DNA molekülü iki parçadan oluşur. Deoksiribonükleik asit

Okuldaki biyoloji dersinden itibaren herkes DNA'nın tüm canlılar hakkında bilgi depolayan bir "veri bankası" olduğunu biliyor. Canlı organizmaların üremeleri sırasında gelişimi ve işleyişine ilişkin verilerin iletilmesini mümkün kılan DNA'dır. Deoksiribonükleik asit tüm canlıların temelidir. Bu molekül sayesinde tüm organizmalar popülasyonlarını koruyabilmektedir. İnsan DNA'sı hakkında ne biliyorsunuz?

1869'da dünya DNA'nın varlığını öğrendi: Bu keşif Johann Friedrich Miescher tarafından yapıldı. Ve neredeyse 100 yıl sonra (1953), iki seçkin bilim adamı sansasyonel bir keşifte bulundu: DNA çift sarmaldan oluşur. Bu bilim adamları Francis Crick ve James Watson'du. O zamandan bu yana, 50 yıldan fazla bir süredir dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları DNA'nın tüm sırlarını ortaya çıkarmaya çalışıyorlar.

İnsan DNA'sı - gizem çözüldü:

– Gezegendeki tüm insanların DNA'sı %99,9 oranında aynıdır ve yalnızca %0,1'i benzersizdir. Kim olduğumuzu ve nasıl biri olduğumuzu etkileyen bu %0,1'dir. Bazen bu değer (%0,1) çok beklenmedik bir şekilde kendini gösterir: Ebeveynlerine benzemeyen, ebeveynlerden birinin büyük büyükannesine veya büyük büyükbabasına ve bazen daha da uzak atalara benzeyen çocuklar doğar. belli olmak.

– Biz %30 salata, %50 muzuz! Ve bu doğrudur: Yaşımız, cinsiyetimiz, ten rengimiz ve diğer özelliklerimiz ne olursa olsun her birimizin DNA'sı, marul yapraklarının ve muzun DNA'sıyla sırasıyla yüzde 30 ve yüzde 50 oranında aynıdır.

– Eritrositler (kırmızı kan hücreleri) DNA içermeyen tek hücrelerdir.

– İnsan DNA’sında 80 bin gen var ve bunların 200’ü bakterilerden geliyor.

– Çok nadiren 1 değil 2 takım DNA'ya sahip insanlar doğar. Bu tür kişilere kimera adı verilir; vücutlarındaki organlar farklı DNA'ya sahiptir.

– İnsanların şempanzelere göre sadece 2 kromozomu daha azdır.

– İnsan genetik kodunun 2 anlamı vardır. Daha önce değerin 1 olduğuna inanılıyordu ancak Amerikalı bilim adamı John Stamatoiannopoulos ve ekibi 2013 yılında ikinci değeri keşfetti. Bu keşif sayesinde Batı tıbbı, gelecekte "genetik" tedaviye olanak sağlayacak olan insan genomunun incelenmesi yönünde gelişmeye başladı.

– Uzayda bazı seçkin kişiliklerin dijitalleştirilmiş DNA’sını saklayan bir “Ölümsüzlük Diski” var.

– Gezegenimizde DNA'sı en uygun yaşam koşullarında kendilerine ölümsüzlük sağlayabilecek canlı organizmalar var. Ama insan onlardan biri değil.

Ve bunlar, Dünya'daki yaşamın imkansız olacağı küçük molekülün gizemlerinin hepsi değil.

DNA'ya yeni bakış

DNA çoğumuz için derin bir gizemdir. Bu kelimeyi duyuyoruz, anlamını anlıyor gibiyiz ama bu şeyin ne kadar karmaşık olduğunu ve aslında neden gerekli olduğunu hayal bile edemiyoruz. O halde gelin bunu birlikte çözmeye çalışalım. Önce okulda bize öğretilenlerden, sonra da bize öğretilmeyenlerden bahsedelim.

DNA (deoksiribonükleik asit) insanın ana programıdır. Kimyasal açıdan bakıldığında birbirinin etrafında spiral şeklinde dönen iki zincire benzeyen çok uzun bir polimer molekülüdür. Her zincir, nükleotid adı verilen tekrarlanan "yapı taşlarından" oluşur. Her bir nükleotid aşağıdakilerden oluşur: şeker (deoksiriboz), fosfat grubu ve aslında azotlu baz. Zincirdeki nükleotidler arasındaki bağlar deoksiriboz ve bir fosfat grubu tarafından oluşturulur. Azotlu bazlar ise iki sarmal zincir arasındaki bağlantıyı sağlar. Yani canlı maddenin asıl yaratılışı. Dört çeşit baz vardır. Ve genetik kodu oluşturan da onların dizisidir.

İnsanın genetik kodu, bize özgü tüm özelliklerden ve niteliklerden sorumlu olan yaklaşık üç milyar DNA baz çifti ve yaklaşık 23.000 gen (son sayıma göre) içerir. Buna doğadan aldığımız her şeyin yanı sıra ebeveynlerimizden ve onların ebeveynlerinden miras aldığımız şeyler de dahildir. Gen, canlı bir organizmadaki kalıtımın bir birimidir. Göz rengi, böbreğin nasıl oluşturulduğu ve Alzheimer hastalığı gibi kalıtsal hastalıklar hakkında bilgiler içerebilir. Yani kalıtım sadece ebeveynlerin nitelikleri değil, aynı zamanda kişinin genel nitelikleridir. Genlerin, ebeveynlerimizden miras kalan benzersiz özelliklerin yanı sıra, insani olan her şeyi içerdiğini söyleyebiliriz. Ayrıca RNA'yı (ribonükleik asit) duymuş olabilirsiniz. Aslında proteinlerin üretimini ve yönetimini başlatan transkripsiyon sürecine dahil olur. DNA, RNA'nın oluşturulduğu şablon ve sürecin takip ettiği programdır.

Dikkatli dinleyin: Bu küçük çift sarmallı molekül ancak çok güçlü bir elektron mikroskobu ile görülebilir. Ama üç milyar parçadan oluşuyor! Bu parçaların ne kadar küçük olduğunu hayal edebiliyor musunuz? Biz aslında yalnızca 1953 yılında İngiltere'de Watson ve Crick tarafından Rosalind Franklin tarafından elde edilen X-ışını kırınımı verilerine dayanarak keşfedilen DNA formunu görüyoruz.<…>

Şubat 2001'de bilim adamlarının tüm DNA molekülünün yapısını çizebilmesi için 43 yıl daha geçmesi gerekti.<…>

Daha sonra asıl çalışma başladı çünkü yapının incelenmesi DNA'nın yalnızca genel kimyasal yapısını gösteriyordu. Bunların dev bir kitaptaki harfler olduğunu hayal edin. Artık bilim insanları her harfi biliyordu ama ne tür bir dil olduğu hakkında hiçbir fikirleri yoktu! Resmin tamamını görmek, kitaptaki kelimeleri anlamak ve genleri bulmak için dili çözmeleri gerekiyordu. İşte o zaman işlerin beklenmedik bir hal aldığını fark ettiler. Ülkenin en iyi bilim insanları ve en güçlü bilgisayarları, insan genomunun kimyasal yapısında görmeyi bekledikleri kodları bulmakta zorlandı.

Üç boyutlu düşünüyoruz. Bu konuda yapabileceğin hiçbir şey yok. Bu bizim gerçekliğimizdir ve bundan kaçmayı umut edemeyiz. Ancak bu çoğu zaman büyük resmi görmemizi engeller. Bilim artık Evrenin ve içindeki her şeyin çok boyutlu olduğunu yüksek sesle ilan etmeye başlıyor. Dolayısıyla er ya da geç böyle bir modele uyacak matematiği icat etmenin yanı sıra yeni fiziksel yasalar keşfetmemiz ve daha geniş düşünmeyi öğrenmemiz gerekecek. Bu arada bilim insanları, insan genomunun doğrusal olduğu ve tüm insan genetik yapısının üç milyar DNA "harfi" içinde yer aldığı yönünde çok ciddi varsayımlarda bulunuyorlar. Ama bu doğru değil.<…>

Bilim insanları, tüm mantığın aksine, kodların orada olduğunu kesinlikle bilmelerine rağmen bu kodları bulamadılar. Herhangi bir dilin ürettiği simetriyi bulmak için kodları kırabilen en iyi modern bilgisayarları kullandılar. Ve onu buldular. Bu keşif akıllarını başından almış olmalı ve aynı zamanda onlara yüzyılın en büyük biyolojik gizemini sunmuş olmalı.

En karmaşık İnsan genomunun tüm kimyasal yapısının yalnızca %4'ü bu kodu taşıyor! Yalnızca protein kodlayan DNA, genlerin üretilmesine yönelik açık kodu içerir ve oradaki varlığı oldukça açıktı. O kadar üç boyutlu ki, gen dizisindeki başlangıç ​​ve bitiş işaretlerini kelimenin tam anlamıyla görebiliyorsunuz! Modern bilgisayar kodları gibi kimya da beklentilerimize uyum sağladı, ancak İnsan genomunun yalnızca küçük bir kısmı insan vücudundaki 23.000 genin üretimine katkıda bulundu. Geri kalan her şey sanki "hiçbir şey için"miş gibi oradaydı.

Böyle bir hayal kırıklığı için size bir benzetme yapayım. Üstümüzde uçan bir daire beliriyor. İnanılmaz numaralar yapıyor; havada uçuyor, yer çekimine meydan okuyor ve bir uçan daireden bekleyeceğimiz gibi davranıyor. Sonra yere iniyor. Yaklaşıyoruz ve içeride kimsenin olmadığını anlıyoruz. Görünüşe göre bu sadece Dünya'ya gönderilen bir robot sondası. Aniden tabağın tepesi yükselir ve en iyi bilim adamlarını bu sistemin nasıl çalıştığına bakmaya davet eder. Bazı gizemleri çözmeye yaklaştığımızı fark ettiğimiz için çok heyecanlıyız. Yeni fizik keşfetmek üzereyiz! Motoru aramaya başlıyoruz ve bizi bir sürpriz bekliyor: Motor bölmesi ağzına kadar bir tür çöple dolu! Hayır, belki daha çok tabak paketlerine dolgu maddesi olarak koyduğumuz köpük granüllerine benziyor. Bu granüller açıkça birbirine bağlıdır, hatta bazıları hareket eder, ancak hiçbir şey yapmazlar. Bu malzemede görünür bir yapı yoktur; sadece alanı doldurur. "Dolguyu" bir kürekle kazıyorsunuz, kova dolusu peleti atıyorsunuz ve sonunda içinden bazı teller çıkan küçük, parlak bir nesne buluyorsunuz. Açıkçası bu nesne geminin motoru, yani kalbidir. Peki Littel! Avucunuza sığar ve her şeyi kontrol eder! Sen başlatmaya çalışıyorsun. Ve sonra "dolgu" olmadan uçan dairenin uçmak istemediği ortaya çıktı. Granülleri tekrar yerleştirirsiniz ve plaka tekrar uçar! Yani, "doldurucunun" sonuçta bir şey yaptığı ortaya çıktı? Ya da değil? Dolgu maddesi nasıl bir şey yapabilir? Hata açıktır. Yapısında parlak, kablolu, doğrusal ve eksiksiz bir motor görmeyi bekliyorduk ve onu bulduk. Bize "dolgu" veya "ambalaj" gibi görünen şeyi hemen çöpe attık. Gözetmenin ne olduğunu ve metaforun ne olduğunu anlıyor musunuz?

Bunun bir şaka olduğu ortaya çıktı. DNA, çoğu hiçbir şey yapmayan üç milyar parçadan oluşuyor! Sadece yüzde dördü küçücük bir kesim bütün işi yapıyor! Ne saçma! Doğanın çok rasyonel olduğunu biliyoruz. Canlıların evrimini yaşamımızın bir anında bile gözlemleyebiliriz ve doğanın ne kadar amaçlı olduğunu anlarız. Balıklar bir yeraltı mağarasına kapatılırsa yaklaşık on yıl sonra gözleri kaybolur. Doğa ihtiyaç duyulmayan her şeyi ortadan kaldırır ve bunu her yerde görüyoruz. Ancak DNA'mızın %96'sı çöp! Evrimin zirvesi olan bizler %96 oranında çöp müyüz? Bu doğada gözlemlediğimiz her şeyle çelişiyor ama olan tam olarak bu. DNA'nın proteinleri kodlamayan kısımları en iyi beyinler tarafından bile "çöp" olarak ilan edilmiştir. Protein kodlamayan bölgeler rastgeleydi, hiçbir simetrisi veya belirgin bir amacı yoktu ve işe yaramaz görünüyordu.

3D Düşünmeyenlerle Tanışın

Uçan dairemize yeni fikirlerle yaklaşmaya çalışalım. Belki de bu görünüşte kaotik "doldurucu" motorun bir parçası değildir. Belki bir haritadır! Sonuçta geminin nereye gittiğini bilmesi gerekiyor. O zaman bunun başka tür bir kart olduğunu düşünüyorsun. Belki kuantum durumunda geminin kuantum haritasına ihtiyacı vardır? Ne olabilirdi? Onun doğrusal bir dünyada var olmasına izin verecek, ancak gemiyi üç boyutlu olarak kontrol etmesi için küçük, parlak bir motora talimatlar verebilecek bir şey olması gerektiğini. Bu durumda geminin kütlesini kontrol edebildiği için çok boyutlu özelliklere sahip olduğunu biliyoruz. Ayrıca kuantum fiziğimizden, çok boyutlu dünyaya geçtiğimizde bildiğimiz zaman ve uzayın varlığının sona erdiğini de biliyoruz. Bu iki kavramın yerini potansiyeller ve üçüncü boyutta bize çok az anlam ifade eden tamamen doğrusal olmayan ve kafa karıştırıcı "olay kuralları" bolluğu alıyor. Yani garip ve kaotik "doldurucu" hiç de düzensiz değil - sadece 3 boyutlu yaratıklara (siz, ben ve bilim adamları) bu şekilde görünüyor! Motorun gemiyi hareket ettirebilmesi için tam olarak bulunduğu yerde olması gerekir. "Doldurucunun" bir motor değiştirici olduğunu söyleyebilirsiniz ve önemli miktarlarda mevcut olması gerekir çünkü motora çok boyutlu bir şekilde nasıl hareket edeceğine dair "anlatacak" çok şeyi vardır.

Yıllarca “çöp DNA” tabirine katlandık. Ancak birdenbire farklı düşünmeye başladık. "Farzedelim,- birisi dedi ki, - çöpte kod yok, çünkü orada olmaması gerekiyor mu? Ya DNA'nın %96'sı bir şekilde kodlanmış parçaları yöneten doğrusal olmayan kuantum kuralları içeriyorsa?" Bu tamamen yeni ve tartışmalı bir kavram - ama en azından sınırlı 3D mantığının ötesine geçiyor!

CBS News'te yer alan, 13 Temmuz 2007'de San Diego'daki Kaliforniya Üniversitesi'nden gelen bir mesaj:

ABD'li bilim insanları, insan genomunun yüzde 96'sının işe yaramaz görünen "çöp DNA" olarak adlandırılan kısmının, adından da anlaşılabileceğinden daha önemli bir rol oynayabileceğini söylüyor. Uluslararası bir bilim insanı ekibi, hurda DNA'nın bir kısmının, kalan %4'ün düzgün bir şekilde organize edilmesine yardımcı olacak bir çerçeve oluşturmaya hizmet edebileceğini keşfetti. KUSD'de araştırma görevlisi olan bu teorinin ortak yazarı Victoria Lunyak, "Çöp DNA'nın bir kısmı, genomun kodlanmış bölümlerinin anlamını anlamaya yardımcı olan noktalama işaretleri, virgüller ve noktalar olarak düşünülebilir" diyor.

Sanırım biyolojimizin çok boyutlu yönünü görmeye başlıyoruz ki bu çok büyük! Ya DNA'mızın %96'sı diğer %4'ü için bir dizi talimat ise? O zaman bu kısım hiç de kaotik değil, sadece 3 boyutlu düşünmeye öyle görünüyor. Noktalama işaretleri alfabenin harfleri gibi görünebilir mi? HAYIR. O zaman ne? Simetrileri var mı? Bir şekilde telaffuz ediliyorlar mı? HAYIR. Dilimizdeki noktalama işaretlerine baktığınızda rastgele yerleştirilmiş gibi görünebilir. Mesela dil ve yapısına dair hiçbir şey bilmeden bu sayfaya bakmışsanız noktalama işaretleri size anlamsız gelecektir. Simetrileri yoktur. Bu sayfayı bir süper bilgisayar aracılığıyla çalıştırırsanız, kelimeler ve olası anlamları belirlenecek, ancak noktalama işaretleri belirlenmeyecektir.

Bunu düşün. Uçan dairede aradığımız motor aslında oradaydı. Bu %4'lük protein kodlayan kısım "mükemmel motor" görevi görür. Ve "çöp", granül dolguya benzer şekilde% 96'dır. Artık tamamen farklı bir şeyin döndüğünden şüpheleniyoruz ve %96'sının aslında çok boyutlu bir yapıcı modeli, %4'ünün ise tasarımına uyan bir motor olabileceğinden şüpheleniyoruz.

Bu oranı ilginç bulmuyor musunuz? Kryon öğretilerine göre DNA'nın yalnızca %8'i üçüncü boyuttadır ve DNA'nın %92'si geri kalanını kontrol eder.

DNA'nın beklediğimizden çok daha farklı çalıştığının ve kimyasal olarak okunabilen bir koddan daha karmaşık olduğunun yavaş yavaş farkına vardığımıza tanık olabiliriz.

Kryon ve Lee Carroll'un "DNA'nın On İki Katmanı" kitabından alıntılar

(RNA ile birlikte), polimerler veya daha doğrusu polinükleotidler (monomer - nükleotid).

DNA, hücre bölünmesi sırasında genetik kodun depolanmasından ve iletilmesinden sorumludur. Kalıtım ve değişkenlik DNA molekülleri aracılığıyla gerçekleşir. Tüm RNA türleri DNA'dan sentezlenir. Ayrıca, çeşitli RNA türleri ortaklaşa hücre proteinlerinin sentezini sağlar, yani genetik bilgiyi uygularlar.

Ökaryotik hücrelerde DNA'nın büyük çoğunluğu, özel proteinlerle birleşerek kromozomları oluşturduğu çekirdekte bulunur. Prokaryotik hücrelerde büyük bir dairesel (veya doğrusal) DNA molekülü vardır (ayrıca proteinlerle kompleks halinde). Ayrıca ökaryotik hücrelerin mitokondri ve kloroplastlarında kendi DNA'ları vardır.

DNA durumunda, her bir nükleotid 1) adenin, guanin, sitozin veya timin olabilen nitrojenli bir baz, 2) deoksiriboz, 3) fosforik asitten oluşur.

Bir DNA zincirindeki nükleotidlerin sırası, molekülün birincil yapısını belirler. DNA, molekülün çift sarmal biçiminde (çoğunlukla sağ elini kullanan) ikincil bir yapısı ile karakterize edilir. Bu durumda iki DNA zinciri, tamamlayıcı azotlu bazlar arasında oluşan hidrojen bağları ile birbirine bağlanır.

Adenin timin'in tamamlayıcısı, guanin ise sitozinin tamamlayıcısıdır. Adenin ve timin arasında iki, guanin ve sitozin arasında üç hidrojen bağı oluşur. Böylece guanin ve sitozin birbirine biraz daha sıkı bağlanır (her ne kadar hidrojen bağları prensipte zayıf olsa da). Bağ sayısı moleküllerin yapısal özelliklerine göre belirlenir.

Adenin ve guanin pürinlerdir ve iki halkadan oluşurlar. Timin ve sitozin tek halkalı pirimidin bazlarıdır. Bu nedenle, iki DNA zincirinin (deoksiriboz ve fosforik asitten oluşan) omurgaları arasında, farklı zincirlerdeki herhangi bir nükleotid çifti için her zaman üç halka vardır (çünkü iki halkalı bir pürin her zaman yalnızca belirli bir tek halkalıyı tamamlayıcıdır). pirimidin). Bu, DNA molekülünün şeritleri arasındaki genişliğin baştan sona aynı tutulmasına olanak tanır (yaklaşık 2,3 nm).

Sarmalın bir dönüşünde yaklaşık 10 nükleotid bulunur. Bir nükleotidin uzunluğu yaklaşık 0,34 nm'dir. DNA moleküllerinin uzunluğu genellikle çok büyüktür ve milyonlarca nükleotidi aşmaktadır. Bu nedenle, hücre çekirdeğine daha sıkı bir şekilde sığabilmek için DNA, değişen derecelerde "aşırı sarma"ya maruz kalır.

DNA'dan bilgi okurken (yani onun üzerinde RNA sentezlerken) bu işleme denir. transkripsiyon) despiralizasyon meydana gelir (spiralizasyonun ters süreci), iki zincir özel bir enzimin etkisi altında birbirinden ayrılır. Hidrojen bağları zayıf olduğundan zincirlerin ayrılması ve ardından çapraz bağlanması çok az enerji tüketimiyle gerçekleşir. RNA, aynı tamamlayıcılık ilkesine göre DNA'dan sentezlenir. Sadece RNA'daki timin yerine urasil adeninin tamamlayıcısıdır.

DNA molekülleri üzerine yazılan genetik kod, bir amino asidi (protein monomeri) temsil eden üçlülerden (üç nükleotit dizisi) oluşur. Ancak çoğu DNA proteini kodlamaz. Molekülün bu tür kısımlarının önemi değişiklik gösterir ve büyük ölçüde tam olarak anlaşılamamıştır.

Bir hücre bölünmeden önce DNA miktarı her zaman iki katına çıkar. Bu süreç denir çoğaltma. Doğası gereği yarı muhafazakardır: Bir DNA molekülünün zincirleri birbirinden ayrılır ve her biri kendi yeni tamamlayıcı zinciriyle tamamlanır. Sonuç olarak, bir çift sarmallı DNA molekülünden, birinciyle aynı olan iki çift sarmallı DNA elde edilir.

DNA'da polinükleotid zincirleri çok yönlüdür, yani bir zincirin 5" ucu vardır (deoksiribozun beşinci karbon atomuna bir fosforik asit kalıntısı bağlanmıştır), diğerinin 3" ucu vardır (fosforik asit içermeyen karbon).

