Комплементарни връзки в ДНК молекула. ДНК и гени
Съдържание
Съкращението клетъчна ДНК е познато на мнозина от училищен курсбиология, но малцина могат лесно да отговорят какво представлява. Само неясна представа за наследствеността и генетиката остава в паметта веднага след дипломирането. Да знаем какво е ДНК и какво влияние има върху живота ни понякога може да бъде много необходимо.
ДНК молекула
Биохимиците разграничават три вида макромолекули: ДНК, РНК и протеини. Дезоксирибонуклеиновата киселина е биополимер, който е отговорен за предаването на данни за наследствените черти, характеристики и развитие на даден вид от поколение на поколение. Неговият мономер е нуклеотид. Какво представляват ДНК молекулите? Това основен компонентхромозоми и съдържа генетичния код.
ДНК структура
Преди това учените си представяха, че моделът на структурата на ДНК е периодичен, където се повтарят идентични групи от нуклеотиди (комбинации от фосфатни и захарни молекули). Определена комбинация от нуклеотидни последователности осигурява способността за „кодиране“ на информация. Благодарение на изследванията стана ясно, че структурата е различна при различните организми.
Американските учени Александър Рич, Дейвид Дейвис и Гари Фелсенфелд са особено известни в изучаването на въпроса какво е ДНК. Те представиха описание на нуклеинова киселина с три спирали през 1957 г. 28 години по-късно ученият Максим Давидович Франк-Каменицки демонстрира как дезоксирибонуклеиновата киселина, която се състои от две спирали, се сгъва в H-образна форма от 3 нишки.
Структурата на дезоксирибонуклеиновата киселина е двуверижна. В него нуклеотидите са свързани по двойки, за да образуват дълги полинуклеотидни вериги. Тези вериги използват водородни връзки, за да направят възможно образованиедвойна спирала. Изключение правят вирусите, които имат едноверижен геном. Има линейна ДНК (някои вируси, бактерии) и кръгова (митохондрии, хлоропласти).
Състав на ДНК
Без познаване на това от какво се състои ДНК, нямаше да има напредък в медицината. Всеки нуклеотид се състои от три части: остатък от пентозна захар, азотна основа и остатък от фосфорна киселина. Въз основа на характеристиките на съединението киселината може да се нарече дезоксирибонуклеинова или рибонуклеинова. ДНК съдържа огромен броймононуклеотиди на две бази: цитозин и тимин. Освен това съдържа пиримидинови производни, аденин и гуанин.
В биологията има определение, наречено ДНК – нежелана ДНК. Функциите му все още не са известни. Алтернативна версияимена – „некодиращи“, което не е вярно, т.к съдържа кодиращи протеини и транспозони, но тяхната цел също е мистерия. Една от работните хипотези предполага, че определено количество от тази макромолекула допринася за структурната стабилизация на генома по отношение на мутациите.
Къде е
Местоположението вътре в клетката зависи от характеристиките на вида. При едноклетъчните организми ДНК се намира в мембраната. При други живи същества се намира в ядрото, пластидите и митохондриите. Ако говорим за човешка ДНК, тя се нарича хромозома. Вярно е, че това не е съвсем вярно, защото хромозомите са комплекс от хроматин и дезоксирибонуклеинова киселина.
Роля в клетката
Основната роля на ДНК в клетките е предаването на наследствени гени и оцеляването на бъдещото поколение. От това зависят не само външните данни на бъдещия индивид, но и неговият характер и здраве. Дезоксирибонуклеиновата киселина е в свръхнавито състояние, но за висококачествен жизнен процес тя трябва да бъде разплетена. За това й помагат ензимите – топоизомерази и хеликази.
Топоизомеразите са нуклеази; те са способни да променят степента на усукване. Друга тяхна функция е участието в транскрипцията и репликацията (клетъчното делене). Хеликазите разрушават водородните връзки между базите. Има лигазни ензими, които „свързват“ скъсани връзки и полимерази, които участват в синтеза на нови полинуклеотидни вериги.
Как се дешифрира ДНК
Това съкращение за биология е познато. Пълното име на ДНК е дезоксирибонуклеинова киселина. Не всеки може да каже това от първия път, така че декодирането на ДНК често се пропуска в речта. Съществува и концепцията за РНК - рибонуклеинова киселина, която се състои от аминокиселинни последователности в протеините. Те са пряко свързани и РНК е втората по важност макромолекула.
