Дезоксирибонуклеиновая кислота

Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)

Дезоксирибонуклеиновая кислота

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это линейный органический полимер, мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.

Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула.

 Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой.

Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации).

Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген.

Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма. Одни из них кодируют белки,  другие — только молекулы РНК.

Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:

  • синтеза РНК (транскрипции): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).
  • синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы.

Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.

Строение ДНК

ДНК – это линейный органический полимер. Его мономерные звенья – нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из:

  • азотистого основания;
  • пятиуглеродного сахара (пентозы);
  • фосфатной группы (рисунок 1).Рисунок 1 : ДНК – строение одной цепочки нуклеотидов

При этом,  фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка,  а  органическое основание — к 1′-атому.

Основания в ДНК бывают двух типов:

  • Пуриновые: аденин ( А ) и гуанин (G);
  • Пиримидиновые: цитозин (С) и тимин (Т);(рисунок 2),Рисунок 2: Азотистые основания- пуриновые и пиримидиновые

Строение нуклеотидов в молекуле ДНК

В ДНК моносахарид представлен  2′-дезоксирибозой, содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН),  а  в РНКрибозой, имеющей 2 гидроксильные группы(OH).

Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец),  а  на другом — 5′-фосфатная группа (5′-конец).

Уровни структуры ДНК

Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:

  • первичную;
  • вторичную;
  • третичную.

Первичная структура  ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК стабилизируется  водородными связями между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек,  закрученных вправо вокруг одной оси.

Общий виток спирали- 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм.

Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК.

Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов.

Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме. Так, в вытянутой форме длина молекулы ДНК составляет  8 см,  а в форме суперспирали укладывается в 5 нм.

 Правило Чаргаффа

Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:

  1. У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т  или (А + G)/(C + Т)=1.
  2. В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +C) равно количеству оснований с кетогруппами (G + Т):   А +C= G + Т или (А +C)/(G + Т)= 1
  3. Правило эквивалентности, то есть : А=Т, Г=Ц; А/Т = 1;  Г/Ц=1.
  4. Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности меньше 1, и колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98, у микроорганизмов он больше 1.

Модель ДНК Уотсона-Крика

Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).

Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3).

При этом аденин образует пару только с тимином,  а  гуанин — с цитозином.

Пара оснований  А—Т  стабилизируется двумя водородными связями,  а  пара G—Стремя.

Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.

Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’—З’-фосфодиэфирными связями, образует «боковины винтовой лестницы»,  а  пары оснований  А—Т  и G—С — ее ступеньки (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика

Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′.

В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:

  • 5′-TAGGCAT-3′
  • 3-ATCCGTA-5′.

В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева,  а  3′-конец — справа.

Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.

Модель ДНК Уотсона—Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:

  • согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
  • нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.

Интересные факты о ДНК

  1. Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации. При этом, ДНК всех клеток человеческого организма занимают 60 млрд. терабайт, что сохраняются на 150-160 граммах ДНК. [2]
  2. Международный день ДНК отмечается 25 апреля.

    Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот», где описали двойную спираль молекулы ДНК. [3]

Список литературы: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.

Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
Б.Глик,
Дж. Пастернак,
Источник: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
[2] MPlast.

by – портал: “ДНК 1 клетки человека вмещает 1,5 гигабайта информации – лучший винчестер на планете” – 27 апреля 2016 года
[3] Журнал NATURE: “Molecular Structure of Nucleic Acids” – 25 апреля 1953 года
Дата в источнике: 2002 год

Источник: https://mplast.by/encyklopedia/dnk-dezoksiribonukleinovaya-kislota/

Дезоксирибонуклеиновая кислота

Дезоксирибонуклеиновая кислота

ДНК – главная молекула в живом организме, хранит генетическую информацию. Каждая ДНК имеет свой код (кодон). Имеет свойство репликации (самоудвоения), в следствии того, что спираль начинает раскручиваться.

Параллельно этому каждая часть спирали обзаводится комплементарной нитью и синтезируется из проводящих нуклеотидов.

Таким образом одна нуклеотидная цепочка взята от исходной ДНК, а вторая образована в результате биосинтеза.

