Livet til DNA-molekyler. Hva er DNA - deoksyribonukleinsyre Struktur av DNA-genetikk

DNA er en universell kilde og holder av arvelig informasjon, som registreres ved hjelp av en spesiell sekvens av nukleotider, det bestemmer egenskapene til alle levende organismer.

Den gjennomsnittlige molekylvekten til et nukleotid antas å være 345, og antallet nukleotidrester kan nå flere hundre, tusen og til og med millioner. DNA finnes for det meste i cellekjernene. Finnes litt i kloroplaster og mitokondrier. DNAet til cellekjernen er imidlertid ikke ett molekyl. Den består av mange molekyler som er fordelt på forskjellige kromosomer, antallet varierer avhengig av organismen. Dette er de strukturelle egenskapene til DNA.

Historien om oppdagelsen av DNA

Strukturen og funksjonene til DNA ble oppdaget av James Watson og Francis Crick, og de ble til og med tildelt Nobelprisen i 1962.

Men den sveitsiske forskeren Friedrich Johann Miescher, som jobbet i Tyskland, var den første som oppdaget nukleinsyrer. I 1869 studerte han dyreceller - leukocytter. For å få tak i dem brukte han bandasjer med puss, som han fikk fra sykehus. Mischer vasket ut leukocytter fra puss og isolerte protein fra dem. Under disse studiene var forskeren i stand til å fastslå at i leukocytter, i tillegg til proteiner, er det noe annet, et stoff som var ukjent på den tiden. Det var et trådlignende eller flokkulent sediment som ble frigjort hvis det ble skapt et surt miljø. Bunnfallet oppløste seg umiddelbart når alkali ble tilsatt.

Ved hjelp av et mikroskop oppdaget forskeren at når leukocytter vaskes med saltsyre, forblir kjerner fra cellene. Så konkluderte han med at det er et ukjent stoff i kjernen, som han kalte nuklein (ordet kjerne betyr i oversettelse kjerne).

Etter å ha utført en kjemisk analyse fant Miescher ut at det nye stoffet inneholder karbon, hydrogen, oksygen og fosfor. På den tiden var det lite kjent om organofosforforbindelser, så Friedrich trodde at han hadde oppdaget en ny klasse forbindelser funnet i cellekjernen.

Således ble eksistensen av nukleinsyrer oppdaget på 1800-tallet. Men på den tiden kunne ingen engang tenke på den viktige rollen de spilte.

Arvelighetsstoff

Strukturen til DNA fortsatte å bli studert, og i 1944 fikk en gruppe bakteriologer ledet av Oswald Avery bevis på at dette molekylet fortjener seriøs oppmerksomhet. Forskeren brukte mange år på å studere pneumokokker, organismer som forårsaket lungebetennelse eller lungesykdom. Avery utførte eksperimenter med å blande pneumokokker som forårsaker sykdom med de som er trygge for levende organismer. Først ble de patogene cellene drept, og deretter ble de som ikke forårsaket sykdommer lagt til dem.

Forskningsresultatene overrasket alle. Det var levende celler som, etter å ha samhandlet med døde, lærte å forårsake sykdom. Forskeren fant ut arten av stoffet som er involvert i prosessen med å overføre informasjon til levende celler fra døde. DNA-molekylet viste seg å være dette stoffet.

Struktur

Så det er nødvendig å forstå hvilken struktur DNA-molekylet har. Oppdagelsen av dens struktur var en betydelig begivenhet, den førte til dannelsen av molekylærbiologi - en ny gren av biokjemi. DNA finnes i store mengder i cellekjernene, men størrelsen og antall molekyler avhenger av typen organisme. Det er fastslått at kjernene til pattedyrceller inneholder mange av disse cellene, de er fordelt langs kromosomene, det er 46 av dem.

Mens han studerte strukturen til DNA, etablerte Feulgen først sin lokalisering i 1924. Bevis hentet fra eksperimenter viste at DNA er lokalisert i mitokondrier (1-2%). Andre steder kan disse molekylene finnes under virusinfeksjon, i basale kropper og også i eggene til noen dyr. Det er kjent at jo mer kompleks organismen er, jo større er massen av DNA. Antall molekyler som er tilstede i en celle avhenger av funksjonen og er vanligvis 1-10 %. Minst av dem finnes i myocytter (0,2 %), mest i kjønnsceller (60 %).

Strukturen til DNA har vist at i kromosomene til høyere organismer er de assosiert med enkle proteiner - albuminer, histoner og andre, som sammen danner DNP (deoksyribonukleoprotein). Vanligvis er et stort molekyl ustabilt, og for at det skal forbli intakt og uendret under evolusjonen, er det opprettet et såkalt reparasjonssystem, som består av enzymer - ligaser og nukleaser, som er ansvarlige for "reparasjonen" av molekyl.

