DNK molekulasi ikkitadan iborat. Deoksiribonuklein kislotasi

Maktab biologiya kursidan hamma biladiki, DNK barcha tirik mavjudotlar haqidagi ma'lumotlarni saqlaydigan "ma'lumotlar banki". Aynan DNK tirik organizmlarning ko'payishi paytida ularning rivojlanishi va faoliyati to'g'risidagi ma'lumotlarni uzatish imkonini beradi. Dezoksiribonuklein kislotasi barcha tirik mavjudotlarning asosidir. Aynan shu molekula tufayli barcha organizmlar o'z populyatsiyasini saqlab qolishga qodir. Inson DNKsi haqida nimalarni bilasiz?

1869 yilda dunyo DNKning mavjudligi haqida bilib oldi: bu kashfiyot Iogan Fridrix Misher tomonidan qilingan. Va deyarli 100 yil o'tgach (1953) ikkita taniqli olim shov-shuvli kashfiyot qildi: DNK qo'sh spiraldan iborat. Bu olimlar Frensis Krik va Jeyms Uotson edi. O'shandan beri, 50 yildan ortiq vaqt davomida butun dunyo olimlari DNKning barcha sirlarini ochishga harakat qilishdi.

Inson DNKsi - hal qilingan sir:

- Sayyoradagi barcha odamlarning DNKsi 99,9% bir xil va faqat 0,1% noyobdir. Aynan shu 0,1% bizning kimligimiz va qanday ekanligimizga ta'sir qiladi. Ba'zan shunday bo'ladiki, bu qiymat (0,1%) o'zini juda kutilmagan tarzda namoyon qiladi: bolalar o'z ota-onalariga o'xshamaydi, balki ota-onalardan birining buvisi yoki bobosi, ba'zan esa undan ham uzoqroq ajdodlar kabi tug'iladi. paydo bo'ladi.

- Biz 30% salat va 50% bananmiz! Va bu haqiqat: har birimizning DNKimiz, yoshi, jinsi, terining rangi va boshqa xususiyatlaridan qat'i nazar, marul barglari va bananlarning DNKsi bilan mos ravishda 30 va 50 foizga bir xil.

- Eritrositlar (qizil qon tanachalari) DNKga ega bo'lmagan yagona hujayralardir.

- Inson DNKsida 80 ming gen mavjud bo'lib, ulardan 200 tasi bakteriyalardan meros bo'lib o'tgan.

- Juda kamdan-kam hollarda 1 emas, balki 2 ta DNK to'plamiga ega bo'lgan odamlar tug'iladi. Bunday odamlarni ximerlar deb atashadi, ularning tanasidagi organlar turli xil DNKga ega.

- Odamlarda shimpanzelarga qaraganda atigi 2 ta kam xromosoma bor.

- Inson genetik kodi 2 ta ma'noga ega. Ilgari bu qiymat 1 deb hisoblangan, ammo amerikalik olim Jon Stamatoyannopulos va uning jamoasi ikkinchi qiymatni 2013 yilda kashf etgan. Ushbu kashfiyot tufayli G'arb tibbiyoti inson genomini o'rganish yo'nalishi bo'yicha rivojlana boshladi, bu kelajakda "genetik" davolanishga imkon beradi.

- Kosmosda ba'zi taniqli shaxslarning raqamli DNKsini saqlaydigan "O'lmaslik diski" mavjud.

- Sayyoramizda tirik organizmlar mavjud bo'lib, ularning DNKlari eng qulay yashash sharoitlarida ularga boqiylikni ta'minlay oladi. Ammo inson ulardan biri emas.

Va bu kichik molekulaning barcha sirlari emas, ularsiz Yerda hayot imkonsiz bo'ladi.

DNKga yangi qarash

DNK ko'pchiligimiz uchun chuqur sirdir. Biz bu so'zni eshitamiz, uning ma'nosini tushunganga o'xshaymiz, lekin bu narsa qanchalik murakkab va nima uchun kerak bo'lganini tasavvur ham qilmaymiz. Shunday qilib, keling, buni birgalikda aniqlashga harakat qilaylik. Birinchidan, maktabda bizga nima o'rgatilgani haqida gapiraylik, keyin esa bizga o'rgatilmagan narsalar haqida.

DNK (deoksiribonuklein kislotasi) insonning asosiy dasturidir. Kimyoviy nuqtai nazardan, bu juda uzun polimer molekulasi bo'lib, bir-birining atrofida aylanadigan ikkita zanjirga o'xshaydi. Har bir zanjir nukleotidlar deb ataladigan takrorlanuvchi "qurilish bloklari" dan iborat. Har bir nukleotid quyidagilardan iborat shakar (dezoksiriboza), fosfat guruhi va aslida azotli asos. Zanjirdagi nukleotidlar orasidagi bog'lanishlar dezoksiriboza va fosfat guruhi tomonidan hosil bo'ladi. Va azotli asoslar ikki spiral zanjir orasidagi bog'lanishni ta'minlaydi. Ya'ni tirik materiyaning haqiqiy yaratilishi. To'rt turdagi asoslar mavjud. Va genetik kodni tashkil etadigan ularning ketma-ketligi.

Inson genetik kodi biz uchun xos bo'lgan barcha xususiyatlar va fazilatlar uchun mas'ul bo'lgan uch milliardga yaqin DNK tayanch juftlarini va 23 000 ga yaqin genlarni (oxirgi hisobda) o'z ichiga oladi. Bu biz tabiatdan olgan hamma narsani, shuningdek, ota-onalarimiz va ularning ota-onalarimizdan meros bo'lgan narsalarni o'z ichiga oladi. Gen - tirik organizmdagi irsiyat birligi. Unda ko'z rangi, buyrakni qanday yaratish va Altsgeymer kasalligi kabi irsiy kasalliklar haqida ma'lumot bo'lishi mumkin. Demak, irsiyat nafaqat ota-onaning fazilatlari, balki insonning umumiy fazilatlari hamdir. Aytishimiz mumkinki, genlar ota-onamizdan meros bo'lib qolgan o'ziga xos xususiyatlar bilan bir qatorda bizda insoniy bo'lgan hamma narsani o'z ichiga oladi. RNK (ribonuklein kislotasi) haqida ham eshitgan bo'lishingiz mumkin. U transkripsiya jarayonida ishtirok etadi, bu aslida oqsillarni ishlab chiqarish va boshqarishni boshlaydi. DNK - bu RNK yaratilgan shablon va jarayon davom etadigan dastur.

Ehtiyotkorlik bilan tinglang: bu kichik juft spiral molekulasini faqat juda kuchli elektron mikroskop bilan ko'rish mumkin. Ammo u uch milliard qismdan iborat! Bu qismlar qanchalik kichikligini tasavvur qila olasizmi? Biz aslida Rozalind Franklin tomonidan olingan rentgen nurlari diffraktsiyasi ma'lumotlari asosida 1953 yilda Angliyada Uotson va Krik tomonidan kashf etilgan DNK shaklini ko'rmoqdamiz.<…>

Olimlar 2001 yilning fevralida butun DNK molekulasining tuzilishini chiza olishlari uchun yana 43 yil kerak bo'ldi.<…>

Keyin haqiqiy ish boshlandi, chunki strukturani o'rganish faqat DNKning umumiy kimyoviy tuzilishini ko'rsatdi. Tasavvur qiling, bu ulkan kitobdagi harflar. Endi olimlar har bir harfni bilishar edi, lekin bu qanday til ekanligini bilmas edilar! Ular butun rasmni ko'rish, kitobdagi so'zlarni tushunish va genlarni topish uchun tilni ochishlari kerak edi. Aynan o'shanda ular voqealar kutilmagan tarzda burilish yasayotganini payqashdi. Mamlakatning eng yaxshi olimlari va eng kuchli kompyuterlari inson genomining kimyoviy tuzilishida ko'rishni kutgan kodlarni topish uchun kurashdilar.

