Дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК)

Нуклеїнові кислоти являють собою довгі неветвящиеся гігантські молекули (макромолекули), найбільші з природних біополімерів.

РНК і ДНК фарбуються основними барвниками і надають базофілію всій кариоплазме.

ДНК і РНК побудовані з повторюваних одиниць залишків цукрів і фосфорної кислоти, до яких прикріплені бічні відгалуження - азотисті основи.

ДНК складається з двох антипаралельних ланцюгів, що містять 2-дезокси-D-рибозу (вуглеводний залишок), пуринові основи - аденін і гуанін, а також піримідинові підстави - тимін і цитозин. Ланцюжки з цих підстав і є та послідовність, яка зберігає інформацію про індивідуальні особливості клітини і організму в цілому - генетичний код.

Розподіл підстав строго упорядковано і специфічно для кожного організму, в той же час індивідуальна специфічність обмежена закономірностями розподілу в популяції, вигляді і т. Д. Антипаралельними ланцюга пов'язані між собою за допомогою водневих зв'язків. Так, в одному з ланцюжків аденін з'єднується з тиміном іншого ланцюга, а гуанін з цитозином. Вони розташовуються в певній послідовності, формуючи пари. Число таких пар в одній молекулі ДНК може досягати 40 млн.

Послідовність нуклеотидів в полінуклеотидних ланцюга ДНК - генетичний код, за допомогою якого записана інформація про синтез білків, що визначає ту чи іншу ознаку (індивідуальну особливість організму).

Кожна амінокислота кодується трьома парами підстав - кодоном. Так як підстав чотири, можливих варіантів їх розподілу в триплеті 64, а амінокислот, які утворюють білки, всього 20. Цього більш ніж достатньо для їх кодування в білку; з'ясувалося, що код є множинним, або «виродженим», тобто одна і та ж амінокислота може кодуватися кількома кодонами-триплету (від 2 до 6).

Для генетичного коду характерна тріплетност' - одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами. Ділянка, що кодує одну амінокислоту, називається кодоном. Генетичний код також відрізняє специфічність - кожен кодон відповідає лише одній амінокислоті; вирожденність, або «надмірність», - кількість триплетів вище, ніж амінокислот, а загальний обсяг інформації, який може бути збережений в ДНК, більше, ніж різноманітність поліпептидних ланцюжків, які в ньому збережені.

Крім того, рисами генетичного коду є: універсальність, - це спосіб збереження інформації, характерний для всіх живих організмів; неперекриваемость - генетична інформація, що міститься в певній галузі ДНК, контролює лише одна ознака і відноситься до одного, але не до декількох генів; безперервність програмування однієї ознаки в межах одного гена - немає «знаків пунктуації», і зчитування інформант здійснюється безперервно; колінеарність - послідовність кодонів в ДНК строго відповідає послідовності амінокислот в кодованому їм білку.

Між генами є «знаки пунктуації»: урацил-аденін-аденін, урацил-аденін-гуанін, урацил-гуанін-аденін, кожен з яких позначає припинення синтезу одного поліпептидного ланцюга. Такі триплети можна знайти в кінці кожного гена.

Властивістю ДНК є здатність до подвоєння (реплікації). Процес подвоєння ДНК дозволяє клітці розмножуватися при збереженні в кожній новій клітці наявного набору генетичної інформації.

Синтез нової ДНК здійснюється за допомогою ферменту ДНК-полімерази в S (синтетичний) період інтерфази. У синтетичний період інтерфази утворюються два ланцюжки ДНК і однією попередньої. В результаті реплікації утворюються мені дочірні спіралі, кожна з яких зберігає (консервує) в незмінному вигляді одну з половин «материнської» ДНК. Другі ланцюга «дочірніх» молекул синтезуються з нуклеотидів заново за принципом комплементарності до ниток «материнської» ДНК. Дочірні ДНК нічим не відрізняються один від одного і від материнської подвійної спіралі (напівконсервативним ДНК).

Кожна ланцюг ДНК має певну орієнтацію. Дві компліментарні ланцюга в молекулі ДНК розташовані в протилежних напрямках - антипараллельно. ДНК-полімерази можуть пересуватися лише в одному напрямку від 3'до 5'-кінця, і тому в процесі реплікації одночасний синтез нових ланцюгів йде антипараллельно. Реплікація відбувається одночасно в декількох місцях молекули ДНК. Ділянка між двома точками, в яких починається синтез «дочірніх» ланцюгів, називається репліконом. Він є одиницею реплікації.

