Istraktura at biological na papel ng mga nucleotides, nucleic acid. Pagtitiklop at transkripsyon ng DNA

Ang panahon kung saan tayo nabubuhay ay minarkahan ng mga kamangha-manghang pagbabago, malaking pag-unlad, kapag ang mga tao ay nakatanggap ng mga sagot sa parami nang parami ng mga bagong tanong. Ang buhay ay mabilis na sumusulong, at kung ano hanggang kamakailan ay tila imposible ay nagsisimulang magkatotoo. Posible na ang tila ngayon ay isang balangkas mula sa genre ng science fiction ay malapit na ring makuha ang mga tampok ng katotohanan.

Ang isa sa pinakamahalagang pagtuklas sa ikalawang kalahati ng ikadalawampu siglo ay ang mga nucleic acid na RNA at DNA, salamat sa kung saan ang tao ay naging mas malapit sa paglutas ng mga misteryo ng kalikasan.

Mga nucleic acid

Ang mga nucleic acid ay mga organikong compound na may mataas na mga katangian ng molekular na timbang. Kabilang dito ang hydrogen, carbon, nitrogen at phosphorus.

Natuklasan sila noong 1869 ni F. Misher, na nag-imbestiga ng nana. Gayunpaman, sa oras na iyon ang kanyang pagtuklas ay hindi binigyan ng malaking kahalagahan. Nang maglaon lamang, nang ang mga acid na ito ay natagpuan sa lahat ng mga selula ng hayop at halaman, dumating ang pagkaunawa sa kanilang napakalaking papel.

Mayroong dalawang uri ng nucleic acid: RNA at DNA (ribonucleic at deoxyribonucleic acids). Ang artikulong ito ay nakatuon sa ribonucleic acid, ngunit para sa pangkalahatang pag-unawa, isasaalang-alang din natin kung ano ang DNA.

Ano

Binubuo ang DNA ng dalawang strand na konektado ayon sa batas ng complementarity ng hydrogen bonds sa pagitan ng nitrogenous bases. Ang mga mahabang kadena ay pinaikot sa isang spiral, ang isang pagliko ay naglalaman ng halos sampung nucleotides. Ang diameter ng double helix ay dalawang milimetro, ang distansya sa pagitan ng mga nucleotide ay halos kalahating nanometer. Ang haba ng isang molekula kung minsan ay umaabot ng ilang sentimetro. Ang haba ng DNA sa nucleus ng isang selula ng tao ay halos dalawang metro.

Ang istraktura ng DNA ay naglalaman ng lahat ng DNA ay nagtataglay ng pagtitiklop, na nangangahulugang ang proseso kung saan ang dalawang ganap na magkaparehong molekula ng anak na babae ay nabuo mula sa isang molekula.

Tulad ng nabanggit na, ang kadena ay binubuo ng mga nucleotides, na, naman, ay binubuo ng mga nitrogenous base (adenine, guanine, thymine at cytosine) at isang residue ng phosphorus acid. Ang lahat ng mga nucleotide ay naiiba sa mga nitrogenous base. Ang hydrogen bonding ay hindi nangyayari sa pagitan ng lahat ng mga base; ang adenine, halimbawa, ay maaari lamang pagsamahin sa thymine o guanine. Kaya, mayroong kasing dami ng adenyl nucleotides sa katawan gaya ng thymidyl nucleotides, at ang bilang ng guanyl nucleotides ay katumbas ng cytidyl nucleotides (pangunahin ni Chargaff). Lumalabas na ang pagkakasunud-sunod ng isang kadena ay paunang natukoy ang pagkakasunud-sunod ng isa pa, at ang mga kadena ay tila nagsasalamin sa isa't isa. Ang gayong pattern, kung saan ang mga nucleotide ng dalawang chain ay nakaayos sa isang maayos na paraan, at konektado din nang pili, ay tinatawag na prinsipyo ng complementarity. Bilang karagdagan sa mga compound ng hydrogen, ang double helix ay nakikipag-ugnayan din sa hydrophobically.

Ang dalawang kadena ay nasa magkasalungat na direksyon, iyon ay, sila ay matatagpuan sa magkasalungat na direksyon. Samakatuwid, sa tapat ng tatlong "-end ng isa ay ang lima"-end ng kabilang chain.

Sa panlabas, ito ay kahawig ng isang spiral na hagdanan, ang rehas na kung saan ay isang gulugod ng asukal-pospeyt, at ang mga hakbang ay mga pantulong na base ng nitrogen.

Ano ang ribonucleic acid?

Ang RNA ay isang nucleic acid na may mga monomer na tinatawag na ribonucleotides.

Sa mga kemikal na katangian, ito ay halos kapareho sa DNA, dahil pareho ang mga polymer ng nucleotides, na isang phosphorylated N-glycoside na itinayo sa isang pentose (five-carbon sugar) na nalalabi, na may phosphate group sa ikalimang carbon atom at isang base ng nitrogen sa unang carbon atom.

Ito ay isang solong polynucleotide chain (maliban sa mga virus), na mas maikli kaysa sa DNA.

Ang isang RNA monomer ay ang mga nalalabi ng mga sumusunod na sangkap:

• mga base ng nitrogen;
• limang-carbon monosaccharide;
• mga phosphorus acid.

Ang mga RNA ay may mga baseng pyrimidine (uracil at cytosine) at purine (adenine, guanine). Ang Ribose ay ang monosaccharide ng RNA nucleotide.

Mga pagkakaiba sa pagitan ng RNA at DNA

Ang mga nucleic acid ay naiiba sa bawat isa sa mga sumusunod na katangian:

• ang dami nito sa cell ay depende sa physiological state, edad at organ affiliation;
• Ang DNA ay naglalaman ng carbohydrate deoxyribose, at ang RNA ay naglalaman ng ribose;
• ang nitrogenous base sa DNA ay thymine, at sa RNA ito ay uracil;
• ang mga klase ay gumaganap ng iba't ibang mga function, ngunit na-synthesize sa DNA matrix;
• Ang DNA ay binubuo ng isang double helix, habang ang RNA ay binubuo ng isang solong strand;
• ito ay uncharacteristic ng pagkilos sa DNA;
• Ang RNA ay may mas maliliit na base;
• ang mga kadena ay lubhang nag-iiba sa haba.

Kasaysayan ng pag-aaral

Ang RNA cell ay unang natuklasan ng isang German biochemist na si R. Altman habang nag-aaral ng yeast cells. Sa kalagitnaan ng ikadalawampu siglo, napatunayan ang papel ng DNA sa genetika. Noon lamang inilarawan ang mga uri, pag-andar, at iba pa ng RNA. Hanggang sa 80-90% ng masa sa cell ay nahuhulog sa rRNA, na kasama ng mga protina ay bumubuo ng ribosome at nakikilahok sa biosynthesis ng protina.

Sa mga ikaanimnapung taon ng huling siglo, unang iminungkahi na dapat mayroong isang tiyak na species na nagdadala ng genetic na impormasyon para sa synthesis ng protina. Pagkatapos nito, siyentipikong itinatag na mayroong mga naturang impormasyong ribonucleic acid na kumakatawan sa mga pantulong na kopya ng mga gene. Tinatawag din silang messenger RNA.

Ang tinatawag na mga transport acid ay kasangkot sa pag-decode ng impormasyong naitala sa kanila.

Nang maglaon, nagsimulang bumuo ng mga pamamaraan para sa pagtukoy ng pagkakasunud-sunod ng nucleotide at pagtatatag ng istraktura ng RNA sa puwang ng acid. Kaya't napag-alaman na ang ilan sa mga ito, na tinatawag na ribozymes, ay maaaring magputol ng mga polyribonucleotide chain. Bilang isang resulta, sinimulan nilang ipagpalagay na sa oras na ipinanganak ang buhay sa planeta, ang RNA ay kumilos nang walang DNA at mga protina. Bukod dito, ang lahat ng pagbabago ay isinagawa kasama ang kanyang pakikilahok.

Ang istraktura ng molekula ng ribonucleic acid

Halos lahat ng mga RNA ay mga solong kadena ng polynucleotides, na, naman, ay binubuo ng monoribonucleotides - purine at pyrimidine base.

Ang mga nucleotide ay tinutukoy ng mga unang titik ng mga base:

• adenine (A), A;
• guanine (G), G;
• cytosine (C), C;
• uracil (U), U.

Ang mga ito ay magkakaugnay sa pamamagitan ng tatlong- at limang-phosphodiester na mga bono.

Ang isang napaka-ibang bilang ng mga nucleotides (mula sa ilang sampu hanggang sampu-sampung libo) ay kasama sa istraktura ng RNA. Maaari silang bumuo ng isang pangalawang istraktura na binubuo pangunahin ng mga maikling double-stranded strand na nabuo sa pamamagitan ng mga pantulong na base.

Istraktura ng isang molekula ng ribnucleic acid

Tulad ng nabanggit na, ang molekula ay may isang solong-stranded na istraktura. Natatanggap ng RNA ang pangalawang istraktura at hugis nito bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng mga nucleotides sa bawat isa. Ito ay isang polimer na ang monomer ay isang nucleotide na binubuo ng isang asukal, isang phosphorus acid residue at isang nitrogen base. Sa panlabas, ang molekula ay katulad ng isa sa mga kadena ng DNA. Ang mga nucleotides adenine at guanine, na bahagi ng RNA, ay purine. Ang cytosine at uracil ay mga base ng pyrimidine.

Proseso ng synthesis

Upang ma-synthesize ang isang molekula ng RNA, ang template ay isang molekula ng DNA. Totoo, ang kabaligtaran na proseso ay nangyayari rin, kapag ang mga bagong molekula ng deoxyribonucleic acid ay nabuo sa ribonucleic acid matrix. Nangyayari ito sa panahon ng pagtitiklop ng ilang uri ng mga virus.

Ang iba pang mga molekula ng ribonucleic acid ay maaari ding magsilbing batayan para sa biosynthesis. Ang transkripsyon nito, na nangyayari sa cell nucleus, ay nagsasangkot ng maraming mga enzyme, ngunit ang pinakamahalaga sa kanila ay RNA polymerase.

Mga uri

Depende sa uri ng RNA, magkakaiba din ang mga pag-andar nito. Mayroong ilang mga uri:

• impormasyong i-RNA;
• ribosomal r-RNA;
• transportasyon t-RNA;
• menor de edad;
• ribozymes;
• viral.

Impormasyon ribonucleic acid

Ang ganitong mga molekula ay tinatawag ding matrix. Binubuo nila ang halos dalawang porsyento ng kabuuan sa cell. Sa mga eukaryotic cell, sila ay synthesize sa nuclei sa mga template ng DNA, pagkatapos ay pumasa sa cytoplasm at nagbubuklod sa mga ribosome. Dagdag pa, sila ay nagiging mga template para sa synthesis ng protina: sila ay pinagsama sa pamamagitan ng paglilipat ng mga RNA na nagdadala ng mga amino acid. Ito ay kung paano nagaganap ang proseso ng pagbabago ng impormasyon, na natanto sa natatanging istraktura ng protina. Sa ilang mga viral RNA, isa rin itong chromosome.

Sina Jacob at Mano ang mga nakatuklas ng species na ito. Walang matibay na istraktura, ang kadena nito ay bumubuo ng mga hubog na loop. Hindi gumagana, ang i-RNA ay nagtitipon sa mga fold at nakatiklop sa isang bola, at nagbubukas sa kondisyon ng pagtatrabaho.

