Baza moleculară a eredității

Structura genei, funcția acesteia. Caracteristicile genomului uman. ADN-ul este o moleculă de ereditate. Caracteristicile chimice și structurale ale

Este deja cunoscut din programul de biologie școlară că o genă este un segment al unei molecule de ADN.Numai acest macromoleculă dintr-un spectru destul de larg de macromolecule prezente în fiecare celulă a fiecărui organism viu, capabil de a se reproduce, și, prin urmare, să transmită generațiilor de celule sau organisme, informațiile conținute de acestea. Capacitatea ADN-ului de auto-reproducere se datorează particularităților structurii sale chimice. Molecula de ADN este construit din trei componente: un zahar reprezentat dezoxiriboză, grupări fosfat, și 4 tipuri de baze azotate - citozină( C), timină( T), care este de asemenea, numit purine, adenină( A) și guanină( G).Acestea sunt pirimidine.

În 1953, Watson și Crick au publicat articolul lor istoric privind structura fizică a ADN-ului. Conform modelului Watson și Crick, molecula ADN este o dublă helix. Fiecare spirală se înfășoară în jurul unei alte spirale de-a lungul unei axe comune. Lanțurile acestei helix formează grupuri de deoxiriboză și fosfat. La intervale regulate, o bază de azot, îndreptată spre interiorul spiralei, este atașată la fiecare lanț.Cele două baze ale fiecărui lanț, situate la același nivel, sunt conectate împreună.

remarcabil în molecula de ADN care fiecare bază azotată se poate conecta numai la alte bine definite și complementare( potrivite numai pentru ea) ea de bază, și anume adenină cu timină și guanină cu citozină.

Această proprietate a asocierii complementare a nucleotidelor oferă baza pentru reproducerea exactă a secvenței de nucleotide a fiecărei catene ADN.Lanțurile nucleotidice ale ADN sunt polare. Polaritatea este determinată de modul în care sunt îmbinate zaharurile( deoxiriboză).Un grup de fosfat atașată la C5( cinci carbon) a zahărului este cuplat la o grupare hidroxil în poziția C( 3-carbon), zahăr următor printr-o legătură fosfodiester. Ca rezultat, nucleotida terminală la un capăt al lanțului are un număr liber de 5 și, pe de altă parte, un grup liber 3.Secvența bazelor de nucleotide este de obicei scrisă în direcția de la 5 la 3-capăt. Două spiralele ADN sunt antiparalel reciproc, astfel încât merge în direcții opuse, și capătul 5 „al o catenă corespunde capătului 3“ al celeilalte catene și invers.

Modelul ADN Watson și Crick explicat prin timpul bine-cunoscut engleza biochemist regula Chargaff, potrivit căreia molecula de ADN a oricărui număr de purine corespunde strict la numărul de pirimidine.

În dublul helix, ADN-ul purin( adenină, guanină) este întotdeauna combinat cu pirimidine( timină și citozină).Între citozină și guanină se formează trei legături de hidrogen, iar între timină și adenină - două, astfel încât nu se poate face o altă cale de a se conecta.

O unitate elementară de ADN este o nucleotidă care conține o deoxiriboză, o grupare fosfat și o bază azotată.DNA

replicare

Deoarece ADN-ul este o molecula de ereditate, atunci această calitate trebuie să se reproducă cu acuratețe și, astfel, pentru a salva toate informațiile în original, informațiile molecula de ADN într-o secvență de nucleotide specifică.Acest lucru este asigurat de un proces special care preced divizarea oricărei celule din corp, care se numește replicare ADN.Esența acestui proces este că o enzimă specială rupe legături slabe de hidrogen, care leagă nucleotidele celor două lanțuri. Ca rezultat, firele de ADN sunt deconectate și bazele libere azotate( așa-numita furculiță de replicare) "ies din" fiecare lanț.Enzima special ADN-polimerazei începe să se miște de-a lungul lanțului de ADN liber de la 5 până la 3-capăt al moleculei, ajutând să se alăture nucleotidelor liberi sintetizați în mod continuu în celulă, la capătul 3“al catenei de ADN nou sintetizat.

Ca urmare a replicării, se formează două molecule ADN noi, absolut identice, identice cu molecula ADN originală, înainte de începerea reducerii acesteia.

Se poate spune, oarecum simplificând faptul că fenomenul de dublare exactă a moleculei ADN, care se bazează pe complementaritatea bazelor acestei molecule, este baza moleculară a eredității.

Rata

de replicarea ADN-ului la om este relativ scăzută, și pentru a asigura replicarea ADN-ului oricărui cromozom uman, ar dura săptămâni, dacă replicarea este pornit de la un singur punct. De fapt, orice molecula de cromozomi ADN, fiecare cromozom și uman conține doar o moleculă de ADN, există multe locuri de inițiere replicare( repliconi).Din fiecare replică, replicarea merge în ambele direcții până când îmbinarea replicilor vecine. Prin urmare, replicarea ADN-ului în fiecare cromozom continuă relativ repede. Termenul

„cod genetic»

Pentru o molecula de ereditate, care este ADN-ul nu numai că ea este capabilă să se reproducă - este doar o parte din moștenire. ADN-ul trebuie să codifice cumva toate semnele corpului. Cele mai multe dintre caracteristicile de orice proteine ​​organism, unicelular sau pluricelular, definite: enzime, proteine ​​structurale, proteine ​​purtătoare, canale de proteine, receptori de proteine. Prin urmare, ADN-ul trebuie să codifice cumva structura proteinelor și ordinea aminoacizilor din ele.

