DNA moleküllerinin ömrü. DNA Nedir - Deoksiribonükleik Asit DNA Genetiğinin Yapısı

DNA, özel bir nükleotid dizisi kullanılarak kaydedilen kalıtsal bilgilerin evrensel bir kaynağı ve koruyucusudur; tüm canlı organizmaların özelliklerini belirler.

Bir nükleotidin ortalama moleküler ağırlığının 345 olduğu varsayılır ve nükleotid kalıntılarının sayısı birkaç yüz, bin ve hatta milyonlara ulaşabilir. DNA çoğunlukla hücre çekirdeğinde bulunur. Kloroplast ve mitokondride az miktarda bulunur. Ancak hücre çekirdeğindeki DNA tek bir molekül değildir. Farklı kromozomlara dağılmış birçok molekülden oluşur ve sayıları organizmaya göre değişir. Bunlar DNA'nın yapısal özellikleridir.

DNA'nın keşfinin tarihi

DNA'nın yapısı ve işlevleri James Watson ve Francis Crick tarafından keşfedildi ve hatta 1962'de Nobel Ödülü'ne layık görüldüler.

Ancak Almanya'da çalışan İsviçreli bilim adamı Friedrich Johann Miescher, nükleik asitleri ilk keşfeden kişi oldu. 1869'da hayvan hücreleri - lökositler üzerinde çalıştı. Bunları elde etmek için hastanelerden aldığı irinli bandajları kullandı. Mischer irin içindeki lökositleri yıkadı ve onlardan protein izole etti. Bu çalışmalar sırasında bilim adamı, lökositlerde proteinlere ek olarak başka bir şeyin, o zamanlar bilinmeyen bir maddenin daha bulunduğunu tespit edebildi. Asidik bir ortam yaratıldığında açığa çıkan iplik benzeri veya topaklaşan bir çökeltiydi. Alkali eklendiğinde çökelti hemen çözüldü.

Bilim adamı bir mikroskop kullanarak, lökositlerin hidroklorik asitle yıkandığında hücrelerden çekirdeklerin kaldığını keşfetti. Daha sonra çekirdekte, nüklein adını verdiği (çevirideki çekirdek kelimesi çekirdek anlamına gelir) bilinmeyen bir maddenin olduğu sonucuna vardı.

Miescher, kimyasal analiz yaptıktan sonra yeni maddenin karbon, hidrojen, oksijen ve fosfor içerdiğini keşfetti. O zamanlar organofosfor bileşikleri hakkında çok az şey biliniyordu, bu yüzden Friedrich hücre çekirdeğinde bulunan yeni bir bileşik sınıfı keşfettiğine inanıyordu.

Böylece 19. yüzyılda nükleik asitlerin varlığı keşfedildi. Ancak o dönemde kimse oynadıkları önemli rolü düşünemiyordu bile.

Kalıtımın özü

DNA'nın yapısı incelenmeye devam etti ve 1944'te Oswald Avery liderliğindeki bir grup bakteriyolog, bu molekülün ciddi bir ilgiyi hak ettiğine dair kanıtlar elde etti. Bilim adamı uzun yıllar boyunca pnömokoklar, zatürreye neden olan organizmalar veya akciğer hastalıkları üzerinde çalıştı. Avery, hastalığa neden olan pnömokokları canlı organizmalar için güvenli olanlarla karıştırarak deneyler yaptı. Önce hastalığa neden olan hücreler öldürülüyor, ardından hastalığa neden olmayanlar bunlara ekleniyor.

Araştırma sonuçları herkesi şaşırttı. Ölü hücrelerle etkileşime girdikten sonra hastalığa neden olmayı öğrenen canlı hücreler vardı. Bilim adamı, ölü hücrelerden canlı hücrelere bilgi aktarma sürecinde yer alan maddenin doğasını keşfetti. DNA molekülünün bu madde olduğu ortaya çıktı.

Yapı

Bu nedenle DNA molekülünün nasıl bir yapıya sahip olduğunu anlamak gerekir. Yapısının keşfi önemli bir olaydı; biyokimyanın yeni bir dalı olan moleküler biyolojinin oluşumuna yol açtı. DNA, hücrelerin çekirdeğinde büyük miktarlarda bulunur, ancak moleküllerin boyutu ve sayısı organizmanın türüne bağlıdır. Memeli hücrelerinin çekirdeklerinin bu hücrelerin çoğunu içerdiği, kromozomlar boyunca dağıldığı, 46 adet olduğu tespit edilmiştir.

Feulgen, 1924 yılında DNA'nın yapısını incelerken ilk olarak DNA'nın lokalizasyonunu belirledi. Deneylerden elde edilen kanıtlar DNA'nın mitokondride (%1-2) bulunduğunu gösterdi. Başka yerlerde bu moleküller viral enfeksiyon sırasında, bazal cisimlerde ve ayrıca bazı hayvanların yumurtalarında da bulunabilir. Organizma ne kadar karmaşıksa DNA kütlesinin de o kadar büyük olduğu bilinmektedir. Bir hücrede bulunan moleküllerin sayısı fonksiyona bağlıdır ve genellikle %1-10 arasındadır. Bunların en azı miyositlerde (%0,2), en fazlası ise germ hücrelerinde (%60) bulunur.

