Struktura DNA: značajke, shema. Kakva je struktura DNA molekule?

DNA je univerzalni izvor i čuvar nasljednih informacija, koji se bilježi pomoću posebnog niza nukleotida, određuje svojstva svih živih organizama.

Pretpostavlja se da je prosječna molekularna težina nukleotida 345, a broj nukleotidnih ostataka može doseći nekoliko stotina, tisuća pa čak i milijuna. DNA u svojoj masi nalazi se u jezgri stanica. Neki se nalaze u kloroplastima i mitohondrijima. Međutim, DNA jezgre stanice nije jedna molekula. Sastoji se od mnogih molekula koje se distribuiraju na različitim kromosomima, njihov broj varira ovisno o organizmu. To su strukturne značajke DNA.

Povijest otkrivanja DNA

Strukturu i funkcije DNK otkrili su James Watson i Francis Crick, koji su čak dobili Nobelovu nagradu 1962. godine.

Ali prvi put otkriveni nukleinske kiseline Švicarski znanstvenik Friedrich Johann Miescher, koji je radio u Njemačkoj. Godine 1869. proučavao je životinjske stanice - leukocite. Da bi ih dobio, koristio je zavoje s gnojem koje je dobio od bolnica. Mister ispire leukocite iz gnoja i iz njih izlučuje protein. Tijekom tih istraživanja, znanstvenik je uspio ustanoviti da u leukocitima, osim proteina, postoji još nešto, neka nepoznata tvar u to vrijeme. Bio je to nitast ili flokulentni sediment koji se isticalo, ako stvorite kiselo okruženje. Talog se odmah otopi nakon dodavanja lužine.

Znanstvenik pomoću mikroskopa otkrio je da se leukociti ispiru klorovodična kiselina iz stanica ostaju jezgre. Potom je zaključio da u nukleusu postoji nepoznata tvar koju je nazvao nukleinom (riječ nukleus znači jezgra).

Nakon provedene kemijske analize, Misher je otkrio da nova tvar sadrži ugljik, vodik, kisik i fosfor. Organofosfornim spojevima u to vrijeme nije bilo poznato, pa je Frederick zaključio da je otkrio novu klasu spojeva u jezgri stanice.

Tako je u XIX stoljeću otkriveno postojanje nukleinskih kiselina. Međutim, tada nitko nije mogao ni pomisliti na važnu ulogu koja im pripada.

Supstanca nasljednosti

Struktura DNK je nastavila istraživati, a 1944. godine skupina bakteriologa pod vodstvom Oswalda Averyja prikupila je dokaze da ova molekula zaslužuje ozbiljnu pozornost. Znanstvenik se već dugi niz godina bavi proučavanjem pneumokoka, organizama koji su uzrokovali upalu pluća ili bolesti pluća. Avery je provodio pokuse miješanjem pneumokoka koji uzrokuju bolesti s onima koji su sigurni za žive organizme. Najprije su ubijene stanice bolesti, a zatim su dodane onima koji ne uzrokuju bolest.

Rezultati istraživanja pogodili su svakoga. Bilo je takvih živih stanica koje su, nakon interakcije s mrtvima, naučile kako uzrokovati bolest. Znanstvenik je otkrio prirodu tvari koja je uključena u proces prijenosa informacija živim stanicama iz mrtvih. Molekula DNA i ispostavilo se da je to tvar.

struktura

Dakle, potrebno je razumjeti strukturu DNA molekule. Otkriće njegove strukture postalo je značajan događaj, koji je doveo do stvaranja molekularne biologije - nove grane biokemije. DNA u velikim količinama nalazi se u jezgri stanica, ali veličina i broj molekula ovise o tipu organizma. Utvrđeno je da jezgre stanica sisavaca sadrže mnoge od tih stanica, raspoređene su na kromosomima, njih 46.

Proučavajući strukturu DNA, 1924. godine, Felgen je najprije ustanovio svoju lokalizaciju. Dokazi dobiveni tijekom eksperimenata pokazali su da je DNA u mitohondrijima (1-2%). Na drugim mjestima, te se molekule mogu naći u virusnim infekcijama, u bazalnim tijelima, kao iu jajima nekih životinja. Poznato je da što je organizam složeniji, to je više masa DNA. Broj molekula u stanici ovisi o funkciji i obično je 1-10%. Najmanje ih je u miocitima (0,2%), više u zametnim stanicama (60%).

Struktura DNK pokazala je da su u kromosomima viših organizama povezani s jednostavnim proteinima - albuminom, histonima i drugima, koji zajedno čine DNP (deoksiribonukleoprotein). Obično je velika molekula nestabilna, a kako bi ona ostala netaknuta i nepromijenjena tijekom evolucije, stvara se tzv. Popravni sustav, koji se sastoji od enzima - ligaze i nukleaza odgovornih za "popravak" molekule.

Kemijska struktura DNA

DNA je polimer, polinukleotid koji se sastoji od velikog broja (do nekoliko desetaka tisuća milijuna) mononukleotida. Struktura DNA je sljedeća: mononukleotidi sadrže dušične baze - citozin (C) i timin (T) - iz derivata pirimidina, adenin (A) i gvanin (G) - iz derivata purina. Osim dušičnih baza, molekula čovjeka i životinja sadrži 5-metilcitozin - manju pirimidinsku bazu. C fosforna kiselina i deoksiriboza vezuju dušične baze. Struktura DNA je prikazana ispod.

Chargaffova pravila

Strukturu i biološku ulogu DNA istraživala je E. Chargaff 1949. Tijekom svog istraživanja otkrio je obrasce koji se promatraju u kvantitativnoj distribuciji dušičnih baza:

1. CT + C = +A + G (tj. Broj pirimidinskih baza jednak je broju purinskih).
2. Količina adeninskih ostataka je uvijek jednaka količini timinskih ostataka, a količina gvanina je jednaka citozinu.
3. Koeficijent specifičnosti ima formulu: G + C / A + T. Na primjer, kod ljudi je 1,5, u biku - 1,3.
4. Zbroj "A + C" jednak je zbroju "G + T", tj. Adenin i citozin su jednaki gvaninu i timinu.

Model strukture DNA

Stvorili su ga Watson i Creek. Ostaci fosfata i deoksiriboze nalaze se duž kralježnice dvaju spiralno upletenih polinukleotidnih lanaca. Utvrđeno je da su ravninske strukture pirimidinskih i purinskih baza smještene okomito na os lanca i tvore stubišta stubišta u obliku spirale. Također je utvrđeno da je A uvijek povezan s T pomoću dvije vodikove veze, a G je vezan za C trima sličnim vezama. Ovaj fenomen dobio je naziv "načelo selektivnosti i komplementarnosti".

Razine strukturne organizacije

Spiralno zakrivljeni polinukleotidni lanac je primarna struktura koja ima specifičan kvalitativni i kvantitativni skup mononukleotida povezanih 3 ', 5'-fosfodiesterskom vezom. Tako svaki od lanaca ima 3'-kraj (deoksiribozu) i 5'-kraj (fosfat). Mjesta koja sadrže genetske informacije nazivaju se strukturnim genima.

Dvostruka spirala je sekundarna struktura. Štoviše, njegovi polinukleotidni lanci su antiparalelni i povezani su vodikovim vezama između komplementarnih baza lanaca. Utvrđeno je da u svakom zavoju ove zavojnice ima 10 nukleotidnih ostataka, njegova duljina je 3,4 nm. Ta struktura je također podržana od strane van der Waalsovih interakcijskih sila koje se promatraju između baza jednog lanca, uključujući odbojne i privlačne komponente. Te se sile objašnjavaju interakcijom elektrona u susjednim atomima. Elektrostatička interakcija također stabilizira sekundarnu strukturu. Pojavljuje se između pozitivno nabijenih molekula histona i negativno nabijenog lanca DNA.

Tercijarna struktura je namotavanje DNA lanaca na histone ili superkocikliranje. Opisano je pet vrsta histona: H1, H2A, H2B, H3 i H4.

Polaganje nukleosoma u kromatinu je kvartarna struktura, tako da molekula DNA duljine nekoliko centimetara može preklopiti do 5 nm.

DNA funkcije

Glavne funkcije DNA su:

1. Čuvanje nasljednih informacija. Slijed aminokiselina u molekuli proteina određen je redoslijedom u kojem se nukleotidni ostaci nalaze u molekuli DNA. Također šifrira sve informacije o svojstvima i znakovima tijela.
2. DNA može prenositi nasljedne informacije sljedećoj generaciji. To je moguće zbog sposobnosti repliciranja - samo-dupliciranja. DNA je sposobna razbiti se u dva komplementarna lanca, a svaki od njih (u skladu s načelom komplementarnosti) vraća izvornu nukleotidnu sekvencu.
3. Uz pomoć DNA je biosinteza proteina, enzima i hormona.

zaključak

Struktura DNA omogućuje joj da bude čuvar genetskih informacija, kao i da ga prenosi na sljedeće generacije. Koje su značajke ove molekule?

1. Stabilnost. To je moguće zbog glikozidnih, vodikovih i fosfodiesterskih veza, kao i mehanizma popravka induciranih i spontanih oštećenja.
2. Mogućnost replikacije. Ovaj mehanizam omogućuje somatske stanice održavanje diploidnog broja kromosoma.
3. Postojanje genetskog koda. Koristeći procese translacije i transkripcije, slijed baza pronađenih u DNA pretvara se u slijed aminokiselina u polipeptidnom lancu.
4. Sposobnost genetske rekombinacije. Istovremeno se stvaraju nove kombinacije gena koji su povezani.

Dakle, struktura i funkcije DNA omogućuju joj da igra neprocjenjivu ulogu u organizmima živih bića. Poznato je da je duljina 46 molekula DNA u svakoj ljudskoj stanici gotovo 2 m, a broj parova nukleotida je 3,2 milijarde.