Replikasyon ve transkripsiyon sırasında, yeni nükleotidler yalnızca serbest 3" karbon atomuna bağlanabildiğinden, sentez her zaman 5" ucundan 3" ucuna doğru ilerler.

Kalıtsal bilgiden sorumlu bir madde olarak DNA'nın yapısı ve rolü, 20. yüzyılın 40-50'li yıllarında açıklığa kavuşturuldu. 1953 yılında D. Watson ve F. Crick, DNA'nın çift sarmallı yapısını belirlediler. Daha önce E. Chargaff, DNA'da timin miktarının her zaman adenine ve guanin miktarının sitozine karşılık geldiğini bulmuştu.

İLE nükleik asitler Hidroliz sırasında pürin ve pirimidin bazları, pentoz ve fosforik asit halinde ayrışan yüksek polimerli bileşikleri içerir. Nükleik asitler karbon, hidrojen, fosfor, oksijen ve nitrojen içerir. İki sınıf nükleik asit vardır: ribonükleik asitler (RNA) Ve deoksiribonükleik asitler (DNA).

DNA'nın yapısı ve fonksiyonları

DNA- monomerleri deoksiribonükleotidler olan bir polimer. DNA molekülünün çift sarmal biçimindeki uzamsal yapısının bir modeli, 1953 yılında J. Watson ve F. Crick tarafından önerildi (bu modeli oluşturmak için M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff'ın çalışmalarını kullandılar) ).

DNA molekülü Birbiri etrafında ve hayali bir eksen etrafında birlikte sarmal olarak bükülmüş iki polinükleotid zincirinden oluşur; çift ​​sarmaldır (bazı DNA içeren virüslerin tek sarmallı DNA'ya sahip olması dışında). DNA çift sarmalının çapı 2 nm, bitişik nükleotidler arasındaki mesafe 0,34 nm'dir ve sarmalın dönüşü başına 10 nükleotid çifti vardır. Molekülün uzunluğu birkaç santimetreye ulaşabilir. Molekül ağırlığı - onlarca ve yüz milyonlarca. Bir insan hücresinin çekirdeğindeki DNA'nın toplam uzunluğu yaklaşık 2 m'dir. Ökaryotik hücrelerde DNA, proteinlerle kompleksler oluşturur ve spesifik bir uzaysal yapıya sahiptir.

DNA monomeri - nükleotid (deoksiribonükleotid)- üç maddenin kalıntılarından oluşur: 1) azotlu bir baz, 2) beş karbonlu bir monosakarit (pentoz) ve 3) fosforik asit. Nükleik asitlerin azotlu bazları pirimidin ve pürin sınıflarına aittir. DNA pirimidin bazları(moleküllerinde bir halka bulunur) - timin, sitozin. Pürin bazları(iki halkası vardır) - adenin ve guanin.

DNA nükleotid monosakkariti deoksiribozdur.

Bir nükleotidin adı karşılık gelen bazın adından türetilir. Nükleotidler ve azotlu bazlar büyük harflerle gösterilir.

Polinükleotid zinciri, nükleotid yoğunlaşma reaksiyonlarının bir sonucu olarak oluşur. Bu durumda, bir nükleotidin deoksiriboz kalıntısının 3"-karbonu ile diğerinin fosforik asit kalıntısı arasında, fosfoester bağı(güçlü kovalent bağlar kategorisine aittir). Polinükleotid zincirinin bir ucu 5" karbonla (5" uç olarak adlandırılır) biter, diğer ucu ise 3" karbonla (3" uç olarak adlandırılır) biter.

Nükleotidlerin bir ipliğinin karşısında ikinci bir iplik bulunur. Bu iki zincirdeki nükleotidlerin dizilişi rastgele değil, kesin olarak tanımlanmıştır: Timin her zaman diğer zincirdeki bir zincirdeki adenin karşısında yer alır ve sitozin her zaman guaninin karşısında yer alır, adenin ve timin arasında iki hidrojen bağı oluşur ve üç Guanin ve sitozin arasında hidrojen bağları oluşur. Farklı DNA zincirlerinin nükleotidlerinin kesin olarak sıralandığı (adenin - timin, guanin - sitozin) ve seçici olarak birbirleriyle bağlandığı modele denir tamamlayıcılık ilkesi. J. Watson ve F. Crick'in, E. Chargaff'ın çalışmalarına aşina olduktan sonra tamamlayıcılık ilkesini anlamaya başladıklarını belirtmek gerekir. Çeşitli organizmaların çok sayıda doku ve organ örneğini inceleyen E. Chargaff, herhangi bir DNA fragmanında guanin kalıntılarının içeriğinin her zaman tam olarak sitozin içeriğine ve adeninin timin içeriğine tam olarak karşılık geldiğini buldu ( "Chargaff kuralı"), ancak bu gerçeği açıklayamadı.

Tamamlayıcılık ilkesinden, bir zincirin nükleotid dizisinin diğerinin nükleotid dizisini belirlediği sonucu çıkar.

DNA iplikçikleri antiparaleldir (çok yönlü), yani. Farklı zincirlerin nükleotidleri zıt yönlerde bulunur ve bu nedenle bir zincirin 3" ucunun karşısında diğerinin 5" ucu bulunur. DNA molekülü bazen sarmal bir merdivene benzetilir. Bu merdivenin "korkuluğu" bir şeker-fosfat omurgasıdır (alternatif deoksiriboz ve fosforik asit kalıntıları); “adımlar” tamamlayıcı azotlu bazlardır.

DNA'nın işlevi- kalıtsal bilgilerin depolanması ve iletilmesi.

DNA replikasyonu (reduplikasyon)

- DNA molekülünün ana özelliği olan kendi kendini kopyalama süreci. Replikasyon, matris sentezi reaksiyonları kategorisine aittir ve enzimlerin katılımıyla gerçekleşir. Enzimlerin etkisi altında DNA molekülü çözülür ve her zincirin etrafında tamamlayıcılık ve antiparalellik ilkelerine göre şablon görevi gören yeni bir zincir oluşturulur. Böylece her yavru DNA'da bir iplik ana ipliktir ve ikincisi yeni sentezlenir. Bu sentez yöntemine denir yarı muhafazakar.

Çoğaltma için “yapı malzemesi” ve enerji kaynağı deoksiribonükleosit trifosfatlar(ATP, TTP, GTP, CTP), üç fosforik asit kalıntısı içerir. Deoksiribonükleosit trifosfatlar bir polinükleotid zincirine dahil edildiğinde, iki terminal fosforik asit kalıntısı ayrılır ve açığa çıkan enerji, nükleotidler arasında bir fosfodiester bağı oluşturmak için kullanılır.

Aşağıdaki enzimler replikasyonda rol oynar:

  1. helikazlar (“çözen” DNA);
  2. istikrarsızlaştırıcı proteinler;
  3. DNA topoizomerazları (kesilmiş DNA);
  4. DNA polimerazları (deoksiribonükleosit trifosfatları seçin ve bunları tamamlayıcı olarak DNA şablon zincirine ekleyin);
  5. RNA primazları (RNA primerlerini oluşturur);
  6. DNA ligazları (DNA parçalarını birbirine bağlar).

Helikazların yardımıyla DNA belirli bölümlerde çözülür, DNA'nın tek sarmallı bölümleri dengesizleştirici proteinlerle bağlanır ve çoğaltma çatalı. 10 nükleotid çiftinin farklılaşmasıyla (sarmalın bir dönüşü), DNA molekülünün kendi ekseni etrafında tam bir devrim yapması gerekir. Bu dönüşü önlemek için, DNA topoizomeraz DNA'nın bir sarmalını keserek ikinci sarmalın etrafında dönmesine izin verir.

