Deoksiribonukleinska kiselina (DNA). Otkriće strukture deoksiribonukleinskih kiselina

Po prvi put u nukleusu su pronađene nukleinske kiseline, pa su stanice nazvane po ovom organoidu (od latinskog. "Nukleus" - jezgra). Postoje dvije vrste nukleina - dezoksiribonukleinska kiselina i ribonukleinska kiselina. Biološki značaj ovih makromolekula je velik. Svojim sudjelovanjem je sinteza proteina, oni čuvaju i prenose nasljedne informacije iz jedne generacije u drugu.

Nukleinske kiseline

Fizikalno-kemijske strukture i procesi na kojima se temelji prijenos genetskih svojstava uvelike su uspostavljeni 1953. godine. Otkriće nukleinskih kiselina dogodilo se 85 godina ranije - 1868. godine, kada je F. Misher, koji je izdvojio nukleine, objavio postojanje nuklearne tvari. Do vremena ovaj događaj poklopio se s objavljivanjem radova G. Mendela o biljnim hibridima, koji su govorili o nasljednim čimbenicima.

Godine 1927. ruski prirodoslovac Koltsov je u svom članku "Nasljeđe i molekule" naveo da su u kromosomima stanica pronađene velike polimerne molekule. Uz njih su područja koja kontroliraju prijenos znakova od roditelja na djecu. No, Koltsov je pogrešno smatrao proteinske molekule kao nositelje nasljednih informacija. U istim godinama, Levin u SAD-u daje dokaze o postojanju RNA i DNA.

Otkriće strukture deoksiribonukleinskih kiselina

Objavljivanje knjige Schrodingera, utemeljitelja kvantne mehanike o pogledima fizike na procese u živom organizmu, imalo je velik utjecaj na rad F. Cricka i J. Watsona na proučavanju sastava DNA molekule. Struktura deoksiribonukleinske kiseline dugo se nije mogla dešifrirati.

Watson i Crick su 1953. otkrili strukturu deoksiribonukleinskih kiselina, predložili su model DNA - dvostruku spiralu. Tako se pojavio novi pravac u znanosti - molekularna genetika. Za transkripte genetski kod Information Creek i Watson dobili su Nobelovu nagradu 1962. godine.

Deoksiribonukleinska kiselina (DNA)

Molekula je formirana s dva polinukleotidna lanca, dodatno presavijena u dvostruku spiralu. jedinstvena Struktura DNA sastoji se u određenoj izmjeni nukleotida specifičnoj za svaki segment makromolekula. Lanac deoksiribonukleinske kiseline je polimer, broj monomera-nukleotida je nekoliko desetaka tisuća. U nizu monomera kodirana je genetska informacija o znakovima organizma. Prema tome, deoksiribonukleinska kiselina ima sljedeće karakteristike:

• kemijski sastav i svojstva - nukleinska kiselina;
• DNA je formirana iz dušičnih baza;
• dezoksiriboza je prisutna kao ugljikohidrat;
• Struktura biopolimera, deoksiribonukleotidi su monomeri;
• monomeri su vezani s fosfatnim česticama.

Kemijska priroda nositelja genetske informacije

Zbog velikog broja fosfatnih ostataka, deoksiribonukleinska kiselina ima svojstva jake polibazične kiseline (njezine soli su prisutne u tkivima). Da bismo ispunili zadatak opisivanja strukture DNK, moramo se prisjetiti sadržaja dviju tema u organskoj kemiji: "Ugljikohidrati" i "Organske tvari koje sadrže dušik". Na primjer, predlaže se sljedeća vježba: karakterizira monomere deoksiribonukleinske kiseline. U odgovoru treba napomenuti da fosforna kiselina i ugljikohidrati imaju istu strukturu u svim nukleotidima. Dušične baze po svojoj kemijskoj prirodi su derivati ​​purina i pirimidina. Ukupno postoje 4 vrste takvih struktura: adenin, gvanin (purin); citozin i timin (pirimidin). Monomeri čine lanac DNA na sljedeći način:

(Nitrogen baza + ugljikohidrat deoksiriboza = nukleozid) + ostatak fosforne kiseline = nukleotid.

Imena potonjih potječu od naziva dušičnih baza. Monomeri su međusobno povezani. kovalentnu vezu stvaranje niza nukleotida (ovo je deoksiribonukleinska kiselina).

Formula za DNA monomere je sljedeća:

Odvojeni okreti lanca DNA drže zajedno vodikove veze, a hidrofobne interakcije igraju određenu ulogu. Temperature iznad 50 ° C smanjuju silu privlačenja između baza. Nakon daljnjeg zagrijavanja, polinukleotidni lanci su odvojeni, DNA je rastaljena. Denaturacija se događa kada se zagrije na 80 ° C.

Princip komplementarnosti u molekuli

Jedan DNA lanac sadrži dušične baze, koje su raspoređene u specifičnom redoslijedu s obzirom na strukture druge polinukleotidne "trake". Stvorena su dva komplementarna para: adenin (A), povezan s timinom (T); gvanin (D), komplementaran citozinu (C). Svaki od dijelova jednog para nadopunjuje drugi, kao polovice slomljene šalice. Riječ "komplement" je grčkog podrijetla. Prevedeno znači "dodatak".

Kada je sekvenca nukleotida u jednom lancu DNA poznata, sastav drugog je uspostavljen u skladu s načelom komplementarnosti. Kombinacija nukleotida nastaje zbog interakcije vodikovih atoma i kisika. Između adenilnih i timidilnih nukleotida nastaju 2 vodikove veze, guanil i citozil povezuju 3 slična "mosta".

Reduplikacija nukleotidnog lanca

Sposobnost molekule DNA da se udvostruči - njezino jedinstveno svojstvo koje osigurava prijenos naslijeđenih osobina iz jedne generacije živih organizama u drugu (kasnije). Reduplikacija deoksiribonukleinske kiseline je njezino udvostručenje. Nastaju sljedeći procesi i pojave:

1. Molekula DNA prije stanične diobe vrti se na jednoj strani spirale.
2. Podjela lanca na dva dijela odvija se pod utjecajem katalizatora (enzima).
3. Slobodni nukleotidi su poredani iz svake stanice duž svake polovice, tvoreći drugu traku.
4. Rekreacija dvostrukog lanca odvija se na principu komplementarnosti.
5. Postoje dvije molekule DNA s istim slijedom monomera.

Praktično značenje otkrića strukture i funkcija DNA

Sjevernoamerički istraživač A. Kornberg (1967) dezoksiribonukleinsku kiselinu najprije je sintetizirao izvan tijela. Njegov sunarodnjak i kolega X. Koran umjetno je primio polideoksiribonukleotid u godini, koja je u svojoj strukturi odgovarala genu ili dijelu spiralne molekule nositelja nasljednih informacija. Stručnjaci na Medicinskom fakultetu Harvarda 1969. mogli su odrediti granice jednog gena i podijeliti ga s ostatkom lanca.

Proučavajući strukturu i funkcije nukleinskih kiselina, znanstvenici su objasnili suštinu prijenosa nasljednih informacija potrebnih za biosinteza proteina u kavezu. Otkriće strukture DNA imalo je veliku ulogu u dijagnostici i liječenju nasljednih bolesti, selekciji. Promjena nasljedne prirode organizama naziva se "genetski inženjering". Sada je moguće stvoriti genetski modificirane objekte (GMO) s unaprijed određenim karakteristikama.

Pozitivnu ocjenu brojnih otkrića u ovom području treba dopuniti komentarima o mogućim negativnim učincima konzumacije hrane s GMO-ima. Na državnoj razini doneseni su zakoni kako bi se osigurala biološka sigurnost stanovništva. Osnovane su organizacije koje nadziru poštivanje pravila za uvoz i prodaju proizvoda koji sadrže GMO. Oni moraju biti označeni u skladu s tim. U nekim se zemljama za takve proizvode izdvajaju odvojeni regali u supermarketima. Organski proizvodi imaju oznaku "Non-GMO". Cijene sličnih proizvoda mogu biti nekoliko puta veće.