Уровни организации ДНК

  • Первичный уровень — линейная последовательность нуклеотидов соединенных фосфоэфирными связями. Эта связь образуется между третьим концом пентозы одного нуклеотида и фосфатной группой на пятом конце пентозы другого нуклеотида.
  • Вторичный уровень:

ДНК — двойная спираль. Это модель Крика и Уотсена 53 года.

В основе модели лежит сахарофосфатный скелет. Между азотистыми основаниями двух цепей ДНК находятся водородные связи.

  • Третичный уровень — спираль ДНК образована хим связями с гистоновыми и негистоновыми белками. Комплекс, где 40% ДНК и 60% белка называется дезоксирибонуклеопротиидом (ДНП).

ДНК обладает свойством репликации.

  • Репликация — удвоение молекулы ДНК, в результате чего из одной молекулы нуклеотида образуется две дочерние идентичные материнской. Репликация происходит в ядре клетки перед делением.

Принципы процесса репликации

  • Комплементарность.
  • Полуконсервативность
  • Антипораллельность
  • Прерывистость.
  • Комплементарность — каждая из цепей материнской молекулы ДНК сдужит матрицей для синтеза выполняющей её комплементарные цепи.
  • Полуконсервативность — в результате репликации образуется две дочерние спирали, каждая из которых сохраняет (консервирует) в неизменённом виде одну из половин материнской ДНК. Вторые две дочерние молекулы синтезируются из нуклеотидов заново по принципу комплементарности нити материнской ДНК. Дочерние молекулы ничем не отличаются друг от друга и от материнской двойной спирали.
  • Антипораллельность — каждая цепь ДНК имеет определённую ориентацию. Один конец несёт гидроксильную группу ОН, присоединённую к третьему углероду сахара дезоксирибозы, на другом конце находится остаток фосфорной кислоты в пятом положении сахара. Две комплементарные цепи в молекуле ДНК располагаются в противоположенном направлении — антипораллельностью. (При параллельной ориентации напротив третьего конца одной цепи, находится третий конец другой. Ферменты синтезирующие новые нити ДНК, называемые ДНК полимеразами, могут передвигаться вдоль матричной цепи лишь в одном направлении — от третьего конца к пятому концу. Поэтому в процессе репликации одновременный синтез новых цепей идёт антипораллельно.

Прерывистость — для того, чтобы новые нити ДНК были построены по принципу комплементарности двойная спираль должна быть раскручена и родительские спирали вытянуты. Только в этом случае ДНК-полимераза способна двигатся по материнским нитям и использовать их в качестве матрицы для безошибочного синтеза дочерних цепей.

Но раскручивание спиралей состоящих из многих миллионов пар нуклеотидов, сопряжено со столь значительным количеством вращений и такими энергетическими затратами, что невозможно в условиях клетки. Поэтому репликация начинается одновременно в нескольких местах молекулы ДНК. Участок между двумя точками, в которых начинается синтез дочерних цепей называется репликоином.

Он является единицей репликации.В каждой молекуле ДНК эукриотической клетки имеется много репликоинов. В каждом репликоине можно увидеть репликационную вилку — ту часть молекулы ДНК, которая под действием специальных ферментов уже расплелась.Каждая нить в вилке служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи.

В ходе репликации вилка перемещается вдоль матричной молекулы при этом расплетаются новые участки ДНК. Так как ДНК-полимеразы могут двигаться лишь в одном направлении, вдоль матричных нитей, а нити ориентированы антипораллельно. Эти ферменты имеют противоположенную направленность. Такой механизм синтеза является прерывистым.

Молекула ДНК образует хим. Связи с гистоновыми и негистоновыми белками, в результате чего формируется хромосома. Хромосомы имеют разную степень уплотнения (конденсации) ДНК. Интерфазные хромосомы находятся в деконденсированном состоянии: ДНК раскручена, хим связи ослаблены. Интерфазная хромосома включает одну молекулу ДНК.

Максимально уплотненное состояние хромосома имеет на стадии метафазы митоза. Метафазная хромосома конденсирована и включает в себя две молекулы ДНК. Уплотнённые метафазные хромосомы имеют палочковидную форму и состоят из двух хромотидов объединённых первичной перетяжкой. Одна хроматида включает в себя одну молекулу ДНК.

