Paano gumagana ang pagtitiklop ng DNA. Pangkalahatang biology Sa proseso ng reduplication ng DNA,

26.10.2021 | Kapital ng ina

Basahin din:

Analog electromechanical instruments para sa pagsukat ng kasalukuyang at boltahe. Mga mekanismo ng pagsukat ng electrostatic
Antidotes: kahulugan. Ang mga pangunahing mekanismo ng antidote action
B.63. Diagnostics ng mga mekanismo ng pagkabangkarote ng financial stabilization ng pr-iya.
Ang pinakamahalagang prinsipyo para sa paghahati ng mga tungkulin sa pamamahala ng imprastraktura at mga mapagkukunan ng mga teritoryo, at ang mga mekanismo ng kanilang epektibong paggana.
Pakikipag-ugnayan ng mga lokal na katawan ng self-government sa mga negosyo ng iba't ibang anyo ng pagmamay-ari: mga layunin at mekanismo.
Volitional na regulasyon, ang mga pamantayan nito, mga pag-andar at sikolohikal na mekanismo.
Tanong 4. Mga pantulong na mekanismo para sa paghihiwalay ng mga particle mula sa batis.

Pagtitiklop ng DNA ay ang proseso ng synthesis ng isang anak na molekula ng deoxyribonucleic acid, na nangyayari sa panahon ng paghahati ng cell sa matrix ng molekula ng magulang na DNA.

Bukod dito, ang genetic na materyal na naka-encode sa DNA doble at nahahati sa pagitan ng mga anak na selula.

Ang pagtitiklop ng DNA ay isinasagawa ng isang enzyme DNA polymerase.

Ang mekanismo ng pagtitiklop ay nakabatay sa enzymatic synthesis deoxyribonucleic acid (DNA)

Tinutukoy ang mahigpit na pagtitiyak ng pagpapares ng mga nitrogenous base sa molekula ng DNA complementarity base sequences sa dalawang strand at nagbibigay ng mataas na katumpakan

Ayon kina Watson at Crick, ang proseso ng pagtitiklop ng DNA ay kinabibilangan ng:

1) pahinga mga bono ng hydrogen at pag-unweaving ng mga sinulid double helix;

2) synthesis sa mga solong hibla ng mga pantulong na kadena.

Bilang resulta, dalawang magkatulad na molekula ang lumabas mula sa isang double-stranded na DNA, at sa bawat isa sa mga molekula ng anak na babae ay isang parental polynucleotide chain, at ang iba pang na-synthesize muli ( semi-konserbatibong mekanismo Replikasyon).

Proseso ng pagtitiklop:

Pag-unwinding ng spiral ng isang molekula - paghihiwalay ng isang strand mula sa isa pa sa mga bahagi ng isang molekula ng DNA

Epekto ng enzyme DNA polymerase sa molekula

Ikabit ang mga pantulong na nucleotide sa bawat DNA strand

Pagbuo ng dalawang molekula ng DNA mula sa isa.

Functional na yunit ng pagtitiklop - replicon (simula - pagsisimula, pagtatapos - pagkumpleto). Kapag nagsimula na, magpapatuloy ang pagtitiklop hanggang sa lahat replicon hindi madodoble (doble).

Ang paglaki ng isang polynucleotide chain ay nangyayari lamang mula sa 3 "-end nito, iyon ay, sa 5": 3 "direction. Ang enzyme na nagdudulot ng reaksyong ito ay DNA polymerase.

Replica na tinidor walang simetriko... Sa dalawang naka-synthesize na DNA strands ng anak na babae, ang isa ay tuluy-tuloy na binuo, at ang isa ay pasulput-sulpot. Ang una ay tinatawag na pinuno, o nangunguna, chain, at ang pangalawa - nahuhuli.

Ang mga maiikling segment ng RNA na pantulong sa template na DNA strand ay nagsisilbing mga buto para sa synthesis ng mga lagging strand fragment. Ang mga RNA primer na ito, na binubuo ng humigit-kumulang 10 nucleotides, ay na-synthesize sa regular na pagitan sa isang lagging strand matrix ng ribonucleoside triphosphates sa 5 ": 3" na direksyon ng isang enzyme. RNA primates.

RNA primers pagkatapos ay pinahaba ang mga ito ng mga deoxynucleotides mula sa 3 "dulo ng DNA polymerase, na patuloy na lumalaki hanggang ang strand na nasa ilalim ng konstruksiyon ay umabot sa RNA primer na nakakabit sa 5" na dulo ng nakaraang fragment. Ang mga fragment ay nabuo sa ganitong paraan (ang tinatawag na. mga fragment ng Okazaki) ang lagging chain ay nagbibilang ng 1000-2000 deoxyribonucleotide residues sa bacteria; sa mga selula ng hayop, ang kanilang haba ay hindi lalampas sa 200 nucleotides.

Upang matiyak ang pagbuo ng isang tuluy-tuloy na DNA strand mula sa marami sa mga fragment na ito, isang espesyal na sistema ng pag-aayos ng DNA ang papasok, na inaalis ang RNA primer at pinapalitan ito ng DNA. Kinukumpleto ng enzyme ang buong proseso DNA ligase catalyzing ang pagbuo ng isang phosphodiester bond sa pagitan ng 3 "-OH group ng bagong DNA fragment at ang 5" -phosphate group ng nakaraang fragment.

I-unwinding ang double helix at mga espasyo. ang paghihiwalay ng mga kadena ay isinasagawa gamit ang ilang mga espesyal na protina. Mga Helicase alisin ang mga maikling kahabaan ng DNA sa harap lamang ng replication fork.

Maraming mga molekula ang nakakabit sa bawat isa sa mga nakahiwalay na kadena. Mga protina na nagbubuklod ng DNA, na pumipigil sa pagbuo ng mga magkasanib na pares at ang reverse reunification ng mga tanikala.

Kailan replika ng singsing(halimbawa, sa isang plasmid) ang inilarawang proseso ay tinatawag. q-pagtitiklop. Ang mga pabilog na molekula ng DNA ay pinaikot sa kanilang mga sarili (supercoiled); kapag ang double helix ay humiwalay sa panahon ng pagtitiklop, dapat silang patuloy na umiikot sa kanilang sariling axis. Sa kasong ito, lumitaw ang isang torsional stress, na tinanggal sa pamamagitan ng pagsira sa isa sa mga circuit. Ang magkabilang dulo ay agad na magkakaugnay muli sa isa't isa. Ang function na ito ay ginagampanan ng isang enzyme DNA topoisomerase .

DNA polymerase

Ang DNA polymerase ay isang enzyme na kasangkot sa pagtitiklop ng DNA. Ang mga enzyme ng klase na ito ay nagpapagana ng polymerization ng deoxyribonucleotides sa kahabaan ng DNA nucleotide chain, na "binabasa" at ginagamit ng enzyme bilang template. Ang uri ng isang bagong nucleotide ay tinutukoy ayon sa prinsipyo ng complementarity sa template kung saan ito binabasa. Ang pinagsama-samang molekula ay pantulong sa template na mono-helix at kapareho ng pangalawang bahagi ng double helix.

Ang DNA-dependent na DNA polymerase ay nakahiwalay, gamit ang isa sa mga DNA strand bilang isang template, at RNA-dependent DNA polymerase, na may kakayahang magbasa ng impormasyon mula sa RNA (reverse transcription).