Aminoacizii îmbinate între ele prin legături peptidice, care se formează prin condensarea grupărilor amino( NH2) a unui aminoacid cu o grupare carboxil( COOH), cu un alt aminoacid. Secvența de aminoacizi din lanțul polipeptidic este înregistrată de la un aminoacid cu o grupare NH2 liberă la un aminoacid cu o grupare COOH liberă.

Oamenii de știință au descoperit că codul este un triplet, aceasta înseamnă că fiecare aminoacid este codificat de trei nucleotide.Într-adevăr, deoarece 20 aminoacizi diferiți sunt utilizați pentru a construi proteine, codul nu poate fi o singură nucleotidă, deoarece există doar 4 nucleotide. Codul nu poate fi, de asemenea, dinucleotid, deoarece sunt posibile doar 16 combinații de 2 nucleotide. La 3 nucleotide, numărul de combinații crește la 64 și acest lucru este suficient pentru a codifica 20 de aminoacizi diferiți.În plus, rezultă de asemenea că codul genetic este de a fi degenerat, adică un aminoacid poate fi codificat de mai mult de un triplet de nucleotide. O altă caracteristică importantă a codului genetic este că acesta este care nu se suprapun, cu fiecare secvență o nouă secvență de aminoacizi de codificare a lanțului polipeptidic al noului tripletul ADN.Codul genetic nu conține semne de punctuație, iar tripletele de codare urmează unul după altul. Codul genetic este universal și este utilizat identic atât de prokariote, cât și de eucariote. Tripletele codificatoare de nucleotide sunt numite codoni.

Cele mai importante sunt primele două nucleotide ale fiecărui codon. A treia nucleotidă este nespecifică.Trei codoni determină semnalul pentru oprirea sintezei lanțului polipeptidic( terminarea traducerii): UAA, UAG și CAA.Aceasta înseamnă că, la locul de ARN mesager( ARNm), în cazul în care oricare dintre aceste codoni, sinteza opririlor cu lanț polipeptidic. Codonii care indică terminarea sintezei unei catene de polipeptidă sunt numiți codoni stop.

ARN mesager și procesul de transcriere

ar trebui să fie explicat de ce a fost atât de necesar să se introducă conceptul de ARN mesager. După cum se știe, ADN-ul conținut în cromozomi ai celulei și, prin urmare, în nucleu, iar proteina este sintetizat în citoplasmă celulelor. Pentru informații despre structura proteinei, scrise în limba de ADN luat în citoplasmă, va fi mai întâi rescrisă( transcrisă) în molecula ARNm.

ARN difera de ADN prin aceea că un ARN cu lanț rest de zaharuri riboza reprezentat prin( de aici numele), timina se înlocuiește cu uracil care are aproximativ aceeași complementaritate la adenină ca Timina.

Pentru a cheating apărut secvență nucleotidică genă care codifică structura primară a lanțului polipeptidic proteină la ARNm specific, un lanț de ADN la o distanță de gena la o secvență specifică de nucleotide, numit promotor, se alătură enzima special - ARN polimerază.

Punctul de plecare al transcripției este baza ADN care corespunde bazei ARN, care este mai întâi inclusă în transcripție. Transcripția ARNm este continuată până când ARN polimeraza II întâlnește un semnal de terminare a transcripției.

Biosinteza lanțului polipeptidic

În lanțul polipeptidic, informația codificată prin codul genetic este decodificată și șablonul mRNA este construit pe lanțul polipeptidic al unei proteine ​​specifice.În acest proces sunt implicate încă două tipuri de ARN: ribozomal( rRNA) și transport( tRNA).Pentru ambele tipuri de ARN, există numeroase gene în genom, pe matricea cărora sunt sintetizate aceste ARN-uri.

Formarea unui lanț polipeptidic din tRNAs furnizate secvențial la mRNA cu aminoacizii corespondenți are loc pe ribozomi.

Structura genei în organismele superioare este destul de complicată.Acesta include un promotor care conține un situs de inițiere a transcripției, exoni și introni. Exonii conțin secvențele de codificare ale genei, funcția intronilor rămâne necunoscută.La marginea exonilor și intronilor este o secvență de consens, care este recunoscută de enzimele de îmbinare, adică de enzime pentru excizarea intronilor din transcrierea mARN primară.La capătul 3 al genei, există deja în porțiunea ne-codificatoare un sit care asigură adăugarea a 100-200 reziduuri de adenină la mRNA pentru a asigura stabilitatea sa. Gena este caracterizată de așa numitul cadru deschis de citire, adică prezența unei secvențe suficient de lungi de tripleți care codifică aminoacizi care nu sunt întrerupți de codoni stop sau tripleți fără sens.