Она включает в себя три основных компонента: собственно тело хромосомы, конечный участок и центромеру. Наиболее просто устроены хроматиды у дрожжевых клеток. Палочковидное тело хромосомы на одном конце имеет теломеру, а на другом центромеру.

Хромосомы у животных и растений также представляют палочковидную структуру разной длинны с довольно постоянной толщиной, но обычно имеют два хромосомных плеча, соединенных в зоне центромеры. Эта зона называется первичной перетяжкой. Соответственно, два плеча оканчиваются теламерами.

Хромосомы с равными или почти равными плечами называются метацентрическими, а с плечами разной длинны субметацентрическими. Палочковидные хромосомы с очень тонким почти незаметным вторым плечом называются окродецентрическими.В области первичной перетяжки (центромеры) расположен кинетохор — пластинчатая структура имеющая форму диска.

К нему подходят кучки микротрубочек митотического веретена, идущие по направлению к центриолям. Эти кучки микротрубочек принимают участие в движении хромосом при митозе.Обычно каждая хромосома имеет одну центромеру (моноцентрические хромосомы), но могут встречаться диметоцентрические и полиметацентрические т. е. Обладающие множественными кинематохорами.

В зоне первичной перетяжки присутствует особая центромера, саттелитная ДНК, отличающаяся высоким уровнем повторённости нуклеотидных последовательностей.Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку. Последняя обычно расположена вблизи дистального кольца хромосомы и отделяет маленький участок — спутник.

Вторичные перетяжки также называются ядрышковыми организаторами, так как на этих участках в хромосоме происходит образование ядрышка. Здесь же организована ДНК ответственная за синтез рРНК. В хромосоме человека ядрошковые организаторы находятся в коротких плечах вблизи ценромер.Плечи хромосом оканчиваются конечными участками — теломерами.

Хромосомы выделяют два плеча по отношению к ценромере или первичной перетяжке. Равноплечие хромосомы — метацентрические, а хромосомы со слабым нервоплечием — субметацентрические. Сильно нервноплечные хромосомы — акроцентрические.Совокупность сведений и числе, форме и строении метафазных хромосом — это кореотип. Кореотип равен диплоидному (двойному) набору хромосом.

Источник: https://kommynist.ru/%D0%94%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D0%BD%D1%83%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0

Дезоксирибонуклеиновая кислота – Структура молекулы

Дезоксирибонуклеиновая кислота
28 февраля 2011

1. Дезоксирибонуклеиновая кислота

2. История изучения3. Структура молекулы

4. Биологические функции

5. Взаимодействие с белками
6. Генетическая рекомбинация
7. Эволюция метаболизма, основанного на ДНК

АденинГуанинТиминЦитозин

Структуры оснований, наиболее часто встречающихся в составе ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой биополимер, мономером которого является нуклеотид.

Каждый нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты присоединённого по 5'-положению к сахару дезоксирибозе, к которому также через гликозидную связь по 1'-положению присоединено одно из четырёх азотистых оснований.

Именно наличие характерного сахара и составляет одно из главных различий между ДНК и РНК, зафиксированное в названиях этих нуклеиновых кислот.

Пример нуклеотида — аденозинмонофосфат — где основание, присоединённое к фосфату и рибозе, это аденин, показан на рисунке.

Исходя из структуры молекул, основания, входящие в состав нуклеотидов, разделяют на две группы: пурины образованы соединёнными пяти- и шестичленным гетероциклами; пиримидины — шестичленным гетероциклом.

В виде исключения, например, у бактериофага PBS1, в ДНК встречается пятый тип оснований — урацил, пиримидиновое основание, отличающееся от тимина отсутствием метильной группы на кольце, обычно заменяющее тимин в РНК.

Следует отметить, что тимин и урацил не так строго приурочены к ДНК и РНК соответственно, как это считалось ранее. Так, после синтеза некоторых молекул РНК значительное число урацилов в этих молекулах метилируется с помощью специальных ферментов, превращаясь в тимин. Это происходит в транспортных и рибосомальных РНК.

Двойная спираль

В зависимости от концентрации ионов и нуклеотидного состава молекулы, двойная спираль ДНК в живых организмах существует в разных формах. На рисунке представлены формы A, B и Z

Полимер ДНК обладает довольно сложной структурой. Нуклеотиды соединены между собой ковалентно в длинные полинуклеотидные цепи. Эти цепи в подавляющем большинстве случаев попарно объединяются при помощи водородных связей в структуру, получившую название двойной спирали . Остов каждой из цепей состоит из чередующихся фосфатов и сахаров.