Sinisimulan ng DNA polymerase ang pagtitiklop ng DNA sa pamamagitan ng pagbubuklod sa isang kahabaan ng nucleotide chain. Ang average na bilang ng mga nucleotide na nakakabit ng mga enzyme sa pamamagitan ng DNA polymerase sa isang pagkilos ng pagbubuklod / dissociation sa matrix ay tinatawag na processivity.

DNA - mga helicase

Ang mga helicase ng DNA ay mga enzyme na nakakapagpapahinga sa double-stranded na DNA helix na may paggasta ng enerhiya ng hydrolysis ng mga NTP triphosphate. Ang nabuong single-stranded na DNA ay kasangkot sa iba't ibang proseso tulad ng pagtitiklop, recombination, at pagkukumpuni. Ang mga DNA helicase ay kinakailangan para sa pagtitiklop, pagkukumpuni, recombination, at transkripsyon. Ang mga helicase ay naroroon sa lahat ng mga organismo.

Ang impormasyong naitala sa DNA ay hindi lamang dapat ipatupad sa proseso ng pag-unlad ng mga selula at organismo, ngunit ganap ding mailipat sa susunod na henerasyon. Para sa layuning ito, bago ang paghahati ng cell, ang proseso ay isinasagawa sa loob nito pagtitiklop, ibig sabihin. pagdodoble ng dami ng DNA.

Ang impormasyon tungkol sa mekanismo ng pagtitiklop ay nasa DNA mismo: ang ilang mga gene ay nag-encode ng mga enzyme na nag-synthesize ng mga precursor ng DNA - mga nucleotide, ang iba pa - mga enzyme na nagsisiguro sa koneksyon ng mga aktibong nucleotide sa isang solong chain. Ang mekanismo ng pagtitiklop ay unang na-postulate nina J. Watson at F. Crick, na nagbanggit na ang complementarity ng mga hibla ng DNA ay nagpapahiwatig na ang molekula na ito ay maaaring doblehin ang sarili nito. Iminungkahi nila na para sa pagdodoble, ang pagsira ng mga bono ng hydrogen at ang pagkakaiba-iba ng mga kadena ay kinakailangan, na ang bawat isa ay gumaganap ng papel ng isang matrix sa synthesis ng isang komplementaryong kadena. Bilang resulta ng isang pagkilos ng pagdodoble, dalawang double-stranded na molekula ng DNA ang nabuo, bawat isa ay may isang mother thread at isang bago (tingnan ang Fig.).

Ang mekanismo ay pinangalanan semi-konserbatibong pagtitiklop... Nang maglaon, ang likas na katangian ng matrix at ang postulated na prinsipyo ng pagtitiklop ng DNA ay nakumpirma ng maraming pang-eksperimentong data.

Nagsisimula ang pagtitiklop ng DNA sa mga partikular na punto sa chromosome - ang pinagmulan ng pagtitiklop. Ang proseso ng pagtitiklop ay pinaglilingkuran ng isang malaking bilang ng mga enzyme. Ang pinaka-masusing pinag-aralan na kagamitan ng bacterial DNA replication, lalo na ang E. coli. Ang pag-andar ng pag-unwinding ng molekula ng DNA sa mga prokaryote ay ginagawa ng mga tiyak na enzyme mga helicase , na gumagamit ng enerhiya ng hydrolysis ng ATP sa ADP para sa trabaho. Madalas silang gumana bilang bahagi ng isang kumplikadong protina na gumagalaw sa tinidor at ginagaya ang hindi naka-braided na mga hibla. Ang iba pang mga partikular na protina na nagbubuklod sa mga single-stranded na rehiyon ay nagpapanatili sa mga hibla ng DNA mula sa muling pagsasama. Ang mga lugar na ito, na nag-iiba sa iba't ibang direksyon, ay bumubuo ng isang katangian na istraktura - isang replicative na tinidor (Kearns fork). Ito ang bahagi ng molekula ng DNA kung saan kasalukuyang nagaganap ang synthesis ng isang bagong strand. Malaki ang papel ng protina sa pagtataguyod ng tinidor gyrase , na kabilang sa kategorya ng mga topological isomerases. Ito ay matatagpuan lamang sa bacteria. Ang gyrase ay isang nakakarelaks na enzyme na, sa pamamagitan ng paggawa ng mga double-strand break, ay nag-aalis ng positibo (sa harap ng tinidor) at nagtataguyod ng pagbuo ng mga negatibong (sa likod ng tinidor) na mga supercoil sa nakakarelaks na DNA.

Ang bawat strand ng maternal DNA ay nagsisilbing template para sa synthesis ng mga molekula ng anak na babae. Sa isang chain, ang synthesis ay patuloy na isinasagawa sa direksyon mula sa 5 "hanggang 3" na dulo. Ang chain na ito ay tinatawag na leading chain. Ang pangalawang kadena na may kabaligtaran na direksyon, na tinatawag na pagkahuli, ay na-synthesize sa anyo ng magkahiwalay na mga fragment, na kung saan ay pagkatapos ay ligated upang bumuo ng isang tuluy-tuloy na molekula. Ang mga fragment ay pinangalanan sa American scientist na si R. Okazaki, na siyang unang nag-postulate ng ganitong paraan ng DNA synthesis, mga fragment ng Okazaki... Sa panahon ng synthesis, gumagalaw ang replicative fork kasama ang template, at ang mga bagong rehiyon ng DNA ay sunud-sunod na hindi hinabi hanggang ang tinidor ay umabot sa dulo ng synthesis (termination point).

Ang synthesis ng isang bagong DNA strand ay nangangailangan ng priming sa anyo ng isang maliit na RNA fragment. ang nangungunang enzyme nito, ang DNA polymerase, ay nangangailangan ng libreng 3 "OH na grupo upang gumana. Tatlong magkakaibang DNA polymerase na may katulad na mga function, na itinalaga bilang polI, polII, at polIII, ay natagpuan sa mga prokaryote. Ang pinaka-masusing pinag-aralan na DNA polymerase I. Ito ay isang solong polypeptide na may multifunctional na aktibidad (polymerase, 3 "→ 5" exonuclease at 5 "→ 3" exonuclease). Ang primer (primer) ay synthesize ng primase enzyme, na kung minsan ay bahagi ng isang complex - isang primosome ng 15-20 protina na nagpapagana sa template.Ang primer ay binubuo ng 10 -60 ribonucleotides Pagkatapos ng key enzyme ng DNA synthesis sa E. coli - polIII - nakakabit ang unang deoxyribonucleotides sa primer, ito ay tinanggal gamit ang polI, na mayroong 3 "→ 5" exonuclease aktibidad, iyon ay, ang kakayahang i-clear ang mga terminal nucleotides mula sa 3 "-end ng chain. Ang binhi ay na-synthesize din sa lagging chain sa simula ng bawat fragment ng Okazaki. Ang cleavage nito, pati na rin ang pagpahaba ng mga fragment na na-synthesize ng polIII, ay isinasagawa ng polI. Ang papel ng polII sa pagtitiklop ng DNA ng E. coli ay hindi pa rin lubos na malinaw.

Kapag ang eukaryotic DNA ay umuulit, ang proseso ng pagtitiklop ay kumplikado sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga protina sa mga chromosome. Upang i-untwist DNA, ito ay kinakailangan upang sirain ang mataas na condensed complex ng DNA at mga histones, at, pagkatapos ng pagtitiklop, muli upang isakatuparan ang compaction ng anak na babae molecules. Ang pag-unwinding ng DNA ay nagiging sanhi ng supercoiling ng mga rehiyon na matatagpuan malapit sa replication fork. Upang mapawi ang pag-igting na nangyayari at ang libreng paggalaw ng tinidor, gumagana dito ang mga partikular na relaxation enzymes - topoisomerase... Sa iba't ibang mga organismo, dalawang uri ng topoisomerases ang natukoy: mga uri I at II. Binabago nila ang antas ng supercoiling at ang uri ng supercoil, na gumagawa ng mga break sa isa (type I topoisomerase) o parehong mga strand ng DNA (type II topoisomerase), at inaalis ang panganib ng DNA strand entanglement.