Kjemisk struktur av DNA

DNA er en polymer, et polynukleotid, som består av et stort antall (opptil titusenvis av millioner) mononukleotider. Strukturen til DNA er som følger: mononukleotider inneholder nitrogenholdige baser - cytosin (C) og tymin (T) - fra pyrimidinderivater, adenin (A) og guanin (G) - fra purinderivater. I tillegg til nitrogenholdige baser, inneholder menneske- og dyremolekylet 5-metylcytosin, en mindre pyrimidinbase. Nitrogenholdige baser binder seg til fosforsyre og deoksyribose. Strukturen til DNA er vist nedenfor.

Chargaff regler

Strukturen og den biologiske rollen til DNA ble studert av E. Chargaff i 1949. I løpet av sin forskning identifiserte han mønstre som er observert i den kvantitative fordelingen av nitrogenholdige baser:

1. ∑T + C = ∑A + G (det vil si at antall pyrimidinbaser er lik antall purinbaser).
2. Antall adeninrester er alltid lik antall tyminrester, og antall guanin er lik cytosin.
3. Spesifisitetskoeffisienten har formelen: G+C/A+T. For eksempel, for en person er det 1,5, for en okse er det 1,3.
4. Summen av "A + C" er lik summen av "G + T", det vil si at det er like mye adenin og cytosin som guanin og tymin.

DNA-strukturmodell

Den ble laget av Watson og Crick. Fosfat- og deoksyriboserester er lokalisert langs ryggraden til to polynukleotidkjeder vridd i en spiralform. Det ble bestemt at de plane strukturene til pyrimidin- og purinbaser er plassert vinkelrett på kjedeaksen og danner, så å si, trinn på en stige i form av en spiral. Det er også fastslått at A alltid er koblet til T ved hjelp av to hydrogenbindinger, og G er knyttet til C med tre av de samme bindingene. Dette fenomenet ble gitt navnet "prinsippet om selektivitet og komplementaritet."

Nivåer av strukturell organisering

En polynukleotidkjede bøyd som en spiral er en primær struktur som har et visst kvalitativt og kvantitativt sett med mononukleotider koblet sammen med en 3',5'-fosfodiesterbinding. Dermed har hver av kjedene en 3'-ende (deoksyribose) og en 5'-ende (fosfat). Regioner som inneholder genetisk informasjon kalles strukturelle gener.

Dobbeltspiralmolekylet er den sekundære strukturen. Dessuten er polynukleotidkjedene antiparallelle og er koblet med hydrogenbindinger mellom de komplementære basene til kjedene. Det er fastslått at hver vending av denne helixen inneholder 10 nukleotidrester, dens lengde er 3,4 nm. Denne strukturen støttes også av van der Waals interaksjonskrefter, som observeres mellom basene i samme kjede, inkludert frastøtende og attraktive komponenter. Disse kreftene forklares av samspillet mellom elektroner i naboatomer. Elektrostatisk interaksjon stabiliserer også den sekundære strukturen. Det forekommer mellom positivt ladede histonmolekyler og en negativt ladet DNA-streng.

Tertiær struktur er viklingen av DNA-tråder rundt histoner, eller supercoiling. Fem typer histoner er beskrevet: H1, H2A, H2B, H3, H4.

Folding av nukleosomer til kromatin er en kvartær struktur, så et DNA-molekyl som er flere centimeter langt kan foldes opp til 5 nm.

Funksjoner av DNA

Hovedfunksjonene til DNA er:

1. Lagring av arvelig informasjon. Sekvensen av aminosyrer som finnes i et proteinmolekyl bestemmes av rekkefølgen som nukleotidrestene er lokalisert i DNA-molekylet. Den krypterer også all informasjon om organismens egenskaper og egenskaper.
2. DNA er i stand til å overføre arvelig informasjon til neste generasjon. Dette er mulig på grunn av evnen til replikering - selvduplisering. DNA er i stand til å bryte opp i to komplementære kjeder, og på hver av dem (i samsvar med komplementaritetsprinsippet) gjenopprettes den opprinnelige nukleotidsekvensen.
3. Ved hjelp av DNA skjer biosyntesen av proteiner, enzymer og hormoner.

Konklusjon

Strukturen til DNA gjør at den kan være vokter av genetisk informasjon og også gi den videre til fremtidige generasjoner. Hvilke egenskaper har dette molekylet?

1. Stabilitet. Dette er mulig på grunn av glykosid-, hydrogen- og fosfodiesterbindinger, samt mekanismen for reparasjon av indusert og spontan skade.
2. Mulighet for replikering. Denne mekanismen gjør at det diploide antallet kromosomer kan opprettholdes i somatiske celler.
3. Eksistensen av en genetisk kode. Gjennom prosessene med translasjon og transkripsjon omdannes sekvensen av baser som finnes i DNA til en sekvens av aminosyrer som finnes i polypeptidkjeden.
4. Kapasitet for genetisk rekombinasjon. I dette tilfellet dannes det nye kombinasjoner av gener som er knyttet til hverandre.

Dermed lar strukturen og funksjonene til DNA det spille en uvurderlig rolle i levende vesener. Det er kjent at lengden på de 46 DNA-molekylene som finnes i hver menneskecelle er nesten 2 m, og antallet nukleotidpar er 3,2 milliarder.

Innhold

Forkortelsen cellular DNA er kjent for mange fra et skolebiologikurs, men få kan enkelt svare på hva det er. Bare en vag idé om arv og genetikk gjenstår i minnet umiddelbart etter eksamen. Å vite hva DNA er og hvilken innvirkning det har på livene våre kan noen ganger være svært nødvendig.

DNA-molekyl

Biokjemikere skiller tre typer makromolekyler: DNA, RNA og proteiner. Deoksyribonukleinsyre er en biopolymer som er ansvarlig for å overføre data om arvelige egenskaper, egenskaper og utvikling av en art fra generasjon til generasjon. Monomeren er et nukleotid. Hva er DNA-molekyler? Det er hovedkomponenten i kromosomer og inneholder den genetiske koden.

DNA-struktur

Tidligere forestilte forskerne at DNA-strukturmodellen var periodisk, der identiske grupper av nukleotider (kombinasjoner av fosfat- og sukkermolekyler) ble gjentatt. En viss kombinasjon av nukleotidsekvenser gir muligheten til å "kode" informasjon. Takket være forskning har det blitt klart at strukturen er forskjellig i ulike organismer.

Amerikanske forskere Alexander Rich, David Davis og Gary Felsenfeld er spesielt kjente når de studerer spørsmålet om hva DNA er. De presenterte en beskrivelse av en nukleinsyre med tre helix i 1957. 28 år senere demonstrerte forskeren Maxim Davidovich Frank-Kamenitsky hvordan deoksyribonukleinsyre, som består av to helikser, folder seg til en H-form av 3 tråder.

Strukturen til deoksyribonukleinsyre er dobbelttrådet. I den er nukleotider koblet i par for å danne lange polynukleotidkjeder. Disse kjedene gjør det mulig å danne en dobbel helix ved hjelp av hydrogenbindinger. Unntaket er virus som har et enkeltstrenget genom. Det er lineært DNA (noen virus, bakterier) og sirkulært (mitokondrier, kloroplaster).

DNA-sammensetning

Uten kunnskap om hva DNA er laget av, ville det ikke vært noen medisinske fremskritt. Hvert nukleotid består av tre deler: en pentosesukkerrest, en nitrogenholdig base og en fosforsyrerest. Basert på egenskapene til forbindelsen kan syren kalles deoksyribonuklein eller ribonuklein. DNA inneholder et stort antall mononukleotider av to baser: cytosin og tymin. I tillegg inneholder den pyrimidinderivater, adenin og guanin.

Det finnes en definisjon i biologi som kalles DNA - søppel-DNA. Funksjonene er fortsatt ukjente. En alternativ versjon av navnet er "ikke-koding", som ikke er riktig, fordi den inneholder kodende proteiner og transposoner, men deres formål er også et mysterium. En av arbeidshypotesene antyder at en viss mengde av dette makromolekylet bidrar til den strukturelle stabiliseringen av genomet med hensyn til mutasjoner.

Hvor er

Plasseringen inne i cellen avhenger av artens egenskaper. Hos encellede organismer er DNA lokalisert i membranen. I andre levende vesener er det lokalisert i kjernen, plastidene og mitokondriene. Hvis vi snakker om menneskelig DNA, kalles det et kromosom. Riktignok er dette ikke helt sant, fordi kromosomer er et kompleks av kromatin og deoksyribonukleinsyre.

Rolle i buret

Hovedrollen til DNA i celler er overføring av arvelige gener og overlevelsen til den fremtidige generasjonen. Ikke bare de eksterne dataene til det fremtidige individet, men også dets karakter og helse avhenger av det. Deoksyribonukleinsyre er i en superkveilet tilstand, men for en livskvalitetsprosess av høy kvalitet må den være uvridd. Enzymer hjelper henne med dette - topoisomeraser og helikaser.

Topoisomeraser er nukleaser, de er i stand til å endre torsjonsgraden. En annen av deres funksjoner er deltakelse i transkripsjon og replikasjon (celledeling). Helikaser bryter hydrogenbindinger mellom baser. Det er ligaseenzymer, som "tverrbinder" ødelagte bindinger, og polymeraser, som er involvert i syntesen av nye polynukleotidkjeder.

Hvordan DNA dechiffreres

Denne forkortelsen for biologi er kjent. Det fulle navnet på DNA er deoksyribonukleinsyre. Ikke alle kan si dette første gang, så DNA-avkoding utelates ofte i tale. Det er også begrepet RNA - ribonukleinsyre, som består av aminosyresekvenser i proteiner. De er direkte relatert, og RNA er det nest viktigste makromolekylet.

Menneskelig DNA

Menneskelige kromosomer er separert i kjernen, noe som gjør menneskets DNA til den mest stabile, komplette bæreren av informasjon. Under genetisk rekombinasjon separeres heliksene, seksjoner byttes ut, og deretter gjenopprettes forbindelsen. På grunn av DNA-skader dannes nye kombinasjoner og mønstre. Hele mekanismen fremmer naturlig utvalg. Det er fortsatt ukjent hvor lenge den har vært ansvarlig for genomoverføring og hva dens metabolske utvikling har vært.

Hvem åpnet

Den første oppdagelsen av strukturen til DNA tilskrives de engelske biologene James Watson og Francis Crick, som i 1953 avslørte de strukturelle trekkene til molekylet. Den ble funnet av den sveitsiske legen Friedrich Miescher i 1869. Han studerte den kjemiske sammensetningen av dyreceller ved hjelp av leukocytter, som akkumuleres i massevis i purulente lesjoner.

Miescher studerte metoder for å vaske hvite blodceller, isolerte proteiner da han oppdaget at det var noe annet enn dem. Et sediment av flak dannet seg i bunnen av fatet under bearbeiding. Etter å ha undersøkt disse forekomstene under et mikroskop, oppdaget den unge legen kjerner som ble igjen etter behandling med saltsyre. Den inneholdt en forbindelse som Friedrich kalte nuclein (fra den latinske kjernen - kjernen).

Egenskapene til DNA bestemmes av strukturen:

1. Allsidighet- Prinsippene for DNA-konstruksjon er de samme for alle organismer.

2. Spesifisitet- bestemt av forholdet mellom nitrogenholdige baser: A + T,

som er spesifikk for hver art. Så hos mennesker er det 1,35, i bakterier - 0,39

Spesifisitet avhenger av:

antall nukleotider

type nukleotider

arrangement av nukleotider i DNA-kjeden

2. Replikering eller DNA-selvduplikasjon: DNA↔DNA. Det genetiske programmet til cellulære organismer er skrevet i nukleotidsekvensen til DNA. For å bevare de unike egenskapene til organismen, er det nødvendig å gjengi denne sekvensen nøyaktig i hver påfølgende generasjon. Under celledeling må DNA-innholdet dobles slik at hver dattercelle kan motta hele spekteret av DNA, d.v.s. i enhver delende human somatisk celle må 6,4 * 10 9 nukleotidpar kopieres. Prosessen med DNA-dobling kalles replikasjon. Replikering refererer til malsyntesereaksjoner. Under replikering fungerer hver av de to DNA-trådene som en mal for dannelsen av en komplementær (datter-) tråd. Det oppstår under S-perioden av interfasen til cellesyklusen. Den høye påliteligheten til replikeringsprosessen garanterer tilnærmet feilfri overføring av genetisk informasjon over en rekke generasjoner. Triggersignalet for start av DNA-syntese i S-perioden er den såkalte S - faktoren (spesifikke proteiner). Når man kjenner replikasjonshastigheten og lengden på det eukaryote kromosomet, kan man beregne replikasjonstiden, som teoretisk utgjør flere dager, men i praksis utføres replikasjonen på 6–12 timer. Det følger av dette at replikasjon i eukaryoter starter samtidig flere steder på ett DNA-molekyl.

Replikeringsenheten er replikonet. Et replikon er en del av DNA hvor replikasjon skjer. Antall replikoner per interfasekromosom i eukaryoter kan nå 100 eller mer. I en pattedyrcelle kan det være 20 - 30 tusen replikoner, hos mennesker - omtrent 50 tusen Ved en fast kjedeveksthastighet (i eukaryoter - 100 nukleotider per sekund), sikrer multippel initiering en større hastighet på prosessen og en reduksjon i. tiden som kreves for duplisering av utvidede kromosomsnitt, de. i eukaryoter utføres det polyreplikon replikering. (Fig. 21)

Replikonet inneholder alle nødvendige gener og regulatoriske sekvenser som muliggjør replikasjon. Hvert replikon aktiveres én gang under celledeling. Replikering kontrolleres på initieringsstadiet. Når dupliseringsprosessen har begynt, vil den fortsette til hele replikonet er duplisert.

Hos prokaryoter er alt DNA ett replikon.

Fig.21. Replikering av eukaryotisk kromosomalt DNA. Replikering fortsetter i to retninger fra forskjellige replikasjonsopphav (Ori) med dannelse av vesikler. "Boblen" eller "øyet" er et område med replikert DNA i ikke-replikert DNA. (A.S. Konichev, G.A. Sevastyanova, 2005, s. 213)

Enzymer involvert i replikasjonsprosessen kombineres til et multienzymatisk kompleks. 15 enzymer er involvert i DNA-replikasjon i prokaryoter, og mer enn 30 i eukaryoter, dvs. replikering er en ekstremt kompleks og supernøyaktig flertrinns enzymatisk prosess. De enzymatiske kompleksene inkluderer følgende enzymer:

1) DNA-polymeraser (I, III), katalyserer komplementær kopiering, dvs. er ansvarlige for veksten av datterkjeden. (Fig. 22) Prokaryoter replikerer med en hastighet på 1000 nukleotider per sekund, og eukaryoter replikerer med en hastighet på 100 nukleotider per sekund. Den reduserte syntesehastigheten i eukaryoter er assosiert med vanskelig dissosiasjon av histonproteiner, som må fjernes for at DNA-polymerase skal gå videre langs DNA-kjeden i replikasjonsgaffelen.

2) DNA - primase. DNA-polymeraser kan forlenge en polynukleotidkjede ved å slå sammen eksisterende nukleotider. Derfor, for at DNA-polymerase skal begynne DNA-syntese, trenger den en primer eller primer (fra den engelske primeren). DNA primase syntetiserer en slik primer, som deretter erstattes av DNA-segmenter. (Fig. 22).

3) DNA-ligase kobler Okazaki-fragmenter til hverandre gjennom dannelsen av en fosfodiesterbinding.

4) DNA – helikase, vikler opp DNA-helixen, bryter hydrogenbindingene mellom dem. Som et resultat dannes det to enkle forskjellig rettede DNA-grener (fig. 22).

5) SSB - proteiner som binder seg til enkelttrådet DNA og stabiliserer det, dvs. de skaper forutsetninger for komplementær parring.

DNA-replikasjon begynner ikke på noe tilfeldig punkt på molekylet, men på spesifikke steder som kalles opprinnelsen til replikasjonsregion(er) (Ori). De har spesifikke nukleotidsekvenser, som letter separasjonen av kjeder (fig. 21). Som et resultat av initieringen av replikasjon ved Ori-punktet, dannes en eller to replikasjonsgafler - steder hvor de overordnede DNA-trådene skiller seg. Kopieringsprosessen fortsetter til DNA er fullstendig duplisert eller til replikasjonsgaflene til to tilstøtende replikasjonsorigo smelter sammen. Opprinnelsen til replikasjon i eukaryoter er spredt langs kromosomet i en avstand på 20 000 nukleotidpar (fig. 21).

Fig.22. DNA-replikasjon (forklaring i tekst). (B. Alberts et al., 1994, bind 2, s. 82)

Enzym - helicase– bryter hydrogenbindinger, dvs. vikler ut dobbeltkjeden, og danner to forskjellig rettede DNA-grener (fig. 22). Enkeltrådede regioner er knyttet sammen med spesielle SSB-proteiner, som stiller seg opp utenfor hver moderkjede og trekker dem vekk fra hverandre. Dette gjør nitrogenholdige baser tilgjengelige for binding til komplementære nukleotider. Ved konvergensen av disse forgrener seg i retning av DNA-replikasjon, er enzymet DNA-polymerase lokalisert, som katalyserer prosessen og kontrollerer nøyaktigheten av komplementær syntese. Det særegne ved arbeidet til dette enzymet er dets ensrettethet, dvs. konstruksjon datterstreng av DNA går i retning fra 5" slutt på 3" . På den ene moderstrengen skjer datter-DNA-syntese kontinuerlig(ledende kjede). Hun vokser fra 5" til 3" ende i bevegelsesretningen til replikasjonsgaffelen og krever derfor bare én initieringshandling. På en annen moderkjede skjer syntesen av datterkjeden i form av korte fragmenter med det vanlige 5" - 3" polaritet og ved hjelp av enzymer - ligase de er sydd inn i en kontinuerlig etterslepende kjede. Derfor krever syntesen av den etterslepende kjeden flere handlinger (punkter) for initiering.

Denne syntesemetoden kalles intermitterende replikering. Fragmentregioner syntetisert på den etterslepende tråden er navngitte fragmenter til ære for oppdageren Okazaki. De finnes i alt replikerende DNA, både prokaryoter og eukaryoter. Lengden deres tilsvarer 1000–2000 nukleotider i prokaryoter og 100–200 i eukaryoter. Således, som et resultat av replikasjon, dannes 2 identiske DNA-molekyler, der den ene tråden er moderstrengen, den andre er nysyntetisert. Denne typen replikering kalles semi-konservativ. Antagelsen om denne replikeringsmetoden ble gjort av J. Watson og F. Crick, og bevist i 1958. M. Meselson Og F. Stalem. Etter replikering er kromatin et system av 2 dekompakterte DNA-molekyler forent av en sentromer.

Under replikeringsprosessen kan det oppstå feil, som oppstår med samme frekvens i prokaryoter og eukaryoter - en per 108-1010 nukleotider, dvs. i gjennomsnitt 3 feil per genom. Dette er bevis på den høye nøyaktigheten og koordineringen av replikeringsprosesser.

Replikasjonsfeil korrigeres av DNA-polymerase III ("korrekturlesingsmekanisme") eller reparasjonssystemet.

2. Reparasjon- dette er egenskapen til DNA for å gjenopprette sin integritet, dvs. reparere skader. Overføring av arvelig informasjon i uforvrengt form er den viktigste betingelsen for overlevelse av både en enkelt organisme og arten som helhet. De fleste endringer er skadelige for cellen, enten det fører til mutasjoner, blokkerer DNA-replikasjon eller forårsaker celledød. DNA utsettes konstant for spontane (replikasjonsfeil, forstyrrelse av nukleotidstruktur, etc.) og induserte (UV-bestråling, ioniserende stråling, kjemiske og biologiske mutagener) miljøfaktorer. I løpet av evolusjonen har det blitt utviklet et system som gjør det mulig å korrigere brudd i DNA - DNA-reparasjonssystem. Som et resultat av aktiviteten, per 1000 DNA-skader, fører bare én til mutasjoner. Skade er enhver endring i DNA som forårsaker et avvik fra den normale dobbelttrådede strukturen:

1) utseendet til enkeltstrengsbrudd;

2) fjerning av en av basene, som et resultat av at dens homolog forblir uparet;

3) utskifting av en base i et komplementært par med en annen, feil paret med partnerbasen;

4) utseendet av kovalente bindinger mellom basene til en DNA-streng eller mellom baser på motsatte tråder.

Reparasjon kan skje før DNA-dobling (pre-replikativ reparasjon) og etter DNA-dobling (post-replikativ). Avhengig av arten av mutagenene og graden av DNA-skade, oppstår lys (fotoreaktivering), mørke, SOS-reparasjon osv. i cellen.

Tenk det fotoreaktivering oppstår i cellen hvis DNA-skade er forårsaket av naturlige forhold (fysiologiske egenskaper ved organismen, normale miljøfaktorer, inkludert ultrafiolette stråler). I dette tilfellet skjer gjenoppretting av DNA-integritet med deltakelse av synlig lys: reparasjonsenzymet aktiveres av synlig lyskvanta, kobles til skadet DNA, skiller pyrimidindimerene til det skadede området og gjenoppretter integriteten til DNA-tråden.

Mørk reparasjon (eksisjon) observert etter eksponering for ioniserende stråling, kjemikalier, etc. Det innebærer å fjerne det skadede området og gjenopprette den normale strukturen til DNA-molekylet (fig. 23). Denne typen reparasjon krever en andre komplementær DNA-streng. Mørk reparasjon er flertrinns, den involverer et kompleks av enzymer, nemlig:

1) et enzym som gjenkjenner en skadet del av DNA-kjeden

2) DNA - endonuklease, gjør et brudd i den skadede DNA-strengen

3) eksonuklease fjerner den endrede delen av DNA-tråden

4) DNA-polymerase I syntetiserer en ny DNA-seksjon for å erstatte den slettede

5) DNA-ligase forbinder enden av den gamle DNA-tråden med den nylig syntetiserte, dvs. lukker de to endene av DNA (fig. 23). 25 enzymproteiner deltar i mørkereparasjon hos mennesker.

Ved store DNA-skader som truer cellenes liv, slår den seg på SOS-oppreisning. SOS-reparasjon ble oppdaget i 1974. Denne typen reparasjon observeres etter eksponering for store doser ioniserende stråling. Et karakteristisk trekk ved SOS-reparasjon er unøyaktigheten ved restaurering av den primære DNA-strukturen, og det er grunnen til at den fikk navnet feilutsatte reparasjoner. Hovedmålet med SOS-reparasjon er å opprettholde cellelevedyktighet.

Forstyrrelser i reparasjonssystemet kan føre til for tidlig aldring, utvikling av kreft, sykdommer i autoimmunsystemet og død av en celle eller organisme.

Ris. 23. Reparasjon av skadet DNA ved å erstatte modifiserte nukleotidrester (mørkreparasjon eller eksisjonsreparasjon). (M. Singer, P. Berg, 1998, bind 1, s. 100)

Nukleinsyrer er komplekse, høymolekylære biopolymerer. Disse stoffene ble først oppdaget i cellekjernen, derav navnet deres (fra den latinske kjernen - kjernen). Senere ble det funnet at nukleinsyrer også er tilstede i cytoplasmaet til celler.

Mange forskere deltok i å tyde strukturen til nukleinsyrer, som F. Miescher, E. Chargaff, R. Franklin og andre, men den amerikanske biokjemikeren J. Watson og den engelske genetikeren F. Crick klarte til slutt å løse strukturen til nuklein. syrer i 1953, som de ble tildelt Nobelprisen for, og oppdagelsen deres ble anerkjent som en av de største oppdagelsene i det 20. århundre.

Det er to typer nukleinsyrer: DNA - deoksyribonukleinsyrer Og RNA - ribonukleinsyrer. Molekylene deres er polymerer hvis monomerer er nukleotider. Lengden på trådlignende DNA-molekyler er enorm i cellene i menneskekroppen. Den totale lengden av DNA i de 26 parene av menneskelige kromosomer er omtrent 1,5 meter. RNA-molekyler er kortere - lengden på hver av dem overstiger ikke 0,01 mm.

Nukleotider - monomerer av nukleinsyrer har på sin side en kompleks struktur. Hvert nukleotid består av tre deler: en nitrogenholdig base, et enkelt pentosekarbohydrat og en fosforsyrerest:

DNA-nukleotider skiller seg i struktur fra RNA-nukleotider. DNA-molekyler inneholder fire typer nukleotider, som skiller seg fra hverandre i nitrogenholdige baser, blant annet kjent: adenin, guanin, cytosin og tymin. Avhengig av hvilken av de fire typene nitrogenholdige baser som er en del av DNA-nukleotidet, kalles det henholdsvis adenin, guanin, cytosin eller tymin. Nukleotider er forkortet til A, G, C, T. Et karbohydrat som er en del av LNA-nukleotider. Det er alltid det samme - det er deoksyribose en konstant og uforanderlig komponent av alle DNA-nukleotider er fosforsyreresten. Således kan et av DNA-nukleotidene, for eksempel adenin A, avbildes skjematisk som følger:

Nukleotider bindes sammen til en kjede ved å danne kovalente bindinger mellom deoksyribosen til en og fosforsyreresten til det påfølgende nukleotidet (fig. 1).

Et DNA-molekyl består ikke av én, men to kjeder av nukleotider, som er orientert mot hverandre av nitrogenholdige baser og mellom hvilke hydrogenbindinger oppstår. Antallet slike bindinger mellom forskjellige nitrogenholdige baser er ikke det samme, og som et resultat kan de bare kobles sammen i par: nitrogenbasen adenin i en polynukleotidkjede er alltid forbundet med to hydrogenbindinger med tymin i den andre kjeden, og guanin - ved tre hydrogenbindinger med den nitrogenholdige basen cytosin i den motsatte polynukleotidkjeden. Denne evnen til å selektivt kombinere nukleotider kalles komplementaritet(fra latin complementum - tillegg).

Ris. 1. Struktur av DNA

I verdensrommet er DNA-molekylet en vridd dobbel helix (den sekundære strukturen til DNA), som igjen gjennomgår ytterligere romlig pakking, og danner en tertiær struktur - en superhelix. Denne strukturen er karakteristisk for DNAet til eukaryote kromosomer og er forårsaket av interaksjonen mellom DNA og kjerneproteiner. Dermed er lengden på DNAet til det største menneskelige kromosomet 8 cm, men samtidig er det vridd slik at det til slutt ikke overstiger 5 nm.

Hovedegenskapen til DNA-molekylet er evnen til å duplisere selv ( replikering) (Fig. 2).

Før replikering avvikles den doble helixen til DNA-molekylet og brytes opp i to kjeder, som hver fungerer som en matrise (form) for montering på den.

prinsipp komplementaritet ny (barne)kjede. Materialet for å bygge en ny DNA-kjede er nukleotider, som alltid er tilstede i kjernen i fri tilstand. Denne prosessen foregår før celledeling og ligger til grunn for doblingen av antall kromosomer.

Ris. 2. DNA dobbel helix replikasjon

Nukleotidene til et DNA-molekyl koder for sekvensen av aminosyrer i et proteinmolekyl - dette er hovedfunksjonen til DNA - å lagre arvelig informasjon. En aminosyre i et proteinmolekyl koder for 3 nukleotider i et DNA-molekyl. Et gen er en del av et DNA-molekyl der aminosyresekvensen til ett proteinmolekyl er skrevet.

For å forstå i detalj essensen av PCR-diagnosemetoden, er det nødvendig å ta en kort ekskursjon inn i skolebiologikurset.

Vi vet også fra skolebøker at deoksyribonukleinsyre (DNA) er en universell bærer av genetisk informasjon og arvelige egenskaper i alle organismer som eksisterer på jorden. De eneste unntakene er noen mikroorganismer, for eksempel virus - deres universelle bærer av genetisk informasjon er RNA - enkelttrådet ribonukleinsyre.

Strukturen til DNA-molekylet

Oppdagelsen av DNA-molekylet skjedde i 1953. Francis Crick og James Watson oppdaget strukturen til den doble helixen av DNA, arbeidet deres ble deretter tildelt Nobelprisen.

DNA er en dobbeltstreng vridd inn i en helix. Hver tråd består av "klosser" - nukleotider koblet i serie. Hvert DNA-nukleotid inneholder en av fire nitrogenholdige baser - guanin (G), adenin (A) (puriner), tymin (T) og cytosin (C) (pyrimidiner), assosiert med deoksyribose, som igjen har en fosfatgruppe festet. Tilstøtende nukleotider er forbundet med hverandre i kjeden med en fosfodiesterbinding dannet av 3'-hydroksyl (3'-OH) og 5'-fosfatgrupper (5'-PO3). Denne egenskapen bestemmer tilstedeværelsen av polaritet i DNA, dvs. motsatte retninger, nemlig 5'- og 3'-ender: 5'-enden av en tråd tilsvarer 3'-enden av den andre tråden.

0Array ( => Analyser) Matrise ( => 2) Matrise ( =>.html) 2

DNA-struktur

Den primære strukturen til DNA er den lineære sekvensen av DNA-nukleotider i en kjede. Sekvensen av nukleotider i en DNA-kjede er skrevet i form av en bokstav-DNA-formel: for eksempel - AGTCATGCCAG, oppføringen gjøres fra 5' til 3'-enden av DNA-kjeden.

Den sekundære strukturen til DNA dannes på grunn av interaksjoner av nukleotider (for det meste nitrogenholdige baser) med hverandre, hydrogenbindinger. Det klassiske eksemplet på DNA-sekundærstruktur er DNA-dobbelhelixen. DNA dobbel helix er den vanligste formen for DNA i naturen, bestående av to polynukleotidkjeder av DNA. Konstruksjonen av hver ny DNA-kjede utføres i henhold til komplementaritetsprinsippet, det vil si at hver nitrogenholdig base i en DNA-kjede tilsvarer en strengt definert base i en annen kjede: i et komplementært par er T motsatt A, og C er motsatt. G, osv.

DNA-syntese. Replikering

En unik egenskap ved DNA er evnen til å doble (replisere). I naturen skjer DNA-replikasjon som følger: ved hjelp av spesielle enzymer (gyraser), som fungerer som en katalysator (stoffer som akselererer reaksjonen), vikler spiralen seg av i cellen i området hvor replikasjonen skal skje (DNA-dobling). Deretter brytes hydrogenbindingene som binder trådene og trådene divergerer.

I konstruksjonen av en ny kjede er den aktive "byggeren" et spesielt enzym - DNA-polymerase. For DNA-dobling kreves det også en stratumblokk eller "foundation", som er et lite dobbelttrådet DNA-fragment. Denne startblokken, eller mer presist, den komplementære delen av moder-DNA-kjeden, interagerer med primeren - et enkelttrådet fragment på 20-30 nukleotider. DNA-replikasjon eller kloning skjer samtidig på begge trådene. Fra ett DNA-molekyl dannes det to DNA-molekyler, hvor den ene tråden er fra mor-DNA-molekylet, og den andre, datter, nylig syntetisert.

gastroenterologi diagnostisk kompleks - 5 360 rubler

KUN I MARS sparing - 15 %

1000 rubler EKG-opptak med tolkning

- 25%hoved
Legebesøk
terapeut i helgene

980 gni. første avtale med en hirudoterapeut

avtale med en terapeut - 1130 rubler (i stedet for 1500 rubler) "Bare i mars, på lørdager og søndager, avtaler med en allmennlege med 25% rabatt - 1130 rubler, i stedet for 1500 rubler (diagnostiske prosedyrer betales i henhold til prislisten)

Dermed inkluderer prosessen med DNA-replikasjon (dobling) tre hovedstadier:

• Oppretting av DNA-helixen og divergens av tråder
• Feste primere
• Dannelse av en ny DNA-streng av datterstrengen

PCR-analyse er basert på prinsippet om DNA-replikasjon - DNA-syntese, som moderne forskere har klart å gjenskape kunstig: I laboratoriet får leger DNA til å doble, men ikke hele DNA-kjeden, men et lite fragment av det.

Funksjoner av DNA

Det menneskelige DNA-molekylet er en bærer av genetisk informasjon, som er skrevet i form av en sekvens av nukleotider ved hjelp av den genetiske koden. Som et resultat av DNA-replikasjon beskrevet ovenfor, overføres DNA-gener fra generasjon til generasjon.

Endringer i sekvensen av nukleotider i DNA (mutasjoner) kan føre til genetiske lidelser i kroppen.