та інші типи РНК, синтезуються на матриці ДНК та закодовані у спеціальних генах. Гени, які кодують іРНК, кодують також білки, оскільки іРНК містить інформацію про послідовність амінокислот в одному або декількох білках. Гени, що кодують інші типи РНК, не кодують білків. Тому із сучасних позицій правильніше визначати ген як ділянку ДНК, що кодує одну молекулу РНК (а не білок).

Молекула ДНК: будова, функції та роль у клітці

ДНК – дивовижна молекула, що зберігає весь генетичний код життя. Відкриття її структури у 1953 році назавжди змінило біологію та медицину.

Історія відкриття та вивчення ДНК

У 1869 році швейцарський лікар і біолог Йоганн Фрідріх Мішер вперше виділив нуклеїнову кислоту із залишків клітин у гної.Він виявив, що ця речовина містить азот та фосфор і назвав його спочатку нуклеїном, а потім нуклеїновою кислотою.

Однак біологічна функція ДНК тривалий час залишалася незрозумілою. Багато вчених вважали, що вона просто служить запасником фосфору у клітинах.

Поворотним моментом стало відкриття 1928 року британським мікробіологом Фредеріком Гріффітом явища трансформації бактерій. Він показав, що речовина, виділена з одних бактерій, може передати небезпечні властивості іншим бактеріям. Пізніше з'ясувалося, що ця речовина – ДНК.

У 1944 році американські дослідники Евері, Маклауд і Маккарті провели знаменитий експеримент із трансформації пневмококів. Вони довели, що генетична інформація переноситься ДНК цих бактерій.

Ще один важливий крок зробили у 1949-51 роках Ервін Чаргафф та його колеги. Їм вдалося виділити окремі нуклеотиди з ДНК та виявити правила, названі згодом правилами Чаргаффа. Ці правила свідчили, що у молекулі ДНК кількість аденіну дорівнює кількості тимину, а гуаніну - кількості цитозину.

Будова молекули ДНК

Молекула ДНК є довгим ланцюжком нуклеотидів. Кожен нуклеотид включає азотисту основу, цукор дезоксирибозу та фосфатну групу. Азотистих основ у ДНК чотири типи: аденін (А), тимін (Т), гуанін (Г) та цитозин (Ц).

Головна особливість будови ДНК полягає в тому, що вона складається з двох комплементарних ланцюгів нуклеотидів, скручених один з одним. Ця спіральна структура називається подвійною спіраллю. Ланцюжки утримуються разом з допомогою водневих зв'язків між парами азотистих основ. Аденін зв'язується лише з тиміном, а гуанін – лише з цитозином.

Така комплементарність підстав є ключовою для багатьох функцій ДНК. Вона дозволяє точно копіювати молекулу у процесі реплікації шляхом синтезу комплементарних кіл. Також завдяки комплементарності відбувається транскрипція ДНК у РНК.

Існує три основні просторові форми (конформації) подвійної спіралі ДНК, що відрізняються за своїми параметрами:

  • A-форма (11 пар основ на виток)
  • B-форма (10 пар основ на виток)
  • Z-форма (12 пар основ на лівозакрученому витку)

У природі найбільше часто зустрічається B-форма подвійної спіралі ДНК. Вона має класичну правозакручену структуру з діаметром близько 2 нанометрів.

Функції ДНК

Головною функцією молекули ДНК є довготривале зберігання та передача генетичної інформації. Унікальна подвійна спіраль цієї молекули дозволяє дуже надійно зберігати весь генетичний код, необхідний життя та відтворення клітини.

У процесі реплікації ДНК точно копіюється з утворенням двох молекул-дочірніх хромосом, успадкованих двома дочірніми клітинами після поділу. Так зберігається і передається генетична інформація з покоління до покоління клітин.

Ще одна важлива функція ДНК – участь у біосинтезі РНК та білків. Генетичний код ДНК переписується в молекули інформаційної РНК, які потім зчитуються рибосомами для послідовного збирання білкових молекул.

Таким чином, ДНК контролює весь обмін речовин у клітині, визначаючи структуру та функції білків - основних "робочих молекул" живих організмів.

Взаємодія ДНК та білків

Хоча ДНК є дуже довгою молекулою, усередині живої клітини вона знаходиться у компактному стані завдяки взаємодії з білками.

У еукаріотичних організмів ДНК тісно пов'язана із спеціальними білками гістонами, які організують її в структури, які називають нуклеосомами. Гістони та інші білки хроматину дозволяють "упакувати" генетичний матеріал усередині ядра.

Регуляція активності генів

Склад ДНК переважно не змінюється, але існують певні хімічні модифікації, які регулюють активність генів. Однією з таких модифікацій є метилювання цитозинових основ з утворенням 5-метилцитозину.

Групи атомів, які приєднуються до ДНК, впливають її взаємодію Космосу з регуляторними білками. Наприклад, метилювання часто пригнічує експресію генів. Так клітина контролює, які ділянки ДНК активні, а які "мовчать".

Пошкодження ДНК

Незважаючи на надійність структури ДНК, склад може бути порушений під дією радіації, хімічних речовин та інших факторів. Це призводить до розривів ланцюгів, хімічних модифікацій основ.

На щастя, у клітинах існують ефективні механізми репарації, які оперативно знаходять та виправляють ушкодження ДНК. Це дозволяє зберегти цілісність генетичного матеріалу.

Генетична рекомбінація

У процесі рекомбінації молекули ДНК обмінюються фрагментами. Це дуже важливий механізм створення нових генних комбінацій і прискорення еволюції.

При гомологічній рекомбінації обмін ділянками ДНК відбувається між дуже схожими молекулами. Реакція запускається спеціальними ферментами та є частиною механізму репарації подвійних розривів ДНК у клітинах.

Еволюція ДНК

Хоча зараз ДНК є основою всієї генетичної інформації живих організмів, спочатку передбачається існування так званого РНК-світу. РНК має подібні властивості, але більш проста в синтезі.

Як відбувся перехід від РНК до ДНК і закріплення ролі останньої як основного носія генетичної інформації, остаточно не ясно. ДНК виявилася більш стабільною та надійною для довготривалого зберігання коду життя.

Структурні форми ДНК

Крім класичної B-форми, існують інші просторові структури подвійної спіралі ДНК. Наприклад, A-форма утворюється в умовах зневоднення і має ширший діаметр порівняно з В-формою.

Особливий інтерес представляє лівозакручена Z-форма ДНК. Вона може виникати в окремих ділянках геному при взаємодії з білками чи іонами металів. Передбачається, що Z-ДНК бере участь у регуляції активності генів.

Хімічні модифікації ДНК

Крім метилювання цитозинів, існує низка інших хімічних модифікацій азотистих основ ДНК. До них відносяться гідроксиметилювання, фосфорилювання, ацетилювання та інші.

Ці модифікації відіграють важливу роль у регуляції генів. Вони змінюють заряд та просторову структуру ДНК, що впливає на зв'язування з нею регуляторних та транскрипційних білків.

Реплікація ДНК

Перед клітинним розподілом відбувається подвоєння генетичного матеріалу шляхом реплікації ДНК. В результаті утворюються дві ідентичні копії ДНК-«дочірніх хромосом».

Цей процес здійснюється комплексом ферментів, куди входить ДНК-полимераза. Вона синтезує комплементарні ланцюги до матричних ланцюгів батьківської ДНК завдяки принципу комплементарності нуклеотидних основ.

Мутагенні фактори

ДНК піддається шкідливій дії багатьох факторів навколишнього середовища, таких як ультрафіолетове випромінювання, іонізуюча радіація, хімічні речовини, високі температури.

Ці мутагени викликають різноманітні порушення в ДНК - від модифікації окремих нуклеотидів до розривів цукрово-фосфатного кістяка і навіть обох ланцюгів спіралі. Такі пошкодження можуть призвести до помилок у процесах реплікації, транскрипції, виникнення мутацій та загибелі клітини.

Перспективи вивчення ДНК

Незважаючи на багаторічне вивчення, ДНК і досі зберігає чимало загадок. Вчені продовжують досліджувати деталі цього дивовижного молекулярного механізму, що лежить в основі всього живого.

Відкриття нових аспектів організації та функціонування ДНК відкриває величезні перспективи генної інженерії, медицини, біотехнологій. Ми ще на порозі по-справжньому глибокого розуміння цієї молекули.

Схожі статті

  • Чим шкідлива мухолівка
  • Чим обробити листя перцю
  • Чим відрізняється шавлія діброва від звичайного
  • Чим обробити сходи часнику
  • Чим небезпечна єхідна
  • Чим обробити малину від попелиці в період плодоношення
  • Чим годувати морську свинку якщо вона не хоче їсти
  • Чим замінити комору
  • Недавні статті

  • Чому взуття скрипить при ходьбі
  • Коли день народження у стрічці
  • Чи можна кішці їсти сіль
  • Варіанти планування ділянки 15 соток прямокутної форми
  • Що означає півмісяця знак
  • Рейсмусовий верстат для чого
  • У якому віці парують свиней
  • У чому полягає принцип нарахування та у яких випадках він застосовується