DNR molekulių gyvenimas. Kas yra DNR – dezoksiribonukleino rūgštis DNR genetikos struktūra

DNR yra universalus paveldimos informacijos šaltinis ir saugotojas, fiksuojamas naudojant specialią nukleotidų seką, kuri lemia visų gyvų organizmų savybes.

Manoma, kad vidutinė nukleotido molekulinė masė yra 345, o nukleotidų liekanų skaičius gali siekti kelis šimtus, tūkstančius ir net milijonus. DNR daugiausia randama ląstelių branduoliuose. Šiek tiek randama chloroplastuose ir mitochondrijose. Tačiau ląstelės branduolio DNR nėra viena molekulė. Jį sudaro daugybė molekulių, kurios pasiskirsto skirtingose ​​chromosomose, jų skaičius skiriasi priklausomai nuo organizmo. Tai yra struktūrinės DNR ypatybės.

DNR atradimo istorija

DNR struktūrą ir funkcijas atrado Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas, o 1962 m. jiems net buvo suteikta Nobelio premija.

Tačiau Šveicarijos mokslininkas Friedrichas Johannas Miescheris, dirbęs Vokietijoje, pirmasis atrado nukleino rūgštis. 1869 metais tyrinėjo gyvūnų ląsteles – leukocitus. Norėdami juos gauti, jis naudojo tvarsčius su pūliais, kuriuos gavo iš ligoninių. Mischeris iš pūlių išplovė leukocitus ir išskyrė iš jų baltymus. Šių tyrimų metu mokslininkui pavyko nustatyti, kad leukocituose, be baltymų, yra dar kažkas, kažkokia tuo metu nežinoma medžiaga. Tai buvo į siūlą panašios arba flokuliuojančios nuosėdos, kurios išsiskyrė susidarius rūgštinei aplinkai. Įpylus šarmo, nuosėdos iš karto ištirpo.

Naudodamasis mikroskopu mokslininkas atrado, kad leukocitus plaunant druskos rūgštimi, iš ląstelių lieka branduoliai. Tada jis padarė išvadą, kad branduolyje yra nežinoma medžiaga, kurią jis pavadino nukleinu (žodis branduolys vertime reiškia branduolį).

Atlikęs cheminę analizę, Miescheris išsiaiškino, kad naujojoje medžiagoje yra anglies, vandenilio, deguonies ir fosforo. Tuo metu apie organinius fosforo junginius buvo žinoma mažai, todėl Friedrichas tikėjo, kad atrado naują ląstelių branduolyje randamų junginių klasę.

Taigi XIX amžiuje buvo atrastas nukleorūgščių egzistavimas. Tačiau tuo metu niekas net negalėjo pagalvoti apie svarbų vaidmenį, kurį jie atliko.

Paveldimumo medžiaga

DNR struktūra buvo toliau tiriama, o 1944 metais Oswaldo Avery vadovaujama bakteriologų grupė gavo įrodymų, kad ši molekulė nusipelno rimto dėmesio. Mokslininkas daug metų tyrinėjo pneumokokus – organizmus, sukeliančius plaučių uždegimą ar plaučių ligas. Avery atliko eksperimentus maišydamas ligą sukeliančius pneumokokus su gyviems organizmams saugiais. Pirmiausia buvo nužudytos ligą sukeliančios ląstelės, o po to prie jų buvo pridėtos tos, kurios ligos nesukėlė.

Tyrimo rezultatai visus nustebino. Buvo gyvų ląstelių, kurios, sąveikaudamos su negyvais, išmoko sukelti ligas. Mokslininkas išsiaiškino medžiagos, dalyvaujančios informacijos perdavimo gyvoms ląstelėms procese iš negyvų, prigimtį. Paaiškėjo, kad DNR molekulė yra ši medžiaga.

Struktūra

Taigi, būtina suprasti, kokią struktūrą turi DNR molekulė. Jo struktūros atradimas buvo reikšmingas įvykis, dėl kurio susiformavo molekulinė biologija – nauja biochemijos šaka. Ląstelių branduoliuose DNR randama dideliais kiekiais, tačiau molekulių dydis ir skaičius priklauso nuo organizmo tipo. Nustatyta, kad žinduolių ląstelių branduoliuose yra daug šių ląstelių, jos išsidėsčiusios išilgai chromosomų, jų yra 46.

Studijuodamas DNR struktūrą, 1924 m. Feulgenas pirmą kartą nustatė jos lokalizaciją. Eksperimentų metu gauti įrodymai parodė, kad DNR yra mitochondrijose (1-2%). Kitur šių molekulių galima rasti virusinės infekcijos metu, baziniuose kūnuose, taip pat kai kurių gyvūnų kiaušiniuose. Yra žinoma, kad kuo sudėtingesnis organizmas, tuo didesnė DNR masė. Ląstelėje esančių molekulių skaičius priklauso nuo funkcijos ir paprastai yra 1-10%. Mažiausiai jų randama miocituose (0,2 proc.), daugiausia – lytinėse ląstelėse (60 proc.).

DNR struktūra parodė, kad aukštesniųjų organizmų chromosomose jie yra susiję su paprastais baltymais – albuminais, histonais ir kitais, kurie kartu sudaro DNP (dezoksiribonukleoproteiną). Paprastai didelė molekulė yra nestabili, o tam, kad evoliucijos metu ji išliktų nepažeista ir nepakitusi, buvo sukurta vadinamoji taisymo sistema, susidedanti iš fermentų - ligazių ir nukleazių, atsakingų už ląstelių „remontą“. molekulė.

DNR cheminė struktūra

DNR yra polimeras, polinukleotidas, susidedantis iš daugybės (iki dešimčių tūkstančių milijonų) mononukleotidų. DNR struktūra tokia: mononukleotiduose yra azoto bazių – citozino (C) ir timino (T) – iš pirimidino darinių, adenino (A) ir guanino (G) – iš purino darinių. Be azoto bazių, žmogaus ir gyvūnų molekulėje yra 5-metilcitozino, nedidelės pirimidino bazės. Azoto bazės jungiasi su fosforo rūgštimi ir dezoksiriboze. DNR struktūra parodyta žemiau.

Chargaff taisyklės

DNR struktūrą ir biologinį vaidmenį tyrė E. Chargaffas 1949 m. Atlikdamas tyrimą, jis nustatė modelius, kurie stebimi kiekybiniame azoto bazių pasiskirstyme:

1. ∑T + C = ∑A + G (ty pirimidino bazių skaičius yra lygus purino bazių skaičiui).
2. Adenino liekanų skaičius visada lygus timino likučių skaičiui, o guanino – citozinui.
3. Specifiškumo koeficientas turi formulę: G+C/A+T. Pavyzdžiui, žmogui – 1,5, jaučiui – 1,3.
4. „A + C“ suma yra lygi „G + T“ sumai, tai yra, adenino ir citozino yra tiek pat, kiek guanino ir timino.

DNR struktūros modelis

Jį sukūrė Watsonas ir Crickas. Fosfato ir dezoksiribozės liekanos yra išilgai dviejų polinukleotidų grandinių, susuktų spirale, pagrindo. Nustatyta, kad pirimidino ir purino bazių plokštumos struktūros yra statmenos grandinės ašiai ir sudaro tarsi spiralės formos kopėčių laiptelius. Taip pat nustatyta, kad A visada yra prijungtas prie T naudojant du vandenilinius ryšius, o G yra prijungtas prie C trimis tokiomis pačiomis jungtimis. Šis reiškinys buvo pavadintas „selektyvumo ir papildomumo principu“.

Struktūrinio organizavimo lygiai

Polinukleotidų grandinė, sulenkta kaip spiralė, yra pirminė struktūra, turinti tam tikrą kokybinį ir kiekybinį mononukleotidų rinkinį, susietą 3',5'-fosfodiesterio ryšiu. Taigi kiekviena grandinė turi 3' galą (dezoksiribozė) ir 5' galą (fosfatas). Regionai, kuriuose yra genetinės informacijos, vadinami struktūriniais genais.

Dvigubos spiralės molekulė yra antrinė struktūra. Be to, jo polinukleotidinės grandinės yra antilygiagrečios ir yra sujungtos vandeniliniais ryšiais tarp papildomų grandinių bazių. Nustatyta, kad kiekviename šios spiralės posūkyje yra po 10 nukleotidų liekanų, jos ilgis 3,4 nm. Šią struktūrą taip pat palaiko van der Waals sąveikos jėgos, kurios stebimos tarp tos pačios grandinės pagrindų, įskaitant atstumiančius ir patrauklius komponentus. Šios jėgos paaiškinamos kaimyninių atomų elektronų sąveika. Elektrostatinė sąveika taip pat stabilizuoja antrinę struktūrą. Jis atsiranda tarp teigiamai įkrautų histono molekulių ir neigiamai įkrautos DNR grandinės.

Tretinė struktūra yra DNR grandinių vyniojimas aplink histonus arba superspiralė. Aprašyti penki histonų tipai: H1, H2A, H2B, H3, H4.

Nukleosomų susilankstymas į chromatiną yra ketvirtinė struktūra, todėl kelių centimetrų ilgio DNR molekulė gali susilankstyti iki 5 nm.

DNR funkcijos

Pagrindinės DNR funkcijos yra šios:

1. Paveldimos informacijos saugojimas. Baltymų molekulėje randamų aminorūgščių seka nustatoma pagal nukleotidų liekanų išsidėstymą DNR molekulėje. Taip pat užšifruojama visa informacija apie organizmo savybes ir savybes.
2. DNR gali perduoti paveldimą informaciją kitai kartai. Tai įmanoma dėl gebėjimo replikuotis – savaiminio dubliavimosi. DNR gali suskaidyti į dvi viena kitą papildančias grandines ir kiekvienoje iš jų (pagal komplementarumo principą) atkuriama pradinė nukleotidų seka.
3. DNR pagalba vyksta baltymų, fermentų ir hormonų biosintezė.

Išvada

DNR struktūra leidžia jai būti genetinės informacijos saugotoja ir perduoti ją ateities kartoms. Kokias savybes turi ši molekulė?

1. Stabilumas. Tai įmanoma dėl glikozidinių, vandenilio ir fosfodiesterio jungčių, taip pat dėl ​​sukeltų ir spontaniškų pažeidimų atstatymo mechanizmo.
2. Galimybė replikuoti. Šis mechanizmas leidžia išlaikyti diploidinį chromosomų skaičių somatinėse ląstelėse.
3. Genetinio kodo egzistavimas. Transliacijos ir transkripcijos procesų metu DNR randama bazių seka paverčiama aminorūgščių seka, randama polipeptidinėje grandinėje.
4. Gebėjimas atlikti genetinę rekombinaciją. Tokiu atveju susidaro nauji genų deriniai, kurie yra susieti vienas su kitu.

Taigi DNR struktūra ir funkcijos leidžia jai atlikti neįkainojamą vaidmenį gyvose būtybėse. Yra žinoma, kad kiekvienoje žmogaus ląstelėje randamų 46 DNR molekulių ilgis siekia beveik 2 m, o nukleotidų porų skaičius – 3,2 mlrd.

Turinys

Ląstelinės DNR santrumpa daugeliui pažįstama iš mokyklos biologijos kurso, tačiau tik nedaugelis gali lengvai atsakyti, kas tai yra. Tik baigus studijas atmintyje lieka tik miglota paveldimumo ir genetikos idėja. Kartais gali prireikti žinoti, kas yra DNR ir kokią įtaką ji daro mūsų gyvenimui.

DNR molekulė

Biochemikai išskiria tris makromolekulių tipus: DNR, RNR ir baltymus. Dezoksiribonukleorūgštis yra biopolimeras, atsakingas už duomenų apie paveldimus požymius, savybes ir rūšies vystymąsi perdavimą iš kartos į kartą. Jo monomeras yra nukleotidas. Kas yra DNR molekulės? Tai yra pagrindinis chromosomų komponentas ir jame yra genetinis kodas.

DNR struktūra

Anksčiau mokslininkai įsivaizdavo, kad DNR struktūros modelis yra periodinis, kur kartojasi identiškos nukleotidų grupės (fosfato ir cukraus molekulių deriniai). Tam tikras nukleotidų sekų derinys suteikia galimybę „koduoti“ informaciją. Tyrimų dėka paaiškėjo, kad skirtinguose organizmuose struktūra skiriasi.

Amerikiečių mokslininkai Alexanderis Richas, Davidas Davisas ir Gary Felsenfeldas ypač garsėja tyrinėjant klausimą, kas yra DNR. Jie pateikė trijų spiralių nukleorūgšties aprašymą 1957 m. Po 28 metų mokslininkas Maksimas Davidovičius Frankas-Kamenitskis pademonstravo, kaip dezoksiribonukleino rūgštis, susidedanti iš dviejų spiralių, susilanksto į 3 gijų H formą.

Dezoksiribonukleino rūgšties struktūra yra dvigrandė. Jame nukleotidai yra sujungti poromis ir sudaro ilgas polinukleotidų grandines. Šios grandinės leidžia sudaryti dvigubą spiralę naudojant vandenilio ryšius. Išimtis yra virusai, turintys vienos grandinės genomą. Yra linijinė DNR (kai kurie virusai, bakterijos) ir žiedinė (mitochondrijos, chloroplastai).

DNR sudėtis

Be žinių apie tai, iš ko sudaryta DNR, nebūtų jokios medicinos pažangos. Kiekvienas nukleotidas susideda iš trijų dalių: pentozės cukraus liekanos, azoto bazės ir fosforo rūgšties liekanos. Remiantis junginio savybėmis, rūgštis gali būti vadinama dezoksiribonukleine arba ribonukleine. DNR yra daugybė dviejų bazių mononukleotidų: citozino ir timino. Be to, jame yra pirimidino darinių, adenino ir guanino.

Biologijoje yra apibrėžimas, vadinamas DNR – šiukšlių DNR. Jo funkcijos vis dar nežinomos. Alternatyvi pavadinimo versija yra „nekoduojama“, o tai nėra teisinga, nes jame yra koduojančių baltymų ir transpozonų, tačiau jų paskirtis taip pat yra paslaptis. Viena iš darbinių hipotezių rodo, kad tam tikras šios makromolekulės kiekis prisideda prie struktūrinio genomo stabilizavimo mutacijų atžvilgiu.

Kur yra

Vieta ląstelės viduje priklauso nuo rūšies savybių. Vienaląsčiuose organizmuose DNR yra membranoje. Kitose gyvose būtybėse jis yra branduolyje, plastiduose ir mitochondrijose. Jei kalbėtume apie žmogaus DNR, ji vadinama chromosoma. Tiesa, tai nėra visiškai tiesa, nes chromosomos yra chromatino ir dezoksiribonukleino rūgšties kompleksas.

Vaidmuo narve

Pagrindinis DNR vaidmuo ląstelėse yra paveldimų genų perdavimas ir ateities kartos išlikimas. Nuo to priklauso ne tik išoriniai būsimo individo duomenys, bet ir jo charakteris bei sveikata. Dezoksiribonukleorūgštis yra superspiralinės būsenos, tačiau norint, kad gyvybės procesas būtų kokybiškas, ji turi būti nesusukta. Tam jai padeda fermentai – topoizomerazės ir helikazės.

Topoizomerazės yra nukleazės ir gali pakeisti sukimo laipsnį. Dar viena jų funkcija – dalyvavimas transkripcijoje ir replikacijoje (ląstelių dalijimasis). Helikazės nutraukia vandenilinius ryšius tarp bazių. Yra ligazės fermentai, kurie „sujungia“ ryšius, ir polimerazės, kurios dalyvauja naujų polinukleotidų grandinių sintezėje.

Kaip iššifruojama DNR

Ši biologijos santrumpa yra žinoma. Pilnas DNR pavadinimas yra dezoksiribonukleino rūgštis. Ne visi gali tai pasakyti pirmą kartą, todėl DNR dekodavimas dažnai praleidžiamas kalboje. Taip pat yra RNR sąvoka – ribonukleino rūgštis, susidedanti iš aminorūgščių sekų baltymuose. Jie yra tiesiogiai susiję, o RNR yra antra pagal svarbą makromolekulė.

Žmogaus DNR

Žmogaus chromosomos yra atskirtos branduolyje, todėl žmogaus DNR yra stabiliausia ir išsamiausia informacijos nešėja. Genetinės rekombinacijos metu spiralės yra atskiriamos, sukeičiamos sekcijos, o tada ryšys atkuriamas. Dėl DNR pažeidimo susidaro naujos kombinacijos ir raštai. Visas mechanizmas skatina natūralią atranką. Vis dar nežinoma, kiek laiko jis buvo atsakingas už genomo perdavimą ir kokia buvo jo metabolinė evoliucija.

Kas atidarė

Pirmasis DNR struktūros atradimas priskiriamas anglų biologams Jamesui Watsonui ir Francisui Crickui, kurie 1953 metais atskleidė molekulės struktūrines ypatybes. Jį 1869 m. rado šveicarų gydytojas Friedrichas Miescheris. Jis tyrinėjo gyvūnų ląstelių cheminę sudėtį, naudodamas leukocitus, kurie masiškai kaupiasi pūlinguose pažeidimuose.

Miescheris tyrinėjo baltųjų kraujo kūnelių, izoliuotų baltymų plovimo metodus, kai atrado, kad be jų yra dar kažkas. Apdorojant indo apačioje susidarė dribsnių nuosėdos. Ištyręs šias nuosėdas mikroskopu, jaunasis gydytojas aptiko branduolius, kurie liko po gydymo druskos rūgštimi. Jame buvo junginys, kurį Friedrichas pavadino nukleinu (iš lotynų kalbos nucleus – branduolys).

DNR savybes lemia jos struktūra:

1. Universalumas– DNR konstravimo principai yra vienodi visiems organizmams.

2. Specifiškumas- nustatomas pagal azoto bazių santykį: A + T,

kuri būdinga kiekvienai rūšiai. Taigi žmonėms jis yra 1,35, bakterijoms - 0,39

Specifiškumas priklauso nuo:

nukleotidų skaičius

nukleotidų tipas

nukleotidų išsidėstymas DNR grandinėje

2. Replikacija arba DNR savidubliacija: DNR↔DNR. Ląstelinių organizmų genetinė programa įrašyta DNR nukleotidų sekoje. Norint išsaugoti unikalias organizmo savybes, būtina tiksliai atkurti šią seką kiekvienoje paskesnėje kartoje. Ląstelių dalijimosi metu DNR kiekis turi padvigubėti, kad kiekviena dukterinė ląstelė galėtų gauti visą DNR spektrą, t.y. bet kurioje besidalijančioje žmogaus somatinėje ląstelėje turi būti nukopijuotos 6,4 * 10 9 nukleotidų poros. DNR padvigubėjimo procesas vadinamas replikacija. Replikacija reiškia šablono sintezės reakcijas. Replikacijos metu kiekviena iš dviejų DNR grandžių tarnauja kaip šablonas papildomai (dukterinei) grandinei formuoti. Tai vyksta ląstelės ciklo tarpfazės S periodu. Didelis replikacijos proceso patikimumas garantuoja beveik be klaidų genetinės informacijos perdavimą per kelias kartas. Trigerinis signalas DNR sintezės pradžiai S periode yra vadinamasis S faktorius (specifiniai baltymai). Žinant replikacijos greitį ir eukariotinės chromosomos ilgį, galima apskaičiuoti replikacijos laiką, kuris teoriškai siekia kelias dienas, tačiau praktiškai replikacija vyksta per 6–12 valandų. Iš to išplaukia, kad replikacija eukariotuose vienu metu prasideda keliose vienos DNR molekulės vietose.

Replikacijos vienetas yra replikonas. Replikonas yra DNR dalis, kurioje vyksta replikacija. Replikonų skaičius tarpfazinėje chromosomoje eukariotuose gali siekti 100 ar daugiau. Žinduolių ląstelėje gali būti 20-30 tūkstančių replikonų, žmogaus - maždaug 50 tūkstančių Esant fiksuotam grandinės augimo greičiui (eukariotuose - 100 nukleotidų per sekundę), daugkartinė iniciacija užtikrina didesnį proceso greitį ir sumažinimą. laiko, reikalingo išplėstų chromosomų dalių dubliavimuisi, tų. eukariotuose tai atliekama polireplikonas replikacija. (21 pav.)

Replikone yra visi reikalingi genai ir reguliavimo sekos, kurios įgalina replikaciją. Kiekvienas replikonas aktyvuojamas vieną kartą ląstelių dalijimosi metu. Replikacija kontroliuojama iniciacijos etape. Kai bus pradėtas dubliavimo procesas, jis tęsis tol, kol bus nukopijuotas visas replikonas.

Prokariotuose visa DNR yra vienas replikonas.

21 pav. Eukariotų chromosomų DNR replikacija. Replikacija vyksta dviem kryptimis iš skirtingų replikacijos šaltinių (Ori), susidaro pūslelės. „Burbulas“ arba „akis“ yra replikuotos DNR sritis nereplikuotoje DNR. (A. S. Konichev, G. A. Sevastyanova, 2005, p. 213)

Replikacijos procese dalyvaujantys fermentai sujungiami į multifermentinį kompleksą. Prokariotų DNR replikacijoje dalyvauja 15 fermentų, o eukariotuose – daugiau nei 30, t.y. replikacija yra labai sudėtingas ir itin tikslus kelių etapų fermentinis procesas. Fermentiniai kompleksai apima šiuos fermentus:

1) DNR polimerazės (I, III), katalizuoja komplementarų kopijavimą, t.y. yra atsakingi už dukterinės grandinės augimą. (22 pav.) Prokariotai dauginasi 1000 nukleotidų per sekundę greičiu, o eukariotai – 100 nukleotidų per sekundę greičiu. Sumažėjęs eukariotų sintezės greitis yra susijęs su sudėtinga histono baltymų disociacija, kurie turi būti pašalinti, kad DNR polimerazė judėtų DNR grandine replikacijos šakėje.

2) DNR – primasė. DNR polimerazės gali pailginti polinukleotidų grandinę, sujungdamos esamus nukleotidus. Todėl, kad DNR polimerazė pradėtų DNR sintezę, jai reikia pradmenų arba pradmenų (iš angliško pradmens). DNR primasė sintezuoja tokį pradmenį, kuris vėliau pakeičiamas DNR segmentais. (22 pav.).

3) DNR ligazė sujungia Okazaki fragmentus vienas su kitu, sudarydama fosfodiesterio ryšį.

4) DNR – helikazė, išvynioja DNR spiralę, nutraukia tarp jų esančius vandenilinius ryšius. Dėl to susidaro dvi pavienės skirtingai nukreiptos DNR šakos (22 pav.).

5) SSB – baltymai, kurie jungiasi prie vienagrandės DNR ir ją stabilizuoja, t.y. jie sudaro sąlygas papildomam poravimuisi.

DNR replikacija neprasideda bet kuriame atsitiktiniame molekulės taške, o tam tikrose vietose, vadinamose replikacijos srities (-ių) pradžios (Ori). Jie turi specifines nukleotidų sekas, kurios palengvina grandinių atskyrimą (21 pav.). Dėl replikacijos inicijavimo Ori taške susidaro viena ar dvi replikacijos šakės – vietos, kur atsiskiria pirminės DNR grandinės. Kopijavimo procesas tęsiasi tol, kol DNR visiškai pasikartoja arba kol susilieja dviejų gretimų replikacijos šaltinių replikacijos šakės. Replikacijos pradmenys eukariotuose yra išsibarstę chromosomoje 20 000 nukleotidų porų atstumu (21 pav.).

22 pav. DNR replikacija (paaiškinimas tekste). (B. Alberts ir kt., 1994, t. 2, p. 82)

Fermentas - helikaze– nutraukia vandenilinius ryšius, t.y. išsivynioja dvigubą grandinę, suformuodama dvi skirtingai nukreiptas DNR šakas (22 pav.). Viengrandžius regionus sieja specialūs SSB baltymai, kurie išsirikiuoja už kiekvienos motininės grandinės ir atitraukia juos vienas nuo kito. Dėl to azoto bazės gali prisijungti prie papildomų nukleotidų. Šių suartėjimo metu išsišakoja DNR replikacijos kryptimi, išsidėsto fermentas DNR polimerazė, kuris katalizuoja procesą ir kontroliuoja komplementariosios sintezės tikslumą. Šio fermento darbo ypatumas – jo vienkryptiškumas, t.y. statyba dukterinė DNR grandinė eina kryptimi nuo 5" pabaiga iki 3" . Vienoje motininėje grandinėje vyksta dukterinės DNR sintezė nuolat(pirmaujanti grandinė). Ji auga iš 5" iki 3" baigiasi replikacijos šakutės judėjimo kryptimi, todėl reikia tik vieno inicijavimo veiksmo. Kitoje motininėje grandinėje dukterinės grandinės sintezė vyksta trumpų fragmentų pavidalu su įprasta 5" - 3" poliškumas ir fermentų pagalba - ligazė jie susiuvami į vieną ištisinę atsiliekančią grandinę. Todėl atsiliekančios grandinės sintezei reikia kelių inicijavimo veiksmų (taškų).

Šis sintezės metodas vadinamas pertraukiamas replikavimas. Fragmentų sritys, susintetintos atsiliekančioje grandinėje, yra pavadintos fragmentais atradėjo garbei Okazaki. Jų yra visose besidauginančiose DNR – tiek prokariotuose, tiek eukariotuose. Jų ilgis atitinka 1000–2000 nukleotidų prokariotuose ir 100–200 eukariotų. Taip replikacijos rezultate susidaro 2 identiškos DNR molekulės, kuriose viena grandinė yra motininė, kita – naujai susintetinta. Šis replikacijos tipas vadinamas pusiau konservatyvus. Prielaidą apie šį replikacijos metodą padarė J. Watsonas ir F. Crickas, o 1958 m. M. Meselsonas Ir F. Stalemas. Po replikacijos chromatinas yra 2 suskaidytų DNR molekulių, sujungtų centromeru, sistema.

Replikacijos proceso metu gali atsirasti klaidų, kurios tokiu pačiu dažnumu pasitaiko prokariotuose ir eukariotuose - vienas iš 10 8 -10 10 nukleotidų, t.y. vidutiniškai 3 klaidos viename genome. Tai yra didelio replikacijos procesų tikslumo ir koordinavimo įrodymas.

Replikacijos klaidos ištaisomos naudojant DNR polimerazę III („korektūros mechanizmą“) arba taisymo sistemą.

2. Reparacija– tai DNR savybė atkurti jos vientisumą, t.y. pataisyti žalą. Paveldimos informacijos perdavimas neiškreipta forma yra svarbiausia tiek atskiro organizmo, tiek visos rūšies išlikimo sąlyga. Dauguma pokyčių yra žalingi ląstelei – sukelia mutacijas, blokuoja DNR replikaciją arba sukelia ląstelės mirtį. DNR yra nuolat veikiama spontaniškų (replikacijos klaidos, nukleotidų struktūros sutrikimas ir kt.) ir indukuotų (UV švitinimas, jonizuojanti spinduliuotė, cheminiai ir biologiniai mutagenai) aplinkos veiksnių. Evoliucijos eigoje buvo sukurta sistema, leidžianti ištaisyti DNR pažeidimus - DNR taisymo sistema. Dėl jo veiklos 1000 DNR pažeidimų tik vienas sukelia mutacijas. Žala yra bet koks DNR pokytis, sukeliantis nukrypimą nuo įprastos dvigrandės struktūros:

1) vienos krypties lūžių atsiradimas;

2) vienos iš bazių pašalinimas, dėl ko jo homologas lieka nesuporuotas;

3) vienos papildomos poros bazės pakeitimas kita, neteisingai suporuota su partnerio baze;

4) kovalentinių ryšių atsiradimas tarp vienos DNR grandinės bazių arba tarp bazių priešingose ​​grandinėse.

Remontas gali vykti prieš DNR padvigubėjimą (prieš replikacinį atstatymą) ir po DNR padvigubėjimo (po replikacijos). Priklausomai nuo mutagenų pobūdžio ir DNR pažeidimo laipsnio, ląstelėje atsiranda šviesa (fotoreaktyvacija), tamsa, SOS remontas ir kt.

Pagalvok tai fotoreaktyvacija atsiranda ląstelėje, jei DNR pažeidimą sukelia natūralios sąlygos (fiziologinės organizmo savybės, normalūs aplinkos veiksniai, įskaitant ultravioletinius spindulius). Šiuo atveju DNR vientisumo atstatymas vyksta dalyvaujant matomai šviesai: taisomasis fermentas aktyvuojamas matomos šviesos kvantų, prisijungia prie pažeistos DNR, atskiria pažeistos vietos pirimidino dimerus ir atkuria DNR grandinės vientisumą.

Tamsus remontas (iškirpimas) pastebėtas po jonizuojančiosios spinduliuotės, cheminių medžiagų ir kt. Tai apima pažeistos vietos pašalinimą ir normalios DNR molekulės struktūros atkūrimą (23 pav.). Šio tipo taisymui reikalinga antroji papildoma DNR grandinė. Tamsus remontas yra daugiapakopis, apimantis fermentų kompleksą, būtent:

1) fermentas, atpažįstantis pažeistą DNR grandinės atkarpą

2) DNR – endonukleazė, daro pertrauką pažeistoje DNR grandinėje

3) egzonukleazė pašalina pakitusią DNR grandinės dalį

4) DNR polimerazė I sintezuoja naują DNR sekciją, kuri pakeis ištrintą

5) DNR ligazė sujungia senosios DNR grandinės galą su naujai susintetinta, t.y. uždaro du DNR galus (23 pav.). 25 fermentų baltymai dalyvauja tamsoje žmogaus organizme.

Esant dideliam DNR pažeidimui, kuris kelia grėsmę ląstelių gyvybei, jis įsijungia SOS remontas. SOS reparacija buvo atrasta 1974 m. Šio tipo taisymas pastebimas po didelių jonizuojančiosios spinduliuotės dozių poveikio. Būdingas SOS remonto bruožas yra pirminės DNR struktūros atkūrimo netikslumas, todėl jis gavo pavadinimą klaidų tikimybės pataisymai. Pagrindinis SOS remonto tikslas – palaikyti ląstelių gyvybingumą.

Remonto sistemos sutrikimai gali sukelti priešlaikinį senėjimą, vėžio vystymąsi, autoimuninės sistemos ligas, ląstelės ar organizmo mirtį.

Ryžiai. 23. Pažeistos DNR taisymas pakeičiant modifikuotus nukleotidų likučius (tamsi remontas arba ekscizijos taisymas). (M. Singer, P. Berg, 1998, t. 1, p. 100)

Nukleorūgštys yra sudėtingi, didelės molekulinės masės biopolimerai. Šios medžiagos pirmą kartą buvo aptiktos ląstelės branduolyje, taigi ir jų pavadinimas (iš lotynų kalbos branduolys – branduolys). Vėliau buvo nustatyta, kad nukleino rūgščių yra ir ląstelių citoplazmoje.

Nukleino rūgščių struktūros iššifravime dalyvavo daug mokslininkų, tokių kaip F. Miescheris, E. Chargaffas, R. Franklinas ir kiti, tačiau amerikiečių biochemikui J. Watsonui ir anglų genetikui F. Crickui pavyko galutinai išspręsti nukleorūgščių struktūrą. rūgštys 1953 m., už tai buvo apdovanotos Nobelio premija, o jų atradimas buvo pripažintas vienu didžiausių XX a.

Yra dviejų tipų nukleino rūgštys: DNR – dezoksiribonukleorūgštys Ir RNR – ribonukleino rūgštys. Jų molekulės yra polimerai, kurių monomerai yra nukleotidai. Į siūlus panašių DNR molekulių ilgis žmogaus kūno ląstelėse yra keli centimetrai. Bendras DNR ilgis 26 porose žmogaus chromosomų yra maždaug 1,5 metro. RNR molekulės yra trumpesnės – kiekvienos iš jų ilgis neviršija 0,01 mm.

Nukleotidai - nukleorūgščių monomerai, savo ruožtu, turi sudėtingą struktūrą. Kiekvienas nukleotidas susideda iš trijų dalių: azoto bazės, paprasto pentozės angliavandenio ir fosforo rūgšties liekanos:

DNR nukleotidai savo struktūra skiriasi nuo RNR nukleotidų. DNR molekulėse yra keturių tipų nukleotidai, kurie skiriasi vienas nuo kito azotinėmis bazėmis, tarp kurių yra žinomos: adeninas, guaninas, citozinas ir timinas. Priklausomai nuo to, kuri iš keturių tipų azoto bazių yra DNR nukleotido dalis, ji atitinkamai vadinama adeninu, guaninu, citozinu arba timinu. Nukleotidai sutrumpintai vadinami A, G, C, T. Angliavandenis, kuris yra LNA nukleotidų dalis. Jis visada yra tas pats – tai yra nuolatinis ir nekintantis visų DNR nukleotidų komponentas yra fosforo rūgšties liekana. Taigi, vienas iš DNR nukleotidų, pavyzdžiui, adeninas A, gali būti schematiškai pavaizduotas taip:

Nukleotidai sujungiami į vieną grandinę, sudarydami kovalentinius ryšius tarp vienos dezoksiribozės ir sekančio nukleotido fosforo rūgšties liekanos (1 pav.).

DNR molekulę sudaro ne viena, o dvi nukleotidų grandinės, kurios viena į kitą orientuotos azotinėmis bazėmis ir tarp kurių susidaro vandenilio ryšiai. Tokių ryšių tarp skirtingų azoto bazių skaičius nėra vienodas, todėl jie gali būti sujungti tik poromis: vienos polinukleotidinės grandinės azoto bazės adeninas visada yra sujungtas dviem vandeniliniais ryšiais su kitos grandinės timinu, o guaninas – trimis vandeniliniais ryšiais su priešingos polinukleotidinės grandinės azoto baze citozinu. Šis gebėjimas selektyviai sujungti nukleotidus vadinamas papildomumo(iš lot. komplementum – papildymas).

Ryžiai. 1. DNR struktūra

Erdvėje DNR molekulė yra susukta dviguba spiralė (antrinė DNR struktūra), kuri, savo ruožtu, patiria tolesnį erdvinį paketą, sudarydama tretinę struktūrą - superspiralę. Ši struktūra būdinga eukariotų chromosomų DNR ir atsiranda dėl sąveikos tarp DNR ir branduolinių baltymų. Taigi didžiausios žmogaus chromosomos DNR ilgis yra 8 cm, tačiau ji yra susukta taip, kad galiausiai neviršytų 5 nm.

Pagrindinė DNR molekulės savybė yra gebėjimas savarankiškai daugintis ( replikacija) (2 pav.).

Prieš replikaciją, dviguba DNR molekulės spiralė išsivynioja ir skyla į dvi grandines, kurių kiekviena tarnauja kaip matrica (forma)

principu papildomumo nauja (vaikiška) grandinėlė. Medžiaga naujai DNR grandinei sukurti yra nukleotidai, kurie visada yra laisvos būsenos branduolyje. Šis procesas vyksta prieš ląstelių dalijimąsi ir yra chromosomų skaičiaus padvigubėjimo pagrindas.

Ryžiai. 2. DNR dvigubos spiralės replikacija

DNR molekulės nukleotidai koduoja aminorūgščių seką baltymo molekulėje – tai pagrindinė DNR funkcija – saugoti paveldimą informaciją. Viena aminorūgštis baltymo molekulėje koduoja 3 DNR molekulės nukleotidus. Genas – tai DNR molekulės dalis, kurioje įrašyta vienos baltymo molekulės aminorūgščių seka.

Norint išsamiai suprasti PGR diagnostikos metodo esmę, būtina trumpai susipažinti su mokyklos biologijos kursu.

Iš mokyklinių vadovėlių taip pat žinome, kad dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) yra universali genetinės informacijos ir paveldimų savybių nešėja visuose Žemėje egzistuojančiuose organizmuose. Vienintelės išimtys yra kai kurie mikroorganizmai, pavyzdžiui, virusai – jų universalus genetinės informacijos nešėjas yra RNR – viengrandė ribonukleino rūgštis.

DNR molekulės struktūra

DNR molekulės atradimas įvyko 1953 m. Francis Crick ir James Watson atrado dvigubos DNR spiralės struktūrą, jų darbas vėliau buvo apdovanotas Nobelio premija.

DNR yra dviguba grandinė, susukta į spiralę. Kiekvienas siūlas susideda iš „plytų“ - nuosekliai sujungtų nukleotidų. Kiekviename DNR nukleotide yra viena iš keturių azoto bazių – guaninas (G), adeninas (A) (purinai), timinas (T) ir citozinas (C) (pirimidinai), susijęs su dezoksiriboze, kuri savo ruožtu turi prijungtą fosfato grupę. Gretimi nukleotidai grandinėje yra sujungti vienas su kitu fosfodiesterio ryšiu, sudarytu iš 3’-hidroksilo (3’-OH) ir 5’-fosfato grupių (5’-PO3). Ši savybė lemia DNR poliškumą, ty priešingas kryptis, būtent 5' ir 3' galus: vienos grandinės 5' galas atitinka antrosios grandinės 3' galą.

0 Masyvas ( => Analizės) Masyvas ( => 2) Masyvas ( =>.html) 2

DNR struktūra

Pirminė DNR struktūra yra linijinė DNR nukleotidų seka grandinėje. Nukleotidų seka DNR grandinėje rašoma raidės DNR formulės forma: pavyzdžiui - AGTCATGCCAG, įrašas daromas nuo 5' iki 3' DNR grandinės galo.

Antrinė DNR struktūra susidaro dėl nukleotidų (dažniausiai azoto bazių) sąveikos tarpusavyje, vandenilinių ryšių. Klasikinis DNR antrinės struktūros pavyzdys yra DNR dviguba spiralė. DNR dviguba spiralė yra labiausiai paplitusi DNR forma gamtoje, susidedanti iš dviejų DNR polinukleotidų grandinių. Kiekvienos naujos DNR grandinės konstravimas vykdomas pagal komplementarumo principą, t.y., kiekviena vienos DNR grandinės azotinė bazė atitinka griežtai apibrėžtą kitos grandinės bazę: komplementarioje poroje T yra priešinga A, o C yra priešinga G ir kt.

DNR sintezė. Replikacija

Unikali DNR savybė yra jos gebėjimas padvigubėti (replikuotis). Gamtoje DNR replikacija vyksta taip: specialių fermentų (girazių), kurie atlieka katalizatoriaus funkciją (reakciją greitinančios medžiagos), spiralė ląstelėje išsivynioja toje srityje, kurioje turėtų vykti replikacija (DNR padvigubėjimas). Tada vandeniliniai ryšiai, jungiantys siūlus, nutrūksta ir siūlai išsiskiria.

Statant naują grandinę, aktyvus „statytojas“ yra specialus fermentas - DNR polimerazė. DNR padvigubėjimui taip pat reikalingas sluoksnio blokas arba „pamatas“, kuris yra mažas dvigrandė DNR fragmentas. Šis pradinis blokas, tiksliau, komplementari pradinės DNR grandinės dalis, sąveikauja su pradmeniu, viengrandžiu 20-30 nukleotidų fragmentu. DNR replikacija arba klonavimas vyksta abiejose grandinėse vienu metu. Iš vienos DNR molekulės susidaro dvi DNR molekulės, kurių viena grandinė yra iš motininės DNR molekulės, o antroji, dukterinė, naujai susintetinta.

gastroenterologija diagnostikos kompleksas - 5 360 rublių

TIK KOVĄ sutaupote - 15%

1000 rublių EKG įrašymas su interpretacija

- 25%pirminis
Gydytojo vizitas
terapeutas savaitgaliais

980 rub. pradinis susitikimas su hirudoterapeutu

susitikimas su terapeutu - 1130 rublių (vietoj 1500 rublių) „Tik kovo mėnesį, šeštadieniais ir sekmadieniais, priėmimai pas bendrosios praktikos gydytoją su 25% nuolaida – 1130 rublių, o ne 1500 rublių (diagnostinės procedūros apmokamos pagal kainoraštį)

Taigi, DNR replikacijos (dvigubinimo) procesas apima tris pagrindinius etapus:

• DNR spiralės išskleidimas ir sruogų išsiskyrimas
• Gruntų tvirtinimas
• Naujos dukterinės grandinės DNR grandinės susidarymas

PGR analizė paremta DNR replikacijos principu – DNR sinteze, kurią šiuolaikiniams mokslininkams pavyko atkurti dirbtinai: laboratorijoje gydytojai priverčia padvigubinti DNR, bet ne visą DNR grandinę, o nedidelį jos fragmentą.

DNR funkcijos

Žmogaus DNR molekulė yra genetinės informacijos nešėja, kuri, naudojant genetinį kodą, užrašoma nukleotidų sekos pavidalu. Dėl aukščiau aprašytos DNR replikacijos DNR genai perduodami iš kartos į kartą.

Nukleotidų sekos pokyčiai DNR (mutacijos) gali sukelti genetinius organizmo sutrikimus.