DNA (deoksyribonukleinsyre) er en av de viktigste komponentene i levende materie. Gjennom den utføres bevaring og overføring av arvelig informasjon fra generasjon til generasjon med mulighet for variasjon innenfor visse grenser. Syntesen av alle proteiner som er nødvendige for et levende system ville være umulig uten en DNA-matrise. Nedenfor vil vi vurdere strukturen, dannelsen, grunnleggende funksjon og rollen til DNA i proteinbiosyntesen.
Strukturen til DNA-molekylet
Deoksyribonukleinsyre er et makromolekyl som består av to tråder. Strukturen har flere organisasjonsnivåer.
Den primære strukturen til DNA-kjeden er en sekvens av nukleotider, som hver inneholder en av de fire nitrogenholdige basene: adenin, guanin, cytosin eller tymin. Kjeder oppstår når deoksyribosesukkeret til ett nukleotid kobles til fosfatresten til et annet. Denne prosessen utføres med deltakelse av en proteinkatalysator - DNA-ligase
- DNA's sekundære struktur er den såk alte doble helixen (nærmere bestemt en dobbel skrue). Begrunnelse er i standforbinder med hverandre som følger: adenin og tymin danner en dobbel hydrogenbinding, og guanin og cytosin danner en trippel. Denne funksjonen ligger til grunn for prinsippet om basekomplementaritet, i henhold til hvilke kjeder er koblet til hverandre. I dette tilfellet oppstår en spiralformet (oftere høyre) vridning av dobbeltkjeden.
- En tertiær struktur er en kompleks konformasjon av et enormt molekyl som oppstår gjennom ytterligere hydrogenbindinger.
- Den kvartære strukturen dannes i kombinasjon med spesifikke proteiner og RNA og er måten DNA pakkes inn i cellekjernen.
DNA-funksjoner
La oss vurdere rollen DNA spiller i levende systemer. Denne biopolymeren er en matrise som inneholder en oversikt over strukturen til ulike proteiner, RNA som kroppen trenger, samt ulike typer reguleringssteder. Generelt utgjør alle disse komponentene kroppens genetiske program.
Gjennom DNA-biosyntese overføres det genetiske programmet til neste generasjoner, og sikrer arven til informasjon som er grunnleggende for livet. DNA er i stand til å mutere, på grunn av dette oppstår variasjonen til levende organismer av én biologisk art, og som et resultat er prosessen med naturlig utvalg og utviklingen av levende systemer mulig.
Under seksuell reproduksjon dannes DNAet til en organisme-etterkommer ved å kombinere paternal og mors arvelig informasjon. Kombinert er det ulike variasjoner, noe som også bidrar til variasjon.
Hvordan det genetiske programmet reproduseres
På grunn av den komplementære strukturen er matrise-selvreproduksjon av DNA-molekylet mulig. I dette tilfellet kopieres informasjonen i den. Dupliseringen av et molekyl for å danne to datter-"doble helixer" kalles DNA-replikasjon. Dette er en kompleks prosess som involverer mange komponenter. Men med en viss forenkling kan det representeres som et diagram.
Replikasjon initieres av et spesielt kompleks av enzymer i visse områder av DNA. Samtidig avvikles dobbeltkjeden, og danner en replikasjonsgaffel, der prosessen med DNA-biosyntese finner sted - oppbygging av komplementære nukleotidsekvenser på hver av kjedene.
Funksjoner ved replikeringskomplekset
Replikering fortsetter også med deltakelse av et komplekst sett med enzymer - replisomer, der DNA-polymerase spiller hovedrollen.
En av kjedene i løpet av DNA-biosyntesen er lederen og dannes kontinuerlig. Dannelsen av en etterslepende tråd skjer ved å feste korte sekvenser - Okazaki-fragmenter. Disse fragmentene ligeres ved bruk av DNA-ligase. En slik prosess kalles semi-kontinuerlig. I tillegg er den karakterisert som semi-konservativ, siden i hvert av de nydannede molekylene er en av kjedene forelderen, og den andre er datteren.
DNA-replikasjon er et av nøkkeltrinnene i celledeling. Denne prosessen ligger til grunn for overføringen av arvelig informasjon til den nye generasjonen, samt veksten av organismen.
Hva er proteiner
Protein erdet viktigste funksjonelle elementet i cellene til alle levende organismer. De utfører katalytiske, strukturelle, regulatoriske, signalerende, beskyttende og mange andre funksjoner.
Et proteinmolekyl er en biopolymer dannet av en sekvens av aminosyrerester. Den, som nukleinsyremolekyler, er preget av tilstedeværelsen av flere nivåer av strukturell organisering - fra primær til kvartær.
Det er 20 distinkte (kanoniske) aminosyrer som brukes av levende systemer for å bygge et stort utvalg av proteiner. Som regel syntetiseres ikke protein av seg selv. Den ledende rollen i dannelsen av et komplekst proteinmolekyl tilhører nukleinsyrer - DNA og RNA.
essensen av den genetiske koden
Så, DNA er en informasjonsmatrise som lagrer informasjon om proteinene som er nødvendige for at kroppen skal vokse og leve. Proteiner er bygget opp av aminosyrer, DNA (og RNA) fra nukleotider. Visse nukleotidsekvenser av DNA-molekylet tilsvarer visse aminosyresekvenser av visse proteiner.