Biz uch o'lchovli fikr yuritamiz. Bu haqda hech narsa qila olmaysiz. Bu bizning haqiqatimiz va biz undan qochib qutula olmaymiz. Ammo bu ko'pincha katta rasmni ko'rishimizga to'sqinlik qiladi. Hozir fan koinot va undagi hamma narsa ko'p o'lchovli ekanligini baland ovozda e'lon qila boshladi. Demak, ertami-kechmi biz bunday modelga mos keladigan matematikani ixtiro qilishimiz, shuningdek, yangi fizik qonunlarni kashf etishimiz va kengroq fikrlashni o'rganishimiz kerak bo'ladi. Shu bilan birga, olimlar inson genomi chiziqli va butun inson genetik tuzilishi uch milliard "harf" DNKda joylashganligi haqida juda jiddiy taxminlar qilmoqdalar. Ammo bu unday emas.<…>

Barcha mantiqlardan farqli o'laroq, olimlar kodlarni topa olmadilar, garchi ular o'sha erda ekanligini bilishgan. Ular har qanday til yaratadigan simmetriyani izlash uchun kodlarni buzishga qodir eng yaxshi zamonaviy kompyuterlardan foydalanganlar. Va ular uni topdilar. Bu kashfiyot ularning aqllarini puchga chiqargan va shu bilan birga asrning eng katta biologik sirini taqdim etgan bo‘lsa kerak.

Eng murakkab inson genomining butun kimyoviy tuzilishidan faqat 4% kodni olib yuradi! Faqat protein kodlovchi DNK genlarni ishlab chiqarish uchun aniq kodni o'z ichiga oladi va uning mavjudligi juda aniq edi. Bu shunchalik uch o'lchovliki, siz genlar ketma-ketligidagi boshlang'ich va to'xtash belgilarini tom ma'noda ko'rishingiz mumkin! Zamonaviy kompyuter kodlari singari, kimyo bizning taxminlarimizga moslashtirildi, ammo inson genomining faqat kichik bir qismi inson tanasining 23 000 genini ishlab chiqarishga yordam berdi. Qolgan hamma narsa go'yo "bema'ni" edi.

Keling, bunday umidsizlikka o'xshashlik keltiraman. Bizning tepamizda uchuvchi likopcha paydo bo'ladi. U hayratlanarli fokuslar qiladi - havoda muallaq turish, tortishish kuchiga qarshi turish va o'zini uchar likopchadan kutgandek tutish. Keyin u erga tushadi. Biz yaqinlashamiz va ichkarida hech kim yo'qligini tushunamiz. Ko'rinishidan, bu Yerga yuborilgan robot-zond. To'satdan, plastinkaning tepasi ko'tarilib, eng yaxshi olimlarni uning qanday ishlashini ko'rishga taklif qiladi. Biz qandaydir sirlarni yechishga yaqin ekanligimizni anglab, juda hayajondamiz. Biz yangi fizikani kashf qilmoqchimiz! Biz dvigatelni qidira boshlaymiz va bizni ajablantiradigan narsa kutmoqda: dvigatel bo'linmasi qandaydir axlat bilan to'ldirilgan! Yo'q, bu ko'proq biz idishlarga to'ldiruvchi sifatida soladigan ko'pikli granulalarga o'xshaydi. Bu granulalar bir-biriga aniq bog'langan, ularning ba'zilari hatto harakat qilishadi, lekin ular hech narsa qilmaydi. Ushbu materialda ko'rinadigan tuzilish yo'q; u shunchaki bo'sh joyni to'ldiradi. Siz "to'ldirish" ni belkurak bilan qazasiz, chelakdan keyin chelakni uloqtirasiz va nihoyat undan simlar chiqadigan mayda yaltiroq narsalarni topasiz. Shubhasiz, bu ob'ekt dvigatel, kemaning yuragi. Shunday qilib, Littel! Qo'lingizning kaftiga sig'adi va hamma narsani boshqaradi! Siz uni boshlashga harakat qilyapsiz. Va keyin ma'lum bo'lishicha, "to'ldiruvchi" bo'lmasa, uchuvchi likopcha uchishni xohlamaydi. Siz granulalarni yana quyasiz - va plastinka yana uchadi! Shunday qilib, "to'ldiruvchi" nimadir qiladimi? Yoki yo'q? Qanday qilib to'ldiruvchi biror narsa qila oladi? Xato aniq. Biz dvigatelni ko'rishni kutgandik - yaltiroq, simli, chiziqli va tuzilishida to'liq narsa - va biz uni topdik. Bizga "plomba" yoki "qadoqlash" kabi tuyulgan narsalarni darhol tashladik. Nazorat nima ekanligini va metafora nima ekanligini tushunasizmi?

Bu hazil bo'lib chiqdi. DNK uch milliard qismdan iborat bo'lib, ularning aksariyati hech narsa qilmaydi! Faqat to'rt foizigina barcha ishlarni bajaradi! Qanday bema'nilik! Biz bilamizki, tabiat juda oqilona. Biz tirik mavjudotlar evolyutsiyasini hayotimizning bir davrida ham kuzatishimiz mumkin va tabiatning qanchalik maqsadli ekanligini tushunamiz. Agar baliq er osti g'origa qamalgan bo'lsa, o'n yildan keyin ularning ko'zlari yo'qoladi. Tabiat kerak bo'lmagan hamma narsani yo'q qiladi va biz buni hamma joyda ko'ramiz. Biroq, bizning DNKmizning 96 foizi shunchaki axlatdir! Biz, evolyutsiya cho'qqisi, 96% axlatmizmi? Bu biz tabiatda kuzatadigan hamma narsaga zid keladi, lekin aynan shunday bo'ldi. DNKning oqsillarni kodlamaydigan qismlari hatto eng yaxshi aqlli odamlar tomonidan ham "axlat" deb e'lon qilingan. Protein bo'lmagan kodlash hududlari tasodifiy edi, hech qanday simmetriya yoki aniq maqsadga ega emas edi va foydasiz bo'lib tuyuldi.

3D bo'lmagan fikrlovchilar bilan tanishing

Keling, uchar likopchamizga yangi g'oyalar bilan yondashishga harakat qilaylik. Ehtimol, bu tartibsiz ko'rinadigan "to'ldiruvchi" umuman dvigatelning bir qismi emas. Balki bu xaritadir! Axir, kema qaerga ketayotganini bilishi kerak. Keyin siz buni boshqa turdagi karta deb o'ylaysiz. Balki kvant holatida kemaga kvant xaritasi kerakdir? Bu nima bo'lishi mumkin? Uning chiziqli dunyoda mavjud bo'lishiga imkon beradigan, ammo kemani uch o'lchamda boshqarish uchun kichkina yaltiroq dvigatelga ko'rsatmalar berishi mumkin bo'lgan narsa bo'lishi kerak. Bunday holda, biz kemaning ko'p o'lchovli xususiyatlarga ega ekanligini bilamiz, chunki u o'z massasini nazorat qila oladi. Shuningdek, biz kvant fizikasidan bilamizki, biz ko'p o'lchovli dunyoga o'tganimizda, biz bilgan vaqt va makon mavjud bo'lishni to'xtatadi. Bu ikki tushuncha potentsiallar bilan almashtiriladi va uchinchi o'lchovda biz uchun juda kam ma'noga ega bo'lgan "hodisalar qoidalari" ning mutlaqo chiziqli bo'lmagan va chalkash ko'pligi bilan almashtiriladi. Shunday qilib, g'alati va tartibsiz "to'ldiruvchi" umuman tartibsiz emas - bu 3D mavjudotlarga (siz, men va olimlar) xuddi shunday ko'rinadi! Dvigatel kemani harakatlantirish qobiliyatiga ega bo'lishi uchun u aynan qaerda bo'lishi kerak. Aytishingiz mumkinki, "to'ldiruvchi" vosita modifikatoridir va u sezilarli miqdorda bo'lishi kerak, chunki u dvigatelga ko'p o'lchovli tarzda qanday harakat qilish haqida "aytib berish" uchun juda ko'p narsaga ega.

Yillar davomida biz "arzimas DNK" atamasi bilan toqat qildik. Biroq, birdan biz boshqacha o'ylay boshladik. "Agar .. bo'lsa nima bo'ladi,- dedi kimdir, - axlatda kod yo'q, chunki u erda bo'lmasligi kerakmi? Agar DNKning 96% kodlangan qismlarni boshqaradigan chiziqli bo'lmagan kvant qoidalarini o'z ichiga olsa-chi? Bu mutlaqo yangi va munozarali kontseptsiya - lekin hech bo'lmaganda u cheklangan 3D mantiqidan tashqariga chiqadi!

CBS News tomonidan 2007-yil 13-iyulda San-Diegodagi Kaliforniya universitetining xabari:

Amerikalik olimlarning ta'kidlashicha, "keraksiz DNK" - inson genomining 96 foizi foydasiz bo'lib ko'rinib turibdi - bu uning nomidan ko'ra muhimroq rol o'ynashi mumkin. Xalqaro olimlar guruhi keraksiz DNKning bir qismi qolgan 4% ni to'g'ri tashkil etishga yordam beradigan ramka yaratishga xizmat qilishi mumkinligini aniqladi. "Ba'zi keraksiz DNKlarni tinish belgilari, vergullar va nuqtalar deb hisoblash mumkin, bu genomning kodlangan bo'limlari ma'nosini tushunishga yordam beradi", deydi ushbu nazariyaning hammuallifi Viktoriya Lunyak, KUSD tadqiqotchisi.

O'ylaymanki, biz biologiyamizning ko'p o'lchovli jihatini ko'ra boshlaymiz, bu juda katta! Agar bizning DNKmizning 96% qolgan 4% uchun ko'rsatmalar to'plami bo'lsa-chi? Keyin bu qism umuman xaotik emas, faqat 3D fikrlash uchun shunday ko'rinadi. Tinish belgilari alifbodagi harflardek ko'rinishi mumkinmi? Yo'q. Keyin u nima? Ularda simmetriya bormi? Ular qandaydir tarzda talaffuz qilinadimi? Yo'q. Tilimizdagi tinish belgilariga qarasangiz, ular tasodifiy tartibda joylashtirilgandek tuyulishi mumkin. Agar siz, masalan, til va uning tuzilishi haqida hech narsa bilmasdan ushbu sahifaga qaragan bo'lsangiz, tinish belgilari sizga ma'nosiz tuyuladi. Ularda simmetriya yo'q. Agar siz ushbu sahifani superkompyuter orqali ishga tushirsangiz, u tinish belgilarini emas, balki so'zlarni va ularning ehtimoliy ma'nosini aniqlaydi.

O'ylab ko'r. Biz uchar likopchadan izlayotgan dvigatel aslida o‘sha yerda edi. Ushbu 4% protein kodlash qismi "yorqin vosita" bo'lib xizmat qiladi. Va "axlat" 96%, donador plomba moddasiga o'xshaydi. Endi biz butunlay boshqacha narsa sodir bo'layotganiga shubha qilamiz va 96% aslida ko'p o'lchovli konstruktor naqshlari va 4% shunchaki uning dizayniga bo'ysunadigan dvigatel bo'lishi mumkin.

Bu nisbat sizga qiziq emasmi? Kryon ta'limotiga ko'ra, DNKning atigi 8% uchinchi o'lchovda, qolganlarini esa 92% DNK boshqaradi.

Biz DNK biz kutganimizdan ancha boshqacha ishlashini va u shunchaki kimyoviy o'qilishi mumkin bo'lgan koddan ham murakkabroq ekanligini bosqichma-bosqich tan olishning guvohi bo'lishimiz mumkin.

Kryon va Li Kerrollning "DNKning o'n ikki qatlami" kitobidan parchalar

(RNK bilan birga), ular polimerlar, aniqrog'i, polinukleotidlar (monomer - nukleotid).

DNK hujayra bo'linishi paytida genetik kodni saqlash va uzatish uchun javobgardir. Aynan DNK molekulalari orqali irsiyat va o'zgaruvchanlik amalga oshiriladi. RNK ning barcha turlari DNK dan sintezlanadi. Bundan tashqari, turli xil RNK turlari birgalikda hujayra oqsillarining sintezini ta'minlaydi, ya'ni ular genetik ma'lumotni amalga oshiradilar.

Eukaryotik hujayralarda DNKning katta qismi yadroda joylashgan bo'lib, u erda maxsus oqsillar bilan xromosomalarni hosil qiladi. Prokaryotik hujayralarda bitta yirik dumaloq (yoki chiziqli) DNK molekulasi (shuningdek, oqsillar bilan kompleksda) mavjud. Bundan tashqari, eukaryotik hujayralar mitoxondriya va xloroplastlarda o'z DNKlariga ega.

DNK holatida har bir nukleotid 1) azotli asosdan iborat bo'lib, u adenin, guanin, sitozin yoki timin bo'lishi mumkin, 2) dezoksiriboza, 3) fosfor kislotasi.

DNK zanjiridagi nukleotidlar ketma-ketligi molekulaning birlamchi tuzilishini belgilaydi. DNK molekulaning ikkilamchi tuzilishi bilan ikkilamchi spiral shaklida (ko'pincha o'ng qo'l) bilan tavsiflanadi. Bunda ikkita DNK zanjiri bir-biriga komplementar azotli asoslar orasida hosil bo'lgan vodorod bog'lari orqali bog'lanadi.

Adenin timinga, guanin esa sitozinga komplementar hisoblanadi. Adenin va timin o'rtasida ikkita, guanin va sitozin o'rtasida uchta vodorod aloqasi hosil bo'ladi. Shunday qilib, guanin va sitozin bir-biriga biroz qattiqroq bog'langan (garchi vodorod aloqalari printsipial jihatdan zaif bo'lsa ham). Bog'larning soni molekulalarning strukturaviy xususiyatlari bilan belgilanadi.

Adenin va guanin purinlar bo'lib, ikkita halqadan iborat. Timin va sitozin bir halqali pirimidin asoslaridir. Shunday qilib, ikkita DNK zanjirining orqa suyaklari (almashinadigan dezoksiriboza va fosfor kislotasidan iborat) o'rtasida har xil zanjirlarning har qanday juft nukleotidlari uchun har doim uchta halqa mavjud (chunki ikki halqali purin har doim faqat ma'lum bir halqani to'ldiradi. pirimidin). Bu DNK molekulasining iplari orasidagi kenglikni butun davomida bir xil saqlashga imkon beradi (taxminan 2,3 nm).

Spiralning bir burilishida taxminan 10 ta nukleotid mavjud. Bitta nukleotidning uzunligi taxminan 0,34 nm. DNK molekulalarining uzunligi odatda juda katta bo'lib, millionlab nukleotidlardan oshadi. Shuning uchun, hujayra yadrosiga yanada ixchamroq joylashish uchun DNK turli darajadagi "supercoiling" dan o'tadi.

DNK dan ma'lumotni o'qiyotganda (ya'ni, unda RNKni sintez qilish) bu jarayon deyiladi transkripsiya) despiralizatsiya sodir bo'ladi (spiralizatsiyaning teskari jarayoni), ikkita zanjir maxsus ferment ta'sirida ajralib chiqadi. Vodorod aloqalari zaif, shuning uchun zanjirlarning ajralishi va keyinchalik o'zaro bog'lanishi kam energiya sarfi bilan sodir bo'ladi. RNK DNKdan bir xil komplementarlik printsipiga muvofiq sintezlanadi. Faqat RNKdagi timin o'rniga urasil adeninni to'ldiradi.

DNK molekulalarida yozilgan genetik kod bitta aminokislota (oqsil monomeri) ni ifodalovchi tripletlardan (uch nukleotidlar ketma-ketligi) iborat. Biroq, ko'pchilik DNK oqsillarni kodlamaydi. Molekulaning bunday qismlarining ahamiyati turlicha bo'lib, asosan to'liq tushunilmagan.

Hujayra bo'linishdan oldin DNK miqdori har doim ikki baravar ko'payadi. Bu jarayon deyiladi replikatsiya. U tabiatan yarim konservativdir: bitta DNK molekulasining zanjirlari ajralib chiqadi va ularning har biri o'zining yangi to'ldiruvchi zanjiri bilan yakunlanadi. Natijada, bitta qo'sh zanjirli DNK molekulasidan birinchisiga o'xshash ikkita ikki zanjirli DNK olinadi.

DNKda polinukleotid zanjirlari ko'p yo'nalishli, ya'ni bitta zanjirning uchi 5" bo'lgan (dezoksiribozaning beshinchi uglerod atomiga fosfor kislotasi qoldig'i biriktirilgan), ikkinchisi 3" uchiga ega (fosfor kislotasidan xoli uglerod).

Replikatsiya va transkripsiya jarayonida sintez har doim 5" uchidan 3" uchigacha bo'lgan yo'nalishda davom etadi, chunki yangi nukleotidlar faqat erkin 3" uglerod atomiga birikishi mumkin.

DNKning irsiy ma'lumot uchun javobgar bo'lgan modda sifatida tuzilishi va roli 20-asrning 40-50-yillarida aniqlangan. 1953 yilda D.Uotson va F.Krik DNKning ikki zanjirli tuzilishini aniqladilar. Ilgari E.Chargaff DNKda timin miqdori doimo adeninga, guanin miqdori esa sitozinga mos kelishini aniqlagan.

TO nuklein kislotalar gidroliz jarayonida purin va pirimidin asoslariga, pentoza va fosfor kislotasiga parchalanadigan yuqori polimerli birikmalar kiradi. Nuklein kislotalar tarkibida uglerod, vodorod, fosfor, kislorod va azot mavjud. Nuklein kislotalarning ikkita klassi mavjud: ribonuklein kislotalar (RNK) Va deoksiribonuklein kislotalar (DNK).

DNKning tuzilishi va funktsiyalari

DNK- monomerlari deoksiribonukleotidlar bo'lgan polimer. DNK molekulasining fazoviy tuzilishining qo‘sh spiral ko‘rinishidagi modeli 1953 yilda J. Uotson va F. Krik tomonidan taklif qilingan (bu modelni qurish uchun ular M. Uilkins, R. Franklin, E. Chargaff ishlaridan foydalanganlar. ).

DNK molekulasi ikkita polinukleotid zanjiridan hosil bo'lgan, bir-birining atrofida spiral shaklida va birgalikda xayoliy o'q atrofida, ya'ni. qo'sh spiraldir (ba'zi DNK o'z ichiga olgan viruslar bir zanjirli DNKga ega bo'lishi bundan mustasno). DNK qo'sh spiralining diametri 2 nm, qo'shni nukleotidlar orasidagi masofa 0,34 nm va spiralning har bir aylanishida 10 juft nukleotid mavjud. Molekulaning uzunligi bir necha santimetrga yetishi mumkin. Molekulyar og'irlik - o'nlab va yuzlab millionlar. Inson hujayrasi yadrosidagi DNK ning umumiy uzunligi 2 m ga yaqin eukaryotik hujayralarda DNK oqsillar bilan komplekslar hosil qiladi va o'ziga xos fazoviy konformatsiyaga ega.

DNK monomeri - nukleotid (deoksiribonukleotid)- uchta moddaning qoldiqlaridan iborat: 1) azotli asos, 2) besh uglerodli monosaxarid (pentoza) va 3) fosfor kislotasi. Nuklein kislotalarning azotli asoslari pirimidinlar va purinlar sinflariga kiradi. DNK pirimidin asoslari(molekulasida bitta halqa bor) - timin, sitozin. Purin asoslari(ikkita halqasi bor) - adenin va guanin.

DNK nukleotid monosaxaridi deoksiribozadir.

Nukleotidning nomi mos keladigan asos nomidan olingan. Nukleotidlar va azotli asoslar bosh harflar bilan ko'rsatilgan.

Polinukleotid zanjiri nukleotidlarning kondensatsiyalanish reaksiyalari natijasida hosil bo'ladi. Bunda bir nukleotidning dezoksiriboza qoldig'ining 3"-uglerod bilan boshqasining fosfor kislotasi qoldig'i o'rtasida. fosfoester aloqasi(kuchli kovalent aloqalar toifasiga kiradi). Polinukleotid zanjirining bir uchi 5" uglerod (5" uchi deb ataladi), ikkinchi uchi 3" uglerod (3" uchi) bilan tugaydi.

Nukleotidlarning bir zanjiri qarshisida ikkinchi zanjir joylashgan. Ushbu ikkita zanjirdagi nukleotidlarning joylashishi tasodifiy emas, balki qat'iy belgilangan: timin har doim boshqa zanjirdagi bir zanjirning adeniniga qarama-qarshi joylashgan va sitozin har doim guanin qarshisida joylashgan, adenin va timin o'rtasida ikkita vodorod aloqasi va uchtasi guanin va sitozin o'rtasida vodorod aloqalari paydo bo'ladi. Turli DNK zanjirlarining nukleotidlari qat'iy tartibga solingan (adenin - timin, guanin - sitozin) va bir-biri bilan tanlab bog'langan naqsh deyiladi. bir-birini to'ldirish printsipi. Shuni ta'kidlash kerakki, J. Uotson va F. Krik bir-birini to'ldirish tamoyilini E. Chargaff asarlari bilan tanishgandan keyin tushungan. E. Chargaff turli organizmlarning to'qimalari va organlarining ko'p sonli namunalarini o'rganib chiqib, har qanday DNK fragmentida guanin qoldiqlari tarkibi har doim sitozin tarkibiga, adenin esa timinga to'liq mos kelishini aniqladi ( "Chargaff qoidasi"), lekin u bu haqiqatni tushuntira olmadi.

Komplementarlik tamoyilidan kelib chiqadiki, bir zanjirning nukleotidlar ketma-ketligi ikkinchisining nukleotidlar ketma-ketligini aniqlaydi.

DNK iplari antiparallel (ko'p yo'nalishli), ya'ni. Turli zanjirlarning nukleotidlari qarama-qarshi yo'nalishda joylashgan va shuning uchun bir zanjirning 3" uchiga qarama-qarshi tomonda ikkinchisining 5" uchi joylashgan. DNK molekulasi ba'zan spiral zinapoyaga qiyoslanadi. Ushbu zinapoyaning "panjarasi" shakar-fosfat magistralidir (deoksiriboza va fosfor kislotasining o'zgaruvchan qoldiqlari); "Qadamlar" bir-birini to'ldiruvchi azotli asoslardir.

DNK funktsiyasi- irsiy axborotni saqlash va uzatish.

DNK replikatsiyasi (reduplikatsiya)

- o'z-o'zini ko'paytirish jarayoni, DNK molekulasining asosiy xususiyati. Replikatsiya matritsa sintez reaktsiyalari toifasiga kiradi va fermentlar ishtirokida sodir bo'ladi. Fermentlar ta'sirida DNK molekulasi ochiladi va har bir zanjir atrofida komplementarlik va antiparallelizm tamoyillariga muvofiq shablon vazifasini bajaradigan yangi zanjir quriladi. Shunday qilib, har bir qiz DNKda bitta zanjir ona zanjiri, ikkinchisi esa yangi sintezlanadi. Ushbu sintez usuli deyiladi yarim konservativ.

Ko'paytirish uchun "qurilish materiali" va energiya manbai deoksiribonukleozid trifosfatlar(ATP, TTP, GTP, CTP) uchta fosforik kislota qoldig'ini o'z ichiga oladi. Dezoksiribonukleozid trifosfatlar polinukleotid zanjiriga kiritilganda, ikkita terminal fosfor kislotasi qoldiqlari ajraladi va bo'shatilgan energiya nukleotidlar o'rtasida fosfodiester bog'lanish hosil qilish uchun sarflanadi.

Replikatsiyada quyidagi fermentlar ishtirok etadi:

  1. helikazlar ("echish" DNK);
  2. beqarorlashtiruvchi oqsillar;
  3. DNK topoizomerazlari (kesilgan DNK);
  4. DNK polimerazalari (deoksiribonukleozid trifosfatlarni tanlab, ularni DNK shablon zanjiriga qo'shib qo'ying);
  5. RNK primazalari (RNK primerlarini hosil qiladi);
  6. DNK ligazalari (DNK qismlarini bir-biriga bog'laydi).

Helikazlar yordamida DNK ma'lum bo'limlarda ochiladi, DNKning bir ipli bo'limlari beqarorlashtiruvchi oqsillar bilan bog'lanadi va replikatsiya vilkasi. 10 juft nukleotidning divergentsiyasi (spiralning bir burilishi) bilan DNK molekulasi o'z o'qi atrofida to'liq aylanishni amalga oshirishi kerak. Ushbu aylanishning oldini olish uchun DNK topoizomerazasi DNKning bir ipini kesib, ikkinchi ip atrofida aylanishiga imkon beradi.

DNK polimeraza nukleotidni faqat oldingi nukleotidning dezoksiribozasining 3" uglerodiga bog'lashi mumkin, shuning uchun bu ferment shablon DNK bo'ylab faqat bitta yo'nalishda harakatlana oladi: DNK shablonining 3" uchidan 5" uchigacha. Ona DNKda zanjirlar antiparallel bo'lganligi sababli, uning turli zanjirlarida qiz polinukleotid zanjirlari turlicha va qarama-qarshi yo'nalishda sodir bo'ladi, bu esa qiz polinukleotid zanjirining sintezi bo'ladi qiz zanjiri chaqiriladi; yetakchi. 5"-3" zanjirda - vaqti-vaqti bilan, bo'laklarda ( Okazaki parchalari), replikatsiya tugagandan so'ng, DNK ligazalari tomonidan bir ipga tikiladi; bu bolalar zanjiri chaqiriladi orqada qolish (orqada qolish).

DNK polimerazasining o'ziga xos xususiyati shundaki, u faqat o'z ishini boshlashi mumkin "urug'lar" (primer). "Primerlar" rolini RNK primazasi fermenti tomonidan hosil qilingan va shablon DNK bilan bog'langan qisqa RNK ketma-ketliklari bajaradi. RNK primerlari polinukleotid zanjirlarini yig'ish tugagandan so'ng chiqariladi.

Replikatsiya prokaryotlar va eukariotlarda xuddi shunday davom etadi. Prokariotlarda DNK sintezi tezligi eukariotlarga (sekundiga 100 nukleotid) nisbatan kattaroqdir (sekundiga 1000 nukleotid). Replikatsiya bir vaqtning o'zida DNK molekulasining bir nechta qismlarida boshlanadi. Replikatsiyaning bir kelib chiqishidan boshqasiga DNK fragmenti replikatsiya birligini hosil qiladi - replikon.

Replikatsiya hujayra bo'linishidan oldin sodir bo'ladi. DNKning bu qobiliyati tufayli irsiy ma'lumot ona hujayradan qiz hujayralarga o'tadi.

Ta'mirlash ("ta'mirlash")

Kompensatsiyalar DNKning nukleotidlar ketma-ketligiga zarar yetkazish jarayoni deb ataladi. Hujayraning maxsus ferment tizimlari tomonidan amalga oshiriladi ( fermentlarni tiklash). DNK strukturasini tiklash jarayonida quyidagi bosqichlarni ajratib ko'rsatish mumkin: 1) DNKni tuzatuvchi nukleazlar shikastlangan joyni taniydi va olib tashlaydi, buning natijasida DNK zanjirida bo'shliq hosil bo'ladi; 2) DNK polimeraza bu bo'shliqni to'ldiradi, ikkinchi ("yaxshi") ipdan ma'lumotni nusxalaydi; 3) DNK ligazasi nukleotidlarni "o'zaro bog'laydi", ta'mirlashni yakunlaydi.

Ta'mirlashning uchta mexanizmi eng ko'p o'rganilgan: 1) fotoreparat, 2) eksizyon yoki pre-replikativ, ta'mirlash, 3) post-replikativ tuzatish.

DNK strukturasidagi o'zgarishlar hujayrada doimo reaktiv metabolitlar, ultrabinafsha nurlanish, og'ir metallar va ularning tuzlari va boshqalar ta'sirida sodir bo'ladi.Shuning uchun tuzatish tizimlaridagi nuqsonlar mutatsiya jarayonlarining tezligini oshiradi va irsiy kasalliklarni keltirib chiqaradi (xeroderma pigmentosum, progeriya, va boshqalar.).

RNKning tuzilishi va vazifalari

- monomerlari bo'lgan polimer ribonukleotidlar. DNKdan farqli o'laroq, RNK ikkitadan emas, balki bitta polinukleotid zanjiridan hosil bo'ladi (ba'zi RNK o'z ichiga olgan viruslar ikki zanjirli RNKga ega bo'lishidan tashqari). RNK nukleotidlari bir-biri bilan vodorod aloqalarini yaratishga qodir. RNK zanjirlari DNK zanjirlariga qaraganda ancha qisqa.

RNK monomeri - nukleotid (ribonukleotid)- uchta moddaning qoldiqlaridan iborat: 1) azotli asos, 2) besh uglerodli monosaxarid (pentoza) va 3) fosfor kislotasi. RNKning azotli asoslari ham pirimidinlar va purinlar sinflariga kiradi.

RNKning pirimidin asoslari urasil va sitozin, purin asoslari esa adenin va guanindir. RNK nukleotid monosaxarid ribozadir.

Ajratish RNKning uch turi: 1) axborot(xabarchi) RNK - mRNK (mRNK), 2) transport RNK - tRNK, 3) ribosomali RNK - rRNK.

RNKning barcha turlari tarmoqlanmagan polinukleotidlar bo'lib, o'ziga xos fazoviy konformatsiyaga ega va oqsil sintezi jarayonlarida ishtirok etadi. RNKning barcha turlarining tuzilishi haqidagi ma'lumotlar DNKda saqlanadi. DNK shablonida RNKni sintez qilish jarayoni transkripsiya deb ataladi.

RNKlarni uzatish odatda 76 (75 dan 95 gacha) nukleotidlarni o'z ichiga oladi; molekulyar og'irligi - 25 000-30 000 tRNK hujayradagi umumiy RNK tarkibining taxminan 10% ni tashkil qiladi. tRNKning vazifalari: 1) aminokislotalarni oqsil sintezi joyiga, ribosomalarga tashish, 2) translatsion vositachi. Hujayrada 40 ga yaqin tRNK turlari mavjud bo'lib, ularning har biri o'ziga xos nukleotidlar ketma-ketligiga ega. Biroq, barcha tRNKlar bir nechta intramolekulyar komplementar hududlarga ega, buning natijasida tRNKlar yonca bargiga o'xshash konformatsiyaga ega bo'ladi. Har qanday tRNKda ribosoma bilan aloqa qilish halqasi (1), antikodon halqasi (2), ferment bilan aloqa qilish uchun halqa (3), akseptor poyasi (4) va antikodon (5) mavjud. Aminokislota akseptor poyasining 3" uchiga qo'shiladi. Antikodon- mRNK kodonini "identifikatsiya qiluvchi" uchta nukleotid. Shuni ta'kidlash kerakki, ma'lum bir tRNK o'zining antikodoniga mos keladigan qat'iy belgilangan aminokislotalarni tashishi mumkin. Aminokislota va tRNK o'rtasidagi bog'lanishning o'ziga xosligi aminoatsil-tRNK sintetaza fermentining xususiyatlari tufayli erishiladi.

Ribosomal RNK 3000-5000 nukleotidni o'z ichiga oladi; molekulyar og'irligi - 1 000 000-1 500 000 rRNK hujayradagi umumiy RNK tarkibining 80-85% ni tashkil qiladi. Ribosomal oqsillar bilan kompleksda rRNK ribosomalar - oqsil sintezini amalga oshiradigan organellalarni hosil qiladi. Eukaryotik hujayralarda rRNK sintezi yadrochalarda sodir bo'ladi. rRNKning vazifalari: 1) ribosomalarning zarur tarkibiy qismi va shu bilan ribosomalarning ishlashini ta'minlaydi; 2) ribosoma va tRNKning o'zaro ta'sirini ta'minlash; 3) ribosoma va mRNKning inisiator kodonining dastlabki bog'lanishi va o'qish doirasini aniqlash, 4) ribosomaning faol markazining shakllanishi.

Messenger RNKlari nukleotidlar tarkibi va molekulyar og'irligi (50 000 dan 4 000 000 gacha) turlicha. mRNK hujayradagi umumiy RNK tarkibining 5% gachasini tashkil qiladi. mRNKning funktsiyalari: 1) genetik ma'lumotni DNKdan ribosomalarga o'tkazish, 2) oqsil molekulasi sintezi uchun matritsa, 3) oqsil molekulasining birlamchi tuzilishining aminokislotalar ketma-ketligini aniqlash.

ATP ning tuzilishi va funktsiyalari

Adenozin trifosfor kislotasi (ATP)- tirik hujayralardagi universal manba va asosiy energiya akkumulyatori. ATP barcha o'simlik va hayvonlar hujayralarida mavjud. ATP miqdori o'rtacha 0,04% (hujayraning nam og'irligi), ATP ning eng katta miqdori (0,2-0,5%) skelet mushaklarida joylashgan.

ATP qoldiqlardan iborat: 1) azotli asos (adenin), 2) monosaxarid (riboza), 3) uchta fosfor kislotasi. ATP tarkibida bir emas, uchta fosfor kislotasi qoldig'i bo'lgani uchun u ribonukleozid trifosfatlarga tegishli.

Hujayralarda sodir bo'ladigan ishlarning aksariyati ATP gidrolizining energiyasidan foydalanadi. Bunda fosfor kislotasining terminal qoldig'i yo'q qilinganda ATP ADP (adenozin difosfor kislotasi), ikkinchi fosfor kislotasi qoldig'i yo'qolganda esa AMP (adenozin monofosfor kislotasi) ga aylanadi. Fosfor kislotasining terminal va ikkinchi qoldiqlarini yo'q qilishda erkin energiya chiqishi 30,6 kJ ni tashkil qiladi. Uchinchi fosfat guruhini yo'q qilish faqat 13,8 kJ chiqishi bilan birga keladi. Fosfor kislotasining terminali va ikkinchi, ikkinchi va birinchi qoldiqlari orasidagi bog'lanishlar yuqori energiyali (yuqori energiyali) deyiladi.

ATP zahiralari doimiy ravishda to'ldiriladi. Barcha organizmlarning hujayralarida ATP sintezi fosforlanish jarayonida sodir bo'ladi, ya'ni. ADP ga fosforik kislota qo'shilishi. Fosforlanish nafas olish (mitoxondriyalar), glikoliz (sitoplazma) va fotosintez (xloroplastlar) jarayonida turli intensivlikda sodir bo'ladi.

ATP energiyaning chiqishi va to'planishi bilan birga keladigan jarayonlar va energiya sarfi bilan sodir bo'ladigan jarayonlar o'rtasidagi asosiy aloqadir. Bundan tashqari, ATP boshqa ribonukleozid trifosfatlar (GTP, CTP, UTP) bilan birga RNK sintezi uchun substrat hisoblanadi.

    ga boring 3-sonli ma'ruzalar“Oqsillarning tuzilishi va vazifalari. Fermentlar"

    ga boring 5-sonli ma'ruzalar"Hujayra nazariyasi. Uyali aloqa turlari"

DNK molekulasi qo'sh spiral hosil qiluvchi ikkita zanjirdan iborat. Uning tuzilishi birinchi marta 1953 yilda Frensis Krik va Jeyms Uotson tomonidan shifrlangan.

Dastlab, bir-birining atrofida o'ralgan bir juft nukleotid zanjiridan iborat bo'lgan DNK molekulasi nima uchun bunday o'ziga xos shaklga ega ekanligi haqida savollar tug'dirdi. Olimlar bu hodisani komplementarlik deb atashadi, ya'ni uning iplarida faqat ma'lum nukleotidlar bir-biriga qarama-qarshi bo'lishi mumkin. Masalan, adenin doimo timinga, guanin esa har doim sitozinga qarama-qarshidir. DNK molekulasining bu nukleotidlari komplementar deyiladi.

Sxematik ravishda u quyidagicha tasvirlangan:

T - A

C - G

Bu juftliklar aminokislotalarning tartibini belgilaydigan kimyoviy nukleotid bog'ini hosil qiladi. Birinchi holda, u biroz zaifroq. C va G o'rtasidagi aloqa kuchliroq. Komplementar bo'lmagan nukleotidlar bir-biri bilan juftlik hosil qilmaydi.


Bino haqida

Demak, DNK molekulasining tuzilishi alohida. Uning bunday shakli bor: haqiqat shundaki, nukleotidlar soni juda ko'p va uzun zanjirlarni joylashtirish uchun juda ko'p joy kerak. Aynan shuning uchun zanjirlar spiral burilish bilan tavsiflanadi. Ushbu hodisa spiralizatsiya deb ataladi, bu iplarni taxminan besh-olti marta qisqartirishga imkon beradi.

Tana bunday turdagi ba'zi molekulalarni juda faol ishlatadi, boshqalari kamdan-kam hollarda. Ikkinchisi, spiralizatsiyadan tashqari, superspiralizatsiya kabi "ixcham qadoqlash" dan ham o'tadi. Va keyin DNK molekulasining uzunligi 25-30 marta qisqaradi.

Molekulaning "qadoqlanishi" nima?

Supercoiling jarayoni giston oqsillarini o'z ichiga oladi. Ular ipning g'altak yoki novda tuzilishi va ko'rinishiga ega. Ularga spirallangan iplar o'raladi, ular darhol "ixcham qadoqlangan" va kam joy egallaydi. U yoki bu ipni ishlatish zarurati tug'ilganda, u g'altakdan, masalan, giston oqsilidan ochiladi va spiral ikkita parallel zanjirga aylanadi. DNK molekulasi bu holatda bo'lsa, undan kerakli genetik ma'lumotlarni o'qish mumkin. Biroq, bitta shart mavjud. Agar DNK molekulasining tuzilishi burilmagan shaklga ega bo'lsa, ma'lumot olish mumkin. O'qish uchun mavjud bo'lgan xromosomalar evromatinlar deb ataladi va agar ular o'ta o'ralgan bo'lsa, ular allaqachon geteroxromatinlardir.

Nuklein kislotalar

Nuklein kislotalar, oqsillar kabi, biopolimerlardir. Asosiy funktsiya irsiy (genetik ma'lumotni) saqlash, amalga oshirish va uzatishdir. Ular ikki xil bo'ladi: DNK va RNK (deoksiribonuklein va ribonuklein). Ulardagi monomerlar nukleotidlar bo'lib, ularning har birida fosfor kislotasi qoldig'i, besh uglerodli shakar (dezoksiriboza / riboza) va azotli asos mavjud. DNK kodi 4 turdagi nukleotidlarni o'z ichiga oladi - adenin (A) / guanin (G) / sitozin (C) / timin (T). Ular tarkibidagi azotli asosda farqlanadi.

DNK molekulasida nukleotidlar soni juda katta bo'lishi mumkin - bir necha mingdan o'nlab va yuzlab millionlargacha. Bunday ulkan molekulalarni elektron mikroskop orqali tekshirish mumkin. Bunday holda, siz bir-biriga nukleotidlarning azotli asoslarining vodorod aloqalari bilan bog'langan polinukleotid zanjirlarining qo'sh zanjirini ko'rishingiz mumkin.

Tadqiqot

Tadqiqotlar davomida olimlar DNK molekulalarining turlari turli tirik organizmlarda farqlanishini aniqladilar. Shuningdek, bitta zanjirning guanini faqat sitozin bilan, timin esa adenin bilan bog'lanishi mumkinligi aniqlandi. Bir zanjirdagi nukleotidlarning joylashishi parallel zanjirga to'g'ri keladi. Polinukleotidlarning bu to'ldiruvchiligi tufayli DNK molekulasi ikki baravar ko'payib, o'z-o'zini ko'paytirishga qodir. Ammo birinchi navbatda, qo'shilgan nukleotidlarni yo'q qiladigan maxsus fermentlar ta'siri ostida qo'shimcha zanjirlar ajralib chiqadi va keyin ularning har birida etishmayotgan zanjirning sintezi boshlanadi. Bu har bir hujayrada ko'p miqdorda bo'lgan erkin nukleotidlar tufayli yuzaga keladi. Natijada, "ona molekulasi" o'rniga tarkibi va tuzilishi jihatidan bir xil bo'lgan ikkita "qizi" hosil bo'ladi va DNK kodi asl nusxaga aylanadi. Bu jarayon hujayra bo'linishining kashshofidir. U barcha irsiy ma'lumotlarning ona hujayralaridan qiz hujayralariga, shuningdek, barcha keyingi avlodlarga uzatilishini ta'minlaydi.

Gen kodi qanday o'qiladi?

Bugungi kunda nafaqat DNK molekulasining massasi hisoblab chiqiladi, balki ilgari olimlar uchun mavjud bo'lmagan murakkabroq ma'lumotlarni ham topish mumkin. Masalan, organizm o'z hujayrasidan qanday foydalanishi haqidagi ma'lumotlarni o'qishingiz mumkin. Albatta, dastlab bu ma'lumot kodlangan shaklda bo'lib, ma'lum bir matritsa shakliga ega va shuning uchun uni RNK bo'lgan maxsus tashuvchiga o'tkazish kerak. Ribonuklein kislota yadro membranasi orqali hujayra ichiga kirib, ichidagi kodlangan ma'lumotlarni o'qiy oladi. Shunday qilib, RNK yadrodan hujayraga yashirin ma'lumotlarning tashuvchisi bo'lib, uning DNKdan farqi shundaki, unda dezoksiriboza o'rniga riboza, timin o'rniga urasil mavjud. Bundan tashqari, RNK bir zanjirli.

RNK sintezi

DNKni chuqur tahlil qilish shuni ko'rsatdiki, RNK yadrodan chiqqandan so'ng u sitoplazmaga kiradi va u erda matritsa sifatida ribosomalarga (maxsus ferment tizimlari) birlashishi mumkin. Qabul qilingan ma'lumotlarga asoslanib, ular protein aminokislotalarining tegishli ketma-ketligini sintez qilishlari mumkin. Ribosoma triplet kodidan hosil qiluvchi oqsil zanjiriga qaysi turdagi organik birikmalar biriktirilishi kerakligini bilib oladi. Har bir aminokislota uni kodlaydigan o'ziga xos tripletga ega.

Zanjirning shakllanishi tugagandan so'ng, u o'ziga xos fazoviy shaklga ega bo'ladi va o'zining gormonal, qurilish, fermentativ va boshqa funktsiyalarini bajarishga qodir bo'lgan oqsilga aylanadi. Har qanday organizm uchun bu gen mahsulotidir. Undan genlarning barcha turdagi sifatlari, xossalari va ko'rinishlari aniqlanadi.

Genlar

Sekvensiya jarayonlari birinchi navbatda DNK molekulasi tarkibida qancha gen borligi haqida ma'lumot olish uchun ishlab chiqilgan. Va tadqiqot olimlarga bu masalada katta yutuqlarga erishishga imkon bergan bo'lsa-da, ularning aniq sonini bilish hali mumkin emas.

Bir necha yil oldin, DNK molekulalarida taxminan 100 ming gen borligi taxmin qilingan edi. Biroz vaqt o'tgach, bu raqam 80 mingga kamaydi va 1998 yilda genetiklar bitta DNKda atigi 50 ming gen mavjudligini ta'kidladilar, bu umumiy DNK uzunligining atigi 3 foizini tashkil qiladi. Ammo genetiklarning so'nggi xulosalari hayratlanarli edi. Endi ular genomda bu birliklarning 25-40 mingini o'z ichiga oladi, deb da'vo qilmoqdalar. Ma'lum bo'lishicha, xromosoma DNKsining atigi 1,5 foizi oqsillarni kodlash uchun javobgardir.

Tadqiqotlar shu bilan to‘xtab qolmadi. Parallel genetik muhandislik mutaxassislari guruhi bitta molekuladagi genlar soni roppa-rosa 32 ming ekanligini aniqladi. Ko'rib turganingizdek, aniq javob olish hali ham mumkin emas. Qarama-qarshiliklar juda ko'p. Barcha tadqiqotchilar faqat o'z natijalariga tayanadilar.

Evolyutsiya bo'lganmi?

Molekulaning evolyutsiyasi haqida hech qanday dalil yo'qligiga qaramay (chunki DNK molekulasining tuzilishi mo'rt va kichik o'lchamli), olimlar hali ham bitta taxminni ilgari surdilar. Laboratoriya ma'lumotlariga asoslanib, ular quyidagi versiyani aytishdi: paydo bo'lishining dastlabki bosqichida molekula qadimgi okeanlarda topilgan 32 tagacha aminokislotalarni o'z ichiga olgan oddiy o'z-o'zini ko'paytiruvchi peptid shakliga ega edi.

O'z-o'zini ko'paytirishdan so'ng, tabiiy tanlanish kuchlari tufayli molekulalar o'zlarini tashqi elementlardan himoya qilish qobiliyatiga ega bo'ldilar. Ular uzoqroq yashay boshladilar va ko'proq miqdorda ko'paya boshladilar. O'zlarini lipid pufagida topib olgan molekulalar o'zlarini ko'paytirish uchun barcha imkoniyatlarga ega edi. Bir qator ketma-ket tsikllar natijasida lipid pufakchalari hujayra membranalari, keyin esa taniqli zarrachalar shakliga ega bo'ldi. Shuni ta'kidlash kerakki, bugungi kunda DNK molekulasining har qanday bo'limi murakkab va aniq ishlaydigan tuzilma bo'lib, uning barcha xususiyatlarini olimlar hali to'liq o'rganmagan.

Zamonaviy dunyo

Yaqinda isroillik olimlar soniyada trillionlab operatsiyalarni bajara oladigan kompyuterni yaratdilar. Bugungi kunda bu Yerdagi eng tez avtomobil. Butun sir shundaki, innovatsion qurilma DNK tomonidan quvvatlanadi. Professorlarning aytishicha, yaqin kelajakda bunday kompyuterlar hatto energiya ishlab chiqarishga qodir.

Bir yil avval Rehovotdagi (Isroil) Veysman instituti mutaxassislari molekulalar va fermentlardan iborat dasturlashtiriladigan molekulyar hisoblash mashinasi yaratilishini e’lon qilishdi. Ular silikon mikrochiplarni almashtirdilar. Bugungi kunga qadar jamoa yanada ko'proq muvaffaqiyatga erishdi. Endi faqat bitta DNK molekulasi kompyuterni kerakli ma'lumotlar va kerakli yoqilg'i bilan ta'minlay oladi.

Biokimyoviy "nanokompyuterlar" fantastika emas, ular allaqachon tabiatda mavjud va har bir tirik mavjudotda namoyon bo'ladi. Ammo ko'pincha ular odamlar tomonidan boshqarilmaydi. Aytaylik, "Pi" sonini hisoblash uchun odam hali biron bir o'simlikning genomida operatsiya qila olmaydi.

Ma'lumotlarni saqlash/qayta ishlash uchun DNKdan foydalanish g'oyasi birinchi marta olimlarning ongiga 1994 yilda kelgan. O'shanda oddiy matematik masalani hal qilish uchun molekula ishlatilgan. O'shandan beri bir qator tadqiqot guruhlari DNK kompyuterlari bilan bog'liq turli loyihalarni taklif qilishdi. Ammo bu erda barcha urinishlar faqat energiya molekulasiga asoslangan edi. Bunday kompyuterni oddiy ko'z bilan ko'ra olmaysiz, u probirkadagi suvning shaffof eritmasiga o'xshaydi. Unda mexanik qismlar yo'q, faqat trillionlab biomolekulyar qurilmalar - va bu faqat bir tomchi suyuqlikda!

Inson DNKsi

Odamlar 1953 yilda inson DNKsining turi haqida bilishgan, o'shanda olimlar birinchi marta dunyoga ikki zanjirli DNK modelini namoyish etishga muvaffaq bo'lishgan. Buning uchun Kirk va Uotson Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi, chunki bu kashfiyot 20-asrda asosiy bo'lib qoldi.

Vaqt o'tishi bilan, albatta, ular tuzilgan inson molekulasi nafaqat taklif qilingan versiyadagi kabi ko'rinishi mumkinligini isbotladilar. Batafsilroq DNK tahlilini o'tkazgandan so'ng, ular A-, B- va chap qo'l Z- shaklini topdilar. A shakli ko'pincha istisno hisoblanadi, chunki u namlik etishmasligi bilan hosil bo'ladi. Ammo bu tabiiy muhit uchun faqat laboratoriya tadqiqotlarida mumkin, bu tirik hujayrada bo'lishi mumkin emas;

B-shakli klassik bo'lib, ikki tomonlama o'ng qo'l zanjiri sifatida tanilgan, ammo Z-shakli nafaqat chapga qarama-qarshi yo'nalishda buralibgina qolmay, balki ko'proq zigzag ko'rinishga ega. Olimlar G-quadrupleks shaklini ham aniqladilar. Uning tuzilishi 2 emas, balki 4 ta ipdan iborat. Genetiklarning fikriga ko'ra, bu shakl guaninning ortiqcha miqdori bo'lgan joylarda paydo bo'ladi.

Sun'iy DNK

Bugungi kunda sun'iy DNK allaqachon mavjud bo'lib, u haqiqiyning bir xil nusxasi; u tabiiy qo'sh spiralning tuzilishiga mukammal tarzda amal qiladi. Ammo, asl polinukleotiddan farqli o'laroq, sun'iyda faqat ikkita qo'shimcha nukleotid mavjud.

Dublyaj haqiqiy DNKning turli xil tadqiqotlari natijasida olingan ma'lumotlar asosida yaratilganligi sababli, uni nusxalash, o'z-o'zini ko'paytirish va rivojlantirish ham mumkin. Mutaxassislar taxminan 20 yil davomida shunday sun'iy molekulani yaratish ustida ishlamoqda. Natijada genetik kodni tabiiy DNK kabi ishlata oladigan ajoyib ixtiro.

Mavjud to'rtta azotli asosga genetiklar tabiiy asoslarning kimyoviy modifikatsiyasi natijasida yaratilgan ikkita qo'shimcha asosni qo'shdilar. Tabiiy DNKdan farqli o'laroq, sun'iy DNK juda qisqa bo'lib chiqdi. U faqat 81 ta asosiy juftlikni o'z ichiga oladi. Biroq, u ham ko'payadi va rivojlanadi.

Sun'iy ravishda olingan molekulaning replikatsiyasi polimeraza zanjiri reaktsiyasi tufayli sodir bo'ladi, ammo hozircha bu mustaqil ravishda emas, balki olimlarning aralashuvi bilan sodir bo'ladi. Ular mustaqil ravishda aytilgan DNKga kerakli fermentlarni qo'shib, uni maxsus tayyorlangan suyuq muhitga joylashtiradilar.

Yakuniy natija

DNK rivojlanishining jarayoni va yakuniy natijasiga mutatsiyalar kabi turli omillar ta'sir ko'rsatishi mumkin. Bu tahlil natijasi ishonchli va ishonchli bo'lishi uchun materiya namunalarini o'rganish zarurligini keltirib chiqaradi. Masalan, otalikni aniqlash testi. Ammo mutatsiya kabi hodisalar kamdan-kam uchraydiganidan quvonmay ilojimiz yo'q. Shunga qaramay, tahlil asosida aniqroq ma'lumot olish uchun materiya namunalari doimo qayta tekshiriladi.

O'simlik DNKsi

Yuqori ketma-ketlik texnologiyalari (HTS) tufayli genomika sohasida inqilob amalga oshirildi - o'simliklardan DNK olish ham mumkin. Albatta, o‘simlik materialidan yuqori sifatli molekulyar og‘irlikdagi DNKni olish mitoxondriya va xloroplast DNK nusxalarining ko‘pligi, shuningdek, polisaxaridlar va fenolik birikmalarning yuqori darajasi tufayli ma’lum qiyinchiliklar tug‘diradi. Bu holda biz ko'rib chiqayotgan strukturani izolyatsiya qilish uchun turli usullar qo'llaniladi.

DNKdagi vodorod aloqasi

DNK molekulasidagi vodorod aloqasi elektronegativ atomga biriktirilgan musbat zaryadlangan vodorod atomi o'rtasida hosil bo'lgan elektromagnit tortishish uchun javobgardir. Bu dipol o'zaro ta'sir kimyoviy bog'lanish mezoniga javob bermaydi. Ammo u molekulalararo yoki molekulaning turli qismlarida, ya'ni intramolekulyar ravishda sodir bo'lishi mumkin.

Vodorod atomi bog'ning donori bo'lgan elektronegativ atomga biriktiriladi. Elektromanfiy atom azot, ftor yoki kislorod bo'lishi mumkin. U - markazsizlashtirish orqali - vodorod yadrosidan elektron bulutini o'ziga tortadi va vodorod atomini (qisman) musbat zaryad qiladi. H ning kattaligi boshqa molekulalar va atomlarga nisbatan kichik bo'lgani uchun zaryad ham kichikdir.

DNKni dekodlash

DNK molekulasini dekodlashdan oldin olimlar birinchi navbatda juda ko'p hujayralarni olishadi. Eng aniq va muvaffaqiyatli ish uchun ulardan bir millionga yaqini kerak bo'ladi. Tadqiqot davomida olingan natijalar doimiy ravishda taqqoslanadi va qayd etiladi. Bugungi kunda genomni dekodlash endi kamdan-kam uchraydigan narsa emas, balki foydalanish mumkin bo'lgan protseduradir.

Albatta, bitta hujayraning genomini ochish amaliy bo'lmagan mashqdir. Bunday tadqiqotlar davomida olingan ma'lumotlar olimlarni qiziqtirmaydi. Ammo shuni tushunish kerakki, hozirda mavjud bo'lgan barcha dekodlash usullari, ularning murakkabligiga qaramay, etarlicha samarali emas. Ular faqat DNKning 40-70 foizini o'qishga imkon beradi.

Biroq, yaqinda Garvard professorlari genomning 90% shifrlanishi mumkin bo'lgan usulni e'lon qilishdi. Texnika ajratilgan hujayralarga primer molekulalarni qo'shishga asoslangan bo'lib, ular yordamida DNK replikatsiyasi boshlanadi. Ammo bu usulni ham muvaffaqiyatli deb bo'lmaydi, uni ilm-fanda ochiq ishlatishdan oldin uni hali ham takomillashtirish kerak;

Dezoksiribonuklein kislotasi yoki DNK hayotning qurilish bloki bo'lib, tirik mavjudotlar evolyutsiyasi davomida genetik ma'lumotlarning avloddan-avlodga uzatilishini ta'minlaydigan biologik xotira kodidir. DNK qo'sh spiral shaklida yaratilgan, shuningdek, turli xil RNK va oqsillarning tuzilishi haqida ma'lumotni o'z ichiga oladi. Kimyoviy jihatdan DNK nukleotidlarning takroriy bloklaridan tashkil topgan uzun polimer molekulasidir. Biroq, biologik nuqtai nazardan, DNK hayotni eng nozik darajada tushunishning kaliti, genom bo'yicha eksperimentlarga chiqish yo'lidir, bu DNK kodini va insoniyat kelajagini tabiatdan mustaqil mavjudotlar sinfi sifatida ochishga imkon beradi. evolyutsiya. 1953 yilda DNK tuzilishini dekodlash uchun uchta olim 1962 yilda fiziologiya yoki tibbiyot bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi.

Men Nessi haqiqatiga ishonadiganlarni (Shotlandiyaning Loch Ness shahrida yashaydigan yirtqich hayvon ko'pincha shunday deb ataladi) hafsalasi pir bo'lishini xohlamayman, ammo Loch Ness tubida kim yashashi haqidagi barcha mavjud versiyalardan. , bu eng ishonarli tuyuladi. Albatta, olimlar Nessini ilon balig'i deb 100% ishonch bilan ayta olmaydilar, ammo endi ularda shunday o'ylash uchun asos bor. Shunday qilib, Nessi yuz haqidagi voqeani takrorlashdan boshqa narsa emas. Buni eslaysizmi? Ular u haqida ko'p gapirishdi va keyinchalik ma'lum bo'ldiki, mashhur chehra mars shamoli, suvi va yovvoyi inson tasavvurining ijodidan boshqa narsa emas.

Dunyoning turli burchaklaridan kelgan olimlar oxir-oqibat o'z turlarini mustaqil ravishda ishlab chiqarishga qodir robotlarni yaratish uchun sun'iy va tirik organizmlar o'rtasidagi chegarani yo'q qilishga harakat qilmoqdalar. Bunga birinchi qadamni yaqinda Kornell universiteti tadqiqotchilari qo'yishdi - ular tirik organizmlarning uchta asosiy xususiyatini ko'rsatadigan biologik material yaratdilar: o'z-o'zini tashkil qilish, metabolik qobiliyat va rivojlanish.



 

O'qish foydali bo'lishi mumkin: