בסיס מולקולרי של תורשה

מבנה הגן, תפקודו.מאפייני הגנום האנושי.DNA הוא מולקולה של תורשה.תכונות כימיות ומבניות של

כבר ידוע מהתוכנית לביולוגיה בבית הספר כי הגן הוא קטע של מולקולת דנ"א.רק מקרומולקולה זו מקשת רחבה למדי של מקרומולקולות נוכחת בכל תא של כל יצור חי, מסוגל לשכפל את עצמם, ומעבירים אל דורות של תאים או יצורים, המידע המופיע בו.יכולת הדנ"א להעתקה עצמית נובעת מהמוזרויות של המבנה הכימי שלה.מולקולת הדנ"א בנויה משלושה רכיבים: סוכר מיוצג deoxyribose, קבוצות פוספט, ו 4 סוגים של בסיסים חנקניים - ציטוזין( C), תימין( T), אשר נקרא גם purines, אדנין( A) ו גואנין( G).אלה הם pyrimidines.

בשנת 1953, ווטסון וקריק פירסמו את המאמר ההיסטורי שלהם על המבנה הפיזי של הדנ"א.על פי המודל של ווטסון וקריק, מולקולת הדנ"א היא סליל כפול.כל ספירלה עוטפת סביב סליל נוסף לאורך ציר משותף.השרשרות של סליל זה מהווים קבוצות deoxyribose ו פוספט.במרווחי זמן קבועים, מחובר לכל שרשרת שרשרת ניטרוגנית, הפונה אל החלק הפנימי של הספירלה.שני הבסיסים של כל שרשרת, הממוקמים באותה רמה, מחוברים זה לזה.

המדהים ביותר מולקולת הדנ"א שכל בסיס חנקני יכול להתחבר רק אחרים מוגדרים היטב ומשלימה( מתאים רק אותו) זה בסיס, כלומר אדנין עם תימין ו גואנין עם ציטוזין.

תכונה זו של נוקלאוטידים משלימה באופן משלים מספקת את הבסיס לשחזור המדויק של רצף נוקליאוטידים של כל גדיל DNA.שרשראות ה- DNA של נוקליאוטידים הן קוטביות.קוטביות נקבעת על ידי איך סוכרים( deoxyribose) מחוברים יחד.קבוצת פוספט המצורפת C5( חמש-חמצני) של סוכר מצמידים קבוצת הידרוקסיל בעמדה C( 3-חמצני) סוכר הבא על ידי קשר פוספודיאסטרי.כתוצאה מכך, נוקלאוטיד מסוף בקצה אחד של הרשת יש 5 חינם, ומצד שני - חינם 3-קבוצה.רצף של בסיסים נוקליאוטידים נכתב בדרך כלל בכיוון של 5- ל -3 בסוף.שני גדילי דנ"א הם antiparallel זה לזה, כך הולכים בכיוונים מנוגדים, ו 5 "סוף הגדיל אחד שמתאים 3" סוף הגדיל האחר ולהיפך.

דגם DNA ווטסון וקריק הסביר שעד ביוכימאי אנגלית ידועה כלל Chargaff, לפיו מולקולת ה- DNA של כל מספר של purines מתאים בהחלט למספר פירימידין.

בסליל הכפול, DNA של purine -( adenine, guanine) משולב תמיד עם pyrimidines( thymine ו- cytosine).בין ציטוזין ו גואנין, שלושה קשרים מימן נוצרים, ובין תימין ואדנין - שתיים, כך דרך אחרת להתחבר פשוט לא יכול.

יחידה ראשונית של דנ"א היא נוקליאוטיד המכיל אחד deoxyribose, קבוצה אחת פוספט ובסיס nitrogenous אחד.

DNA שכפול

בגלל DNA הוא מולקולה של תורשה, אז עבור איכות זה חייב לשכפל את עצמו במדויק ובכך לחסוך את כל המידע מידע מולקולת ה- DNA המקורי בתוך רצף נוקליאוטידים ספציפיים.זה מסופק על ידי תהליך מיוחד שקדם חלוקת כל תא בגוף, אשר נקרא שכפול DNA.המהות של תהליך זה היא כי אנזים מיוחד שובר קשרים מימן חלש, אשר מחברים את נוקליאוטידים של שתי רשתות יחד.כתוצאה מכך, גדילי דנ"א מנותקים ובסיסים ניטרוגניים חופשיים( מה שמכונה "מזלג שכפול") "בולטים" מכל שרשרת.אנזים דנ"א פולימראז מיוחד מתחיל לנוע לאורך שרשרת ה- DNA חופשית 5 ל 3-סוף המולקולה, עוזר להצטרף נוקלאוטידים החופשיים מסונתזים ברציפות בתא, עד סוף" 3 של גדיל DNA המסונתז החדש.כתוצאה מכך,

שהכפול נוצר שתי באותה מולקולת הדנ"א חדשה, בדיוק, זהה מולקולת הדנ"א המקורית לפני השכפול שלו.

יכול לומר כמה פישוט כי התופעה של ההכפלה המדויקת של מולקולת ה- DNA, אשר מבוססת על בסיס המשלימים של המולקולה היא הבסיס המולקולרי של תורשה.

שיעור

של שכפול ה- DNA בבני אדם הוא נמוך יחסית, ועל מנת להבטיח את שכפול הדנ"א של כל כרומוזום אנושי, ייקח שבועות, אם השכפול הוא התחיל מנקודה אחת.למעשה, כל מולקולה של כרומוזומים דנ"א, כל כרומוזום ואנושי מכילים רק מולקולה אחת של DNA, יש הרבה מקומות שכפולים ייזום( replicons).מכל עותק חוזר, שכפול הולך בשני הכיוונים עד השכבות השכנות להתמזג.לכן, שכפול הדנ"א בכל כרומוזום מתקדם במהירות יחסית.

המונח "קוד גנטי»

לקבלת מולקולה של תורשה, שהינה DNA לא רק כי היא יכולה לשכפל את עצמו - הוא רק חלק מן הירושה.DNA חייב איכשהו לקודד את כל הסימנים של הגוף.רוב הסימנים של כל אורגניזם, חד תאיים או תאיים, נקבעים על ידי חלבונים: אנזימים, חלבונים מבניים, חלבונים נושאות, ערוצי חלבון, חלבונים קולטן.לכן, DNA חייב איכשהו לקודד את המבנה של חלבונים וסדר של חומצות אמינו בהם.

חומצות אמינו, המחוברות זו לזו באמצעות אג"ח פפטיד, אשר נוצר על ידי התעבות של קבוצות אמינו( NH2) של חומצה אמינית אחת עם קבוצה carboxyl( COOH) עם חומצת אמינו נוספת.רצף חומצות האמינו בשרשרת הפוליפפטידים נרשם מחומצת אמינו עם קבוצת NH2 חופשית לחומצת אמינו עם קבוצת COOH חופשית.

מדענים קבעו כי הקוד הוא משולש, כלומר, כל חומצת אמינו מקודד על ידי משולש של נוקליאוטידים.ואכן, מאז 20 חומצות אמינו שונות משמשות לבניית חלבונים, הקוד אינו יכול להיות נוקליאוטיד אחד, שכן יש רק 4 נוקליאוטידים.הקוד אינו יכול להיות גם דינוקליוטיד, שכן רק 16 שילובים של 2 נוקליאוטידים אפשריים.ב 3 נוקליאוטידים, מספר השילובים עולה ל 64, וזה מספיק כדי לקודד 20 חומצות אמינו שונות.בנוסף, זה נובע גם מכך כי הקוד הגנטי חייב להיות מנוון, כלומר, חומצת אמינו אחת יכול להיות מקודדים על ידי יותר משלושה משולש של נוקליאוטידים.מאפיין חשוב נוסף של הקוד הגנטי הוא שהוא אינו חופף, עם כל חומצת אמינו חדשה רצופה שרשרת פוליפפטיד קידוד ברצף משולש DNA חדש.הקוד הגנטי אינו מכיל סימני פיסוק, ושלישי הקידוד עוקבים בזה אחרי זה.הקוד הגנטי הוא אוניברסלי, והוא משמש באופן זהה הן על ידי prokaryotes ו eukaryotes.קידוד שלישיות של נוקליאוטידים נקראות קודונים.

החשוב ביותר הוא שני נוקליאוטידים הראשונים של כל קודון.הנוקליאוטיד השלישי אינו ספציפי.שלושה קודונים לקבוע את האות לעצור את הסינתזה של שרשרת פוליפפטיד( סיום התרגום): UAA, UAG ו CAA.משמעות הדבר היא כי במקום RNA מידע( mRNA), שבו כל אלה קודונים נמצאים, סינתזה של שרשרת פוליפפטיד של החלבון מפסיק.קודון המציין את הפסקת הסינתזה של שרשרת פוליפפטידים נקראים להפסיק קודונים.

מידע רנ"א תהליך שעתוק

יש להסביר מדוע זה היה הכרחי כדי להציג את הרעיון של מידע רנ"א.כידוע, ה- DNA המצוי בכרומוזומים של התא ולכן בגרעין, ואת החלבון מסונתז בציטופלסמה של תאים.למידע על מבנה החלבון, שנכתב בשפה של DNA נכנס בציטופלסמה, זה ראשון יהיה לשכתב( עבד) במולקולת mRNA.

RNA שונה DNA בכך משקע סוכר ריבוז RNA שרשרת המיוצג על ידי( ומכאן שמו), תימין מוחלף אורציל מונה כ- באותה מידה השלמה כדי אדנין כמו תימין.

כדי רמאות התרחש רצף נוקליאוטידים הגן המקודד את המבנה הראשוני של שרשרת פוליפפטיד חלבון mRNA ספציפי, שרשרת ה- DNA במרחק מן הגן אל רצף מסוים של נוקלאוטידים, שנקרא האמרגן, מצטרף אנזים מיוחד - RNA פולימראז.

נקודת המוצא של שעתוק היא בסיס ה- DNA המתאים לבסיס ה- RNA, שנכלל לראשונה בתמליל.תעתיק של mRNA נמשך עד RNA פולימראז II פוגש אות סיום של שעתוק.

ביוסינתזה של שרשרת פוליפפטיד

שרשרת פוליפפטיד להתרחש פענוח המידע המקודד על ידי הקוד הגנטי, ואת הבניין על שרשרת פוליפפטיד mRNA תבנית של חלבון.בתהליך זה, שני סוגים נוספים של RNA מעורבים: ribosomal( rRNA) ותחבורה( tRNA).עבור שני סוגים של RNA, ישנם גנים רבים בגנום, על המטריצה ​​של אשר RNAs אלה מסונתזים.

היווצרות של שרשרת פוליפפטיד מ mRNAs tRNA נמסר ברצף עם חומצות האמינו המקביל מתרחשת על הריבוזומים.

מבנה הגן באורגניזמים גבוהים יותר מסובך למדי.הוא כולל מקדם המכיל אתר ייזום שעתוק, אקסונים ואינטרונים.אקסונים מכילים רצפי קידוד של הגן, את הפונקציה של אינטרונים נשאר לא ידוע.בגבול של אקסונים אינטרונים הממוקמים רצף קונסנסוס כי הוא מוכר על ידי אנזימי שחבור, כלומר. א האנזימים עבור כריתה של אינטרונים מן תעתיק mRNA הראשוני.בסוף 3 של הגן, יש כבר בחלק הלא קידוד אתר מתן תוספת של 100-200 שאריות אדנין כדי mRNA כדי להבטיח את יציבותה.עבור גן מאופיין המסגרת שנקראת פתוחה לקריאה, כלומר. א הנוכחות של רצף ארוך דיו של שלישיות קידוד עבור חומצות אמינו, בלי להפריע קודונים לעצור או שלישיות שטויות.