Човешка ДНК
Човешките хромозоми са разделени в ядрото, което прави човешката ДНК най-стабилният и пълен носител на информация. По време на генетичната рекомбинация спиралите се разделят, участъците се разменят и след това връзката се възстановява. Поради увреждане на ДНК се образуват нови комбинации и модели. Целият механизъм насърчава естествения подбор. Все още не е известно колко време е отговорен за предаването на генома и каква е била метаболитната му еволюция.
Кой отвори
Първото откритие на структурата на ДНК се приписва на английските биолози Джеймс Уотсън и Франсис Крик, които през 1953 г. разкриват структурните особености на молекулата. Открит е от швейцарския лекар Фридрих Мишер през 1869 г. Той учеше химичен съставживотински клетки с помощта на левкоцити, които се натрупват масово в гнойни лезии.
Miescher изучаваше методи за измиване на бели кръвни клетки, изолирани протеини, когато откри, че има нещо друго освен тях. По време на обработката на дъното на съда се образува утайка от люспи. След като изследва тези отлагания под микроскоп, младият лекар открива ядра, останали след третиране със солна киселина. В него се съдържало съединение, което Фридрих нарекъл нуклеин (от лат. nucleus – ядро).
Молекулата на ДНК се състои от две вериги, образуващи двойна спирала. Структурата му е дешифрирана за първи път от Франсис Крик и Джеймс Уотсън през 1953 г.
Първоначално молекулата на ДНК, състояща се от двойка нуклеотидни вериги, усукани една около друга, породи въпроси защо има тази конкретна форма. Учените наричат това явление комплементарност, което означава, че само определени нуклеотиди могат да бъдат намерени един срещу друг в неговите нишки. Например аденинът винаги е срещу тимина, а гуанинът винаги е срещу цитозина. Тези нуклеотиди на ДНК молекулата се наричат комплементарни.
Схематично е изобразен така:
Т - А
C - G
Тези двойки образуват химична нуклеотидна връзка, която определя реда на аминокиселините. В първия случай е малко по-слаб. Връзката между C и G е по-силна. Некомплементарните нуклеотиди не образуват двойки един с друг.
Относно сградата
И така, структурата на ДНК молекулата е специална. Той има тази форма по причина: факт е, че броят на нуклеотидите е много голям и е необходимо много пространство за настаняване на дълги вериги. Именно поради тази причина веригите се характеризират със спирално усукване. Това явление се нарича спирализация, то позволява на нишките да се скъсят с около пет до шест пъти.
Организмът използва някои молекули от този тип много активно, други рядко. Последните, в допълнение към спирализацията, също се подлагат на такова „компактно опаковане“ като суперспирализация. И тогава дължината на ДНК молекулата намалява 25-30 пъти.
Какво е „опаковката“ на една молекула?
Процесът на супернавиване включва хистонови протеини. Имат структура и вид на макара с конец или прът. Върху тях се навиват спираловидни нишки, които веднага стават „компактно опаковани“ и заемат малко място. Когато възникне необходимост от използване на една или друга нишка, тя се развива от макара, например хистонов протеин, и спиралата се развива в две успоредни вериги. Когато молекулата на ДНК е в това състояние, от нея могат да бъдат прочетени необходимите генетични данни. Има обаче едно условие. Получаването на информация е възможно само ако структурата на ДНК молекулата има неусукана форма. Хромозомите, които са достъпни за четене, се наричат еухроматини и ако са супернавити, тогава те вече са хетерохроматини.
Нуклеинова киселина
Нуклеиновите киселини, подобно на протеините, са биополимери. Основната функция е съхраняването, внедряването и предаването на наследствена (генетична информация). Те се предлагат в два вида: ДНК и РНК (дезоксирибонуклеинова и рибонуклеинова). Мономерите в тях са нуклеотиди, всеки от които съдържа остатък от фосфорна киселина, петвъглеродна захар (дезоксирибоза/рибоза) и азотна основа. Кодът на ДНК включва 4 вида нуклеотиди - аденин (A) / гуанин (G) / цитозин (C) / тимин (T). Те се различават по съдържащата се в тях азотна основа.
В една ДНК молекула броят на нуклеотидите може да бъде огромен - от няколко хиляди до десетки и стотици милиони. Такива гигантски молекули могат да бъдат изследвани с електронен микроскоп. В този случай ще можете да видите двойна верига от полинуклеотидни вериги, които са свързани една с друга чрез водородни връзки на азотните бази на нуклеотидите.
Проучване
В хода на изследването учените открили, че видовете ДНК молекули се различават в различните живи организми. Установено е също, че гуанинът с една верига може да се свързва само с цитозин, а тиминът с аденин. Подреждането на нуклеотидите в една верига стриктно съответства на паралелната. Благодарение на тази комплементарност на полинуклеотидите, ДНК молекулата е способна да се удвоява и самовъзпроизвежда. Но първо допълващите се вериги, под въздействието на специални ензими, които разрушават сдвоените нуклеотиди, се разминават и след това във всяка от тях започва синтезът на липсващата верига. Това се случва поради наличните големи количествасвободни нуклеотиди във всяка клетка. В резултат на това вместо „майчината молекула“ се образуват две „дъщерни“, еднакви по състав и структура, а кодът на ДНК става оригинален. Този процесе предшественик клетъчно делене. Той осигурява предаването на всички наследствени данни от майчините клетки към дъщерните клетки, както и към всички следващи поколения.
Как се разчита генният код?
Днес се изчислява не само масата на една ДНК молекула - възможно е да се намерят и по-сложни данни, които преди това бяха недостъпни за учените. Например можете да прочетете информация за това как даден организъм използва собствената си клетка. Разбира се, първоначално тази информация е в кодирана форма и има формата на определена матрица и следователно трябва да бъде транспортирана до специален носител, който е РНК. Рибонуклеиновата киселина е в състояние да проникне в клетката през ядрената мембрана и да прочете кодираната вътре информация. Така РНК е носител на скрити данни от ядрото към клетката и се различава от ДНК по това, че съдържа рибоза вместо дезоксирибоза и урацил вместо тимин. Освен това РНК е едноверижна.
Синтез на РНК
Задълбочен анализ на ДНК показа, че след като РНК напусне ядрото, тя навлиза в цитоплазмата, където може да бъде интегрирана като матрица в рибозомите (специални ензимни системи). Водени от получената информация, те могат да синтезират подходящата последователност от протеинови аминокиселини. За какъв тип органично съединениетрябва да се прикрепи към образуващата се протеинова верига, рибозомата научава от триплетния код. Всяка аминокиселина има свой специфичен триплет, който я кодира.
След завършване на образуването на веригата тя придобива определена пространствена форма и се превръща в протеин, способен да изпълнява своите хормонални, строителни, ензимни и други функции. За всеки организъм това е генен продукт. Именно от него се определят всички видове качества, свойства и прояви на гените.
Гени
Процесите на секвениране са разработени предимно за получаване на информация за това колко гена има една ДНК молекула в своята структура. И въпреки че изследванията позволиха на учените да постигнат голям напредък по този въпрос, все още не е възможно да се знае точният им брой.
Само преди няколко години се предполагаше, че ДНК молекулите съдържат приблизително 100 хиляди гена. Малко по-късно цифрата намалява до 80 хиляди, а през 1998 г. генетиците заявяват, че в една ДНК присъстват само 50 хиляди гена, които са само 3% от общата дължина на ДНК. Но последните заключения на генетиците бяха поразителни. Сега те твърдят, че геномът включва 25-40 хиляди от тези единици. Оказва се, че само 1,5% от хромозомната ДНК е отговорна за кодирането на протеини.
Проучването не спря дотук. Паралелен екип от специалисти генното инженерствоустанови, че броят на гените в една молекула е точно 32 хиляди. Както можете да видите, все още е невъзможно да се получи окончателен отговор. Има твърде много противоречия. Всички изследователи разчитат само на своите резултати.
Имало ли е еволюция?
Въпреки факта, че няма доказателства за еволюцията на молекулата (тъй като структурата на ДНК молекулата е крехка и малка по размер), учените все още правят едно предположение. Въз основа на лабораторни данни те изразиха следната версия: молекула на начална фазаот външния си вид, той приема формата на прост самовъзпроизвеждащ се пептид, който включва до 32 аминокиселини, открити в древните океани.
След самовъзпроизвеждане, благодарение на силите на естествения подбор, молекулите придобиват способността да се защитават от външни елементи. Те започнаха да живеят по-дълго и да се размножават в големи количества. Молекулите, които се озоваха в липидния балон, имаха всички шансове да се възпроизвеждат. В резултат на поредица от последователни цикли липидните мехурчета придобиха формата на клетъчни мембрани, а след това - добре познатите частици. Трябва да се отбележи, че днес всяка част от молекулата на ДНК е сложна и ясно функционираща структура, всички характеристики на която учените все още не са проучени напълно.
