Aleksandrove metode vladavine 3. Aleksandar III i Marija Fjodorovna

Biohemijske osnove nasljednosti.

Genetska uloga nukleinskih kiselina.

Nukleinske kiseline su biološki polimeri koji se nalaze u svim ćelijama, od primitivnih do složenih. Prvi put otkrio Johann Friedrich Miescher 1868. godine u stanicama bogatim nuklearnim materijalom (leukociti, spermatozoidi lososa). Termin "nukleinske kiseline" skovan je 1889.

Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: DNK, RNK (ATP je mononukleotid). DNK i RNK su molekuli šablona. DNK sadrži oko 6 * 10 -12 g u somatskim ćelijama: u jezgru, mitohondrijima. RNK je dio ribozoma, nalazi se u jezgru i citoplazmi.

Proučavanje i dokazivanje vodeće uloge nukleinskih kiselina u prijenosu nasljednih informacija provedeno je na virusnim česticama. Poznato je da je virus mozaika duhana virulentan i za duhan i za psilijum. Virusna čestica se sastoji od 95% proteina i 5% nukleinske kiseline. Proteinski kapsid je zamijenjen u virusnim česticama, ali je nakon nekog vremena protein u oba soja transformiran u prethodni oblik.

Kod bakteriofaga koji inficiraju E. coli, proteini omotača faga su označeni radioaktivnim S, a DNK faga označena je radioaktivnim P. U bakterijskoj ćeliji inficiranoj fagom formirane su čestice faga koje su sadržavale samo radioaktivni P.

Struktura i funkcije molekula DNK i RNK.

Nukleinske kiseline su biopolimeri nepravilne strukture, čiji su monomeri nukleotidi. Nukleotid se sastoji od ostataka tri supstance: fosforne kiseline, ugljenih hidrata - pentoze, azotne baze. DNK nukleotidi sadrže deoksiribozu, dok RNK sadrži ribozu. Ostaci azotnih baza purina i pirimidina koji čine DNK su adenin, gvanin, citozin, timin. Molekuli RNK sadrže adenin, guanin, citozin i uracil.

Nukleotidi su međusobno povezani preko ostatka fosforne kiseline jednog nukleotida i ugljikohidrata drugog jakom kovalentnom eterskom vezom, nazvanom "kiseonički most". Veza ide preko 5. atoma ugljika ugljikohidrata jednog nukleotida do 3. atoma ugljika ugljikohidrata drugog nukleotida. Nukleotidna sekvenca predstavlja primarnu strukturu nukleinskih kiselina. RNK je jedan polinukleotidni lanac. DNK u strukturi je dvostruki polinukleotidni lanac, umotan u spiralu.

Sekundarna struktura DNK nastaje kada se formira drugi lanac DNK, izgrađen po principu komplementarnosti u odnosu na prvi. Drugi krug je suprotan prvom (antiparalelan). Dušične baze leže u ravni koja je okomita na ravninu molekula - ovo liči na spiralno stepenište. Ograde ovih ljestava su ostaci fosforne kiseline i ugljikohidrata, a stepenice su dušične baze.

Dušične baze koje čine svaki nukleotid u suprotnim lancima su u stanju da formiraju komplementarne vodikove veze jedna s drugom (zbog postojećih funkcionalnih grupa u strukturi svake azotne baze). Adenil nukleotid je komplementaran timinu, guanil citozinu i obrnuto. Same po sebi, ove veze su krhke, ali molekul DNK "prošiven" više puta po cijeloj dužini takvim vezama je vrlo jaka veza.

komplementarnost- ovo je prostorno-strukturna i hemijska korespondencija azotnih baza jedna drugoj, one se uklapaju "kao ključ od brave".

Jedan molekul DNK može sadržavati 10 8 ili više nukleotida.

Strukturu molekule DNK kao dvostruke antiparalelne spirale predložili su 1953. američki biolog James Watson i engleski fizičar Francis Crick.

Molekul DNK bilo kojeg živog organizma na planeti sastoji se od samo četiri vrste nukleotida, koji se međusobno razlikuju po dušičnim bazama uključenim u njih: adenil, guanil, timin i citozin. U tome svestranost DNK. Njihov slijed je drugačiji, a broj je beskonačan.