DNA'nın yapısı, yüksek organizmaların kromozomlarında, birlikte DNP'yi (deoksiribonükleoprotein) oluşturan albüminler, histonlar ve diğerleri gibi basit proteinlerle ilişkili olduklarını göstermiştir. Tipik olarak, büyük bir molekül kararsızdır ve evrim sırasında bozulmadan ve değişmeden kalması için, "onarımından" sorumlu olan enzimler - ligazlar ve nükleazlardan oluşan sözde bir onarım sistemi yaratılmıştır. molekül.

DNA'nın kimyasal yapısı

DNA, çok sayıda (onbinlerce milyona kadar) mononükleotitten oluşan bir polimer, bir polinükleotittir. DNA'nın yapısı şu şekildedir: mononükleotidler, pirimidin türevlerinden nitrojen bazlar - sitozin (C) ve timin (T), pürin türevlerinden adenin (A) ve guanin (G) içerir. Azotlu bazlara ek olarak insan ve hayvan molekülü, küçük bir pirimidin bazı olan 5-metilsitozin içerir. Azotlu bazlar fosforik asit ve deoksiriboza bağlanır. DNA'nın yapısı aşağıda gösterilmiştir.

Chargaff kuralları

DNA'nın yapısı ve biyolojik rolü 1949'da E. Chargaff tarafından incelenmiştir. Araştırması sırasında azotlu bazların kantitatif dağılımında gözlemlenen kalıpları belirledi:

1. ∑T + C = ∑A + G (yani pirimidin bazlarının sayısı pürin bazlarının sayısına eşittir).
2. Adenin kalıntılarının sayısı her zaman timin kalıntılarının sayısına eşittir ve guanin sayısı sitozine eşittir.
3. Özgüllük katsayısı şu formüle sahiptir: G+C/A+T. Mesela insan için 1,5, boğa için 1,3.
4. “A+C” toplamı “G+T” toplamına eşittir, yani guanin ve timin kadar adenin ve sitozin de vardır.

DNA yapı modeli

Watson ve Crick tarafından yaratıldı. Fosfat ve deoksiriboz kalıntıları, spiral şeklinde bükülmüş iki polinükleotid zincirinin omurgası boyunca bulunur. Pirimidin ve purin bazlarının düzlemsel yapılarının zincir eksenine dik olarak yerleştirildiği ve spiral şeklinde bir merdivenin basamaklarını oluşturduğu belirlendi. Ayrıca A'nın T'ye her zaman iki hidrojen bağı kullanarak bağlandığı ve G'nin C'ye aynı bağlardan üçüyle bağlandığı da tespit edilmiştir. Bu olguya “seçicilik ve tamamlayıcılık ilkesi” adı verildi.

Yapısal organizasyonun seviyeleri

Spiral gibi bükülmüş bir polinükleotid zinciri, 3',5'-fosfodiester bağıyla bağlanan belirli bir niteliksel ve niceliksel mononükleotid kümesine sahip birincil bir yapıdır. Dolayısıyla zincirlerin her birinin bir 3' ucu (deoksiriboz) ve bir 5' ucu (fosfat) vardır. Genetik bilgiyi içeren bölgelere yapısal genler denir.

Çift sarmal molekülü ikincil yapıdır. Ayrıca polinükleotid zincirleri antiparaleldir ve zincirlerin tamamlayıcı bazları arasındaki hidrojen bağlarıyla bağlanır. Bu sarmalın her dönüşünün 10 nükleotid kalıntısı içerdiği, uzunluğunun 3,4 nm olduğu tespit edilmiştir. Bu yapı aynı zincirin tabanları arasında gözlenen, itici ve çekici bileşenler içeren van der Waals etkileşim kuvvetleri tarafından da desteklenmektedir. Bu kuvvetler komşu atomlardaki elektronların etkileşimi ile açıklanmaktadır. Elektrostatik etkileşim aynı zamanda ikincil yapıyı da stabilize eder. Pozitif yüklü histon molekülleri ile negatif yüklü bir DNA zinciri arasında meydana gelir.

Üçüncül yapı, DNA iplikçiklerinin histonların etrafına sarılması veya aşırı sarılmasıdır. Beş tip histon tanımlanmıştır: H1, H2A, H2B, H3, H4.

Nükleozomların kromatine katlanması dördüncül bir yapıdır, dolayısıyla birkaç santimetre uzunluğundaki bir DNA molekülü 5 nm'ye kadar katlanabilir.

DNA'nın İşlevleri

DNA'nın ana fonksiyonları şunlardır:

1. Kalıtsal bilgilerin depolanması. Bir protein molekülünde bulunan amino asitlerin dizisi, nükleotid kalıntılarının DNA molekülünde bulunma sırasına göre belirlenir. Aynı zamanda organizmanın özellikleri ve özellikleri hakkındaki tüm bilgileri de şifreler.
2. DNA, kalıtsal bilgiyi gelecek nesillere aktarma yeteneğine sahiptir. Bu, çoğaltma - kendi kendini çoğaltma yeteneği nedeniyle mümkündür. DNA iki tamamlayıcı zincire bölünebilir ve her birinde (tamamlayıcılık ilkesine uygun olarak) orijinal nükleotit dizisi restore edilir.
3. DNA'nın yardımıyla proteinlerin, enzimlerin ve hormonların biyosentezi meydana gelir.

Çözüm

DNA'nın yapısı, onun genetik bilginin koruyucusu olmasına ve onu gelecek nesillere aktarmasına olanak tanır. Bu molekülün özellikleri nelerdir?

1. İstikrar. Bu, glikosidik, hidrojen ve fosfodiester bağlarının yanı sıra indüklenen ve kendiliğinden oluşan hasarın onarım mekanizması nedeniyle mümkündür.
2. Çoğaltma olasılığı. Bu mekanizma somatik hücrelerde diploid kromozom sayısının korunmasına izin verir.
3. Genetik kodun varlığı. Translasyon ve transkripsiyon işlemleri yoluyla DNA'da bulunan baz dizisi, polipeptit zincirinde bulunan amino asit dizisine dönüştürülür.
4. Genetik rekombinasyon kapasitesi. Bu durumda birbirine bağlı yeni gen kombinasyonları oluşur.

Böylece DNA'nın yapısı ve işlevleri, onun canlılarda çok değerli bir rol oynamasına olanak sağlar. Her insan hücresinde bulunan 46 DNA molekülünün uzunluğunun yaklaşık 2 m, nükleotid çifti sayısının ise 3,2 milyar olduğu bilinmektedir.

İçerik

Hücresel DNA kısaltması, okuldaki biyoloji dersinden pek çok kişiye tanıdık gelir, ancak çok az kişi bunun ne olduğunu kolayca yanıtlayabilir. Mezuniyetten hemen sonra hafızada yalnızca belirsiz bir kalıtım ve genetik fikri kalır. DNA'nın ne olduğunu ve yaşamlarımız üzerindeki etkisini bilmek bazen çok gerekli olabilir.

DNA molekülü

Biyokimyacılar üç tür makromolekül ayırt eder: DNA, RNA ve proteinler. Deoksiribonükleik asit, bir türün kalıtsal özellikleri, özellikleri ve gelişimi hakkındaki verilerin nesilden nesile aktarılmasından sorumlu olan bir biyopolimerdir. Monomeri bir nükleotiddir. DNA molekülleri nelerdir? Kromozomların ana bileşenidir ve genetik kodu içerir.

DNA yapısı

Daha önce bilim insanları, DNA yapı modelinin, özdeş nükleotid gruplarının (fosfat ve şeker moleküllerinin kombinasyonları) tekrarlandığı periyodik olduğunu hayal ediyorlardı. Nükleotid dizilerinin belirli bir kombinasyonu, bilgiyi "kodlama" yeteneği sağlar. Araştırmalar sayesinde yapının farklı organizmalarda farklılık gösterdiği ortaya çıktı.

Amerikalı bilim adamları Alexander Rich, David Davis ve Gary Felsenfeld, özellikle DNA'nın ne olduğu sorusunu incelemeleriyle ünlüdür. 1957'de üç sarmallı bir nükleik asidin tanımını sundular. 28 yıl sonra bilim adamı Maxim Davidovich Frank-Kamenitsky, iki sarmaldan oluşan deoksiribonükleik asidin nasıl 3 şeritli H şeklinde katlandığını gösterdi.

Deoksiribonükleik asidin yapısı çift sarmallıdır. İçinde nükleotidler, uzun polinükleotid zincirleri oluşturmak için çiftler halinde bağlanır. Bu zincirler hidrojen bağlarını kullanarak çift sarmal oluşumunu mümkün kılar. Bunun istisnası, tek sarmallı genoma sahip virüslerdir. Doğrusal DNA (bazı virüsler, bakteriler) ve dairesel (mitokondri, kloroplastlar) vardır.

DNA bileşimi

DNA'nın neyden oluştuğu bilinmeseydi tıbbi ilerleme olmazdı. Her bir nükleotid üç bölümden oluşur: bir pentoz şeker kalıntısı, bir azotlu baz ve bir fosforik asit kalıntısı. Bileşiğin özelliklerine bağlı olarak asit, deoksiribonükleik veya ribonükleik olarak adlandırılabilir. DNA, iki bazın çok sayıda mononükleotidini içerir: sitozin ve timin. Ayrıca pirimidin türevleri, adenin ve guanin içerir.

Biyolojide DNA - hurda DNA diye bir tanım var. İşlevleri henüz bilinmiyor. İsmin alternatif bir versiyonu ise “kodlanmayan”dır ve bu doğru değildir, çünkü kodlayıcı proteinler ve transpozonlar içerir, ancak bunların amacı da bir sırdır. Çalışma hipotezlerinden biri, bu makromolekülün belirli bir miktarının, mutasyonlara göre genomun yapısal stabilizasyonuna katkıda bulunduğunu öne sürüyor.

Nerede

Hücre içindeki konumu türün özelliklerine bağlıdır. Tek hücreli organizmalarda DNA zarda bulunur. Diğer canlılarda çekirdekte, plastidlerde ve mitokondride bulunur. İnsan DNA'sından bahsedersek buna kromozom denir. Doğru, bu tamamen doğru değil çünkü kromozomlar bir kromatin ve deoksiribonükleik asit kompleksidir.

Kafesteki rol

DNA'nın hücrelerdeki ana rolü, kalıtsal genlerin aktarılması ve gelecek neslin hayatta kalmasıdır. Gelecekteki bireyin yalnızca dış verileri değil, aynı zamanda karakteri ve sağlığı da ona bağlıdır. Deoksiribonükleik asit aşırı sarmal durumdadır, ancak yüksek kaliteli bir yaşam süreci için bükülmemesi gerekir. Enzimler ona bu konuda yardımcı olur - topoizomerazlar ve helikazlar.

Topoizomerazlar nükleazlardır ve burulma derecesini değiştirme yeteneğine sahiptirler. İşlevlerinden bir diğeri de transkripsiyon ve replikasyona (hücre bölünmesi) katılmaktır. Helikazlar bazlar arasındaki hidrojen bağlarını kırar. Kırık bağları "çapraz bağlayan" ligaz enzimleri ve yeni polinükleotid zincirlerinin sentezinde rol oynayan polimerazlar vardır.

DNA'nın şifresi nasıl çözülür?

Biyolojinin bu kısaltması tanıdıktır. DNA'nın tam adı deoksiribonükleik asittir. Herkes bunu ilk kez söyleyemez, bu nedenle DNA kod çözme konuşmada sıklıkla atlanır. Proteinlerdeki amino asit dizilerinden oluşan RNA - ribonükleik asit kavramı da vardır. Bunlar doğrudan ilişkilidir ve RNA ikinci en önemli makromoleküldür.

İnsan DNA'sı

İnsan kromozomları çekirdeğin içinde ayrılarak insan DNA'sını en istikrarlı, eksiksiz bilgi taşıyıcısı haline getirir. Genetik rekombinasyon sırasında sarmallar ayrılır, bölümler değiştirilir ve ardından bağlantı yeniden sağlanır. DNA hasarı nedeniyle yeni kombinasyonlar ve desenler oluşur. Mekanizmanın tamamı doğal seçilimi teşvik ediyor. Genom aktarımından ne kadar süredir sorumlu olduğu ve metabolik evriminin ne olduğu hala bilinmiyor.

Kim açtı

DNA'nın yapısının ilk keşfi, 1953'te molekülün yapısal özelliklerini ortaya çıkaran İngiliz biyologlar James Watson ve Francis Crick'e atfedilir. 1869 yılında İsviçreli doktor Friedrich Miescher tarafından bulunmuştur. Pürülan lezyonlarda toplu halde biriken lökositleri kullanarak hayvan hücrelerinin kimyasal bileşimini inceledi.

Miescher, beyaz kan hücrelerini, izole edilmiş proteinleri yıkamanın yöntemlerini araştırırken, bunların dışında başka bir şeyin daha olduğunu keşfetti. İşleme sırasında tabağın dibinde bir pul tortusu oluştu. Bu birikintileri mikroskop altında inceleyen genç doktor, hidroklorik asit tedavisinden sonra kalan çekirdekleri keşfetti. Friedrich'in nüklein (Latin çekirdeğinden - çekirdekten) adını verdiği bir bileşik içeriyordu.

DNA'nın özellikleri yapısına göre belirlenir:

1. Çok yönlülük- DNA yapısının prensipleri tüm organizmalar için aynıdır.

2. özgüllük- azotlu bazların oranına göre belirlenir: A+T,

her türe özeldir. Yani insanlarda 1,35, bakterilerde ise 0,39

Spesifiklik şunlara bağlıdır:

nükleotid sayısı

nükleotid türü

DNA zincirindeki nükleotidlerin düzenlenmesi

2. Çoğaltma veya DNA'nın kendi kendini çoğaltması: DNA↔DNA. Hücresel organizmaların genetik programı DNA'nın nükleotid dizisinde yazılıdır. Organizmanın benzersiz özelliklerini korumak için, bu diziyi sonraki her nesilde doğru bir şekilde yeniden üretmek gerekir. Hücre bölünmesi sırasında, her yavru hücrenin DNA'nın tüm spektrumunu alabilmesi için DNA içeriğinin iki katına çıkması gerekir. Bölünen herhangi bir insan somatik hücresinde 6,4*109 nükleotid çiftinin kopyalanması gerekir. DNA'nın iki katına çıkması işlemine replikasyon denir. Çoğaltma, şablon sentez reaksiyonlarını ifade eder. Çoğaltma sırasında, iki DNA zincirinin her biri tamamlayıcı (kardeş) zincirin oluşumu için bir şablon görevi görür. Hücre döngüsünün interfazının S periyodu sırasında meydana gelir. Çoğaltma işleminin yüksek güvenilirliği, genetik bilginin birkaç nesil boyunca neredeyse hatasız aktarımını garanti eder. S döneminde DNA sentezinin başlaması için tetikleyici sinyal, S faktörü (spesifik proteinler) olarak adlandırılır. Çoğaltma oranı ve ökaryotik kromozomun uzunluğu bilindiğinde, teorik olarak birkaç güne tekabül eden replikasyon süresi hesaplanabilir, ancak pratikte replikasyon 6-12 saat içinde gerçekleşir. Bundan, ökaryotlarda replikasyonun aynı anda bir DNA molekülünün birçok yerinde başladığı sonucu çıkar.

Çoğaltma birimi replikondur. Replikon, replikasyonun gerçekleştiği DNA'nın bir bölümüdür.Ökaryotlarda fazlar arası kromozom başına replikon sayısı 100 veya daha fazlasına ulaşabilir. Bir memeli hücresinde 20-30 bin, insanlarda ise yaklaşık 50 bin replikon bulunabilir. Sabit bir zincir büyümesi hızında (ökaryotlarda - saniyede 100 nükleotid), çoklu başlatma, sürecin daha yüksek bir hıza ulaşmasını ve nükleotidlerin azalmasını sağlar. kromozomların uzatılmış bölümlerinin çoğaltılması için gereken süre, bunlar. ökaryotlarda gerçekleştirilir polireplikonçoğaltma. (Şekil 21)

Replikon, replikasyonu mümkün kılan tüm gerekli genleri ve düzenleyici dizileri içerir. Her replikon, hücre bölünmesi sırasında bir kez etkinleştirilir. Çoğaltma başlangıç ​​aşamasında kontrol edilir. Çoğaltma işlemi başladıktan sonra tüm replikon kopyalanana kadar devam edecektir.

