U DNK molekulasi va oqsildan iborat. DNK tuzilishi. Nuklein kislota tarkibi

Dezoksiribonuklein kislotalar (DNK), tirik organizmlarning hujayra yadrolarida joylashgan yuqori polimerli tabiiy birikmalar; Giston oqsillari bilan birgalikda ular xromosomalar moddasini hosil qiladi. DNK genetik ma'lumotlarning tashuvchisi bo'lib, uning alohida bo'limlari ma'lum genlarga mos keladi; DNK molekulasi bir-birining atrofida spiral shaklida o'ralgan 2 ta polinukleotid zanjiridan iborat. Zanjirlar ko'p sonli 4 turdagi monomerlardan - nukleotidlardan qurilgan bo'lib, ularning o'ziga xosligi 4 ta azotli asoslardan biri (adenin, guanin, sitozin, timin) bilan belgilanadi. DNK zanjiridagi uchta qo'shni nukleotidlarning kombinatsiyasi (uchlik yoki kodonlar) genetik kodni tashkil qiladi. DNK zanjiridagi nukleotidlar ketma-ketligining buzilishi tanadagi irsiy o'zgarishlarga olib keladi - mutatsiyalar. DNK hujayra bo'linishi paytida aniq takrorlanadi, bu hujayralar va organizmlarning bir qator avlodlari bo'ylab irsiy xususiyatlar va metabolizmning o'ziga xos shakllarini o'tkazishni ta'minlaydi.

Deoksiribonuklein kislotalar (DNK), uglevod komponenti sifatida deoksiriboza o'z ichiga olgan nuklein kislotalar. DNK barcha tirik organizmlar xromosomalarining asosiy tarkibiy qismidir; u barcha pro- va eukariotlarning genlarini, shuningdek, ko'plab viruslarning genomlarini ifodalaydi. DNKning nukleotidlar ketma-ketligida turning barcha xususiyatlari va individual (individual) xususiyatlari - uning genotipi haqida genetik ma'lumotlar qayd etiladi (kodlanadi). DNK hujayra va to'qima komponentlarining biosintezini tartibga soladi va organizmning butun hayoti davomida faoliyatini belgilaydi.

DNKning ochilishi va o'rganilishi tarixi

19-asrning o'rtalarida allaqachon organizmlarning ma'lum xususiyatlarini meros qilib olish qobiliyati hujayra yadrosi tarkibidagi material bilan bog'liqligi aniqlangan. 1868-72 yillarda. Shveytsariyalik biokimyogari I.F.Misher yiringli (leykotsitlar) va qizil ikra sperma hujayralaridan moddani ajratib olib, uni nuklein deb atadi va keyinchalik dezoksiribonuklein kislota nomini oldi.

19-asr oxiri - 20-asr boshlarida. L.Kessel, P.Leven, E.Fisher va boshqalarning mehnati tufayli DNK molekulalari bir-biriga bog'langan ko'p minglab monomerlar - to'rt turdagi dezoksiribonukleotidlardan tashkil topgan chiziqli polimer zanjirlari ekanligi aniqlandi. Bu nukleotidlar dezoksiribozaning besh uglerodli shakar qoldiqlari, fosfor kislotasi va to'rtta azotli asoslardan biri: purinlar - adenin va guanin va pirimidinlar - sitozin va timin tomonidan hosil bo'ladi. Bazalarni belgilash uchun ular ingliz yoki rus tillarida (rus tilidagi ilmiy adabiyotlarda) o'z ismlarining bosh harflaridan foydalanishni boshladilar: mos ravishda A, G (G), C (C) va T.

Uzoq vaqt davomida 1930-yillarga qadar DNK faqat hayvonlar hujayralarida topilgan deb hisoblangan. Rus biokimyogari A. N. Belozerskiy DNK barcha tirik hujayralarning muhim tarkibiy qismi ekanligini ko'rsatmadi. DNKning genetik roli (irsiyat moddasi sifatida) haqida birinchi dalil 1944 yilda bir guruh amerikalik olimlar (O. Averi va boshqalar) tomonidan olingan bo'lib, ular bakteriyalar ustida o'tkazilgan tajribalarda uning yordami bilan irsiy xususiyat mavjudligini aniq aniqladilar. bir hujayradan ikkinchisiga o'tkazilishi mumkin.

20-asrning o'rtalariga kelib. Ingliz olimlarining (A.Todd va boshqalar) ishlari yakunda DNK molekulasida monomer birliklari vazifasini bajaradigan nukleotidlarning tuzilishi va nukleotidlararo bog`lanish turini aniqlab berdi. Barcha nukleotidlar bir-biri bilan 3"-, 5"-fosfodiester bog'i bilan shunday bog'langanki, fosfor kislotasi qoldig'i bitta nukleotidning 3"-uglerod deoksiriboza atomi va 5"-uglerod deoksiriboza atomi o'rtasida bog'lovchi bo'lib xizmat qiladi. boshqa nukleotid. Shunga asoslanib, har bir DNK zanjirida molekulaning 3" uchi va 5" uchi farqlanadi.

DNK tuzilishi. "Qo'shaloq spiral" ning kashfiyoti

1950 yilda amerikalik biokimyogari E. Chargaff turli manbalardan DNK nukleotid tarkibida sezilarli farqlarni aniqladi. Bundan tashqari, DNK molekulasidagi nukleotidlarning tarkibi bir qator qonuniyatlarga bo'ysunishi ma'lum bo'ldi, ularning asosiylari purin va pirimidin asoslarining umumiy sonining tengligi va adenin va tinin (A-T) miqdorining tengligidir. va guanin va sitozin (G-C). 1953 yilda amerikalik biokimyogari J. Uotson va ingliz fizigi F. Krik DNK kristallarining rentgen strukturaviy tahlili (M. Uilkins laboratoriyasi) va Chargaff ma'lumotlariga asoslanib, uning tuzilishining uch o'lchovli modelini taklif qildilar. Ushbu modelga ko'ra, DNK molekulalari umumiy o'q atrofida o'ralgan ikkita o'ng qo'lli polinukleotid zanjiri yoki qo'sh spiraldir. Spiralning har bir burilishida taxminan 10 ta nukleotid qoldiqlari mavjud. Ushbu qo'sh spiraldagi zanjirlar antiparallel, ya'ni qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan, shuning uchun bir zanjirning 3" uchi ikkinchisining 5" uchiga qarama-qarshi joylashgan.

Zanjirlarning magistrallari dezoksiriboza qoldiqlari va manfiy zaryadlangan fosfat guruhlari tomonidan hosil bo'ladi. Ular qo'sh spiralning tashqi tomonida (molekula yuzasiga qaragan holda) joylashgan. Ikkala zanjirning suvda yomon eriydigan (gidrofobik) purin va pirimidin asoslari ichkariga yo'naltirilgan va qo'sh spiral o'qiga perpendikulyar joylashgan.

DNK qo'sh spiralining antiparallel polinukleotid zanjirlari asosiy ketma-ketlikda ham, nukleotid tarkibida ham bir xil emas. Biroq, ular bir-birini to'ldiruvchidir: bir zanjirda adenin paydo bo'lgan joyda, boshqa zanjirda, albatta, timin, guaninga qarama-qarshi bo'lsa, ikkinchi zanjirning sitozini bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, bir zanjirdagi asoslar ketma-ketligi molekulaning boshqa (to'ldiruvchi) zanjiridagi asoslar ketma-ketligini o'ziga xos tarzda belgilaydi. Bundan tashqari, bu tayanch juftlari bir-biri bilan vodorod aloqalarini hosil qiladi (G-C juftligida uchta va A-T o'rtasida ikkitasi mavjud). Vodorod aloqalari va hidrofobik o'zaro ta'sirlar DNK qo'sh spiralini barqarorlashtirishda katta rol o'ynaydi.

Isitish, pH ning sezilarli o'zgarishi va boshqa bir qator omillar DNK molekulasining denatüratsiyasiga olib keladi, bu uning zanjirlarining ajralishiga olib keladi. Muayyan sharoitlarda DNK molekulasining asl (mahalliy) tuzilishini, uning renaturatsiyasini to'liq tiklash mumkin. Bir-birini to'ldiruvchi DNK zanjirlarining osongina ajratish va keyin asl tuzilmani qayta tiklash qobiliyati DNK molekulasining o'z-o'zini ko'paytirishi, uning replikatsiyasi (ikki marta ko'payishi) asosida yotadi: agar ikkita qo'shimcha DNK zanjiri ajratilsa, so'ngra har birida, matritsadagi kabi, ularni qat'iy ravishda to'ldiruvchi yangi zanjirlar quriladi, keyin ikkita yangi hosil bo'lgan molekulalar asli bilan bir xil bo'ladi. Bu tamoyilning ochilishi irsiyat hodisasini molekulyar darajada tushuntirish imkonini berdi.

Tabiiy DNK tuzilishidagi o'xshashlik va farqlar. O'lchamlari

Deyarli barcha tabiiy DNK ikkita zanjirdan iborat (ba'zi viruslarning bir zanjirli DNKsi bundan mustasno). Bunday holda, DNK chiziqli yoki aylana shaklga ega bo'lishi mumkin (molekulaning uchlari kovalent yopiq bo'lganda). Prokaryotik hujayralarda DNK bitta xromosomaga (nukleoid) tashkil qilingan va molekulyar og'irligi 10 dan ortiq bo'lgan bitta dumaloq makromolekulada ifodalanadi.Bundan tashqari, ba'zi bakteriyalarning hujayralarida bir yoki bir nechta plazmidlar mavjud - ular bilan bog'liq bo'lmagan kichik dumaloq DNK molekulalari. xromosoma. Eukariotlarda DNKning asosiy qismi xromosomalar (yadro DNKsi) tarkibida hujayra yadrosida joylashgan. Har bir eukaryotik xromosoma faqat bitta chiziqli DNK molekulasini o'z ichiga oladi, lekin barcha eukaryotik hujayralar (jinsiy hujayralar bundan mustasno) homolog xromosomalarning qo'sh to'plamini o'z ichiga olganligi sababli, DNK termoyadroviy jarayonida ota va onadan tana tomonidan olingan ikkita bir xil bo'lmagan nusxalar bilan ifodalanadi. jinsiy hujayralar. Eukaryotik DNKning molekulyar og'irligi prokaryotik DNKnikidan yuqori (masalan, Drozophila meva pashshasining xromosomalaridan birida u 7,9 x 1010 ga etadi). Bundan tashqari, mitoxondriyalar va xloroplastlarda molekulyar og'irligi 106-107 bo'lgan doiraviy DNK molekulalari mavjud. Bu organellalarning DNKsi sitoplazmatik deyiladi; u barcha hujayra DNKsining taxminan 0,1% ni tashkil qiladi.

DNK molekulalarining o'lchamlari odatda ularni hosil qiluvchi nukleotidlar soni bilan ifodalanadi. Bu oʻlchamlar bakteriya plazmidlari va baʼzi viruslardagi bir necha ming nukleotid juftidan yuqori organizmlardagi koʻp yuz minglab nukleotid juftlarigacha oʻzgarib turadi. Bunday ulkan molekulalar hujayralar va viruslarda nihoyatda ixcham bo'lishi kerak. Misol uchun, taxminan to'rt million juft nukleotiddan tashkil topgan Escherichia coli DNK nukleotidining uzunligi 1,4 mm ni tashkil qiladi, bu bakteriya hujayrasining o'lchamidan 700 marta kattadir. Bir odamning bitta hujayrasidagi barcha DNKning umumiy uzunligi taxminan 2 m ni tashkil qiladi, agar kattalar inson tanasi taxminan 1013 hujayradan iborat ekanligini hisobga olsak, u holda barcha inson DNKsining umumiy uzunligi taxminan 2x1013 m yoki 2x1010 km bo'lishi kerak. Taqqoslash uchun: yer sharining aylanasi - 4x104 km, Yerdan Quyoshgacha bo'lgan masofa esa 1,44x108 km). Gigant DNK molekulalarining qadoqlanishi hujayra yoki virusning kichik hajmida qanday sodir bo'ladi? DNK qo'sh spiral mutlaqo qattiq emas, bu burmalar, halqalar, o'ta spiral tuzilmalar va boshqalarning shakllanishiga imkon beradi. Bakterial nukleoidda bunday katlama oz sonli maxsus oqsillar va, ehtimol, ribonuklein kislotalar tomonidan qo'llab-quvvatlanadi. Eukaryotik hujayralarda asosiy giston oqsillari va ba'zi giston bo'lmagan oqsillarning universal to'plami yordamida DNK juda ixcham shakllanishga - xromosomalarning asosiy tarkibiy qismi bo'lgan xromatinga aylanadi. Masalan, eng katta odam xromosomasining DNK uzunligi 8 sm, xromosomaning bir qismi sifatida, qadoqlash tufayli u 8 nm dan oshmaydi.

Oqsil (polipeptid) va RNKning birlamchi tuzilishini kodlovchi DNKning alohida bo'limlari genlar deyiladi. Irsiy axborot nukleotidlarning chiziqli ketma-ketligida qayd etiladi. Turli organizmlarda u qat'iy individualdir va bir DNK molekulasini boshqasidan va shunga mos ravishda bir genni boshqasidan ajratib turadigan eng muhim xususiyat bo'lib xizmat qiladi. Har xil turdagi hayvonlar bir-biridan farq qiladi, chunki ularning hujayralarining DNK molekulalari turli xil nukleotidlar ketma-ketligiga ega, ya'ni ular turli xil ma'lumotlarni olib yuradi.

DNK biosintezi

DNK biosintezi replikatsiya orqali sodir bo'ladi, bu genetik ma'lumotni to'g'ri nusxalash va avloddan avlodga o'tishni ta'minlaydi. Bu jarayon DNK polimeraza fermenti ishtirokida sodir bo'ladi. Bir zanjirli (bir zanjirli) ribonuklein kislota (RNK) molekulasi, masalan, hujayralar retroviruslar (shu jumladan OITS virusi) bilan zararlanganda yuzaga keladigan DNK sintezi uchun shablon bo'lib xizmat qilishi mumkin. Ushbu viruslarning hayot aylanishi ma'lumotlarning teskari oqimini o'z ichiga oladi - RNKdan DNKga. Bunda RNKni DNKga komplementar nusxalash teskari transkriptaza fermenti yordamida amalga oshiriladi. Organizmlar hayoti davomida ularning DNKsi tashqi omillar ta'sirida azotli asoslar tuzilishining buzilishi bilan bog'liq bo'lgan turli xil shikastlanishlarga (mutatsiyalarga) duch kelishi mumkin. Evolyutsiya jarayonida hujayralar asl tuzilishini - DNKni tiklashni ta'minlaydigan himoya mexanizmlarini ishlab chiqdi.

DNK molekulalaridagi nukleotidlar ketma-ketligini aniqlashning samarali usullari ishlab chiqilgan bo'lib, buning natijasida ko'plab viruslar, ba'zi mitoxondriyalar va xloroplastlar genlarida, shuningdek, alohida genlar va yirik hujayralar fragmentlarida uning birlamchi tuzilishi haqida ko'p ma'lumotlar to'plangan. genomlar. Xamirturush va nematoda chuvalchanglari DNKsining nukleotidlar ketma-ketligi to'liq aniqlangan (150 million nukleotid jufti). Inson genomi xalqaro dasturi doirasida inson genomidagi barcha DNKning nukleotidlar ketma-ketligini (3 mlrd. juft nukleotid) oʻrnatish asosan yakunlandi.

DNK molekulasidagi nukleotidlarning almashinish ketma-ketligini bilish insonning irsiy kasalliklarini tahlil qilishda, alohida genlarni va DNKning boshqa funktsional muhim bo'limlarini ajratib olishda muhim ahamiyatga ega; u genetik koddan foydalanib, ma'lum genlar tomonidan kodlangan oqsillarning birlamchi tuzilishini aniq aniqlash imkonini beradi. DNKning birlamchi tuzilishi haqidagi ma'lumotlar gen muhandisligida rekombinant DNK - molekulalarni, shu jumladan turli organizmlarning DNK komponentlarini yaratish uchun keng qo'llaniladi.

DNK hayoti (deoksiribonuklein kislotasi)

"DNK" ta'rifi

Gen - RNK molekulasi yoki oqsil mahsuloti hosil bo'lishini aniqlaydigan DNK segmentlari to'plami (Singer M., Berg P., 1998).

Odamlarda 30 000 ga yaqin genlar mavjud. DNKning butun hajmida strukturaviy genlar (ya'ni, tananing tuzilmalarini qurish uchun ishlatiladigan oqsillarni kodlaydiganlar) faqat 3-10% ni egallaydi.

DNKning eng kichik funksional birligi quyidagi elementlardan iborat: strukturaviy gen, tartibga soluvchi zonalar, tartibga soluvchi genlar.

DNK molekulasining tuzilishi

DNK molekulalari polimerlarning uzun qo'sh zanjiri - polinukleotidlar, monomerlar - nukleotidlardan tashkil topgan shaklga ega. Er-xotin zanjir spiralga o'ralgan. Shuning uchun DNK spiral zinapoyaga o'xshaydi (yuqoridagi rasmga qarang). Har bir nukleotidda to'rtta azotli asoslardan biri - adenin (A), guanin (G), sitozin (C) yoki timin (T), bitta pentoza molekulasi (besh uglerodli shakar) va bitta fosfor kislotasi qoldig'i mavjud. Odatda, DNK molekulasi qo'sh spiral hosil qiluvchi ikkita to'ldiruvchi zanjirdan iborat. Bunday holda, bir ipning adenini ikkinchisining timin bilan juftlanadi (ikkita vodorod aloqasi bilan barqarorlashadi), guanin esa sitozin (uchta vodorod aloqasi) bilan xuddi shunday bog'lanadi. DNK molekulasidagi azotli asoslar ketma-ketligi oqsillarni sintez qilish uchun zarur bo'lgan ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. DNK ko'p nukleotidlardan tashkil topgan juda uzun molekuladir. Masalan, inson genomi 46 ta xromosomadan iborat bo'lib, ularning asosini DNK molekulalari tashkil etadi, ular birgalikda taxminan 3 milliard nukleotid juftidan yig'ilgan.

Eukariotlarda genetik material xromosomalardagi hujayra yadrosida joylashgan. Faol holatdagi xromosomalar xromatin shaklida mavjud. Xromatin tarkibida taxminan 40% DNK, 40% gistonlar (ishqoriy oqsillar), 20% ga yaqin giston bo'lmagan xromosoma oqsillari va ba'zi RNKlar mavjud.

Video:Xromosoma tuzilishi

Biz DNKni "tirik tizimlar", "tirik molekulalar" deb tasniflashimiz mumkin, chunki ular umuman hayotning asosini tashkil qiladi, shuningdek, hayotning bir qator muhim xususiyatlariga, xususan, ko'payish qobiliyatiga ega. DNK shunchalik mustaqil va o'zini o'zi ta'minlaydiki, u hujayradan tashqarida ham - viruslar shaklida mavjud bo'lishi mumkin. Ularning hayotida DNK molekulalari murakkabroq biologik tizimlar - tirik organizmlar hayotini eslatuvchi hayot bosqichlaridan o'tadi. Bu tug'ilish, kamolot, ish (faoliyat) va "o'lim" kabi bosqichlardir.

Mavzu: DNKning tuzilishi

Uy vazifasi

1. Nukleotidlarning tuzilish formulalarini bilish va yoza olish: A, T, G, C, U.
2. DNK molekulalarining tuzilishini va ularning xromosomalarga tuzilishini bilish.
3. DNKdagi nukleotidlar vertikal va gorizontal ravishda qanday bog'langanligini biling. 3"-5" bog'lanishlar haqida tushuncha.
4. 12 yoki undan ortiq nukleotid o'lchamidan iborat DNK bo'limiga asoslangan peptid molekulalarini qurish uchun genetik kod jadvalidan foydalana olish.

Video:Xromosomalar, mitoz, replikatsiya

DNK molekulasi hayotining bosqichlari

Tug'ilish (replikatsiya) - etilish (xromosomalar) - ish (transkripsiya) - nazorat (tartibga solish) - modifikatsiya (mutatsiya) - "o'lim"

1. DNK replikatsiyasi - ota-ona zanjirida yangi qiz DNK zanjirining tug'ilishi.
2. DNKning yetilishi - xromosoma shakllanishi.
3. DNK transkripsiyasi - DNKning unda RNKning shablon sintezi ko'rinishidagi ishi.
4. Transkripsiyani tartibga solish - DNK transkripsiya faoliyatini nazorat qilish.
5. DNKni ta'mirlash - shikastlangan joylarni tiklash.
6. DNK tuzilishining o'zgarishi - mutatsiyalar, transpozonlar.
7. DNK degradatsiyasi - har bir replikatsiya siklida destruktsiya.

1. Tug'ilish - replikatsiya

DNK replikatsiyasi juda oddiy, "bir, ikki, uch" hisobiga, ya'ni uch bosqichda sodir bo'ladi: 1) boshlash, 2) cho'zilish, 3) tugatish.

1. Boshlanish - boshlanish

Replikatsiyani boshlash uchun maqsad

Ulkan DNK molekulasining replikatsiyasi replikatsiya nuqtasi paydo bo'lishi bilan boshlanadi. Bu nuqta A-T juftlariga boy o'ziga xos ketma-ketlikka ega. DNKdagi bunday joylar replikatsiyani boshlaydigan oqsillar uchun aniq maqsaddir. Aynan ularga replikatsiya fermentlarining biriktirilishini ta'minlaydigan maxsus tanib olish oqsillari biriktirilgan. spirallar Va topoizomerazlar(girazlar) va shu bilan replikatsiya jarayonini boshlaydi. Helikaz DNKni ikkita zanjirga ajratadi. Replikatsiya vilkasi hosil bo'ladi. DNK molekulasi yadro matritsasiga qattiq bog'langan bo'lib, har qanday bo'lim ochilganda erkin aylana olmaydi. Bu spiralning zanjir bo'ylab harakatlanishiga to'sqinlik qiladi. Topoizomeraz DNK iplarini kesadi va strukturaviy taranglikni engillashtiradi.
Bir replikatsiya vilkasida qarama-qarshi yo'nalishda harakatlanadigan ikkita spiral mavjud. Ajratilgan iplar DNKni bog'lovchi oqsillar tomonidan mahkamlanadi. Replikatsiya vilkalari shakllanadigan saytlar "ori nuqtalari" (kelib chiqishi - boshlanishi) deb ataladi. Eukariotlarda bir vaqtning o'zida minglab bunday vilkalar hosil bo'ladi, bu esa yuqori replikatsiya tezligini ta'minlaydi.

2. cho‘zilish – davom etish (cho‘zish)

Ikki asosiy ipda qiz DNK zanjirlarining o'sishi boshqacha sodir bo'ladi. Prokariotlarning DNK polimeraza III va eukariotlarning d- yoki a-DNK polimerazalari yangi DNK zanjirini faqat 5'>3' yo'nalishda sintez qila oladi, chunki yangi nukleotidni faqat 3' pozitsiyadagi uglerodga qo'shishi mumkin, lekin 5' pozitsiyasida emas.

Ushbu yo'nalishga ega bo'lgan sxema deyiladi yetakchi . Unda DNKning qiz zanjirining sintezi doimiy ravishda sodir bo'ladi. DNK polimeraza III yoki d polimeraza doimiy ravishda unga komplementar nukleotidlarni qo'shib turadi.

Polaritesi 3'>5' bo'lgan sxema orqada qolish va qismlarga bo'linadi (shuningdek, 5'>3' yo'nalishi bo'yicha). a-DNK polimeraza (yoki DNK polimeraza III) ushbu zanjirdagi qisqa bo'laklarni - Okazaki fragmentlarini sintez qiladi.

Okazaki parchalari va etakchi zanjirning sintezi shakllanishi bilan boshlanadi RNK primerlari (urug' ) Ferment bo'yicha 10-15 ribonukleotid uzun ibtidoiy (RNK polimeraza). DNK polimerazalarining hech biri DNK sintezini noldan boshlashga qodir emas, faqat qurilishni tugatish mavjud sxema. Etakchi ip yoki Okazaki fragmentlarining shakllanishi bilan parallel ravishda, ribonukleotidlar primerlardan chiqariladi va DNK nukleotidlari bilan almashtiriladi. Ribonuklein kislota hududlarini (primerlarini) DNK hududlari bilan almashtirish eksonukleaza va polimeraza faolligiga ega b-DNK polimeraza yordamida amalga oshiriladi.

Shunday qilib, qisman vaqtinchalik transkripsiyasiz replikatsiya qilish mumkin emas.

DNK replikatsiyasining tezligi (uzayish) daqiqada taxminan 45000 nukleotidni tashkil qiladi, shuning uchun ota-ona vilkalari 4500 rpm tezlikda ochiladi. Buni, masalan, kompyuterdagi sovutish foniyining aylanish tezligi (1300-4800 rpm) bilan solishtirish mumkin.

3. Tugatish - tugatish (tugatish)

Replikatsiyaning tugallanishi Okazaki fragmentlari orasidagi bo'shliqlar nukleotidlar bilan to'ldirilganda (DNK ligaza ishtirokida) DNKning ikkita uzluksiz qo'sh zanjirini hosil qilganda va ikkita replikatsiya vilkalari uchrashganda sodir bo'ladi. Keyin sintez qilingan DNK buralib, super spirallarni hosil qiladi.

Replikatsiyaning to'g'riligi bir-birini to'ldiruvchi tayanch juftlarining aniq mos kelishi va DNK polimerazalarining ta'siri bilan ta'minlanadi, ular polimerazadan tashqari ekzonukleaza faolligiga ham ega va xatolarni tan olish va tuzatishga qodir. Agar komplementar bo'lmagan nukleotid kiritilgan bo'lsa, ferment orqaga qadam tashlab, uni ajratib oladi va polimeraza reaktsiyasini davom ettiradi. Shuning uchun replikatsiya jarayoni juda aniq.

Replikatsiya tugallangandan so'ng, DNK metilatsiyasi -GATC- mintaqalarida adenin (N-metiladenin hosil bo'lishi bilan) va sitozin qoldiqlarida 5-metilsitozin hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi. Metillanish zanjirning komplementarligini buzmaydi va xromosoma tuzilishini shakllantirish va gen transkripsiyasini tartibga solish uchun zarurdir.

Prokariotlarda, masalan, bakteriyalarda, DNK chiziqli molekulaga to'g'rilanmasdan, ya'ni o'ziga xos doira shaklida qolib, ko'payish qobiliyatiga ega.

Video:P

2. Yetilish - xromosoma va xromatin hosil bo'lishi

3. Ish - transkripsiya

Video:Genni blokirovka qilish

4. Boshqaruv - tartibga solish

5. Qayta tiklash (ta'mirlash) - reparatsiya

6. Modifikatsiya - mutatsiya .

7. "O'lim" - replikatsiya paytida buzilish.

DNK - bu nukleotidlarning maxsus ketma-ketligi yordamida qayd etilgan irsiy ma'lumotlarning universal manbai va saqlovchisi, u barcha tirik organizmlarning xususiyatlarini belgilaydi.

Nukleotidning o'rtacha molekulyar og'irligi 345 deb taxmin qilinadi va nukleotid qoldiqlari soni bir necha yuz, ming va hatto millionlab yetishi mumkin. DNK asosan hujayra yadrolarida joylashgan. Xloroplastlar va mitoxondriyalarda kam uchraydi. Biroq, hujayra yadrosining DNKsi bitta molekula emas. U turli xil xromosomalarda tarqalgan ko'plab molekulalardan iborat bo'lib, ularning soni organizmga qarab o'zgaradi. Bular DNKning strukturaviy xususiyatlari.

DNKning kashf etilishi tarixi

DNKning tuzilishi va funktsiyalarini Jeyms Uotson va Frensis Krik kashf etgan va ular hatto 1962 yilda Nobel mukofoti bilan taqdirlangan.

Ammo Germaniyada ishlagan shveytsariyalik olim Fridrix Iogann Misher birinchi bo'lib nuklein kislotalarni kashf etdi. 1869 yilda u hayvonlar hujayralari - leykotsitlarni o'rgandi. Ularni olish uchun u shifoxonalardan olgan yiringli bintlardan foydalangan. Mischer yiringdan leykotsitlarni yuvdi va ulardan oqsil ajratib oldi. Ushbu tadqiqotlar davomida olim leykotsitlarda oqsillardan tashqari yana bir narsa, o'sha paytda noma'lum bo'lgan modda mavjudligini aniqlay oldi. Bu kislotali muhit yaratilsa, chiqariladigan ipga o'xshash yoki flokulyant cho'kma edi. Ishqor qo'shilganda cho'kma darhol eriydi.

Mikroskop yordamida olim leykotsitlar xlorid kislota bilan yuvilganda hujayradan yadrolar qolib ketishini aniqladi. Keyin u yadroda noma'lum modda bor degan xulosaga keldi va uni nuklein deb ataydi (tarjimada yadro so'zi yadro degan ma'noni anglatadi).

Kimyoviy tahlil o‘tkazgandan so‘ng, Misher yangi moddada uglerod, vodorod, kislorod va fosfor borligini aniqladi. O'sha paytda fosfororganik birikmalar haqida kam narsa ma'lum edi, shuning uchun Fridrix hujayra yadrosida topilgan birikmalarning yangi sinfini kashf etganiga ishondi.

Shunday qilib, 19-asrda nuklein kislotalarning mavjudligi aniqlandi. Biroq, o'sha paytda hech kim ular o'ynagan muhim rol haqida o'ylamasdi.

Irsiyat moddasi

DNK tuzilishini o'rganish davom etdi va 1944 yilda Osvald Averi boshchiligidagi bir guruh bakteriologlar ushbu molekula jiddiy e'tiborga loyiqligi to'g'risida dalillarni oldilar. Olim ko'p yillar davomida pnevmokokklar, pnevmoniya yoki o'pka kasalliklarini keltirib chiqaradigan organizmlarni o'rgandi. Avery kasallik qo'zg'atuvchi pnevmokokklarni tirik organizmlar uchun xavfsiz bo'lganlar bilan aralashtirish orqali tajriba o'tkazdi. Birinchidan, kasallik qo'zg'atuvchi hujayralar o'ldirildi, keyin ularga kasallik keltirib chiqarmaganlar qo'shildi.

Tadqiqot natijalari barchani hayratda qoldirdi. Tirik hujayralar bor edi, ular o'liklar bilan aloqa qilgandan so'ng, kasallik keltirib chiqarishni o'rgandilar. Olim o'liklardan tirik hujayralarga ma'lumot uzatish jarayonida ishtirok etadigan moddaning tabiatini aniqladi. DNK molekulasi bu modda bo'lib chiqdi.

Tuzilishi

Shunday qilib, DNK molekulasi qanday tuzilishga ega ekanligini tushunish kerak. Uning tuzilishining ochilishi muhim voqea bo'lib, u molekulyar biologiyaning - biokimyoning yangi sohasining shakllanishiga olib keldi. DNK hujayralar yadrolarida ko'p miqdorda bo'ladi, ammo molekulalarning hajmi va soni organizmning turiga bog'liq. Sutemizuvchilar hujayralarining yadrolarida bu hujayralarning ko'pligi aniqlangan, ular xromosomalar bo'ylab tarqalgan, ularning 46 tasi bor.

DNK tuzilishini o'rganar ekan, 1924 yilda Feulgen birinchi marta uning lokalizatsiyasini aniqladi. Tajribalardan olingan dalillar DNKning mitoxondriyalarda joylashganligini ko'rsatdi (1-2%). Boshqa joylarda bu molekulalar virusli infektsiya paytida, bazal tanalarda, shuningdek, ba'zi hayvonlarning tuxumlarida ham bo'lishi mumkin. Ma'lumki, organizm qanchalik murakkab bo'lsa, DNKning massasi shunchalik katta bo'ladi. Hujayrada mavjud bo'lgan molekulalar soni funktsiyaga bog'liq va odatda 1-10% ni tashkil qiladi. Ularning eng kami miotsitlarda (0,2%), ko'pi jinsiy hujayralarda (60%) uchraydi.

DNK tuzilishi shuni ko'rsatdiki, yuqori organizmlar xromosomalarida ular oddiy oqsillar - albuminlar, gistonlar va boshqalar bilan bog'langan bo'lib, ular birgalikda DNP (dezoksiribonukleoprotein) hosil qiladi. Odatda, katta molekula beqaror bo'lib, uning evolyutsiya jarayonida o'zgarmasligi va o'zgarmasligi uchun "ta'mirlash" uchun mas'ul bo'lgan fermentlar - ligazalar va nukleazalardan iborat ta'mirlash tizimi yaratilgan. molekulasi.

DNKning kimyoviy tuzilishi

DNK - bu juda ko'p sonli (o'n minglab milliongacha) mononukleotidlardan tashkil topgan polimer, polinukleotid. DNKning tuzilishi quyidagicha: mononukleotidlar tarkibida azotli asoslar - sitozin (C) va timin (T) - pirimidin hosilalaridan, adenin (A) va guanin (G) - purin hosilalari mavjud. Inson va hayvonlar molekulasida azotli asoslardan tashqari, kichik pirimidin asosi bo'lgan 5-metilsitozin mavjud. Azotli asoslar fosfor kislotasi va dezoksiriboza bilan bog'lanadi. DNKning tuzilishi quyida ko'rsatilgan.

Chargaff qoidalari

DNK ning tuzilishi va biologik roli 1949 yilda E. Chargaff tomonidan o‘rganilgan. Tadqiqot davomida u azotli asoslarning miqdoriy tarqalishida kuzatilgan qonuniyatlarni aniqladi:

1. ∑T + C = ∑A + G (ya'ni pirimidin asoslari soni purin asoslari soniga teng).
2. Adenin qoldiqlari soni doimo timin qoldiqlari soniga, guanin soni esa sitozinga teng.
3. O'ziga xoslik koeffitsienti quyidagi formulaga ega: G+C/A+T. Masalan, odam uchun 1,5, buqa uchun 1,3 ga teng.
4. "A + C" yig'indisi "G + T" yig'indisiga teng, ya'ni guanin va timin kabi ko'p adenin va sitozin mavjud.

DNK tuzilishi modeli

U Watson va Crick tomonidan yaratilgan. Fosfat va dezoksiriboza qoldiqlari spiral shaklida burilgan ikkita polinukleotid zanjirining orqa suyagi bo'ylab joylashgan. Aniqlanishicha, pirimidin va purin asoslarining planar tuzilmalari zanjir o'qiga perpendikulyar joylashib, xuddi spiral ko'rinishidagi narvon zinapoyalarini hosil qiladi. Shuningdek, A ning T ga har doim ikkita vodorod aloqasi yordamida, G esa C ga uchta bir xil bog'lar orqali bog'langanligi ham aniqlangan. Ushbu hodisaga "selektivlik va bir-birini to'ldirish printsipi" nomi berildi.

Strukturaviy tashkil etish darajalari

Spiral kabi egilgan polinukleotid zanjiri 3',5'-fosfodiester bog'i bilan bog'langan mononukleotidlarning ma'lum bir sifat va miqdoriy to'plamiga ega bo'lgan birlamchi tuzilishdir. Shunday qilib, zanjirlarning har birida 3' uchi (dezoksiriboza) va 5' uchi (fosfat) mavjud. Genetik ma'lumotni o'z ichiga olgan sohalar strukturaviy genlar deb ataladi.

Ikkilamchi spiral molekulasi ikkilamchi strukturadir. Bundan tashqari, uning polinukleotid zanjirlari antiparallel bo'lib, zanjirlarning to'ldiruvchi asoslari orasidagi vodorod aloqalari bilan bog'langan. Ushbu spiralning har bir aylanishida 10 ta nukleotid qoldig'i borligi aniqlandi, uning uzunligi 3,4 nm. Ushbu tuzilmani van der Waals o'zaro ta'sir kuchlari ham qo'llab-quvvatlaydi, ular bir xil zanjirning asoslari, shu jumladan itaruvchi va jozibali komponentlar o'rtasida kuzatiladi. Bu kuchlar qo'shni atomlardagi elektronlarning o'zaro ta'siri bilan izohlanadi. Elektrostatik shovqin ham ikkilamchi strukturani barqarorlashtiradi. Bu musbat zaryadlangan giston molekulalari va manfiy zaryadlangan DNK zanjiri o'rtasida sodir bo'ladi.

Uchinchi darajali struktura - bu DNK zanjirlarining gistonlar atrofida o'ralishi yoki o'ta sarg'ish. Gistonlarning besh turi tasvirlangan: H1, H2A, H2B, H3, H4.

Nukleosomalarning xromatinga buklanishi to'rtlamchi strukturadir, shuning uchun bir necha santimetr uzunlikdagi DNK molekulasi 5 nm gacha buklanishi mumkin.

DNKning funktsiyalari

DNK ning asosiy vazifalari:

1. Irsiy ma'lumotlarni saqlash. Oqsil molekulasida joylashgan aminokislotalarning ketma-ketligi nukleotid qoldiqlarining DNK molekulasida joylashish tartibi bilan belgilanadi. Shuningdek, u organizmning xususiyatlari va xususiyatlari haqidagi barcha ma'lumotlarni shifrlaydi.
2. DNK irsiy ma'lumotni keyingi avlodga etkazishga qodir. Bu replikatsiya qobiliyati tufayli mumkin - o'z-o'zini takrorlash. DNK ikkita qo'shimcha zanjirga bo'linishga qodir va ularning har birida (komplementarlik printsipiga muvofiq) asl nukleotidlar ketma-ketligi tiklanadi.
3. DNK yordamida oqsillar, fermentlar va gormonlar biosintezi sodir bo'ladi.

Xulosa

DNKning tuzilishi unga genetik ma'lumotlarning saqlovchisi bo'lishga va uni kelajak avlodlarga etkazishga imkon beradi. Bu molekula qanday xususiyatlarga ega?

1. Barqarorlik. Bu glikozid, vodorod va fosfodiester aloqalari, shuningdek induktsiyalangan va o'z-o'zidan zararni tiklash mexanizmi tufayli mumkin.
2. Replikatsiya qilish imkoniyati. Bu mexanizm somatik hujayralarda xromosomalarning diploid sonini saqlab qolish imkonini beradi.
3. Genetik kodning mavjudligi. Translatsiya va transkripsiya jarayonlari orqali DNKda joylashgan asoslar ketma-ketligi polipeptid zanjirida joylashgan aminokislotalar ketma-ketligiga aylanadi.
4. Genetik rekombinatsiya qobiliyati. Bunday holda, bir-biriga bog'langan genlarning yangi birikmalari hosil bo'ladi.

Shunday qilib, DNKning tuzilishi va funktsiyalari uning tirik mavjudotlarda bebaho rol o'ynashiga imkon beradi. Ma'lumki, insonning har bir hujayrasida joylashgan 46 ta DNK molekulasining uzunligi deyarli 2 m, nukleotid juftlari soni esa 3,2 mlrd.

MOSKVA, 25 aprel - RIA Novosti, Tatyana Pichugina. Bundan roppa-rosa 65 yil muqaddam britaniyalik olimlar Jeyms Uotson va Frensis Krik DNK tuzilishini dekodlash, yangi fan – molekulyar biologiya asoslarini qo‘yishga bag‘ishlangan maqola e’lon qilgan edi. Bu kashfiyot insoniyat hayotida ko'p narsalarni o'zgartirdi. RIA Novosti DNK molekulasining xossalari va u nima uchun muhimligi haqida gapiradi.

19-asrning ikkinchi yarmida biologiya juda yosh fan edi. Olimlar hujayrani endigina o'rganishni boshlagan edilar va irsiyat haqidagi g'oyalar, garchi Gregor Mendel tomonidan ilgari surilgan bo'lsa ham, keng qabul qilinmadi.

1868 yil bahorida yosh shveytsariyalik shifokor Fridrix Misher ilmiy ish bilan shug'ullanish uchun Tyubingen universitetiga (Germaniya) keldi. U hujayra qanday moddalardan iboratligini aniqlashni maqsad qilgan. Tajribalar uchun men yiringdan olish oson bo'lgan leykotsitlarni tanladim.

Yadroni protoplazma, oqsil va yog'lardan ajratib, Misher tarkibida fosfor ko'p bo'lgan birikmani topdi. U bu molekulani nuklein (lotincha "yadro" - yadro) deb atagan.

Ushbu birikma kislotali xususiyatga ega edi, shuning uchun "nuklein kislotasi" atamasi paydo bo'ldi. Uning "deoksiribo" prefiksi molekulada H-guruhlari va qandlar borligini bildiradi. Keyin bu haqiqatan ham tuz ekanligi ma'lum bo'ldi, lekin ular nomini o'zgartirmadilar.

20-asrning boshlarida olimlar nuklein polimer (ya'ni takrorlanuvchi birliklarning juda uzun moslashuvchan molekulasi), birliklar to'rtta azotli asosdan (adenin, timin, guanin va sitozin) va nukleindan iborat ekanligini allaqachon bilishgan. xromosomalarda - bo'linadigan hujayralarda yuzaga keladigan ixcham tuzilmalarda mavjud. Ularning irsiy xususiyatlarni uzatish qobiliyatini amerikalik genetik Tomas Morgan meva chivinlari ustida o'tkazilgan tajribalarda ko'rsatdi.

Genlarni tushuntiruvchi model

Ammo dezoksiribonuklein kislotasi yoki qisqacha DNK hujayra yadrosida nima qilishi uzoq vaqt davomida tushunilmagan. U xromosomalarda qandaydir strukturaviy rol o'ynaydi, deb ishonilgan. Irsiyat birliklari - genlar - oqsil tabiati bilan bog'liq. Bu yutuqni amerikalik tadqiqotchi Osvald Averi amalga oshirdi, u genetik material DNK orqali bakteriyalardan bakteriyalarga o'tishini eksperimental ravishda isbotladi.

DNKni o'rganish kerakligi aniq bo'ldi. Lekin qanday? O'sha paytda olimlar uchun faqat rentgen nurlari mavjud edi. U bilan biologik molekulalarni yoritish uchun ularni kristallashtirish kerak edi va bu qiyin. Protein molekulalarining tuzilishi Kavendish laboratoriyasida (Kembrij, Buyuk Britaniya) rentgen nurlari difraksiyasi naqshlaridan shifrlangan. U erda ishlagan yosh tadqiqotchilar Jeyms Uotson va Frensis Krikning DNK bo'yicha o'zlarining eksperimental ma'lumotlari yo'q edi, shuning uchun ular King's kolleji hamkasblari Moris Uilkins va Rozalind Franklinning rentgen tasvirlaridan foydalanganlar.

Uotson va Krik rentgen nurlari naqshlariga to'liq mos keladigan DNK tuzilishi modelini taklif qilishdi: ikkita parallel ip o'ng qo'l spiraliga o'ralgan. Har bir zanjir shakar va fosfatlarning orqa suyagiga bog'langan azotli asoslarning tasodifiy to'plamidan iborat bo'lib, asoslar orasidagi vodorod aloqalari bilan birlashtiriladi. Bundan tashqari, adenin faqat timin bilan, guanin esa sitozin bilan birlashadi. Bu qoida to'ldiruvchilik printsipi deb ataladi.

Uotson va Krik modeli DNKning to‘rtta asosiy funksiyasini tushuntirib berdi: genetik materialning replikatsiyasi, uning o‘ziga xosligi, molekulada axborotni saqlash va mutatsiyaga kirishish qobiliyati.

Olimlar o'zlarining kashfiyotlarini 1953 yil 25 aprelda Nature jurnalida nashr etishdi. O'n yil o'tgach, Moris Uilkins bilan birga ular biologiya bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi (Rozalind Franklin 1958 yilda 37 yoshida saraton kasalligidan vafot etdi).

“Endi, yarim asrdan ko'proq vaqt o'tgach, biz shuni aytishimiz mumkinki, DNK tuzilishining ochilishi fizikada atom yadrosining ochilishi bilan bir xil rol o'ynadi yangi kvant fizikasining paydo bo'lishi va DNK tuzilishining ochilishi yangi molekulyar biologiyaning paydo bo'lishiga olib keldi, - deb yozadi taniqli genetik olim, DNK tadqiqotchisi va "The DNK" kitobining muallifi Maksim Frank-Kamenetskiy. Eng muhim molekula."

Genetik kod

Endi bu molekula qanday ishlashini bilishgina qoldi. Ma'lumki, DNKda hujayradagi barcha ishlarni bajaradigan hujayra oqsillarini sintez qilish bo'yicha ko'rsatmalar mavjud. Proteinlar aminokislotalarning takrorlanuvchi to'plamlaridan (ketma-ketligidan) tashkil topgan polimerlardir. Bundan tashqari, faqat yigirmata aminokislotalar mavjud. Hayvon turlari bir-biridan hujayralaridagi oqsillar to'plami, ya'ni turli aminokislotalar ketma-ketligi bilan farqlanadi. Genetika bu ketma-ketliklar genlar tomonidan aniqlanganligini da'vo qildi, keyinchalik ular hayotning qurilish bloklari bo'lib xizmat qiladi deb ishonilgan. Ammo hech kim genlar nima ekanligini aniq bilmas edi.

Aniqlik Katta portlash nazariyasi muallifi, Jorj Vashington universiteti (AQSh) xodimi fizik Georgiy Gamov tomonidan keltirildi. Uotson va Krikning ikki zanjirli DNK spiral modeliga asoslanib, u gen bu DNKning bir qismi, ya'ni bog'lanishlarning ma'lum bir ketma-ketligi - nukleotidlar, deb taklif qildi. Har bir nukleotid to'rtta azotli asosdan biri bo'lganligi sababli, biz to'rtta element yigirmani qanday kodlashini aniqlashimiz kerak. Bu genetik kodning g'oyasi edi.

1960-yillarning boshlariga kelib, oqsillar hujayra ichidagi o'ziga xos "zavod" bo'lgan ribosomalardagi aminokislotalardan sintezlanishi aniqlandi. Protein sintezini boshlash uchun ferment DNKga yaqinlashadi, genning boshida ma'lum bir hududni taniydi, genning kichik RNK ko'rinishidagi nusxasini sintez qiladi (u shablon deb ataladi), so'ngra oqsil ribosomada o'stiriladi. aminokislotalar.

Shuningdek, ular genetik kod uch harfli ekanligini aniqladilar. Bu bitta aminokislota uchta nukleotidga to'g'ri kelishini anglatadi. Kod birligi kodon deb ataladi. Ribosomada mRNKdan olingan ma'lumotlar kodon bo'yicha ketma-ket o'qiladi. Va ularning har biri bir nechta aminokislotalarga mos keladi. Shifr nimaga o'xshaydi?

Bu savolga AQShdan Marshall Nirenberg va Geynrix Mattei javob berdi. 1961 yilda ular birinchi marta Moskvadagi biokimyoviy kongressda o'z natijalarini e'lon qilishdi. 1967 yilga kelib, genetik kod to'liq shifrlangan edi. Bu barcha organizmlarning barcha hujayralari uchun universal bo'lib chiqdi, bu ilm-fan uchun juda katta oqibatlarga olib keldi.

DNK tuzilishi va genetik kodning ochilishi biologik tadqiqotlarni butunlay yo'naltirdi. Har bir shaxsning o'ziga xos DNK ketma-ketligiga ega ekanligi sud tibbiyotida inqilob qildi. Inson genomini dekodlash antropologlarga turimiz evolyutsiyasini o'rganishning mutlaqo yangi usulini berdi. Yaqinda ixtiro qilingan DNK muharriri CRISPR-Cas juda rivojlangan genetik muhandislikka ega. Ko'rinishidan, bu molekulada insoniyatning eng dolzarb muammolari: saraton, irsiy kasalliklar, qarishning yechimi mavjud.

Odamlarning faqat kichik bir qismi DNKni qanday ochishini biladi. Bundan tashqari, ko'pchilik (va men bundan mustasno emasman) birinchi marta to'liq sarlavhani o'qish qiyin. Sinab ko'rmoqchimisiz?

Deoksiribonuklein kislotasi.

Ha, bu eng yoqimli so'z emas. Dezoksiribonuklein kislotasi (DNK) va ribonuklein kislotasi (RNK) kabi nuklein kislotalar hujayralardagi genetik axborotning kimyoviy tashuvchisi hisoblanadi. Hujayra DNKsi shifrlangan ma'lumotni o'z ichiga oladi, bu hujayra qanday rol o'ynashini, uning o'sishi va bo'linishini nazorat qiladi va hujayra hayoti uchun zarur bo'lgan fermentlar va oqsillarning biosintezini boshqaradi. Nuklein kislotalarning "sof" shaklidan tashqari, nuklein kislotalarning hosilalari ham mavjud, masalan, ATP, ular bir xil darajada muhim rollarni bajaradilar. ATP molekulalar dunyosida o'ziga xos pul birligidir, chunki u ba'zi murakkab birikmalarni sintez qilish uchun sarflanadi.

Nuklein kislotalar biz gaplashadigan biologik molekulalarning to'rtta asosiy sinfining oxirgisidir. Ehtimol, har biringiz sizning barcha jismoniy xususiyatlaringizni aniqlaydigan bunday sirli DNK molekulasi haqida eshitgansiz, ammo ko'pchiligingiz uning kimyoviy nuqtai nazardan nima ekanligini bilishingiz dargumon.

Oqsillar aminokislotalar deb ataladigan kichik birliklardan yaratilgani kabi, nuklein kislotalar ham uzun zanjirga bog'langan nukleotidlardan hosil bo'ladi. Har bir nukleotid uchta asosiy qismdan iborat: uglevod, azotli asos va fosfor kislotasi qoldig'i. RNKda uglevod riboza (shuning uchun nomi: ribonuklein kislotasi) va DNKda uglevod riboza hosilasi bo'lib, u deoksiriboza deb ataladi va faqat bitta kamroq kislorod atomini o'z ichiga olganligi bilan farq qiladi (va shuning uchun nomi: deoksiribonuklein kislotasi). ). DNK tarkibida to'rtta asosiy azotli asoslar mavjud: adenin, timin, guanin va sitozin. RNKda timin o'rniga urasil deb ataladigan juda o'xshash asosni topishingiz mumkin.

DNK va RNK kimyoviy jihatdan o'xshash bo'lsa-da, ular hajmi jihatidan sezilarli darajada farqlanadi. DNK molekulalari juda katta va taxminan 245 million nukleotidni o'z ichiga oladi va ularning molekulyar og'irligi har bir mol uchun 75 milliard grammga etadi. RNK molekulalari nisbatan ancha kichikroq, eng kichigi 21 nukleotidni o'z ichiga oladi va har bir mol uchun 7000 gramm og'irlik qiladi.

Miya hujayralari va teri hujayralari butunlay boshqacha tuzilishga ega bo'lishiga va butunlay boshqa biologik funktsiyalarni bajarishiga qaramasdan, ular aynan bir xil genetik kodga ega, ya'ni. bir xil DNK molekulalari. Bundan tashqari, taxminan har qanday inson DNKsida 30% adenin va timin, 20% guanin va sitozin mavjud. Bundan tashqari, timin va adenin, guanin va sitozin miqdoridagi tenglik hodisasi faqat inson tanasiga xos emas. Bu tabiatda hamma joyda uchraydigan hodisa. Lekin nima uchun?

1953 yilda Jeyms Uotson va Frensis Krik DNK molekulasining haqiqiy ikkilamchi tuzilishini kashf etdilar. Ularning modeliga ko'ra, DNK xuddi spiral zinapoyalarga o'xshab qo'sh spiral burilishlarga aylanadigan ikkita nukleotid zanjiridan iborat. Ikki zanjir bir xil emas, balki bir-birini to'ldiradi va vodorod aloqalari bilan birga tutiladi. Har bir adenin (A) timin (T) bilan bog'lanadi va har bir guanin (G) sitozin (C) bilan bog'lanadi va aksincha. Ya'ni, har safar bir zanjirda A sodir bo'lganda, T boshqa zanjirda paydo bo'ladi, bu fakt har qanday tirik organizmda bir xil miqdordagi A va T, G va C ni ko'rishimizni tushuntiradi.

O'rtacha DNK spiralining har bir aylanishida 10 ga yaqin tayanch juftlari (nukleotidlar) mavjud. Rasmdan ko'rinib turibdiki: DNKning ikkita zanjiri bir-biriga shunday bog'langanki, har xil o'lchamdagi ikkita yiv hosil bo'ladi: katta (kengligi 12A) va kichik (kengligi 6A), bu erda 1 A 10 milliard marta. metrdan kam. Katta truba biroz chuqurroq va biz rasmda ko'rib turganimizdek, barcha azotli asoslar chiroyli parallel chiziqlarga o'ralgan. Gap shundaki, bu asoslar olti va besh a'zoli aromatik halqalarni o'z ichiga oladi, ular olti burchakli va beshburchak shaklga ega. Ular aromatik deb ataladi, chunki ular a) tekis va b) ko'plab qo'sh bog'larni o'z ichiga oladi. Xuddi shu qo'sh bog'lanishlar, masalan, ikki xil aromatik molekulalarning ikkita qo'sh aloqalari bir-biriga parallel ravishda joylashgan bo'lsa, DNK tuzilishini barqarorlashtirishi mumkin. Haqiqiy tuzilishda aynan shunday bo'ladi va biz parallel molekulalarni va ular orasidagi bo'shliqni ko'ramiz. Ko'p sonli polisiklik aromatik molekulalar bu bo'shliqlarga sig'ishi yoki ilmiy til bilan aytganda, interkalatsiyalanishi mumkin. Ko'pgina kanserogenlar (saratonni keltirib chiqaradigan moddalar) va saraton preparatlari interkalatsiya orqali DNK bilan o'zaro ta'sir qilish orqali ishlaydi.

Organizmning genetik ma'lumotlari DNK zanjirida nukleotidlar ketma-ketligi sifatida saqlanadi. Ko'z rangini, soch rangini, terining rangini, xususiyatlarimizni, potentsial bo'yimizni, jismoniy moyilliklarimizni aniqlaydigan barcha genlar - bularning barchasi to'rtta A, T, G va C nukleotidlarining ketma-ketligidir. Xuddi barcha operatsion tizimlar kabi, ular ham DNK to'rtta nukleotidlar ketma-ketligi kabi 0 va 1 ning ketma-ketligidir.

Genetik ma'lumotni saqlash va kelajak avlodlarga etkazish uchun DNKni nusxalash mexanizmi bo'lishi kerak. Ushbu ma'lumotdan foydalanish uchun ushbu kodni ochish va ishlatish mexanizmi bo'lishi kerak. Yaxshi xabar shundaki, bu mexanizmlar ko'proq yoki kamroq tushuniladi.

Frensis Krik bir vaqtlar molekulyar biologiyaning markaziy dogmasini shakllantirgan bo‘lib, unda DNKning vazifasi axborotni RNKga saqlash va uzatish, RNKning vazifasi esa DNKdan olingan ma’lumotlarni o‘qish, deshifrlash va oqsillarni yaratish uchun foydalanishdan iborat ekanligini ta’kidlagan. Garchi bu ko'rinish haddan tashqari sodda ko'rinsa-da, u tafsilotlarni juda yaxshi jamlaydi.

Uchta asosiy jarayon mavjud:

1. Replikatsiya - bu avlodlarga ma'lumot berish uchun DNKning bir xil nusxalarini yaratish jarayoni.
2. Transkripsiya - genetik ma'lumotni o'qish va hujayra yadrosidan oqsil sintezi sodir bo'lgan maxsus stantsiyalarga (ribosomalarga) o'tkazish jarayoni.
3. Tarjima maxsus stantsiyalarda oqsil sintezining o'zi jarayonidir.

DNK replikatsiyasi - bu DNK molekulasining ba'zi joylarida qo'sh spiralning qisman ochilishi bilan boshlanadigan ferment katalizli reaktsiya. Yechish (inglizcha spiral - spiral) fermenti ta'sirida sodir bo'ladi, boshqacha aytganda, ferment kelib, azotli asoslar orasidagi bir nechta vodorod aloqalarini buzadi va shu bilan bir xil pufak hosil qiladi va azotli asoslarni atrof-muhitga aylantiradi. . Shu bilan birga, turli nukleotidlar yaqin atrofda erkin shaklda tinchgina suzadi va ular o'tib ketayotganda DNKning azotli asoslariga yaqinlashadi va ular bilan vodorod aloqalarini hosil qiladi. Shunday qilib, eski ikkita DNK zanjirining har biriga yangi nukleotidlar keladi va ikkita DNK molekulasi hosil bo'ladi, ularning har biri boshlang'ich molekuladan zanjirni o'z ichiga oladi. Nukleotidlar bir-birini to'ldirish printsipiga ko'ra joylashtirilgan va shuning uchun ikkita yangi nusxa bir xil. Replikatsiya jarayonining ko'lami shunchaki hayratlanarli: har bir hujayramizning har bir yadrosi 22 ta xromosomaning ikkita nusxasini va yana ikkita jinsiy xromosomani (jami 46 ta) o'z ichiga oladi. Har bir xromosoma gistonlar deb ataladigan maxsus oqsillar atrofida mahkam o'ralgan bitta katta DNK molekulasidan iborat. Umuman olganda, barcha 46 xromosomada jami 3 milliard tayanch jufti yoki 6 milliard nukleotid borligi taxmin qilinadi. Inson genomining kattaligiga qaramay, jarayon bir necha soat davom etadi va DNK replikatsiyasining o'rtacha tezligi sekundiga 50 nukleotidni tashkil qiladi.

Ammo DNKmizni tez nusxalash xavfli emasmi? DNKda tasodifiy xato va noto'g'ri nukleotid paydo bo'ladi va bu butun genning mutatsiyasini anglatadi! Agar biz DNKimizni ataylab ko'chirsak, har bir bazani bir necha marta tekshirib ko'ramiz, hech kim tasodifiy mutatsiyalarni xohlamaydimi? Hech qanday xatolik yo'qligiga ishonch hosil qilish uchun hujayralar DNK zanjirini qayta o'qiydi va agar kerak bo'lsa, xatolarni tuzatadi. Natijada, har 10-100 milliard nukleotidda bir marta xatolik yuzaga kelishi mumkin. Bundan tashqari, har bir hujayra bo'linishida DNK molekulalari ko'chirilishi va hujayralar hayot davomida bo'linishini hisobga olsak, faqat 60 ta tasodifiy xato (mutatsiya) keyingi avlodga o'tadi.

DNK to'liq nusxalangandan so'ng ikkita yangi nusxa hosil bo'ladi. Bu har bir xromosoma bilan sodir bo'ladi. Oxir oqibat, hujayra ikkita yangi hujayraga bo'linganda, u bir nusxani bitta hujayraga, ikkinchisini boshqasiga o'tkazadi. Xuddi shunday, nasldan naslga genetik ma'lumotlarni uzatish jarayonida ishtirok etadigan jinsiy hujayralar paydo bo'ladi.

Ammo organizm DNK molekulasida shifrlangan ma'lumotni qanday o'qiy oladi? Keling, RNKga qaytaylik. Yuqorida aytib o'tgan edikki, u tuzilish jihatdan DNKga o'xshaydi, lekin tarkibida dezoksiriboza o'rniga riboza va timin o'rniga urasil mavjud. Bizning tanamizda RNKning to'rtta asosiy turi mavjud: xabarchi RNK (mRNK), ribosoma RNK (rRNK), transport RNK (tRNK) va ko'plab kichik RNKlar, shuningdek, funktsional RNKlar deb ham ataladi. Ikkinchisi hujayra ichida juda ko'p turli xil funktsiyalarni bajaradi, masalan, transkripsiya jarayonini to'xtatadi yoki boshqa RNK molekulalarining kimyoviy modifikatsiyasini tezlashtiradi (kataliz).

DNKdagi genetik ma'lumotlar genlar deb ataladigan ma'lum segmentlarda mavjud bo'lib, ularning har biri ma'lum bir oqsilni kodlaydigan nukleotidlarning ma'lum bir ketma-ketligidan iborat. Ha, ha, bu to'g'ri: bizning barcha genlarimiz shunchaki u yoki bu protein sintezini kodlaydigan nukleotidlar ketma-ketligidir. Shu bilan birga, ko'pincha DNK katlanmış shaklda saqlanadi, ammo tananing turli qismlarida DNKning turli qismlari ochiladi, xuddi bir kitobning turli sahifalari ochilgandek. Shuning uchun miya hujayralari, qon hujayralari, mushaklar, bezlar bir xil DNKga ega, ammo ularning tarkibidagi ma'lum oqsillar tomonidan belgilanadigan turli xil funktsiyalar.

Ammo oqsil sintezi qanday sodir bo'ladi? Birinchidan, 1-sonli zanjirda ma'lum bir DNK ketma-ketligi borligini tasavvur qilaylik va uning to'ldiruvchi zanjiri 2-sonli bo'lsin. Transkripsiya paytida maxsus ferment kiradi va yana DNK molekulasining kichik qismini ochadi. Bunday holda, nukleotidlarning ikkala zanjirga birikishi o'rniga, ferment birinchi (kodlash deb ham ataladi) va ribonukleotidlar (ya'ni RNKning bir qismi bo'lganlar) ikkinchi zanjirga (shuningdek, shablon deb ataladi) biriktirilib, xabarchi RNKni hosil qiladi. , bu 2-sonli zanjirni to'ldiruvchi, bu esa o'z navbatida 1-sonli zanjirni to'ldiradi. Umid qilamanki, siz hali adashmagansiz. Natijada, mRNK №1 kodlash zanjiri bilan bir xil, faqat timin o'rniga urasil hamma joyda topiladi.

Ko'pincha tabiatda quyidagi rasm paydo bo'ladi: qandaydir ma'noga ega bo'lgan DNK ketma-ketligi (genlar) bir joyda boshlanadi (ekson deb ataladi), lekin vaqti-vaqti bilan intronlar deb ataladigan ma'nosiz qo'shimchalar (ular oqsilni kodlamaydi degan ma'noda) bilan uzilib qoladi. Yakuniy mRNK faqat bu intronlar spliceosomalar deb ataladigan maxsus fermentlar tomonidan kesilganda paydo bo'ladi. Ha, ehtimol siz biologlar turli atamalarni o'ylab topishni yaxshi ko'rishlariga allaqachon amin bo'lgansiz. Masalan, triosefosfat izomeraza fermentini kodlaydigan makkajo'xori genlari (uglevod almashinuvi jarayonidagi juda muhim bosqich uchun javob beradi) butun ketma-ketlikning taxminan 70% ni egallagan 8 ta kodlanmaydigan intronni va 9 ta kodlovchi ekzonni o'z ichiga oladi. qolgan 30%.

Xo'sh, bizda kodlash ketma-ketligini o'z ichiga olgan mRNK bor, ammo keyin nima qilish kerak? mRNK ribosomaga (oqsil biosintezi uchun maxsus hujayra stantsiyasi) kiradi va u erda boshqa fermentlar, jumladan, turli tRNKlar bilan uchrashadi. mRNKdagi har uchta nukleotid aminokislotalarni kodlaydi. Masalan, aminokislota lizin uchun AAA kodlari va sistein uchun UGC kodlari. Lekin nima uchun tabiat aynan uchta nukleotidni tanladi, ko'p va kam emas? Gap shundaki, ikkita nukleotidning atigi 16 xil ketma-ketligi mavjud (A, T, G, C dan tanlaganda) va biz eslaganimizdek, faqat bitta nukleotid qo'shsangiz, variantlar soni 64 tagacha ko'tariladi , lekin hozir bir xil aminokislota turli DNK ketma-ketligi bilan kodlanishi mumkin. Aminokislotalarning kodlanishiga qaytish: hatto bitta nukleotidni almashtiring va siz boshqa aminokislota olasiz. Agar u muhim rol o'ynagan bo'lsa-chi? Busiz tana allaqachon mutantga aylanadi.

Biz nima bilan yakunlaymiz? DNK nukleotidlar ketma-ketligidan iborat. Genlar nukleotidlar ketma-ketligidir. Bunday uchta nukleotid kodon deb ataladi va ular molekulyar dunyoda shunday harfdir. Har bir harf aminokislotalarni kodlaydi. Lekin kodlash nimani anglatadi? Gap shundaki, 61 ta tRNK mavjud bo'lib, ularning kodonlarni to'ldiruvchi hududlari mavjud va bu tRNKlarning har biri ikkinchi uchida bitta aminokislotani olib yuradi. Protein biosintezi jarayonida tRNK mRNKning komplementar joylariga birikadi va fermentlar boshqa tomondan olib yuradigan aminokislotalarni birlashtiradi. Ammo biz 64 ta kodon borligini aytdik, lekin tRNK atigi 61 taga o'xshaydi, qolgan 3 tasi qayerda? Qolgan 3 tRNK oqsil biosintezi jarayonini to'xtatadi, ya'ni. Har qanday genetik ketma-ketlikning oxirida tanani to'xtatishni aytadigan kodon mavjud. Ushbu murakkab mexanizm bizning barcha genetik xilma-xillikni ta'minlaydi.