Ang mRNA ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa protina na synthesize. Ang bawat amino acid ay naka-encode sa isang partikular na lugar gamit ang mga genetic code, na nailalarawan sa pamamagitan ng:

• triplet - mula sa apat na mononucleotides posible na bumuo ng animnapu't apat na codon (genetic code);
• non-crossing - gumagalaw ang impormasyon sa isang direksyon;
• pagpapatuloy - ang prinsipyo ng operasyon ay ang isang mRNA ay isang protina;
• universality - isa o ibang uri ng amino acid ay naka-encode sa lahat ng nabubuhay na organismo sa parehong paraan;
• pagkabulok - dalawampung amino acid ang kilala, at animnapu't isang codon, iyon ay, sila ay naka-encode ng ilang genetic code.

Ribosomal ribonucleic acid

Ang nasabing mga molekula ay bumubuo sa karamihan ng cellular RNA, katulad ng walumpu hanggang siyamnapung porsyento ng kabuuan. Pinagsasama nila ang mga protina at bumubuo ng mga ribosom - ito ay mga organel na nagsasagawa ng synthesis ng protina.

Ang mga ribosom ay animnapu't limang porsyentong rRNA at tatlumpu't limang porsyentong protina. Ang polynucleotide chain na ito ay madaling yumuko kasama ng protina.

Ang ribosome ay binubuo ng mga rehiyon ng amino acid at peptide. Matatagpuan ang mga ito sa mga contact surface.

Ang mga ribosome ay malayang gumagalaw sa mga tamang lugar. Ang mga ito ay hindi masyadong tiyak at hindi lamang makakapagbasa ng impormasyon mula sa mRNA, ngunit bumubuo rin ng isang matrix sa kanila.

Transport ribonucleic acid

Ang mga tRNA ay ang pinaka pinag-aralan. Binubuo nila ang sampung porsyento ng cellular ribonucleic acid. Ang mga uri ng RNA na ito ay nagbubuklod sa mga amino acid salamat sa isang espesyal na enzyme at inihahatid sa mga ribosom. Sa kasong ito, ang mga amino acid ay dinadala ng mga molekula ng transportasyon. Gayunpaman, nangyayari na ang iba't ibang mga codon ay naka-code para sa isang amino acid. Pagkatapos ay dadalhin sila ng ilang transport RNA.

Ito ay kumukulot sa isang bola kapag hindi aktibo, at kapag gumagana, ay may hitsura ng isang dahon ng klouber.

Naglalaman ito ng mga sumusunod na seksyon:

• isang acceptor stem na mayroong ACC nucleotide sequence;
• site para sa attachment sa ribosome;
• isang anticodon na naka-encode sa amino acid na nakakabit sa tRNA na ito.

Minor species ng ribonucleic acid

Kamakailan lamang, ang mga species ng RNA ay napalitan ng isang bagong klase, ang tinatawag na maliliit na RNA. Ang mga ito ay malamang na mga unibersal na regulator na nag-on o nag-off ng mga gene sa pag-unlad ng embryonic, at kinokontrol din ang mga proseso sa loob ng mga cell.

Ang mga ribozymes ay natukoy din kamakailan, sila ay aktibong kasangkot kapag ang RNA acid ay fermented, na kumikilos bilang isang katalista.

Mga uri ng viral na acid

Ang virus ay may kakayahang maglaman ng alinman sa ribonucleic acid o deoxyribonucleic acid. Samakatuwid, kasama ang kaukulang mga molekula, sila ay tinatawag na RNA-containing. Kapag ang naturang virus ay pumasok sa isang cell, nangyayari ang reverse transcription - ang bagong DNA ay lilitaw sa batayan ng ribonucleic acid, na isinama sa mga cell, na tinitiyak ang pagkakaroon at pagpaparami ng virus. Sa isa pang kaso, ang pagbuo ng komplementaryong RNA ay nangyayari sa papasok na RNA. Ang mga virus ay mga protina, ang mahahalagang aktibidad at pagpaparami ay nagpapatuloy nang walang DNA, ngunit batay lamang sa impormasyong nakapaloob sa RNA ng virus.

pagtitiklop

Upang mapabuti ang pangkalahatang pag-unawa, kinakailangang isaalang-alang ang proseso ng pagtitiklop, na nagreresulta sa dalawang magkaparehong molekula ng nucleic acid. Ito ay kung paano nagsisimula ang cell division.

Kabilang dito ang DNA polymerases, DNA-dependent, RNA polymerases at DNA ligases.

Ang proseso ng pagtitiklop ay binubuo ng mga sumusunod na hakbang:

• despiralization - mayroong isang sequential unwinding ng maternal DNA, pagkuha ng buong molekula;
• pagkasira ng mga bono ng hydrogen, kung saan naghihiwalay ang mga kadena, at lumilitaw ang isang tinidor ng pagtitiklop;
• pagsasaayos ng mga dNTP sa inilabas na mga base ng maternal chain;
• cleavage ng pyrophosphates mula sa dNTP molecules at ang pagbuo ng phosphorodiester bonds dahil sa inilabas na enerhiya;
• paghinga.

Matapos ang pagbuo ng molekula ng anak na babae, ang nucleus, cytoplasm at ang natitira ay nahahati. Kaya, nabuo ang dalawang anak na selula na ganap na nakatanggap ng lahat ng genetic na impormasyon.

Bilang karagdagan, ang pangunahing istraktura ng mga protina na na-synthesize sa cell ay naka-encode. Ang DNA ay tumatagal ng isang hindi direktang bahagi sa prosesong ito, at hindi direkta, na binubuo sa katotohanan na ito ay sa DNA na ang synthesis ng mga protina, RNA na kasangkot sa pagbuo, ay nagaganap. Ang prosesong ito ay tinatawag na transkripsyon.

Transkripsyon

Ang synthesis ng lahat ng mga molekula ay nangyayari sa panahon ng transkripsyon, iyon ay, ang muling pagsusulat ng genetic na impormasyon mula sa isang partikular na operon ng DNA. Ang proseso ay katulad sa ilang mga paraan sa pagtitiklop, at sa iba ito ay ibang-iba.

Ang mga pagkakatulad ay ang mga sumusunod na bahagi:

• ang simula ay mula sa despiralization ng DNA;
• mayroong pahinga sa mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga base ng mga kadena;
• Ang mga NTF ay komplementaryong inaayos sa kanila;
• nabuo ang mga bono ng hydrogen.

Mga pagkakaiba mula sa pagtitiklop:

• sa panahon ng transkripsyon, tanging ang seksyon ng DNA na naaayon sa transcripton ay hindi nababaluktot, habang sa panahon ng pagtitiklop, ang buong molekula ay hindi nababaluktot;
• sa panahon ng transkripsyon, ang mga mahimig na NTP ay naglalaman ng ribose, at sa halip na thymine, uracil;
• ang impormasyon ay isinulat lamang mula sa isang tiyak na lugar;
• pagkatapos ng pagbuo ng molekula, ang hydrogen bond at ang synthesized strand ay nasira, at ang strand ay dumulas sa DNA.

Para sa normal na paggana, ang pangunahing istraktura ng RNA ay dapat na binubuo lamang ng mga seksyon ng DNA na natanggal mula sa mga exon.

Ang bagong nabuo na RNA ay nagsisimula sa proseso ng pagkahinog. Ang mga tahimik na rehiyon ay tinanggal, at ang mga rehiyong nagbibigay-kaalaman ay pinagsama upang bumuo ng polynucleotide chain. Dagdag pa, ang bawat species ay may mga pagbabagong likas lamang dito.

Sa mRNA, nangyayari ang attachment sa unang dulo. Ang polyadenylate ay sumali sa huling site.

Ang mga base ay binago sa tRNA upang bumuo ng mga menor de edad na species.

Sa r-RNA, ang mga indibidwal na base ay methylated din.

Protektahan mula sa pagkasira at pagbutihin ang transportasyon ng mga protina sa cytoplasm. Ang RNA sa mature na estado ay konektado sa kanila.

Kahalagahan ng mga deoxyribonucleic at ribonucleic acid

Ang mga nucleic acid ay may malaking kahalagahan sa buhay ng mga organismo. Nag-iimbak sila, naglilipat sa cytoplasm at nagmana sa mga cell ng anak na babae ng impormasyon tungkol sa mga protina na na-synthesize sa bawat cell. Ang mga ito ay naroroon sa lahat ng mga nabubuhay na organismo, ang katatagan ng mga acid na ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel para sa normal na paggana ng parehong mga cell at ng buong organismo. Anumang mga pagbabago sa kanilang istraktura ay hahantong sa mga pagbabago sa cellular.

Ang mga sangkap tulad ng mga nucleic acid ay naroroon sa mga selula ng mga buhay na organismo. Kinakailangan ang mga ito upang mag-imbak, magpadala at magpatupad ng genetic na impormasyon.
Ang RNA at DNA ay may ilang pagkakatulad, ngunit mahalagang malaman at maunawaan ang kanilang mga pagkakaiba.
Una, susuriin namin nang hiwalay ang parehong mga acid, at pagkatapos ay sa form ng thesis ipapakita namin ang kanilang magkatulad at magkakaibang mga tampok.

Deoxyribonucleic acid

Ang DNA ay isang biopolymer. Ang DNA monomer ay batay sa pentose. Ang DNA carbohydrate ay isang pagbubukod sa panuntunan, dahil ang formula nito (C5H10O4) ay naiiba sa "normal" na carbohydrate dahil kulang ito ng isang oxygen atom, kaya naman ang carbohydrate na ito ay tinatawag na "deoxyribose".

Isang nitrogenous base (cytosine, thymine, adenine at guanine) ang nakakabit sa deoxyrobose residue. Ang DNA polymer chain ay nabuo sa pamamagitan ng pag-uugnay ng mga monomer. Ang mga katabing "link" ay tinatahi kasama ng mga residu ng phosphoric acid, na bumubuo ng isang phosphodiester 3'-5' bond.

Ang DNA ay isang double antiparallel right-handed helix. Ang dalawang chain ay konektado sa pamamagitan ng hydrogen bond na nangyayari sa pagitan ng heterocyclic compound. Mga komplementaryong pares sa DNA: A-G at C-T.

Ang kakaiba ng DNA ay nagagawa nitong lumikha ng molekulang anak na babae ( pagtitiklop). Upang gawin ito, ang DNA helix ay nag-iiba sa dalawang kadena ng magulang at sa tulong ng mga enzyme (ang pangunahing enzyme ay DNA polymerase), ang mga kadena ng anak na babae ay itinayo sa kanila, batay sa panuntunan ng complementarity. Bilang resulta, nabuo ang dalawang magkaparehong hibla ng DNA. Tinitiyak ng prosesong ito ang walang error na paghahatid ng namamana na impormasyon mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon.

Ribonucleic acid

Ang RNA ay may isang bilang ng mga pagkakaiba mula sa DNA, ngunit ang kanilang istraktura ay hindi sa panimula ay naiiba. Una, ang mga RNA ay bumubuo ng "normal" na carbohydrates, riboses (C5H10O5). Pangalawa, sa halip na heterocyclic base ng thymine, ang RNA ay naglalaman ng uracil, na wala sa isang methyl group.

Ang RNA ay isang solong polymer chain na, sa ilalim ng kanais-nais na mga kondisyon, ay maaaring baguhin ang configuration nito at makuha ang hugis ng isang "hairpin" kapag ang pinakamalapit na nitrogenous base na komplementaryo sa bawat isa ay nagbubuklod. Sa RNA, ang mga sumusunod na pares ng base: A-G at U-C. Ang RNA ay ilang beses na mas maikli kaysa sa DNA helix.

Dapat banggitin ang mga uri ng RNA. Maglaan ng matrix o impormasyong RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), ribosomal RNA (rRNA), transport-matrix RNA (tmRNA) at maliit na nuclear RNA (snRNA). Ang kanilang mga pag-andar ay iba, ngunit lahat sila ay kinakailangan para sa buhay. Ang RNA ay ang batayan para sa biosynthesis ng protina, dahil ang DNA ay wala sa cytoplasm, kung saan ang mga molekula ng protina ay synthesize sa mga ribosom.

Kapansin-pansin na ang proseso ng synthesis ng protina ay nagsisimula sa DNA, kung saan ang impormasyon tungkol sa isang partikular na sangkap ay naka-encrypt, dahil ang DNA ang pinagmumulan ng impormasyon ng gene. Ang RNA ay nagmula sa DNA, na na-synthesize dito sa tulong ng isang espesyal na enzyme.

Ang pagkakaroon ng pagsusuri sa dalawang nucleic acid nang hiwalay, maaari tayong magpatuloy sa pagbubuod. Ano ang pinagsasama ang DNA at RNA at ano ang kanilang pangunahing pagkakaiba?

Pagkakatulad sa pagitan ng DNA at RNA

1. Ang DNA at RNA ay mga organikong polimer na ang mga monomer ay mononucleotides.
2. Ang carbohydrates ng parehong acids ay nasa b-D-ribofuranose form.
3. Ang mga kalapit na monomer sa mga kadena ay "naka-crosslink" sa tulong ng mga residu ng phosphoric acid.
4. Naglalaman ang mga ito ng mga heterocyclic na base (dalawang pyrimidine at dalawang purine).

Mga pagkakaiba sa pagitan ng DNA at RNA

1. Ang mga monomer ng deoxyribonucleic at ribonucleic acid ay batay sa carbohydrates - pentose at ribose, ayon sa pagkakabanggit.
2. Ang DNA sa komposisyon nito ay naglalaman ng nitrogenous base (pyrimidine base) - thymine, at RNA - uracil (walang methyl group).
3. Ang DNA ay isang double antiparallel right-handed helix, habang ang RNA ay isang solong strand.
4. Ang DNA ay maaaring magtiklop, ngunit ang RNA ay hindi.
5. Ang mga pangunahing pag-andar ng DNA: Imbakan, paghahatid at pagpapatupad ng namamana na impormasyon mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon.

Ang mga pangunahing pag-andar ng RNA: Imbakan ng genetic na impormasyon at synthesis ng protina sa cell.

6. Ang molekula ng DNA ay mas malaki at mas mabigat kaysa sa molekula ng RNA.

Ang molecular biology ay isa sa pinakamahalagang sangay ng biological sciences at nagsasangkot ng detalyadong pag-aaral ng mga selula ng mga buhay na organismo at ang kanilang mga bahagi. Kasama sa saklaw ng kanyang pananaliksik ang maraming mahahalagang proseso, tulad ng kapanganakan, paghinga, paglaki, kamatayan.


Ang napakahalagang pagtuklas ng molecular biology ay ang pag-decipher ng genetic code ng mas mataas na nilalang at ang pagpapasiya ng kakayahan ng cell na mag-imbak at magpadala ng genetic na impormasyon. Ang pangunahing papel sa mga prosesong ito ay kabilang sa mga nucleic acid, na nakikilala sa kalikasan sa pamamagitan ng dalawang uri - DNA at RNA. Ano ang mga macromolecule na ito? Ano ang mga ito at anong mga biological function ang kanilang ginagawa?

Ano ang DNA?

Ang DNA ay kumakatawan sa deoxyribonucleic acid. Ito ay isa sa tatlong macromolecules ng cell (ang iba pang dalawa ay mga protina at ribonucleic acid), na nagsisiguro sa pangangalaga at paghahatid ng genetic code ng pag-unlad at aktibidad ng mga organismo. Sa madaling salita, ang DNA ay ang carrier ng genetic information. Naglalaman ito ng genotype ng isang indibidwal, na may kakayahang magparami ng sarili nito at nagpapadala ng impormasyon sa pamamagitan ng mana.

Bilang isang kemikal na sangkap, ang asido ay nahiwalay sa mga selula noon pang 1860s, ngunit hanggang sa kalagitnaan ng ika-20 siglo, walang sinuman ang nag-akala na ito ay may kakayahang mag-imbak at magpadala ng impormasyon.


Sa loob ng mahabang panahon ay pinaniniwalaan na ang mga pag-andar na ito ay ginagampanan ng mga protina, ngunit noong 1953 ang isang pangkat ng mga biologist ay nakapagpalawak ng makabuluhang pag-unawa sa kakanyahan ng molekula at patunayan ang pangunahing papel ng DNA sa pangangalaga at paghahatid ng genotype. . Ang pagtuklas ay ang pagtuklas ng siglo, at ang mga siyentipiko ay tumanggap ng Nobel Prize para sa kanilang trabaho.

Ano ang gawa sa DNA?

Ang DNA ang pinakamalaki sa mga biological na molekula at binubuo ng apat na nucleotides, na binubuo ng isang residue ng phosphoric acid. Sa istruktura, ang acid ay medyo kumplikado. Ang mga nucleotide nito ay magkakaugnay sa pamamagitan ng mahahabang kadena, na pinagsama sa mga pares sa pangalawang istruktura - dobleng helix.

Ang DNA ay may posibilidad na masira ng radiation o iba't ibang mga oxidizing substance, dahil sa kung saan ang proseso ng mutation ay nangyayari sa molekula. Ang paggana ng isang acid ay direktang nakasalalay sa pakikipag-ugnayan nito sa isa pang molekula - mga protina. Ang pakikipag-ugnayan sa kanila sa cell, ito ay bumubuo ng sangkap na chromatin, kung saan ang impormasyon ay natanto.

Ano ang RNA?

Ang RNA ay isang ribonucleic acid na naglalaman ng nitrogenous bases at phosphoric acid residues.


Mayroong hypothesis na ito ang unang molekula na nakakuha ng kakayahang magparami ng sarili sa panahon ng pagbuo ng ating planeta - sa mga prebiological system. Ang RNA ay kasama pa rin sa mga genome ng mga indibidwal na mga virus, na gumaganap sa kanila ng papel na ginagampanan ng DNA sa mas mataas na mga nilalang.

Ang ribonucleic acid ay binubuo ng 4 na nucleotides, ngunit sa halip na isang double helix, tulad ng sa DNA, ang mga kadena nito ay konektado sa pamamagitan ng isang solong kurba. Ang mga nucleotide ay naglalaman ng ribose, na aktibong kasangkot sa metabolismo. Depende sa kakayahang mag-encode ng isang protina, ang RNA ay nahahati sa matrix at non-coding.

Ang una ay gumaganap bilang isang uri ng tagapamagitan sa paglilipat ng naka-encode na impormasyon sa mga ribosom. Ang huli ay hindi maaaring mag-code para sa mga protina, ngunit may iba pang mga kakayahan - pagsasalin at ligation ng mga molekula.

Paano naiiba ang DNA sa RNA?

Sa kanilang kemikal na komposisyon, ang mga acid ay halos magkapareho sa bawat isa. Parehong mga linear polymers at isang N-glycoside na nilikha mula sa limang-carbon na residu ng asukal. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay ang nalalabi sa asukal ng RNA ay ribose, isang monosaccharide mula sa pangkat ng pentose, na madaling natutunaw sa tubig. Ang nalalabi ng asukal ng DNA ay deoxyribose, o isang derivative ng ribose, na may bahagyang naiibang istraktura.


Hindi tulad ng ribose, na bumubuo ng isang singsing ng 4 na carbon atoms at 1 oxygen atom, sa deoxyribose ang pangalawang carbon atom ay pinalitan ng hydrogen. Ang isa pang pagkakaiba sa pagitan ng DNA at RNA ay ang kanilang laki - mas malaki. Bilang karagdagan, kabilang sa apat na nucleotide na bumubuo sa DNA, ang isa ay isang nitrogenous base na tinatawag na thymine, habang sa RNA, sa halip na thymine, ang variant nito, uracil, ay naroroon.

Mayroong dalawang uri ng nucleic acid - deoxyribonucleic (DNA) at ribonucleic (RNA). Ang mga biopolymer na ito ay binubuo ng mga monomer na tinatawag na nucleotides. Ang mga monomer-nucleotides ng DNA at RNA ay magkapareho sa mga pangunahing tampok na istruktura. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng tatlong bahagi na konektado ng malalakas na chemical bond. Ang mga nucleotide na bumubuo sa RNA ay naglalaman ng limang-carbon sugar - ribose, isa sa apat na organic compound na tinatawag na nitrogenous base: adenine, guanine, cytosine, uracil (A, G, C, U) - at isang residue ng phosphoric acid. Ang mga nucleotide na bumubuo sa DNA ay naglalaman ng limang-carbon na asukal - deoxyribose, isa sa apat na nitrogenous base: adenine, guanine, cytosine, thymine (A, G, C, T) - at ang natitirang phosphoric acid.Bilang bahagi ng mga nucleotides, ang isang nitrogenous base ay nakakabit sa isang ribose (o deoxyribose) molecule sa isang gilid, at isang phosphoric acid residue sa kabilang panig. Ang mga nucleotide ay konektado sa bawat isa sa mahabang kadena. Ang gulugod ng naturang kadena ay nabuo sa pamamagitan ng regular na paghahalili ng asukal at mga organikong phosphate na nalalabi, at ang mga pangkat sa gilid ng kadena na ito ay apat na uri ng irregularly alternating nitrogenous base. Ang molekula ng DNA ay isang istraktura na binubuo ng dalawang hibla na konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen sa kanilang buong haba. Ang ganitong istraktura, na katangian lamang ng mga molekula ng DNA, ay tinatawag na double helix. Ang isang tampok ng istraktura ng DNA ay na laban sa nitrogenous base A sa isang strand ay namamalagi ang nitrogenous base T sa kabilang strand, at laban sa nitrogenous base G palaging mayroong nitrogenous base C. A (adenine) - T (thymine) T (thymine) - A (adenine) G (guanine) - C (cytosine) C (cytosine) -G (guanine) Ang mga base pairs na ito ay tinatawag na complementary bases (complementing each other). Ang mga hibla ng DNA kung saan ang mga base ay komplementaryo sa isa't isa ay tinatawag na mga komplementaryong hibla. Ang pag-aayos ng apat na uri ng nucleotides sa mga chain ng DNA ay nagdadala ng mahalagang impormasyon. Tinutukoy ng isang set ng mga protina (enzymes, hormones, atbp.) ang mga katangian ng isang cell at isang organismo. Ang mga molekula ng DNA ay nag-iimbak ng impormasyon tungkol sa mga katangiang ito at ipinapasa ang mga ito sa mga henerasyon ng mga inapo. Sa madaling salita, ang DNA ay ang carrier ng namamana na impormasyon. Mga pangunahing uri ng RNA. Ang namamana na impormasyon na nakaimbak sa mga molekula ng DNA ay natanto sa pamamagitan ng mga molekula ng protina. Ang impormasyon tungkol sa istruktura ng isang protina ay binabasa mula sa DNA at ipinadala ng mga espesyal na molekula ng RNA, na tinatawag na impormasyon (i-RNA). Ang I-RNA ay inilipat sa cytoplasm, kung saan nagaganap ang synthesis ng protina sa tulong ng mga espesyal na organelles - ribosomes. Ito ay mRNA, na binuo na pantulong sa isa sa mga hibla ng DNA, na tumutukoy sa pagkakasunud-sunod kung saan ang mga amino acid ay nakaayos sa mga molekula ng protina. Sa synthesis ng protina, ang isa pang uri ng RNA ay nakikibahagi - ang transportasyon (t-RNA), na nagdadala ng mga amino acid sa mga ribosom. Ang mga ribosome ay naglalaman ng ikatlong uri ng RNA, ang tinatawag na ribosomal RNA (rRNA), na tumutukoy sa istruktura ng mga ribosom. Ang molekula ng RNA, hindi katulad ng molekula ng DNA, ay kinakatawan ng isang strand; ribose sa halip na deoxyribose at uracil sa halip na thymine. Ang halaga ng RNA ay natutukoy sa pamamagitan ng katotohanan na nagbibigay sila ng synthesis ng mga protina na tiyak sa cell.Dinadoble. Bago ang bawat paghahati ng cell, na may ganap na eksaktong pagsunod sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide, nangyayari ang self-doubling (reduplication) ng molekula ng DNA. Ang reduplication ay nagsisimula sa DNA double helix na pansamantalang nag-unwinding. Nangyayari ito sa ilalim ng pagkilos ng DNA polymerase enzyme sa isang kapaligiran na naglalaman ng mga libreng nucleotide. Ang bawat solong chain, ayon sa prinsipyo ng chemical affinity (A-T, G-C), ay umaakit sa mga residue ng nucleotide nito at inaayos ang mga libreng nucleotide sa cell na may mga hydrogen bond. Kaya, ang bawat polynucleotide chain ay gumaganap bilang isang template para sa isang bagong komplementaryong chain. Bilang resulta, dalawang molekula ng DNA ang nakuha, sa bawat isa sa kanila ang isang kalahati ay nagmumula sa molekula ng magulang, at ang isa ay bagong synthesize, i.e. ang dalawang bagong molekula ng DNA ay eksaktong kopya ng orihinal na molekula.

Paano naiiba ang DNA sa RNA

Sa una, tila sa mga tao na ang mga molekula ng protina ay ang pangunahing batayan ng buhay. Gayunpaman, ang siyentipikong pananaliksik ay nagsiwalat ng mahalagang aspeto na nagpapakilala sa wildlife mula sa hindi nabubuhay na kalikasan: mga nucleic acid.

Ano ang DNA?

Ang DNA (deoxyribonucleic acid) ay isang macromolecule na nag-iimbak at nagpapadala ng namamana na impormasyon mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon. Sa mga selula, ang pangunahing pag-andar ng molekula ng DNA ay upang mag-imbak ng tumpak na impormasyon tungkol sa istruktura ng mga protina at RNA. Sa mga hayop at halaman, ang molekula ng DNA ay nakapaloob sa nucleus ng cell, sa mga chromosome. Puro mula sa isang kemikal na pananaw, ang molekula ng DNA ay binubuo ng isang grupo ng pospeyt at isang nitrogenous base. Sa espasyo, ito ay kinakatawan bilang dalawang spirally twisted thread. Ang mga nitrogenous base ay adenine, guanine, cytosine at thymine, at sila ay konektado sa isa't isa lamang ayon sa prinsipyo ng complementarity - guanine na may cytosine, at adenine na may thymine. Ang pag-aayos ng mga nucleotide sa iba't ibang mga pagkakasunud-sunod ay ginagawang posible na mag-encode ng iba't ibang impormasyon tungkol sa mga uri ng RNA na kasangkot sa proseso ng synthesis ng protina.

Ano ang RNA?

Ang molekula ng RNA ay kilala sa atin sa ilalim ng pangalang "ribonucleic acid". Tulad ng DNA, ang macromolecule na ito ay likas sa mga selula ng lahat ng nabubuhay na organismo. Ang kanilang istraktura ay higit sa lahat ay nag-tutugma - RNA, tulad ng DNA, ay binubuo ng mga link - mga nucleotides, na ipinakita sa anyo ng isang grupo ng pospeyt, isang nitrogenous base at isang ribose na asukal. Ang pag-aayos ng mga nucleotide sa iba't ibang mga pagkakasunud-sunod ay ginagawang posible na mag-encode ng isang indibidwal na genetic code. Mayroong tatlong uri ng RNA: i-RNA - ay responsable para sa paghahatid ng impormasyon, r-RNA - ay isang bahagi ng ribosomes, t-RNA - ay responsable para sa paghahatid ng amino acids sa ribosomes. Sa iba pang mga bagay, ang tinatawag na messenger RNA ay ginagamit ng lahat ng cellular organism para sa synthesis ng protina. Ang mga indibidwal na molekula ng RNA ay may sariling aktibidad na enzymatic. Ito ay nagpapakita ng sarili sa kakayahang "masira" ang iba pang mga molekula ng RNA o magkonekta ng dalawang fragment ng RNA. Ang RNA ay isa ring mahalagang bahagi ng mga genome ng karamihan sa mga virus, kung saan ito ay gumaganap ng parehong function bilang DNA macromolecule sa mas mataas na mga organismo.

Paghahambing ng DNA at RNA

Kaya, nalaman namin na ang parehong mga konsepto ay tumutukoy sa mga nucleic acid na may iba't ibang mga pag-andar: Ang RNA ay nakikibahagi sa paglilipat ng biological na impormasyon na naitala sa mga molekula ng DNA, na siya namang responsable para sa pag-iimbak ng impormasyon at pagpapadala nito sa pamamagitan ng mana. Ang molekula ng RNA ay kapareho ng polimer ng DNA, mas maikli lamang. Bilang karagdagan, ang DNA ay isang double strand, ang RNA ay isang solong strand na istraktura.

Natukoy ng TheDifference.ru na ang pagkakaiba sa pagitan ng DNA at RNA ay ang mga sumusunod:

Ang DNA ay naglalaman ng deoxyribonucleotides, habang ang RNA ay naglalaman ng ribonucleotides.

Nitrogenous bases sa DNA molecule - thymine, adenine, cytosine, guanine; Gumagamit ang RNA ng uracil sa halip na thymine.

Ang DNA ay ang template para sa transkripsyon at nag-iimbak ng genetic na impormasyon. Ang RNA ay kasangkot sa synthesis ng protina.

Ang DNA ay may double helical strand; sa RNA ito ay single.

Ang DNA ay nasa nucleus, plastids, mitochondria; RNA - ay nabuo sa cytoplasm, sa ribosomes, sa nucleus, ang sarili nitong RNA ay nasa plastids at mitochondria.

Sa kanan ay ang pinakamalaking human DNA helix na ginawa mula sa mga tao sa beach sa Varna (Bulgaria), na kasama sa Guinness Book of Records noong Abril 23, 2016

Deoxyribonucleic acid. Pangkalahatang Impormasyon

Ang DNA (deoxyribonucleic acid) ay isang uri ng blueprint ng buhay, isang kumplikadong code na naglalaman ng data sa namamana na impormasyon. Ang kumplikadong macromolecule na ito ay may kakayahang mag-imbak at magpadala ng namamana na genetic na impormasyon mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon. Tinutukoy ng DNA ang mga katangian ng anumang buhay na organismo bilang pagmamana at pagkakaiba-iba. Tinutukoy ng impormasyong naka-encode dito ang buong programa ng pag-unlad ng anumang buhay na organismo. Ang mga genetically embedded na kadahilanan ay paunang tinutukoy ang buong kurso ng buhay ng isang tao at anumang iba pang organismo. Ang artipisyal o natural na impluwensya ng panlabas na kapaligiran ay maaari lamang bahagyang makaapekto sa pangkalahatang kalubhaan ng mga indibidwal na genetic na katangian o makakaapekto sa pagbuo ng mga naka-program na proseso.

Deoxyribonucleic acid(DNA) ay isang macromolecule (isa sa tatlong pangunahing, ang iba pang dalawa ay RNA at mga protina), na nagbibigay ng imbakan, paghahatid mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon at pagpapatupad ng genetic program para sa pagbuo at paggana ng mga buhay na organismo. Naglalaman ang DNA ng impormasyon tungkol sa istruktura ng iba't ibang uri ng RNA at mga protina.

Sa mga eukaryotic cell (hayop, halaman, at fungi), ang DNA ay matatagpuan sa cell nucleus bilang bahagi ng mga chromosome, gayundin sa ilang cell organelles (mitochondria at plastids). Sa mga selula ng mga prokaryotic na organismo (bacteria at archaea), isang pabilog o linear na molekula ng DNA, ang tinatawag na nucleoid, ay nakakabit mula sa loob hanggang sa lamad ng selula. Ang mga ito at ang mga lower eukaryote (halimbawa, yeast) ay mayroon ding maliit na autonomous, karamihan ay pabilog na mga molekula ng DNA na tinatawag na plasmids.

Mula sa isang kemikal na pananaw, ang DNA ay isang mahabang polymeric molecule na binubuo ng paulit-ulit na mga bloke - nucleotides. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng nitrogenous base, isang asukal (deoxyribose), at isang phosphate group. Ang mga bono sa pagitan ng mga nucleotide sa isang kadena ay nabuo sa pamamagitan ng deoxyribose ( MULA SA) at pospeyt ( F) pangkat (phosphodiester bonds).

kanin. 2. Ang nuclertide ay binubuo ng nitrogenous base, asukal (deoxyribose) at isang phosphate group

Sa napakaraming kaso (maliban sa ilang mga virus na naglalaman ng single-stranded DNA), ang DNA macromolecule ay binubuo ng dalawang chain na naka-orient sa pamamagitan ng nitrogenous na mga base sa isa't isa. Ang double-stranded na molekula na ito ay pinaikot sa isang helix.

Mayroong apat na uri ng nitrogenous base na matatagpuan sa DNA (adenine, guanine, thymine, at cytosine). Ang nitrogenous base ng isa sa mga chain ay konektado sa nitrogenous base ng kabilang chain sa pamamagitan ng hydrogen bond ayon sa prinsipyo ng complementarity: ang adenine ay pinagsama lamang sa thymine ( A-T), guanine - may cytosine lamang ( G-C). Ang mga pares na ito ang bumubuo sa "mga baitang" ng helical na "hagdan" ng DNA (tingnan ang: Fig. 2, 3 at 4).

kanin. 2. Nitrogenous base

Ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides ay nagpapahintulot sa iyo na "i-encode" ang impormasyon tungkol sa iba't ibang uri ng RNA, ang pinakamahalaga sa mga ito ay impormasyon o template (mRNA), ribosomal (rRNA) at transportasyon (tRNA). Ang lahat ng mga uri ng RNA na ito ay na-synthesize sa DNA template sa pamamagitan ng pagkopya ng DNA sequence sa RNA sequence na na-synthesize sa panahon ng transkripsyon at nakikibahagi sa biosynthesis ng protina (proseso ng pagsasalin). Bilang karagdagan sa mga coding sequence, ang cell DNA ay naglalaman ng mga sequence na gumaganap ng mga regulatory at structural function.

kanin. 3. Pagtitiklop ng DNA

Ang lokasyon ng mga pangunahing kumbinasyon ng mga kemikal na compound ng DNA at ang mga quantitative ratio sa pagitan ng mga kumbinasyong ito ay nagbibigay ng pag-encode ng namamana na impormasyon.

Edukasyon bagong DNA (pagtitiklop)

1. Ang proseso ng pagtitiklop: ang pag-unwinding ng DNA double helix - ang synthesis ng mga complementary strands ng DNA polymerase - ang pagbuo ng dalawang molekula ng DNA mula sa isa.
2. Ang double helix ay "nag-unzip" sa dalawang sangay kapag sinira ng mga enzyme ang bono sa pagitan ng mga baseng pares ng mga kemikal na compound.
3. Ang bawat sangay ay isang bagong elemento ng DNA. Ang mga bagong pares ng base ay konektado sa parehong pagkakasunud-sunod tulad ng sa pangunahing sangay.

Sa pagkumpleto ng pagdoble, dalawang independiyenteng helice ang nabuo, na nilikha mula sa mga kemikal na compound ng magulang na DNA at pagkakaroon ng parehong genetic code kasama nito. Sa ganitong paraan, ang DNA ay nakakapag-rip ng impormasyon mula sa cell patungo sa cell.

Higit pang detalyadong impormasyon:

ISTRUKTURA NG NUCLEIC ACID

kanin. apat. Nitrogenous base: adenine, guanine, cytosine, thymine

Deoxyribonucleic acid(DNA) ay tumutukoy sa mga nucleic acid. Mga nucleic acid ay isang klase ng hindi regular na biopolymer na ang mga monomer ay mga nucleotide.

MGA NUCLEOTIDE binubuo ng nitrogenous na base, konektado sa isang limang-carbon carbohydrate (pentose) - deoxyribose(sa kaso ng DNA) o ribose(sa kaso ng RNA), na pinagsasama sa isang residue ng phosphoric acid (H 2 PO 3 -).

Mga base ng nitrogen Mayroong dalawang uri: mga base ng pyrimidine - uracil (sa RNA lamang), cytosine at thymine, mga base ng purine - adenine at guanine.

kanin. Fig. 5. Ang istraktura ng mga nucleotide (kaliwa), ang lokasyon ng nucleotide sa DNA (ibaba) at ang mga uri ng nitrogenous base (kanan): pyrimidine at purine

Ang mga carbon atom sa isang pentose molecule ay binibilang mula 1 hanggang 5. Ang Phosphate ay pinagsama sa ikatlo at ikalimang carbon atoms. Ito ay kung paano pinagsama-sama ang mga nucleic acid upang bumuo ng isang kadena ng mga nucleic acid. Kaya, maaari nating ihiwalay ang 3' at 5' na dulo ng DNA strand:

kanin. 6. Paghihiwalay ng 3' at 5' na dulo ng DNA strand

Dalawang hibla ng DNA form dobleng helix. Ang mga chain na ito sa isang spiral ay nakatuon sa magkasalungat na direksyon. Sa iba't ibang mga hibla ng DNA, ang mga nitrogenous na base ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng hydrogen bonds. Ang adenine ay palaging pinagsama sa thymine, at ang cytosine ay palaging pinagsama sa guanine. Ito ay tinatawag na tuntunin ng komplementaridad.

Panuntunan ng komplementaridad:

A-T G-C

Halimbawa, kung bibigyan tayo ng DNA strand na may sequence

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

pagkatapos ay ang pangalawang kadena ay magiging pantulong dito at ididirekta sa kabaligtaran na direksyon - mula sa 5'-end hanggang sa 3'-end:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

kanin. 7. Ang direksyon ng mga chain ng DNA molecule at ang koneksyon ng nitrogenous bases gamit ang hydrogen bonds

DNA REPLICATION

Pagtitiklop ng DNA ay ang proseso ng pagdodoble ng molekula ng DNA sa pamamagitan ng template synthesis. Sa karamihan ng mga kaso ng natural na pagtitiklop ng DNApanimulang aklatpara sa DNA synthesis ay maikling snippet (nilikha muli). Ang nasabing ribonucleotide primer ay nilikha ng enzyme primase (DNA primase sa prokaryotes, DNA polymerase sa eukaryotes), at pagkatapos ay pinalitan ng deoxyribonucleotide polymerase, na karaniwang gumaganap ng mga function ng pag-aayos (pagwawasto ng pinsala sa kemikal at mga break sa molekula ng DNA).

Ang pagtitiklop ay nangyayari sa isang semi-konserbatibong paraan. Nangangahulugan ito na ang double helix ng DNA ay nag-unwinds at isang bagong chain ay nakumpleto sa bawat isa sa mga chain nito ayon sa prinsipyo ng complementarity. Ang molekula ng DNA ng anak na babae ay naglalaman ng isang strand mula sa molekula ng magulang at isang bagong synthesize. Ang pagtitiklop ay nangyayari sa 3' hanggang 5' na direksyon ng parent strand.

kanin. 8. Pagtitiklop (pagdodoble) ng molekula ng DNA

Synthesis ng DNA- hindi ito isang kumplikadong proseso na tila sa unang tingin. Kung iisipin mo ito, kailangan mo munang malaman kung ano ang synthesis. Ito ay ang proseso ng pagsasama-sama ng isang bagay. Ang pagbuo ng isang bagong molekula ng DNA ay nagaganap sa maraming yugto:

1) Ang DNA topoisomerase, na matatagpuan sa harap ng replication fork, ay pinuputol ang DNA upang mapadali ang pag-unwinding at pag-unwinding nito.
2) Ang DNA helicase, kasunod ng topoisomerase, ay nakakaapekto sa proseso ng "pag-unwinding" ng DNA helix.
3) Ang mga protina na nagbubuklod ng DNA ay nagsasagawa ng pagbubuklod ng mga hibla ng DNA, at isinasagawa din ang kanilang pagpapapanatag, na pinipigilan ang mga ito na dumikit sa isa't isa.
4) DNA polymerase δ(delta) , na pinag-ugnay sa bilis ng paggalaw ng replication fork, nagsasagawa ng synthesisnangungunamga tanikala subsidiary DNA sa direksyon na 5" → 3" sa matrix maternal mga hibla ng DNA sa direksyon mula sa 3" dulo nito hanggang 5" na dulo (bilis hanggang 100 base pairs bawat segundo). Ang mga kaganapang ito maternal Ang mga hibla ng DNA ay limitado.

kanin. 9. Eskematiko na representasyon ng proseso ng pagtitiklop ng DNA: (1) Lagging strand (lag strand), (2) Leading strand (leading strand), (3) DNA polymerase α (Polα), (4) DNA ligase, (5) RNA -primer, (6) Primase, (7) Okazaki fragment, (8) DNA polymerase δ (Polδ ), (9) Helicase, (10) Single-stranded DNA-binding proteins, (11) Topoisomerase.

Ang synthesis ng lagging daughter na DNA strand ay inilarawan sa ibaba (tingnan sa ibaba). scheme replication fork at function ng replication enzymes)

Para sa karagdagang impormasyon sa pagtitiklop ng DNA, tingnan ang

5) Kaagad pagkatapos ng pag-unwinding at pag-stabilize ng isa pang strand ng molekula ng magulang, ito ay sumasali.DNA polymerase α(alpha)at sa direksyon 5 "→3" synthesizes isang primer (RNA primer) - isang RNA sequence sa isang DNA template na may haba na 10 hanggang 200 nucleotides. Pagkatapos nito, ang enzymetinanggal mula sa DNA strand.

sa halip na DNA polymeraseα nakakabit sa 3" dulo ng primer DNA polymeraseε .

6) DNA polymeraseε (epsilon) na parang patuloy na pahabain ang panimulang aklat, ngunit bilang isang substrate na naka-embeddeoxyribonucleotides(sa halagang 150-200 nucleotides). Bilang isang resulta, ang isang solidong thread ay nabuo mula sa dalawang bahagi -RNA(i.e. primer) at DNA. DNA polymerase εgumagana hanggang sa matugunan nito ang panimulang aklat ng naunafragment Okazaki(na-synthesize ng kaunti mas maaga). Ang enzyme na ito ay aalisin sa kadena.

7) DNA polymerase β(beta) ay pumapalit saDNA polymerases ε,gumagalaw sa parehong direksyon (5" → 3") at inaalis ang mga primer na ribonucleotides habang ipinapasok ang mga deoxyribonucleotides sa kanilang lugar. Gumagana ang enzyme hanggang sa kumpletong pag-alis ng panimulang aklat, i.e. hanggang sa isang deoxyribonucleotide (kahit na mas dati nang na-synthesizeDNA polymerase ε). Hindi maiugnay ng enzyme ang resulta ng trabaho nito at ang DNA sa harap, kaya umalis ito sa kadena.

Bilang resulta, ang isang fragment ng DNA ng anak na babae ay "namamalagi" sa matrix ng thread ng ina. Ito ay tinatawag nafragment ng Okazaki.

8) Ang DNA ligase ay nagpapalit ng dalawang katabi mga fragment ng Okazaki , ibig sabihin. 5 "-end ng segment, na-synthesizeDNA polymerase ε,at 3" chain end built-inDNA polymeraseβ .

ISTRUKTURA NG RNA

Ribonucleic acid(RNA) ay isa sa tatlong pangunahing macromolecules (ang iba pang dalawa ay DNA at mga protina) na matatagpuan sa mga selula ng lahat ng nabubuhay na organismo.

Tulad ng DNA, ang RNA ay binubuo ng isang mahabang kadena kung saan ang bawat link ay tinatawag nucleotide. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng nitrogenous base, ribose sugar, at phosphate group. Gayunpaman, hindi tulad ng DNA, ang RNA ay karaniwang may isa sa halip na dalawang hibla. Ang pentose sa RNA ay kinakatawan ng ribose, hindi deoxyribose (ribose ay may karagdagang hydroxyl group sa pangalawang carbohydrate atom). Sa wakas, ang DNA ay naiiba sa RNA sa komposisyon ng mga nitrogenous base: sa halip na thymine ( T) uracil ay naroroon sa RNA ( U) , na pantulong din sa adenine.

Ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides ay nagpapahintulot sa RNA na mag-encode ng genetic na impormasyon. Ang lahat ng cellular organism ay gumagamit ng RNA (mRNA) upang iprograma ang synthesis ng protina.

Ang mga cellular RNA ay nabuo sa isang proseso na tinatawag transkripsyon , iyon ay, ang synthesis ng RNA sa isang template ng DNA, na isinasagawa ng mga espesyal na enzyme - RNA polymerases.

Ang mga Messenger RNA (mRNAs) ay nakikibahagi sa prosesong tinatawag broadcast, mga. synthesis ng protina sa template ng mRNA na may partisipasyon ng mga ribosome. Ang iba pang mga RNA ay sumasailalim sa mga pagbabago sa kemikal pagkatapos ng transkripsyon, at pagkatapos ng pagbuo ng pangalawang at tertiary na mga istruktura, nagsasagawa sila ng mga function na nakasalalay sa uri ng RNA.

kanin. 10. Ang pagkakaiba sa pagitan ng DNA at RNA sa mga tuntunin ng nitrogenous base: sa halip na thymine (T), ang RNA ay naglalaman ng uracil (U), na pantulong din sa adenine.