Модерен свят
Наскоро учени от Израел разработиха компютър, който може да извършва трилиони операции в секунда. Днес това е най-бързата кола на Земята. Цялата тайна е, че иновативното устройство се захранва от ДНК. Професорите казват, че в близко бъдеще такива компютри дори ще могат да генерират енергия.
Преди година специалисти от института Weizmann в Реховот (Израел) обявиха създаването на програмируема молекулярна изчислителна машина, състояща се от молекули и ензими. Те замениха силиконовите микрочипове с тях. Към днешна дата екипът е постигнал по-нататъшен напредък. Сега само една ДНК молекула може да осигури на компютър необходимите данни и необходимото гориво.
Биохимичните „нанокомпютри“ не са измислица, те вече съществуват в природата и се проявяват във всяко живо същество. Но често те не се управляват от хора. Човек все още не може да оперира с генома на което и да е растение, за да изчисли, да речем, числото „Пи“.
Идеята за използване на ДНК за съхранение/обработка на данни за първи път идва на ум на учените през 1994 г. Тогава една молекула беше използвана за решаване на проста математическа задача. Оттогава редица изследователски групи предложиха различни проекти, свързани с ДНК компютри. Но тук всички опити се основаваха само на енергийната молекула. Не можете да видите такъв компютър с просто око; изглежда така бистър разтворвода в епруветка. В него няма механични части, а само трилиони биомолекулни устройства – и това е само в една капка течност!
Човешка ДНК
Хората разбраха за вида на човешката ДНК през 1953 г., когато учените за първи път успяха да демонстрират на света модел на двойноверижна ДНК. За това Кърк и Уотсън получиха Нобелова награда, тъй като това откритие стана фундаментално през 20 век.
С течение на времето, разбира се, те доказаха, че структурирана човешка молекула може да изглежда не само като в предложената версия. След извършване на по-подробен ДНК анализ, те откриха A-, B- и лявата форма Z-. Форма А- често е изключение, тъй като се образува само при липса на влага. Но това е възможно само ако лабораторни изследвания, това е аномално за естествената среда, такъв процес не може да се случи в жива клетка.
B-формата е класическа и е известна като двойна дясна верига, но Z-формата не само е усукана в обратна посока наляво, но също така има по-зигзагообразен вид. Учените са идентифицирали и G-квадруплексната форма. Структурата му има не 2, а 4 нишки. Според генетиците тази форма се среща в райони, където има излишно количество гуанин.
Изкуствено ДНК
Днес вече има изкуствена ДНК, която е идентично копие на истинската; той перфектно следва структурата на естествената двойна спирала. Но за разлика от оригиналния полинуклеотид, изкуственият има само два допълнителни нуклеотида.
Тъй като дублажът е създаден въз основа на информация, получена по време на различни изследванияистинска ДНК, тогава тя също може да бъде копирана, самовъзпроизвеждана и еволюираща. Върху създаването на подобна изкуствена молекула експертите работят от около 20 години. Резултатът е невероятно изобретение, което може да използва генетичния код по същия начин като естествената ДНК.
Към четирите съществуващи азотни бази генетиците добавиха две допълнителни, които са създадени чрез химическа модификация на естествени бази. За разлика от естествената ДНК, изкуствената ДНК се оказа доста къса. Съдържа само 81 базови двойки. Въпреки това, той също се размножава и се развива.
Благодарение на полимеразата се осъществява репликация на изкуствено получена молекула верижна реакция, но засега това не се случва самостоятелно, а чрез намесата на учени. Те самостоятелно добавят необходимите ензими към споменатата ДНК, като я поставят в специално приготвена течна среда.
Краен резултат
Процесът и крайният резултат от развитието на ДНК могат да бъдат повлияни от различни фактори, като например мутации. Това налага да се изследват проби от материя, така че резултатът от анализа да е надежден и надежден. Пример е тест за бащинство. Но не можем да не се радваме, че инциденти като мутация са рядкост. Независимо от това, пробите от материя винаги се проверяват отново, за да се получи по-точна информация въз основа на анализа.
