Čo je zahrnuté v dna a rna. Čo sú DNA a RNA v biológii? Čo je to ribonukleová kyselina

Vpravo je najväčšia špirála ľudskej DNA, postavená z ľudí na pláži vo bulharskej Varne, zapísaná do Guinnessovej knihy rekordov 23. apríla 2016

Deoxyribonukleová kyselina. Všeobecné informácie

DNA (kyselina deoxyribonukleová) je druh plánu na celý život, komplexný kód, ktorý obsahuje údaje o dedičných informáciách. Táto komplexná makromolekula je schopná ukladať a prenášať dedičné genetické informácie z generácie na generáciu. DNA určuje také vlastnosti každého živého organizmu, ako je dedičnosť a variabilita. Informácie v nej zakódované nastavujú celý program vývoja každého živého organizmu. Geneticky inherentné faktory predurčujú celý priebeh života človeka aj iného organizmu. Umelé alebo prírodné účinky vonkajšieho prostredia môžu len mierne ovplyvniť celkovú závažnosť jednotlivých genetických znakov alebo ovplyvniť vývoj programovaných procesov.

Deoxyribonukleová kyselina (DNA) je makromolekula (jednou z troch hlavných, ďalšími dvoma sú RNA a proteíny), ktorá zaisťuje ukladanie, prenos z generácie na generáciu a implementáciu genetického programu pre vývoj a fungovanie živých organizmov. DNA obsahuje informácie o štruktúre rôznych druhov RNA a proteínov.

V eukaryotických bunkách (zvieratá, rastliny a huby) sa DNA nachádza v bunkovom jadre ako súčasť chromozómov, ako aj v niektorých bunkových organelách (mitochondrie a plastidy). V bunkách prokaryotických organizmov (baktérie a archea) je z vnútornej strany k bunkovej membráne pripevnená kruhová alebo lineárna molekula DNA, takzvaný nukleoid. Oni a nižšie eukaryoty (napríklad kvasinky) majú tiež malé, autonómne, hlavne cirkulárne molekuly DNA, ktoré sa nazývajú plazmidy.

Z chemického hľadiska je DNA dlhá polymérna molekula zložená z opakujúcich sa blokov - nukleotidov. Každý nukleotid pozostáva z dusíkatej bázy, cukru (deoxyribózy) a fosfátovej skupiny. Väzby medzi nukleotidmi v reťazci sa vytvárajú vďaka deoxyribóze ( ZO) a fosfát ( F) skupiny (fosfodiesterové väzby).


Obrázok: 2. Nuklertid sa skladá z dusíkatej bázy, cukru (deoxyribózy) a fosfátovej skupiny

V drvivej väčšine prípadov (s výnimkou niektorých vírusov obsahujúcich jednovláknovú DNA) pozostáva makromolekula DNA z dvoch reťazcov navzájom orientovaných dusíkatými bázami. Táto dvojvláknová molekula je skrútená v špirálovitom tvare.

V DNA sa nachádzajú štyri typy dusíkatých báz (adenín, guanín, tymín a cytozín). Dusíkaté zásady jedného z reťazcov sú spojené s dusíkatými zásadami druhého reťazca vodíkovými väzbami podľa princípu komplementarity: adenín je spojený iba s tymínom ( AT), guanín - iba s cytozínom ( G-C). Práve tieto páry tvoria „priečniky“ točitého „schodiska“ DNA (pozri: obr. 2, 3 a 4).


Obrázok: 2. Dusíkaté bázy

Sekvencia nukleotidov umožňuje „kódovať“ informácie o rôznych druhoch RNA, z ktorých najdôležitejšie sú informačné, alebo messengerové (mRNA), ribozomálne (rRNA) a transportné (tRNA). Všetky tieto typy RNA sa syntetizujú na templáte DNA skopírovaním sekvencie DNA do sekvencie RNA syntetizovanej počas transkripčného procesu a sú zapojené do biosyntézy proteínov (translačný proces). Okrem kódujúcich sekvencií obsahuje bunková DNA sekvencie, ktoré vykonávajú regulačné a štrukturálne funkcie.


Obrázok: 3. replikácia DNA

Umiestnenie základných kombinácií chemické zlúčeniny DNA a kvantitatívne vzťahy medzi týmito kombináciami poskytujú kódovanie dedičných informácií.

Vzdelávanie nová DNA (replikácia)

  1. Replikačný proces: odvinutie dvojitej špirály DNA - syntéza komplementárnych reťazcov DNA polymerázou - tvorba dvoch molekúl DNA z jednej.
  2. Dvojitá špirála sa „rozopne“ do dvoch vetiev, keď enzýmy prerušia väzbu medzi pármi báz chemických zlúčenín.
  3. Každá vetva je prvkom novej DNA. Nové páry báz sú spojené v rovnakom poradí ako v nadradenej vetve.

Po dokončení duplikácie sa vytvoria dve nezávislé špirály, ktoré sú vytvorené z chemických zlúčenín rodičovskej DNA a majú so sebou rovnaký genetický kód. Týmto spôsobom je DNA schopná stráviť informácie z bunky do bunky.

Podrobnejšie informácie:

ŠTRUKTÚRA JADROVÝCH KYSELÍN


Obrázok: 4. Dusíkaté zásady: adenín, guanín, cytozín, tymín

Deoxyribonukleová kyselina(DNA) označuje nukleové kyseliny. Nukleové kyselinyje trieda nepravidelných biopolymérov, ktorých monoméry sú nukleotidy.

NUCLEOTIDY skladá sa z dusíkatá bázav kombinácii s päťuhlíkovým uhľohydrátom (pentóza) - deoxyribóza(v prípade DNA) alebo ribóza(v prípade RNA), ktorý sa kombinuje so zvyškom kyseliny fosforečnej (H 2 PO 3 -).

Dusíkaté bázysú dva typy: pyrimidínové bázy - uracil (iba v RNA), cytozín a tymín, purínové bázy - adenín a guanín.


Obrázok: 5. Štruktúra nukleotidov (vľavo), umiestnenie nukleotidu v DNA (dole) a typy dusíkatých báz (vpravo): pyrimidín a purín


Atómy uhlíka v molekule pentózy sú očíslované od 1 do 5. Fosfát sa kombinuje s tretím a piatym atómom uhlíka. Takto sa nukleotidy kombinujú a vytvárajú reťazec nukleovej kyseliny. Môžeme teda izolovať 3 'a 5' konce reťazca DNA:


Obrázok: 6. Izolácia 3 'a 5' koncov reťazca DNA

Vytvoria sa dva reťazce DNA dvojitý helix... Tieto reťazce sú orientované do opačných smerov špirály. V rôznych reťazcoch DNA sú dusíkaté bázy navzájom prepojené vodíkové väzby... Adenín sa vždy kombinuje s tymínom a cytozín s guanínom. To sa nazýva pravidlo komplementarity.

Pravidlo komplementarity:

A-T G-C

Napríklad, ak dostaneme vlákno DNA so sekvenciou

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5 '

potom bude druhý reťazec komplementárny a nasmerovaný opačným smerom - od 5'-konca k 3'-koncu:

5'-TACAGGATCGACGAGC-3 '.


Obrázok: 7. Smerovanie reťazcov molekuly DNA a pripojenie dusíkatých báz pomocou vodíkových väzieb

REPLIKÁCIA DNA

Replikácia DNAje proces zdvojnásobenia molekuly DNA syntézou matice. Vo väčšine prípadov prirodzenej replikácie DNAzákladný náter pre syntézu DNA je krátky úryvok (znovu vytvorené). Taký ribonukleotidový primér je tvorený enzýmom primáza (DNA primáza v prokaryotoch, DNA polymeráza v eukaryotoch) a je následne nahradený deoxyribonukleotidovou polymerázou, ktorá normálne vykonáva opravné funkcie (korekciu chemického poškodenia a zlomov v molekule DNA).

K replikácii dochádza semikonzervatívnym mechanizmom. To znamená, že dvojitá špirála DNA sa odvíja a na každom z jej reťazcov je dokončený nový reťazec podľa princípu komplementarity. Dcérska molekula DNA tak obsahuje jedno vlákno z pôvodnej molekuly a jedno novo syntetizované. K replikácii dochádza v smere od 3 'do 5' konca materského reťazca.

Obrázok: 8. Replikácia (zdvojnásobenie) molekuly DNA

Syntéza DNA - nejde o taký zložitý proces, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Ak sa nad tým zamyslíte, potom musíte najskôr zistiť, čo je to syntéza. Toto je proces spojenia niečoho. Tvorba novej molekuly DNA prebieha v niekoľkých fázach:

1) DNA topoizomeráza umiestnená pred replikačnou vidličkou rozrezáva DNA, aby sa uľahčilo jej odvíjanie a odvíjanie.
2) DNA helikáza po topoizomeráze ovplyvňuje proces „odkrútenia“ špirály DNA.
3) DNA viažuce proteíny uskutočňujú väzbu reťazcov DNA a tiež uskutočňujú ich stabilizáciu a zabraňujú tak ich vzájomnému priľnutiu.
4) DNA polymeráza δ (delta) , v súlade s rýchlosťou pohybu replikačnej vidlice, vykonáva syntézuvedúci reťaze dcérska spoločnosť DNA v šablóne v smere 5 "→ 3"materská vlákno DNA v smere od jeho 3 "konca k 5" konca (rýchlosť až 100 párov báz za sekundu). Tieto udalosti týkajúce sa tohto materská Vlákna DNA sú obmedzené.



Obrázok: 9. Schematické znázornenie procesu replikácie DNA: (1) zaostávajúci reťazec (zaostávajúci reťazec), (2) vedúci reťazec (vedúci reťazec), (3) DNA polymeráza α (Polα), (4) DNA ligáza, (5) RNA -primér, (6) primáza, (7) fragment Okazaki, (8) DNA polymeráza δ (Polδ), (9) helikáza, (10) jednovláknové proteíny viažuce DNA, (11) topoizomeráza.

Nasledujúci text popisuje syntézu zaostávajúceho vlákna dcérskej DNA (pozri. Schéma replikačná vidlica a funkcia replikačných enzýmov)

Vizuálnejšie vysvetlenie replikácie DNA nájdete v časti

5) Ihneď po odvinutí a stabilizácii iného vlákna pôvodnej molekuly,DNA polymeráza α (alfa)a v smere 5 "→ 3" syntetizuje primer (RNA primer) - sekvenciu RNA na templáte DNA dlhej 10 až 200 nukleotidov. Potom enzýmodstránené z reťazca DNA.

Namiesto toho DNA polymerázaα pripojený k 3 "koncu primeru DNA polymerázaε .

6) DNA polymerázaε (epsilon) akoby pokračovalo v predlžovaní základného náteru, ale ako substrát sa vkladádeoxyribonukleotidy (v množstve 150 - 200 nukleotidov). Výsledkom je pevný závit z dvoch častí -RNA(t. j. primer) a DNA. DNA polymeráza ε funguje, kým nedosiahne predchádzajúci základný náterfragment Okazaki (syntetizované o niečo skôr). Potom sa tento enzým odstráni z reťazca.

7) DNA polymeráza β(beta) namiesto toho vstane DNA polymeráza ε,sa pohybuje rovnakým smerom (5 "→ 3") a odstráni primér ribonukleotidy, pričom na ich miesto vloží deoxyribonukleotidy. Enzým pracuje, kým sa primer úplne neodstráni, t.j. až do deoxyribonukleotidu (ešte skôr syntetizovaného DNA polymeráza ε). Enzým nie je schopný spojiť výsledok svojej práce s DNA vpredu, preto opúšťa reťazec.

Výsledkom je, že fragment dcérskej DNA „leží“ na matici materskej nite. To sa nazývafragment Okazaki.

8) DNA ligáza zošíva dva susedné fragmenty Okazaki , t.j. 5 "- koniec syntetizovaného segmentu DNA polymeráza ε,a 3 "koniec zabudovaného obvodu DNA polymerázaβ .

ŠTRUKTÚRA RNA

Ribonukleová kyselina(RNA) je jednou z troch hlavných makromolekúl (ďalšie dve sú DNA a proteíny), ktoré sa nachádzajú v bunkách všetkých živých organizmov.

Rovnako ako DNA, aj RNA sa skladá z dlhého reťazca, v ktorom sa nazýva každý odkaz nukleotid... Každý nukleotid je zložený z dusíkatej bázy, ribózového cukru a fosfátovej skupiny. Avšak na rozdiel od DNA nemá RNA obvykle dve vlákna, ale jedno. Pentózu v RNA predstavuje ribóza, nie deoxyribóza (ribóza má ďalšiu hydroxylová skupina na druhom atóme uhlíka). Nakoniec sa DNA líši od RNA zložením dusíkatých báz: namiesto tymínu ( T) uracil ( U) , ktorý je tiež doplnkový k adenínu.

Sekvencia nukleotidov umožňuje RNA kódovať genetickú informáciu. Všetky bunkové organizmy používajú RNA (mRNA) na programovanie syntézy bielkovín.

Bunkové RNA sa vytvárajú procesom tzv prepis , tj. Syntéza RNA na DNA matrici uskutočňovaná špeciálnymi enzýmami - RNA polymerázy.

Potom sa messengerové RNA (mRNA) zúčastňujú procesu tzv vysielať, tie. syntéza proteínov na mRNA matrici za účasti ribozómov. Ostatné RNA po transkripcii prechádzajú chemickými úpravami a po vytvorení sekundárnych a terciárnych štruktúr vykonávajú funkcie v závislosti od typu RNA.

Obrázok: 10. Rozdiel medzi DNA a RNA na dusíkatej báze: namiesto tymínu (T) obsahuje RNA uracil (U), ktorý je tiež komplementárny k adenínu.

PREPIS

Toto je proces syntézy RNA na templáte DNA. DNA sa odvíja na jednom z miest. Jedno z vlákien obsahuje informácie, ktoré je potrebné kopírovať na molekulu RNA - toto vlákno sa nazýva kódujúce vlákno. Druhý reťazec DNA, doplnkový ku kódujúcemu, sa nazýva templát. V procese transkripcie na templátovom vlákne v smere 3 '- 5' (pozdĺž reťazca DNA) sa syntetizuje komplementárne vlákno RNA. Tak sa vytvorí RNA kópia kódujúceho vlákna.

Obrázok: 11. Schematické znázornenie transkripcie

Napríklad, ak dostaneme postupnosť kódujúceho vlákna

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5 '

potom podľa pravidla komplementarity bude maticový reťazec niesť sekvenciu

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3 ',

a z nej syntetizovaná RNA je sekvencia

Vysielanie

Zvážte mechanizmus syntézy bielkovín na matici RNA, ako aj genetický kód a jeho vlastnosti. Kvôli prehľadnosti tiež pomocou odkazu nižšie odporúčame pozrieť si krátke video o procesoch prepisu a prekladu, ktoré prebiehajú v živej bunke:

Obrázok: 12. Proces syntézy bielkovín: DNA kóduje RNA, RNA kóduje proteín

GENETICKÝ KÓD

Genetický kód - spôsob kódovania aminokyselinovej sekvencie proteínov pomocou nukleotidovej sekvencie. Každá aminokyselina je kódovaná sekvenciou troch nukleotidov - kodónom alebo tripletom.

Genetický kód spoločný pre väčšinu pro- a eukaryotov. Tabuľka obsahuje všetkých 64 kodónov a označuje zodpovedajúce aminokyseliny. Základné poradie je od 5 "do 3" konca mRNA.

Tabuľka 1. Štandardný genetický kód

1
základ

the

2. základ

3
základ

the

U

C.

A

G

U

U U U

(Phe / F)

U C U

(Ser / S)

U A U

(Tyr / Y)

U G U

(Cys / C)

U

U U C

U C C

U A C

U G C

C.

U U A

(Leu / L)

U C A

U A A

Stop kodónu **

U G A

Stop kodónu **

A

U U G

U C G

U A G

Stop kodónu **

U G G

(Trp / W)

G

C.

C U U

C C U

(Pro / P)

C A U

(His / H)

C G U

(Arg / R)

U

C U C

C C C

C A C

C G C

C.

C U A

C C A

C A A

(Gln / Q)

C GA

A

C U G

C C G

C A G

C G G

G

A

A U U

(Ile / I)

A C U

(Thr / T)

A A U

(Asn / N)

A G U

(Ser / S)

U

A U C

A C C

A A C

A G C

C.

A U A

A C A

A A A

(Lys / K)

A G A

A

A U G

(Met / M)

A C G

A A G

A G G

G

G

G U U

(Val / V)

G C U

(Ala / A)

G A U

(Asp / D)

G G U

(Gly / G)

U

G U C

G C C

G A C

G G C.

C.

G U A

G C A

G A A

(Glu / E)

G G A

A

G U G

G C G

G A G

G G G

G

Medzi tripletmi sú 4 špeciálne sekvencie, ktoré fungujú ako „interpunkčné znamienka“:

  • * Triplet AUG, tiež kódujúci metionín štartovací kodón... Syntéza molekuly proteínu začína od tohto kodónu. Počas syntézy proteínu bude teda prvou aminokyselinou v sekvencii vždy metionín.
  • ** Trojčatá UAA, UAGa UGAsa volajú stop kodónya nekódujú žiadne aminokyseliny. V týchto sekvenciách sa syntéza proteínov zastaví.

Vlastnosti genetického kódu

1. Triplet... Každá aminokyselina je kódovaná sekvenciou troch nukleotidov - tripletom alebo kodónom.

2. Kontinuita... Medzi tripletmi nie sú žiadne ďalšie nukleotidy, informácie sa čítajú nepretržite.

3. Neprekrývanie... Jeden nukleotid nemožno zahrnúť do dvoch tripletov súčasne.

4. Jednoznačnosť... Jeden kodón môže kódovať iba jednu aminokyselinu.

5. Degenerácia... Jedna aminokyselina môže byť kódovaná niekoľkými rôznymi kodónmi.

6. Všestrannosť... Genetický kód je rovnaký pre všetky živé organizmy.

Príklad. Dostaneme postupnosť kódovacieho reťazca:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Reťazec matice bude mať postupnosť:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Teraz „syntetizujeme“ informačnú RNA z tohto reťazca:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Syntéza proteínov prebieha v smere 5 '→ 3', preto musíme sekvenciu otočiť tak, aby „čítala“ genetický kód:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Teraz nájdeme štartovací kodón AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Poďme si postupnosť rozdeliť na triplety:

znie takto: informácie z DNA sa prenášajú do RNA (prepis), z RNA - do proteínu (preklad). DNA môže byť tiež duplikovaná replikáciou a je tiež možný proces reverznej transkripcie, keď je DNA syntetizovaná z templátu RNA, ale tento proces je typický hlavne pre vírusy.


Obrázok: 13. Centrálna dogma molekulárnej biológie

GENOME: Gény a chromozómy

(všeobecné pojmy)

Genóm - úplnosť všetkých génov organizmu; jeho kompletná sada chromozómov.

Pojem „genóm“ navrhol G. Winkler v roku 1920 na opísanie agregátu génov obsiahnutých v haploidnej sade chromozómov organizmov jedného biologického druhu. Pôvodný význam tohto pojmu naznačoval, že pojem genóm je na rozdiel od genotypu genetickou charakteristikou druhu ako celku, a nie jednotlivca. S rozvojom molekulárnej genetiky je dôležitosť tento termín zmenila. Je známe, že DNA, ktorá je nositeľom genetickej informácie vo väčšine organizmov, a preto tvorí základ genómu, zahŕňa nielen gény v modernom slova zmysle. Väčšinu DNA eukaryotických buniek predstavujú nekódujúce („prebytočné“) nukleotidové sekvencie, ktoré neobsahujú informácie o proteínoch a nukleových kyselinách. Hlavnou časťou genómu každého organizmu je teda celá DNA jeho haploidnej sady chromozómov.

Gény sú časti molekúl DNA, ktoré kódujú molekuly polypeptidov a RNA

V priebehu minulého storočia sa naše chápanie génov výrazne zmenilo. Predtým sa genóm nazýval časťou chromozómu, ktorá kóduje alebo určuje jednu vlastnosť alebo fenotypový(viditeľná) vlastnosť, napríklad farba očí.

V roku 1940 George Beadle a Edward Tatem navrhli molekulárnu definíciu génu. Vedci liečili spóry húb Neurospora crassa röntgen a ďalšie látky spôsobujúce zmeny v sekvencii DNA ( mutácie) a našli sa mutantné kmene huby, ktoré stratili niektoré špecifické enzýmy, čo v niektorých prípadoch viedlo k narušeniu celej metabolickej cesty. Beadle a Tatem dospeli k záveru, že gén je časť genetického materiálu, ktorý definuje alebo kóduje jeden enzým. Takto sa objavila hypotéza „Jeden gén - jeden enzým“... Tento pojem bol neskôr rozšírený o definíciu „Jeden gén - jeden polypeptid“pretože veľa génov kóduje proteíny, ktoré nie sú enzýmami, a polypeptid môže byť podjednotkou komplexu proteínových komplexov.

Na obr. 14 zobrazuje diagram toho, ako triplety nukleotidov v DNA určujú polypeptid, aminokyselinovú sekvenciu proteínu sprostredkovanú mRNA. Jeden z reťazcov DNA hrá úlohu šablóny pre syntézu mRNA, ktorej nukleotidové triplety (kodóny) sú komplementárne k tripletom DNA. U niektorých baktérií a mnohých eukaryotov sú kódujúce sekvencie prerušené nekódujúcimi oblasťami (tzv intróny).

Moderná definícia biochemického génu ešte konkrétnejšie. Gény sú všetky oblasti DNA kódujúce primárnu sekvenciu konečných produktov, ktoré zahŕňajú polypeptidy alebo RNA, ktoré majú štrukturálnu alebo katalytickú funkciu.

Spolu s génmi obsahuje DNA aj ďalšie sekvencie, ktoré vykonávajú výlučne regulačnú funkciu. Regulačné sekvenciemôže označovať začiatok alebo koniec génov, ovplyvňovať transkripciu alebo indikovať miesto zahájenia replikácie alebo rekombinácie. Niektoré gény je možné exprimovať rôznymi spôsobmi, pričom rovnaký kúsok DNA slúži ako šablóna na tvorbu rôznych produktov.

Môžeme zhruba vypočítať minimálna veľkosť génukódujúce médium proteín. Každá aminokyselina v polypeptidovom reťazci je kódovaná ako sekvencia troch nukleotidov; sekvencie týchto tripletov (kodónov) zodpovedajú aminokyselinovému reťazcu v polypeptide, ktorý je kódovaný týmto génom. Polypeptidový reťazec 350 aminokyselinových zvyškov (stredný reťazec) zodpovedá sekvencii 1050 bp. ( základné páry). Mnoho eukaryotických génov a niektorých prokaryotických génov je však prerušených segmentmi DNA, ktoré neobsahujú informácie o proteíne, a preto sa ukazujú ako oveľa dlhšie, ako ukazuje jednoduchý výpočet.

Koľko génov je na jednom chromozóme?


Obrázok: 15. Pohľad na chromozómy v prokarytických (vľavo) a eukaryotických bunkách. Históny sú širokou triedou jadrových proteínov, ktoré vykonávajú dve hlavné funkcie: podieľajú sa na balení reťazcov DNA v jadre a na epigenetickej regulácii takých jadrových procesov, ako sú transkripcia, replikácia a oprava.

Ako viete, bakteriálne bunky majú chromozóm vo forme reťazca DNA zabalený do kompaktnej štruktúry - nukleoidu. Chromozóm prokaryota Escherichia coli, ktorého genóm bol úplne dekódovaný, je kruhová molekula DNA (v skutočnosti nejde o pravidelný kruh, ale skôr o slučku bez začiatku a konca), ktorá sa skladá z 4 639 675 bp. Táto sekvencia obsahuje približne 4 400 génov pre proteíny a 157 génov pre stabilné molekuly RNA. IN ľudský genóm približne 3,1 miliárd párov báz, čo zodpovedá takmer 29 000 génom umiestnených na 24 rôznych chromozómoch.

Prokaryoty (baktérie).

Baktéria E. colimá jednu dvojvláknovú kruhovú molekulu DNA. Pozostáva zo 4 639 675 bp. a dosahuje dĺžku asi 1,7 mm, čo presahuje dĺžku samotnej bunky E. coli približne 850-krát. Okrem veľkého kruhového chromozómu v nukleoide obsahuje veľa baktérií jednu alebo viac malých kruhových molekúl DNA, ktoré sú voľne umiestnené v cytosóle. Takéto extrachromozomálne prvky sa nazývajú plazmidy(obr. 16).

Väčšina plazmidov pozostáva iba z niekoľkých tisíc párov báz, niektoré obsahujú viac ako 10 000 bp. Nesú genetickú informáciu a replikujú sa s tvorbou dcérskych plazmidov, ktoré vstupujú do dcérskych buniek počas delenia rodičovskej bunky. Plazmidy sa nachádzajú nielen v baktériách, ale aj v kvasinkách a iných hubách. V mnohých prípadoch plazmidy neposkytujú hostiteľským bunkám žiadnu výhodu a ich jedinou úlohou je nezávislá reprodukcia. Niektoré plazmidy však nesú gény užitočné pre hostiteľa. Napríklad gény obsiahnuté v plazmidoch môžu prepožičať bakteriálnym bunkám rezistenciu na antibakteriálne látky. Plazmidy nesúce gén β-laktamázy poskytujú rezistenciu na β-laktámové antibiotiká, ako sú penicilín a amoxicilín. Plazmidy sa môžu prenášať z buniek rezistentných na antibiotiká do iných buniek rovnakého alebo iného druhu baktérie, vďaka čomu sú rezistentné aj tieto bunky. Intenzívne používanie antibiotík je silným selektívnym faktorom, ktorý podporuje šírenie plazmidov kódujúcich rezistenciu na antibiotiká (rovnako ako transpozóny kódujúce podobné gény) medzi patogénnymi baktériami a vedie k vzniku bakteriálnych kmeňov s rezistenciou na niekoľko antibiotík. Lekári začínajú chápať nebezpečenstvo rozsiahleho používania antibiotík a predpisujú ich iba v nevyhnutných prípadoch. Z podobných dôvodov je rozšírené používanie antibiotík na liečbu hospodárskych zvierat obmedzené.

Pozri tiež: Ravin N.V., Shestakov S.V. Genóm prokaryotov // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. Č. 4/2. S. 972-984.

Eukaryoty.

Tabuľka 2. DNA, gény a chromozómy niektorých organizmov

Zdieľaná DNA,

p.n.

Číslo chromozómu *

Približný počet génov

Escherichia coli (baktéria)

4 639 675

4 435

Saccharomyces cerevisiae (droždie)

12 080 000

16**

5 860

Caenorhabditis elegans (nematóda)

90 269 800

12***

23 000

Arabidopsis thaliana (rastlina)

119 186 200

33 000

Drosophila melanogaster (ovocná muška)

120 367 260

20 000

Oryza sativa (ryža)

480 000 000

57 000

Mus musculus (myš)

2 634 266 500

27 000

Homo sapiens (osoba)

3 070 128 600

29 000

Poznámka. Informácie sú neustále aktualizované; viac aktuálnych informácií nájdete na stránkach venovaných jednotlivým genomickým projektom

* Pre všetky eukaryoty, okrem kvasiniek, je uvedená diploidná sada chromozómov. Diploidnénastaviť chromozómy (z gréckeho diploos- dvojitý a eidos- druh) - dvojitá sada chromozómov (2n), z ktorých každý má homológny.
** Haploidná súprava. Kmene divých kvasiniek majú zvyčajne osem (oktaploidných) alebo viac súborov takýchto chromozómov.
*** Pre ženy s dvoma chromozómami X. Muži majú X chromozóm, ale nie Y, to znamená, že existuje iba 11 chromozómov.

Kvasinková bunka, jedna z najmenších eukaryot, má 2,6-krát viac DNA ako bunka E. coli(Tabuľka 2). Bunky ovocných múch Drosophila, klasický objekt genetického výskumu, obsahuje 35-krát viac DNA a ľudské bunky - asi 700-krát viac DNA ako bunky E. coli.Mnoho rastlín a obojživelníkov obsahuje ešte viac DNA. Genetický materiál eukaryotických buniek je organizovaný vo forme chromozómov. Diploidná sada chromozómov (2 n) závisí od typu organizmu (tabuľka 2).

Napríklad v ľudskej somatickej bunke je 46 chromozómov ( obr. 17). Každý chromozóm eukaryotickej bunky, ako je znázornené na obr. 17, a, obsahuje jednu veľmi veľkú dvojvláknovú molekulu DNA. Dvadsaťštyri ľudských chromozómov (22 párových chromozómov a dva pohlavné chromozómy X a Y) sa líši dĺžkou viac ako 25-krát. Každý eukaryotický chromozóm obsahuje špecifickú sadu génov.


Obrázok: 17. Chromozómy eukaryotov.a- pár spojených a kondenzovaných sesterských chromatidov z ľudského chromozómu. V tejto forme eukaryotické chromozómy zostávajú po replikácii a v metafáze počas mitózy. b- kompletná sada chromozómov z leukocytov jedného z autorov knihy. Každá normálna ľudská somatická bunka obsahuje 46 chromozómov.

Ak spojíte molekuly DNA ľudského genómu (22 chromozómov a chromozómov X a Y alebo X a X), získate sekvenciu dlhú asi jeden meter. Poznámka: Všetky cicavce a iné organizmy s heterogametickými samcami, samice, majú dva chromozómy X (XX) a muži majú jeden chromozóm X a jeden chromozóm Y (XY).

Väčšina ľudských buniek je preto celková dĺžka DNA týchto buniek asi 2 metre. Dospelý človek má približne 10 14 buniek, takže celková dĺžka všetkých molekúl DNA je 2 ・ 10 11 km. Pre porovnanie, obvod Zeme je 4 × 10 4 km a vzdialenosť od Zeme po Slnko 1,5 × 10 8 km. Takto úžasne kompaktne zabalená DNA je v našich bunkách!

V eukaryotických bunkách sú ďalšie organely, ktoré obsahujú DNA - sú to mitochondrie a chloroplasty. O pôvode mitochondriálnej a chloroplastovej DNA bolo predložených veľa hypotéz. Všeobecne uznávaným uhlom pohľadu dnes je, že sa jedná o základy chromozómov starodávnych baktérií, ktoré sa dostali do cytoplazmy hostiteľských buniek a stali sa predchodcami týchto organel. Mitochondriálna DNA kóduje mitochondriálnu tRNA a rRNA, ako aj niekoľko mitochondriálnych proteínov. Viac ako 95% mitochondriálnych proteínov je kódovaných jadrovou DNA.

ŠTRUKTÚRA GÉNOV

Zvážte štruktúru génu u prokaryotov a eukaryotov, ich podobnosti a rozdiely. Napriek skutočnosti, že gén je časť DNA, ktorá kóduje iba jeden proteín alebo RNA, obsahuje okrem priamo kódujúcej časti aj regulačné a ďalšie štrukturálne prvky, ktoré majú odlišné štruktúry u prokaryotov a eukaryotov.

Postupnosť kódovania- hlavná štrukturálna a funkčná jednotka génu, práve v nej kódujú triplety nukleotidovaminokyselinová sekvencia. Začína sa štartovacím kodónom a končí sa stop kodónom.

Pred a po kódovacej sekvencii sú nepreložené 5'- a 3'-sekvencie... Vykonávajú regulačné a pomocné funkcie, napríklad zaisťujú väzbu ribozómu na m-RNA.

Nepreložené a kódujúce sekvencie tvoria transkripčnú jednotku - transkribovaný úsek DNA, to znamená úsek DNA, z ktorého prebieha syntéza m-RNA.

Terminátor- neprepisovaná oblasť DNA na konci génu, kde sa zastaví syntéza RNA.

Na začiatku génu je regulačná oblasťktoré zahŕňa promotéra operátor.

Promotér- sekvencia, na ktorú sa polymeráza viaže počas začiatku transkripcie. Prevádzkovateľ- toto je oblasť, na ktorú sa môžu naviazať špeciálne proteíny - represory, ktorý môže znížiť aktivitu syntézy RNA z tohto génu - inými slovami, znížiť ju výraz.

Génová štruktúra u prokaryotov

Všeobecný plán štruktúry génov u prokaryotov a eukaryotov sa nelíši - oba obsahujú regulačnú oblasť s promótorom a operátorom, transkripčnú jednotku s kódujúcimi a neprekladanými sekvenciami a terminátor. Organizácia génov u prokaryotov a eukaryotov je však odlišná.

Obrázok: 18. Schéma štruktúry génu u prokaryotov (baktérií) -obrázok je zväčšený

Na začiatku a na konci operónu existujú spoločné regulačné oblasti pre niekoľko štruktúrnych génov. Jedna molekula mRNA sa číta z transkribovanej oblasti operónu, ktorá obsahuje niekoľko kódujúcich sekvencií, z ktorých každá má svoj vlastný štart a stop kodón. Z každej z týchto stránok sjeden proteín je prerušený. Touto cestou, z jednej molekuly i-RNA sa syntetizuje niekoľko proteínových molekúl.

Pre prokaryoty je charakteristické kombinovať niekoľko génov do jednej funkčnej jednotky - operón... Práca operónu môže byť regulovaná ďalšími génmi, ktoré je možné zreteľne odstrániť zo samotného operónu - regulačné orgány... Proteín preložený z tohto génu sa nazýva represor... Viaže sa na operátora operónu a reguluje expresiu všetkých génov, ktoré obsahuje, naraz.

Tento jav je charakteristický aj pre prokaryoty párový prepis a preklad.


Obrázok: 19 Fenomén konjugácie transkripcie a translácie u prokaryotov - obrázok je zväčšený

Takáto konjugácia sa u eukaryotov nevyskytuje v dôsledku prítomnosti jadrového obalu, ktorý oddeľuje cytoplazmu, kde dochádza k translácii, od genetického materiálu, na ktorý dochádza k transkripcii. U prokaryotov sa počas syntézy RNA na templáte DNA môže ribozóm okamžite viazať na syntetizovanú molekulu RNA. Preklad teda začína ešte skôr, ako je prepis dokončený. Okrem toho sa niekoľko ribozómov môže súčasne viazať na jednu molekulu RNA a syntetizovať tak niekoľko molekúl jedného proteínu naraz.

Génová štruktúra u eukaryotov

Eukaryotické gény a chromozómy sú usporiadané veľmi zložito

Mnoho druhov baktérií má iba jeden chromozóm a takmer vo všetkých prípadoch sa na každom chromozóme nachádza jedna kópia každého génu. Iba niekoľko génov, ako sú napríklad gény rRNA, je obsiahnutých vo viacerých kópiách. Gény a regulačné sekvencie tvoria prakticky celý genóm prokaryotov. Navyše takmer každý gén striktne zodpovedá aminokyselinovej sekvencii (alebo RNA sekvencii), ktorú kóduje (obr. 14).

Štrukturálna a funkčná organizácia eukaryotických génov je oveľa zložitejšia. Štúdium eukaryotických chromozómov a neskoršie sekvenovanie úplných sekvencií eukaryotických genómov prinieslo veľa prekvapení. Mnoho, ak nie väčšina, eukaryotických génov má zaujímavú vlastnosť: ich nukleotidové sekvencie obsahujú jednu alebo viac oblastí DNA, ktoré nekódujú aminokyselinové sekvencie polypeptidového produktu. Takéto nepreložené inzercie prerušujú priamu korešpondenciu medzi nukleotidovou sekvenciou génu a aminokyselinovou sekvenciou kódovaného polypeptidu. Tieto nepreložené génové segmenty sa nazývajú intrónyalebo vložený sekvenciea kódovacie segmenty sú exóny... U prokaryotov obsahuje iba niekoľko génov intróny.

Takže u eukaryotov prakticky neexistuje kombinácia génov do operónov a kódujúca sekvencia eukaryotického génu sa najčastejšie delí na preložené oblasti - exónya nepreložené sekcie - intróny.

Vo väčšine prípadov nebola funkcia intrónov stanovená. Vo všeobecnosti iba asi 1,5% ľudskej DNA „kóduje“, to znamená, že prenáša informácie o proteínoch alebo RNA. S prihliadnutím na veľké intróny sa však ukazuje, že 30% ľudskej DNA pozostáva z génov. Pretože gény tvoria relatívne malú časť ľudského genómu, významná časť DNA zostáva nezistená.

Obrázok: 16. Schéma štruktúry génu u eukaryotov - obrázok je zväčšený

Z každého génu sa najskôr syntetizuje nezrelá alebo pre-RNA, ktorá obsahuje intróny aj exóny.

Potom nasleduje proces zostrihu, v dôsledku ktorého sa excidujú oblasti intrónu a vytvorí sa zrelá mRNA, z ktorej je možné syntetizovať proteín.


Obrázok: 20. Proces alternatívneho spájania - obrázok je zväčšený

Takáto organizácia génov umožňuje napríklad uskutočniť syntézu jedného génu rôzne tvary proteínu, kvôli tomu, že v procese zostrihu môžu byť exóny spojené v rôznych sekvenciách.

Obrázok: 21. Rozdiely v štruktúre génov prokaryotov a eukaryotov - obrázok je zväčšený

MUTÁCIE A MUTAGENÉZA

Mutáciasa nazýva trvalá zmena genotypu, to znamená zmena nukleotidovej sekvencie.

Proces, ktorý vedie k výskytu mutácií, sa nazýva mutagenézaa telo, všetkoktorých bunky nesú rovnakú mutáciu - mutant.

Teória mutáciíbol prvýkrát formulovaný Hugom de Vriesom v roku 1903. Jeho moderná verzia obsahuje nasledujúce ustanovenia:

1. Mutácie sa objavujú náhle, spazmodicky.

2. Mutácie sa prenášajú z generácie na generáciu.

3. Mutácie môžu byť prospešné, škodlivé alebo neutrálne, dominantné alebo recesívne.

4. Pravdepodobnosť detekcie mutácií závisí od počtu vyšetrených osôb.

5. Podobné mutácie sa môžu vyskytnúť opakovane.

6. Mutácie nie sú zamerané.

Mutácie sa môžu vyskytovať pod vplyvom rôzne faktory... Existujú mutácie, ktoré vznikli pod vplyvom mutagénny dopady: fyzikálne (napríklad ultrafialové alebo žiarenie), chemické (napríklad kolchicín alebo reaktívne formy kyslíka) a biologické (napríklad vírusy). Mutácie môžu byť tiež spôsobené chyby replikácie.

V závislosti od podmienok výskytu sa mutácie delia na spontánna- to znamená mutácie, ktoré vznikli za normálnych podmienok, a vyvolané- teda mutácie, ktoré vznikli za zvláštnych podmienok.

Mutácie sa môžu vyskytnúť nielen v jadrovej DNA, ale napríklad aj v mitochondriálnej alebo plastidovej DNA. Podľa toho môžeme zvýrazniť jadrovýa cytoplazmatickýmutácie.

V dôsledku mutácií môžu často vzniknúť nové alely. Ak mutantná alela potláča pôsobenie normálnej alely, mutácia sa nazýva dominantný... Ak normálna alela potláča mutanta, táto mutácia sa nazýva recesívny... Väčšina mutácií, ktoré vedú k vzniku nových alel, sú recesívne.

Podľa účinku sa rozlišujú mutácie adaptívnyčo vedie k zvýšeniu adaptácie tela na prostredie, neutrálnyktoré neovplyvňujú prežitie, škodlivé- zníženie adaptability organizmov na podmienky prostredia a - smrteľnévedúce k smrti organizmu v počiatočných štádiách vývoja.

Podľa dôsledkov sa rozlišujú mutácie, ktoré vedú k strata funkcie bielkovín, mutácie vedúce k vznik proteín má novú funkciu, ako aj mutácie, ktoré zmeniť dávku génua podľa toho dávka proteínu, ktorý sa z neho syntetizuje.

Mutácia sa môže vyskytnúť v ktorejkoľvek bunke v tele. Ak dôjde k mutácii v zárodočnej bunke, nazýva sa to zárodočný (zárodočné alebo generatívne). Takéto mutácie sa neobjavujú v organizme, v ktorom sa objavili, ale vedú k výskytu mutantov u potomkov a sú dedičné, preto sú dôležité pre genetiku a vývoj. Ak dôjde k mutácii v ktorejkoľvek inej bunke, nazýva sa to somatický... Takáto mutácia sa môže do istej miery prejaviť v organizme, v ktorom vznikla, napríklad viesť k vzniku rakovinových nádorov. Táto mutácia však nie je zdedená a nemá vplyv na potomkov.

Mutácie môžu ovplyvňovať oblasti genómu rôznych veľkostí. Prideliť gen, chromozomálne a genomický mutácie.

Génové mutácie

Mutácie, ktoré sa vyskytujú v mierke menšej ako jeden gén, sa nazývajú genetickéalebo bod (bod)... Takéto mutácie vedú k zmene jedného alebo viacerých nukleotidov v sekvencii. Medzi génovými mutáciami existujúnáhradyčo vedie k nahradeniu jedného nukleotidu iným,vypusteniačo vedie k strate jedného z nukleotidov,vložkyčo vedie k pridaniu ďalšieho nukleotidu k sekvencii.


Obrázok: 23. Génové (bodové) mutácie

Podľa mechanizmu účinku na bielkoviny sa génové mutácie delia na:synonymné, ktoré (v dôsledku degenerácie genetického kódu) nevedú k zmene aminokyselinového zloženia proteínového produktu,missense mutáciektoré vedú k substitúcii jednej aminokyseliny za inú a môžu ovplyvniť štruktúru syntetizovaného proteínu, aj keď sa často ukážu ako nepodstatné,nezmyslové mutáciečo vedie k nahradeniu kódovacieho kodónu stop kodónom,mutácie vedúce k porucha zostrihu:


Obrázok: 24. Schémy mutácií

Podľa mechanizmu účinku na proteín sú tiež izolované mutácie, ktoré vedú k posun rámu odpočtynapríklad vloženia a vymazania. Takéto mutácie, ako napríklad nezmyslové mutácie, hoci sa vyskytujú v jednom bode génu, často ovplyvňujú celú štruktúru proteínu, čo môže viesť k úplnej zmene jeho štruktúry.

Obrázok: 29. Chromozóm pred a po duplikácii

Genomické mutácie

Nakoniec genómové mutácieovplyvňujú celý genóm ako celok, to znamená, že sa mení počet chromozómov. Prideliť polyploidiu - zvýšenie bunkovej ploidie a aneuploidie, to znamená zmenu počtu chromozómov, napríklad trizómia (prítomnosť ďalšieho homológu v jednom z chromozómov) a monozómia (absencia homológu v chromozóme).

DNA videá

REPLIKÁCIA DNA, KÓDOVANIE RNA, PROTEÍNOVÁ SYNTÉZA

4.2.1. Primárna štruktúra nukleových kyselín zavolal postupnosť usporiadania mononukleotidov v reťazci DNA alebo RNA ... Primárna štruktúra nukleových kyselín je stabilizovaná 3 ", 5" -fosfodiesterovými väzbami. Tieto väzby sa vytvárajú interakciou hydroxylovej skupiny v 3 "polohe pentózového zvyšku každého nukleotidu s fosfátovou skupinou susedného nukleotidu (obrázok 3.2),

Na jednom konci polynukleotidového reťazca je teda voľná 5 "-fosfátová skupina (5" - koniec) a na druhom konci voľná hydroxylová skupina v polohe 3 "(3" - koniec). Je obvyklé písať nukleotidové sekvencie od 5 "konca po 3" koniec.

Obrázok 4.2. Štruktúra dinukleotidu, ktorý zahrnuje adenozín-5 "-monofosfát a cytidín-5" -monofosfát.

4.2.2. DNA (kyselina deoxyribonukleová) je obsiahnutý v bunkovom jadre a má molekulovú hmotnosť rádovo 1011 Da. Jeho nukleotidy obsahujú dusíkaté bázy adenín, guanín, cytozín, tymín , sacharidy deoxyribóza a zvyšky kyseliny fosforečnej. Obsah dusíkatých báz v molekule DNA je stanovený Chargaffovými pravidlami:

1) počet purínových báz sa rovná počtu pyrimidínových báz (A + G \u003d C + T);

2) množstvo adenínu a cytozínu sa rovná množstvu tymínu a guanínu (A \u003d T; C \u003d G);

3) DNA izolovaná z rôznych buniek biologické druhy, sa navzájom líšia v hodnote koeficientu špecificity:

(G + C) / (A + T)

Tieto vzorce v štruktúre DNA sú vysvetlené nasledujúcimi znakmi jej sekundárnej štruktúry:

1) molekula DNA je zostavená z dvoch polynukleotidových reťazcov spojených vodíkovými väzbami a orientovaných antiparalelne (to znamená, že 3 "koniec jedného reťazca je umiestnený oproti 5" koncu druhého reťazca a naopak);

2) vodíkové väzby sa tvoria medzi komplementárnymi pármi dusíkatých báz. Tymín je komplementárny k adenínu; tento pár je stabilizovaný dvoma vodíkovými väzbami. Guanín je komplementárny k cytozínu; tento pár je stabilizovaný tromi vodíkovými väzbami (pozri obrázok b). Čím viac v molekule DNA parný G-C, tým vyššia je jeho odolnosť voči vysokým teplotám a ionizujúcemu žiareniu;

Obrázok 3.3. Vodíkové väzby medzi komplementárnymi dusíkatými bázami.

3) oba reťazce DNA sú skrútené do špirály so spoločnou osou. Dusíkaté bázy sú nasmerované dovnútra špirály; okrem vodíkových medzi nimi tiež vznikajú hydrofóbne interakcie. Fosfátové časti ribózy sú umiestnené na periférii a tvoria kostru špirály (pozri obrázok 3.4).


Obrázok 3.4. Schéma štruktúry DNA.

4.2.3. RNA (kyselina ribonukleová) je obsiahnutý hlavne v cytoplazme bunky a má molekulovú hmotnosť v rozmedzí 104 - 106 Da. Jeho nukleotidy obsahujú dusíkaté bázy adenín, guanín, cytozín, uracil , sacharidy ribóza a zvyšky kyseliny fosforečnej. Na rozdiel od DNA sú molekuly RNA zostavené z jedného polynukleotidového reťazca, v ktorom môžu byť umiestnené oblasti, ktoré sa navzájom komplementárne nachádzajú (obrázok 3.5). Tieto oblasti môžu navzájom interagovať a vytvárať dvojité špirály, ktoré sa striedajú s inými ako špirálovité oblasti.

Obrázok 3.5. Schéma štruktúry transportnej RNA.

Podľa vlastností štruktúry a funkcie existujú tri hlavné typy RNA:

1) messenger (informácie) RNA (mRNA) preniesť informácie o štruktúre proteínu z bunkového jadra do ribozómov;

2) transportná RNA (tRNA) transportovať aminokyseliny na miesto syntézy proteínov;

3) ribozomálna RNA (rRNA) sú súčasťou ribozómov, zúčastňujú sa na syntéze bielkovín.

Existujú dva typy nukleových kyselín - deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA). Tieto biopolyméry sú tvorené monomérmi nazývanými nukleotidy. Monoméry-nukleotidy DNA a RNA sú si podobné svojimi základnými štruktúrnymi vlastnosťami. Každý nukleotid pozostáva z troch zložiek spojených silnými chemickými väzbami. Nukleotidy tvoriace RNA obsahujú päťuhlíkový cukor - ribózu, jednu zo štyroch organických zlúčenín nazývaných dusíkaté bázy: adenín, guanín, cytozín, uracil (A, D, C, U) - a zvyšok kyseliny fosforečnej. Nukleotidy, ktoré tvoria DNA, obsahujú päťuhlíkový cukor - deoxyribózu, jednu zo štyroch dusíkatých báz: adenín, guanín, cytozín, tymín (A, G, C, T) - a zvyšok kyselina fosforečná.V zložení nukleotidov je na molekulu ribózy (alebo deoxyribózy) na jednej strane pripojená dusíkatá zásada a na druhej strane zvyšok kyseliny fosforečnej. Nukleotidy sú navzájom spojené dlhými reťazcami. Kostru takéhoto reťazca tvoria pravidelne sa striedajúce zvyšky cukru a organických fosfátov a bočné skupiny tohto reťazca sú štyri typy nepravidelne sa striedajúcich dusíkatých báz. Molekula DNA je štruktúra pozostávajúca z dvoch reťazcov, ktoré sú navzájom spojené vodíkovými väzbami po celej svojej dĺžke. Táto štruktúra, ktorá je charakteristická iba pre molekuly DNA, sa nazýva dvojitá špirála. Štruktúra DNA sa vyznačuje tým, že oproti dusíkatej báze A v jednom reťazci leží dusíkatá báza T v druhom reťazci a dusíkatá báza C je vždy umiestnená oproti dusíkatej báze G. A (adenín) - T (tymín) T (tymín) - A (adenín) G (guanín) - C (cytozín) C (cytozín) -G (guanín) Tieto páry báz sa nazývajú komplementárne bázy (komplementárne). Vlákna DNA, v ktorých sú bázy navzájom komplementárne, sa nazývajú komplementárne vlákna. Umiestnenie štyroch typov nukleotidov v reťazcoch DNA nesie dôležité informácie. Sada bielkovín (enzýmy, hormóny atď.) Určuje vlastnosti bunky a organizmu. Molekuly DNA uchovávajú informácie o týchto vlastnostiach a odovzdávajú ich generáciám potomkov. Inými slovami, DNA je nosičom dedičnej informácie. Hlavné typy RNA. Dedičná informácia uložená v molekulách DNA sa realizuje prostredníctvom molekúl proteínu. Informácie o štruktúre proteínu sa čítajú z DNA a prenášajú sa špeciálnymi molekulami RNA, ktoré sa nazývajú informačné (i-RNA) molekuly. I-RNA sa prenáša do cytoplazmy, kde prebieha syntéza bielkovín pomocou špeciálnych organel - ribozómov. Poradie usporiadania aminokyselín v molekulách proteínov určuje i-RNA, ktorá je komplementárna k jednému z reťazcov DNA. Na syntéze bielkovín sa podieľa ďalší typ RNA - transportná RNA (t-RNA), ktorá privádza aminokyseliny do ribozómov. Ribozómy zahŕňajú tretí typ RNA, takzvanú ribozomálnu RNA (r-RNA), ktorá určuje štruktúru ribozómov. Molekula RNA je na rozdiel od molekuly DNA predstavovaná jedným vláknom; namiesto deoxyribózy, ribózy a namiesto tymínu uracil. Hodnota RNA je určená skutočnosťou, že pre ňu zaisťujú syntézu špecifických proteínov v bunke. Pred každým bunkovým delením, s absolútne presným dodržaním nukleotidovej sekvencie, dochádza k sebaduplikácii (reduplikácii) molekuly DNA. Reduplikácia začína dočasným rozvinutím dvojitej špirály DNA. K tomu dochádza pôsobením enzýmu DNA polymerázy v prostredí, ktorý obsahuje voľné nukleotidy. Každý jeden reťazec podľa princípu chemickej afinity (AT, G-C) priťahuje svoje nukleotidové zvyšky a fixuje voľné nukleotidy v bunke vodíkovými väzbami. Každý polynukleotidový reťazec teda funguje ako templát pre nové komplementárne vlákno. Vďaka tomu sa získajú dve molekuly DNA, v každej z nich jedna polovica pochádza z pôvodnej molekuly a druhá sa novo syntetizuje, t.j. dve nové molekuly DNA sú presnou kópiou pôvodnej molekuly.

Ako sa DNA líši od RNA

Spočiatku sa ľuďom zdalo, že molekuly bielkovín sú základným základom života. Vedecký výskum však odhalil tento dôležitý aspekt, ktorý odlišuje živú a neživú prírodu: nukleové kyseliny.

Čo je to DNA?

DNA (kyselina deoxyribonukleová) je makromolekula, ktorá uchováva a prenáša dedičné informácie z generácie na generáciu. V bunkách je hlavnou funkciou molekuly DNA ukladanie presných informácií o štruktúre bielkovín a RNA. U zvierat a rastlín je molekula DNA obsiahnutá v bunkovom jadre, v chromozómoch. Z čisto chemického hľadiska pozostáva molekula DNA z fosfátovej skupiny a dusíkatej bázy. Vo vesmíre je znázornená ako dve špirálovite skrútené vlákna. Dusíkatými zásadami sú adenín, guanín, cytozín a tymín a navzájom sa spájajú iba na základe princípu komplementarity - guanín s cytozínom a adenín s tymínom. Usporiadanie nukleotidov v rôznych sekvenciách umožňuje kódovať rôzne informácie o typoch RNA zapojených do procesu syntézy proteínov.

Čo je to RNA?

Molekula RNA je pre nás známa ako ribonukleová kyselina. Rovnako ako DNA je táto makromolekula vo svojej podstate obsiahnutá v bunkách všetkých živých organizmov. Ich štruktúra je do značnej miery rovnaká - RNA, podobne ako DNA, pozostáva z väzieb - nukleotidov, ktoré sú vo forme fosfátovej skupiny, dusíkatej bázy a ribózového cukru. Usporiadanie nukleotidov v rôznych sekvenciách umožňuje kódovať individuálny genetický kód. RNA sú tri typy: i-RNA je zodpovedná za prenos informácií, r-RNA je zložkou ribozómov, t-RNA je zodpovedná za dodávku aminokyselín do ribozómov. Takzvanú mediálnu RNA používajú okrem iného všetky bunkové organizmy na syntézu bielkovín. Jednotlivé molekuly RNA majú svoju vlastnú enzymatickú aktivitu. Prejavuje sa to akoby schopnosťou „rozbiť“ iné molekuly RNA alebo spojiť dva fragmenty RNA. RNA je tiež neoddeliteľnou súčasťou genómov väčšiny vírusov, v ktorých vykonáva rovnakú funkciu ako makromolekula DNA vo vyšších organizmoch.

Porovnanie DNA a RNA

Takže sme zistili, že oba tieto pojmy sa týkajú nukleových kyselín s rôznymi funkciami: RNA sa podieľa na prenose biologických informácií zaznamenaných v molekulách DNA, ktorá je zase zodpovedná za ukladanie informácií a ich prenos dedením. Molekula RNA je rovnaký polymér ako DNA, iba kratšia. Navyše, DNA je dvojvlákno, RNA je jednovláknová štruktúra.

TheDifference.ru určil, že rozdiel medzi DNA a RNA je nasledovný:

    DNA obsahuje deoxyribonukleotidy, RNA ribonukleotidy.

    Dusíkatými bázami v molekule DNA sú tymín, adenín, cytozín, guanín; uracil je zapojený do RNA namiesto tymínu.

    DNA je transkripčná matica; uchováva genetickú informáciu. RNA sa podieľa na syntéze bielkovín.

    DNA má dvojvlákno, skrútené do špirály; pre RNA je to jediné.

    DNA je v jadre, plastidoch, mitochondriách; RNA - sa tvorí v cytoplazme, v ribozómoch, v jadre, vlastná RNA je v plastidoch a mitochondriách.

Spočiatku sa ľuďom zdalo, že molekuly bielkovín sú základným základom života. Vedecký výskum však odhalil tento dôležitý aspekt, ktorý odlišuje živú a neživú prírodu: nukleové kyseliny.

Definícia

DNA (kyselina deoxyribonukleová) Je makromolekula, ktorá uchováva a prenáša dedičné informácie z generácie na generáciu. V bunkách je hlavnou funkciou molekuly DNA ukladanie presných informácií o štruktúre bielkovín a RNA. U zvierat a rastlín je molekula DNA obsiahnutá v bunkovom jadre, v chromozómoch. Z čisto chemického hľadiska pozostáva molekula DNA z fosfátovej skupiny a dusíkatej bázy. Vo vesmíre je znázornená ako dve špirálovite skrútené vlákna. Dusíkatými zásadami sú adenín, guanín, cytozín a tymín a navzájom sa spájajú iba na základe princípu komplementarity - guanín s cytozínom a adenín s tymínom. Usporiadanie nukleotidov v rôznych sekvenciách umožňuje kódovať rôzne informácie o typoch RNA zapojených do procesu syntézy proteínov.

Molekula RNA známe pod menom „ribonukleová kyselina“. Rovnako ako DNA je táto makromolekula vo svojej podstate obsiahnutá v bunkách všetkých živých organizmov. Ich štruktúra je do značnej miery rovnaká - RNA, podobne ako DNA, pozostáva z väzieb - nukleotidov, ktoré sú vo forme fosfátovej skupiny, dusíkatej bázy a ribózového cukru. Usporiadanie nukleotidov v rôznych sekvenciách umožňuje kódovať individuálny genetický kód. Existujú tri typy RNA: i-RNA - je zodpovedná za prenos informácií, r-RNA - je zložka ribozómov, t-RNA - je zodpovedná za dodávku aminokyselín do ribozómov. Takzvanú mediálnu RNA používajú okrem iného všetky bunkové organizmy na syntézu bielkovín. Jednotlivé molekuly RNA majú svoju vlastnú enzymatickú aktivitu. Prejavuje sa to akoby schopnosťou „rozbiť“ iné molekuly RNA alebo spojiť dva fragmenty RNA. RNA je tiež neoddeliteľnou súčasťou genómov väčšiny vírusov, v ktorých vykonáva rovnakú funkciu ako makromolekula DNA vo vyšších organizmoch.

Porovnanie

Takže sme zistili, že oba tieto pojmy sa týkajú nukleových kyselín s rôznymi funkciami: RNA sa podieľa na prenose biologických informácií zaznamenaných v molekulách DNA, ktorá je zase zodpovedná za ukladanie informácií a ich prenos dedením. Molekula RNA je rovnaký polymér ako DNA, iba kratšia. Navyše, DNA je dvojvlákno, RNA je jednovláknová štruktúra.

Záver stránky

  1. DNA obsahuje deoxyribonukleotidy, zatiaľ čo RNA obsahuje ribonukleotidy.
  2. Dusíkatými bázami v molekule DNA sú tymín, adenín, cytozín, guanín; uracil je zapojený do RNA namiesto tymínu.
  3. DNA je matrica na transkripciu; uchováva genetickú informáciu. RNA sa podieľa na syntéze bielkovín.
  4. DNA má dvojvlákno, skrútené do špirály; pre RNA je to jediné.
  5. DNA je v jadre, plastidoch, mitochondriách; RNA - sa tvorí v cytoplazme, v ribozómoch, v jadre, vlastná RNA je v plastidoch a mitochondriách.

Na udržanie života v živom organizme prebieha veľa procesov. Niektoré z nich môžeme pozorovať - \u200b\u200bdýchať, jesť, zbavovať sa odpadových látok, prijímať informácie zmyslami a na tieto informácie zabúdať. Ale väčšina chemické procesy skryté z pohľadu.

Odkaz. Klasifikácia
Vedecky je metabolizmus metabolizmus.
Metabolizmus je zvyčajne rozdelený do dvoch etáp:
v priebehu katabolizmu sa zložité organické molekuly rozpadajú na jednoduchšie s príjmom energie; (energia sa míňa)
v procesoch anabolizmu sa energia vynakladá na syntézu zložitých biomolekúl z jednoduchých molekúl. (energia je uložená)
Ako je vidieť vyššie, biomolekuly sú rozdelené na malé molekuly a veľké.
Malý:
Lipidy (tuky), fosfolipidy, glykolipidy, steroly, glycerolipidy,
Vitamíny
Hormóny, neurotransmitery
Metabolity
Veľký:
Monoméry, oligoméry a polyméry.
Monoméry Oligoméry Biopolyméry
Aminokyseliny Oligopeptidy Polypeptidy, bielkoviny
Monosacharidy Oligosacharidy Polysacharidy (škrob, celulóza)
Nukleotidy Oligonukleotidy Polynukleotidy (DNA, RNA)

Kolóna s biopolymérmi obsahuje polynukleotidy. Na tomto mieste sa nachádza kyselina ribonukleová - predmet článku.

Ribonukleové kyseliny. Štruktúra, účel.

Obrázok ukazuje molekulu RNA.
Nukleové kyseliny DNA a RNA sú prítomné v bunkách všetkých živých organizmov a vykonávajú funkcie ukladania, prenosu a realizácie dedičných informácií.
Podobnosti a rozdiely medzi RNA a DNA
Ako vidíte, existuje vonkajšia podobnosť so známou štruktúrou molekuly DNA (kyselina deoxyribonukleová).
Avšak RNA môže byť dvojvláknová aj jednovláknová.
Nukleotidy (päťuholníky a šesťuholníky na obrázku)
Okrem toho reťazec RNA pozostáva zo štyroch nukleotidov (alebo dusíkatých báz, ktoré sú rovnaké): adenín, uracil, guanín a cytozín.
Vlákno DNA pozostáva z inej sady nukleotidov: adenín, guanín, tymín a cytozín.
Chemická štruktúra RNA polynukleotidu:

Ako vidíte, existujú charakteristické nukleotidy uracil (pre RNA) a tymín (pre DNA).
Všetkých 5 nukleotidov na obrázku:


Šesťuholníky na obrázkoch sú benzénové kruhy, do ktorých sú namiesto uhlíka zabudované ďalšie prvky, v tomto prípade dusík.
Benzén. Pre referenciu.
Chemický vzorec benzénu je C6H6. Tých. v každom rohu šesťuholníka je atóm uhlíka. 3 ďalšie vnútorné čiary v šesťuholníku naznačujú prítomnosť dvojitých kovalentných väzieb medzi týmito uhlíkmi. Uhlík - prvok skupiny 4 periodická tabuľka Mendelejev má teda 4 elektróny, ktoré môže vytvárať kovalentná väzba... Na obrázku - jedna väzba - s elektrónom vodíka, druhá - s uhlíkovým elektrónom vľavo a 2 ďalšie - s 2 uhlíkovými elektrónmi vpravo. Fyzicky však existuje jediný elektrónový mrak, ktorý obsahuje všetkých 6 atómov uhlíka benzénu.
Zlúčenina dusíkatých zásad
Komplementárne nukleotidy sú navzájom spojené (hybridizované) pomocou vodíkových väzieb. Adenín je komplementárny k uracilu a guanín je komplementárny k cytozínu. Čím dlhšie sú komplementárne oblasti na danej RNA, tým silnejšia bude štruktúra; krátke úseky budú naopak nestabilné. To určuje funkciu konkrétnej RNA.
Obrázok ukazuje fragment komplementárnej oblasti RNA. Dusíkaté bázy sú zatienené modrou farbou

Štruktúra RNA
Spojenie mnohých skupín nukleotidov vytvára vlásenky RNA (primárna štruktúra):


Viaceré špendlíky v páske sú vzájomne blokované v dvojitej špirále. Po rozbalení sa takáto štruktúra podobá stromu (Sekundárna štruktúra):


Špirály tiež interagujú navzájom (terciálna štruktúra). Môžete vidieť, ako sú rôzne špirály navzájom spojené:


Ostatné RNA sa skladajú podobným spôsobom. Pripomína sadu stúh (kvartérna štruktúra).
Záver
Na výpočet konformácií, ktoré RNA bude akceptovať, podľa ich primárnej sekvencie existujú
Podobné články
Diskutovať:
Kontakty O projekte a vydaní Reklama na webových stránkach mapa stránok

2020 ap37.ru. Záhrada. Okrasné kríky. Choroby a škodcovia.