Будова ДНК - Енциклопедія MPlast.by

  1. будова ДНК
  2. Будова нуклеотидів в молекулі ДНК
  3. Рівні структури ДНК
  4. правило Чаргаффа
  5. Модель ДНК Уотсона-Кріка
  6. Цікаві факти про ДНК

ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) - це лінійний органічний полімер , Мономірними ланками якого є нукліатіди.

Вся інформація про будову і функціонування будь-якого живого організму міститься в закодованому вигляді в його генетичному матеріалі. Основу генетичного матеріалу організму становить дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК).

ДНК більшості організмів - це довга дволанцюжкова полімерна молекула. Послідовність мономірних ланок (дезоксирибонуклеотидов) в її ланцюга відповідає (комплементарна) послідовності дезоксирибонуклеотидов в інший. Принцип комплементарності забезпечує синтез нових молекул ДНК, ідентичних вихідним, при їх подвоєнні (реплікації).

Ділянка молекули ДНК, що кодує певний ознака, - ген.

Гени - це індивідуальні генетичні елементи, які мають строго специфічну нуклеотидну послідовність, і що кодують певні ознаки організму. Одні з них кодують білки, інші - тільки молекули РНК.

Інформація, яка міститься в генах, що кодують білки (структурних генах), розшифровується в ході двох послідовних процесів:

  • синтезу РНК (транскрипції): на певній ділянці ДНК як на матриці синтезується матрична РНК (мРНК).
  • синтезу білка (трансляції): У ході узгодженої роботи багатокомпонентної системи за участю транспортних РНК (тРНК), мРНК, ферментів і різних білкових факторів здійснюється синтез білкової молекули.

Всі ці процеси забезпечують правильний переклад зашифрованою в ДНК генетичної інформації з мови нуклеотидів на мову амінокислот. Амінокислотна послідовність білкової молекули визначає її структуру та функції.

будова ДНК

ДНК - це лінійний органічний полімер. його мономерні ланки - нуклеотиди, які, в свою чергу, складаються з:

  • азотистого підстави;
  • пятиуглеродного цукру (пентози);
  • фосфатної групи (рисунок 1). ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) - це лінійний органічний полімер , Мономірними ланками якого є нукліатіди

    Малюнок 1: ДНК - будова одного ланцюжка нуклеотидів

При цьому, фосфатна група приєднана до 5'-атому вуглецю моносахаридними залишку, а органічна підстава - до 1 '-атому.

Підстави в ДНК бувають двох типів:

  • Пуринові: аденін (А) і гуанін (G);
  • Піримідинові: цитозин (С) і тимін (Т); (малюнок 2),

    Малюнок 2: Азотисті підстави- пуринові і піримідинові

Будова нуклеотидів в молекулі ДНК

У ДНК моносахарид представлений 2'-дезоксирибозою, що містить тільки 1 гідроксильну групу (ОН), а в РНК - рибоза, що має 2 гідроксильні групи (OH).

Нуклеотиди з'єднані один з одним фосфодіефірнимі зв'язками, при цьому фосфатна група 5'-вуглецевого атома одного нуклеотиду пов'язана з З'-ОН-групою дезоксирибози сусіднього нуклеотиду (рисунок 1). На одному кінці полінуклеотидних ланцюга знаходиться З'-ОН-група (З'-кінець), а на іншому - 5'-фосфатна група (5'-кінець).

Рівні структури ДНК

Прийнято виділяти 3 рівня структури ДНК:

  • первинну;
  • вторинну;
  • третинну.

Первинна структура ДНК - це послідовність розташування нуклеотидів в полінуклеотидних ланцюга ДНК.

Вторинна структура ДНК стабілізується водневими зв'язками між комплементарними парами основ і являє собою подвійну спіраль з двох антіпараллелних ланцюжків, закручених вправо навколо однієї осі.

Загальний виток спіралі-3,4нм, відстань між ланцюжками 2нм.

Третинна структура ДНК - суперспералізація ДНК. Подвійна спіраль ДНК на деяких ділянках може піддаватися подальшої спирализации з утворенням суперспирали або відкритої кільцевої форми, що часто викликано нековалентним з'єднанням їх відкритих кінців. Суперспіральну структура ДНК забезпечує економну упаковку дуже довгою молекули ДНК в хромосомі. Так, в витягнутій формі довжина молекули ДНК становить 8 см, а в формі суперспирали укладається в 5 нм.

правило Чаргаффа

Правило Е. Чаргаффа - це закономірність кількісного вмісту азотистих основ у молекулі ДНК:

  1. У ДНК атомні частки пуринових і піримідинових основ рівні: А + G = C + Т або (А + G) / (C + Т) = 1.
  2. У ДНК кількість підстав з аміногрупами (А + C) дорівнює кількості підстав з кетогруппу (G + Т): А + C = G + Т або (А + C) / (G + Т) = 1
  3. Правило еквівалентності, тобто: А = Т, Г = Ц; А / Т = 1; Г / Ц = 1.
  4. Нуклеотидний складу ДНК у організмів різних груп специфічний і характеризується коефіцієнтом специфічності: (Г + Ц) / (А + Т). У вищих рослин і тварин коефіцієнт специфічності менше 1, і коливається незначно: від 0,54 до 0,98, у мікроорганізмів він більше 1.

Модель ДНК Уотсона-Кріка

Б 1953 р Джеймс Уотсон і Френсіс Крік, грунтуючись на даних рентгеноструктурного аналізу кристалів ДНК, прийшли до висновку, що нативна ДНК складається з двох полімерних ланцюгів, що утворюють подвійну спіраль (рисунок 3).

Навиті одна на іншу полінуклеотидні ланцюга утримуються разом водневими зв'язками, що утворюються між комплементарними підставами протилежних ланцюгів (рисунок 3). При цьому аденін утворює пару лише з тиміном, а гуанін - з цитозином. Пара підстав А-Т стабілізується двома водневими зв'язками, а пара G-С - трьома.

Довжина двухцепочечной ДНК зазвичай вимірюється числом пар комплементарних нуклеотидів (п. Н.). Для молекул ДНК, що складаються з тисяч або мільйонів пар нуклеотидів, прийняті одиниці т.п.н. і м.п.н. відповідно. Наприклад, ДНК хромосоми 1 людини являє собою одну подвійну спіраль довжиною 263 м.п.н.

Сахарофосфатний остов молекули, який складається з фосфатних груп і дезоксірібозних залишків, з'єднаних 5'-З'-фосфодіефірнимі зв'язками, утворює «боковини гвинтових сходів», а пари підстав А-Т і G-С - її сходинки (рисунок 3).

Малюнок 3: Модель ДНК Уотсона-Кріка

Ланцюги молекули ДНК антіпараллельни: одна з них має напрямок 3 '→ 5', інша 5 '→ 3'. Відповідно до принципу комплементарності, якщо в одному з ланцюжків є нуклеотидних послідовність 5-TAGGCAT-3 ', то в комплементарної ланцюга в цьому місці повинна знаходитися послідовність 3'-ATCCGTA-5'. В цьому випадку дволанцюжкова форма буде виглядати наступним чином:

  • 5'-TAGGCAT-3 '
  • 3-ATCCGTA-5 '.

У такого запису 5'-кінець верхньої ланцюга завжди розташовують зліва, а 3'-кінець - справа.

Носій генетичної інформації повинен відповідати двом основним вимогам: відтворюватися (реплицироваться) з високою точністю і детермінувати (кодувати) синтез білкових молекул.

Модель ДНК Уотсона-Кріка повністю відповідає цим вимогам, так як:

  • згідно з принципом комплементарності кожна ланцюг ДНК може служити матрицею для утворення нової комплементарної ланцюга. Отже, після одного раунду реплікації утворюються дві дочірні молекули, кожна з яких має таку ж нуклеотидную послідовність, як вихідна молекула ДНК.
  • нуклеотидних послідовність структурного гена однозначно задає амінокислотну послідовність кодованого нею білка.

Цікаві факти про ДНК

  1. Одна молекула ДНК людини вміщає близько 1,5 гігабайти інформації. При цьому, ДНК всіх клітин людського організму займають 60 млрд. Терабайт, що зберігаються на 150-160 грамах ДНК. [2]
  2. Міжнародний день ДНК відзначається 25 квітня. Саме в цей день в 1953 році Джеймс Уотсон і Френсіс Крік опублікували в журналі Nature свою статтю під назвою «Молекулярна структура нуклеїнових кислот», де описали подвійну спіраль молекули ДНК. [3]