DNA polimeraz, bir nükleotidi önceki nükleotidin deoksiribozunun yalnızca 3" karbonuna bağlayabilir, dolayısıyla bu enzim şablon DNA boyunca yalnızca tek bir yönde hareket edebilir: bu şablon DNA'nın 3" ucundan 5" ucuna kadar. Ana DNA'daki zincirler antiparalel olduğundan, farklı zincirlerde yavru polinükleotid zincirlerinin birleşimi farklı şekilde ve zıt yönlerde gerçekleşir, yavru polinükleotid zincirinin sentezi kesintisiz olarak gerçekleşir; kız zincir çağrılacak; önde gelen. 5"-3" zincir üzerinde - aralıklı olarak, parçalar halinde ( Okazaki'nin parçaları), replikasyonun tamamlanmasından sonra DNA ligazları tarafından tek bir iplikçik halinde dikilir; bu alt zincire çağrılacak gecikme (geride kalmak).

DNA polimerazın özel bir özelliği, çalışmaya ancak "tohumlar" (astar). "Primerlerin" rolü, RNA primaz enzimi tarafından oluşturulan ve şablon DNA ile eşleştirilen kısa RNA dizileri tarafından gerçekleştirilir. Polinükleotid zincirlerinin birleştirilmesi tamamlandıktan sonra RNA primerleri çıkarılır.

Çoğaltma prokaryotlarda ve ökaryotlarda benzer şekilde ilerler. Prokaryotlarda DNA sentez hızı, ökaryotlara (saniyede 100 nükleotid) göre çok daha yüksektir (saniyede 1000 nükleotid). Çoğaltma, DNA molekülünün birkaç yerinde aynı anda başlar. Bir replikasyon kaynağından diğerine uzanan bir DNA parçası, bir replikasyon birimi oluşturur. kopya.

Replikasyon hücre bölünmesinden önce gerçekleşir. DNA'nın bu yeteneği sayesinde kalıtsal bilgiler ana hücreden yavru hücrelere aktarılır.

Onarım (“onarım”)

Tazminatlar DNA nükleotid dizisindeki hasarın ortadan kaldırılması işlemidir. Hücrenin özel enzim sistemleri tarafından gerçekleştirilir ( onarım enzimleri). DNA yapısını eski haline getirme sürecinde aşağıdaki aşamalar ayırt edilebilir: 1) DNA onarım nükleazları, DNA zincirinde bir boşluk oluşması sonucunda hasarlı alanı tanır ve uzaklaştırır; 2) DNA polimeraz, ikinci (“iyi”) iplikten bilgiyi kopyalayarak bu boşluğu doldurur; 3) DNA ligaz nükleotidleri “çapraz bağlar” ve onarımı tamamlar.

En çok çalışılan üç onarım mekanizması vardır: 1) foto-onarım, 2) eksizyonel veya replikasyon öncesi onarım, 3) replikasyon sonrası onarım.

Reaktif metabolitlerin, ultraviyole radyasyonun, ağır metallerin ve tuzlarının vb. etkisi altında hücrede sürekli olarak DNA yapısında değişiklikler meydana gelir. Bu nedenle onarım sistemlerindeki kusurlar, mutasyon süreçlerinin hızını artırır ve kalıtsal hastalıklara (kseroderma pigmentosum, progeria, vesaire.).

RNA'nın yapısı ve fonksiyonları

- monomerleri olan bir polimer ribonükleotidler. DNA'nın aksine, RNA iki değil, bir polinükleotid zincirinden oluşur (RNA içeren bazı virüslerin çift sarmallı RNA'ya sahip olması hariç). RNA nükleotidleri birbirleriyle hidrojen bağları oluşturma yeteneğine sahiptir. RNA zincirleri DNA zincirlerinden çok daha kısadır.

RNA monomeri - nükleotid (ribonükleotid)- üç maddenin kalıntılarından oluşur: 1) azotlu bir baz, 2) beş karbonlu bir monosakarit (pentoz) ve 3) fosforik asit. RNA'nın azotlu bazları ayrıca pirimidinler ve pürinler sınıflarına aittir.

RNA'nın pirimidin bazları urasil ve sitozin, pürin bazları ise adenin ve guanindir. RNA nükleotid monosakarit ribozdur.

Vurgulamak üç tip RNA: 1) bilgilendirici(haberci) RNA - mRNA (mRNA), 2) Ulaşım RNA - tRNA, 3) ribozomal RNA - rRNA.

Tüm RNA türleri dallanmamış polinükleotitlerdir, belirli bir uzaysal yapıya sahiptir ve protein sentezi süreçlerinde yer alır. Her türlü RNA'nın yapısına ilişkin bilgi DNA'da saklanır. Bir DNA şablonu üzerinde RNA'nın sentezlenmesi işlemine transkripsiyon denir.

Transfer RNA'ları genellikle 76 (75'ten 95'e kadar) nükleotit içerir; moleküler ağırlık - 25.000-30.000, hücredeki toplam RNA içeriğinin yaklaşık% 10'unu oluşturur. tRNA'nın fonksiyonları: 1) amino asitlerin protein sentezi bölgesine, ribozomlara taşınması, 2) translasyon aracısı. Bir hücrede yaklaşık 40 tür tRNA bulunur ve bunların her biri benzersiz bir nükleotid dizisine sahiptir. Bununla birlikte, tüm tRNA'lar, tRNA'ların yonca yaprağı benzeri bir konformasyon kazanması nedeniyle birkaç molekül içi tamamlayıcı bölgeye sahiptir. Herhangi bir tRNA'da ribozomla temas için bir halka (1), bir antikodon halkası (2), enzimle temas için bir halka (3), bir alıcı kök (4) ve bir antikodon (5) bulunur. Amino asit, alıcı sapın 3" ucuna eklenir. Antikodon- mRNA kodonunu "tanımlayan" üç nükleotid. Spesifik bir tRNA'nın, antikodonuna karşılık gelen kesin olarak tanımlanmış bir amino asidi taşıyabileceği vurgulanmalıdır. Amino asit ve tRNA arasındaki bağlantının özgüllüğü, aminoasil-tRNA sentetaz enziminin özelliklerinden dolayı elde edilir.

Ribozomal RNA 3000-5000 nükleotid içerir; moleküler ağırlık - 1.000.000-1.500.000 rRNA, hücredeki toplam RNA içeriğinin% 80-85'ini oluşturur. Ribozomal proteinlerle kompleks halinde rRNA, protein sentezini gerçekleştiren organeller olan ribozomları oluşturur. Ökaryotik hücrelerde rRNA sentezi nükleollerde meydana gelir. rRNA'nın fonksiyonları: 1) ribozomların gerekli bir yapısal bileşeni ve dolayısıyla ribozomların çalışmasının sağlanması; 2) ribozom ve tRNA'nın etkileşiminin sağlanması; 3) ribozomun ve mRNA'nın başlatıcı kodonunun ilk bağlanması ve okuma çerçevesinin belirlenmesi, 4) ribozomun aktif merkezinin oluşumu.

Haberci RNA'lar nükleotit içeriği ve molekül ağırlığı bakımından değişiklik gösterdi (50.000'den 4.000.000'e kadar). mRNA, hücredeki toplam RNA içeriğinin %5'ine kadarını oluşturur. mRNA'nın fonksiyonları: 1) genetik bilginin DNA'dan ribozomlara aktarılması, 2) bir protein molekülünün sentezi için matris, 3) bir protein molekülünün birincil yapısının amino asit dizisinin belirlenmesi.