Za svaku vrstu živih organizama i za svaki organizam posebno, ovaj slijed je individualan i strogo specifično .

Posebnost strukturu DNK po tome što su hemijski aktivni delovi molekula - azotne baze, uronjeni u centar spirale i formiraju međusobno komplementarne veze, a ostaci dezoksiriboze i fosforne kiseline su na periferiji i pokrivaju pristup azotnim bazama - oni hemijski su neaktivni. Takva struktura može dugo održavati kemijsku stabilnost. Šta je još potrebno za pohranjivanje nasljednih informacija? Ove strukturne karakteristike DNK određuju njenu sposobnost da kodira i reprodukuje genetske informacije.

Jaku strukturu DNK teško je uništiti. Ipak, to se redovno dešava u ćeliji – tokom sinteze RNK i udvostručavanja samog molekula DNK pre deobe ćelije.

umnožavanje, replikacija DNK počinje činjenicom da poseban enzim - DNK polimeraza - odmotava dvostruku spiralu i razdvaja je u zasebne niti - formira se reduplikacijska viljuška. Enzim se ponaša kao brava u patent zatvaraču. Na svakom jednolančanom lancu - ljepljivim krajevima reduplikacijske viljuške - sintetizira se novi lanac iz slobodnih nukleotida u karioplazmi prema principu komplementarnosti. U nova dva molekula DNK, jedan lanac ostaje izvorni roditeljski lanac, a drugi lanac ostaje novi lanac kćer. Kao rezultat, umjesto jednog molekula DNK pojavljuju se dva molekula potpuno istog nukleotidnog sastava kao i originalni.

U živim sistemima susrećemo se sa novim tipom reakcija, nepoznatim u neživoj prirodi. Zovu se reakcije sinteze matrice . Sinteza matrice je poput bacanja na matricu: novi molekuli se sintetiziraju točno prema nacrtu postavljenom u strukturi već postojećih molekula. U ovim reakcijama osigurava se tačan slijed monomernih jedinica u sintetiziranim polimerima. Monomeri odlaze na određeno mjesto na molekulima koji služe kao matrica gdje se odvija reakcija. Ako bi se takve reakcije dogodile kao rezultat slučajnog sudara molekula, one bi se odvijale beskonačno sporo. Sinteza složenih molekula po principu matriksa odvija se brzo i precizno uz pomoć enzima. Matrična sinteza je u osnovi najvažnijih reakcija u sintezi nukleinskih kiselina i proteina. Ulogu matriksa u ćeliji imaju molekuli nukleinske kiseline DNK ili RNK. Monomerni molekuli iz kojih se sintetiše polimer - nukleotidi ili aminokiseline - nalaze se i fiksiraju na matrici po strogo definisanom redosledu u skladu sa principom komplementarnosti. Zatim se monomerne jedinice povezuju u polimerni lanac, a gotov polimer napušta matricu. Nakon toga, matrica je spremna za sastavljanje nove potpuno iste polimerne molekule.

Reakcije matriksnog tipa su specifična karakteristika žive ćelije. Oni su osnova temeljnog svojstva svih živih bića - sposobnosti reprodukcije svoje vrste.

Funkcije nukleinskih kiselina- čuvanje i prenošenje nasljednih informacija. Molekuli DNK kodiraju informacije o primarnoj strukturi proteina. Sinteza mRNA molekula odvija se na matrici DNK. Ovaj proces se naziva "transkripcija". I-RNA u procesu "translacije" implementira informaciju u obliku niza aminokiselina u molekulu proteina.

DNK svake ćelije nosi informacije ne samo o strukturnim proteinima koji određuju oblik ćelije, već io svim proteinima enzima, hormonskim proteinima i drugim proteinima, kao i strukturi svih vrsta RNK.

Moguće je da nukleinske kiseline obezbeđuju različite tipove biološke memorije – imunološke, neurološke, itd., a takođe igraju bitnu ulogu u regulaciji biosintetskih procesa.

Slične informacije.

DNK (deoksiribonukleinska kiselina) se odnosi na (zajedno sa RNK) koji su polimeri, odnosno polinukleotidi (monomer - nukleotid).

DNK je odgovorna za skladištenje i prenošenje genetskog koda tokom deobe ćelije. Nasljednost i varijabilnost se ostvaruju kroz molekule DNK. Sve vrste RNK se sintetiziraju na DNK. Nadalje, različite vrste RNK zajednički osiguravaju sintezu ćelijskih proteina, odnosno implementiraju genetske informacije.

U eukariotskim ćelijama, velika većina DNK nalazi se u jezgri, gdje formiraju komplekse sa specifičnim proteinima, što rezultira stvaranjem hromozoma. U prokariotskim ćelijama postoji jedan veliki kružni (ili linearni) DNK molekul (također u kompleksu sa proteinima). Osim toga, eukariotske stanice imaju vlastitu DNK u mitohondrijima i hloroplastima.

U slučaju DNK, svaki nukleotid se sastoji od 1) azotne baze, koja može biti adenin, gvanin, citozin ili timin, 2) deoksiriboze, 3) fosforne kiseline.

Redoslijed nukleotida u lancu DNK određuje primarnu strukturu molekula. DNK karakterizira sekundarna struktura molekula u obliku dvostruke spirale (najčešće desnoruke). U ovom slučaju, dva lanca DNK su međusobno povezana vodoničnim vezama formiranim između komplementarnih azotnih baza.

Adenin je komplementaran timinu, a gvanin je komplementaran citozinu. Dvije vodikove veze formiraju se između adenina i timina, a tri između gvanina i citozina. Dakle, gvanin i citozin su međusobno povezani malo jače (iako su vodonične veze u principu slabe). Broj veza određen je strukturnim karakteristikama molekula.

Adenin i gvanin su purini i sastoje se od dva prstena. Timin i citozin su pirimidinske baze s jednim prstenom. Dakle, između okosnica (sastoje se od naizmjenične deoksiriboze i fosforne kiseline) dva lanca DNK, za bilo koji par nukleotida različitih lanaca, uvijek postoje tri prstena (pošto je purin s dva prstena uvijek komplementaran samo određenom jednom prstenu pirimidin). Ovo vam omogućava da zadržite širinu između lanaca molekula DNK cijelom istom (oko 2,3 nm).

U jednom zavoju spirale nalazi se otprilike 10 nukleotida. Dužina jednog nukleotida je približno 0,34 nm. Dužina DNK molekula je obično ogromna i prelazi milione nukleotida. Stoga, kako bi se što kompaktnije uklopila u ćelijsko jezgro, DNK prolazi kroz različite stupnjeve „supersmotavanja“.

Prilikom čitanja informacija iz DNK (to jest, sintetiziranja RNK na njoj, ovaj proces se naziva transkripcija) dolazi do despiralizacije (proces reverzne spiralizacije), dva lanca se razilaze pod dejstvom posebnog enzima. Vodikove veze su slabe, tako da se razdvajanje i naknadno umrežavanje lanaca odvija uz niske troškove energije. RNK se sintetiše na DNK po istom principu komplementarnosti. Samo umjesto timina u RNK, uracil je komplementaran adeninu.

Genetski kod napisan na molekulima DNK sastoji se od tripleta (sekvence od tri nukleotida) koji predstavljaju jednu aminokiselinu (proteinski monomer). Međutim, većina DNK ne kodira proteine. Značaj ovakvih regiona molekula je različit i u mnogo čemu nije u potpunosti razjašnjen.

Prije diobe ćelije, uvijek postoji udvostručenje količine DNK. Ovaj proces se zove replikacija. On je polukonzervativne prirode: lanci jednog molekula DNK se razilaze i svaki od njih dovršava svoj novi komplementarni lanac. Kao rezultat, iz jedne dvolančane DNK molekule dobijaju se dvije dvolančane DNK, identične prvoj.

U DNK, polinukleotidni lanci su višesmjerni, tj. gdje jedan lanac ima kraj od 5" (ostatak fosforne kiseline je vezan za peti atom ugljika deoksiriboze), drugi ima kraj od 3" (ugljik bez fosforne kiseline).

Tokom replikacije i transkripcije, sinteza se uvijek odvija od 5" do 3" kraja, budući da se novi nukleotidi mogu vezati samo za slobodni 3" atom ugljika.