Ang pagtitiklop ng bacterial DNA ay isang bidirectional na proseso na may iisang lugar ng pagsisimula. Sa kaibahan nito, ang eukaryotic chromosome ay binubuo ng hiwalay na mga site ng pagtitiklop - mga replika at mayroong maraming mga site ng pagsisimula. Maaaring kopyahin ang mga replika sa iba't ibang oras at sa iba't ibang rate. Ang rate ng pagtitiklop ng DNA sa mga eukaryotic cell ay mas mababa kaysa sa prokaryotic cells. Sa E. coli, ang bilis ay humigit-kumulang 1500 bp. bawat segundo, sa eukaryotes - 10-100 bp. bawat segundo. Ang double-stranded na pabilog na DNA ng ilang mga virus ay umuulit sa isang pattern ng rolling ring. Sa kasong ito, ang isang DNA strand ay pinutol sa isang lugar sa pamamagitan ng isang partikular na enzyme at ang mga nucleotide ay nagsisimulang mag-attach sa nabuong libreng 3 "OH-end sa tulong ng polIII enzyme. Ang panloob na pabilog na molekula ay nagsisilbing template. Ang cut strand ay displaced at pagkatapos ay dinoble tulad ng isang lagging E strand. coli upang bumuo ng mga fragment na ligated.

"Materyal na gusali" at isang mapagkukunan ng enerhiya para sa pagtitiklop ay deoxyribonucleoside triphosphate(ATP, TTF, GTP, CTP) na naglalaman ng tatlong phosphoric acid residues. Kapag ang mga deoxyribonucleoside triphosphate ay kasama sa polynucleotide chain, ang dalawang terminal residues ng phosphoric acid ay pinuputol, at ang inilabas na enerhiya ay ginagamit upang bumuo ng isang phosphodiester bond sa pagitan ng mga nucleotides.

Ang mga sumusunod na enzyme ay kasangkot sa pagtitiklop:

helicase ("unwind" DNA);
destabilizing protina;
DNA topoisomerases (DNA ay pinutol);
DNA polymerases (deoxyribonucleoside triphosphates ay pinili at komplementaryong nakakabit sa template ng DNA strand);
RNA primases (form RNA primers, primers);
DNA ligases (pagtahi ng mga fragment ng DNA).

Sa tulong ng mga helicase, ito ay nakakapagpapahinga sa ilang partikular na rehiyon ng DNA, ang mga single-stranded na rehiyon ng DNA ay nakatali sa mga destabilizing na protina, at tinidor ng replikasyon... Kapag mayroong pagkakaiba ng 10 base pairs (isang pagliko ng helix), ang molekula ng DNA ay dapat gumawa ng kumpletong rebolusyon sa paligid ng axis nito. Upang maiwasan ang pag-ikot na ito, hinahati ng DNA topoisomerase ang isang strand ng DNA, na nagpapahintulot dito na umikot sa isang pangalawang strand.

Ang DNA polymerase ay maaari lamang mag-attach ng isang nucleotide sa 3 "-carbon ng deoxyribose ng nakaraang nucleotide, samakatuwid ang enzyme na ito ay maaaring gumalaw kasama ang template ng DNA sa isang direksyon lamang: mula sa 3" na dulo hanggang sa 5 "na dulo ng template na ito ng DNA. , pagkatapos sa iba't ibang mga kadena nito, ang pagpupulong ng mga anak na babae na polynucleotide chain ay nangyayari sa iba't ibang paraan at sa magkasalungat na direksyon. nangunguna... Sa chain 5 "–3" - paulit-ulit, sa mga fragment ( mga fragment ng Okazaki), na, pagkatapos makumpleto ang pagtitiklop ng DNA ligases, ay itinatahi sa isang strand; tatawagin itong child chain nahuhuli (nahuhuli).

Ang isang tampok ng DNA polymerase ay na maaari nitong simulan ang trabaho nito lamang sa "Mga buto" (panimulang aklat). Ang papel na ginagampanan ng mga "primer" ay ginagampanan ng mga maikling RNA sequence na nabuo sa partisipasyon ng RNA primase enzyme at ipinares sa template na DNA. Ang mga primer ng RNA ay tinanggal pagkatapos makumpleto ang pagpupulong ng mga polynucleotide chain.

Parehong nagpapatuloy ang pagtitiklop sa mga prokaryote at eukaryotes. Ang rate ng DNA synthesis sa prokaryotes ay isang order ng magnitude na mas mataas (1000 nucleotides per second) kaysa sa eukaryotes (100 nucleotides per second). Ang pagtitiklop ay nagsisimula nang sabay-sabay sa ilang mga rehiyon ng molekula ng DNA. Ang isang fragment ng DNA mula sa isang punto ng pinagmulan ng pagtitiklop patungo sa isa pa ay bumubuo ng isang yunit ng pagtitiklop - replicon.

Ang pagtitiklop ay nangyayari bago ang paghahati ng cell. Salamat sa kakayahang ito ng DNA, ang namamana na impormasyon ay ipinadala mula sa selula ng ina hanggang sa anak na babae.

Pag-aayos ("pag-aayos")

Pagbawi tinatawag na proseso ng pag-aayos ng pinsala sa nucleotide sequence ng DNA. Ito ay isinasagawa ng mga espesyal na sistema ng enzyme ng cell ( pag-aayos ng mga enzyme). Sa proseso ng pagpapanumbalik ng istraktura ng DNA, ang mga sumusunod na yugto ay maaaring makilala: 1) Ang mga nucleases sa pag-aayos ng DNA ay kinikilala at inaalis ang nasirang lugar, bilang isang resulta kung saan ang isang puwang ay nabuo sa chain ng DNA; 2) Pinupuan ng DNA polymerase ang puwang na ito sa pamamagitan ng pagkopya ng impormasyon mula sa pangalawang ("magandang") strand; 3) Ang DNA ligase ay "nag-uugnay" ng mga nucleotide, na kumukumpleto sa pag-aayos.

Tatlong mekanismo ng pagkukumpuni ang pinaka pinag-aralan: 1) photoreparation, 2) excisional, o pre-replicative, repair, 3) post-replicative repair.

Ang mga pagbabago sa istraktura ng DNA ay nangyayari sa cell na patuloy na nasa ilalim ng impluwensya ng mga reaktibo na metabolite, ultraviolet radiation, mabibigat na metal at kanilang mga asing-gamot, atbp. Samakatuwid, ang mga depekto sa mga sistema ng pag-aayos ay nagpapataas ng rate ng mga proseso ng mutation, ang sanhi ng mga namamana na sakit (pigmented). xeroderma, progeria, atbp.).

Istraktura at pag-andar ng RNA

RNA- polimer, ang mga monomer ay ribonucleotides... Hindi tulad ng DNA, ang RNA ay nabuo hindi ng dalawa, ngunit ng isang polynucleotide chain (maliban na ang ilang mga virus na naglalaman ng RNA ay may double-stranded na RNA). Ang mga nucleotide ng RNA ay may kakayahang bumuo ng mga bono ng hydrogen sa bawat isa. Ang RNA strands ay mas maikli kaysa sa DNA strands.

RNA monomer - nucleotide (ribonucleotide)- binubuo ng mga labi ng tatlong sangkap: 1) isang nitrogenous base, 2) isang limang-carbon monosaccharide (pentose) at 3) phosphoric acid. Ang RNA nitrogenous base ay nabibilang din sa mga klase ng pyrimidine at purine.

Mga base ng RNA pyrimidine - uracil, cytosine, purine base - adenine at guanine. Ang RNA nucleotide monosaccharide ay kinakatawan ng ribose.

Maglaan tatlong uri ng RNA: 1) impormasyon(messenger) RNA - mRNA (mRNA), 2) transportasyon RNA - tRNA, 3) ribosomal RNA - rRNA.

Ang lahat ng uri ng RNA ay walang sanga na polynucleotides, may tiyak na spatial conformation at kasangkot sa mga proseso ng synthesis ng protina. Ang impormasyon tungkol sa istruktura ng lahat ng uri ng RNA ay nakaimbak sa DNA. Ang proseso ng synthesizing RNA sa isang DNA template ay tinatawag na transkripsyon.

Mga RNA ng transportasyon karaniwang naglalaman ng 76 (mula 75 hanggang 95) nucleotides; molekular na timbang - 25,000-30,000. Ang tRNA ay humigit-kumulang 10% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. Mga function ng tRNA: 1) transportasyon ng mga amino acid sa site ng synthesis ng protina, sa ribosomes, 2) translational mediator. Ang isang cell ay naglalaman ng humigit-kumulang 40 na uri ng tRNA, na bawat isa ay may pagkakasunod-sunod ng mga nucleotide na katangian lamang para dito. Gayunpaman, ang lahat ng mga tRNA ay may ilang mga intramolecular na pantulong na rehiyon, dahil sa kung saan ang mga tRNA ay nakakakuha ng isang clover-leaf conformation. Anumang tRNA ay may loop para sa contact sa ribosome (1), isang anticodon loop (2), isang loop para sa contact sa isang enzyme (3), isang acceptor stem (4), at isang anticodon (5). Ang amino acid ay nakakabit sa 3" dulo ng acceptor stem. Anticodon- tatlong nucleotides na "kinikilala" ang mRNA codon. Dapat itong bigyang-diin na ang isang tiyak na tRNA ay maaaring maghatid ng isang mahigpit na tinukoy na amino acid na naaayon sa anticodon nito. Ang pagtitiyak ng kumbinasyon ng mga amino acid at tRNA ay nakamit dahil sa mga katangian ng enzyme aminoacyl-tRNA synthetase.

Ribosomal RNA naglalaman ng 3000-5000 nucleotides; molekular na timbang - 1,000,000–1,500,000. Ang rRNA ay bumubuo ng 80–85% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. Sa kumbinasyon ng mga ribosomal na protina, ang rRNA ay bumubuo ng mga ribosom - mga organel na nagsasagawa ng synthesis ng protina. Sa mga eukaryotic cells, ang rRNA synthesis ay nangyayari sa nucleoli. Mga function ng RRNA: 1) isang kinakailangang bahagi ng istruktura ng mga ribosom at, sa gayon, tinitiyak ang paggana ng mga ribosom; 2) tinitiyak ang pakikipag-ugnayan ng ribosome at tRNA; 3) ang paunang pagbubuklod ng ribosome at ang mRNA initiator codon at pagpapasiya ng frame ng pagbabasa, 4) ang pagbuo ng aktibong sentro ng ribosome.

Mga Messenger RNA ay magkakaiba sa nilalaman ng nucleotide at molekular na timbang (mula 50,000 hanggang 4,000,000). Ang MRNA ay bumubuo ng hanggang 5% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. Mga function ng mRNA: 1) paglipat ng genetic na impormasyon mula sa DNA patungo sa ribosome, 2) isang matrix para sa synthesis ng isang molekula ng protina, 3) pagpapasiya ng pagkakasunud-sunod ng amino acid ng pangunahing istraktura ng isang molekula ng protina.

Istraktura at pag-andar ng ATP

Adenosine triphosphoric acid (ATP)- isang unibersal na mapagkukunan at pangunahing nagtitipon ng enerhiya sa mga buhay na selula. Ang ATP ay matatagpuan sa lahat ng mga selula ng mga halaman at hayop. Ang halaga ng ATP ay nasa average na 0.04% (ng basang timbang ng cell), ang pinakamalaking halaga ng ATP (0.2-0.5%) ay nakapaloob sa mga kalamnan ng kalansay.

Ang ATP ay binubuo ng mga nalalabi: 1) isang nitrogenous base (adenine), 2) isang monosaccharide (ribose), 3) tatlong phosphoric acid. Dahil ang ATP ay naglalaman ng hindi isa, ngunit tatlong phosphoric acid residues, ito ay kabilang sa ribonucleoside triphosphates.

Para sa karamihan ng mga uri ng trabaho na nagaganap sa mga cell, ang enerhiya ng ATP hydrolysis ay ginagamit. Sa kasong ito, kapag ang terminal residue ng phosphoric acid ay natanggal, ang ATP ay na-convert sa ADP (adenosine diphosphoric acid), kapag ang pangalawang phosphoric acid residue ay natanggal, sa AMP (adenosine monophosphoric acid). Ang libreng enerhiya na ani sa panahon ng pag-aalis ng parehong terminal at ang pangalawang phosphoric acid residues ay 30.6 kJ bawat isa. Ang cleavage ng ikatlong pangkat ng pospeyt ay sinamahan ng paglabas ng 13.8 kJ lamang. Ang mga bono sa pagitan ng terminal at ng pangalawa, ang pangalawa at ang unang phosphoric acid residues ay tinatawag na high-energy (high-energy).

Ang mga reserbang ATP ay patuloy na pinupunan. Sa mga selula ng lahat ng mga organismo, ang synthesis ng ATP ay nangyayari sa proseso ng phosphorylation, i.e. pagdaragdag ng phosphoric acid sa ADP. Ang phosphorylation ay nangyayari na may iba't ibang intensidad sa panahon ng paghinga (mitochondria), glycolysis (cytoplasm), photosynthesis (chloroplasts).

Ang ATP ay ang pangunahing link sa pagitan ng mga proseso na sinamahan ng pagpapalabas at akumulasyon ng enerhiya, at ang mga prosesong nagaganap sa paggasta ng enerhiya. Bilang karagdagan, ang ATP, kasama ng iba pang ribonucleoside triphosphate (GTP, CTP, UTP), ay isang substrate para sa RNA synthesis.

Sa kanan ay ang pinakamalaking spiral ng DNA ng tao, na binuo ng mga tao sa beach sa Varna (Bulgaria), na pumasok sa Guinness Book of Records noong Abril 23, 2016

Deoxyribonucleic acid. Pangkalahatang Impormasyon

Ang DNA (deoxyribonucleic acid) ay isang uri ng blueprint para sa 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. Ang impormasyong naka-encode dito ay nagtatakda ng buong programa para sa pagbuo ng anumang buhay na organismo. Ang mga genetic na likas na salik ay paunang natukoy ang buong kurso ng buhay ng isang tao at anumang iba pang organismo. Ang mga artipisyal o natural na epekto 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 nucleus ng cell bilang bahagi ng mga chromosome, gayundin sa ilang cellular 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 maliliit, nagsasarili, higit na pabilog na mga molekula ng DNA na tinatawag na plasmids.

Mula sa isang kemikal na pananaw, ang DNA ay isang mahabang molekula ng polimer na binubuo ng paulit-ulit na mga bloke - mga nucleotide. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng isang nitrogenous base, isang asukal (deoxyribose), at isang phosphate group. Ang mga bono sa pagitan ng mga nucleotide sa kadena ay nabuo dahil sa deoxyribose ( 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 isang DNA macromolecule ay binubuo ng dalawang chain na naka-orient sa nitrogenous na mga base sa isa't isa. Ang double-stranded na molekula na ito ay pinaikot sa isang helical na linya.

Mayroong apat na uri ng nitrogenous base 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: adenine ay konektado lamang sa thymine ( AT), guanine - may cytosine lamang ( G-C). Ang mga pares na ito ang bumubuo sa "mga crossbars" ng spiral na "staircase" 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 messenger (mRNA), ribosomal (rRNA) at transport (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 proseso ng transkripsyon, at nakikibahagi sa biosynthesis ng mga 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 dami ng mga ugnayan sa pagitan ng mga kumbinasyong ito ay nagsisiguro sa coding ng namamana na impormasyon.

Edukasyon bagong DNA (pagtitiklop)

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

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

Higit pang detalyadong impormasyon:

ISTRUKTURA NG NUCLEIC ACID

kanin. 4 . Mga base ng nitrogen: adenine, guanine, cytosine, thymine

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

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

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

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

Ang mga carbon atom sa molekula ng pentose ay binibilang mula 1 hanggang 5. Ang Phosphate ay pinagsama sa ikatlo at ikalimang carbon atoms. Ito ay kung paano pinagsama ang mga nucleotide upang bumuo ng isang nucleic acid chain. 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 DNA strands ang nabuo 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 magkakaugnay ng hydrogen bonds... Ang Adenine ay palaging pinagsama sa thymine, at ang cytosine sa guanine. Ito ay tinatawag na tuntunin ng complementarity.

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. 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 matrix synthesis. Sa karamihan ng mga kaso ng natural na pagtitiklop ng DNApanimulang aklatpara sa DNA synthesis ay maikling snippet (muling nilikha). Ang nasabing ribonucleotide primer ay nilikha ng enzyme primase (DNA primase sa prokaryotes, DNA polymerase sa eukaryotes), at pagkatapos ay pinalitan ng deoxyribonucleotides polymerase, na karaniwang gumaganap ng mga function ng pagkumpuni (pagwawasto ng kemikal na pinsala at pagkasira sa molekula ng DNA).

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

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 nakakaimpluwensya sa proseso ng "untwisting" 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 replicative fork, nagsasagawa ng synthesisnangungunamga tanikala subsidiary DNA sa 5 "→ 3" na direksyon sa template maternal DNA strand sa direksyon mula sa 3 "-end hanggang 5" -end nito (bilis hanggang 100 base pairs bawat segundo). Ang mga kaganapang ito maternal Ang mga hibla ng DNA ay limitado.

kanin. 9. Schematic na representasyon ng proseso ng pagtitiklop ng DNA: (1) Lagging strand (lagging 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 protein, (11) Topoisomerase.

Inilalarawan ng sumusunod ang synthesis ng lagging strand ng DNA ng anak na babae (tingnan. Scheme replication fork at replication enzyme function)

Para sa isang mas visual na paliwanag ng pagtitiklop ng DNA, tingnan

5) Kaagad pagkatapos ng pag-unwinding at pag-stabilize ng isa pang thread ng molekula ng magulang,DNA polymerase α(alpha)at sa 5 "→ 3" na direksyon ay synthesize ang isang primer (RNA primer) - isang RNA sequence sa isang DNA template na 10 hanggang 200 nucleotides ang haba. Pagkatapos nito, ang enzymeay tinanggal 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 pinahaba ang panimulang aklat, ngunit bilang isang substrate na ito ay 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 nakaraang panimulang aklatfragment ng Okazaki(na-synthesize ng kaunti mas maaga). Ang enzyme na ito ay aalisin sa kadena.

7) DNA polymerase β(beta) ay bumangon sa halipDNA polymerase ε,gumagalaw sa parehong direksyon (5 "→ 3") at inaalis ang 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 maagang na-synthesizeDNA polymerase ε). Hindi kayang ikonekta ng enzyme ang resulta ng trabaho nito at ang DNA sa harap nito, kaya umalis ito sa chain.

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) Tinatahi ng DNA ligase ang dalawang magkatabi mga fragment ng Okazaki , ibig sabihin. 5 "-end ng segment na na-synthesizeDNA polymerase ε,at 3 "-end ng circuit, 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 tinatawag ang bawat link nucleotide... Ang bawat nucleotide ay binubuo ng nitrogenous base, ribose sugar, at phosphate group. Gayunpaman, hindi tulad ng DNA, ang RNA ay karaniwang walang dalawang hibla, ngunit isa. 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 ( 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 i-program ang synthesis ng protina.

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

Pagkatapos ay ang messenger RNAs (mRNAs) ay nakikibahagi sa isang prosesong tinatawag broadcast, mga. synthesis ng protina sa mRNA matrix na may partisipasyon ng mga ribosome. Ang iba pang mga RNA, pagkatapos ng transkripsyon, ay sumasailalim sa mga pagbabago sa kemikal, at pagkatapos ng pagbuo ng pangalawang at tertiary na mga istruktura, nagsasagawa sila ng mga pag-andar depende sa uri ng RNA.

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

TRANSCRIPTION

Ito ay ang proseso ng RNA synthesis sa isang template ng DNA. Nag-unwind ang DNA sa isa sa mga site. Ang isa sa mga strand ay naglalaman ng impormasyon na kailangang kopyahin sa isang molekula ng RNA - ang strand na ito ay tinatawag na isang coding strand. Ang pangalawang DNA strand, na pandagdag sa coding, ay tinatawag na template. Sa proseso ng transkripsyon sa template strand sa direksyon 3 '- 5' (kasama ang DNA strand), isang komplementaryong RNA strand ang na-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 panuntunan ng complementarity, ang matrix chain ay magdadala ng sequence

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

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

I-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, gamit ang 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: Ang DNA ay nag-encode ng RNA, ang RNA ay nag-encode ng protina

GENETIC CODE

Genetic code- isang paraan ng pag-encode ng amino acid sequence ng mga protina gamit ang nucleotide sequence. 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. Inililista ng talahanayan ang lahat ng 64 na codon at ipinapahiwatig ang 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
1st ang pundasyon nie	U		C		A		G		ika-3 ang pundasyon nie
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	(Phe / F)	U C C		U A C	(Tyr / Y)	U G C	(Cys / C)	C
	U U A	(Leu / L)	U C A		U A A	Stop codon **	U G A	Stop codon **	A
	U U G		U C G		U A G	Stop 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	(Kanya / H)	C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln / Q)	C GA		A
	C U G		C C G		C A G	(Gln / Q)	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
	Isang U C		A C C		A A C	(Asn / N)	A G C	(Ser / S)	C
	A U A		A C A		A A A	(Lys / K)	A G A		A
	A U G	(Nakilala / M)	A C G		A A G	(Lys / K)	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	(Asp / D)	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	(Glu / E)	G G G		G

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

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

** Triplets UAA, UAG at UGA ay tinatawag itigil ang mga codon at huwag mag-encode ng isang amino acid. Sa mga sequence na ito, humihinto ang synthesis ng protina.

