Molekylär grund för ärftlighet
Strukturen av genen, dess funktion. Egenskaper hos det humana genomet. DNA är en molekyl av ärftlighet. Kemiska och strukturella egenskaper hos
Det är redan känt från skolbiologiprogrammet att en gen är ett segment av en DNA-molekyl. Endast denna makromolekyl från en ganska brett spektrum av makromolekyler som förekommer i varje cell i varje levande organism, kunna reproducera sig själva, och därför sända till de generationer av celler eller organismer, den information som finns däri. DNA-förmågan för självreproduktion beror på egenskaperna hos den kemiska strukturen. DNA-molekylen är uppbyggd av tre komponenter: ett socker representerade deoxiribos, fosfatgrupper, och 4 typer av kvävehaltiga baser - cytosin( C), tymin( T), som också kallas puriner, adenin( A) och guanin( G).Dessa är pyrimidiner.
1953 publicerade Watson och Crick sin historiska artikel om DNA: s fysiska struktur. Enligt Watson och Crick-modellen är DNA-molekylen en dubbel helix. Varje spiral lindar runt en annan spiral längs en gemensam axel. Kedjorna i denna spiral bildar deoxiribos- och fosfatgrupper. Med regelbundna mellanrum sitter en kvävebas, vänd mot insidan av spiralen, till varje kedja. De två baserna i varje kedja, som är belägna på samma nivå, är anslutna ihop.
mest anmärkningsvärt i den DNA-molekyl som var och en kvävehaltig bas kan bara ansluta till andra väldefinierade och kompletterande( lämplig endast för det) det bas, nämligen adenin med tymin och guanin med cytosin.
Denna egenskap av nukleotider komplementärt parning ger grunden för den exakta reproduktionen av nukleotidsekvensen för varje DNA-sträng. DNA-nukleotidkedjorna är polära. Polariteten bestäms av hur sockerarterna( deoxyribos) förenas. Fosfatgruppen bundet till C5( 5-kol) av ett socker är kopplad till hydroxylgruppen vid C-positionen,( 3-kol) av nästa socker av fosfodiesterbindningen. Som ett resultat har terminalnukleotiden vid den ena änden av kedjan en fri 5-, och å andra sidan - en fri 3-grupp. Sekvensen av nukleotidbaser skrivs vanligen i riktning från 5- till 3-änden. Två DNA-strängar är antiparallella med varandra, så går i motsatta riktningar, och 5 'änden av en sträng motsvarar 3' -änden av den andra strängen och omvänt.
Modell DNA Watson och Crick förklaras av den tid den välkända engelska biokemi Chargaff regel enligt vilken DNA-molekyl enligt vilket som helst antal puriner motsvarar strikt till antalet pyrimidiner.
I dubbelhelixen kombineras purin-DNA-( adenin, guanin) alltid med pyrimidiner( tymin och cytosin).Mellan cytosin och guanin bildas tre vätebindningar, och mellan tymin och adenin - två, så ett annat sätt att ansluta kan helt enkelt inte.
En elementär enhet av DNA är en nukleotid som innehåller en deoxiribos, en fosfatgrupp och en kvävebas.
DNA-replikation
Eftersom DNA är en molekyl av ärftlighet, sedan för denna kvalitet den måste noggrant replikera sig själv och på så sätt spara all information i den ursprungliga DNA-molekylen finns i en specifik nukleotidsekvens. Detta tillhandahålls av en speciell process som föregår uppdelningen av vilken cell i kroppen som heter DNA-replikation. Kärnan i denna process är att ett speciellt enzym bryter svaga vätebindningar, som förbinder nukleotiderna i två kedjor tillsammans. Som ett resultat avbryts DNA-strängarna och fria kvävebaser( den så kallade replikationsgaffeln) sticker ut från varje kedja. Särskilt DNA-polymerasenzym börjar röra sig längs DNA-kedjan fri från 5- till 3-änden av molekylen, hjälpa till att ansluta sig till de fria nukleotider kontinuerligt syntetiserade i cellen, till 3-änden av den nysyntetiserade DNA-strängen. Som ett resultat, replikerings
bildas två nya, exakt samma DNA-molekyl, identisk som den ursprungliga DNA-molekylen före dess replikation.
kan säga några förenkla att fenomenet med den exakta fördubbling av DNA-molekylen, som är baserad på den komplementära basen av molekylen är den molekylära grunden för ärftlighet.
takt DNA-replikation hos människa är relativt låg, och för att säkerställa replikation av DNA någon mänsklig kromosom, skulle ta veckor, om replikering startas från en enda punkt. I själva verket varje molekyl av DNA-kromosomer, varje kromosom och humant innehåller endast en molekyl av DNA, det finns många ställen replikering initierings-( replikoner).Från varje replikon går replikationen i båda riktningarna tills de närliggande replikonerna sammanfogar. Därför fortskrider DNA-replikation i varje kromosom relativt snabbt.
termen "genetiska koden»
För en molekyl ärftlighet, som är DNA som inte bara att hon har möjlighet att reproducera sig själv - är bara en del av arvet. DNA måste på något sätt koda för alla tecken på kroppen. De flesta tecken på någon organism, unicellulär eller multicellulär, bestäms av proteiner: enzymer, strukturella proteiner, bärarproteiner, proteinkanaler, receptorproteiner. Därför måste DNA på något sätt koda strukturen av proteiner och ordningen av aminosyror i dem.
Aminosyror förenade med varandra via peptidbindning, som bildas genom kondensation av aminogrupper( NH2) av en aminosyra med en karboxylgrupp( COOH) med en annan aminosyra. Aminosyrasekvensen i polypeptidkedjan registreras från en aminosyra med en fri NH2-grupp till en aminosyra med en fri COOH-grupp.
Forskare har bestämt att koden är triplett, vilket innebär att varje aminosyra kodas av ett trippel nukleotider. Eftersom 20 olika aminosyror används för att konstruera proteiner kan koden inte vara en enda nukleotid, eftersom det bara finns 4 nukleotider. Koden kan inte också vara dinukleotid eftersom endast 16 kombinationer av 2 nukleotider är möjliga. Vid 3 nukleotider ökar antalet kombinationer till 64, och detta är tillräckligt för att koda 20 olika aminosyror. Dessutom följer också härvid att den genetiska koden måste vara degenererad, nämligen kan en aminosyra kodas av mer än en trippel nukleotider. En annan viktig egenskap hos den genetiska koden är att den är icke-överlappande, med varje sekvens en ny aminosyra polypeptidkedja kodande sekvensen av den nya DNA-triplett. Den genetiska koden innehåller inte skiljetecken och de kodande tripletterna följer efter varandra. Den genetiska koden är universell och används identiskt både av prokaryoter och eukaryoter. Kodning av tripletter av nukleotider kallas kodoner.
Det viktigaste är de två första nukleotiderna i varje kodon. Den tredje nukleotiden är ospecifik. Tre kodoner bestämmer signalen för att stoppa syntesen av polypeptidkedjan( terminering av translation): UAA, UAG och CAA.Detta betyder att vid platsen för informations-RNA( mRNA), där någon av dessa kodoner ligger, upphör syntesen av polypeptidkedjan av proteinet. Kodonerna som indikerar termineringen av syntesen av en polypeptidkedja kallas stoppkodoner.
Information RNA och transkriptionsprocess
Det bör förklaras varför det var så nödvändigt att införa begreppet information RNA.Såsom är känt finns DNA i kromosomerna av celler och följaktligen i kärnan, och proteinet syntetiseras i cytoplasma av celler. Till information om strukturen av proteinet skrivna i språket av DNA kom in i cytoplasman, kommer den först att skrivas( transkriberas) i mRNA-molekylen.
RNA skiljer sig från DNA i att en kedja RNA ribos sockerrest enligt( därav namnet) är tymin ersätts med uracil, som har ungefär samma komplementaritet till adenin som tymin.
Till fusk inträffade genens nukleotidsekvens som kodar för den primära strukturen av proteinet polypeptidkedjan vid specifikt mRNA, en DNA-kedja på ett avstånd från den gen till en specifik sekvens av nukleotider, kallad promotor, förenar speciellt enzym - RNA-polymeras.
Utgångspunkten för transkription är DNA-basen som motsvarar RNA-basen, vilken först ingår i transkriptet. Transkription av mRNA fortsätter tills RNA-polymeras II möter en avslutningssignal för transkription.
Biosyntes av polypeptidkedjan
I polypeptidkedjan avkodas den information som kodas av den genetiska koden och mRNA-mallen konstrueras på en polypeptidkedja av ett specifikt protein. I denna process involveras ytterligare två typer av RNA: ribosomalt( rRNA) och transport( tRNA).För båda typerna av RNA finns det flera gener i genomet, på matrisen av vilka dessa RNA syntetiseras.
Bildandet av en polypeptidkedja från sekventiellt levererade tRNA till mRNA med motsvarande aminosyror sker på ribosomer.
Strukturen av genen i högre organismer är ganska komplicerad. Den innehåller en promotor som innehåller en transkriptionsinitieringsplats, exoner och introner. Exoner innehåller genens kodande sekvenser, intronsfunktionen förblir okänd. Vid gränsen mellan exoner och introner lokaliserade konsensussekvens som känns igen av splits enzymer, dvs. E. Enzymer för excision av introner från den primära mRNA-transkriptet. Vid 3 'änden av genen som redan är i den icke-kodande delen lokaliserade stället tillhandahåller tillsatsen av adeninrester 100-200 mRNA för att säkerställa dess stabilitet. För genen som kännetecknas av den så kallade öppna läsramen, dvs. E. Förekomsten av en tillräckligt lång sekvens av tripletter som kodar för aminosyror utan att avbryta stoppkodon eller nonsenstripletter.