Det er 20 typer proteinstrukturelle enheter - kanoniske aminosyrer - i en celle, og 4 typer nukleotider i DNA. Så hver aminosyre er skrevet på DNA-matrisen som en kombinasjon av tre nukleotider - en triplett, hvis nøkkelkomponenter er nitrogenholdige baser. Dette korrespondanseprinsippet kalles den genetiske koden, og basetripletter kalles kodoner. Gene eren sekvens av kodoner som inneholder en registrering av et protein og noen tjenestekombinasjoner av baser - et startkodon, et stoppkodon og andre.
Noen egenskaper ved den genetiske koden
Den genetiske koden er nesten universell – med svært få unntak er den lik i alle organismer, fra bakterier til mennesker. Dette vitner for det første om forholdet mellom alle livsformer på jorden, og for det andre om antikken til selve koden. Sannsynligvis, i de tidlige stadiene av eksistensen av primitivt liv, dannet forskjellige versjoner av koden seg ganske raskt, men bare én fikk en evolusjonær fordel.
Dessuten er det spesifikt (utvetydig): forskjellige aminosyrer er ikke kodet av samme triplett. Dessuten er den genetiske koden preget av degenerasjon, eller redundans - flere kodoner kan tilsvare den samme aminosyren.
Genetisk registrering leses kontinuerlig; funksjonene til skilletegn utføres også av trillinger av baser. Som regel er det ingen overlappende poster i den genetiske "teksten", men også her er det unntak.
Funksjonelle enheter av DNA
Totaliteten av alt arvestoffet til en organisme kalles genomet. Dermed er DNA bæreren av genomet. Sammensetningen av genomet inkluderer ikke bare strukturelle gener som koder for visse proteiner. En betydelig del av DNA inneholder regioner med forskjellige funksjonelle formål.
Så, DNA inneholder:
- regulatorisksekvenser som koder for spesifikke RNA-er, slik som genetiske brytere og regulatorer av strukturelt genuttrykk;
- elementer som regulerer prosessen med transkripsjon - det innledende stadiet av proteinbiosyntese;
- pseudogener er en slags "fossile gener" som har mistet evnen til å kode et protein eller bli transkribert på grunn av mutasjoner;
- mobile genetiske elementer - regioner som kan bevege seg innenfor genomet, for eksempel transposoner ("hoppende gener");
- telomerer er spesielle regioner i endene av kromosomene, takket være hvilke DNA-et i kromosomene er beskyttet mot forkorting med hver replikasjonshendelse.
Involvering av DNA i proteinbiosyntese
DNA er i stand til å danne en stabil struktur, hvis nøkkelelement er den komplementære forbindelsen av nitrogenholdige baser. Den doble DNA-strengen gir for det første den fullstendige reproduksjonen av molekylet, og for det andre lesing av individuelle seksjoner av DNA under proteinsyntese. Denne prosessen kalles transkripsjon.
Under transkripsjon blir en seksjon av DNA som inneholder et bestemt gen vridd, og på en av kjedene - mallen en - syntetiseres et RNA-molekyl som en kopi av den andre kjeden, k alt den kodende. Denne syntesen er også basert på egenskapen til baser for å danne komplementære par. Ikke-kodende tjenesteregioner av DNA og enzymet RNA-polymerase deltar i syntesen. RNA fungerer allerede som mal for proteinsyntese, og DNA er ikke involvert i den videre prosessen.
Omvendt transkripsjon
I lang tid trodde man at matrisenkopiering av genetisk informasjon kan bare gå i én retning: DNA → RNA → protein. Dette opplegget har blitt k alt molekylærbiologiens sentrale dogme. I løpet av forskningen ble det imidlertid funnet at det i noen tilfeller er mulig å kopiere fra RNA til DNA - den såk alte omvendte transkripsjonen.
Evnen til å overføre genetisk materiale fra RNA til DNA er karakteristisk for retrovirus. En typisk representant for slike RNA-holdige virus er humant immunsviktvirus. Integreringen av det virale genomet i DNAet til en infisert celle skjer med deltakelse av et spesielt enzym - revers transkriptase (revertase), som fungerer som en katalysator for DNA-biosyntese på en RNA-mal. Revertase er også en del av viruspartikkelen. Det nydannede molekylet er integrert i celle-DNA, hvor det tjener til å produsere nye virale partikler.
Hva er menneskelig DNA
Menneskelig DNA, inneholdt i cellekjernen, er pakket inn i 23 par kromosomer og inneholder omtrent 3,1 milliarder parede nukleotider. I tillegg til kjernefysisk DNA inneholder menneskeceller, i likhet med andre eukaryote organismer, mitokondrielt DNA, en faktor i arven til mitokondrielle celleorganeller.
Kodende gener av kjernefysisk DNA (det er fra 20 til 25 tusen av dem) utgjør bare en liten del av det menneskelige genomet – omtrent 1,5 %. Resten av DNA ble tidligere k alt "søppel", men en rekke studier avslører den betydelige rollen til ikke-kodende regioner i genomet, som ble diskutert ovenfor. Det er også ekstremt viktig å studere prosesseneomvendt transkripsjon i menneskelig DNA.
Vitenskapen har allerede dannet seg en ganske klar forståelse av hva menneskelig DNA er i strukturelle og funksjonelle termer, men videre arbeid fra forskere på dette området vil bringe nye oppdagelser og nye biomedisinske teknologier.
