Molekulārā ienesīguma bāze
Gēna struktūra, tās funkcija. Cilvēka genoma raksturojums. DNS ir iedzimtības molekula.
ķīmiskās un strukturālās īpašības No skolas bioloģijas programmas jau ir zināms, ka gēns ir DNS molekulas daļa. Tikai šis makromolekuls, kas iegūts no diezgan plaša spektra makromolekulu, kas pastāv katrā dzīvā organisma šūnā, spēj pats reproducēt un tādejādi pārraidīt šūnu vai organismu paaudzēs informāciju, kas tajā atrodas. DNS spēja pašreproducēšanai ir saistīta ar tās ķīmiskās struktūras īpatnībām. DNS molekula ir veidota no trim daļām: cukura pārstāvis dezoksiribozi, fosfāta grupu, un 4 veidu slāpekļa bāžu - citozīns( C), timīns( T), ko sauc arī purīnu, adenīnatkarīgiem( A) un guanīnu( G).Tie ir pirimidīni.
1953. gadā Watson un Crick publicēja savu vēsturisko rakstu par DNS fizisko struktūru. Saskaņā ar Watson un Crick modeli, DNS molekula ir dubultā spirāle. Katra spirāle aptver citu spirāli gar kopējo asi.Šīs spirāles ķēdes veido dezoksiribozes un fosfātu grupas. Regulāros intervālos katrai ķēdei pievieno slāpekļa bāzi, kas vērsta spirāles iekšpusē.Katra ķēdes divas bāzes, kas atrodas vienā līmenī, ir savienotas kopā.
visvairāk ievērojams, DNS molekulas, kas katrs satur slāpekļa un šo bāzi var savienot tikai uz otras labi definēta un papildu( piemērots tikai par to) tā bāzes, proti adenīna ar timīna un guanīna ar citozīnu.
Šī nukleotīdu komplementāra savienojuma īpašība nodrošina pamatu katras DNS daļas nukleotīdu sekvences precīzai reprodukcijai. DNS nukleotīdu ķēdes ir polālas. Polaritāti nosaka tas, kā cukuri( dezoksiribozi) savieno kopā.Fosfātu grupa, kas pievienota C5( 5-oglekļa) vienam cukuram, ir savienota ar hidroksilgrupu C pozīcijā,( nākamā cukura( 3-oglekļa) savienojums ar fosfodiestera saiti).Tā rezultātā gala nukleotīdam vienā ķēdes galā ir brīva 5-, bet otrā - brīvā 3-grupa. Nukleotīdu bāzu secība parasti tiek ierakstīta virzienā no 5- uz 3-galu. Divas DNS daļas ir salīdzinoši savstarpēji salīdzināmas, jo tās iet pretējos virzienos, un vienas ķēdes 5-gala daļa atbilst otras ķēdes 3-galam un otrādi.
Modeļa DNS Watson un Kriks skaidrojams ar laiku labi zināmo angļu bioķīmiķis Chargaff noteikums, saskaņā ar kuru DNS molekula saskaņā ar jebkuru skaitu purīnu stingri atbilst skaitam Pirimid īna.
Dubultās spirāles gadījumā purīna DNS( adenīns, guanīns) vienmēr tiek kombinēts ar pirimidīniem( tiimīnu un citozīnu).Starp citozīnu un guanīnu veidojas trīs ūdeņraža saites, un starp tīmīnu un adenīnu - divas, tāpēc vienkārši nevar savienot vēl vienu savienojumu.
DNS elementārā vienība ir nukleotīds, kas satur vienu dezoksiribozu, vienu fosfātu grupu un vienu slāpekļa bāzi.
DNS replikācijas
Jo DNS molekula iedzimtību, tad šīs kvalitātes tam precīzi atkārtot sevi, un līdz ar to, lai saglabātu visu informāciju oriģinālajā DNS molekulas informāciju noteiktā nukleotīdu secību. To nodrošina īpašs process, kas pirms ķermeņa šūnas sadalīšanas, ko sauc par DNS replikāciju.Šī procesa būtība ir tāda, ka īpašs ferments sadala vājās ūdeņraža saites, kas savieno divu ķēžu nukleotīdus kopā.Tā rezultātā DNS virves tiek atvienotas un no katras ķēdes ir "brīvs slāpekļa bāzes"( ts replikācijas dakša).Īpaši DNS polimerāze ferments sāk pārvietoties gar DNS ķēdē, kas brīva no 5- līdz 3-beigām molekulas, palīdzot pievienoties free nukleotīdus nepārtraukti sintezēts šūnas, uz 3 'galu, no jauna sintezēto DNS praimera pavedienu.
Reprodukcijas rezultātā tiek veidotas divas jaunas, pilnīgi identiskas DNS molekulas, kas ir identiskas sākotnējai DNS molekulai pirms tās atkārtotas darbības sākuma.
var teikt maz vienkāršo ka parādība precīzu divkāršošana DNS molekulas, kas ir balstīta uz papildu bāzes molekulas ir molekulārais pamats iedzimtību.
likme DNS replikācijas cilvēkiem ir salīdzinoši zema, un lai nodrošinātu replicēšana DNS jebkura cilvēka hromosomas, varētu paiet vairākas nedēļas, ja replikācija tiek uzsākta no viena punkta. Faktiski jebkura molekula DNS hromosomas, katrā hromosomu un cilvēkam ir tikai viena molekula DNS, ir daudz vietas replicēšana iniciācijas( replicons).No katras replikona replikācija notiek abos virzienos, līdz blakus esošie replikoni apvienojas. Tāpēc DNS replikācija katrā hromosomā notiek relatīvi ātri.
Termins "ģenētiskā koda»
molekulai iedzimtības, kas DNS ne tikai to, ka viņa spēj reproducēt sevi - ir tikai daļa no mantojuma. DNS kaut kādā veidā jāšifrē visas ķermeņa zīmes. Lielākā daļa no iezīmēm jebkuru organismu, vienšūnas vai daudzšūnu, kas definēta olbaltumvielu: fermenti, nestrukturālu proteīnu, nesējproteīni, olbaltumvielas kanāli, proteīnu receptoriem. Tāpēc DNS kaut kādā veidā jāaktivē olbaltumvielu struktūra un aminoskābju secība.
Aminoskābes savienoti viens ar otru caur peptīda saiti, kas ir izveidots ar kondensējoties aminogrupâm( NH2) no vienas aminoskābes ar karboksilgrupu( COOH) ar citu aminoskābi. Aminoskābju secību polipeptīda ķēdē reģistrē no aminoskābes ar brīvu NH2 grupu uz aminoskābi ar brīvu COOH grupu.
Zinātnieki ir noteikuši, ka kods ir triplets, kas nozīmē, ka katra aminoskābe tiek kodēta ar trīskāršu nukleotīdu. Patiešām, tā kā proteīnu izgatavošanai tiek izmantotas 20 dažādas aminoskābes, kods nevar būt viens nukleotīds, jo ir tikai 4 nukleotīdi. Kods nevar būt arī dinukleotīds, jo ir iespējamas tikai 16 kombinācijas no 2 nukleotīdiem. Pie 3 nukleotīdiem kombināciju skaits palielinās līdz 64, un tas ir pietiekami, lai kodētu 20 dažādas aminoskābes. Turklāt no tā arī izriet, ka ģenētiskajam kodam jābūt degenerētam, proti, vienu aminoskābi var kodēt vairāk nekā viena trīze nukleotīdu. Vēl viena svarīga iezīme ģenētiskā koda ir tāds, ka tas ir bez pārklāšanās, ar katrai sekvencei jaunu aminoskābju polipeptīdam ķēde kodèjoøu jauno DNS triplet.Ģenētiskais kods nesatur pieturzīmes, un kodēšanas tripleti seko viens pēc otra.Ģenētiskais kods ir universāls un to identiski izmanto gan prokariotu, gan eikariotu veidā.Kodētus trijniekus nukleotīdus sauc par kodoniem.
Vissvarīgākie ir pirmie divi no katra kodona nukleotīdi. Trešais nukleotīds ir nespecifisks. Trīs kodoni nosaka signālu polipeptīda ķēdes sintēzes apturēšanai( tulkošanas pabeigšana): UAA, UAG un CAA.Tas nozīmē, ka pēc atrašanās messenger RNS( mRNS), kur jebkurš no šiem kodonu, sintēzi Polipeptīds ķēdes apstāšanos. Kodoni, kas norāda polipeptīda ķēdes sintēzes pārtraukšanu, tiek saukti par apstāšanās kodoniem.
Informācijas RNS un transkripcijas process
Būtu jāpaskaidro, kāpēc tik ļoti nepieciešams ieviest informācijas RNS jēdzienu. Kā zināms, DNS, kas ir norādīts hromosomas šūnas un tādēļ kodolā, un proteīns tiek sintezēts citoplazmā šūnas. Lai informācija par struktūru olbaltumvielu, rakstīta valodā DNS iekāpa citoplazmā, tā vispirms tiks pārrakstīts( ierakstīts), kas mRNS molekulā.
RNS atšķiras no DNS ar to, ka ķēde RNS ribose cukura atlikumu, ko pārstāv( tāpēc tā nosaukums), timīns aizstāj ar uracila, kas ir apmēram tāda pati komplementaritāti adenīna kā timīna.
krāpšanos notikusi gēnu nukleotīdu sekvenci, kas kodē primāro struktūru proteīna polipeptīdu ķēdes pie konkrētā mRNS, DNS ķēde tādā attālumā no gēna uz konkrētu nukleotīdu sekvenci, ko sauc par promoteru, pievienojas īpašu enzīmu - RNS polimerāzes.
Transkripcijas sākuma punkts ir DNS bāze, kas atbilst RNS bāzei, kas vispirms tiek iekļauta transkriptā.MRNA transkripcija tiek turpināta, līdz RNS polimerāze II saskaras ar transkripcijas pārtraukšanas signālu.
Polipeptidu ķēdes
biosintēzePolipeptīds ķēdenotikt dekodēšanas informācijas kodēta ar ģenētiskā koda, un, balstoties uz veidnes mRNS polipeptīdu ķēdes olbaltumvielas.Šajā procesā tiek iesaistīti vēl divi RNS tipi: ribosomu( rRNS) un transports( tRNS).Attiecībā uz abiem RNS tipiem genomā ir daudz gēnu, uz matricas, kurā šīs RNS tiek sintezētas.
izglītības polipeptìda virkne no secīgi piegādāti mRNS ar tRNS, kas atbilst aminoskābes notiek uz krāsojumu.
Gēnu struktūra augstākajos organismos ir diezgan sarežģīta. Tajā ir ietverts transkripcijas ierosinātāja vietnes promotors, eksoni un introni. Eksonos ir gēnu kodēšanas secības, intronu funkcija nav zināma. Pie robežas exons un introns atrodas vienprātība secība, kas ir atzīta splaisinga enzīmi, ti. E. Fermenti izgriešanas introns no primārās mRNS atšifrējuma. Pie 3 "beigām gēna jau ar noncoding porcijas, kas atrodas vietā, kas nodrošina pievienošanu adenīna atlikumu 100-200 mRNS, lai nodrošinātu tā stabilitāti. Attiecībā uz gēnu, kas raksturīgs ar tā saukto atvērtās lasīšanas rāmi, ti. E. pietiekami ilgu secību triplets kodē aminoskābju nepārtraucot stop kodonu vai nonsensmutācijas triplets klātbūtne.