Prokaryotlarda tüm DNA tek bir replikondur.

Şekil 21. Ökaryotik kromozomal DNA'nın replikasyonu. Çoğaltma, keseciklerin oluşumu ile farklı çoğaltma kökenlerinden (Ori) iki yönde ilerler. "Kabarcık" veya "göz", kopyalanmamış DNA içindeki kopyalanmış DNA'nın bir alanıdır. (A. S. Konichev, G. A. Sevastyanova, 2005, s. 213)

Çoğaltma işleminde yer alan enzimler çoklu enzimatik bir kompleks halinde birleştirilir. Prokaryotlarda DNA replikasyonunda 15, ökaryotlarda ise 30'dan fazla enzim rol oynar. replikasyon son derece karmaşık ve süper hassas, çok adımlı bir enzimatik işlemdir. Enzimatik kompleksler aşağıdaki enzimleri içerir:

1) DNA polimerazlar (I, III), tamamlayıcı kopyalamayı katalize eder, yani. yavru zincirin büyümesinden sorumludur. (Şekil 22) Prokaryotlar saniyede 1000 nükleotid hızında çoğalır ve ökaryotlar saniyede 100 nükleotid hızında çoğalır. Ökaryotlardaki azalan sentez hızı, DNA polimerazın replikasyon çatalındaki DNA zinciri boyunca ilerlemesi için çıkarılması gereken histon proteinlerinin zor ayrışmasıyla ilişkilidir.

2) DNA - primaz. DNA polimerazlar, mevcut nükleotidleri birleştirerek bir polinükleotid zincirini uzatabilir. Bu nedenle DNA polimerazın DNA sentezine başlayabilmesi için bir primere veya primere (İngilizce primerden) ihtiyacı vardır. DNA primazı böyle bir primeri sentezler ve bunun yerini daha sonra DNA segmentleri alır. (Şek. 22).

3) DNA ligaz, Okazaki parçalarını bir fosfodiester bağı oluşturarak birbirine bağlar.

4) DNA – helikaz, DNA sarmalını çözer, aralarındaki hidrojen bağlarını kırar. Sonuç olarak, farklı yönlendirilmiş iki tek DNA dalı oluşur (Şekil 22).

5) SSB - tek sarmallı DNA'ya bağlanan ve onu stabilize eden proteinler, yani. tamamlayıcı çiftleşmenin koşullarını yaratırlar.

DNA replikasyonu molekül üzerinde herhangi bir rastgele noktada başlamaz, ancak replikasyon bölgesinin/bölgelerinin orijini (Ori) adı verilen belirli yerlerde başlar. Zincirlerin ayrılmasını kolaylaştıran spesifik nükleotid dizilerine sahiptirler (Şekil 21). Ori noktasında replikasyonun başlatılmasının bir sonucu olarak, ana DNA ipliklerinin ayrıldığı yerler olan bir veya iki replikasyon çatalı oluşur. Kopyalama işlemi, DNA tamamen kopyalanıncaya veya iki bitişik replikasyon kaynağının replikasyon çatalları birleşinceye kadar devam eder. Ökaryotlarda replikasyonun kökenleri kromozom boyunca 20.000 nükleotid çifti kadar uzağa dağılmıştır (Şekil 21).

Şekil 22. DNA replikasyonu (metinde açıklama). (B. Alberts ve diğerleri, 1994, cilt 2, s. 82)

Enzim – helikaz– hidrojen bağlarını kırar, yani. çift ​​zinciri çözerek iki farklı yönlendirilmiş DNA dalı oluşturur (Şekil 22). Tek sarmallı bölgeler özel bağlantılarla birbirine bağlanır. SSB proteinleri, her bir ana zincirin dışında sıralanır ve onları birbirlerinden uzaklaştırır. Bu, azotlu bazların tamamlayıcı nükleotidlere bağlanmasını sağlar. Bunların bir araya gelmesinde DNA replikasyonu yönündeki dallarda, süreci katalize eden ve tamamlayıcı sentezin doğruluğunu kontrol eden DNA polimeraz enzimi bulunur. Bu enzimin çalışmasının özelliği tek yönlü olmasıdır, yani. yapı DNA'nın kızı zinciri yönünde gider 5" son 3" . Bir ana iplikçikte yavru DNA sentezi meydana gelir devamlı olarak(öncü zincir). O büyüyor 5" ila 3"çoğaltma çatalının hareket yönünde sona erer ve bu nedenle yalnızca bir başlatma eylemi gerektirir. Başka bir ana zincirde, yavru zincirin sentezi olağan şekilde kısa parçalar halinde meydana gelir. 5" - 3" polarite ve enzimlerin yardımıyla - ligaz sürekli bir gecikmeli zincir halinde dikilirler. Bu nedenle, gecikmeli zincirin sentezi birkaç başlatma eylemini (noktasını) gerektirir.

Bu sentez yöntemine denir aralıklı çoğaltma Gecikmeli iplik üzerinde sentezlenen parça bölgeleri, kaşifin onuruna parçalar olarak adlandırılır. Okazaki. Hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda kopyalanan tüm DNA'larda bulunurlar. Uzunlukları prokaryotlarda 1000-2000 nükleotide, ökaryotlarda ise 100-200 nükleotide karşılık gelir. Böylece replikasyon sonucunda bir ipliğin ana iplik olduğu, diğerinin yeni sentezlendiği 2 özdeş DNA molekülü oluşur. Bu tür kopyalamaya denir yarı muhafazakar. Bu kopyalama yöntemiyle ilgili varsayım J. Watson ve F. Crick tarafından yapılmış ve 1958'de kanıtlanmıştır. M. Meselson Ve F. Stalem. Replikasyondan sonra kromatin, bir sentromer ile birleştirilmiş 2 sıkıştırılmış DNA molekülünden oluşan bir sistemdir.

Çoğaltma işlemi sırasında prokaryotlarda ve ökaryotlarda aynı sıklıkta meydana gelen hatalar meydana gelebilir. 10 8 -10 10 nükleotid başına bir, yani genom başına ortalama 3 hata. Bu, çoğaltma işlemlerinin yüksek doğruluğunun ve koordinasyonunun kanıtıdır.

Çoğaltma hataları, DNA polimeraz III (“düzeltme mekanizması”) veya onarım sistemi tarafından düzeltilir.

2. Tazminat- bu, DNA'nın bütünlüğünü yeniden sağlama özelliğidir, yani. hasarı tamir etmek. Kalıtsal bilginin bozulmadan iletilmesi, hem bireysel bir organizmanın hem de bir bütün olarak türün hayatta kalması için en önemli koşuldur. Değişikliklerin çoğu hücreye zararlıdır; mutasyonlara neden olur, DNA replikasyonunu engeller veya hücre ölümüne neden olur. DNA sürekli olarak spontane (kopyalama hataları, nükleotit yapısının bozulması vb.) ve indüklenen (UV ışınlaması, iyonlaştırıcı radyasyon, kimyasal ve biyolojik mutajenler) çevresel faktörlere maruz kalır. Evrim sürecinde DNA'daki ihlalleri düzeltmemize olanak tanıyan bir sistem geliştirildi. DNA onarım sistemi. Etkinliği sonucunda her 1000 DNA hasarından sadece bir tanesi mutasyona yol açmaktadır. Hasar, DNA'da normal çift sarmallı yapıdan sapmaya neden olan herhangi bir değişikliktir:

1) tek zincirli kırılmaların ortaya çıkışı;

2) bazlardan birinin çıkarılması, bunun sonucunda homologu eşleşmemiş kalır;

3) tamamlayıcı bir çiftteki bir bazın, ortak bazla yanlış eşleştirilmiş başka bir bazla değiştirilmesi;

4) bir DNA ipliğinin bazları arasında veya karşıt iplikçiklerdeki bazlar arasında kovalent bağların ortaya çıkması.

Onarım, DNA ikiye katlanmadan önce (kopyalanma öncesi onarım) ve DNA ikiye katlandıktan sonra (kopyalama sonrası) gerçekleşebilir. Mutajenlerin doğasına ve DNA hasarının derecesine bağlı olarak hücrede ışık (fotoreaktivasyon), karanlık, SOS onarımı vb. meydana gelir.

Bunu düşün fotoreaktivasyon DNA hasarının doğal koşullardan (organizmanın fizyolojik özellikleri, ultraviyole ışınları dahil normal çevresel faktörler) kaynaklanması durumunda hücrede meydana gelir. Bu durumda, DNA bütünlüğünün restorasyonu görünür ışığın katılımıyla gerçekleşir: onarım enzimi görünür ışık kuantasıyla aktive edilir, hasarlı DNA'ya bağlanır, hasarlı alanın pirimidin dimerlerini ayırır ve DNA ipliğinin bütünlüğünü geri kazandırır.

Koyu onarım (eksizyon)İyonlaştırıcı radyasyona, kimyasallara vb. maruz kaldıktan sonra gözlemlenir. Hasarlı alanın çıkarılmasını ve DNA molekülünün normal yapısının onarılmasını içerir (Şekil 23). Bu tür onarım, ikinci bir tamamlayıcı DNA zinciri gerektirir. Karanlık onarımı çok aşamalıdır, bir enzim kompleksi içerir:

1) DNA zincirinin hasarlı bölümünü tanıyan bir enzim

2) DNA - endonükleaz, hasarlı DNA zincirinde kırılma yapar

3) ekzonükleaz, DNA zincirinin değişen kısmını çıkarır

4) DNA polimeraz I, silinmiş olanın yerine yeni bir DNA bölümü sentezler

5) DNA ligaz, eski DNA zincirinin ucunu yeni sentezlenenle birleştirir; DNA'nın iki ucunu kapatır (Şekil 23). İnsanlarda karanlık onarımında 25 enzim proteini görev alır.

Hücrelerin yaşamını tehdit eden büyük DNA hasarı durumunda açılır SOS onarımı. SOS onarımı 1974 yılında keşfedildi. Bu tip onarım, yüksek dozda iyonlaştırıcı radyasyona maruz kaldıktan sonra gözlemlenir. SOS onarımının karakteristik bir özelliği, birincil DNA yapısının restorasyonunun hatalı olmasıdır, bu yüzden bu adı almıştır. hataya açık tazminatlar. SOS onarımının temel amacı hücre canlılığını korumaktır.

Onarım sistemindeki bozukluklar erken yaşlanmaya, kanser gelişimine, otoimmün sistem hastalıklarına ve bir hücrenin veya organizmanın ölümüne yol açabilir.

Pirinç. 23. Değiştirilmiş nükleotid kalıntılarının değiştirilmesiyle hasarlı DNA'nın onarılması (karanlık onarım veya eksizyon onarımı). (M. Singer, P. Berg, 1998, cilt 1, s. 100)

Nükleik asitler karmaşık, yüksek moleküllü biyopolimerlerdir. Bu maddeler ilk olarak hücre çekirdeğinde keşfedildi, dolayısıyla adları (Latince çekirdekten - çekirdekten). Daha sonra hücrelerin sitoplazmasında nükleik asitlerin de bulunduğu bulundu.

F. Miescher, E. Chargaff, R. Franklin ve diğerleri gibi birçok bilim adamı nükleik asitlerin yapısının deşifre edilmesine katıldı, ancak Amerikalı biyokimyacı J. Watson ve İngiliz genetikçi F. Crick sonunda nükleik asitlerin yapısını çözmeyi başardılar. 1953'te Nobel Ödülü'ne layık görülen asitler ve keşifleri, 20. yüzyılın en büyük keşiflerinden biri olarak kabul edildi.

İki tür nükleik asit vardır: DNA - deoksiribonükleik asitler Ve RNA - ribonükleik asitler. Molekülleri, monomerleri nükleotid olan polimerlerdir. İplik benzeri DNA moleküllerinin uzunluğu çok büyüktür; insan vücudunun hücrelerinde birkaç santimetredir. 26 çift insan kromozomundaki DNA'nın toplam uzunluğu yaklaşık 1,5 metredir. RNA molekülleri daha kısadır - her birinin uzunluğu 0,01 mm'yi geçmez.

Nükleotidler - nükleik asitlerin monomerleri de karmaşık bir yapıya sahiptir. Her bir nükleotid üç bölümden oluşur: azotlu bir baz, basit bir pentoz karbonhidrat ve bir fosforik asit kalıntısı:

DNA nükleotidleri yapı bakımından RNA nükleotidlerinden farklıdır. DNA molekülleri, azotlu bazlarda birbirinden farklı olan dört tip nükleotid içerir; bunlar arasında bilinenler şunlardır: adenin, guanin, sitozin ve timin. Dört tip azotlu bazdan hangisinin DNA nükleotidinin bir parçası olduğuna bağlı olarak buna sırasıyla adenin, guanin, sitozin veya timin denir. Nükleotidler A, G, C, T olarak kısaltılır. LNA nükleotidlerinin parçası olan bir karbonhidrat. Her zaman aynıdır; deoksiribozdur; tüm DNA nükleotidlerinin sabit ve değişmeyen bir bileşeni, fosforik asit kalıntısıdır. Dolayısıyla DNA nükleotidlerinden biri, örneğin adenin A, şematik olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Nükleotidler, birinin deoksiribozu ile sonraki nükleotidin fosforik asit kalıntısı arasında kovalent bağlar oluşturularak tek zincir halinde birleştirilir (Şekil 1).

Bir DNA molekülü, azotlu bazlar tarafından birbirine yönlendirilen ve aralarında hidrojen bağlarının oluştuğu bir değil iki nükleotit zincirinden oluşur. Farklı azotlu bazlar arasındaki bu tür bağların sayısı aynı değildir ve sonuç olarak yalnızca çiftler halinde bağlanabilirler: bir polinükleotid zincirinin azotlu baz adenini her zaman diğer zincirin timini ile iki hidrojen bağıyla bağlanır, ve guanin - karşı polinükleotid zincirinin nitrojen bazlı sitoziniyle üç hidrojen bağıyla. Nükleotidleri seçici olarak birleştirme yeteneğine denir. tamamlayıcılık(Latince tamamlayıcıdan - ekleme).

Pirinç. 1. DNA'nın Yapısı

Uzayda, DNA molekülü bükülmüş bir çift sarmaldır (DNA'nın ikincil yapısı), bu da daha fazla uzaysal paketlemeye uğrayarak üçüncül bir yapı - bir süper sarmal oluşturur. Bu yapı ökaryotik kromozomların DNA'sının karakteristiğidir ve DNA ile nükleer proteinler arasındaki etkileşimden kaynaklanır. Böylece, en büyük insan kromozomunun DNA'sının uzunluğu 8 cm'dir, ancak sonuçta 5 nm'yi geçmeyecek şekilde bükülmüştür.

DNA molekülünün temel özelliği kendini kopyalama yeteneğidir ( çoğaltma) (İncir. 2).

Replikasyondan önce, DNA molekülünün çift sarmalı çözülür ve iki zincire ayrılır; bu zincirlerin her biri, DNA'nın birleşmesi için bir matris (form) görevi görür.

prensip tamamlayıcılık yeni (çocuk) zincir. Yeni bir DNA zinciri oluşturmak için kullanılan malzeme, çekirdekte her zaman serbest halde bulunan nükleotidlerdir. Bu süreç hücre bölünmesinden önce gerçekleşir ve kromozom sayısının iki katına çıkmasının temelini oluşturur.

Pirinç. 2. DNA çift sarmal replikasyonu

Bir DNA molekülünün nükleotidleri, bir protein molekülündeki amino asit dizisini kodlar - bu, DNA'nın ana işlevidir - kalıtsal bilgiyi depolar. Bir protein molekülündeki bir amino asit, bir DNA molekülünün 3 nükleotidini kodlar. Gen, bir protein molekülünün amino asit dizisinin yazılı olduğu bir DNA molekülünün bir bölümüdür.

PCR teşhis yönteminin özünü ayrıntılı olarak anlamak için okul biyoloji kursuna kısa bir gezi yapmak gerekir.

Ayrıca okul ders kitaplarından deoksiribonükleik asidin (DNA) Dünya'da var olan tüm organizmalarda genetik bilginin ve kalıtsal özelliklerin evrensel bir taşıyıcısı olduğunu biliyoruz. Tek istisna bazı mikroorganizmalardır, örneğin virüsler - bunların evrensel genetik bilgi taşıyıcısı RNA - tek sarmallı ribonükleik asittir.

DNA molekülünün yapısı

DNA molekülünün keşfi 1953'te gerçekleşti. Francis Crick ve James Watson, DNA'nın çift sarmalının yapısını keşfettiler ve çalışmaları daha sonra Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

DNA, sarmal şeklinde bükülmüş çift sarmaldır. Her iplik seri olarak bağlanmış nükleotidler olan “tuğlalardan” oluşur. Her bir DNA nükleotidi dört azotlu bazdan birini içerir: guanin (G), adenin (A) (pürinler), timin (T) ve sitozin (C) (pirimidinler), deoksiriboz ile ilişkilidir ve buna da bağlı bir fosfat grubu vardır. Bitişik nükleotidler zincirde birbirlerine 3'-hidroksil (3'-OH) ve 5'-fosfat gruplarının (5'-P03) oluşturduğu bir fosfodiester bağıyla bağlanır. Bu özellik, DNA'daki polaritenin, yani zıt yönlerin, yani 5' ve 3' uçlarının varlığını belirler: bir ipliğin 5' ucu, ikinci ipliğin 3' ucuna karşılık gelir.

0Array ( => Analizler) Dizi ( => 2) Dizi ( =>.html) 2

DNA yapısı

DNA'nın birincil yapısı, bir zincirdeki DNA nükleotidlerinin doğrusal dizisidir. Bir DNA zincirindeki nükleotidlerin dizisi, bir DNA formülü harfi şeklinde yazılır: örneğin - AGTCATGCCAG, giriş, DNA zincirinin 5' ila 3' ucu arasında yapılır.

DNA'nın ikincil yapısı, nükleotidlerin (çoğunlukla azotlu bazların) birbirleriyle etkileşimleri, hidrojen bağları nedeniyle oluşur. DNA ikincil yapısının klasik bir örneği DNA çift sarmalıdır. DNA çift sarmalı, DNA'nın iki polinükleotid zincirinden oluşan, doğadaki en yaygın DNA şeklidir. Her yeni DNA zincirinin yapısı tamamlayıcılık ilkesine göre gerçekleştirilir, yani bir DNA zincirinin her azotlu bazı, başka bir zincirin kesin olarak tanımlanmış bir bazına karşılık gelir: tamamlayıcı bir çiftte T, A'nın karşısındadır ve C, karşısındadır. G, vb.

DNA sentezi. Çoğaltma

DNA'nın benzersiz bir özelliği, ikiye katlanma (kopyalanma) yeteneğidir. Doğada DNA replikasyonu şu şekilde gerçekleşir: Katalizör görevi gören özel enzimler (girazlar) (reaksiyonu hızlandıran maddeler) yardımıyla hücrede replikasyonun gerçekleşmesi gereken bölgedeki sarmal çözülür (DNA ikiye katlanır). Daha sonra iplikleri bağlayan hidrojen bağları kırılır ve iplikler birbirinden ayrılır.

Yeni bir zincirin yapımında aktif "kurucu" özel bir enzim olan DNA polimerazdır. DNA'nın ikiye katlanması için, küçük, çift sarmallı bir DNA parçası olan bir tabaka bloğu veya "temel" de gereklidir. Bu başlangıç ​​bloğu veya daha kesin olarak ana DNA zincirinin tamamlayıcı bölümü, 20-30 nükleotidden oluşan tek sarmallı bir fragman olan primer ile etkileşime girer. DNA replikasyonu veya klonlaması her iki şeritte aynı anda gerçekleşir. Bir DNA molekülünden, bir ipliğin ana DNA molekülünden olduğu ve ikincisinin yeni sentezlendiği kızı olan iki DNA molekülü oluşur.

gastroenteroloji teşhis kompleksi - 5.360 ruble

SADECE MART AYINDAtasarruf - %15

1000 ruble Yorumlamalı EKG kaydı

- 25%öncelik
Doktor ziyareti
hafta sonları terapist

980 ovmak. bir hirudoterapistle ilk randevu

bir terapistle randevu - 1.130 ruble (1.500 ruble yerine) "Yalnızca Mart ayında cumartesi ve pazar günleri pratisyen hekim ile %25 indirimli randevular - 1.500 ruble yerine 1.130 ruble (teşhis prosedürleri fiyat listesine göre ödenir)

Dolayısıyla, DNA replikasyonu (iki katına çıkma) süreci üç ana aşamayı içerir:

• DNA sarmalının çözülmesi ve iplikçiklerin farklılaşması
• Astarların takılması
• Kız zincirinin yeni bir DNA zincirinin oluşumu

PCR analizi, modern bilim adamlarının yapay olarak yeniden yaratmayı başardığı DNA replikasyonu - DNA sentezi ilkesine dayanmaktadır: laboratuvarda doktorlar DNA'nın ikiye katlanmasına neden olur, ancak tüm DNA zincirini değil, küçük bir parçasını oluşturur.

DNA'nın İşlevleri

İnsan DNA molekülü, genetik kod kullanılarak bir nükleotid dizisi şeklinde yazılan genetik bilginin bir taşıyıcısıdır. Yukarıda anlatılan DNA replikasyonu sonucunda DNA genleri nesilden nesile aktarılır.

DNA'daki nükleotid dizisindeki değişiklikler (mutasyonlar) vücutta genetik bozukluklara yol açabilir.