ATP'nin yapısı ve işlevleri

Adenozin trifosforik asit (ATP)- canlı hücrelerde evrensel bir kaynak ve ana enerji akümülatörü. ATP tüm bitki ve hayvan hücrelerinde bulunur. ATP miktarı ortalama olarak hücrenin ıslak ağırlığının %0,04'üdür, en büyük ATP miktarı (%0,2-0,5) iskelet kaslarında bulunur.

ATP artıklardan oluşur: 1) azotlu bir baz (adenin), 2) bir monosakarit (riboz), 3) üç fosforik asit. ATP bir değil üç fosforik asit kalıntısı içerdiğinden ribonükleosit trifosfatlara aittir.

Hücrelerde meydana gelen işlerin çoğu, ATP hidrolizinin enerjisini kullanır. Bu durumda fosforik asitin terminal kalıntısı elimine edildiğinde ATP, ADP'ye (adenozin difosforik asit) dönüşür, ikinci fosforik asit kalıntısı elimine edildiğinde ise AMP'ye (adenozin monofosforik asit) dönüşür. Fosforik asidin hem terminal hem de ikinci kalıntılarının eliminasyonu üzerine serbest enerji verimi 30.6 kJ'dir. Üçüncü fosfat grubunun eliminasyonuna sadece 13,8 kJ'lik bir salınım eşlik eder. Terminal ile fosforik asidin ikinci, ikinci ve birinci kalıntıları arasındaki bağlara yüksek enerji (yüksek enerji) adı verilir.

ATP rezervleri sürekli olarak yenilenir. Tüm organizmaların hücrelerinde ATP sentezi fosforilasyon sürecinde meydana gelir, yani. ADP'ye fosforik asit eklenmesi. Fosforilasyon, solunum (mitokondri), glikoliz (sitoplazma) ve fotosentez (kloroplastlar) sırasında değişen yoğunlukta meydana gelir.

ATP, enerjinin salınması ve birikmesiyle birlikte gerçekleşen süreçler ile enerji harcamasıyla meydana gelen süreçler arasındaki ana bağlantıdır. Ek olarak ATP, diğer ribonükleosit trifosfatlarla (GTP, CTP, UTP) birlikte RNA sentezi için bir substrattır.

    Git 3 numaralı dersler“Proteinlerin yapısı ve işlevleri. Enzimler"

    Git 5 numaralı dersler"Hücre teorisi. Hücresel organizasyon türleri"

DNA molekülü çift sarmal oluşturan iki iplikten oluşur. Yapısı ilk kez 1953'te Francis Crick ve James Watson tarafından deşifre edildi.

Birbiri etrafında bükülmüş bir çift nükleotid zincirinden oluşan DNA molekülü, ilk başta neden bu şekle sahip olduğu sorusunu akla getirdi. Bilim adamları bu fenomeni tamamlayıcılık olarak adlandırıyor; bu, iplikçiklerinde yalnızca belirli nükleotidlerin karşılıklı olarak bulunabileceği anlamına geliyor. Örneğin, adenin her zaman timin'in karşısındadır ve guanin her zaman sitozinin karşısındadır. DNA molekülünün bu nükleotidlerine tamamlayıcı denir.

Şematik olarak şu şekilde tasvir edilmiştir:

T-A

C-G

Bu çiftler, amino asitlerin sırasını belirleyen kimyasal bir nükleotid bağı oluşturur. İlk durumda biraz daha zayıftır. C ve G arasındaki bağlantı daha güçlüdür. Tamamlayıcı olmayan nükleotidler birbirleriyle çift oluşturmazlar.


Bina hakkında

Yani DNA molekülünün yapısı özeldir. Bu şekle sahip olmasının bir nedeni var: Gerçek şu ki, nükleotidlerin sayısı çok fazla ve uzun zincirleri barındırmak için çok fazla alana ihtiyaç var. Bu nedenle zincirler spiral bir bükülme ile karakterize edilir. Bu olguya spiralleşme denir ve ipliklerin yaklaşık beş ila altı kat kısalmasına olanak tanır.

Vücut bu tipteki bazı molekülleri çok aktif olarak kullanır, bazıları ise nadiren kullanır. İkincisi, spiralleşmeye ek olarak, süperspiralizasyon gibi "kompakt paketlemeye" de uğrar. Daha sonra DNA molekülünün uzunluğu 25-30 kat azalır.

Bir molekülün “paketlenmesi” nedir?

Süper sarma işlemi histon proteinlerini içerir. Bir iplik makarası veya çubuk yapısına ve görünümüne sahiptirler. Üzerlerine sarmal iplikler sarılır ve bunlar hemen "kompakt bir şekilde paketlenir" ve az yer kaplar. Bir veya başka bir ipliği kullanma ihtiyacı ortaya çıktığında, bir makaradan, örneğin bir histon proteininden çözülür ve sarmal, iki paralel zincire ayrılır. DNA molekülü bu durumdayken gerekli genetik veriler ondan okunabilir. Ancak bir şartı var. Bilginin elde edilmesi ancak DNA molekülünün yapısının bükülmemiş bir forma sahip olması durumunda mümkündür. Okunmaya uygun kromozomlara ökromatinler denir ve aşırı sarmal olmaları durumunda zaten heterokromatinlerdir.

Nükleik asitler

Nükleik asitler de proteinler gibi biyopolimerlerdir. Ana işlev, kalıtsal (genetik bilginin) depolanması, uygulanması ve iletilmesidir. İki tipte gelirler: DNA ve RNA (deoksiribonükleik ve ribonükleik). İçlerindeki monomerler, her biri bir fosforik asit kalıntısı, bir beş karbonlu şeker (deoksiriboz/riboz) ve bir azotlu baz içeren nükleotidlerdir. DNA kodu 4 tip nükleotid içerir - adenin (A) / guanin (G) / sitozin (C) / timin (T). İçerdikleri azotlu baz bakımından farklılık gösterirler.

Bir DNA molekülünde nükleotidlerin sayısı çok büyük olabilir - birkaç binden onlarca ve yüz milyonlara kadar. Bu kadar dev moleküller elektron mikroskobuyla incelenebilir. Bu durumda, nükleotidlerin azotlu bazlarının hidrojen bağları ile birbirine bağlanan çift zincirli polinükleotid şeritlerini görebileceksiniz.

Araştırma

Araştırma sırasında bilim adamları, farklı canlı organizmalarda DNA molekülü türlerinin farklı olduğunu keşfettiler. Ayrıca bir zincirdeki guaninin yalnızca sitozine, timin ise adenine bağlanabildiği bulunmuştur. Nükleotidlerin bir zincirdeki düzeni kesinlikle paralel olana karşılık gelir. Polinükleotidlerin bu tamamlayıcılığı sayesinde DNA molekülü ikiye katlanma ve kendini çoğaltma yeteneğine sahiptir. Ancak önce, eşleştirilmiş nükleotitleri yok eden özel enzimlerin etkisi altındaki tamamlayıcı zincirler birbirinden ayrılır ve ardından her birinde eksik zincirin sentezi başlar. Bu, her hücrede büyük miktarlarda bulunan serbest nükleotidler nedeniyle oluşur. Bunun sonucunda “ana molekül” yerine bileşim ve yapı bakımından aynı olan iki “kız” molekül oluşur ve DNA kodu orijinal haline gelir. Bu süreç hücre bölünmesinin öncüsüdür. Ana hücrelerden yavru hücrelere ve sonraki nesillere tüm kalıtsal bilgilerin aktarılmasını sağlar.

Gen kodu nasıl okunur?

Bugün sadece bir DNA molekülünün kütlesi hesaplanmıyor, aynı zamanda daha önce bilim adamlarının erişemediği daha karmaşık verileri de bulmak mümkün. Örneğin bir organizmanın kendi hücresini nasıl kullandığına dair bilgileri okuyabilirsiniz. Elbette bu bilgi ilk başta kodlanmış formdadır ve belirli bir matris formundadır ve bu nedenle özel bir taşıyıcıya, yani RNA'ya taşınması gerekir. Ribonükleik asit, nükleer membrandan hücrenin içine nüfuz edebilir ve içindeki kodlanmış bilgiyi okuyabilir. Yani RNA, çekirdekten hücreye kadar gizli bilgilerin taşıyıcısıdır ve DNA'dan farkı, deoksiriboz yerine riboz, timin yerine urasil içermesidir. Ayrıca RNA tek ipliklidir.

RNA sentezi

DNA'nın derinlemesine analizi, RNA'nın çekirdeği terk ettikten sonra sitoplazmaya girdiğini ve burada bir matris olarak ribozomlara (özel enzim sistemleri) entegre edilebildiğini göstermiştir. Alınan bilgilerin rehberliğinde, protein amino asitlerinin uygun dizisini sentezleyebilirler. Ribozom, üçlü koddan, oluşturucu protein zincirine hangi tür organik bileşiğin eklenmesi gerektiğini öğrenir. Her amino asidin, onu kodlayan kendine özgü bir üçlüsü vardır.

Zincirin oluşumu tamamlandıktan sonra belirli bir uzaysal form kazanarak hormonal, yapısal, enzimatik ve diğer fonksiyonlarını yerine getirebilen bir proteine ​​​​dönüşmektedir. Herhangi bir organizma için bu bir gen ürünüdür. Genlerin her türlü niteliği, özelliği ve tezahürü ondan belirlenir.

Genler

Sıralama işlemleri öncelikle bir DNA molekülünün yapısında kaç gen bulunduğunun bilgisini elde etmek için geliştirildi. Ve araştırmalar bilim adamlarının bu konuda büyük ilerleme kaydetmesine olanak sağlasa da bunların kesin sayısını bilmek henüz mümkün değil.

Daha birkaç yıl öncesine kadar DNA moleküllerinin yaklaşık 100 bin gen içerdiği sanılıyordu. Bir süre sonra bu rakam 80 bine düştü ve 1998 yılında genetikçiler bir DNA'da sadece 50 bin gen bulunduğunu, bunun da toplam DNA uzunluğunun yalnızca %3'ü olduğunu açıkladılar. Ancak genetikçilerin son sonuçları çarpıcıydı. Şimdi genomun bu birimlerden 25-40 bin tanesini içerdiğini iddia ediyorlar. Proteinlerin kodlanmasından kromozomal DNA'nın yalnızca %1,5'inin sorumlu olduğu ortaya çıktı.

Araştırma bununla sınırlı kalmadı. Genetik mühendisliği uzmanlarından oluşan paralel bir ekip, bir moleküldeki gen sayısının tam olarak 32 bin olduğunu buldu. Gördüğünüz gibi kesin bir cevap almak hala mümkün değil. Çok fazla çelişki var. Tüm araştırmacılar yalnızca sonuçlarına güvenirler.

Evrim var mıydı?

Molekülün evrimine dair hiçbir kanıt olmamasına rağmen (DNA molekülünün yapısı kırılgan ve küçük olduğundan), bilim adamları yine de bir varsayımda bulundular. Laboratuvar verilerine dayanarak, şu versiyonu dile getirdiler: Ortaya çıkışının ilk aşamasında molekül, eski okyanuslarda bulunan 32'ye kadar amino asidi içeren, kendi kendini kopyalayan basit bir peptit formuna sahipti.

Kendi kendini kopyalamanın ardından moleküller, doğal seçilim kuvvetleri sayesinde kendilerini dış etkenlerden koruma yeteneği kazandı. Daha uzun yaşamaya ve daha büyük miktarlarda üremeye başladılar. Kendilerini lipit balonunun içinde bulan moleküllerin kendilerini yeniden üretme şansı vardı. Bir dizi ardışık döngünün bir sonucu olarak, lipit kabarcıkları, hücre zarlarının ve ardından iyi bilinen parçacıkların şeklini aldı. Bugün, bir DNA molekülünün herhangi bir bölümünün, bilim adamlarının tüm özelliklerini henüz tam olarak incelemediği, karmaşık ve açıkça işleyen bir yapı olduğu unutulmamalıdır.

Modern dünya

Geçtiğimiz günlerde İsrailli bilim insanları saniyede trilyonlarca işlem gerçekleştirebilen bir bilgisayar geliştirdiler. Bugün dünyadaki en hızlı arabadır. Bütün sır, yenilikçi cihazın DNA tarafından desteklenmesidir. Profesörler yakın gelecekte bu tür bilgisayarların enerji bile üretebileceğini söylüyor.

Bir yıl önce, Rehovot'taki (İsrail) Weizmann Enstitüsü'nden uzmanlar, moleküller ve enzimlerden oluşan programlanabilir bir moleküler hesaplama makinesinin yaratıldığını duyurdular. Silikon mikroçipleri onlarla değiştirdiler. Bugüne kadar ekip daha da ilerleme kaydetti. Artık yalnızca bir DNA molekülü, bir bilgisayara gerekli verileri ve gerekli yakıtı sağlayabilir.

Biyokimyasal “nanobilgisayarlar” bir kurgu değil; doğada zaten varlar ve her canlıda kendini gösteriyorlar. Ancak çoğu zaman insanlar tarafından yönetilmezler. Bir kişi, örneğin "Pi" sayısını hesaplamak için henüz herhangi bir bitkinin genomu üzerinde işlem yapamaz.

Verileri depolamak/işlemek için DNA'yı kullanma fikri ilk olarak 1994 yılında bilim adamlarının aklına geldi. O zamanlar basit bir matematik problemini çözmek için bir molekül kullanıldı. O zamandan bu yana, bir dizi araştırma grubu DNA bilgisayarlarıyla ilgili çeşitli projeler önerdi. Ancak burada tüm girişimler yalnızca enerji molekülüne dayanıyordu. Böyle bir bilgisayarı çıplak gözle göremezsiniz; bir test tüpündeki şeffaf su çözeltisine benziyor. İçinde hiçbir mekanik parça yok, yalnızca trilyonlarca biyomoleküler cihaz var - ve bu yalnızca bir damla sıvıda!

İnsan DNA'sı

İnsanlar, bilim adamlarının dünyaya ilk kez çift sarmallı DNA modelini gösterebildiği 1953 yılında insan DNA'sının türünün farkına vardılar. Bunun için Kirk ve Watson, bu keşif 20. yüzyılda temel hale geldiğinden Nobel Ödülü'nü aldı.

Elbette zamanla, yapılandırılmış bir insan molekülünün yalnızca önerilen versiyondaki gibi görünmeyeceğini kanıtladılar. Daha detaylı bir DNA analizi yaptıktan sonra A-, B- ve solak Z- formunu keşfettiler. Form A- genellikle bir istisnadır, çünkü yalnızca nem eksikliği olduğunda oluşur. Ancak bu ancak laboratuvar çalışmalarında mümkündür; doğal ortam için bu anormaldir; canlı bir hücrede böyle bir süreç meydana gelemez.

