Molekylær basis av arvelighet
Strukturen av genet, dets funksjon. Egenskaper av det humane genom. DNA er et arvelighetsmolekyl. Kjemiske og strukturelle egenskaper ved
Det er allerede kjent fra skolebiologi-programmet at et gen er et segment av et DNA-molekyl. Bare denne makromolekyl fra et ganske bredt spekter av makromolekyler som finnes i hver eneste celle i alle levende organismer, i stand til å reprodusere seg selv, og derfor overføre til generasjoner av celler eller organismer, den informasjonen som finnes der. DNA-evne til selvgjengivelse skyldes egenartene i sin kjemiske struktur. DNA-molekylet som er bygget opp av tre komponenter: en sukker representert deoksyribose, fosfatgrupper, og 4 typer av nitrogenholdige baser - cytosin( C), thymin( T), som også kalles puriner, adenin( A) og guanin( G).Dette er pyrimidiner.
I 1953 publiserte Watson og Crick sin historiske artikkel om den fysiske strukturen til DNA.Ifølge Watson og Crick-modellen er DNA-molekylet en dobbelt helix. Hver spiral vikler rundt en annen spiral langs en felles akse. Kjedene i denne helix danner deoksyribose- og fosfatgrupper. Med jevne mellomrom er en nitrogenbasert base, som vender mot innsiden av spiralen, festet til hver kjede. De to basene av hver kjede, som ligger på samme nivå, er koblet sammen.
mest bemerkelsesverdig i DNA-molekylet som hvert nitrogenholdige basen kan kobles bare til andre veldefinert og komplementære( kun egnet for det) den base, nemlig adenin med tymin og cytosin guanin med.
Denne egenskapen til nukleotider komplementær sammenkobling gir grunnlaget for den eksakte reproduksjon av nukleotidsekvensen av hver DNA-streng. Nukleotidkjedene av DNA er polare. Polariteten bestemmes av hvordan sukkerene( deoksyribose) sammenføyes. Fosfatgruppen festet til C5( 5-karbon) av ett sukker er koblet til hydroksylgruppen ved C-posisjonen,( 3-karbon) av det neste sukker ved fosfodiesterbindingen. Som et resultat har terminalnukleotidet i den ene enden av kjeden en fri 5-, og på den annen side - en fri 3-gruppe. Sekvensen av nukleotidbaser skrives vanligvis i retning fra 5- til 3-enden. De to strengene av DNA er antiparallelle mot hverandre, siden de går i motsatt retning og 5-enden av en kjede tilsvarer 3-enden av den andre kjeden og omvendt.
Model DNA Watson og Crick forklares med den tid den kjente engelsk biokjemikeren Chargaff regel, i henhold til hvilken den DNA-molekyl ifølge et hvilket som helst antall av puriner strengt tilsvarer antall av pyrimidiner.
I dobbelthelixen er purin-DNA-( adenin, guanin) alltid kombinert med pyrimidiner( tymin og cytosin).Mellom cytosin og guanin dannes tre hydrogenbindinger, og mellom tymin og adenin - to, slik at en annen måte å koble til ganske enkelt ikke kan.
En elementær enhet av DNA er et nukleotid som inneholder en deoksyribose, en fosfatgruppe og en nitrogenbasert base.
DNA-replikasjon
Fordi DNA er et molekyl av arvelighet, da for denne kvalitet det må nøyaktig å formere seg og således for å lagre all informasjon i den opprinnelige DNA-molekylet informasjon i en bestemt nukleotidsekvens. Dette er gitt av en spesiell prosess som foregår fordeling av en hvilken som helst celle i kroppen, som kalles DNA-replikasjon. Essensen av denne prosessen er at et spesielt enzym bryter svake hydrogenbindinger, som forbinder nukleotidene i to kjeder sammen. Som et resultat frakobles DNA-strenger og frie nitrogenholdige baser( den såkalte replikasjonsgaffelen) "sticker ut" fra hver kjede. Spesielt DNA-polymerase-enzym begynner å bevege seg langs DNA-kjeden fri fra 5- til 3-enden av molekylet, bidrar til å delta i de frie nukleotider kontinuerlig syntetisert i cellen, til 3'-enden av det nylig syntetiserte DNA-tråden.
Som et resultat av replikasjon dannes to nye, helt identiske DNA-molekyler som er identiske med det opprinnelige DNA-molekylet før begynnelsen av dens reduplisering.
Det kan sies noe forenkling at fenomenet nøyaktig fordobling av DNA-molekylet, som er basert på komplementariteten til basisene i dette molekylet, er molekylær grunnlaget for arvelighet.
hastighet av DNA-replikasjon hos mennesker er forholdsvis lav, og for å sikre replikasjon av DNA fra en hvilken som helst humant kromosom, ville ta uker, hvis replikasjon er startet fra et enkelt punkt. Faktisk hvilket som helst molekyl av DNA-kromosomer, hvert kromosom og menneske inneholder bare ett molekyl av DNA, er det mange steder replikasjonsinitieringssete( replikon).Fra hver replikon går replikasjon i begge retninger til nabo-replikonene slås sammen. Derfor fortsetter DNA-replikasjon i hvert kromosom relativt raskt.
begrepet "genetiske koden»
For et molekyl av arvelighet, som er DNA ikke bare at hun er i stand til å reprodusere seg selv - er bare en del av arven. DNA må på en eller annen måte kode alle tegn på kroppen. De fleste av trekkene ved hvilken som helst organisme, encellet eller flercellet, definert proteiner: enzymer, strukturproteiner, bærerproteiner, proteiner kanaler, proteinreseptorer. Derfor må DNA på en eller annen måte kode for strukturen av proteiner og rekkefølgen av aminosyrer i dem.
aminosyrer bundet til hverandre via peptidbinding, som er dannet ved kondensasjon av aminogrupper( NH2) av en aminosyre med en karboksylgruppe( COOH) med en annen aminosyre. Aminosyresekvensen i polypeptidkjeden er registrert fra en aminosyre med en fri NH2-gruppe til en aminosyre med en fri COOH-gruppe.
Forskere har funnet at koden er en lett, betyr dette at hver aminosyre kodes av tre nukleotider. Faktisk, siden 20 forskjellige aminosyrer brukes til å konstruere proteiner, kan koden ikke være et enkelt nukleotid, siden det bare er 4 nukleotider. Koden kan ikke også være dinucleotid, da bare 16 kombinasjoner av 2 nukleotider er mulige. Ved 3 nukleotider øker antall kombinasjoner til 64, og dette er nok til å kode 20 forskjellige aminosyrer. Dessuten er det også slik at den genetiske kode er degenerert til å være, nemlig en aminosyre kan kodes for av mer enn en triplett av nukleotider. Et annet viktig trekk ved den genetiske kode er at det er ikke-overlappende, med hver sekvens en ny aminosyre polypeptid-kjede kodende sekvensen til den nye DNA-triplet. Den genetiske koden inneholder ikke tegnsettingstegn, og kodende tripplene følger etter hverandre. Den genetiske koden er universell og brukes identisk både av prokaryoter og eukaryoter. Kodingstripeller av nukleotider kalles kodoner.
Det viktigste er de to første nukleotidene i hvert kodon. Det tredje nukleotidet er uspesifikt. Tre kodoner definerer stoppsignalet polypeptidkjeden syntese( translasjonsterminering): UAA, UAG og UGA.Dette betyr at ved plasseringen av budbringer-RNA( mRNA), hvor noen av disse kodoner, syntesen av polypeptidkjeden stopper. Kodonene som indikerer terminering av syntesen av en polypeptidkjede, kalles stoppkodoner.
messenger RNA og
transkripsjon prosessen bør forklarte hvorfor det var så nødvendig å innføre begrepet messenger RNA.Som kjent, kan DNA som inneholdes i kromosomene i cellen, og derfor i kjernen, og proteinet blir syntetisert i cytoplasmaet av celler. Til informasjon om strukturen av proteinet, skrevet på et språk av DNA kom inn i cytoplasma, vil det først bli omskrevet( transkribert) i mRNA-molekylet.
RNA skiller seg fra DNA ved at en kjede RNA-ribose-sukkerrest representert ved( derav navnet) er thymin erstattet med uracil som har tilnærmet samme komplementaritet til adenin som tymin.
fusk oppstått gen nukleotidsekvens som koder for primærstrukturen av proteinet polypeptidkjeden ved spesifikk mRNA, en DNA-kjede i en avstand fra genet til en spesifikk sekvens av nukleotider, kalt promotoren, blir spesielt enzym - RNA polymerase.
Utgangspunktet for transkripsjon er DNA-basen som tilsvarer RNA-basen, som først inngår i transkripsjonen. Transkripsjon av mRNA fortsetter til RNA-polymerase II møter et termineringssignal for transkripsjon.
Biosyntese av polypeptidkjeden
I polypeptidkjeden dekoderes informasjonen kodet av den genetiske koden og mRNA-templaten er konstruert på en polypeptidkjede av et spesifikt protein. I denne prosessen er to typer RNA involvert: ribosomal( rRNA) og transport( tRNA).For begge typer RNA er det mange gener i genomet, på matrisen som disse RNAene syntetiseres.
Dannelsen av en polypeptidkjede fra sekvensielt leverte tRNA mRNAer med de tilsvarende aminosyrer forekommer på ribosomer.
Strukturen av genet i høyere organismer er ganske komplisert. Den inkluderer en promoter som inneholder et transkripsjonsinitieringssted, exoner og introner. Exons inneholder de kodende sekvensene av genet, funksjonen til intronene forblir ukjent. På grensen til exoner og introner er en konsensussekvens, som er gjenkjent av spleise-enzymer, dvs. ved hjelp av enzymer for ekskraksjon av introner fra det primære mRNA-transkripsjon. Ved 3-enden av genet er det allerede i den ikke-kodende del et sted som tilveiebringer tilsetning av 100-200 adeninrester til mRNA for å sikre dens stabilitet. Genet er preget av den såkalte åpne leserammen, det vil si tilstedeværelsen av en tilstrekkelig lang sekvens av trieter som koder for aminosyrer som ikke avbrytes av stoppkodoner eller meningsløse tripletter.