Як працює ДНК?

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) – один з двох типів нуклеїнових кислот, який забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку і функціонування живих організмів. Основна роль ДНК в клітинах – довготривале зберігання інформації про структуру РНК і білків.

З хімічної точки зору, ДНК – це довга полімерна молекула, що складається з послідовності блоків нуклеотидів. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) і фосфатної групи. Зв'язки між нуклеотидами в ланцюжку утворюються за рахунок дезоксирибози і фосфатної групи. У переважній більшості випадків (окрім деяких вірусів, що містять одноланцюжкові ДНК) макромолекула ДНК складається з двох ланцюжків, орієнтованих азотистими основами один проти одного. Ця дволанцюжкова молекула утворює спіраль. В цілому структура молекули ДНК отримала назву «подвійної спіралі».

У ДНК зустрічається чотири види азотистих основ (аденін, гуанін, тимін і цитозин). Азотисті основи одного з ланцюжків сполучені з азотистими підставами іншого ланцюга водневими зв'язками згідно принципу комплементарності: аденін з'єднується тільки з тиміном, гуанін – тільки з цитозином.

ДНК є носієм генетичної інформації, записаної у вигляді послідовності нуклеотидів за допомогою генетичного коду. З молекулами ДНК зв'язані два основоположних властивості живих організмів – спадковість і мінливість. В ході процесу, званого реплікацією ДНК, утворюються дві копії початкового ланцюжка, які успадковуються дочірніми клітинами при поділі, таким чином утворилися клітини виявляються генетично ідентичні вихідній.

Генетична інформація реалізується при експресії генів у процесах транскрипції (синтезу молекул РНК на матриці ДНК) і трансляції (синтезу білків на матриці РНК).

Послідовність нуклеотидів «кодує» інформацію про різні типи РНК: інформаційних, або матричних (іРНК), рибосомальних (рРНК) і транспортних (тРНК). Всі ці типи РНК синтезуються на основі ДНК у процесі транскрипції. Роль їх у біосинтезі білків (процесі трансляції) різна. Інформаційна РНК містить інформацію про послідовність амінокислот у білку, рибосомальні РНК служать основою для рибосом (складних нуклеопротеінових комплексів, основна функція яких – збірка білку з окремих амінокислот на основі мРНК), транспортні РНК доставляють амінокислоти до місця збірки білків – в активний центр рибосоми, « повзучої »по іРНК.

Генетична інформація, закодована в ДНК, повинна бути прочитана і зрештою виражена в синтезі різних біополімерів, з яких складаються клітини. Послідовність основ у ланцюжку ДНК безпосередньо визначає послідовність основ в РНК, на яку вона «переписується» в процесі, званому транскрипцією. У разі мРНК ця послідовність визначає амінокислоти білка. Співвідношення між нуклеотидної послідовністю мРНК і амінокислотної послідовністю визначається правилами трансляції, які називаються генетичним кодом. Генетичний код складається з трибуквених «слів», званих кодонами, що складаються з трьох нуклеотидів (тобто ACT CAG TTT і т. п.). Під час транскрипції нуклеотиди гену копіюються на синтезируемую РНК РНК-полімеразою. Ця копія у разі мРНК декодується рибосомою, яка «читає» послідовність мРНК, здійснюючи спаровування матричної РНК з транспортними РНК, які приєднані до амінокислот. Оскільки в трибуквених комбінаціях використовуються 4 основи, всього можливі 64 кодони (4 ³ комбінації). Кодони кодують 20 стандартних амінокислот, кожній з яких відповідає в більшості випадків більш одного кодону. Один з трьох кодонів, які розташовуються в кінці мРНК, не означає амінокислоту і визначає кінець білка, це «стоп» або «нонсенс» кодони – TAA, TGA, TAG.

Розподіл клітин необхідно для розмноження одноклітинного і зростання багатоклітинного організму, але до поділу клітина повинна подвоїти геном, щоб дочірні клітини містили ту ж генетичну інформацію, що і початкова клітина. З декількох теоретично можливих механізмів подвоєння (реплікації) ДНК реалізується напівконсервативний. Два ланцюжки розділяються, а потім кожна відсутня комплементарна послідовність ДНК відтворюється ферментом ДНК-полімеразою. Цей фермент будує полінуклеотидних ланцюг, знаходячи правильне підставу через комплементарное спаровування підстав і приєднуючи його до зростаючої ланцюжку. ДНК-полімераза не може починати нову ланцюг, а тільки лише нарощувати вже існуючий, тому вона потребує короткої ланцюжку нуклеотидів (праймер), синтезованих ПРАЙМАЗОЙ. Так як ДНК-полімерази можуть будувати ланцюжок тільки у напрямку 5 '-> 3', для копіювання антипаралельних ланцюгів використовуються різні механізми.

Джерело:

ru.wikipedia.org

Додатково:

www.aboutdna.ru – науковий сайт про ДНК;

elementy.ru – публічна лекція першовідкривача ДНК Джеймса Уотсона, можна скачати;

science.ng.ru – стаття члена-кореспондента Російської академії медичних наук, професора В.С.Репіна "Молекулярна інформація – міф чи реальність?"


Category: Наука та освіта

Comments (Прокоментуй!)

There are no comments yet. Why not be the first to speak your mind.

Leave a Reply