Struktura i uloga DNK kao supstance odgovorne za nasledne informacije razjašnjene su 40-50-ih godina XX veka. Godine 1953. D. Watson i F. Crick su utvrdili dvolančanu strukturu DNK. Ranije je E. Chargaff otkrio da u DNK količina timina uvijek odgovara adeninu, a količina gvanina citozinu.

Dezoksiribonukleinska kiselina ili DNK je nosilac genetske informacije. Većina DNK u ćelijama nalazi se u jezgru. To je glavna komponenta hromozoma. Kod eukariota, DNK se također nalazi u mitohondrijima i plastidima. DNK se sastoji od mononukleotida kovalentno povezanih jedni s drugima, koji predstavljaju dugi nerazgranati polimer. Mononukleotidi koji čine DNK sastoje se od deoksiriboze, jedne od 4 azotne baze (adenin, gvanin, citozin i timin) i ostatka fosforne kiseline. Broj ovih mononukleotida je veoma velik. Na primjer, u prokariotskim stanicama koje sadrže jedan kromosom, DNK je jedna makromolekula s molekulskom težinom većom od 2 x 10 9 .

Mononukleotidi jednog lanca DNK povezani su serijski jedni s drugima zbog formiranja kovalentne fosfodiestarske veze između deoksiribozne OH grupe jednog mononukleotida i ostatka fosforne kiseline drugog. Na jednoj strani formirane kičme jednog lanca DNK nalaze se azotne baze. Mogu se porediti sa četiri različite perle koje se stavljaju na jednu nit, jer. oni su, takoreći, nanizani na šećerno-fosfatni lanac.

Postavlja se pitanje kako ovaj dugi polinukleotidni lanac može kodirati program za razvoj ćelije ili čak cijelog organizma? Odgovor na ovo pitanje može se dobiti razumijevanjem kako se formira prostorna struktura DNK. Strukturu ovog molekula su dešifrovali i opisali J. Watson i F. Crick 1953. godine.

Molekuli DNK su dva lanca koji su međusobno paralelni i formiraju se desna spirala . Širina ove spirale je oko 2 nm, ali njena dužina može doseći stotine hiljada nanometara. Watson i Crick su predložili model DNK, prema kojem se sve baze DNK nalaze unutar heliksa, a šećerno-fosfatna kičma je izvana. Dakle, baze jednog lanca su što je moguće bliže osnovama drugog,
tako da se između njih formiraju vodonične veze. Struktura spirale DNK je takva da se polinukleotidni lanci koji je čine mogu razdvojiti tek nakon što se odmotaju.

Zbog maksimalne blizine dva lanca DNK, njegov sastav sadrži istu količinu dušičnih baza jedne vrste (adenin i guanin) i dušičnih baza druge vrste (timin i citozin), odnosno vrijedi formula: A+G=T+C. To je zbog veličine azotnih baza, naime, dužina struktura koje nastaju zbog pojave vodonične veze između parova adenin-timin i gvanin-citozin iznosi približno 1,1 nm. Ukupne dimenzije ovih parova odgovaraju dimenzijama unutrašnjeg dijela spirale DNK. Za formiranje spirale, C-T par bi bio premali, a A-G par, naprotiv, bio bi prevelik. To jest, azotna baza prvog lanca DNK, specificira bazu koja se nalazi na istom mjestu kao i drugi lanac DNK. Stroga korespondencija nukleotida koji se nalaze u molekuli DNK u parnim lancima paralelnim jedan drugom naziva se komplementarnost (opciono). tačna reprodukcija ili replikacija genetska informacija je moguća upravo zbog ove karakteristike molekule DNK.

U DNK, biološke informacije su zabilježene na način da se mogu tačno kopirati i prenijeti na potomke. Prije diobe ćelije, replikacija (samoudvostručavanje ) DNK. Budući da svaki lanac sadrži komplementarnu sekvencu nukleotida partnerskom lancu, oni zapravo nose iste genetske informacije. Ako odvojite niti i koristite svaki od njih kao šablon (matriks) za izgradnju drugog lanca, dobit ćete dva nova identična DNK lanca. Ovako se DNK umnožava u ćeliji.

Nakon otkrića principa molekularne organizacije supstance kao što je DNK 1953. godine, počela se razvijati molekularna biologija. Nadalje, u procesu istraživanja, naučnici su otkrili kako se DNK rekombinuje, njen sastav i kako je uređen naš ljudski genom.

Svaki dan, na molekularnom nivou, odvijaju se složeni procesi. Kako je uređena molekula DNK, od čega se sastoji? Koju ulogu imaju molekuli DNK u ćeliji? Razgovarajmo detaljno o svim procesima koji se odvijaju unutar dvostrukog lanca.

Šta je nasljedna informacija?

Pa kako je sve počelo? Davne 1868. pronađen u jezgrima bakterija. A 1928. N. Koltsov je izneo teoriju da je u DNK da su sve genetske informacije o živom organizmu šifrovane. Tada su J. Watson i F. Crick 1953. godine pronašli model za danas dobro poznatu spiralu DNK, za koju su zaslužili priznanje i nagradu – Nobelovu nagradu.

Šta je uopšte DNK? Ova supstanca se sastoji od 2 kombinovane niti, tačnije spirale. Dio takvog lanca sa određenim informacijama naziva se gen.

DNK pohranjuje sve informacije o tome koje vrste proteina će se formirati i kojim redoslijedom. Makromolekula DNK je materijalni nosilac nevjerovatno obimnih informacija, koje se bilježe u strogom nizu pojedinačnih građevnih blokova - nukleotida. Ukupno ima 4 nukleotida, međusobno se nadopunjuju hemijski i geometrijski. Ovaj princip komplementarnosti, ili komplementarnosti, u nauci će biti opisan kasnije. Ovo pravilo igra ključnu ulogu u kodiranju i dekodiranju genetskih informacija.

Budući da je lanac DNK nevjerovatno dugačak, u ovoj sekvenci nema ponavljanja. Svako živo biće ima svoj jedinstveni DNK lanac.

Funkcije DNK

Funkcije uključuju skladištenje nasljednih informacija i njihovo prenošenje na potomstvo. Bez ove funkcije, genom vrste se ne bi mogao očuvati i razvijati milenijumima. Veća je vjerovatnoća da organizmi koji su prošli velike mutacije gena neće preživjeti ili izgubiti sposobnost da proizvode potomstvo. Dakle, postoji prirodna zaštita od degeneracije vrste.

Još jedna bitna funkcija je implementacija pohranjenih informacija. Ćelija ne može proizvesti nijedan vitalni protein bez instrukcija koje su pohranjene u dvostrukom lancu.

Sastav nukleinskih kiselina

Sada je već pouzdano poznato od čega se sastoje sami nukleotidi, građevni blokovi DNK. Oni uključuju 3 supstance:

• Ortofosforna kiselina.
• azotna baza. Pirimidinske baze - koje imaju samo jedan prsten. To uključuje timin i citozin. Purinske baze koje sadrže 2 prstena. To su gvanin i adenin.
• Saharoza. DNK sadrži deoksiribozu, RNK ribozu.

Broj nukleotida je uvijek jednak broju azotnih baza. U posebnim laboratorijama nukleotid se cijepa i iz njega se izoluje dušična baza. Stoga proučavaju pojedinačna svojstva ovih nukleotida i moguće mutacije u njima.

Nivoi organizacije nasljednih informacija

Postoje 3 nivoa organizacije: genski, hromozomski i genomski. Sve informacije potrebne za sintezu novog proteina sadržane su u malom dijelu lanca - genu. To jest, gen se smatra najnižim i najjednostavnijim nivoom kodiranja informacija.

Geni se pak sklapaju u hromozome. Zahvaljujući takvoj organizaciji nosioca nasljednog materijala, grupe osobina se izmjenjuju po određenim zakonima i prenose s jedne generacije na drugu. Treba napomenuti da u tijelu postoji nevjerovatno mnogo gena, ali informacija se ne gubi, čak ni kada se rekombinuje mnogo puta.

Postoji nekoliko tipova gena:

• prema funkcionalnoj namjeni razlikuju se 2 tipa: strukturni i regulatorni nizovi;
• prema uticaju na procese koji se odvijaju u ćeliji razlikuju se: supervitalni, letalni, uslovno letalni geni, kao i mutatorski i antimutatorski geni.

Geni su raspoređeni duž hromozoma u linearnom redu. U hromozomima informacije nisu nasumično fokusirane, postoji određeni redosled. Postoji čak i mapa koja pokazuje pozicije, ili genske lokuse. Na primjer, poznato je da su podaci o boji očiju djeteta šifrirani u kromosomu broj 18.

Šta je genom? Ovo je naziv cijelog skupa nukleotidnih sekvenci u ćeliji tijela. Genom karakterizira cijelu vrstu, a ne jednu jedinku.

Šta je ljudski genetski kod?

Činjenica je da je čitav ogroman potencijal ljudskog razvoja položen već u periodu začeća. Sve nasljedne informacije koje su neophodne za razvoj zigota i rast djeteta nakon rođenja su šifrirane u genima. Dijelovi DNK su najosnovniji nosioci nasljednih informacija.

Ljudi imaju 46 hromozoma, ili 22 somatska para plus jedan hromozom koji određuje pol od svakog roditelja. Ovaj diploidni skup hromozoma kodira cjelokupni fizički izgled čovjeka, njegove mentalne i fizičke sposobnosti i sklonost bolestima. Somatski hromozomi se spolja ne razlikuju, ali nose različite informacije, jer je jedan od oca, drugi od majke.

Muški kod se razlikuje od ženskog po zadnjem paru hromozoma - XY. Ženski diploidni set je posljednji par, XX. Muškarci dobijaju jedan X hromozom od svoje biološke majke, a zatim se prenosi na svoje kćerke. Spolni Y hromozom se prenosi na sinove.

Ljudski hromozomi se jako razlikuju po veličini. Na primjer, najmanji par hromozoma je #17. A najveći par je 1 i 3.

Promjer dvostruke spirale kod ljudi je samo 2 nm. DNK je tako čvrsto smotana da stane u malo jezgro ćelije, iako će biti duga i do 2 metra ako se odmota. Dužina spirale je stotine miliona nukleotida.

Kako se genetski kod prenosi?

Dakle, kakvu ulogu igraju molekuli DNK u ćeliji tokom diobe? Geni - nosioci nasljednih informacija - nalaze se unutar svake ćelije tijela. Kako bi svoj kod prenijeli na organizam kćeri, mnoga stvorenja dijele svoju DNK na 2 identična spirala. Ovo se zove replikacija. U procesu replikacije, DNK se odmotava i specijalne "mašine" dovršavaju svaki lanac. Nakon što se genetski heliks račva, jezgro i sve organele počinju da se dijele, a zatim i cijela stanica.

Ali osoba ima drugačiji proces prijenosa gena - seksualni. Znaci oca i majke su pomiješani, novi genetski kod sadrži podatke oba roditelja.

Pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija je moguć zbog složene organizacije spirale DNK. Uostalom, kao što smo rekli, struktura proteina je šifrirana u genima. Jednom stvoren u vrijeme začeća, ovaj kod će se kopirati kroz život. Kariotip (lični skup hromozoma) se ne menja tokom obnavljanja ćelija organa. Prijenos informacija vrši se uz pomoć polnih spolnih stanica - muških i ženskih.

Samo virusi koji sadrže jedan lanac RNK nisu u stanju prenijeti svoje informacije svom potomstvu. Stoga su im za reprodukciju potrebne ljudske ili životinjske stanice.

Implementacija nasljednih informacija

U ćelijskom jezgru se neprestano odvijaju važni procesi. Sve informacije zabilježene u hromozomima koriste se za izgradnju proteina od aminokiselina. Ali lanac DNK nikada ne napušta jezgro, tako da je ovdje potrebno još jedno važno jedinjenje, RNK. Samo RNK je u stanju da prodre kroz nuklearnu membranu i stupi u interakciju sa lancem DNK.

Kroz interakciju DNK i 3 vrste RNK, sve kodirane informacije se realizuju. Na kom je nivou implementacija nasljednih informacija? Sve interakcije se dešavaju na nivou nukleotida. Messenger RNA kopira segment lanca DNK i dovodi ovu kopiju do ribosoma. Ovdje počinje sinteza nukleotida nove molekule.

Da bi mRNA kopirala potrebni dio lanca, spirala se odvija, a zatim se, po završetku procesa rekodiranja, ponovo obnavlja. Štaviše, ovaj proces se može odvijati istovremeno na 2 strane 1 hromozoma.

Princip komplementarnosti

Sastoje se od 4 nukleotida - to su adenin (A), gvanin (G), citozin (C), timin (T). Oni su povezani vodoničnim vezama prema pravilu komplementarnosti. Radovi E. Chargaffa pomogli su da se uspostavi ovo pravilo, budući da je naučnik uočio neke obrasce u ponašanju ovih supstanci. E. Chargaff je otkrio da je molarni omjer adenina i timina jednak jedan. I na isti način, omjer gvanina i citozina uvijek je jednak jedan.

Na osnovu njegovog rada, genetičari su formirali pravilo za interakciju nukleotida. Pravilo komplementarnosti kaže da se adenin kombinuje samo sa timinom, a gvanin sa citozinom. Tokom dekodiranja heliksa i sinteze novog proteina u ribosomu, ovo pravilo alternacije pomaže da se brzo pronađe potrebna aminokiselina koja je vezana za prijenosnu RNK.

RNK i njeni tipovi

Šta je nasljedna informacija? nukleotida u dvostrukom lancu DNK. Šta je RNK? Šta je njen posao? RNK, ili ribonukleinska kiselina, pomaže u izdvajanju informacija iz DNK, dekodiranju i, na osnovu principa komplementarnosti, stvaranju proteina neophodnih za ćelije.

Ukupno su izolovana 3 tipa RNK. Svaki od njih striktno obavlja svoju funkciju.

1. Informativni (mRNA), ili se još naziva i matrica. Ide pravo u centar ćelije, u jezgro. U jednom od hromozoma pronalazi neophodan genetski materijal za izgradnju proteina i kopira jednu od strana dvostrukog lanca. Kopiranje se ponovo dešava po principu komplementarnosti.
2. Transport je mali molekul koji na jednoj strani ima nukleotidne dekodere, a na drugoj aminokiseline koje odgovaraju glavnom kodu. Zadatak tRNA je da je dostavi u "radionicu", odnosno u ribozom, gdje sintetiše potrebnu aminokiselinu.
3. rRNA je ribosomska. Kontroliše količinu proteina koja se proizvodi. Sastoji se od 2 dijela - aminokiselinskog i peptidnog mjesta.

Jedina razlika kod dekodiranja je u tome što RNK nema timin. Umjesto timina, ovdje je prisutan uracil. Ali onda, u procesu sinteze proteina, sa tRNA, ona i dalje ispravno uspostavlja sve aminokiseline. Ako dođe do grešaka u dekodiranju informacija, dolazi do mutacije.

Popravka oštećene DNK molekule

Proces popravljanja oštećenog dvostrukog lanca naziva se reparacija. Tokom procesa popravke, oštećeni geni se uklanjaju.

Tada se traženi redoslijed elemenata tačno reprodukuje i pada nazad na isto mjesto na lancu odakle je izvučen. Sve se to događa zahvaljujući posebnim hemikalijama - enzimima.

Zašto dolazi do mutacija?

Zašto neki geni počinju da mutiraju i prestaju da ispunjavaju svoju funkciju – skladištenje vitalnih naslednih informacija? To je zbog greške u dekodiranju. Na primjer, ako se adenin slučajno zamijeni timinom.

Postoje i hromozomske i genomske mutacije. Kromosomske mutacije nastaju kada se dijelovi nasljedne informacije izgube, dupliciraju ili čak prenesu i integriraju u drugi kromosom.

Genomske mutacije su najozbiljnije. Njihov uzrok je promjena u broju hromozoma. Odnosno, kada je umjesto para - diploidnog skupa u kariotipu prisutan triploidni skup.

Najpoznatiji primjer triploidne mutacije je Downov sindrom, kod kojeg je lični skup hromozoma 47. Kod takve djece se formiraju 3 hromozoma umjesto 21. para.

Postoji i takva mutacija kao što je poliploidija. Ali poliploidija se nalazi samo u biljkama.

Otkriće genetske uloge DNK

DNK je otkrio Johann Friedrich Miescher 1869. Iz ostataka stanica sadržanih u gnoju izolirao je tvar koja uključuje dušik i fosfor. Po prvi put nukleinsku kiselinu bez proteina dobio je R. Altman 1889. godine, koji je uveo ovaj termin u biohemiju. Tek sredinom 1930-ih dokazano je da se DNK i RNK nalaze u svakoj živoj ćeliji. A. N. Belozersky, koji je prvi izolovao DNK iz biljaka, odigrao je glavnu ulogu u uspostavljanju ove fundamentalne pozicije. Postepeno se pokazalo da je DNK, a ne proteini, kako se ranije mislilo, nosilac genetske informacije. O. Everin, Colin McLeod i McLean McCarthy (1944) uspjeli su pokazati da je DNK izolirana iz pneumokoka odgovorna za tzv. transformaciju (sticanje patogenih svojstava bezopasnom kulturom kao rezultat dodavanja mrtvih patogenih bakterija u nju). Eksperiment američkih naučnika (Hershey-Chase eksperiment, 1952.) sa radioaktivno obeleženim proteinima i DNK bakteriofaga pokazao je da se u zaraženu ćeliju prenosi samo nukleinska kiselina faga, a nova generacija faga sadrži iste proteine ​​i nukleinska kiselina kao originalni fag Sve do 1950-ih, tačna struktura DNK, kao i način prenošenja nasljednih informacija, ostali su nepoznati. Iako se pouzdano znalo da se DNK sastoji od nekoliko lanaca nukleotida, niko nije znao tačno koliko lanaca ima i kako su povezani.Strukturu dvostruke spirale DNK predložili su Francis Crick i James Watson 1953. godine na osnovu na rendgenskom snimku Maurice Wilkins i Rosalind Franklin, te "Chargaffova pravila", prema kojima se u svakom molekulu DNK primjećuju strogi omjeri koji povezuju broj azotnih baza različitih tipova. Kasnije je dokazan model strukture DNK koji su predložili Watson i Crick, a njihov rad je 1962. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu. Rosalind Franklin, koja je do tada umrla, nije bila među laureatima, jer nagrada nije 1960. godine u nekoliko laboratorija odjednom je otkriven enzim RNK polimeraza, koji sintetiše RNK na DNK šablonima. Genetski kod aminokiselina potpuno je dešifrovan 1961-1966. trudom laboratorija M. Nirenberg, S. Ochoa i G. Korana.

Hemijski sastav i strukturna organizacija molekula DNK.

DNK je deoksiribonukleinska kiselina. Molekul DNK je najveći biopolimer, čiji je monomer nukleotid. Nukleotid se sastoji od ostataka 3 supstance: 1 - azotne baze; 2 - deoksiriboza ugljikohidrati; 3 - fosforna kiselina (slika - struktura nukleotida). Nukleotidi uključeni u formiranje molekule DNK razlikuju se jedni od drugih u dušičnim bazama. Azotne baze: 1 - Citozin i Timin (derivati ​​pirimidina) i 2 - Adenin i Guanin (derivati ​​purina). Povezivanje nukleotida u lancu DNK odvija se preko ugljikohidrata jednog nukleotida i ostatka fosforne kiseline susjednog (slika - struktura polinukleotidnog lanca). Chargaffovo pravilo (1951): broj purinskih baza u DNK je uvijek jednak broju pirimidinskih baza, A=T G=C.

1953 J. Watson i F. Crick - Predstavili model strukture molekula DNK (Slika - struktura molekula DNK).

Primarna struktura- redoslijed rasporeda monomernih jedinica (mononukleotida) u linearnim polimerima. Lanac je stabilizovan 3,5-fosfodiestarskim vezama. sekundarna struktura- dvostruka spirala, čije je stvaranje određeno internukleotidnim vodikovim vezama, koje se formiraju između baza uključenih u kanonske parove A-T (2 vodikove veze) i G-C (3 vodikove veze). Lanci se drže zajedno interakcijama slaganja, elektrostatičkim interakcijama, van der Waalsovim interakcijama. Tercijarna struktura je opći oblik molekula biopolimera. Superhelika struktura - kada zatvorena dvostruka spirala ne formira prsten, već strukturu sa zavojima višeg reda (omogućava kompaktnost). Kvartarna struktura– pakovanje molekula u polimolekularne ansamble. Za nukleinske kiseline, to su ansambli koji uključuju proteinske molekule.