TRANSCRIPTION

Ito ang proseso ng RNA synthesis sa isang template ng DNA. Nag-unwind ang DNA sa isa sa mga site. Ang isa sa mga chain ay naglalaman ng impormasyon na kailangang kopyahin sa RNA molecule - ang chain na ito ay tinatawag na coding. Ang pangalawang strand ng DNA, na pantulong sa coding strand, ay tinatawag na template strand. Sa proseso ng transkripsyon sa template chain sa 3'-5' na direksyon (kasama ang DNA chain), isang RNA chain na pantulong dito ay synthesize. Kaya, ang isang kopya ng RNA ng coding strand ay nilikha.

kanin. 11. Schematic na representasyon ng transkripsyon

Halimbawa, kung bibigyan tayo ng sequence ng coding strand

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

pagkatapos, ayon sa tuntunin ng complementarity, ang matrix chain ay magdadala ng sequence

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

at ang RNA na na-synthesize mula dito ay ang sequence

BROADCAST

Isaalang-alang ang mekanismo synthesis ng protina sa RNA matrix, pati na rin ang genetic code at mga katangian nito. Gayundin, para sa kalinawan, sa link sa ibaba, inirerekomenda naming manood ng maikling video tungkol sa mga proseso ng transkripsyon at pagsasalin na nagaganap sa isang buhay na cell:

kanin. 12. Proseso ng synthesis ng protina: Mga code ng DNA para sa RNA, mga code ng RNA para sa protina

GENETIC CODE

Genetic code- isang paraan ng pag-encode ng amino acid sequence ng mga protina gamit ang isang sequence ng nucleotides. Ang bawat amino acid ay naka-encode ng isang sequence ng tatlong nucleotides - isang codon o isang triplet.

Genetic code na karaniwan sa karamihan ng pro- at eukaryotes. Ang talahanayan ay naglilista ng lahat ng 64 na codon at naglilista ng kaukulang mga amino acid. Ang base order ay mula sa 5" hanggang 3" na dulo ng mRNA.

Talahanayan 1. Standard genetic code

1st ang pundasyon nie	2nd base								ika-3 ang pundasyon nie
	U		C		A		G
U	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr/Y)	U G U	(Cys/C)	U
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Leu/L)	U C A		U A A	Itigil ang codon**	U G A	Itigil ang codon**	A
	U U G		U C G		U A G	Itigil ang codon**	U G G	(Trp/W)	G
C	C U U		C C U	(Pro/P)	C A U	(Kanya/H)	C G U	(Arg/R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln/Q)	CGA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Ile/I)	A C U	(Thr/T)	A A U	(Asn/N)	A G U	(Ser/S)	U
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys/K)	A G A		A
	A U G	(Met/M)	A C G		A A G		A G G		G
G	G U U	(Val/V)	G C U	(Ala/A)	G A U	(Asp/D)	G G U	(Gly/G)	U
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Glu/E)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Sa mga triplet, mayroong 4 na espesyal na sequence na nagsisilbing "punctuation marks":

• *Triplet AUG, din ang pag-encode ng methionine, ay tinatawag simulan ang codon. Ang codon na ito ay nagsisimula sa synthesis ng isang molekula ng protina. Kaya, sa panahon ng synthesis ng protina, ang unang amino acid sa sequence ay palaging methionine.

• **Triplets UAA, UAG at UGA tinawag itigil ang mga codon at huwag mag-code para sa anumang mga amino acid. Sa mga sequence na ito, humihinto ang synthesis ng protina.

Mga katangian ng genetic code

1. Tripletity. Ang bawat amino acid ay naka-encode ng isang sequence ng tatlong nucleotides - isang triplet o codon.

2. Pagpapatuloy. Walang karagdagang mga nucleotide sa pagitan ng mga triplets, patuloy na binabasa ang impormasyon.

3. Hindi nagsasapawan. Ang isang nucleotide ay hindi maaaring maging bahagi ng dalawang triplets sa parehong oras.

4. Kakaiba. Ang isang codon ay maaaring mag-code para lamang sa isang amino acid.

5. Pagkabulok. Ang isang amino acid ay maaaring ma-encode ng maraming magkakaibang mga codon.

6. Kagalingan sa maraming bagay. Ang genetic code ay pareho para sa lahat ng nabubuhay na organismo.

Halimbawa. Ibinigay sa amin ang pagkakasunud-sunod ng coding strand:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Ang matrix chain ay magkakaroon ng sequence:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Ngayon ay "nag-synthesize" kami ng impormasyong RNA mula sa chain na ito:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Ang synthesis ng protina ay napupunta sa direksyon na 5' → 3', samakatuwid, kailangan nating i-flip ang sequence upang "basahin" ang genetic code:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Ngayon hanapin ang start codon AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Hatiin ang pagkakasunod-sunod sa triplets:

parang ganito: ang impormasyon mula sa DNA ay inililipat sa RNA (transkripsyon), mula sa RNA patungo sa protina (pagsasalin). Ang DNA ay maaari ding madoble sa pamamagitan ng pagtitiklop, at ang proseso ng reverse transcription ay posible rin, kapag ang DNA ay na-synthesize mula sa isang RNA template, ngunit ang ganitong proseso ay pangunahing katangian ng mga virus.

kanin. 13. Central dogma ng molecular biology

GENOM: GENES AT CHROMOSOMES

(pangkalahatang konsepto)

Genome - ang kabuuan ng lahat ng mga gene ng isang organismo; kumpletong set ng chromosome nito.

Ang terminong "genome" ay iminungkahi ni G. Winkler noong 1920 upang ilarawan ang kabuuan ng mga gene na nakapaloob sa haploid set ng mga chromosome ng mga organismo ng parehong biological species. Ang orihinal na kahulugan ng terminong ito ay nagpapahiwatig na ang konsepto ng genome, sa kaibahan ng genotype, ay isang genetic na katangian ng species sa kabuuan, at hindi ng isang indibidwal. Sa pag-unlad ng molecular genetics, nagbago ang kahulugan ng terminong ito. Ito ay kilala na ang DNA, na siyang tagapagdala ng genetic na impormasyon sa karamihan ng mga organismo at, samakatuwid, ay bumubuo ng batayan ng genome, ay kinabibilangan ng hindi lamang mga gene sa modernong kahulugan ng salita. Karamihan sa DNA ng mga eukaryotic cell ay kinakatawan ng non-coding (“redundant”) nucleotide sequence na hindi naglalaman ng impormasyon tungkol sa mga protina at nucleic acid. Kaya, ang pangunahing bahagi ng genome ng anumang organismo ay ang buong DNA ng haploid set ng mga chromosome nito.

Ang mga gene ay mga segment ng mga molekula ng DNA na nagko-code para sa mga polypeptides at mga molekula ng RNA.

Sa nakalipas na siglo, malaki ang pagbabago sa ating pag-unawa sa mga gene. Dati, ang genome ay isang rehiyon ng isang chromosome na nag-encode o tumutukoy sa isang katangian o phenotypic(nakikita) ari-arian, tulad ng kulay ng mata.

Noong 1940, iminungkahi nina George Beadle at Edward Tatham ang isang molekular na kahulugan ng isang gene. Pinoproseso ng mga siyentipiko ang mga spore ng fungus Neurospora crassa X-ray at iba pang mga ahente na nagdudulot ng mga pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng DNA ( mutasyon), at natagpuan ang mga mutant strain ng fungus na nawalan ng ilang partikular na enzyme, na sa ilang mga kaso ay humantong sa pagkagambala sa buong metabolic pathway. Sina Beadle at Tatham ay dumating sa konklusyon na ang isang gene ay isang seksyon ng genetic na materyal na tumutukoy o nagko-code para sa isang enzyme. Ganito ang hypothesis "isang gene, isang enzyme". Ang konseptong ito ay kalaunan ay pinalawak sa kahulugan "isang gene - isang polypeptide", dahil maraming mga gene ang nag-encode ng mga protina na hindi mga enzyme, at ang isang polypeptide ay maaaring maging isang subunit ng isang kumplikadong kumplikadong protina.

Sa fig. Ang 14 ay nagpapakita ng isang diagram kung paano tinutukoy ng mga triplet ng nucleotides sa DNA ang isang polypeptide, ang pagkakasunud-sunod ng amino acid ng isang protina, na pinapamagitan ng mRNA. Ang isa sa mga strand ng DNA ay gumaganap ng papel ng isang template para sa synthesis ng mRNA, ang mga nucleotide triplets (codons) na kung saan ay pantulong sa DNA triplets. Sa ilang bakterya at maraming eukaryote, ang mga pagkakasunud-sunod ng coding ay naaantala ng mga rehiyong hindi nagko-coding (tinatawag na mga intron).

Modernong biochemical na kahulugan ng isang gene mas partikular. Ang mga gene ay lahat ng mga seksyon ng DNA na nag-encode ng pangunahing pagkakasunud-sunod ng mga produktong pangwakas, na kinabibilangan ng mga polypeptide o RNA na may structural o catalytic function.

Kasama ng mga gene, ang DNA ay naglalaman din ng iba pang mga pagkakasunud-sunod na gumaganap ng isang eksklusibong pagpapaandar ng regulasyon. Mga pagkakasunud-sunod ng regulasyon maaaring markahan ang simula o pagtatapos ng mga gene, makaapekto sa transkripsyon, o ipahiwatig ang lugar ng pagsisimula ng pagtitiklop o recombination. Ang ilang mga gene ay maaaring ipahayag sa iba't ibang paraan, na may parehong piraso ng DNA na nagsisilbing template para sa pagbuo ng iba't ibang mga produkto.

Maaari naming halos kalkulahin pinakamababang laki ng gene coding para sa intermediate na protina. Ang bawat amino acid sa isang polypeptide chain ay naka-encode ng isang sequence ng tatlong nucleotides; ang mga pagkakasunud-sunod ng mga triplet na ito (codons) ay tumutugma sa kadena ng mga amino acid sa polypeptide na naka-encode ng ibinigay na gene. Ang isang polypeptide chain ng 350 amino acid residues (medium length chain) ay tumutugma sa isang sequence ng 1050 bp. ( bp). Gayunpaman, maraming mga eukaryotic genes at ilang prokaryotic genes ang naaabala ng mga segment ng DNA na walang impormasyon tungkol sa protina, at samakatuwid ay naging mas mahaba kaysa sa isang simpleng kalkulasyon na nagpapakita.

Ilang genes ang nasa isang chromosome?

kanin. 15. Tingnan ang mga chromosome sa prokaryotic (kaliwa) at eukaryotic cells. Ang mga histones ay isang malawak na klase ng mga nuklear na protina na gumaganap ng dalawang pangunahing tungkulin: sila ay kasangkot sa pag-iimpake ng mga hibla ng DNA sa nucleus at sa epigenetic na regulasyon ng mga prosesong nuklear tulad ng transkripsyon, pagtitiklop, at pagkumpuni.

Tulad ng alam mo, ang mga bacterial cell ay may chromosome sa anyo ng isang DNA strand, na nakaimpake sa isang compact na istraktura - isang nucleoid. prokaryotic chromosome Escherichia coli, na ang genome ay ganap na na-decode, ay isang pabilog na molekula ng DNA (sa katunayan, ito ay hindi isang regular na bilog, ngunit sa halip ay isang loop na walang simula at wakas), na binubuo ng 4,639,675 bp. Ang pagkakasunud-sunod na ito ay naglalaman ng humigit-kumulang 4300 na mga gene ng protina at isa pang 157 na mga gene para sa mga matatag na molekula ng RNA. AT genome ng tao humigit-kumulang 3.1 bilyong base pairs na tumutugma sa halos 29,000 genes na matatagpuan sa 24 na magkakaibang chromosome.

Prokaryotes (Bacteria).

Bakterya E. coli ay may isang double-stranded na pabilog na molekula ng DNA. Ito ay binubuo ng 4,639,675 b.p. at umabot sa haba na humigit-kumulang 1.7 mm, na lumalampas sa haba ng cell mismo E. coli humigit-kumulang 850 beses. Bilang karagdagan sa malaking pabilog na chromosome bilang bahagi ng nucleoid, maraming bakterya ang naglalaman ng isa o higit pang maliliit na pabilog na molekula ng DNA na malayang matatagpuan sa cytosol. Ang mga extrachromosomal na elementong ito ay tinatawag plasmids(Larawan 16).

Karamihan sa mga plasmid ay binubuo lamang ng ilang libong base pairs, ang ilan ay naglalaman ng higit sa 10,000 bp. Nagdadala sila ng genetic na impormasyon at gumagaya upang bumuo ng mga plasmid ng anak na babae, na pumapasok sa mga selula ng anak na babae sa panahon ng paghahati ng selula ng magulang. Ang mga plasmid ay matatagpuan hindi lamang sa bakterya, kundi pati na rin sa lebadura at iba pang fungi. Sa maraming mga kaso, ang mga plasmid ay hindi nag-aalok ng kalamangan sa mga host cell at ang kanilang tanging trabaho ay upang magparami nang nakapag-iisa. Gayunpaman, ang ilang mga plasmid ay nagdadala ng mga gene na kapaki-pakinabang sa host. Halimbawa, ang mga gene na nakapaloob sa mga plasmid ay maaaring magbigay ng paglaban sa mga antibacterial agent sa bacterial cells. Ang mga plasmid na nagdadala ng β-lactamase gene ay nagbibigay ng paglaban sa mga β-lactam antibiotics tulad ng penicillin at amoxicillin. Ang mga plasmid ay maaaring dumaan mula sa mga cell na lumalaban sa antibiotic patungo sa iba pang mga cell ng pareho o iba't ibang bacterial species, na nagiging sanhi ng mga cell na iyon na maging lumalaban din. Ang masinsinang paggamit ng mga antibiotic ay isang malakas na selective factor na nagsusulong ng pagkalat ng mga plasmid na nag-e-encode ng antibiotic resistance (pati na rin ang mga transposon na nag-encode ng mga katulad na gene) sa mga pathogenic bacteria, at humahantong sa paglitaw ng mga bacterial strain na may resistensya sa ilang antibiotics. Ang mga doktor ay nagsisimulang maunawaan ang mga panganib ng malawakang paggamit ng mga antibiotics at inireseta lamang ang mga ito kapag talagang kinakailangan. Para sa mga katulad na kadahilanan, ang malawakang paggamit ng mga antibiotic para sa paggamot ng mga hayop sa bukid ay limitado.

Tingnan din: Ravin N.V., Shestakov S.V. Genome of prokaryotes // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. No. 4/2. pp. 972-984.

Eukaryotes.

Talahanayan 2. DNA, mga gene at chromosome ng ilang mga organismo

	nakabahaging DNA, b.s.	Bilang ng mga chromosome*	Tinatayang bilang ng mga gene
Escherichia coli(bacterium)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(lebadura)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(nematode)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(halaman)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(lilipad ng prutas)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(bigas)	480 000 000		57 000
Mus muscle(mouse)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(tao)	3 070 128 600		29 000

Tandaan. Ang impormasyon ay patuloy na ina-update; Para sa higit pang napapanahong impormasyon, sumangguni sa mga indibidwal na website ng genomic na proyekto.

* Para sa lahat ng eukaryotes, maliban sa lebadura, ang diploid na hanay ng mga chromosome ay ibinibigay. diploid kit chromosomes (mula sa Greek diploos - double at eidos - view) - isang double set ng chromosomes (2n), bawat isa ay may homologous one.
**Haploid set. Ang mga ligaw na strain ng yeast ay karaniwang may walong (octaploid) o higit pang mga set ng mga chromosome na ito.
***Para sa mga babaeng may dalawang X chromosome. Ang mga lalaki ay may X chromosome, ngunit walang Y, ibig sabihin, 11 chromosome lamang.

Ang yeast cell, isa sa pinakamaliit na eukaryote, ay may 2.6 beses na mas maraming DNA kaysa sa isang cell E. coli(Talahanayan 2). mga selula ng langaw ng prutas Drosophila, isang klasikong bagay ng genetic research, ay naglalaman ng 35 beses na mas maraming DNA, at ang mga cell ng tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 700 beses na mas maraming DNA kaysa sa mga cell. E. coli. Maraming halaman at amphibian ang naglalaman ng higit pang DNA. Ang genetic na materyal ng mga eukaryotic cell ay nakaayos sa anyo ng mga chromosome. Diploid set ng mga chromosome (2 n) depende sa uri ng organismo (Talahanayan 2).

Halimbawa, sa isang somatic cell ng tao mayroong 46 chromosome ( kanin. 17). Ang bawat chromosome sa isang eukaryotic cell, tulad ng ipinapakita sa Fig. 17, a, ay naglalaman ng isang napakalaking double-stranded na molekula ng DNA. Dalawampu't apat na chromosome ng tao (22 paired chromosome at dalawang sex chromosomes X at Y) ay nag-iiba sa haba ng higit sa 25 beses. Ang bawat eukaryotic chromosome ay naglalaman ng isang tiyak na hanay ng mga gene.

kanin. 17. eukaryotic chromosome.a- isang pares ng konektado at condensed sister chromatid mula sa human chromosome. Sa form na ito, ang mga eukaryotic chromosome ay nananatili pagkatapos ng pagtitiklop at sa metaphase sa panahon ng mitosis. b- isang kumpletong hanay ng mga chromosome mula sa isang leukocyte ng isa sa mga may-akda ng libro. Ang bawat normal na somatic cell ng tao ay naglalaman ng 46 chromosome.

Kung ikinonekta mo ang mga molekula ng DNA ng genome ng tao (22 chromosome at chromosome X at Y o X at X), makakakuha ka ng isang sequence na halos isang metro ang haba. Tandaan: Sa lahat ng mammal at iba pang heterogametic na organismong lalaki, ang mga babae ay may dalawang X chromosome (XX) at ang mga lalaki ay may isang X chromosome at isang Y chromosome (XY).

Karamihan sa mga selula ng tao, kaya ang kabuuang haba ng DNA ng naturang mga selula ay humigit-kumulang 2m. Ang isang may sapat na gulang na tao ay may humigit-kumulang 10 14 na mga selula, kaya ang kabuuang haba ng lahat ng mga molekula ng DNA ay 2・10 11 km. Para sa paghahambing, ang circumference ng Earth ay 4・10 4 km, at ang distansya mula sa Earth hanggang sa Araw ay 1.5・10 8 km. Ganyan kahanga-hangang compactly packaged DNA sa ating mga cell!

Sa mga eukaryotic cell, mayroong iba pang mga organel na naglalaman ng DNA - ito ay mitochondria at chloroplast. Maraming mga hypotheses ang iniharap tungkol sa pinagmulan ng mitochondrial at chloroplast DNA. Ang pangkalahatang tinatanggap na pananaw ngayon ay ang mga ito ay ang mga simulain ng mga chromosome ng mga sinaunang bakterya na tumagos sa cytoplasm ng mga host cell at naging mga precursor ng mga organel na ito. Mitochondrial DNA code para sa mitochondrial tRNA at rRNA, pati na rin ang ilang mitochondrial protein. Higit sa 95% ng mitochondrial proteins ay naka-encode ng nuclear DNA.

ISTRUKTURA NG MGA GENES

Isaalang-alang ang istraktura ng gene sa mga prokaryote at eukaryotes, ang kanilang pagkakatulad at pagkakaiba. Sa kabila ng katotohanan na ang isang gene ay isang seksyon ng DNA na naka-encode lamang ng isang protina o RNA, bilang karagdagan sa direktang bahagi ng coding, kasama rin dito ang mga regulatory at iba pang mga elemento ng istruktura na may ibang istraktura sa mga prokaryote at eukaryotes.

pagkakasunud-sunod ng coding- ang pangunahing istruktura at functional na yunit ng gene, nasa loob nito ang mga triplet ng nucleotides na naka-encodepagkakasunud-sunod ng amino acid. Nagsisimula ito sa isang start codon at nagtatapos sa isang stop codon.

Bago at pagkatapos ng coding sequence ay hindi na-translate na 5' at 3' sequence. Nagsasagawa sila ng mga regulatory at auxiliary function, halimbawa, tinitiyak ang landing ng ribosome sa mRNA.

Binubuo ng mga hindi na-translated at coding sequence ang yunit ng transkripsyon - ang na-transcribe na rehiyon ng DNA, iyon ay, ang rehiyon ng DNA kung saan na-synthesize ang mRNA.

Terminator Isang hindi na-transcribe na rehiyon ng DNA sa dulo ng isang gene kung saan humihinto ang RNA synthesis.

Sa simula ng gene ay lugar ng regulasyon, na kinabibilangan ng tagataguyod at operator.

tagataguyod- ang pagkakasunud-sunod kung saan ang polymerase ay nagbubuklod sa panahon ng pagsisimula ng transkripsyon. Operator- ito ang lugar kung saan maaaring magbigkis ang mga espesyal na protina - mga panunupil, na maaaring mabawasan ang aktibidad ng RNA synthesis mula sa gene na ito - sa madaling salita, bawasan ito pagpapahayag.

Ang istraktura ng mga gene sa prokaryotes

Ang pangkalahatang plano para sa istruktura ng mga gene sa mga prokaryote at eukaryote ay hindi naiiba - pareho sa mga ito ay naglalaman ng isang rehiyon ng regulasyon na may isang tagataguyod at operator, isang yunit ng transkripsyon na may mga coding at hindi na-translate na mga pagkakasunud-sunod, at isang terminator. Gayunpaman, ang organisasyon ng mga gene sa prokaryotes at eukaryotes ay iba.

kanin. 18. Scheme ng istraktura ng gene sa prokaryotes (bacteria) -ang imahe ay pinalaki

Sa simula at sa dulo ng operon, may mga karaniwang regulasyong rehiyon para sa ilang mga istrukturang gene. Mula sa na-transcribe na rehiyon ng operon, binabasa ang isang molekula ng mRNA, na naglalaman ng ilang mga pagkakasunud-sunod ng coding, bawat isa ay may sariling simula at stop codon. Mula sa bawat isa sa mga lugar na itoisang protina ang na-synthesize. Sa ganitong paraan, Maraming mga molekula ng protina ang na-synthesize mula sa isang molekula ng i-RNA.

Ang mga prokaryote ay nailalarawan sa pamamagitan ng kumbinasyon ng ilang mga gene sa isang solong functional unit - operon. Ang gawain ng operon ay maaaring kontrolin ng iba pang mga gene, na maaaring kapansin-pansing alisin mula sa operon mismo - mga regulator. Ang protina na isinalin mula sa gene na ito ay tinatawag panunupil. Ito ay nagbubuklod sa operator ng operon, na kinokontrol ang pagpapahayag ng lahat ng mga gene na nakapaloob dito nang sabay-sabay.

Ang mga prokaryote ay nailalarawan din ng hindi pangkaraniwang bagay transkripsyon at pagsasalin ng conjugations.

kanin. 19 Ang kababalaghan ng conjugation ng transkripsyon at pagsasalin sa prokaryotes - ang imahe ay pinalaki

Ang pagpapares na ito ay hindi nangyayari sa mga eukaryote dahil sa pagkakaroon ng isang nuclear envelope na naghihiwalay sa cytoplasm, kung saan nagaganap ang pagsasalin, mula sa genetic na materyal, kung saan nangyayari ang transkripsyon. Sa mga prokaryote, sa panahon ng synthesis ng RNA sa isang template ng DNA, ang isang ribosome ay maaaring agad na magbigkis sa synthesized na molekula ng RNA. Kaya, nagsisimula ang pagsasalin bago pa man makumpleto ang transkripsyon. Bukod dito, maraming ribosom ang maaaring sabay-sabay na magbigkis sa isang molekula ng RNA, na nag-synthesize ng ilang mga molekula ng isang protina nang sabay-sabay.

Ang istraktura ng mga gene sa eukaryotes

Ang mga gene at chromosome ng mga eukaryote ay napaka kumplikadong organisado.

Ang bakterya ng maraming species ay may isang chromosome lamang, at sa halos lahat ng kaso mayroong isang kopya ng bawat gene sa bawat chromosome. Ilang genes lamang, tulad ng rRNA genes, ang nakapaloob sa maraming kopya. Ang mga gene at regulatory sequence ay bumubuo sa halos buong genome ng prokaryotes. Bukod dito, halos bawat gene ay mahigpit na tumutugma sa pagkakasunud-sunod ng amino acid (o pagkakasunud-sunod ng RNA) na ine-encode nito (Larawan 14).

Ang istruktura at functional na organisasyon ng eukaryotic genes ay mas kumplikado. Ang pag-aaral ng mga eukaryotic chromosome, at kalaunan ang pagkakasunud-sunod ng kumpletong eukaryotic genome sequences, ay nagdala ng maraming sorpresa. Marami, kung hindi man karamihan, ang mga eukaryotic genes ay may isang kawili-wiling tampok: ang kanilang mga nucleotide sequence ay naglalaman ng isa o higit pang mga rehiyon ng DNA na hindi naka-encode sa amino acid sequence ng polypeptide product. Ang ganitong mga hindi na-translate na pagsingit ay nakakagambala sa direktang pagsusulatan sa pagitan ng nucleotide sequence ng gene at ng amino acid sequence ng naka-encode na polypeptide. Ang mga hindi na-translate na segment na ito sa mga gene ay tinatawag mga intron, o built-in mga pagkakasunod-sunod, at ang mga segment ng coding ay mga exon. Sa mga prokaryote, iilan lamang sa mga gene ang naglalaman ng mga intron.

Kaya, sa mga eukaryote, halos walang kumbinasyon ng mga gene sa mga operon, at ang pagkakasunud-sunod ng coding ng isang eukaryotic gene ay kadalasang nahahati sa mga isinaling rehiyon. - mga exon, at mga hindi naisaling seksyon - mga intron.

Sa karamihan ng mga kaso, ang pag-andar ng mga intron ay hindi pa naitatag. Sa pangkalahatan, halos 1.5% lamang ng DNA ng tao ang "coding", ibig sabihin, nagdadala ito ng impormasyon tungkol sa mga protina o RNA. Gayunpaman, isinasaalang-alang ang malalaking intron, lumalabas na ang 30% ng DNA ng tao ay binubuo ng mga gene. Dahil ang mga gene ay bumubuo ng isang medyo maliit na proporsyon ng genome ng tao, ang isang malaking halaga ng DNA ay nananatiling hindi natukoy.

kanin. 16. Scheme ng istraktura ng gene sa eukaryotes - ang imahe ay pinalaki

Mula sa bawat gene, isang immature, o pre-RNA, ang unang na-synthesize, na naglalaman ng parehong mga intron at exon.

Pagkatapos nito, ang proseso ng splicing ay nagaganap, bilang isang resulta kung saan ang mga rehiyon ng intron ay excised, at isang mature na mRNA ay nabuo, kung saan ang isang protina ay maaaring synthesize.

kanin. 20. Alternatibong proseso ng splicing - ang imahe ay pinalaki

Ang ganitong organisasyon ng mga gene ay nagpapahintulot, halimbawa, kapag ang iba't ibang anyo ng isang protina ay maaaring synthesize mula sa isang gene, dahil sa ang katunayan na ang mga exon ay maaaring pinagsama sa iba't ibang mga pagkakasunud-sunod sa panahon ng splicing.

kanin. 21. Mga pagkakaiba sa istruktura ng mga gene ng prokaryotes at eukaryotes - ang imahe ay pinalaki

MGA MUTASYON AT MUTAGENESIS

mutation tinatawag na isang patuloy na pagbabago sa genotype, iyon ay, isang pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide.

Ang proseso na humahantong sa mutation ay tinatawag mutagenesis, at ang organismo lahat na ang mga selula ay nagdadala ng parehong mutation mutant.

teorya ng mutation ay unang binuo ni Hugh de Vries noong 1903. Kasama sa modernong bersyon nito ang mga sumusunod na probisyon:

1. Ang mga mutasyon ay nangyayari bigla, biglaan.

2. Ang mga mutasyon ay ipinapasa mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon.

3. Ang mga mutasyon ay maaaring maging kapaki-pakinabang, nakakapinsala o neutral, nangingibabaw o recessive.

4. Ang posibilidad ng pag-detect ng mutations ay depende sa bilang ng mga indibidwal na pinag-aralan.

5. Ang mga katulad na mutasyon ay maaaring mangyari nang paulit-ulit.

6. Ang mga mutasyon ay hindi nakadirekta.

Ang mga mutasyon ay maaaring mangyari sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang mga kadahilanan. Matukoy ang pagkakaiba sa pagitan ng mga mutasyon na dulot ng mutagenic mga epekto: pisikal (hal. ultraviolet o radiation), kemikal (hal. colchicine o reactive oxygen species) at biological (hal. virus). Ang mga mutasyon ay maaari ding sanhi mga error sa pagtitiklop.

Depende sa mga kondisyon para sa hitsura ng mutations ay nahahati sa kusang-loob- iyon ay, mga mutasyon na lumitaw sa ilalim ng normal na mga kondisyon, at sapilitan- iyon ay, mga mutasyon na lumitaw sa ilalim ng mga espesyal na kondisyon.

Maaaring mangyari ang mga mutasyon hindi lamang sa nuclear DNA, kundi pati na rin, halimbawa, sa DNA ng mitochondria o plastids. Alinsunod dito, maaari nating makilala nuklear at cytoplasmic mutasyon.

Bilang resulta ng paglitaw ng mga mutasyon, madalas na lumitaw ang mga bagong alleles. Kung na-override ng mutant allele ang normal na allele, tinatawag ang mutation nangingibabaw. Kung pinipigilan ng normal na allele ang mutated, tinatawag ang mutation recessive. Karamihan sa mga mutasyon na nagdudulot ng mga bagong alleles ay resessive.

Ang mga mutasyon ay nakikilala sa pamamagitan ng epekto adaptive, na humahantong sa isang pagtaas sa kakayahang umangkop ng organismo sa kapaligiran, neutral na hindi nakakaapekto sa kaligtasan ng buhay nakakapinsala na nagpapababa sa kakayahang umangkop ng mga organismo sa mga kondisyon sa kapaligiran at nakamamatay humahantong sa pagkamatay ng organismo sa mga unang yugto ng pag-unlad.

Ayon sa mga kahihinatnan, ang mga mutasyon ay nakikilala, na humahantong sa pagkawala ng function ng protina, mutations na humahantong sa paglitaw may bagong function ang protina, pati na rin ang mga mutasyon na baguhin ang dosis ng isang gene, at, nang naaayon, ang dosis ng protina na na-synthesize mula dito.

Ang isang mutation ay maaaring mangyari sa anumang cell ng katawan. Kung ang isang mutation ay nangyayari sa isang germ cell, ito ay tinatawag na germinal(germinal, o generative). Ang ganitong mga mutasyon ay hindi lilitaw sa organismo kung saan sila lumitaw, ngunit humahantong sa hitsura ng mga mutant sa mga supling at minana, kaya mahalaga sila para sa genetika at ebolusyon. Kung ang mutation ay nangyayari sa anumang iba pang cell, ito ay tinatawag na somatic. Ang gayong mutation ay maaaring magpakita mismo sa ilang lawak sa organismo kung saan ito lumitaw, halimbawa, ay humantong sa pagbuo ng mga kanser na tumor. Gayunpaman, ang gayong mutation ay hindi minana at hindi nakakaapekto sa mga supling.

Maaaring makaapekto ang mga mutasyon sa mga bahagi ng genome na may iba't ibang laki. Maglaan genetic, chromosomal at genomic mutasyon.

Mga mutation ng gene

Ang mga mutasyon na nangyayari sa isang sukat na mas maliit sa isang gene ay tinatawag genetic, o may tuldok (dotted). Ang ganitong mga mutasyon ay humantong sa isang pagbabago sa isa o higit pang mga nucleotide sa pagkakasunud-sunod. Kasama sa mga mutation ng genepagpapalit, na humahantong sa pagpapalit ng isang nucleotide ng isa pa,mga pagtanggal na humahantong sa pagkawala ng isa sa mga nucleotides,mga pagsingit, na humahantong sa pagdaragdag ng dagdag na nucleotide sa sequence.

kanin. 23. Gene (point) mutations

Ayon sa mekanismo ng pagkilos sa protina, ang mga mutation ng gene ay nahahati sa:magkasingkahulugan, na (bilang resulta ng pagkabulok ng genetic code) ay hindi humantong sa isang pagbabago sa komposisyon ng amino acid ng produktong protina,missense mutations, na humahantong sa pagpapalit ng isang amino acid ng isa pa at maaaring makaapekto sa istraktura ng synthesized na protina, bagaman madalas ang mga ito ay hindi gaanong mahalaga,walang kapararakan mutations, na humahantong sa pagpapalit ng coding codon na may stop codon,mutations na humahantong sa karamdaman ng splicing:

kanin. 24. Mutation scheme

Gayundin, ayon sa mekanismo ng pagkilos sa protina, ang mga mutasyon ay nakahiwalay, na humahantong sa paglilipat ng frame mga pagbabasa tulad ng pagsingit at pagtanggal. Ang ganitong mga mutasyon, tulad ng mga walang kapararakan na mutasyon, bagaman nangyayari ang mga ito sa isang punto sa gene, ay kadalasang nakakaapekto sa buong istraktura ng protina, na maaaring humantong sa isang kumpletong pagbabago sa istraktura nito.

kanin. 29. Chromosome bago at pagkatapos ng pagdoble

Genomic mutations

Sa wakas, genomic mutations nakakaapekto sa buong genome, iyon ay, ang bilang ng mga kromosom ay nagbabago. Ang polyploidy ay nakikilala - isang pagtaas sa ploidy ng cell, at aneuploidy, iyon ay, isang pagbabago sa bilang ng mga chromosome, halimbawa, trisomy (ang pagkakaroon ng isang karagdagang homologue sa isa sa mga chromosome) at monosomy (ang kawalan ng isang homolog sa chromosome).

Video na nauugnay sa DNA

DNA REPLICATION, RNA CODING, PROTEIN SYNTHESIS