Крім перерахованих реплікація ДНК має ряд принципових моментів. По-перше, ДІК синтезується з дезоксинуклеозидтрифосфатов, які одночасно служать джерелами енергії для синтезу ДНК. По-друге, матрицями для синтезу одночасно є обидві ланцюга батьківської ДНК, тобто процес симетричний.

У ДНК виділяють наступні ділянки:

Екзони, що кодують послідовність амінокислот у білку;
інтрони, не кодують області ДНК.

Ген - ділянка молекули ДНК, який кодує утворення одного поліпептидного ланцюжка і / або прояв однієї ознаки. Розрізняють структурні гени, в яких закодована інформація для синтезу структурних і ферментних білків, гени з інформацією для синтезу транспортної та рибосомальної РНК і ін. По суті, ген - це ділянка ДНК, що кодує один білок.

Ділянка ДНК, в якому зашифрована інформація про одну поліпептидного ланцюжку, називається цистрон. Якщо білок складається з двох і більше різних полілептідних ланцюжків (субодиниць білків), то ген складений двома і більше цистрона.

Геном - це сукупність генів, що визначають спадкову інформацію про організм.

Інтрони можуть виконувати різноманітні функції. Некодуючі послідовності нуклеотидів називають спейсерами. Вони контролюють укладання нуклеосом в компактні структури (хроматин), пов'язують хромосоми в процесі ділення з мікротрубочками в кінетохор, пов'язують на ДНК ферменти, що зчитують з неї інформацію (ДНК або РНК-полімераза) або регулюють процеси транскрипції (синтезу РНК).

Ділянки зв'язування регуляторних білків з ДНК у прокаріотів називають операторами, або оперон. Процес зчитування інформації з ДНК з утворенням РНК може бути блокований за рахунок білків-репрессоров, які можуть прикріпитися до ділянки ДНК - оператору, а РНК-полімераза приєднується до області промотора.

У еукаріот транскрипцію контролюють як білки-репрессори, гак і білки, що активують цей процес. В цілому білки-активатори називаються транскрипційними факторами. Це можуть бути загальні фактори транскрипції, що зв'язують РНК-полімерази з промотором, або фактори, які контролюють активність синтезу лише деяких генів. Такі білки-активатори приєднуються до ділянок ДНК енхансером.

В області енхансера ДНК утворює петлю, що наближає регулюють ділянки до контрольованого екзонних. Деякі ключові гени контролюються відразу через кілька енхансером. Білки-репрессори, як і у прокаріотів, знижують швидкість утворення нової РНК з контрольованої ділянки.

Білки-супресори здатні пригнічувати будь-якої клітинний процес. За функції вони можуть бути як факторами транскрипції, так і білками-репресор.

Транскрипція - процес синтезу ядерної РНК, транспортної РНK і рибосомальної РНК за допомогою РНК-полімерази з відповідних ділянок молекули ДНК. Транскрипцію контролюють білки-регулятори, негістонові і гістонові білки і деякі біологічно активні речовини, в тому числі стероїдні і тиреоїдні гормони.

Процес біосинтезу білка відбувається на рибосомах, розташованих в цитоплазмі. Отже, для передачі генетичної інформації з ДНК до області синтезу білка потрібно посередник. Таким посередником є інформаційна РНК (іРНК) і РНК - це копія не всієї молекули ДНК, а лише її частини: одного гена або групи сусідніх генів, що несуть інформацію про структуру білків, необхідних для виконання однієї функції.

І транскрипції виділяють кілька стадій:

зв'язування РНК-полімерази з промотором - ділянкою, з якого починається зчитування генетичної інформації;
ініціація - початок синтезу;
елонгація - зростання ланцюга РНК, тобто послідовне приєднання нуклеотидів один до одного в порядку, в якому стоять комплементарні нуклеотиди в транскрибируемой нитки ДНК.

Транскрипція відбувається одночасно на декількох генах однієї хромосоми і на генах, розташованих на різних хромосомах. В результаті транскрипції утворюються яРНК, тРНК або рРНК.

Поділіться посиланням з друзями