Растителна ДНК
Благодарение на технологиите за високо секвениране (HTS) е направена революция в областта на геномиката - възможно е и извличане на ДНК от растения. Разбира се, получаване от растителен материалМолекулно тегло на ДНК Високо качествопричинява известни затруднения поради големия брой копия на ДНК на митохондриите и хлоропластите, както и високо нивополизахариди и фенолни съединения. За изолиране на структурата, която разглеждаме в този случай, се използват различни методи.
Водородна връзка в ДНК
Водородната връзка в молекулата на ДНК е отговорна за електромагнитното привличане, създадено между положително зареден водороден атом, който е прикрепен към електроотрицателен атом. Това диполно взаимодействие не отговаря на критерия за химическа връзка. Но може да възникне междумолекулно или в различни части на молекулата, т.е. вътрешномолекулно.
Водороден атом се свързва с електроотрицателния атом, който е донор на връзката. Електроотрицателен атом може да бъде азот, флуор или кислород. Той - чрез децентрализация - привлича към себе си електронния облак от водородното ядро и прави водородния атом (частично) положително зареден. Тъй като размерът на H е малък в сравнение с други молекули и атоми, зарядът също е малък.
ДНК декодиране
Преди да дешифрират ДНК молекула, учените първо вземат огромен брой клетки. За най-точна и успешна работа са необходими около милион от тях. Резултатите, получени по време на изследването, непрекъснато се сравняват и записват. Днес декодирането на генома вече не е рядкост, а достъпна процедура.
Разбира се, дешифрирането на генома на една клетка е непрактично упражнение. Данните, получени по време на такива изследвания, не представляват интерес за учените. Но е важно да се разбере, че всички съществуващи в момента методи за декодиране, въпреки тяхната сложност, не са достатъчно ефективни. Те ще позволят разчитане само на 40-70% от ДНК.
Професорите от Харвард обаче наскоро обявиха метод, чрез който 90% от генома може да бъде дешифриран. Техниката се основава на добавяне на праймерни молекули към изолирани клетки, с помощта на които започва репликацията на ДНК. Но дори този метод не може да се счита за успешен; той все още трябва да бъде усъвършенстван, преди да може да бъде открито използван в науката.
След откриването на принципа на молекулярната организация на такова вещество като ДНК през 1953 г. молекулярна биология. По-нататък в процеса на изследване учените откриха как се рекомбинира ДНК, нейния състав и как е структуриран нашият човешки геном.
Всеки ден на молекулярно нивосе случват много сложни процеси. Как е устроена ДНК молекулата, от какво се състои? И каква роля играят ДНК молекулите в клетката? Нека поговорим подробно за всички процеси, протичащи в двойната верига.
Какво е наследствена информация?
И така, откъде започна всичко? Още през 1868 г. го откриват в ядрата на бактериите. И през 1928 г. Н. Колцов изложи теорията, че всичко е в ДНК генетична информацияза живия организъм. След това Дж. Уотсън и Ф. Крик откриват през 1953 г. модел на вече добре известната спирала на ДНК, за което заслужено получават признание и награда - Нобелова награда.
Какво изобщо е ДНК? Това вещество се състои от 2 обединени нишки или по-скоро спирали. Част от такава верига с определена информация се нарича ген.
ДНК съхранява цялата информация за това какъв вид протеини ще се образуват и в какъв ред. Макромолекулата на ДНК е материален носител на невероятно обемна информация, която е записана в строга последователност от отделни тухлички – нуклеотиди. Има общо 4 нуклеотида; те се допълват взаимно химически и геометрично. Този принцип на допълване или комплементарност в науката ще бъде описан по-късно. Това правило играе ключова роля при кодирането и декодирането на генетичната информация.
Тъй като ДНК веригата е невероятно дълга, в тази последователност няма повторения. Всяко живо същество има своя собствена уникална нишка от ДНК.
Функции на ДНК
Функциите включват съхранение на наследствена информация и предаването й на потомството. Без тази функция геномът на даден вид не би могъл да се запази и развие в продължение на хиляди години. Организмите, които са претърпели тежки генни мутации, е по-вероятно да не оцелеят или да загубят способността си да произвеждат потомство. Така се осъществява естествената защита срещу израждането на вида.
Друга съществена функция е прилагането на съхранената информация. Една клетка не може да създаде нито един жизненоважен протеин без тези инструкции, които се съхраняват в двойна верига.
Състав на нуклеинова киселина
Вече е известно със сигурност от какво са направени самите нуклеотиди — градивните елементи на ДНК. Те съдържат 3 вещества:
- Ортофосфорна киселина.
- Азотна основа. Пиримидинови бази – които имат само един пръстен. Те включват тимин и цитозин. Пуринови бази, които съдържат 2 пръстена. Това са гуанин и аденин.
- захароза. ДНК съдържа дезоксирибоза, РНК съдържа рибоза.
Броят на нуклеотидите винаги е равен на броя на азотните бази. В специални лаборатории нуклеотидът се разгражда и от него се изолира азотната основа. Така се изучават индивидуалните свойства на тези нуклеотиди и възможните мутации в тях.
Нива на организация на наследствената информация
Има 3 нива на организация: генетично, хромозомно и геномно. Цялата информация, необходима за синтезирането на нов протеин, се съдържа в малка площвериги – ген. Тоест генът се счита за най-ниското и най-просто ниво на кодиране на информация.
Гените от своя страна се сглобяват в хромозоми. Благодарение на тази организация на носителя на наследствен материал групи от признаци се редуват по определени закони и се предават от едно поколение на друго. Трябва да се отбележи, че в тялото има невероятен брой гени, но информацията не се губи дори когато се рекомбинира многократно.
Има няколко вида гени:
- Според функционалното им предназначение биват 2 вида: структурни и регулаторни последователности;
- Въз основа на влиянието си върху процесите, протичащи в клетката, те разграничават: супержизнени, летални, условно летални гени, както и мутаторни и антимутаторни гени.
Гените са подредени по дължината на хромозомата в линеен ред. В хромозомите информацията не е фокусирана произволно; има определен ред. Има дори карта, която показва позициите или локусите на гените. Например, известно е, че хромозома № 18 криптира данни за цвета на очите на детето.
Какво е геном? Това е името, дадено на целия набор от нуклеотидни последователности в клетката на организма. Геномът характеризира цял вид, а не индивид.
Какво представлява човешкият генетичен код?
Факт е, че целият огромен потенциал на човешкото развитие се крие още в периода на зачеването. Цялата наследствена информация, която е необходима за развитието на зиготата и растежа на детето след раждането, е кодирана в гените. ДНК участъците са най-основните носители на наследствена информация.
Хората имат 46 хромозоми или 22 соматични двойки плюс по една определяща пола хромозома от всеки родител. Този диплоиден набор от хромозоми кодира цялостния физически облик на човека, неговите умствени и физически способности и предразположеност към болести. Соматичните хромозоми са външно неразличими, но носят различна информация, тъй като едното е от бащата, другото от майката.
Мъжкият код се различава от женския в последната двойка хромозоми - XY. Женският диплоиден набор е последната двойка, XX. Мъжете получават една X хромозома от биологичната си майка, която след това се предава на техните дъщери. Пол Y хромозомапредадени на синове.
Човешките хромозоми се различават значително по размер. Например, най-малката двойка хромозоми е номер 17. И най-голямата двойка е 1 и 3.
Диаметърът на двойната спирала при хората е само 2 nm. ДНК е навита толкова плътно, че се побира в малкото ядро на клетката, въпреки че би била дълга до 2 метра, ако не се усука. Дължината на спиралата е стотици милиони нуклеотиди.
Как се предава генетичният код?
И така, каква роля играят ДНК молекулите в клетъчното делене? Гените - носители на наследствена информация - се намират във всяка клетка на тялото. За да предадат своя код на дъщерен организъм, много същества разделят своята ДНК на 2 еднакви спирали. Това се нарича репликация. По време на процеса на репликация ДНК се развива и специални „машини“ завършват всяка верига. След като генетичната спирала се раздвои, ядрото и всички органели започват да се делят, а след това и цялата клетка.
Но хората имат различен процес на предаване на гените – по полов път. Знаците на бащата и майката са смесени, в новия генетичен кодсъдържа информация и от двамата родители.
Съхраняването и предаването на наследствена информация е възможно благодарение на сложната организация на спиралата на ДНК. В крайна сметка, както казахме, структурата на протеините е криптирана в гените. Веднъж създаден в момента на зачеването, този код ще се копира през целия живот. Кариотипът (личен набор от хромозоми) не се променя по време на обновяването на органните клетки. Предаването на информация се осъществява с помощта на полови гамети – мъжки и женски.
Само вируси, съдържащи една верига РНК, не са способни да предадат информацията си на своето потомство. Следователно те се нуждаят от човешки или животински клетки, за да се възпроизвеждат.
Внедряване на наследствена информация
В клетъчното ядро постоянно протичат важни процеси. Цялата информация, записана в хромозомите, се използва за изграждане на протеини от аминокиселини. Но веригата на ДНК никога не напуска ядрото, така че се нуждае от помощта на друго важно съединение: РНК. Това е РНК, която е в състояние да проникне през ядрената мембрана и да взаимодейства с веригата на ДНК.
Чрез взаимодействието на ДНК и 3 вида РНК се реализира цялата кодирана информация. На какво ниво се осъществява внедряването на наследствена информация? Всички взаимодействия се случват на нуклеотидно ниво. Месинджър РНК копира част от ДНК веригата и пренася това копие до рибозомата. Тук започва синтеза на нова молекула от нуклеотиди.
За да може иРНК да копира необходимата част от веригата, спиралата се разгъва и след завършване на процеса на прекодиране се възстановява отново. Освен това този процес може да се случи едновременно от 2 страни на 1 хромозома.
Принцип на допълване
Състоят се от 4 нуклеотида - аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (Т). Те са свързани с водородни връзки според правилото за комплементарност. Работата на Е. Чаргаф помогна да се установи това правило, тъй като ученият забеляза някои модели в поведението на тези вещества. Е. Чаргаф открива, че моларното отношение на аденин към тимин е равно на единица. И по същия начин съотношението гуанин към цитозин винаги е равно на едно.
Въз основа на неговата работа генетиците формираха правило за взаимодействие на нуклеотидите. Правилото за комплементарност гласи, че аденинът се свързва само с тимин, а гуанинът се свързва само с цитозин. По време на декодирането на спиралата и синтеза на нов протеин в рибозомата, това правило за редуване помага бързо да се намери необходимата аминокиселина, която е прикрепена към трансферната РНК.
РНК и нейните видове
Какво е наследствена информация? нуклеотиди в двойна верига на ДНК. Какво е РНК? Каква е нейната работа? РНК или рибонуклеиновата киселина помага за извличането на информация от ДНК, декодирането й и, въз основа на принципа на комплементарността, създаването на протеини, необходими за клетките.
Има общо 3 вида РНК. Всеки от тях изпълнява строго своята функция.
- Информационен (mRNA), или още наричана матрица. Той отива направо в центъра на клетката, в ядрото. Намира в една от хромозомите необходимия генетичен материал за изграждане на протеин и копира една от страните на двойната верига. Копирането става отново според принципа на допълване.
- транспорте малка молекула, която има нуклеотидни декодери от едната страна и аминокиселини, съответстващи на основния код от другата страна. Задачата на tRNA е да я достави до „работилницата“, тоест до рибозомата, където синтезира необходимата аминокиселина.
- рРНК е рибозомна.Той контролира количеството протеин, който се произвежда. Състои се от 2 части - аминокиселинна и пептидна част.
Единствената разлика в декодирането е, че РНК няма тимин. Вместо тимин тук присъства урацил. Но след това, по време на процеса на протеинов синтез, tRNA все още правилно инсталира всички аминокиселини. Ако се появят грешки при декодирането на информация, възниква мутация.
Ремонт на повредена ДНК молекула
Процесът на възстановяване на повредена двойна нишка се нарича ремонт. По време на процеса на възстановяване увредените гени се отстраняват.
След това необходимата последователност от елементи се възпроизвежда точно и се нарязва обратно на същото място на веригата, откъдето е била премахната. Всичко това се случва благодарение на специални химикали- ензими.
Защо възникват мутации?
Защо някои гени започват да мутират и престават да изпълняват функцията си – съхраняване на жизненоважна наследствена информация? Това се случва поради грешка в декодирането. Например, ако аденинът случайно бъде заменен с тимин.
Има също хромозомни и геномни мутации. Хромозомни мутациивъзникват, когато части от наследствена информация изпаднат, дублират се или дори се прехвърлят и интегрират в друга хромозома.
Най-сериозни са геномните мутации. Причината за тях е промяна в броя на хромозомите. Тоест, когато вместо чифт - диплоиден набортриплоидният набор присъства в кариотипа.
Повечето известен примертриплоидна мутация е синдром на Даун, при който личният набор от хромозоми е 47. При такива деца се образуват 3 хромозоми на мястото на 21-вата двойка.
Съществува и известна мутация, наречена полиплоидия. Но полиплоидията се среща само при растенията.