АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ДНК та його структура

Зміст

Вступ ……………………………………………………………………………….. 3

1. ДНК та його структура ……………..……………………………………… 4

2. Хромосоми еукаріот ………………………………………………………... 9

2.1. Мітоз (не пряме ділення) …………………………………………... 12

2.2. Мейоз (редукційний поділ) … …………………………………….. 14

2.3. Каріотип …………………………………………………………….. 16

3. Генетичний код ДНК ……………………………………………………... 17

3.1. ДНК – носій спадкової інформації ……………………………….. 18

3.2. Розшифрування генетичної інформації …………………………... 20

3.3. Робота генів ……………………………………………………….... 23

4. Шляхи передачі спадкової інформації …………………………………... 26

Висновок ………………………………………………………………………….. 28

Список літератури ……………………………………………………………….. 29

Вступ

Наш світ дуже різноманітний. Навколо нас в завжди присутні безліч живих організмів починаючи з найдрібніших мікробів і вірусів та закінчуючи тваринами, рослинами, а також самими людьми. І не можна не здивуватись всій різноманітності живого, адже жоден організм не схожий не інший, кожен має свої особливості властиві лише йому. Більше того навіть в одного виду не зважаючи на загальну схожість кожна особа унікальна. Виникає логічне питання, чим саме зумовлена така різноманітність живого?

Довгий час вчені хоч і ставили собі таке питання, але не могли точно пояснити цього явища. Перші відомості про успадкування ознак одержано із повсякденних спостережень і медичної практики вчених та філософів середніх віків. Прості типи успадкування ознак у людини описано задовго до виникнення генетики.

Хромосоми — це одна з форм зберігання та передачі спадкової інформації. Саме в них зосереджено спадкову інформацію. Вони регулярно виявляються під час поділу клітини. Їх було названо хромосомами за здатність забарвлюватися основними барвниками (від грец. chroma — колір). В кінці XIX століття в своїх роботах Г. Менделем були сформульовані перші основні закони, що визначили спадкову передачу ознак з одного покоління в наступне. На початку ХХ століття в дослідах Т. Моргана було показано, що елементарні успадковані ознаки обумовлені матеріальними одиницями (генами), локалізованими в хромосомах, де вони розташовуються послідовно один за одним. У 1944 р. роботи О. Евері, Д. Мак-Леода і М. Мак-Карті визначили хімічну природу генів: вони складаються з дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), а вже через 10 років Дж. Уотсон і Ф. Крік запропонували модель фізичної структури молекули ДНК. Довга молекула утворена подвійною спіраллю, а компліментарна взаємодія між двома нитками цієї спіралі дозволяла зрозуміти, яким саме чином генетична інформація точно копіюється (реплікується) і передається подальшим поколінням.

ДНК та його структура

В 1869 році швейцарський біохімік Йоган Фрідріх Мішер досліджував клітини гною із лейкоцитів і сперматозоїди лосося та виділив речовину зі сильними кислими властивостями, яку назвав нуклеїном. Нуклеїн виявився тісно пов'язаним з основною білковоподібною речовиною, яку Мішер у 1872 році відділив від нуклеїну і назвав протаміном. А в 1889 р. Р. Альтман вводить термін "нуклеїнова кислота". Нуклеїнові кислоти є в усіх живих організмах. Хімічний склад, структура і основні властивості цих речовин виявилися схожими у всіх живих організмів. Всього у живих організмах розрізняють 2 види нуклеїнових кислот: рибонуклеїнова кислота (РНК) да дезоксирибонуклеїнова кислота(ДНК).

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) — один із двох типів природних нуклеїнових кислот, що забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку й функціонування живих організмів. Основна роль ДНК в клітинах — довготривале зберігання інформації про структуру РНК і білків. ДНК — це довга полімерна молекула, що складається з послідовності блоків — нуклеотидів. Мономерна одиниця нуклеїнової кислоти нуклеотид складається з трьох елементів: азотиста основа, пентозний цукор (рибоза або дезоксирибоза) та залишку фосфорної кислоти (рис. 1.0.)

Рис. 1.0. Хімічна будова нуклеотиду. Наведено стандартну нумерацію атомів пентозного кільця

Але комбінація цих компонентів в ДНК і РНК декілька різні. Фосфорна кислота в молекулах ДНК і РНК однакова. Вуглевод може бути в двох варіантах: у нуклеотидів ДНК – дезоксирибоза, а в нуклеотидів РНК – рибоза. І рибоза, і дезоксирибоза – п’ятичленні, п’яти вуглецеві з'єднання – пентози. В дезоксирибози, на відміну від рибози, лише на один атом кисню менше, що і визначає її назву, оскільки дезоксирибоза в перекладі з латинського означає позбавлена кисню рибоза. Строга локалізація дезоксирибози в ДНК, а рибози в РНК, якраз і визначає назву цих двох видів нуклеїнових кислот.

Азотисті основи – це гетероциклічні сполуки, у кільцях яких містяться карбон і азот, а всі зв’язки мають характер частково подвійних. До певних атомів кільця приєднані екзоциклічні групи аміногрупа чи атом оксигену. До складу нуклеїнових кислот входять два типи азотистих основ: пурини (загальноприйняте позначення R) аденін (A) і гуанін (G); піримідини (Y) урацил (U), тимін (T), цитозин (C). Загальне позначення для всіх основ N. У складі нуклеотиду один із атомів азоту кільця приєднується ковалентним зв’язком до карбону пентозного цукру (рис. 1.0.). Цей атом пентози позначається як С1’ (символ ’ прийнято додавати, щоб відрізняти атоми пентозного кільця від атомів азотистої основи). Інші С’-атоми пентози нумеруються далі по порядку їхнього розташування (рис. 1.0.). До 3’-атома завжди приєднана ОН-група. Пентоза, у складі якої ОН-група знаходиться також при 2’-атомі, називається рибозою. Пентоза іншого типу, яка також входить до складу нуклеїнових кислот, дезоксирибоза відрізняється лише заміною цієї ОН-групи на атом гідрогену.

Сполука азотистої основи та пентози називається нуклеозидом (залежно від типу азотистої основи: аденозин, гуанозин, цитидин, тимідин, уридин) або рибо- чи дезоксирибонуклеозидом (залежно від типу пентози). Рибонуклеозиди входять до складу РНК, дезоксирибонуклеозиди до ДНК. Інша хімічна різниця між ДНК і РНК стосується складу піримідинових азотистих основ: T у ДНК замість U в РНК. Фосфорилювання ОН-групи при 5’-атомі пентози в нуклеозиді приводить до утворення нуклеотиду (рис.1.0.). Таким чином, нуклеотид є нуклеозидфосфатом або нуклеозидмонофосфатом (NMP). Тобто генетична інформація записана в молекулі ДНК саме у вигляді послідовності нуклеотидів.

Але що з’єднує нуклеотиди в довгі полінуклеотидні ланцюги? Таке з'єднання здійснюється шляхом встановлення зв'язку між залишком молекули фосфорної кислоти одного нуклеотиду і вуглеводом іншого. Утворюється цукро-фосфатний скелет молекули полінуклеотиду, до якого збоку один за іншим приєднуються азотисті основи. Також, якщо взяти до уваги, що в кожній нуклеїновій кислоті є чотири види азотистих основ, то можна зробити висновок про те, що варіантів їх розташування може бути безліч.

Так як полінуклеотидні ланцюги досягають дуже великих розмірів, подібно до білків, в клітині виникає потреба їх упаковувати в більш компактні структури.

Модель молекули ДНК вперше створили біохіміки з Кембриджського університету в Англії Джеймс Уотсон і Френсіс Крик. Було показано, що молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених одна довкола іншої, з утворенням подвійної спіралі. Причому контакти існують між обома полінуклеотидними ланцюгами, точніше, між пурином одного нуклеотиду і піримідином іншого.

Два полінуклеотидні ланцюги (насамперед ДНК, але в окремих випадках також РНК або гібридні РНК-ДНК) можуть об’єднуватися в єдину дволанцюгову структуру (дуплекс). Таке об’єднання відбувається за жорсткої умови: певні азотисті основи повинні стояти одна проти одної А проти Т (чи U), G проти C. Цей принцип комплементарності, сформульований Уотсоном і Кріком, зумовлений утворенням специфічних водневих зв’язків між екзоциклічними групами названих основ: два зв’язки в парі А-Т, три в парі G-C.

Два ланцюги у складі дуплекса спрямовані в різні боки (є антипаралельними), цукрофосфатні остови (які добре взаємодіють з водою) розташовані зовні, пари основ усередині цієї структури.

Унаслідок взаємодій між площинами сусідніх пар основ (стекінг-взаємодій) полінуклеотидні ланцюги закручуються один навколо одного в подвійну спіраль (рис.1.1.). Між остовами на поверхні спіралі утворюються два жолобки різного розміру великий і маленький, в які "дивляться" певні екзоциклічні групи азотистих основ, не задіяні до утворення комплементарних водневих зв’язків.

Рис. 1.1. Два варіанти зображення подвійної спіралі ДНК.

(А – аденін; G – гуанін; Т – тимін; С – цитозин)

Отже принцип компементарності дає змогу зрозуміти механізм унікальної властивості молекул ДНК – їх здатність до самовідтворення. ДНК є єдиною речовиною в живих клітинах, що здатна відтворюватись. Самовідтворення ДНК головним чином проходить завдяки наявності ферментів. Розплітаючі білки (реструктази) послідовно, ні би проходять уздовж системи водневих зв'язків, що сполучають азотисті основи обох полінуклеотидних ланцюгів, і розривають їх.

Одиночні полінуклеотидні ланцюги ДНК, що утворилися в результаті розщеплення, добудовуються згідно з принципом компліментарності за допомогою ферменту за рахунок вільних нуклеотидів, що завжди знаходяться в цитоплазмі і ядрі. Отже в результаті самовідтворення з однієї материнської молекули ДНК утворюється дві дочірні.

В більшості випадків ДНК локалізована в основному ядрі, в його структурних компонентах – хромосомах. В клітинах прокаріот звичайно міститься єдина хромосома, яка, на відміну від еукаріот, є кільцевою та позбавленою гістонів.

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 1307 | Нарушение авторских прав