Mga katangian ng genetic code

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

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

3. Non-overlap... Ang isang nucleotide ay hindi maaaring pumasok nang sabay-sabay sa dalawang triplets.

4. Hindi malabo... Ang isang codon ay maaaring mag-encode lamang ng 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. Binibigyan kami ng pagkakasunud-sunod ng coding chain:

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 5 '→ 3' na direksyon, samakatuwid, kailangan nating i-flip ang sequence upang "basahin" ang genetic code:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Ngayon hanapin natin ang AUG start codon:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Hatiin natin ang sequence sa triplets:

parang ganito: ang impormasyon mula sa DNA ay inililipat sa RNA (transkripsyon), mula sa RNA - sa protina (pagsasalin). Ang DNA ay maaari ding ma-duplicate sa pamamagitan ng pagtitiklop, at ang reverse transcription na proseso ay posible rin, kapag ang DNA ay na-synthesize mula sa RNA template, ngunit ang prosesong ito ay pangunahing tipikal para sa mga virus.

kanin. 13. Central dogma ng molecular biology

GENOME: 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 isang set ng mga gene na nakapaloob sa isang haploid set ng mga chromosome ng mga organismo ng isang 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 seksyon ng mga molekula ng DNA na nag-encode ng mga polypeptide at mga molekula ng RNA

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

Noong 1940, iminungkahi nina George Beadle at Edward Tatem ang isang molekular na kahulugan ng gene. Ginagamot ng mga siyentipiko ang mga spore ng fungal 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. Napagpasyahan nina Beadle at Tatem na ang isang gene ay isang piraso ng genetic na materyal na tumutukoy o nag-encode ng isang enzyme. Ito ay kung paano lumitaw ang hypothesis "Isang gene - isang enzyme"... Ang konseptong ito ay pinalawak sa kalaunan upang tukuyin "Isang gene - isang polypeptide", dahil maraming mga gene ang nag-encode ng mga protina na hindi mga enzyme, at ang polypeptide ay maaaring isang subunit ng isang kumplikadong kumplikadong protina.

Sa fig. Ang 14 ay isang diagram kung paano tinutukoy ng mga triplet ng nucleotides sa DNA ang 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 (ang tinatawag na mga intron).

Ang kahulugan ng modernong biochemical gene mas partikular. Ang mga gene ay lahat ng mga seksyon ng DNA na nag-encode sa pangunahing sequence ng mga huling produkto, na kinabibilangan ng mga polypeptide o RNA na may structural o catalytic function.

Kasama ng mga gene, naglalaman din ang DNA ng iba pang mga sequence na eksklusibong gumaganap ng isang regulatory function. Mga pagkakasunud-sunod ng regulasyon maaaring tukuyin ang simula o katapusan ng mga gene, makakaapekto 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 isang medium na protina. Ang bawat amino acid sa polypeptide chain ay naka-encode bilang isang sequence ng tatlong nucleotides; ang mga pagkakasunud-sunod ng mga triplet na ito (codons) ay tumutugma sa amino acid chain sa polypeptide na naka-encode ng ibinigay na gene. Ang isang polypeptide chain ng 350 amino acid residues (medium chain) ay tumutugma sa isang sequence ng 1050 bp. ( mga pares ng base). Gayunpaman, maraming mga gene ng eukaryotes at ilang mga gene ng prokaryote ang naaabala ng mga segment ng DNA na hindi nagdadala ng impormasyon tungkol sa protina, at samakatuwid ay naging mas mahaba kaysa sa isang simpleng kalkulasyon na nagpapakita.

Ilang gene ang nasa isang chromosome?

kanin. 15. Tingnan ang mga chromosome sa procarytic (kaliwa) at eukaryotic cells. Ang mga histone ay isang malawak na klase ng mga nuklear na protina na gumaganap ng dalawang pangunahing pag-andar: ang mga ito 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. Chromosome ng isang prokaryote 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 sequence na ito ay naglalaman ng humigit-kumulang 4300 genes para sa mga protina at 157 genes para sa stable RNA molecules. V genome ng tao humigit-kumulang 3.1 bilyong base pairs, na katumbas ng halos 29,000 genes na matatagpuan sa 24 na magkakaibang chromosome.

Prokaryotes (Bacteria).

Bacterium E. coli ay may isang double-stranded na pabilog na molekula ng DNA. Binubuo ito ng 4 639 675 bp. 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 sa nucleoid, maraming bakterya ang naglalaman ng isa o higit pang maliliit na pabilog na molekula ng DNA na malayang matatagpuan sa cytosol. Ang ganitong mga elemento ng extrachromosomal ay tinatawag plasmids(fig. 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 sa pagbuo 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 nagbibigay ng anumang kalamangan sa mga host cell, at ang kanilang tanging gawain 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 antibiotic tulad ng penicillin at amoxicillin. Maaaring ilipat ang mga plasmid mula sa mga cell na lumalaban sa antibiotic patungo sa iba pang mga cell ng pareho o ibang species ng bakterya, na ginagawang lumalaban din ang mga cell na ito. Ang masinsinang paggamit ng mga antibiotic ay isang makapangyarihang selective factor na nag-aambag sa pagkalat ng mga plasmid na nag-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 apurahang kinakailangan. Para sa mga katulad na dahilan, ang malawakang paggamit ng mga antibiotic para sa paggamot ng mga hayop sa bukid ay limitado.

Tingnan din: Ravin N.V., Shestakov S.V. Ang genome ng prokaryotes // Vavilov Journal of Genetics and Selection, 2013. V. 17. No. 4/2. S. 972-984.

Eukaryotes.

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

	Nakabahaging DNA, p.n.	Chromosome number *	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(lipad ng prutas)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(bigas)	480 000 000		57 000
Mus musculus(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 site na nakatuon sa mga indibidwal na genomic na proyekto

* Para sa lahat ng eukaryote, maliban sa yeast, isang diploid na set ng mga chromosome ang ibinibigay. Diploid kit chromosome (mula sa Greek. diploos- double at eidos- species) - isang double set ng chromosome (2n), bawat isa ay may homologous sa sarili nito.
** Haploid set. Karaniwang may walong (octaploid) o higit pang mga set ng naturang chromosome ang mga wild yeast strain.
*** Para sa mga babaeng may dalawang X chromosome. Ang mga lalaki ay may X chromosome, ngunit walang Y, ibig sabihin, mayroon lamang 11 chromosome.

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). Fruit fly cell Drosophila, isang klasikong bagay ng genetic research, naglalaman ng 35 beses na mas maraming DNA, at mga selula ng tao - humigit-kumulang 700 beses na mas maraming DNA kaysa sa mga selula 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 ng 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 magkapares na chromosome at dalawang sex chromosome 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 naka-link 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 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: Lahat ng mammal at iba pang organismo na may heterogametic na kasarian ng 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, samakatuwid, ang kabuuang haba ng DNA ng naturang mga selula ay mga 2m. Ang isang may sapat na gulang ay may humigit-kumulang 10 14 na mga cell, 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. Ganito kagulat-gulat ang compactly packed na DNA sa ating mga cell!

Sa mga eukaryotic cell, mayroong iba pang mga organelles na naglalaman ng DNA - mitochondria at chloroplasts. 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 pumasok sa cytoplasm ng mga host cell at naging precursors ng mga organelles 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 istruktura ng gene sa mga prokaryote at eukaryotes, ang kanilang pagkakatulad at pagkakaiba. Sa kabila ng katotohanan na ang isang gene ay isang piraso ng DNA na nag-encode lamang ng isang protina o RNA, bilang karagdagan sa direktang bahagi ng coding, kabilang din dito ang mga regulatory at iba pang mga elemento ng istruktura na may iba't ibang mga istraktura sa prokaryotes at eukaryotes.

Pagkakasunod-sunod ng coding- ang pangunahing estruktural at functional unit ng gene, nasa loob nito ang mga triplets ng nucleotides encodingpagkakasunud-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 nila ang landing ng ribosome sa m-RNA.

Ang mga hindi na-translated at coding sequence ay bumubuo ng isang transcription unit - isang na-transcribe na seksyon ng DNA, iyon ay, isang seksyon ng DNA kung saan ang m-RNA ay na-synthesize.

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

Sa simula ng gene ay lugar ng regulasyon kasama ang tagataguyod at operator.

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

Ang istraktura ng gene sa mga prokaryote

Ang pangkalahatang istraktura ng mga gene sa mga prokaryote at eukaryote ay hindi naiiba - pareho silang naglalaman ng isang rehiyon ng regulasyon na may isang tagapagtaguyod at operator, isang yunit ng transkripsyon na may mga coding at hindi naisalin na mga pagkakasunud-sunod, at isang terminator. Gayunpaman, ang organisasyon ng mga gene sa prokaryotes at eukaryotes ay magkaiba.

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. Ang isang molekula ng mRNA ay binabasa mula sa na-transcribe na rehiyon ng operon, na naglalaman ng ilang mga pagkakasunud-sunod ng coding, bawat isa ay may sariling simula at stop codon. Mula sa bawat isa sa mga site na ito na mayisang protina ay nagambala. Sa ganitong paraan, ilang molekula ng protina ang na-synthesize mula sa isang molekula ng i-RNA.

Para sa mga prokaryote, ito ay katangian upang pagsamahin ang 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 malayo 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 kababalaghan ay katangian din ng mga prokaryote pagpapares ng transkripsyon at pagsasalin.

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

Ang ganitong conjugation 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 material kung saan nagaganap ang transkripsyon. Sa mga prokaryote, sa panahon ng synthesis ng RNA sa template ng DNA, ang ribosome ay maaaring agad na magbigkis sa synthesized RNA molecule. Kaya, ang pagsasalin ay nagsisimula kahit bago ang pagkumpleto ng transkripsyon. Bukod dito, maraming ribosom ang maaaring sabay-sabay na magbigkis sa isang molekula ng RNA, na nag-synthesize ng ilang molekula ng isang protina nang sabay-sabay.

Ang istraktura ng gene sa mga eukaryotes

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

Maraming mga species ng bacteria ang may isang chromosome lamang, at sa halos lahat ng kaso, mayroong isang kopya ng bawat gene sa bawat chromosome. Ilang genes lang, gaya ng rRNA genes, ang nakapaloob sa maraming kopya. Binubuo ng mga gene at regulatory sequence ang halos buong genome ng mga prokaryote. 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 sa kalaunan ay ang pagkakasunud-sunod ng kumpletong pagkakasunud-sunod ng mga eukaryotic genome, 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 kung saan ang amino acid sequence ng polypeptide na produkto ay hindi naka-encode. Ang ganitong mga hindi naisalin na pagpapasok ay sumisira sa direktang pagsusulatan sa pagitan ng nucleotide sequence ng gene at ng amino acid sequence ng naka-encode na polypeptide. Ang mga hindi naisaling bahaging ito ng mga gene ay tinatawag mga intron, o naka-embed mga pagkakasunod-sunod at ang mga coding segment 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 operon, at ang pagkakasunud-sunod ng coding ng 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 sila 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 makabuluhang bahagi ng DNA ay nananatiling hindi nakikilala.

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

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

Pagkatapos nito, ang isang 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 protina ay maaaring synthesize.

kanin. 20. Proseso ng alternatibong splicing - ang imahe ay pinalaki

Ang ganitong organisasyon ng mga gene ay ginagawang posible, halimbawa, upang mapagtanto kapag ang iba't ibang anyo ng isang protina ay maaaring synthesize mula sa isang gene, dahil sa ang katunayan na sa proseso ng splicing exon ay maaaring stitched sa iba't ibang mga pagkakasunud-sunod.

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 paglitaw ng mga mutasyon ay tinatawag mutagenesis, at ang organismo, lahat na ang mga cell ay nagdadala ng parehong mutation - mutant.

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

1. Ang mga mutasyon ay biglang lumilitaw, sa mga paglukso at hangganan.

2. Ang mga mutasyon ay ipinasa 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 mga mutasyon ay depende sa bilang ng mga indibidwal na napagmasdan.

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

6. Ang mga mutasyon ay hindi tinatarget.

Maaaring mangyari ang mga mutasyon dahil sa iba't ibang mga kadahilanan. Pagkilala sa pagitan ng mga mutasyon na lumitaw sa ilalim ng impluwensya mutagenic mga epekto: pisikal (halimbawa, ultraviolet o radiation), kemikal (halimbawa, colchicine o reactive oxygen species) at biological (halimbawa, mga virus). Gayundin ang mga mutasyon ay maaaring sanhi ng mga error sa pagtitiklop.

Depende sa mga kondisyon ng hitsura, ang mga mutasyon 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.

Ang mga mutasyon ay maaaring mangyari 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 mga mutasyon, madalas na lumitaw ang mga bagong alleles. Kung pinipigilan ng mutant allele ang pagkilos ng normal, tinatawag ang mutation nangingibabaw... Kung ang isang normal na allele ay pinipigilan ang isang mutant, ang naturang mutation ay tinatawag recessive... Karamihan sa mga mutasyon na humahantong sa paglitaw ng mga bagong alleles ay recessive.

Sa pamamagitan ng epekto, ang mga mutasyon ay nakikilala adaptive na humahantong sa isang pagtaas sa pagbagay ng katawan 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 ang paglitaw may bagong function ang protina, pati na rin ang mga mutasyon na baguhin ang dosis ng gene, at, nang naaayon, ang dosis ng protina na na-synthesize mula dito.

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

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

Mga mutation ng gene

Ang mga mutasyon na nangyayari sa isang sukat na mas mababa sa isang gene ay tinatawag genetic, o punto (punto)... Ang ganitong mga mutasyon ay humantong sa isang pagbabago sa isa o higit pang mga nucleotide sa pagkakasunud-sunod. Sa mga gene mutations, mayroongmga kapalit humahantong sa pagpapalit ng isang nucleotide sa isa pa,mga pagtanggal na humahantong sa pagkawala ng isa sa mga nucleotides,mga pagsingit humahantong sa pagdaragdag ng isang karagdagang nucleotide sa pagkakasunud-sunod.

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 pagbabago sa komposisyon ng amino acid ng produktong protina,missense mutations, na humahantong sa pagpapalit ng isang amino acid para sa isa pa at maaaring makaapekto sa istraktura ng synthesized na protina, bagaman madalas silang nagiging hindi gaanong mahalaga,walang kapararakan mutations humahantong sa pagpapalit ng coding codon na may stop codon,mutations na humahantong sa disorder ng splicing:

kanin. 24. Mga scheme ng mutasyon

Gayundin, ayon sa mekanismo ng pagkilos sa protina, ang mga mutasyon ay nakahiwalay, na humahantong sa paglilipat ng frame mga readout halimbawa, pagsingit at pagtanggal. Ang ganitong mga mutasyon, tulad ng mga walang katuturang mutasyon, bagaman nangyayari ang mga ito sa isang punto sa isang gene, ay kadalasang nakakaapekto sa buong istraktura ng isang 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 sa kabuuan, iyon ay, ang bilang ng mga kromosom ay nagbabago. Ilaan ang polyploidy - isang pagtaas sa cell ploidy, at aneuploidy, iyon ay, isang pagbabago sa bilang ng mga chromosome, halimbawa, trisomy (ang pagkakaroon ng karagdagang homologue sa isa sa mga chromosome) at monosomy (ang kawalan ng homologue sa isang kromosoma).

Mga Video ng DNA

DNA REPLICATION, RNA CODING, PROTEIN SYNTHESIS

Ang istraktura at pag-andar ng ATP nucleic acid

SA mga nucleic acid isama ang mga high-polymer compound na nabubulok sa panahon ng hydrolysis sa purine at pyrimidine base, pentose at phosphoric acid. Ang mga nucleic acid ay naglalaman ng carbon, hydrogen, phosphorus, oxygen, at nitrogen. Mayroong dalawang klase ng mga nucleic acid: ribonucleic acids (RNA) at mga deoxyribonucleic acid (DNA).

Istraktura at pag-andar ng DNA

DNA- isang polimer, ang mga monomer nito ay mga deoxyribonucleotides. Ang modelo ng spatial na istraktura ng molekula ng DNA sa anyo ng isang double helix ay iminungkahi noong 1953 nina J. Watson at F. Crick (upang mabuo ang modelong ito, ginamit nila ang mga gawa ni M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

Molekyul ng DNA nabuo sa pamamagitan ng dalawang polynucleotide chain, spirally twisted sa paligid ng bawat isa at magkasama sa paligid ng isang haka-haka axis, i.e. ay isang double helix (exception - ang ilang mga DNA virus ay may single-stranded DNA). Ang diameter ng DNA double helix ay 2 nm, ang distansya sa pagitan ng mga katabing nucleotides ay 0.34 nm, at mayroong 10 base pairs sa bawat pagliko ng helix. Ang molekula ay maaaring hanggang ilang sentimetro ang haba. Molecular weight - sampu at daan-daang milyon. Ang kabuuang haba ng DNA ng human cell nucleus ay humigit-kumulang 2 m. Sa mga eukaryotic cells, ang DNA ay bumubuo ng mga complex na may mga protina at may partikular na spatial conformation.

Monomer DNA - nucleotide (deoxyribonucleotide)- binubuo ng mga labi ng tatlong sangkap: 1) isang nitrogenous base, 2) isang limang-carbon monosaccharide (pentose) at 3) phosphoric acid. Ang mga nitrogenous base ng mga nucleic acid ay nabibilang sa mga klase ng pyrimidines at purines. Mga base ng DNA pyrimidine(mayroon silang isang singsing sa kanilang molekula) - thymine, cytosine. Mga base ng purine(may dalawang singsing) - adenine at guanine.

Ang monosaccharide ng DNA nucleotide ay kinakatawan ng deoxyribose.

Ang pangalan ng nucleotide ay nagmula sa pangalan ng kaukulang base. Ang mga nucleotide at nitrogenous base ay ipinahiwatig ng malalaking titik.

Ang polynucleotide chain ay nabuo bilang isang resulta ng nucleotide condensation reactions. Sa kasong ito, sa pagitan ng 3'-carbon ng deoxyribose residue ng isang nucleotide at ng phosphoric acid residue ng isa pa, bono ng phosphoether( nabibilang sa kategorya ng malakas na covalent bonds). Ang isang dulo ng polynucleotide chain ay nagtatapos sa isang 5 "carbon (tinatawag na 5" na dulo), ang isa pang dulo ay may 3 "carbon (3" na dulo).

Ang pangalawang strand ay matatagpuan sa tapat ng isang nucleotide strand. Ang pag-aayos ng mga nucleotide sa dalawang chain na ito ay hindi random, ngunit mahigpit na tinukoy: ang thymine ay palaging matatagpuan sa tapat ng adenine ng isang chain sa kabilang chain, at ang cytosine ay palaging matatagpuan laban sa guanine, dalawang hydrogen bond ang lumitaw sa pagitan ng adenine at thymine, at tatlo hydrogen bond sa pagitan ng guanine at cytosine. Ang pattern ayon sa kung saan ang mga nucleotides ng iba't ibang mga strand ng DNA ay mahigpit na iniutos (adenine - thymine, guanine - cytosine) at piling nagbubuklod sa isa't isa ay tinatawag ang prinsipyo ng complementarity... Dapat pansinin na sina J. Watson at F. Crick ay naunawaan ang prinsipyo ng complementarity pagkatapos basahin ang mga gawa ni E. Chargaff. E. Chargaff, na pinag-aralan ang isang malaking bilang ng mga sample ng mga tisyu at organo ng iba't ibang mga organismo, natagpuan na sa anumang fragment ng DNA ang nilalaman ng mga residu ng guanine ay palaging eksaktong tumutugma sa nilalaman ng cytosine, at adenine - sa thymine ( "Panuntunan ni Chargaff"), ngunit hindi niya maipaliwanag ang katotohanang ito.

Ito ay sumusunod mula sa prinsipyo ng complementarity na ang nucleotide sequence ng isang strand ay tumutukoy sa nucleotide sequence ng isa pa.

Ang mga hibla ng DNA ay antiparallel (multidirectional), i.e. ang mga nucleotide ng iba't ibang strand ay matatagpuan sa magkasalungat na direksyon, at, samakatuwid, sa tapat ng 3 "dulo ng isang strand ay ang 5" na dulo ng isa. Ang molekula ng DNA kung minsan ay inihahambing sa isang spiral staircase. Ang "rehas" ng hagdanan na ito ay isang backbone ng asukal-pospeyt (alternating residues ng deoxyribose at phosphoric acid); "Mga Hakbang" - mga pantulong na nitrogenous base.

Pag-andar ng DNA- imbakan at paghahatid ng namamana na impormasyon.

Pagtitiklop (reduplikasyon) ng DNA

Pagtitiklop ng DNA- ang proseso ng pagdodoble sa sarili, ang pangunahing pag-aari ng molekula ng DNA. Ang pagtitiklop ay kabilang sa kategorya ng mga reaksyon ng synthesis ng matrix na kinasasangkutan ng mga enzyme. Sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme, ang molekula ng DNA ay humiwalay, at isang bagong kadena ang nakumpleto sa paligid ng bawat kadena, na nagsisilbing isang matrix, ayon sa mga prinsipyo ng complementarity at antiparallelism. Kaya, sa bawat DNA ng anak na babae, ang isang strand ay maternal, at ang isa ay bagong synthesize. Ang pamamaraang ito ng synthesis ay tinatawag semi-konserbatibo.

Ang mga sumusunod na enzyme ay kasangkot sa pagtitiklop:

helicase ("unwind" DNA);
destabilizing protina;
DNA topoisomerases (DNA ay pinutol);
DNA polymerases (deoxyribonucleoside triphosphates ay pinili at komplementaryong nakakabit sa template ng DNA strand);
RNA primases (form RNA primers, primers);
DNA ligases (pagtahi ng mga fragment ng DNA).

Ang pagtitiklop ay nangyayari bago ang paghahati ng cell. Salamat sa kakayahang ito ng DNA, ang namamana na impormasyon ay ipinadala mula sa selula ng ina hanggang sa anak na babae.

Pag-aayos ("pag-aayos")

Tatlong mekanismo ng pagkukumpuni ang pinaka pinag-aralan: 1) photoreparation, 2) excisional, o pre-replicative, repair, 3) post-replicative repair.

Istraktura at pag-andar ng RNA