Мономірними ланками якого є нукліатиди.

Що таке ДНК?

Вся інформація про будову та функціонування будь-якого живого організму міститься у закодованому вигляді у його генетичному матеріалі. Основу генетичного матеріалу організму складає дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК).

ДНКбільшості організмів – це довга дволанцюжкова полімерна молекула. Послідовність мономерних ланок (дезоксирибонуклеотидів) в одному її ланцюгу відповідає ( комплементарна) послідовності дезоксирибонуклеотидів в іншій. Принцип комплементарностізабезпечує синтез нових молекул ДНК, ідентичних вихідним, при їх подвоєнні ( реплікації).

Ділянка молекули ДНК, що кодує певну ознаку, – ген.

Гени– це індивідуальні генетичні елементи, що мають строго специфічну нуклеотидну послідовність, та кодують певні ознаки організму. Одні кодують білки, інші - лише молекули РНК.

Інформація, що міститься в генах, що кодують білки (структурних генах), розшифровується протягом двох послідовних процесів:

• синтезу РНК (транскрипції): на певній ділянці ДНК як на матриці синтезується матрична РНК (МРНК).
• синтезу білка (трансляції):У ході узгодженої роботи багатокомпонентної системи за участю транспортних РНК (тРНК), мРНК, ферментівта різних білкових факторівздійснюється синтез білкової молекули.

Всі ці процеси забезпечують правильний переклад зашифрованої ДНК генетичної інформації з мови нуклеотидів на мову амінокислот. Амінокислотна послідовність білкової молекуливизначає її структуру та функції.

Будова ДНК

ДНК– це лінійний органічний полімер. Його – нуклеотиди, які, у свою чергу, складаються з:

При цьому фосфатна група приєднана до 5′-тому вуглецюмоносахаридного залишку, а органічна основа - до 1′-тому.

Підстави в ДНК бувають двох типів:

Будова нуклеотидів у молекулі ДНК

У ДНКмоносахарид представлений 2′-дезоксирибозою, Що містить тільки 1 гідроксильну групу (ОН), а в РНК - рибозою, що має 2 гідроксильні групи (OH).

Нуклеотиди з'єднані один з одним фосфодіефірними зв'язками, при цьому фосфатна група 5′-вуглецевого атомаодного нуклеотиду пов'язана з З'-ОН-групою дезоксирибозисусіднього нуклеотиду (малюнок 1). На одному кінці полінуклеотидного ланцюга знаходиться З'-ОН-група (З'-кінець),а на іншому - 5′-фосфатна група (5′-кінець).

Рівні структури ДНК

Прийнято виділяти 3 рівні структури ДНК:

• первинну;
• вторинну;
• третинну.

Первинна структура ДНК– це послідовність розташування нуклеотидів у полінуклеотидному ланцюзі ДНК.

Вторинна структура ДНКстабілізується між комплементарними парами основ і є подвійною спіралью з двох антипаралельних ланцюжків, закручених вправо навколо однієї осі.

Загальний виток спіралі- 3,4нм, відстань між ланцюжками 2нм.

Третинна структура ДНК – суперспералізація ДНК.Подвійна спіраль ДНК на деяких ділянках може бути піддана подальшій спіралізації з утворенням суперспіралі або відкритої кільцевої форми, що часто викликано ковалентним з'єднанням їх відкритих кінців. Суперспіральна структура ДНК забезпечує економне пакування дуже довгої молекули ДНК у хромосомі. Так, у витягнутій формі довжина молекули ДНК становить 8 см, а у формі суперспіралі укладається в 5 нм.

Правило Чаргафа

Правило Е. Чаргафа– це закономірність кількісного вмісту азотистих основ у молекулі ДНК:

1. У ДНК молярні часткипуринових та піримідинових основ рівні: А+G = C+ Т або (А+G)/(C + Т) = 1 .
2. У ДНК кількість основ з аміногрупами (А +C) одно кількості основ із кетогрупами (G+ Т):А+C= G+ Т або (А+C)/(G+ Т) = 1
3. Правило еквівалентності, тобто: А = Т, Г = Ц; А/Т = 1; Г/Ц = 1.
4. Нуклеотидний склад ДНКв організмів різних груп специфічний та характеризується коефіцієнтом специфічності: (Г+Ц)/(А+Т).У вищих рослин та тварин коефіцієнт специфічностіменше 1, і коливається незначно: від 0,54 до 0,98 , У мікроорганізмів він більше 1

Модель ДНК Вотсона-Кріка

Б 1953 Джеймс Вотсонта Френсіс Крик, ґрунтуючись на даних рентгеноструктурного аналізу кристалів ДНК, дійшли висновку, що нативна ДНКскладається з двох полімерних ланцюгів, що утворюють подвійну спіраль (рисунок 3).

Навиті одна на одну полінуклеотидні ланцюги утримуються разом водневими зв'язками, що утворюються між комплементарними основами протилежних ланцюгів (рисунок 3) При цьому аденінутворює пару тільки з тиміном, а гуанін- з цитозином. Пара основ А-Тстабілізується двома водневими зв'язками, а пара G-С - трьома.

Довжина дволанцюгової ДНК зазвичай вимірюється числом пар комплементарних нуклеотидів ( п.н.). Для молекул ДНК, що складаються з тисяч або мільйонів пар нуклеотидів, прийняті одиниці т.п.н.і м.п.н.відповідно. Наприклад, ДНК хромосоми 1 людини являє собою одну подвійну спіраль завдовжки 263 м.п.н.

Сахарофосфатний кістяк молекули, який складається з фосфатних груп та дезоксирибозних залишків, з'єднаних 5'-З'-фосфодіефірними зв'язками, утворює «боковини гвинтових сходів», а пари основ А-Ті G-С- її сходинки (рисунок 3).

Малюнок 3: Модель ДНК Вотсона-Кріка

Ланцюги молекули ДНК антипаралельні: одна з них має напрям 3'→5', інша 5'→3'. Відповідно до принципом комплементарностіякщо в одному з ланцюгів є нуклеотидна послідовність 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарному ланцюгу в цьому місці має бути послідовність 3′-ATCCGTA-5′. У цьому випадку дволанцюжкова форма виглядатиме таким чином:

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5′.

У такому записі 5′-кінець верхнього ланцюгазавжди розташовують зліва, а 3′-кінець- Праворуч.

Носій генетичної інформації має задовольняти двом основним вимогам: відтворюватися (реплікуватися) з високою точністюі детермінувати (кодувати) синтез білкових молекул.

Модель ДНК Вотсона-Крікаповністю відповідає цим вимогам, оскільки:

• згідно з принципом комплементарності кожен ланцюг ДНК може бути матрицею для утворення нового комплементарного ланцюга. Отже, після одного раунду утворюються дві дочірні молекули, кожна з яких має таку ж нуклеотидну послідовність, як вихідна молекула ДНК.
• нуклеотидна послідовність структурного гена однозначно задає амінокислотну послідовність кодованого нею білка.

1. Одна молекула ДНК людини вміщує порядку 1,5 гігабайта інформації. При цьому ДНК всіх клітин людського організму займають 60 млрд. терабайт, що зберігаються на 150-160 грамах ДНК.
2. Міжнародний день ДНКвідзначається 25 квітня. Саме цього дня 1953 року Джеймс Вотсоні Френсіс Крикопублікували у журналі Natureсвою статтю під назвою "Молекулярна структура нуклеїнових кислот" де описали подвійну спіраль молекули ДНК.

Список літератури: Молекулярна біотехнологія: принципи та застосування, Б.Глік, Дж. Пастернак, 2002 рік

Життя ДНК (дезоксирибонуклеїнових кислот)

Визначення поняття "ДНК"

Ген - це сукупність сегментів ДНК, що зумовлюють утворення або молекули РНК, або білкового продукту (Сінгер М., Берг П., 1998).

У людини близько 30 000 генів. У всьому обсязі ДНК структурні гени (тобто ті, що кодують білки, що йдуть на побудову структур організму) займають лише 3-10%.

Найменша функціональна одиниця ДНК складається з таких елементів: структурний ген, регуляторні зони, регуляторні гени.

Будова молекули ДНК

Молекули ДНК мають вигляд довгих подвійних ланцюгів полімерів – полінуклеотидів, які з мономерів – нуклеотидів. Подвійний ланцюг закручений у спіраль. Тому ДНК схожа на гвинтові сходи (погляньте на малюнок вгорі). Кожен нуклеотид включає одну з чотирьох азотистих основ – аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц) або тімін (Т), одну молекулу пентози (п'ятивуглецевий цукор) та один залишок фосфорної кислоти. Зазвичай молекула ДНК і двох комплементарних ниток, які утворюють подвійну спіраль. При цьому аденін однієї нитки знаходиться в парі з тиміном іншої (стабілізується двома водневими зв'язками), а гуанін аналогічно пов'язаний із цитозином (трьома водневими зв'язками). Послідовність азотистих основ у молекулі ДНК несе інформацію, необхідну синтезу білків. ДНК - дуже довгі молекули, що складаються з множини нуклеотидів. Наприклад, геном людини складається з 46 хромосом, основу яких складають молекули ДНК, які в сукупності зібрані приблизно з 3 млрд нуклеотидних пар.

У еукаріотів генетичний матеріал знаходиться в ядрі клітини в хромосомах. Хромосоми в активному стані існують у вигляді хроматину. Хроматин містить близько 40% ДНК, 40% гістонів (лужних білків), близько 20% негістонових хромосомних білків та трохи РНК.

Відео:Будова хромосоми

ДНК ми можемо віднести до "живих систем", до "живих молекул" на тій підставі, що вони лежать в основі життя взагалі, а також мають ряд найважливіших властивостей живого, зокрема, здатність до розмноження. ДНК настільки самостійні і самодостатні, що здатні існувати навіть поза клітиною - у вигляді вірусів. У житті молекули ДНК проходять життєві етапи, що нагадують нам життя складніших біологічних систем - живих організмів. Це такі етапи як народження, дозрівання, робота (діяльність) та "смерть".

Тема: Будова ДНК

Домашнє завдання

1. Знати та вміти писати структурні формули нуклеотидів: А, Т, Г, Ц, У.
2. Знати влаштування молекул ДНК та їх організацію в хромосоми.
3. Знати способи зв'язування нуклеотидів у ДНК по вертикалі та горизонталі. Поняття про 3"-5" зв'язки.
4. Вміти користуватися таблицею генетичного коду для побудови молекул пептидів з урахуванням ділянки ДНК розміром від 12 і більше нуклеотидів.

Відео:Хромосоми, мітоз, реплікація

Етапи життя молекули ДНК

Народження (реплікація) - дозрівання (хромосоми) - робота (транскрипція) - управління (регуляція) - видозміна (мутація) - "смерть"

1. Реплікація ДНК – народження нової дочірньої нитки ДНК на батьківській нитці.
2. Дозрівання ДНК – формування хромосоми.
3. Транскрипція ДНК – робота ДНК у вигляді матричного синтезу на ній РНК.
4. Регуляція транскрипції – управління діяльністю ДНК із транскрипції.
5. Репарація ДНК – відновлення пошкоджених ділянок.
6. Зміни структури ДНК – мутації, транспозони.
7. Деградація ДНК – руйнування при кожному циклі реплікації.

1. Народження – реплікація

Реплікація ДНК проходить дуже просто, на рахунок "раз, два, три", тобто в три етапи: 1) ініціація; 2) елонгація; 3) термінація.

1. Ініціація – починання

Мета для запуску реплікації

Реплікація величезної молекули ДНК починається з реплікативної точки. Ця точка має специфічну послідовність багату парами А-Т. Такі учкастки ДНК якраз і є мішенями для білків, що ініціюють реплікацію. Саме до них приєднуються спеціальні білки, що розпізнають, які забезпечують приєднання ферментів реплікації. Хеліказиі топоізомерази(Гірази) і таким чином запускають процес реплікації. Хеліказарозплітає ДНК на два ланцюги. Утворюється реплікативна вилка. Молекула ДНК жорстко закріплена на ядерному матриксі і може вільно обертатися при розплітанні будь-якої ділянки. Це блокує просування хелікази ланцюгом. Топоізомераза надрізає нитки ДНК та знімає структурну напругу.
В одній реплікативній вилці діють дві хелікази, які рухаються у протилежних напрямках. Розділені ланцюги фіксуються ДНК-зв'язуючими білками. Ділянки формування реплікативної вилки називаються «точками ori» (origin – початок). У еукаріотів одночасно утворюється тисячі таких виделок, що забезпечує високу швидкість реплікації.

2. Елонгація – продовження (подовження)

Нарощування дочірніх кіл ДНК на двох батьківських ланцюгах відбувається неоднаково. ДНК-полімераза III прокаріотів і δ- або α-ДНК-полімерази еукаріотів можуть здійснювати синтез нового ланцюга ДНК лише в напрямку 5'>3', т.к. можуть приєднати новий нуклеотид тільки до вуглецю в положенні 3', але не в положенні 5'.

Ланцюг з такою спрямованістю називається лідируючою . На ній синтез дочірньої нитки ДНК триває безперервно. ДНК-полімераза III або -полімераза безперервно приєднують до неї комплементарні нуклеотиди.

Ланцюг з полярністю 3'>5' є відстаючої і добудовується частинами (також у напрямку 5'>3'). α-ДНК-полімераза (або ДНК-полімераза III) синтезує на цьому ланцюзі короткі ділянки - фрагменти Оказаки.

Синтез фрагментів Оказаки та лідируючого ланцюга починається з утворення РНК-праймерів (затравок ) довжиною 10-15 рибонуклеотидів ферментом праймазою (РНК-полімеразою). Жодна з ДНК-полімераз не здатна почати синтез ДНК з нуля, а може лише добудовуватиіснуючий ланцюг. Паралельно з утворенням лідируючого ланцюга або фрагментів Оказаки відбувається видалення рибонуклеотидів із праймерів та заміна їх нуклеотидами ДНК. Заміна рибонуклеїнових ділянок (праймерів) на ділянки ДНК відбувається за допомогою β-ДНК-полімерази, яка має як екзонуклеазну, так і полімеразну активність.

Таким чином, реплікація неможлива без часткової транскрипції.

Швидкість реплікації (елонгації) ДНК становить близько 45000 нуклеотидів за хвилину, таким чином, батьківська вилка розплітається зі швидкістю 4500 об/хв. Це можна порівняти, наприклад, зі швидкістю обертання охолоджуючого вентилятора в комп'ютері (1300-4800 об/хв).

3. Термінація - завершення (закінчення)

Завершення реплікації відбувається тоді, коли прогалини між фрагментами Оказаки заповняться нуклеотидами (за участю ДНК-лігази) з утворенням двох безперервних подвійних ланцюгів ДНК та коли зустрінуться дві реплікативні виделки. Потім відбувається закручування синтезованих ДНК із утворенням суперспіралей.

Правильність реплікації забезпечується точною відповідністю комплементарних пар основ і дією ДНК-полімераз, які мають крім полімеразної, ще й екзонуклеазної активності і здатні розпізнавати і виправляти помилки. Якщо включається некомплементарний нуклеотид, фермент робить крок назад, відщеплює його і продовжує полімеразну реакцію. Тому процес реплікації є високоточним.

Після завершення реплікації відбувається метилювання ДНК у ділянках -GАТС- по аденіну (з утворенням N-метиладеніну) та залишкам цитозину з утворенням 5-метилцитозину. Метилювання не порушує комплементарності ланцюгів і необхідне формування структури хромосом і регуляції транскрипції генів.

У прокаріотів, таких як бактерії, ДНК здатна реплікуватися, не розпрямляючись у лінійну молекулу, тобто залишаючись у характерній для неї кільцевій формі.

Відео:П

2. Дозрівання - формування хромосоми та хроматину

3. Робота – транскрипція

Відео:Блокування роботи гена

4. Управління – регулювання

5. Відновлення (лагодження) - репарація

6. Видозміна - мутація .

7. "Смерть" – деградація при реплікації.

МОСКВА, 25 квіт — РІА Новини, Тетяна Пічугіна.Рівно 65 років тому британські вчені Джеймс Вотсон та Френсіс Крик опублікували статтю про розшифрування структури ДНК, заклавши основи нової науки – молекулярної біології. Це відкриття змінило дуже багато у житті людства. РІА Новини розповідає про властивості молекули ДНК і про те, чому вона така важлива.

У другій половині ХІХ століття біологія була дуже молодою наукою. Вчені тільки приступали до дослідження клітини, а уявлення про спадковість, хоч і вже були сформульовані Грегором Менделем, не отримали широкого визнання.

Навесні 1868 року молодий швейцарський лікар Фрідріх Мішер приїхав до Університету міста Тюбінгена (Німеччина), щоб зайнятися науковою роботою. Він мав намір дізнатися, із яких речовин складається клітина. Для експериментів вибрав лейкоцити, які легко одержати з гною.

Відокремлюючи ядро ​​від протоплазми, білків та жирів, Мішер виявив з'єднання з великим вмістом фосфору. Він назвав цю молекулу нуклеїном ("нуклеус" латиною - ядро).

Ця сполука виявляла кислотні властивості, тому виник термін "нуклеїнова кислота". Його приставка "дезоксирибо" означає, що молекула містить H-групи та цукру. З'ясувалося, що насправді це сіль, але назву міняти не стали.

На початку XX століття вчені вже знали, що нуклеїн являє собою полімер (тобто дуже довгу гнучку молекулу з ланок, що повторюються), ланки складені чотирма азотистими основами (аденіном, тиміном, гуаніном і цитозином), а нуклеїн міститься в хромосомах - компактних структур виникають у клітинах, що діляться. Їхню здатність передавати спадкові ознаки продемонстрував американський генетик Томас Морган у дослідах на дрозофілах.

Модель, яка пояснила гени

А ось що робить у ядрі клітини дезоксирибонуклеїнова кислота, скорочено ДНК, довго не розуміли. Вважалося, що вона грає якусь структурну роль хромосомах. Одиницям спадковості – генам – приписували білкову природу. Прорив зробив американський дослідник Освальд Евері, який досвідченим шляхом доказав, що генетичний матеріал передається від бактерії до бактерії за допомогою ДНК.

Стало ясно, що ДНК треба вивчати. Але як? На той час вченим був доступний лише рентген. Щоб просвічувати їм біологічні молекули, їх доводилося кристалізувати, але це складно. Розшифровкою структури білкових молекул за рентгенограмами займалися в лабораторії Кавенді (Кембридж, Великобританія). Молоді дослідники Джеймс Вотсон і Френсіс Крик, які там працювали, не мали власних експериментальних даних по ДНК, тому вони скористалися рентгенограмами колег з Королівського коледжу Моріса Уїлкінса і Розалінди Франклін.

Вотсон і Крик запропонували модель структури ДНК, що точно відповідає рентгенограмам: два паралельні ланцюжки закручені в праву спіраль. Кожен ланцюжок складається довільним набором азотистих основ, нанизаних на кістяк їх цукрів і фосфатів, і утримується водневими зв'язками, протягнутими між основами. Причому аденін з'єднується лише з тиміном, а гуанін – з цитозином. Це правило називають принципом комплементарності.

Модель Вотсона та Крику пояснювала чотири основні функції ДНК: реплікацію генетичного матеріалу, його специфіку, зберігання інформації в молекулі та її здатність мутувати.

Вчені опублікували своє відкриття у журналі Nature 25 квітня 1953 року. Через десять років їм разом із Морісом Уїлкінсом присудили Нобелівську премію з біології (Розалінда Франклін померла у 1958 році від раку у віці 37 років).

"Тепер, більш як півстоліття, можна констатувати, що відкриття структури ДНК відіграло в розвитку біології таку ж роль, як у фізиці - відкриття атомного ядра. З'ясування будови атома призвело до народження нової, квантової фізики, а відкриття будови ДНК призвело до народження нової, молекулярної біології", - пише Максим Франк-Каменецький, видатний генетик, дослідник ДНК, автор книги "Найголовніша молекула".

Генетичний код

Тепер залишалося дізнатись, як ця молекула діє. Було відомо, що ДНК містить інструкції для синтезу клітинних білків, які виконують всю роботу у клітині. Білки - це полімери, що складаються з наборів (послідовностей) амінокислот, що повторюються. Причому амінокислот — лише двадцять. Види тварин відрізняються один від одного набором білків у клітинах, тобто різними послідовностями амінокислот. Генетика стверджувала, що ці послідовності задаються генами, які, як тоді вважали, служать першоцеглини життя. Але що таке гени, ніхто точно не уявляв.

Ясність вніс автор теорії Великого вибухуФізик Георгій Гамов, співробітник Університету Джорджа Вашингтона (США). Ґрунтуючись на моделі дволанцюжкової спіралі ДНК Вотсона і Крику, він припустив, що ген — це ділянка ДНК, тобто певна послідовність ланок — нуклеотидів. Оскільки кожен нуклеотид - це одна з чотирьох азотистих основ, то потрібно просто з'ясувати, як чотири елементи кодують двадцять. У цьому полягала ідея генетичного коду.

На початку 1960-х встановили, що білки синтезуються з амінокислот у рибосомах - свого роду "фабриках" усередині клітини. Щоб приступити до синтезу білка, до ДНК наближається фермент, розпізнає певну ділянку на початку гена, синтезує копію гена у вигляді маленької РНК (її називають матричною), потім уже рибосом з амінокислот вирощується білок.

З'ясували також, що генетичний код – трилітерний. Це означає, що одній амінокислоті відповідають три нуклеотиди. Одиницю коду назвали кодоном. У рибосомі інформація з мРНК зчитується кодон за кодоном послідовно. І кожному їх відповідає кілька амінокислот. Як виглядає шифр?

На це запитання відповіли Маршалл Ніренберг та Генріх Маттеї із США. 1961 року вони вперше доповіли свої результати на біохімічному конгресі у Москві. До 1967 генетичний код повністю розшифрували. Він виявився універсальним для всіх клітин всіх організмів, що мало далекосяжні наслідки для науки.

Відкриття структури ДНК та генетичного коду повністю переорієнтувало біологічні дослідження. Те, що кожен індивід має унікальну послідовність ДНК, кардинально змінило криміналістику. Розшифровка геному людини дала антропологам новий метод вивчення еволюції нашого виду. Нещодавно винайдений редактор ДНК CRISPR-Cas дозволив сильно просунути генну інженерію вперед. Очевидно, у цій молекулі зберігається вирішення і найбільш злободенних проблем людства: раку, генетичних захворювань, старіння.

Будова та функції ДНК

ДНК- Полімер, мономерами якої є дезоксирибонуклеотиди. Модель просторового будови молекули ДНК як подвійний спіралі було запропоновано 1953 року. Дж. Вотсоном і Ф. Криком (для побудови цієї моделі вони використовували роботи М. Вілкінса, Р. Франклін, Е. Чаргаффа).

Молекула ДНКутворена двома полінуклеотидними ланцюгами, спірально закрученими один біля одного і разом навколо уявної осі, тобто. являє собою подвійну спіраль (виняток - деякі ДНК-віруси мають одноланцюгову ДНК). Діаметр подвійної спіралі ДНК - 2 нм, відстань між сусідніми нуклеотидами - 0,34 нм, на один оборот спіралі припадає 10 пар нуклеотидів. Довжина молекули може досягати кількох сантиметрів. Молекулярна вага – десятки та сотні мільйонів. Сумарна довжина ДНК ядра клітини людини – близько 2 м. В еукаріотичних клітинах ДНК утворює комплекси з білками та має специфічну просторову конформацію.

Мономер ДНК – нуклеотид (дезоксирибонуклеотид)- складається із залишків трьох речовин: 1) азотистої основи, 2) п'ятивуглецевого моносахариду (пентози) та 3) фосфорної кислоти. Азотисті основи нуклеїнових кислот відносяться до класів піримідинів та пуринів. Піримидинові основи ДНК(мають у складі своєї молекули одне кільце) – тімін, цитозин. Пуринові основи(мають два кільця) - аденін та гуанін.

Моносахарид нуклеотиду ДНК представлений дезоксирибозою.

Назва нуклеотиду є похідною від назви відповідної основи. Нуклеотиди та азотисті основи позначаються великими літерами.

Полінуклеотидний ланцюг утворюється в результаті реакцій конденсації нуклеотидів. При цьому між 3"-вуглецем залишку дезоксирибози одного нуклеотиду та залишком фосфорної кислоти іншого виникає фосфоефірний зв'язок(належить до категорії міцних ковалентних зв'язків). Один кінець полінуклеотидного ланцюга закінчується 5"-вуглецем (його називають 5"-кінцем), інший - 3"-вуглецем (3"-кінцем).

Проти одного ланцюга нуклеотидів розташовується другий ланцюг. Розташування нуклеотидів у цих двох ланцюгах не випадкове, а строго визначене: проти аденіну одного ланцюга в іншому ланцюгу завжди розташовується тімін, а проти гуаніну - завжди цитозин, між аденіном і тиміном виникають два водневі зв'язки, між гуаніном і цитозином - Три водневі зв'язки. Закономірність, згідно з якою нуклеотиди різних ланцюгів ДНК строго впорядковано розташовуються (аденін - тимін, гуанін - цитозин) і вибірково поєднуються один з одним, прийнято називати принципом комплементарності. Слід зазначити, що Дж. Вотсон та Ф. Крик дійшли розуміння принципу комплементарності після ознайомлення з роботами Е. Чаргаффа. Е. Чаргафф, вивчивши величезну кількість зразків тканин та органів різних організмів, встановив, що в будь-якому фрагменті ДНК вміст залишків гуаніну завжди точно відповідає вмісту цитозину, а аденіну - тиміну ( «правило Чаргаффа»), але пояснити даний факт він не спроможний.

З принципу комплементарності слід, що послідовність нуклеотидів одного ланцюга визначає послідовність нуклеотидів іншого.

Ланцюги ДНК антипаралельні (різноспрямовані), тобто. нуклеотиди різних ланцюгів розташовуються в протилежних напрямках, і, отже, навпроти 3"-кінця одного ланцюга знаходиться 5"-кінець іншого. Молекулу ДНК іноді порівнюють із гвинтовими сходами. «Перила» цих сходів - сахарофосфатний кістяк (що залишаються залишки дезоксирибози і фосфорної кислоти); «ступені» - комплементарні азотисті основи.

Функція ДНК- Зберігання та передача спадкової інформації.

Будова та функції ДНК - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Будова та функції ДНК" 2017, 2018.

У цій статті ви зможете дізнатися біологічну роль ДНК. Отже, ця абревіатура всім знайома ще зі шкільної лави, але далеко не всі мають уявлення, що це таке. У пам'яті після шкільного курсу біології залишаються мінімальні знання з генетики та спадковості, оскільки цю складну тему дітям дають лише поверхово. Але ці знання (біологічна роль ДНК, впливає на організм) можуть бути неймовірно корисними.

Почнемо з того, що нуклеїнові кислоти виконують важливу функцію, а саме забезпечують безперервність життя. Ці макромолекули представлені у двох формах:

• ДНК (DNA);
• РНК(RNA).

Вони є передавачами генетичного плану будови та функціонування клітин організму. Поговоримо про них докладніше.

ДНК та РНК

Почнемо з того, яка галузь науки займається такими складними питаннями, як:

• вивчення принципів зберігання;
• її реалізація;
• передача;
• вивчення структури біополімерів;
• їх функції.

Усе це вивчається молекулярною біологією. Саме в цій галузі біологічних наук можна знайти відповідь на питання про те, яка біологічна роль ДНК та РНК.

Ці високомолекулярні сполуки, утворені з нуклеотидів, мають назву "нуклеїнові кислоти". Саме тут зберігається інформація про організм, яка визначає розвиток особини, зростання та спадковість.

Відкриття дезоксирибонуклеїнової і посідає 1868 рік. Тоді вченим вдалося виявити їх у ядрах лейкоцитів та сперматозоїдах лося. Подальше вивчення показало, що ДНК можна виявити у всіх клітинах рослинної та тваринної природи. Модель ДНК була представлена ​​у 1953 році, а Нобелівську премію за відкриття вручено у 1962 році.

ДНК

Почнемо цей розділ з того, що всього виділяється 3 типи макромолекул:

• дезоксирибонуклеїнова кислота;
• рибонуклеїнова кислота;
• білки.

Нині ми докладніше розглянемо будову, біологічну роль ДНК. Отже, цей біополімер передає дані про спадковість, особливості розвитку не тільки носія, а й усіх попередніх поколінь. - Нуклеотид. Таким чином, ДНК є основним компонентом хромосом, що містить генетичний код.

Як стає можливою передача цієї інформації? Вся справа полягає в умінні цих макромолекул самовідтворюватись. Число їх нескінченно, що можна пояснити великими розмірами, а як наслідок - величезною кількістюрізних послідовностей нуклеотидів.

Структура ДНК

Щоб зрозуміти біологічну роль ДНК у клітині, необхідно ознайомитися зі структурою даної молекули.

Почнемо з найпростішого, всі нуклеотиди у своїй структурі мають три компоненти:

• азотисту основу;
• пентозний цукор;
• фосфатну групу.

Кожен окремий нуклеотид у молекулі ДНК містить одну азотисту основу. Воно може бути абсолютно будь-яким із чотирьох можливих:

• А (аденін);
• Г (гуанін);
• Ц (цитозин);
• Т (тимін).

А і Г – пурини, а Ц, Т та У (урацил) – пірамідини.

Існує кілька правил співвідношення азотистих основ, іменованих правилами Чаргаффа.

1. А = Т.
2. Р = Ц.
3. (А + Г = Т + Ц) можемо перенести всі невідомі ліворуч і отримати: (А + Г)/(Т + Ц) = 1 (ця формула є найзручнішою під час вирішення завдань з біології).
4. А+Ц=Г+Т.
5. Величина (А+Ц)/(Г+Т) постійна. У людини вона дорівнює 0,66, а от, наприклад, у бактерії – від 0,45 до 2,57.

Будова кожної молекули ДНК нагадує подвійну закручену спіраль. Зверніть увагу на те, що полінуклеотидні ланцюги є антипаралельними. Тобто розташування нуклеотидних пар одного ланцюга має зворотну послідовність, ніж в інший. Кожен виток цієї спіралі містить 10 нуклеотидних пар.

Як же скріплюються між собою ці ланцюжки? Чому молекула міцна і не розпадається? Вся справа у водневому зв'язку між азотистими основами (між А і Т – дві, між Г і Ц – три) та гідрофобною взаємодією.

На завершення розділу хочеться згадати, що ДНК є найбільшими органічними молекулами, довжина яких варіюється від 0,25 до 200 нм.

Комплементарність

Зупинимося докладніше на парних зв'язках. Вже говорили у тому, що пари азотистих підстав утворюються не хаотичним характером, а суворої послідовності. Так, аденін може зв'язатися лише з тиміном, а гуанін – лише з цитозином. Це послідовне розташування пар одного ланцюга молекули диктує розташування їх у інший.

При реплікації або подвоєнні для утворення нової молекули ДНК обов'язково дотримується це правило, що має назву "комплементарність". Можна помітити наступну закономірність, яку згадували у зведенні правил Чаргаффа - однаково кількість наступних нуклеотидів: А і Т, Г і Ц.

Реплікація

Тепер поговоримо про біологічну роль реплікації ДНК. Почнемо з того, що ця молекула має цю унікальну здатність до самовідтворення. Під цим терміном розуміється синтез дочірньої молекули.

У 1957 році було запропоновано три моделі цього процесу:

• консервативна (зберігається вихідна молекула та утворюється нова);
• напівконсервативна (розрив вихідної молекули на моноцепи та приєднання комплементарних основ до кожної з них);
• дисперсна (розпад молекули, реплікація фрагментів та збір у випадковому порядку).

Процес реплікації має три етапи:

• ініціація (розплетення ділянок ДНК з допомогою ферменту хелікази);
• елонгація (подовження ланцюга шляхом приєднання нуклеотидів);
• термінація (досягнення необхідної довжини).

Цей складний процес має особливу функцію, тобто біологічну роль - забезпечення точної передачі генетичної інформації.

РНК

Розповіли, у чому полягає біологічна роль ДНК, тепер пропонуємо переходити до розгляду (тобто РНК).

Почнемо цей розділ з того, що ця молекула має не менш важливе значення, порівняно з ДНК. Ми її можемо виявити абсолютно в будь-якому організмі, клітинах прокаріотів та еукаріотів. Ця молекула спостерігається навіть у деяких вірусах (йдеться про РНК-віруси).

Відмінна риса РНК - наявність однієї ланцюга молекул, але, як і ДНК, вона складається з чотирьох азотистих основ. В даному випадку це:

• аденін (А);
• урацил (У);
• цитозин (Ц);
• гуанін (Г).

Усі РНК поділяються на три групи:

• матрична, яку прийнято називати інформаційною (скорочення можливе двома формами: іРНК чи мРНК);
• рибосомна (рРНК).

Функції

Розібравшись з біологічною роллю ДНК, її будовою та особливостями РНК, пропонуємо переходити до особливих місій (функцій) рибонуклеїнових кислот.

Почнемо з іРНК або мРНК, основним завданням якої є передача інформації молекули ДНК до цитоплазми ядра. Також мРНК є матрицею синтезу білка. Що ж до відсоткового змісту цього виду молекул, воно досить низьке (близько 4 %).

А відсотковий вміст рРНК у клітині дорівнює 80. Вони необхідні, оскільки є основою рибосом. Рибосомна РНК бере участь у синтезі білка та складання поліпептидного ланцюга.

Адаптер, що вибудовує амінокислоти ланцюга - тРНК, що переносить амінокислоти в ділянку синтезу білка. Відсотковий вміст у клітині – близько 15 %.

Біологічна роль

Підіб'ємо підсумок: яка біологічна роль ДНК? У момент відкриття цієї молекули очевидної інформації з цього приводу дати не могли, але й зараз далеко не все відомо про значення ДНК та РНК.

Якщо говорити про загальнобіологічне значення, то їхня роль полягає у передачі спадкової інформації від покоління до покоління, синтезу білка та кодування білкових структур.

Багато хто висловлює і таку версію: ці молекули пов'язані не лише з біологічним, а й із духовним життям живих істот. Якщо вірити думці метафізиків, то в ДНК міститься досвід минулих життів та божественна енергія.