B şekli klasiktir ve çift sağ zincir olarak bilinir, ancak Z şekli sadece sola ters yönde bükülmez, aynı zamanda daha zikzak bir görünüme de sahiptir. Bilim adamları ayrıca G-dörtlü formunu da tanımladılar. Yapısında 2 değil 4 iplik vardır. Genetikçilere göre bu form, guanin miktarının fazla olduğu bölgelerde ortaya çıkıyor.

Yapay DNA

Bugün zaten gerçeğinin birebir kopyası olan yapay DNA var; doğal çift sarmalın yapısını mükemmel şekilde takip eder. Ancak orijinal polinükleotidin aksine yapay olanın yalnızca iki ek nükleotidi vardır.

Dublaj, gerçek DNA üzerinde yapılan çeşitli çalışmalardan elde edilen bilgilere dayanılarak oluşturulduğu için aynı zamanda kopyalanabilir, kendini kopyalayabilir ve gelişebilir. Uzmanlar yaklaşık 20 yıldır böyle yapay bir molekülün oluşturulması üzerinde çalışıyor. Sonuç, genetik kodu doğal DNA ile aynı şekilde kullanabilen muhteşem bir buluş.

Genetikçiler, mevcut dört azotlu baza, doğal bazların kimyasal modifikasyonu ile oluşturulan iki baz daha ekledi. Doğal DNA'nın aksine yapay DNA'nın oldukça kısa olduğu ortaya çıktı. Sadece 81 baz çifti içerir. Ancak aynı zamanda çoğalır ve gelişir.

Yapay olarak elde edilen bir molekülün kopyalanması, polimeraz zincir reaksiyonu sayesinde gerçekleşir, ancak şu ana kadar bu bağımsız olarak değil, bilim adamlarının müdahalesiyle gerçekleşir. Söz konusu DNA'ya bağımsız olarak gerekli enzimleri ekleyerek onu özel hazırlanmış bir sıvı ortama yerleştirirler.

Son sonuç

DNA gelişiminin süreci ve nihai sonucu, mutasyonlar gibi çeşitli faktörlerden etkilenebilir. Bu, analiz sonucunun güvenilir ve güvenilir olması için madde örneklerinin incelenmesini gerekli kılar. Bir örnek babalık testidir. Ancak mutasyon gibi olayların nadir görülmesine sevinmeden edemiyoruz. Ancak analize dayalı olarak daha doğru bilgi elde etmek için madde numuneleri her zaman yeniden kontrol edilir.

Bitki DNA'sı

Yüksek sıralama teknolojileri (HTS) sayesinde genomik alanında bir devrim yapıldı; bitkilerden DNA ekstraksiyonu da mümkün. Elbette, bitki materyalinden yüksek kaliteli moleküler ağırlıklı DNA elde etmek, mitokondri ve kloroplast DNA'nın çok sayıda kopyasının yanı sıra yüksek düzeyde polisakkaritler ve fenolik bileşikler nedeniyle bazı zorluklar doğurmaktadır. Bu durumda ele aldığımız yapıyı izole etmek için çeşitli yöntemler kullanılır.

DNA'daki hidrojen bağı

DNA molekülündeki hidrojen bağı, elektronegatif bir atoma bağlı pozitif yüklü bir hidrojen atomu arasında oluşturulan elektromanyetik çekimden sorumludur. Bu dipol etkileşimi kimyasal bağ kriterini karşılamıyor. Ancak moleküller arası veya molekülün farklı kısımlarında yani molekül içi olarak meydana gelebilir.

Bağın donörü olan elektronegatif atoma bir hidrojen atomu bağlanır. Elektronegatif bir atom nitrojen, flor veya oksijen olabilir. Merkezileşme yoluyla, hidrojen çekirdeğindeki elektron bulutunu kendine çeker ve hidrojen atomunu (kısmen) pozitif yüklü hale getirir. H'nin boyutu diğer molekül ve atomlara göre küçük olduğundan yükü de küçüktür.

DNA kod çözme

Bilim insanları bir DNA molekülünü deşifre etmeden önce çok sayıda hücre alıyor. En doğru ve başarılı çalışma için yaklaşık bir milyona ihtiyaç vardır. Çalışma sırasında elde edilen sonuçlar sürekli karşılaştırılarak kayıt altına alınır. Günümüzde genom kod çözme artık nadir görülen bir işlem değil, erişilebilir bir prosedür.

Elbette tek bir hücrenin genomunu çözmek pratik olmayan bir çalışmadır. Bu tür çalışmalar sırasında elde edilen veriler bilim adamlarının ilgisini çekmiyor. Ancak şu anda mevcut olan tüm kod çözme yöntemlerinin, karmaşıklıklarına rağmen yeterince etkili olmadığını anlamak önemlidir. DNA'nın yalnızca %40-70'ini okumanıza izin verecekler.

Ancak Harvard profesörleri geçtiğimiz günlerde genomun %90'ının çözülebileceği bir yöntemi duyurdular. Teknik, izole edilmiş hücrelere primer moleküllerin eklenmesine dayanır, bunların yardımıyla DNA replikasyonu başlar. Ancak bu yöntemin bile başarılı olduğu söylenemez; bilimde açıkça kullanılmadan önce yine de iyileştirilmesi gerekiyor.

Deoksiribonükleik asit veya DNA, yaşamın yapı taşı, canlıların evrimi boyunca genetik verilerin nesilden nesile aktarılmasını sağlayan biyolojik hafıza kodudur. DNA çift sarmal şeklinde yapılır ve ayrıca çeşitli RNA ve protein türlerinin yapısı hakkında bilgi içerir. Kimyasal olarak DNA, tekrarlanan nükleotid bloklarından oluşan uzun bir polimer molekülüdür. Bununla birlikte, biyolojik açıdan bakıldığında, DNA, yaşamı en ince düzeyde anlamanın anahtarıdır; genom üzerinde yapılan deneylere bir çıkış yoludur; bu, DNA kodunun deşifre edilmesine ve doğal varlıklardan bağımsız bir yaratıklar sınıfı olarak insanlığın geleceğine olanak sağlar. evrim. 1953 yılında DNA'nın yapısını çözen üç bilim insanı, 1962 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü aldı.

Bununla birlikte, Loch Ness'in derinliklerinde gerçekte kimin yaşadığına dair mevcut tüm versiyonlar arasında, Nessie'nin (İskoçya'daki Loch Ness'te yaşadığı varsayılan canavara sık sık böyle denir) gerçekliğine inananları gerçekten hayal kırıklığına uğratmak istemiyorum. , bu en makul geliyor. Elbette bilim adamları Nessie'nin yılan balığı olduğunu %100 kesin olarak söyleyemezler, ancak böyle düşünmek için iyi nedenleri vardır. Yani büyük olasılıkla Nessie, yüzle ilgili hikayenin tekrarından başka bir şey olmayacak. Bunu hatırladın mı? Onun hakkında çok konuştular ve daha sonra ünlü yüzün Mars rüzgarının, suyunun ve vahşi insan hayal gücünün yaratıcılığından başka bir şey olmadığı ortaya çıktı.

Dünyanın farklı yerlerinden bilim insanları, sonuçta kendi türlerini bağımsız olarak üretebilen robotlar yaratmak için yapay ve canlı organizmalar arasındaki çizgiyi bulanıklaştırmaya çalışıyor. Buna yönelik ilk adım yakın zamanda Cornell Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından atıldı; canlı organizmaların üç temel özelliğini gösteren biyolojik materyal oluşturdular: kendi kendini organize etme, metabolik yetenek ve gelişme.



 

Şunu okumak yararlı olabilir: