Sastoji se od molekula DNK i proteina. DNK struktura. Sastav nukleinskih kiselina

Deoksiribonukleinske kiseline (DNK), visokopolimerna prirodna jedinjenja sadržana u jezgrima ćelija živih organizama; Zajedno sa proteinima, histoni čine tvar hromozoma. DNK je nosilac genetske informacije, njeni pojedinačni dijelovi odgovaraju određenim genima. Molekul DNK se sastoji od 2 polinukleotidna lanca uvijena jedan oko drugog u spiralu. Lanci su građeni od velikog broja monomera 4 vrste - nukleotida, čiju specifičnost određuje jedna od 4 azotne baze (adenin, gvanin, citozin, timin). Kombinacije tri susjedna nukleotida u lancu DNK (trojke ili kodoni) čine genetski kod. Povrede nukleotidnog niza u lancu DNK dovode do nasljednih promjena u tijelu - mutacija. DNK se precizno reprodukuje tokom ćelijske deobe, što obezbeđuje prenošenje naslednih osobina i specifičnih oblika metabolizma u nizu generacija ćelija i organizama.

Deoksiribonukleinske kiseline (DNK), nukleinske kiseline koje sadrže deoksiribozu kao ugljikohidratnu komponentu. DNK je glavna komponenta hromozoma svih živih organizama; predstavlja gene svih pro- i eukariota, kao i genome mnogih virusa. U nukleotidnoj sekvenci DNK se bilježe (kodiraju) genetske informacije o svim osobinama vrste i karakteristikama jedinke (pojedinca) - njenog genotipa. DNK reguliše biosintezu komponenti ćelija i tkiva, određuje aktivnost organizma tokom njegovog života.

Istorija otkrića i proučavanja DNK

Već sredinom 19. stoljeća ustanovljeno je da je sposobnost nasljeđivanja određenih karakteristika organizama povezana sa materijalom koji se nalazi u ćelijskom jezgru. Godine 1868-72. Švicarski biohemičar I.F. Misher izolirao je supstancu iz gnojnih stanica (leukocita) i sperme lososa, koju je nazvao nuklein, a kasnije deoksiribonukleinska kiselina.

Krajem 19. - početkom 20. vijeka. zahvaljujući radu L. Kessela, P. Levenea, E. Fishera i drugih, ustanovljeno je da su molekuli DNK linearni polimerni lanci koji se sastoje od više hiljada monomera povezanih međusobno - deoksiribonukleotida četiri tipa. Ovi nukleotidi su formirani od ostataka petougljičnog šećera deoksiriboze, fosforne kiseline i jedne od četiri azotne baze: purina - adenina i guanina i pirimidina - citozina i timina. Za označavanje baza počeli su koristiti početna slova svojih imena na engleskom ili ruskom (u naučnoj literaturi na ruskom jeziku) jeziku: A, G (G), C (C) i T, redom.

Dugo se vjerovalo da se DNK nalazi samo u životinjskim stanicama, sve do 1930-ih. Ruski biohemičar A. N. Belozersky nije pokazao da je DNK bitna komponenta svih živih ćelija. Prve dokaze o genetskoj ulozi DNK (kao supstance naslijeđa) dobila je 1944. godine grupa američkih naučnika (O. Avery i drugi), koji su eksperimentima na bakterijama nedvosmisleno utvrdili da je uz njegovu pomoć nasljedna osobina može se prenositi iz jedne ćelije u drugu.

Do sredine 20. vijeka Rad britanskih naučnika (A. Todd i drugi) konačno je razjasnio strukturu nukleotida, koji služe kao monomerne veze u molekulu DNK, i vrstu internukleotidne veze. Svi nukleotidi su međusobno povezani 3"-, 5"-fosfodiesterskom vezom na takav način da ostatak fosforne kiseline služi kao veza između 3"-ugljičnog atoma deoksiriboze jednog nukleotida i 5"-ugljičnog atoma deoksiriboze. drugi nukleotid. Na osnovu toga, 3' kraj i 5' kraj molekula se izoluju u svakom lancu DNK.

Struktura DNK. Otkriće "dvostrukog heliksa"

Godine 1950. američki biohemičar E. Chargaff otkrio je značajne razlike u nukleotidnom sastavu DNK iz različitih izvora. Osim toga, pokazalo se da se sastav nukleotida u molekuli DNK pridržava niza obrazaca, od kojih su glavni jednakost ukupnog broja purinskih i pirimidinskih baza i jednakost količine adenina i tinina (A-T) i gvanin i citozin (G-C). Godine 1953. američki biohemičar J. Watson i engleski fizičar F. Crick, na osnovu analize difrakcije rendgenskih zraka DNK kristala (M. Wilkins laboratorija) i na osnovu Chargaffovih podataka, predložili su trodimenzionalni model njegove strukture. Prema ovom modelu, molekuli DNK su dva desna polinukleotidna lanca oko zajedničke ose ili dvostruke spirale. Postoji otprilike 10 nukleotidnih ostataka po okretu spirale. Pramenovi u ovoj dvostrukoj spirali su antiparalelni, to jest, usmjereni su u suprotnim smjerovima, tako da je kraj od 3" jedne žice nasuprot kraju od 5" drugog.

Okosnice lanaca su formirane od ostataka deoksiriboze i negativno nabijenih fosfatnih grupa. Nalaze se na vanjskoj strani dvostruke spirale (okrenuti prema površini molekula). Slabo topljive u vodi (hidrofobne) purinske i pirimidinske baze oba lanca orijentirane su prema unutra i smještene su okomito na osu dvostruke spirale.

Antiparalelni polinukleotidni lanci dvostruke spirale DNK nisu identični ni u baznoj sekvenci ni u sastavu nukleotida. Međutim, oni su međusobno komplementarni: gdje god se adenin pojavi u jednom lancu, timin će nužno stajati nasuprot njemu u drugom lancu, a citozin drugog lanca će nužno stajati nasuprot gvaninu u jednom lancu. To znači da redoslijed baza u jednom lancu jedinstveno određuje slijed baza u drugom (komplementarnom) lancu molekula. Štaviše, ovi parovi baza formiraju vodonične veze jedni s drugima (tri veze su prisutne u G-C paru i dvije između A-T). Vodikove veze i hidrofobne interakcije igraju glavnu ulogu u stabilizaciji dvostruke spirale DNK.

Zagrijavanje, značajne promjene pH i niz drugih faktora uzrokuju denaturaciju molekule DNK, što dovodi do razdvajanja njenih lanaca. Pod određenim uvjetima moguće je potpuno obnoviti izvornu (nativnu) strukturu molekula DNK, njegovu renaturaciju. Sposobnost komplementarnih lanaca DNK da se lako odvoje i zatim ponovo obnove prvobitnu strukturu leži u osnovi samoreprodukcije molekule DNK, njene replikacije (udvostručavanja): ako se dva komplementarna lanca DNK podijele, a zatim na svakom, kao na matrici, izgraditi nove, striktno komplementarne lance, tada će dva novoformirana molekula biti identična originalu. Otkriće ovog principa omogućilo je objašnjenje fenomena naslijeđa na molekularnom nivou.

Sličnosti i razlike u strukturi prirodne DNK. Dimenzije

Gotovo sva prirodna DNK sastoji se od dva lanca (sa izuzetkom jednolančane DNK nekih virusa). U ovom slučaju, DNK može biti linearna ili kružna (kada su krajevi molekula kovalentno zatvoreni). U prokariotskim stanicama DNK je organizirana u jedan hromozom (nukleoid) i predstavljena je jednom kružnom makromolekulom s molekulskom težinom većom od 10. Osim toga, neke bakterije imaju jedan ili više plazmida - malih kružnih molekula DNK koji nisu povezani sa hromozoma. Kod eukariota najveći dio DNK nalazi se u jezgri ćelije kao dio hromozoma (nuklearna DNK). U svakom eukariotskom hromozomu postoji samo jedan linearni DNK molekul, ali kako u svim eukariotskim ćelijama (osim spolnih) postoji dvostruki skup homolognih hromozoma, onda je DNK predstavljena sa dve neidentične kopije koje telo dobija od oca i majke. tokom fuzije zametnih ćelija. Molekularna težina eukariotske DNK veća je od one prokariota (na primjer, u jednom od kromosoma voćne mušice Drosophila dostiže 7,9 x 1010). Osim toga, sastav mitohondrija i hloroplasta uključuje kružne molekule DNK molekulske težine 106-107. DNK ovih organela naziva se citoplazmatska; čini otprilike 0,1% cjelokupne ćelijske DNK.

Veličine molekula DNK obično se izražavaju brojem nukleotida koji ih formiraju. Ove veličine variraju od nekoliko hiljada parova baza u bakterijskim plazmidima i nekim virusima do stotina hiljada parova baza u višim organizmima. Takvi džinovski molekuli moraju biti izuzetno kompaktno upakovani u ćelije i viruse. Na primjer, dužina DNK nukleotida Escherichia coli, koji se sastoji od otprilike četiri miliona baznih parova, je 1,4 mm, što je 700 puta veće od same bakterijske ćelije. Ukupna dužina celokupne DNK u jednoj ljudskoj ćeliji je približno 2 m. Ako uzmemo u obzir da se telo odraslog čoveka sastoji od približno 1013 ćelija, onda bi ukupna dužina celokupne ljudske DNK trebalo da bude oko 2x1013 m, odnosno 2x1010 km ( za poređenje: obim globusa - 4x104 km, a udaljenost od Zemlje do Sunca - 1,44x108 km). Kako se pakiranje džinovskih molekula DNK događa u malom volumenu ćelije ili virusa? Dvostruka spirala DNK nije apsolutno kruta, što omogućava formiranje pregiba, petlji, superzavojnih struktura itd. U bakterijskom nukleoidu ovo preklapanje je podržano malim brojem posebnih proteina i, moguće, ribonukleinskih kiselina. U eukariotskim ćelijama, uz pomoć univerzalnog skupa osnovnih histonskih proteina i nekih nehistonskih proteina, DNK se pretvara u vrlo kompaktnu formaciju - hromatin, koji je glavna komponenta hromozoma. Na primjer, dužina DNK najvećeg ljudskog hromozoma je 8 cm, a u sastavu hromozoma, zbog pakovanja, ne prelazi 8 nm.

Odvojeni dijelovi DNK koji kodiraju primarnu strukturu proteina (polipeptida) i RNK nazivaju se geni. Nasljedne informacije se bilježe u linearnom nizu nukleotida. U različitim organizmima on je strogo individualan i služi kao najvažnija karakteristika koja razlikuje jedan molekul DNK od drugog i, shodno tome, jedan gen od drugog. Životinje različitih vrsta se međusobno razlikuju jer molekuli DNK njihovih stanica imaju različite sekvence nukleotida, odnosno nose različite informacije.

Biosinteza DNK

Biosinteza DNK odvija se replikacijom, što osigurava tačno kopiranje genetskih informacija i njihov prijenos s generacije na generaciju. Ovaj proces se odvija uz učešće enzima DNK polimeraze. Jednolančana (jednolančana) molekula ribonukleinske kiseline (RNA) također može poslužiti kao šablon za sintezu DNK, što se događa, na primjer, kada su ćelije inficirane retrovirusima (uključujući virus AIDS-a). Životni ciklus ovih virusa uključuje obrnuti tok informacija - od RNK do DNK. U ovom slučaju, komplementarno kopiranje RNK u DNK se provodi pomoću enzima reverzne transkriptaze. Tijekom života organizama, njihova DNK pod utjecajem vanjskih faktora može pretrpjeti različita oštećenja (mutacije) povezana s kršenjem strukture dušičnih baza. U toku evolucije ćelije su razvile zaštitne mehanizme koji obezbeđuju obnavljanje njihove prvobitne strukture - popravku DNK.

Razvijene su efikasne metode za određivanje sekvence nukleotida u molekulima DNK, zahvaljujući kojima su akumulirane ogromne informacije o njenoj primarnoj strukturi u genima mnogih virusa, nekih mitohondrija i hloroplasta, kao i pojedinačnih gena i fragmenata velikih genoma. U potpunosti je utvrđena nukleotidna sekvenca DNK kvasca, nematode (150 miliona parova baza). U okviru međunarodnog programa "Ljudski genom" u osnovi je završeno uspostavljanje nukleotidne sekvence sve DNK u ljudskom genomu (3 milijarde baznih parova).

Poznavanje redosleda alternacije nukleotida u molekulu DNK važno je u analizi ljudskih naslednih bolesti, u izolaciji pojedinačnih gena i drugih funkcionalno važnih delova DNK; omogućava, koristeći genetski kod, nepogrešivo uspostavljanje primarne strukture proteina kodiranih određenim geni. Informacije o primarnoj strukturi DNK se široko koriste u genetskom inženjeringu za stvaranje rekombinantne DNK - molekula sa željenim svojstvima, uključujući komponente DNK iz različitih organizama.

Život DNK (dezoksiribonukleinske kiseline)

Definicija "DNK"

Gene - skup DNK segmenata koji uzrokuju formiranje molekula RNK ili proteinskog proizvoda (Singer M., Berg P., 1998).

Osoba ima oko 30.000 gena. U cjelokupnom volumenu DNK, strukturni geni (tj. oni koji kodiraju proteine ​​koji idu na izgradnju struktura tijela) zauzimaju samo 3-10%.

Najmanju funkcionalnu jedinicu DNK čine sljedeći elementi: strukturni gen, regulatorne zone, regulatorni geni.

Struktura molekula DNK

Molekuli DNK imaju oblik dugih dvostrukih lanaca polimera - polinukleotida, koji se sastoje od monomera - nukleotida. Dvostruki lanac je uvijen u spiralu. Dakle, DNK je kao spiralno stepenište (pogledajte sliku iznad). Svaki nukleotid uključuje jednu od četiri azotne baze - adenin (A), gvanin (G), citozin (C) ili timin (T), jedan molekul pentoze (šećer sa pet ugljenika) i jedan ostatak fosforne kiseline. Tipično, molekula DNK se sastoji od dva komplementarna lanca koji formiraju dvostruku spiralu. U ovom slučaju, adenin jednog lanca je uparen s timinom drugog (stabiliziran je s dvije vodikove veze), a gvanin je na sličan način povezan s citozinom (tri vodonične veze). Niz azotnih baza u molekuli DNK nosi informacije neophodne za sintezu proteina. DNK je veoma dugačak molekul sastavljen od mnogo nukleotida. Na primjer, ljudski genom se sastoji od 46 hromozoma, koji se zasnivaju na molekulima DNK, koji su zajedno sastavljeni od oko 3 milijarde parova nukleotida.

Kod eukariota, genetski materijal se nalazi u jezgri ćelije u hromozomima. Kromosomi u aktivnom stanju postoje u obliku hromatina. Hromatin sadrži oko 40% DNK, 40% histona (alkalnih proteina), oko 20% nehistonskih hromozomskih proteina i nešto RNK.

Video:Struktura hromozoma

DNK možemo pripisati "živim sistemima", "živim molekulima" na osnovu toga što su u osnovi života općenito, a također imaju niz najvažnijih svojstava živih bića, posebno sposobnost reprodukcije. DNK je toliko nezavisna i samodovoljna da može postojati i izvan ćelije – u obliku virusa. U svom životu molekuli DNK prolaze kroz životne faze koje nas podsjećaju na život složenijih bioloških sistema – živih organizama. To su faze kao što su rođenje, sazrijevanje, rad (aktivnost) i "smrt".

Tema: Struktura DNK

Zadaća

1. Znati i umjeti napisati strukturne formule nukleotida: A, T, G, C, U.
2. Poznavati strukturu molekula DNK i njihovu organizaciju u hromozome.
3. Znati vezati nukleotide u DNK vertikalno i horizontalno. Koncept 3 "-5" obveznice.
4. Biti u stanju koristiti tabelu genetskih kodova za izgradnju molekula peptida na osnovu segmenta DNK veličine 12 ili više nukleotida.

Video:Hromozomi, mitoza, replikacija

Faze života molekula DNK

Rođenje (replikacija) - sazrijevanje (hromozomi) - rad (transkripcija) - kontrola (regulacija) - modifikacija (mutacija) - "smrt"

1. Replikacija DNK - rođenje nove kćerke DNK lanca na roditeljskom lancu.
2. Sazrijevanje DNK - formiranje hromozoma.
3. DNK transkripcija - rad DNK u vidu šablonske sinteze RNK na njoj.
4. Regulacija transkripcije - kontrola aktivnosti DNK za transkripciju.
5. DNK popravka - restauracija oštećenih područja.
6. Promjene u strukturi DNK - mutacije, transpozoni.
7. Degradacija DNK - destrukcija u svakom ciklusu replikacije.

1. Rođenje - replikacija

Replikacija DNK je vrlo jednostavna, na račun "jedan, dva, tri", odnosno u tri faze: 1) inicijacija, 2) elongacija, 3) terminacija.

1. Inicijacija - početak

Cilj za početak replikacije

Replikacija ogromne DNK molekule počinje pojavom tačke replikacije. Ova tačka ima specifičnu sekvencu bogatu A-T parovima. Takva mjesta u DNK su upravo mete za proteine ​​koji iniciraju replikaciju. Za njih su vezani posebni proteini za prepoznavanje, koji osiguravaju vezivanje enzima replikacije. helikaze i topoizomeraze(giraze) i tako započne proces replikacije. helicase odmotava DNK u dva lanca. Formira se viljuška za replikaciju. Molekul DNK je čvrsto fiksiran na nuklearnom matriksu i ne može se slobodno rotirati kada se bilo koji dio odmota. Ovo blokira napredovanje helikaze duž lanca. Topoizomeraza reže DNK niti i ublažava strukturni stres.
U jednoj replikacijskoj vilici nalaze se dvije helikaze koje se kreću u suprotnim smjerovima. Razdvojeni lanci su fiksirani proteinima koji vezuju DNK. Mjesta formiranja viljuške replikacije nazivaju se "ori točke" (poreklo - početak). Kod eukariota, hiljade takvih račva se formiraju istovremeno, što osigurava visoku stopu replikacije.

2. Elongacija - nastavak (produženje)

Rast ćerki DNK lanaca na dva roditeljska lanca odvija se različito. Prokariotska DNK polimeraza III i eukariotske δ- ili α-DNK polimeraze mogu sintetizirati novi lanac DNK samo u smjeru 5'>3', jer može samo dodati novi nukleotid ugljiku na poziciji 3', ali ne i na poziciji 5'.

Kolo s ovim smjerom naziva se vodeći . Na njemu se kontinuirano odvija sinteza ćerke DNK lanca. DNK polimeraza III ili δ polimeraza joj kontinuirano dodaje komplementarne nukleotide.

Kolo sa polaritetom od 3'>5' je zaostaje i završeno u dijelovima (također u smjeru 5’>3’). α-DNK polimeraza (ili DNK polimeraza III) sintetiše kratke dijelove na ovom lancu - Okazaki fragmente.

Sinteza Okazaki fragmenata i vodećeg niza počinje formiranjem RNA prajmeri (sjemenke ) 10-15 ribonukleotida dugih enzima primase (RNA polimeraza). Nijedna od DNK polimeraza nije sposobna da započne sintezu DNK od nule, već može samo završiti izgradnju postojeći lanac. Paralelno sa formiranjem vodećeg lanca ili fragmenata Okazaki, ribonukleotidi se uklanjaju iz prajmera i zamenjuju nukleotidima DNK. Zamjena ribonukleinskih mjesta (prajmera) s DNK sekcijama se događa uz pomoć β-DNK polimeraze, koja ima i egzonukleaznu i polimeraznu aktivnost.

Dakle, replikacija je nemoguća bez djelomične prolazne transkripcije.

Brzina replikacije DNK (elongacije) je oko 45.000 nukleotida u minuti, tako da se matična viljuška odmotava pri 4.500 o/min. Ovo je uporedivo, na primjer, sa brzinom rotacije ventilatora za hlađenje u računaru (1300-4800 o/min).

3. Raskid - završetak (kraj)

Završetak replikacije se dešava kada se praznine između Okazaki fragmenata popune nukleotidima (uz učešće DNK ligaze) da bi se formirala dva kontinuirana dvostruka lanca DNK i kada se sretnu dve viljuške replikacije. Zatim se sintetizirana DNK uvija da se formiraju superzavojnice.

Ispravnost replikacije osigurava se tačnom korespondencijom komplementarnih parova baza i djelovanjem DNK polimeraza, koje osim polimeraze imaju i egzonukleaznu aktivnost te su u stanju prepoznati i ispraviti greške. Ako se uključi nekomplementarni nukleotid, onda enzim povlači korak unazad, odcjepljuje ga i nastavlja reakciju polimeraze. Stoga je proces replikacije vrlo precizan.

Nakon završetka replikacije dolazi do metilacije DNK u –GATC- regijama kod adenina (sa stvaranjem N-metiladenina) i citozinskih ostataka sa formiranjem 5-metilcitozina. Metilacija ne narušava komplementarnost lanca i neophodna je za formiranje strukture hromozoma i regulaciju transkripcije gena.

Kod prokariota, kao što su bakterije, DNK je u stanju da se replicira bez ispravljanja u linearnu molekulu, odnosno da ostane u svom karakterističnom kružnom obliku.

Video:P

2. Sazrevanje - formiranje hromozoma i hromatina

3. Rad - transkripcija

Video:Blokiranje rada gena

4. Upravljanje - regulacija

5. Oporavak (popravka) - reparacija

6. Modifikacija - mutacija .

7. "Smrt" - degradacija tokom replikacije.

DNK je univerzalni izvor i čuvar nasljednih informacija, koje se bilježe posebnim nizom nukleotida, određuje svojstva svih živih organizama.

Pretpostavlja se da je prosječna molekularna težina nukleotida 345, a broj nukleotidnih ostataka može doseći nekoliko stotina, hiljada, pa čak i miliona. DNK se uglavnom nalazi u jezgrima ćelija. Malo toga ima u hloroplastima i mitohondrijama. Međutim, DNK ćelijskog jezgra nije jedan molekul. Sastoji se od mnogo molekula koji su raspoređeni po različitim hromozomima, njihov broj varira u zavisnosti od organizma. Ovo je struktura DNK.

Istorija otkrića DNK

Strukturu i funkciju DNK otkrili su James Watson i Francis Crick, a čak su dobili i Nobelovu nagradu 1962. godine.

Ali po prvi put, švicarski naučnik Friedrich Johann Miescher, koji je radio u Njemačkoj, otkrio je nukleinske kiseline. Godine 1869. proučavao je životinjske ćelije - leukocite. Da ih dobije, koristio je zavoje sa gnojem koje je dobijao iz bolnica. Misher je isprao leukocite iz gnoja i izolovao protein iz njih. Tokom ovih istraživanja naučnik je uspeo da ustanovi da pored proteina postoji još nešto u leukocitima, neka nepoznata supstanca u to vreme. Bio je to nitasti ili ljuskavi talog koji se isticao ako je stvorena kisela sredina. Talog se odmah rastvorio nakon dodavanja lužine.

Koristeći mikroskop, naučnik je otkrio da kada se leukociti isperu hlorovodoničnom kiselinom, jezgra ostaju iz ćelija. Tada je zaključio da se u jezgru nalazi nepoznata supstanca koju je nazvao nuklein (reč nukleus u prevodu znači jezgro).

Nakon hemijske analize, Misher je otkrio da nova tvar u svom sastavu ima ugljik, vodonik, kisik i fosfor. U to vrijeme bilo je poznato nekoliko organofosfornih spojeva, pa je Friedrich mislio da je otkrio novu klasu spojeva pronađenih u ćelijskom jezgru.

Tako je u 19. veku otkriveno postojanje nukleinskih kiselina. Međutim, tada niko nije mogao ni da pomisli kakvu su važnu ulogu odigrali.

Supstanca nasledstva

Struktura DNK se nastavila proučavati, a 1944. godine grupa bakteriologa predvođena Oswaldom Ejverijem dobila je dokaze da ovaj molekul zaslužuje ozbiljnu pažnju. Naučnik već dugi niz godina proučava pneumokoke, organizme koji uzrokuju upalu pluća ili plućne bolesti. Avery je proveo eksperimente miješajući pneumokoke koji uzrokuju bolest s onima koji su sigurni za žive organizme. Prvo su ubijane ćelije koje su izazivale bolesti, a zatim su im se dodavale one koje nisu uzrokovale bolesti.

Rezultati istraživanja zadivili su sve. Postojale su takve žive ćelije koje su, nakon interakcije sa mrtvima, naučile da izazivaju bolest. Naučnik je otkrio prirodu supstance koja je uključena u proces prenošenja informacija živim ćelijama od mrtvih. Ispostavilo se da je molekul DNK ova supstanca.

Struktura

Dakle, potrebno je razumjeti kakvu strukturu ima molekul DNK. Otkriće njegove strukture bilo je značajan događaj, dovelo je do formiranja molekularne biologije - nove grane biohemije. DNK se nalazi u velikim količinama u jezgrima ćelija, ali veličina i broj molekula zavise od vrste organizma. Utvrđeno je da jezgra ćelija sisara sadrže mnogo ovih ćelija, raspoređene su po hromozomima, ima ih 46.

Proučavajući strukturu DNK, 1924. godine Felgen je prvi ustanovio njenu lokalizaciju. Dokazi dobijeni tokom eksperimenata su pokazali da se DNK nalazi u mitohondrijima (1-2%). Na drugim mjestima, ovi molekuli se mogu naći tokom virusne infekcije, u bazalnim tijelima, kao i u jajima nekih životinja. Poznato je da što je organizam složeniji, to je veća masa DNK. Broj molekula u ćeliji zavisi od funkcije i obično je 1-10%. Najmanje ih je u miocitima (0,2%), više - u zametnim ćelijama (60%).

Struktura DNK pokazala je da su u hromozomima viših organizama povezani sa jednostavnim proteinima - albuminima, histonima i drugim, koji zajedno tvore DNP (deoksiribonukleoprotein). Obično je veliki molekul nestabilan, a da bi ostao netaknut i nepromijenjen tokom evolucije, stvoren je takozvani sistem popravke koji se sastoji od enzima - ligaza i nukleaza odgovornih za "popravku" molekula.

Hemijska struktura DNK

DNK je polimer, polinukleotid, koji se sastoji od ogromnog broja (do desetina hiljada miliona) mononukleotida. Struktura DNK je sljedeća: mononukleotidi sadrže dušične baze - citozin (C) i timin (T) - iz derivata pirimidina, adenin (A) i gvanin (G) - iz derivata purina. Pored azotnih baza, ljudska i životinjska molekula sadrži 5-metilcitozin, manju pirimidinsku bazu. Dušične baze se vezuju za fosfornu kiselinu i dezoksiribozu. Struktura DNK je prikazana ispod.

Chargaff pravila

Strukturu i biološku ulogu DNK proučavao je E. Chargaff 1949. godine. U toku svog istraživanja otkrio je obrasce koji se uočavaju u kvantitativnoj distribuciji azotnih baza:

1. ∑T + C \u003d ∑A + G (to jest, broj pirimidinskih baza jednak je broju purina).
2. Broj ostataka adenina je uvijek jednak broju ostataka timina, a količina gvanina jednaka je citozinu.
3. Koeficijent specifičnosti ima formulu: G+C/A+T. Na primjer, kod ljudi je 1,5, a kod bika je 1,3.
4. Zbir "A + C" jednak je zbiru "G + T", odnosno, adenina i citozina ima onoliko koliko ima gvanina i timina.

Model strukture DNK

Kreirali su ga Watson i Crick. Ostaci fosfata i dezoksiriboza nalaze se duž grebena dva polinukleotidna lanca uvijena na spiralni način. Utvrđeno je da su planarne strukture pirimidinskih i purinskih baza locirane okomito na os lanca i formiraju, takoreći, stepenice ljestvi u obliku spirale. Također je utvrđeno da je A uvijek povezan sa T uz pomoć dvije vodonične veze, a G je vezan za C pomoću tri iste veze. Ovaj fenomen je dobio naziv "princip selektivnosti i komplementarnosti".

Nivoi strukturne organizacije

Polinukleotidni lanac savijen poput spirale je primarna struktura koja ima određeni kvalitativni i kvantitativni skup mononukleotida povezanih 3',5'-fosfodiesterskom vezom. Dakle, svaki od lanaca ima 3' kraj (deoksiriboza) i 5' kraj (fosfat). Regije koje sadrže genetske informacije nazivaju se strukturnim geni.

Molekula dvostruke spirale je sekundarna struktura. Štaviše, njegovi polinukleotidni lanci su antiparalelni i povezani su vodoničnim vezama između komplementarnih baza lanaca. Utvrđeno je da svaki zavoj ove spirale sadrži 10 nukleotidnih ostataka, čija je dužina 3,4 nm. Ova struktura je također podržana silama van der Waalsove interakcije koje se uočavaju između baza istog lanca, uključujući odbojne i privlačne komponente. Ove sile se objašnjavaju interakcijom elektrona u susjednim atomima. Elektrostatička interakcija također stabilizira sekundarnu strukturu. Javlja se između pozitivno nabijenih histonskih molekula i negativno nabijenog DNK lanca.

Tercijarna struktura je namotavanje lanaca DNK oko histona ili supersmotavanje. Opisano je pet tipova histona: H1, H2A, H2B, H3, H4.

Preklapanje nukleozoma u hromatin je kvaternarna struktura, tako da se molekul DNK dugačak nekoliko centimetara može saviti do 5 nm.

Funkcije DNK

Glavne funkcije DNK su:

1. Čuvanje nasljednih informacija. Redoslijed aminokiselina u proteinskom molekulu određen je redoslijedom kojim se nukleotidni ostaci nalaze u molekulu DNK. Takođe kodira sve informacije o svojstvima i karakteristikama organizma.
2. DNK je sposoban prenijeti nasljedne informacije sljedećoj generaciji. To je moguće zbog sposobnosti repliciranja - samo-udvostručavanja. DNK je u stanju da se razbije na dva komplementarna lanca, a na svakom od njih (u skladu sa principom komplementarnosti) se obnavlja originalna nukleotidna sekvenca.
3. Uz pomoć DNK dolazi do biosinteze proteina, enzima i hormona.

Zaključak

Struktura DNK joj omogućava da bude čuvar genetskih informacija, kao i da ih prenosi na sljedeće generacije. Koje su karakteristike ovog molekula?

1. Stabilnost. To je moguće zahvaljujući glikozidnim, vodoničnim i fosfodiestarskim vezama, kao i mehanizmu popravljanja izazvanih i spontanih oštećenja.
2. Sposobnost replikacije. Ovaj mehanizam omogućava somatskim ćelijama da održe diploidni broj hromozoma.
3. Postojanje genetskog koda. Uz pomoć procesa translacije i transkripcije, sekvenca baza pronađenih u DNK se pretvara u sekvencu aminokiselina koje se nalaze u polipeptidnom lancu.
4. Sposobnost genetske rekombinacije. U tom slučaju nastaju nove kombinacije gena koje su međusobno povezane.

Dakle, struktura i funkcije DNK joj omogućavaju da igra neprocjenjivu ulogu u organizmima živih bića. Poznato je da je dužina 46 molekula DNK u svakoj ljudskoj ćeliji skoro 2 m, a broj parova nukleotida 3,2 milijarde.

MOSKVA, 25. aprila - RIA Novosti, Tatjana Pičugina. Prije tačno 65 godina britanski naučnici James Watson i Francis Crick objavili su članak o dešifriranju strukture DNK, postavljajući temelje nove nauke - molekularne biologije. Ovo otkriće je mnogo promijenilo u životu čovječanstva. RIA Novosti govore o svojstvima molekula DNK i zašto je to toliko važno.

U drugoj polovini 19. veka biologija je bila veoma mlada nauka. Naučnici su tek počeli proučavati ćeliju, a koncept naslijeđa, iako ga je već formulirao Gregor Mendel, nije bio široko prihvaćen.

U proleće 1868. mladi švajcarski doktor Fridrih Mišer stigao je na Univerzitet u Tibingenu (Nemačka) da se bavi naučnim radom. Namjeravao je otkriti od kojih se tvari sastoji ćelija. Za eksperimente sam odabrao leukocite koje je lako dobiti iz gnoja.

Odvajajući jezgro od protoplazme, proteina i masti, Misher je otkrio spoj s visokim sadržajem fosfora. On je ovu molekulu nazvao nuklein ("nukleus" na latinskom - nukleus).

Ovo jedinjenje je pokazalo kisela svojstva, pa je otuda i skovan termin "nukleinska kiselina". Njegov prefiks "deoksiribo" znači da molekul sadrži H-grupe i šećere. Tada se ispostavilo da je u stvari sol, ali naziv nije promijenjen.

Početkom 20. veka naučnici su već znali da je nuklein polimer (tj. veoma dugačak, fleksibilan molekul ponavljajućih jedinica), jedinice se sastoje od četiri azotne baze (adenin, timin, gvanin i citozin), a nuklein se nalazi u hromozomima - kompaktnim strukturama koje se javljaju u stanicama koje se dijele. Njihovu sposobnost da prenose nasljedne osobine pokazao je američki genetičar Thomas Morgan u eksperimentima na Drosophila.

Model koji je objasnio gene

Ali šta dezoksiribonukleinska kiselina, skraćeno DNK, radi u ćelijskom jezgru, dugo nije bilo poznato. Vjerovalo se da igra neku strukturnu ulogu u hromozomima. Jedinice nasljeđa - geni - pripisivane su prirodi proteina. Proboj je napravio američki istraživač Oswald Avery, koji je eksperimentalno dokazao da se genetski materijal prenosi s bakterije na bakteriju putem DNK.

Postalo je jasno da DNK treba proučiti. Ali kako? U to vrijeme naučnicima su bili dostupni samo rendgenski zraci. Da bi zasjali kroz biološke molekule, morali su biti kristalizovani, što je teško. Dešifrovanje strukture proteinskih molekula iz rendgenskih uzoraka obavljeno je u Cavendish Laboratory (Cambridge, UK). Mladi istraživači koji su tamo radili, James Watson i Francis Crick, nisu imali vlastite eksperimentalne podatke o DNK, pa su koristili rendgenske snimke kolega s King's Collegea Mauricea Wilkinsa i Rosalind Franklin.

Watson i Crick su predložili model strukture DNK koji tačno odgovara uzorcima rendgenskih zraka: dva paralelna lanca su uvijena u desnu spiralu. Svaki lanac se sastoji od proizvoljnog skupa azotnih baza nanizanih na okosnicu njihovih šećera i fosfata, a koje se drže zajedno vodoničnim vezama razvučenim između baza. Štaviše, adenin se kombinuje samo sa timinom, a gvanin sa citozinom. Ovo pravilo se zove princip komplementarnosti.

Votsonov i Krikov model objasnio je četiri glavne funkcije DNK: replikaciju genetskog materijala, njegovu specifičnost, skladištenje informacija u molekulu i njegovu sposobnost da mutira.

Naučnici su objavili svoje otkriće u časopisu Nature 25. aprila 1953. godine. Deset godina kasnije, zajedno sa Mauriceom Wilkinsom, dobili su Nobelovu nagradu za biologiju (Rosalind Franklin je umrla 1958. od raka u 37. godini).

„Sada, više od pola veka kasnije, može se reći da je otkriće strukture DNK igralo istu ulogu u razvoju biologije kao i otkriće atomskog jezgra u fizici. Razjašnjenje strukture atoma dovelo je do rođenje nove, kvantne fizike i otkriće strukture DNK doveli su do rađanja nove, molekularne biologije”, piše Maxim Frank-Kamenetsky, izvanredni genetičar, istraživač DNK, autor knjige “Najvažniji Molekula”.

Genetski kod

Sada je preostalo da se otkrije kako ovaj molekul radi. Poznato je da DNK sadrži upute za sintezu ćelijskih proteina koji obavljaju sav posao u ćeliji. Proteini su polimeri sastavljeni od ponavljajućih nizova aminokiselina. Štaviše, postoji samo dvadesetak aminokiselina. Životinjske vrste se međusobno razlikuju po skupu proteina u ćelijama, odnosno po različitim sekvencama aminokiselina. Genetika je tvrdila da su ove sekvence postavljene genima, koji, kako se tada vjerovalo, služe kao prvi gradivni blokovi života. Ali šta su geni, niko nije znao.

Jasnoću je uveo autor teorije Velikog praska, fizičar Georgi Gamov, zaposlenik Univerziteta George Washington (SAD). Na osnovu Watsona i Crickovog modela dvolančane spirale DNK, on ​​je sugerirao da je gen dio DNK, odnosno određeni niz veza - nukleotida. Budući da je svaki nukleotid jedna od četiri azotne baze, samo je pitanje da se otkrije kako četiri elementa kodiraju dvadeset. Ovo je bila ideja iza genetskog koda.

Do ranih 1960-ih ustanovljeno je da se proteini sintetiziraju iz aminokiselina u ribosomima - svojevrsnoj "tvornici" unutar ćelije. Da bi započeo sintezu proteina, enzim se približava DNK, prepoznaje određeno područje na početku gena, sintetizira kopiju gena u obliku male RNK (naziva se matriks), zatim se iz aminokiselina uzgaja protein u ribozom.

Također su otkrili da je genetski kod troslovni. To znači da tri nukleotida odgovaraju jednoj aminokiselini. Jedinica koda se zove kodon. U ribosomu se informacija iz mRNA čita kodon po kodon, uzastopno. I svaki od njih odgovara nekoliko aminokiselina. Kako izgleda šifra?

Na ovo pitanje odgovorili su Marshall Nirenberg i Heinrich Mattei iz SAD-a. 1961. prvi put su objavili svoje rezultate na biohemijskom kongresu u Moskvi. Do 1967. genetski kod je bio potpuno dešifrovan. Ispostavilo se da je univerzalan za sve ćelije svih organizama, što je imalo dalekosežne posledice po nauku.

Otkriće strukture DNK i genetskog koda potpuno je preorijentisalo biološka istraživanja. Činjenica da svaki pojedinac ima jedinstvenu sekvencu DNK dramatično je promijenila forenzičku nauku. Dešifriranje ljudskog genoma dalo je antropolozima potpuno novi način proučavanja evolucije naše vrste. Nedavno izmišljeni CRISPR-Cas DNK uređivač uvelike je unaprijedio genetski inženjering. Očigledno, ovaj molekul također pohranjuje rješenje za najhitnije probleme čovječanstva: rak, genetske bolesti, starenje.

Samo mali dio ljudi zna kako se DNK dekodira. Štaviše, većini ljudi (i ja nisam izuzetak) teško je pročitati cijeli naslov prvi put. Želite probati?

Dezoksiribonukleinska kiselina.

Da, nije najprijatnija riječ. Nukleinske kiseline kao što su deoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina (RNA) su hemijski nosioci genetskih informacija ćelija. Ćelijska DNK kodira informacije koje će odrediti kakvu će ulogu ova stanica imati, kontrolirati njen rast i diobu i usmjeravati biosintezu enzima i proteina neophodnih za život ćelije. Osim nukleinskih kiselina u njihovom "čistom" obliku, postoje i derivati ​​nukleinskih kiselina, poput ATP-a, koji imaju jednako važnu ulogu. ATP je svojevrsna novčana valuta u svijetu molekula, jer se troši na sintezu nekih složenih spojeva.

Nukleinske kiseline su posljednja od četiri glavne klase bioloških molekula o kojima ćemo govoriti. Možda je svako od vas čuo za tako misterioznu molekulu DNK koja određuje sve vaše fizičke karakteristike, ali malo je vjerovatno da mnogi od vas znaju šta je to s hemijske tačke gledišta.

Baš kao što su proteini napravljeni od malih čestica zvanih aminokiseline, nukleinske kiseline su napravljene od nukleotida povezanih u dugi lanac. Svaki nukleotid se sastoji od tri glavna dijela: ugljikohidrata, azotne baze i ostatka fosforne kiseline. U RNK je ugljikohidrat riboza (otuda naziv: ribonukleinska kiselina), au DNK je ugljikohidrat derivat riboze, koja se zove deoksiriboza i razlikuje se samo po tome što sadrži jedan atom kisika manje (otuda naziv: deoksiribonukleinska kiselina ). DNK sadrži četiri glavne azotne baze: adenin, timin, gvanin i citozin. U RNK, umjesto timina, možete pronaći prilično sličnu bazu koja se zove uracil.

Dok su DNK i RNK hemijski slične, značajno se razlikuju po veličini. Molekuli DNK su ogromni i sadrže oko 245 miliona nukleotida, a njihova molekularna težina dostiže 75 milijardi grama po molu. Molekuli RNK su mnogo manji u poređenju, najmanji ima 21 nukleotid i masu od 7000 grama po molu.

Unatoč činjenici da moždane stanice i stanice kože imaju potpuno različitu strukturu i obavljaju potpuno različite biološke funkcije, imaju potpuno isti genetski kod, tj. iste molekule DNK. Istovremeno, otprilike svaka ljudska DNK sadrži 30% adenina i timina i 20% guanina i citozina. Štaviše, fenomen jednakih količina timina i adenina, gvanina i citozina nije jedinstven za ljudsko tijelo. Ovo je sveprisutna pojava u prirodi. Ali zašto?

1953. James Watson i Francis Crick otkrili su pravu sekundarnu strukturu molekula DNK. Prema njihovom modelu, DNK se sastoji od dva lanca nukleotida koji se uvijaju u dvostruke spirale, slično kao spiralna stepenica. Ova dva lanca nisu identična, već su komplementarna i zajedno se drže vodoničnim vezama. Svaki adenin (A) se vezuje za timin (T), a svaki gvanin (G) se vezuje za citozin (C) i obrnuto. To jest, svaki put kada se A nađe u jednom lancu, T će biti u drugom lancu. Ova činjenica objašnjava da vidimo iste količine A i T, G i C u bilo kojem živom organizmu.

U prosjeku, svaki zavoj DNK heliksa sadrži oko 10 parova baza (nukleotida). Kao što možete vidjeti na slici: dva lanca DNK su isprepletena na način da se formiraju dva žljeba različitih veličina: veliki (širine 12A) i mali (širine 6A), gdje je 1 A 10 milijardi puta manje od metra. Glavni žlijeb je malo dublji, a kao što vidimo na slici, sve azotne baze se savijaju u lijepe paralelne linije. Stvar je u tome što ove baze sadrže šestočlane i petočlane aromatične cikluse, koji su šesto- i peterokutnog oblika. Zovu se aromatični jer su a) ravni i b) sadrže mnogo dvostrukih veza. Te iste dvostruke veze mogu stabilizirati strukturu DNK ako su, na primjer, dvije dvostruke veze iz dva različita aromatična molekula striktno paralelne jedna s drugom. Upravo to se dešava u stvarnoj strukturi i vidimo paralelne molekule i prostor između njih. Veliki broj policikličnih aromatičnih molekula može ući u ove prostore, ili, naučno rečeno, interkalirati. Mnogi karcinogeni (supstance koje izazivaju rak) i lijekovi protiv raka funkcioniraju upravo u interakciji s DNK interkalacijom.

Genetske informacije organizma pohranjene su kao niz nukleotida u lancu DNK. Svi geni koji određuju našu boju očiju, našu boju kose, našu boju kože, naše karakteristike, našu potencijalnu visinu, naše fizičke sklonosti su samo niz od četiri nukleotida A, T, G i C. Baš kao što su svi operativni sistemi samo sekvence od 0 i 1, baš kao što je DNK sekvenca od četiri nukleotida.

Da bi se genetske informacije pohranile i prenijele na buduće generacije, mora postojati mehanizam za kopiranje DNK. Da bi se koristile ove informacije, mora postojati mehanizam za dešifriranje i korištenje ovog koda. Dobra vijest je da se ovi mehanizmi manje-više razumiju.

Jednom davno, Francis Crick formulirao je središnju dogmu molekularne biologije, koja kaže da je funkcija DNK pohranjivanje i prijenos informacija u RNK, a funkcija RNK da čita, dekodira i koristi informacije iz DNK za stvaranje proteina. I dok ovaj pogled može izgledati previše pojednostavljen, on prilično dobro sažima detalje.

Postoje tri osnovna procesa:

1. Replikacija je proces kojim se stvaraju identične kopije DNK kako bi se informacije prenijele potomcima.
2. Transkripcija je proces kojim se genetska informacija čita i prenosi iz ćelijskog jezgra do posebnih stanica (ribozoma) gdje se odvija sinteza proteina.
3. Translacija je proces sinteze proteina u posebnim stanicama.

Replikacija DNK je reakcija katalizirana enzimima koja počinje djelomičnim odmotavanjem dvostruke spirale na određenim lokacijama u molekuli DNK. Odmotavanje se dešava pod dejstvom enzima helikaze (od engleskog helix - spirala), drugim rečima, enzim dolazi i prekida par vodoničnih veza između azotnih baza, formirajući tako neku vrstu mehurića i okrećući azotne baze prema okoliš. Istovremeno, razni slobodni nukleotidi plutaju u blizini, a prolazeći, približavaju se dušičnim bazama DNK i stvaraju s njima vodikove veze. Tako novi nukleotidi dolaze u svaki od dva stara lanca DNK i formiraju se dva molekula DNK, od kojih svaki sadrži lanac iz početnog molekula. Nukleotidi se poređaju po principu komplementarnosti, te su stoga dvije nove kopije identične. Opseg procesa replikacije je jednostavno zapanjujući: svako jezgro bilo koje naše ćelije sadrži dvije kopije od 22 hromozoma i još dva polna hromozoma (ukupno 46). Svaki hromozom se sastoji od jedne velike molekule DNK, čvrsto namotane oko posebnih proteina zvanih histoni. Ukupno se procjenjuje da postoji oko 3 milijarde parova baza, odnosno 6 milijardi nukleotida, ukupno u svih 46 hromozoma. Uprkos veličini ljudskog genoma, proces traje samo nekoliko sati, a prosječna stopa replikacije DNK je 50 nukleotida u sekundi.

Ali nije li opasno kopirati naš DNK tako brzo? Nasumična greška i pogrešan nukleotid će se pojaviti u DNK, a to će već značiti mutaciju cijelog gena! Da smo namjerno kopirali našu DNK, provjerili bismo svaku bazu nekoliko puta, niko ne želi nasumične mutacije, zar ne? Da bi se uvjerile da nema grešaka, ćelije također ponovo čitaju lanac DNK i, ako je potrebno, ispravljaju greške. Kao rezultat toga, greška se može pojaviti samo jednom na svakih 10-100 milijardi nukleotida. Istovremeno, s obzirom da se molekuli DNK kopiraju sa svakom diobom ćelije, a ćelije se dijele tijekom života, samo 60 slučajnih grešaka (mutacija) se prenosi na sljedeću generaciju.

Nakon što se DNK u potpunosti kopira, formiraju se dvije nove kopije. Ovo se dešava sa svakim hromozomom. Kao rezultat toga, kada se ćelija podijeli na dvije nove, ona prosljeđuje jednu kopiju jednoj, a drugu drugu. Slično, dolazi do formiranja zametnih stanica koje su uključene u proces prijenosa genetskih informacija s generacije na generaciju.

Ali kako organizam može pročitati informacije šifrirane u molekuli DNK? Vratimo se na RNA. Ranije smo rekli da je strukturno sličan uDNK, ali sadrži ribozu umjesto deoksiriboze i uracil umjesto timina. Postoje četiri glavne vrste RNK u našem tijelu: glasnik (messenger) - mRNA, ribosomalna - rRNA, transportna - tRNA i mnoge male RNK, koje se nazivaju i funkcionalne RNK. Potonji obavljaju veliki broj različitih funkcija unutar ćelije, kao što je zaustavljanje procesa transkripcije ili ubrzavanje hemijske modifikacije drugih RNA molekula (kataliza).

Genetske informacije u DNK sadržane su u specifičnim segmentima koji se nazivaju geni, od kojih se svaki sastoji od specifične sekvence nukleotida koji kodira određeni protein. Da, da, tako je: svi naši geni su samo sekvence nukleotida koji kodiraju sintezu određenog proteina. Istovremeno, najvećim dijelom, DNK se pohranjuje u presavijenom obliku, međutim, različiti dijelovi DNK se odvijaju u različitim dijelovima tijela, kao da su otvorene različite stranice iste knjige. Zato ćelije mozga, krvne ćelije, mišići, žlijezde imaju isti DNK, ali tako različite funkcije koje su određene određenim proteinima u njihovom sastavu.

Ali kako se odvija sinteza proteina? Prvo, zamislimo da postoji određena sekvenca DNK na lancu br. 1, i neka lanac komplementaran tome bude broj 2. Tokom transkripcije dolazi poseban enzim i ponovo otvara mali dio molekule DNK. U ovom slučaju, umjesto da dozvoli nukleotidima da se spoje na oba lanca, enzim zadržava prvi (to se još naziva i kodiranje), a ribonukleotidi (upravo oni koji su dio RNK) pridružuju se drugom lancu (također se naziva šablon), formirajući glasničku RNK, koja je komplementarna nizu #2, koji je zauzvrat komplementaran nizu #1. Nadam se da se još niste zbunili. Kao rezultat toga, mRNA je identična lancu koji kodira broj 1, osim što je umjesto timina uracil posvuda.

Vrlo često se u prirodi javlja sljedeći obrazac: DNK sekvence koje nose bilo koje značenje (geni) počinju na jednom mjestu (zvane egzon), ali se periodično prekidaju besmislenim umetcima (u smislu da ne kodiraju za protein) tzv. introni. Konačna mRNA se pojavljuje samo kada se ti introni izrezuju posebnim enzimima koji se nazivaju spliceosomi. Da, možda ste do ovog trenutka već vidjeli da biolozi vole da smišljaju različite termine. Na primjer, geni kukuruza koji kodiraju enzim trioza fosfat izomerazu (odgovoran za vrlo važan korak u procesu metabolizma ugljikohidrata) sadrže 8 nekodirajućih introna, koji zauzimaju otprilike 70% cjelokupne sekvence, i 9 kodirajućih egzona, koji zauzimaju preostalih 30%.

Pa, imamo mRNA koja sadrži kodirajuću sekvencu, ali šta je sljedeće? mRNA dolazi do ribozoma (specijalne stanice za biosintezu proteina) i tamo se susreće s drugim enzimima, uključujući različite tRNA. Svaka tri nukleotida u mRNA kodiraju aminokiselinu. Na primjer, AAA kodovi za aminokiselinu lizin i UGC kodovi za cistein. Ali zašto je priroda izabrala upravo tri nukleotida, ni više ni manje? Činjenica je da postoji samo 16 različitih sekvenci od dva nukleotida (kada birate između A, T, G, C), a aminokiselina, kao što se sjećamo, ima 20. Ako dodate samo jedan nukleotid, broj opcija se povećava na 64, ali sada jedna te ista ista aminokiselina može biti kodirana različitim DNK sekvencama. Da se vratimo na kodiranje aminokiselina: zamijenite barem jedan nukleotid i dobit ćete drugu aminokiselinu. I odjednom je odigrala kritičnu ulogu? Bez toga, tijelo već postaje mutant.

Šta ćemo završiti? DNK se sastoji od sekvenci nukleotida. Geni su niz nukleotida. Tri takva nukleotida zovu se kodon i oni su takvo slovo u molekularnom svijetu. Svako slovo označava aminokiselinu. Ali šta znači kodiranje? Činjenica je da postoji 61 tRNA koje imaju dijelove komplementarne kodonima, a svaka od ovih tRNA nosi jednu aminokiselinu na drugom kraju. Tokom biosinteze proteina, tRNA se veže za komplementarna mjesta na mRNA, a enzimi se pridružuju aminokiselinama koje nose na drugoj strani. Ali rekli smo da postoje 64 kodona, a čini se da je tRNA samo 61, gdje su ostala 3? Preostale 3 tRNA zaustavljaju proces biosinteze proteina, tj. Na kraju bilo koje genetske sekvence nalazi se kodon koji govori tijelu da stane. Ovo je tako složen mehanizam koji obezbjeđuje svu našu genetsku raznolikost.