Фосфатные группы формируют фосфодиэфирные связи между третьим и пятым атомами углерода соседних молекул дезоксирибозы в результате взаимодействия между 3'-гидроксильной группой одной молекулы дезоксирибозы и 5'-фосфатной группой другой. Асимметричные концы цепи ДНК называются 3' и 5'.

Полярность цепи играет важную роль при синтезе ДНК.

Как уже было сказано выше, у подавляющего большинства живых организмов ДНК состоит не из одной, а из двух полинуклеотидных цепей.

Эти две длинные цепи закручены одна вокруг другой в виде двойной спирали, стабилизированной водородными связями, образующимися между обращёнными друг к другу азотистыми основаниями входящих в неё цепей.

В природе эта спираль, чаще всего, правозакрученная. Направления от 3'-конца к 5'-концу в двух цепях, из которых состоит молекула ДНК, противоположны.

Ширина двойной спирали составляет от 22 до 24 Å, или 2,2 — 2,4 нм, длина каждого нуклеотида 3,3 Å. Подобно тому, как в винтовой лестнице сбоку можно увидеть ступеньки, на двойной спирали ДНК в промежутках между фосфатным остовом молекулы можно видеть рёбра оснований, кольца которых расположены в плоскости, перпендикулярной по отношению к продольной оси макромолекулы.

В двойной спирали различают малую и большую бороздки. Белки, например, факторы транскрипции, которые присоединяются к определённым последовательностям в двухцепочечной ДНК, обычно взаимодействуют с краями оснований в большой бороздке, где те более доступны.

Образование связей между основаниями

Каждое основание на одной из цепей связывается с одним определённым основанием на второй цепи. Такое специфическое связывание называется комплементарным.

Пурины комплементарны пиримидинам: аденин образует связи только с тимином, а цитозин — с гуанином.

В двойной спирали цепочки также связаны с помощью гидрофобных связей и стэкинга, которые не зависят от последовательности оснований ДНК.

Комплементарность двойной спирали означает, что информация, содержащаяся в одной цепи, содержится и в другой цепи. Обратимость и специфичность взаимодействий между комплементарными парами оснований важна для репликации ДНК и всех остальных функций ДНК в живых организмах.

Так как водородные связи нековалентны, они легко разрываются и восстанавливаются. Цепочки двойной спирали могут расходиться как замок-молния под действием ферментов или при высокой температуре. Разные пары оснований образуют разное количество водородных связей.

АТ связаны двумя, ГЦ — тремя водородными связями, поэтому на разрыв ГЦ требуется больше энергии. Процент ГЦ пар и длина молекулы ДНК определяют количество энергии, необходимой для диссоциации цепей: длинные молекулы ДНК с большим содержанием ГЦ более тугоплавки.

Части молекул ДНК, которые из-за их функций должны быть легко разделяемы, например ТАТА последовательность в бактериальных промоторах, обычно содержат большое количество А и Т.

Интеркалированное химическое соединение, которое находится в середине спирали — бензопирен, основной мутаген табачного дыма

Химические модификации оснований

Структура хроматина влияет на транскрипцию генов: участки гетерохроматина коррелируют с метилированием цитозина.

Например, метилирование цитозина с образованием 5-метилцитозина важно для инактивации Х-хромосомы.

Средний уровень метилирования отличается у разных организмов, так, у нематоды Caenorhabditis elegans метилирование цитозина не наблюдается, а у позвоночных обнаружен высокий уровень метилирования — до 1 %.

Несмотря на биологическую роль, 5-метилцитозин может спонтанно утрачивать аминную группу, превращаясь в тимин, поэтому метилированные цитозины являются источником повышенного числа мутаций. Другие модификации оснований включают метилирование аденина у бактерий и гликозилирование урацила с образованием «J-основания» в кинетопластах.

Повреждение ДНК

ДНК может повреждаться разнообразными мутагенами, к которым относятся окисляющие и алкилирующие вещества, а также высокоэнергетическая электромагнитная радиация — ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Тип повреждения ДНК зависит от типа мутагена. Например, ультрафиолет повреждает ДНК путём образования в ней димеров тимина, которые возникают при образовании ковалентных связей между соседними основаниями.

Оксиданты, такие как свободные радикалы или перекись водорода, приводят к нескольким типам повреждения ДНК, включая модификации оснований, в особенности гуанозина, а также двуцепочечные разрывы в ДНК.

По некоторым оценкам, в каждой клетке человека окисляющими соединениями ежедневно повреждается порядка 500 оснований.

Среди разных типов повреждений наиболее опасные — это двуцепочечные разрывы, потому что они трудно репарируются и могут привести к потерям участков хромосом и транслокациям.

Многие молекулы мутагенов вставляются между двумя соседними парами оснований. Большинство этих соединений, например, этидий, даунорубицин, доксорубицин и талидомид имеют ароматическую структуру. Для того чтобы интеркалирующее соединение могло поместиться между основаниями, они должны разойтись, расплетая и нарушая структуру двойной спирали.

Эти изменения в структуре ДНК мешают транскрипции и репликации, вызывая мутации. Поэтому интеркалирующие соединения часто являются канцерогенами, наиболее известные из которых — бензопирен, акридины, афлатоксин и бромистый этидий.

Несмотря на эти негативные свойства, в силу их способности подавлять транскрипцию и репликацию ДНК, интеркалирующие соединения используются в химиотерапии для подавления быстро растущих клеток рака.

Суперскрученность

Если взяться за концы верёвки и начать скручивать их в разные стороны, она становится короче и на верёвке образуются «супервитки». Так же может быть суперскручена и ДНК. В обычном состоянии цепочка ДНК делает один оборот на каждые 10,4 основания, но в суперскрученном состоянии спираль может быть свёрнута туже или расплетена.

Выделяют два типа суперскручивания: положительное — в направлении нормальных витков, при котором основания расположены ближе друг к другу; и отрицательное — в противоположном направлении. В природе молекулы ДНК обычно находятся в отрицательном суперскручивании, которое вносится ферментами — топоизомеразами.

Эти ферменты удаляют дополнительное скручивание, возникающее в ДНК в результате транскрипции и репликации.

Структура теломер. Зелёным цветом показан ион металла, хелатированный в центре структуры

Структуры на концах хромосом

На концах линейных хромосом находятся специализированные структуры ДНК, называемые теломерами. Основная функция этих участков — поддержание целостности концов хромосом.

Теломеры также защищают концы ДНК от деградации экзонуклеазами и предотвращают активацию системы репарации.

Поскольку обычные ДНК-полимеразы не могут реплицировать 3' концы хромосом, это делает специальный фермент — теломераза.

В клетках человека теломеры обычно представлены одноцепочечной ДНК и состоят из несколько тысяч повторяющихся единиц последовательности ТТАГГГ.

Эти последовательности с высоким содержанием гуанина стабилизируют концы хромосом, формируя очень необычные структуры, называемые G-квадруплексами и состоящие из четырёх, а не двух взаимодействующих оснований.

Четыре гуаниновых основания, все атомы которых находятся в одной плоскости, образуют пластинку, стабилизированную водородными связями между основаниями и хелатированием в центре неё иона металла. Эти пластинки располагаются стопкой друг над другом.

На концах хромосом могут образовываться и другие структуры: основания могут быть расположены в одной цепочке или в разных параллельных цепочках. Кроме этих «стопочных» структур теломеры формируют большие петлеобразные структуры, называемые Т-петли или теломерные петли.

В них одноцепочечная ДНК располагается в виде широкого кольца, стабилизированного теломерными белками. В конце Т-петли одноцепочечная теломерная ДНК присоединяется к двухцепочечной ДНК, нарушая спаривание цепочек в этой молекуле и образуя связи с одной из цепей.

Это трёхцепочечное образование называется Д-петля.

5850

Источник: http://4108.ru/u/dezoksiribonukleinovaya_kislota_-_struktura_molekulyi

Изучение ДНК: строение, структура ДНК, функции

Дезоксирибонуклеиновая кислота

Для детального понимания сути метода ПЦР-диагностики необходимо совершить небольшой экскурс в школьный курс биологии.

Еще из школьных учебников мы знаем, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — универсальный носитель генетической информации и наследственных признаков у всех существующих на Земле организмов. Исключение составляют только некоторые микроорганизмы, например, вирусы — универсальным носителем генетической информации у них является РНК – одноцепочечная рибонуклеиновая кислота.

Строение ДНК-молекулы

Открытие ДНК молекулы произошло в 1953 году. Френсис Крик и Джеймс Уотсон открыли структуру двойной спирали ДНК, их работа впоследствии была отмечена Нобелевской премией.

ДНК представляет собой двойную нить, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из «кирпичиков» — из последовательно соединенных нуклеотидов.

Каждый нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований — гуанин (G), аденин (A) (пурины), тимин (T) и цитозин (C) (пиримидины), связанное с дезоксирибозой, к последней, в свою очередь, присоединена фосфатная группа.

Между собой соседние нуклеотиды соединены в цепи фосфодиэфирной связью, образованной 3’-гидроксильной (3’-ОН) и 5’-фосфатной группами (5’-РО3). Это свойство обуславливает наличие полярности в ДНК, т. е. противоположной направленности, а именно 5’- и 3’-концов: 5’-концу одной нити соответствует 3’-конец второй нити.

Наименование услуги Стоимость
Жидкостная цитология2 180 руб.
Соскоб на грибы (демодекс)560 руб.
Анализ мочи общий550 руб.
Анализ мочи (2-х стаканная проба)910 руб.
Анализ кала общий (копрограмма)430 руб.
Смотреть весь прайс-лист

0Array( [0] => Анализы)Array( [0] => 2)Array( [0] => https://policlinica.ru/prices-analizy.html)2

Первичная структура ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов ДНК в цепи. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК записывают в виде буквенной формулы ДНК: например — AGTCATGCCAG, запись ведется с 5’- на 3’-конец цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК образуется за счет взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, водородных связей. Классический пример вторичной структуры ДНК — двойная спираль ДНК.

Двойная спираль ДНК — самая распространенная в природе форма ДНК, состоящая из двух полинуклеотидных цепей ДНК. Построение каждой новой цепи ДНК осуществляется по принципу комплементарности, т. е.

 каждому азотистому основанию одной цепи ДНК соответствует строго определенное основание другой цепи: в комплемнтарной паре напротив A стоит T, а напротив G располагается C и т.д.

Синтез ДНК. Репликация

Уникальным свойством ДНК является ее способность удваиваться (реплицироваться).

 В природе репликация ДНК происходит следующим образом: с помощью специальных ферментов (гираз), которые служат катализатором (веществами, ускоряющими реакцию), в клетке происходит расплетение спирали в том ее участке, где должна происходить репликация (удвоение ДНК). Далее водородные связи, которые связывают нити, разрываются и нити расходятся.

В построении новой цепи активным «строителем» выступает специальный фермент — ДНК-полимераза. Для удвоения ДНК необходим также стратовый блок или «фундамент», в качестве которого выступает небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК.

Этот стартовый блок, а точнее – комплементарный участок цепи родительской ДНК — взаимодействует с праймером — одноцепочечным фрагментом из 20—30 нуклеотидов. Происходит репликация или клонирование ДНК одновременно на обеих нитях.

Из одной молекулы ДНК образуются две молекулы ДНК, в которых одна нить от материнской молекулы ДНК, а вторая, дочерняя, вновь синтезированная.

Таким образом, процесс репликации ДНК (удваивания) включает в себя три основных этапа:

  • Расплетение спирали ДНК и расхождение нитей
  • Присоединение праймеров
  • Образование новой цепи ДНК дочерней нити

В основе анализа методом ПЦР лежит принцип репликации ДНК — синтеза ДНК, который современным ученым удалось воссоздать искусственно: в лаборатории врачи вызывают удвоение ДНК, но только не всей цепи ДНК, а ее небольшого фрагмента.

Функции ДНК

Молекула ДНК человека — носитель генетической информации, которая записана в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. В результате описанной выше репликации ДНК происходит передача генов ДНК от поколения к поколению.

Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК (мутации) может приводить к генетическим нарушениям в организме.

Источник: https://policlinica.ru/stroenie-dnk.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть