Читайте также:
|
Структура гена, его функция. Характеристика генома человека. ДНК — молекула наследственности. Химические и структурные особенности
Уже из школьной программы биологии известно, что ген — это отрезок молекулы ДНК. Только эта макромолекула из довольно обширного спектра макромолекул, существующих в каждой клетке каждого живого организма, способна самовоспроизводиться, а значит, передавать в поколениях клеток или организмов содержащуюся в ней информацию. Способность ДНК к самовоспроизведению обусловлена особенностями ее химической структуры. Молекула ДНК построена из трех компонентов: сахара, представленного дезоксирибозой, фосфатных групп и 4 типов азотистых оснований — цитозина (Ц), тимина (Т), которые еще называют пуринами, аденина (А) и гуанина (Г). Это — пиримидины.
В 1953 г. Уотсон и Крик опубликовали свою историческую статью о физической структуре ДНК. Согласно модели Уотсона и Крика, молекула ДНК представляет собой двойную спираль. Каждая спираль обвивается вокруг другой спирали вдоль общей оси. Цепи этой спирали образуют дезоксирибоза и фосфатные группы. Через определенные промежутки к каждой цепи крепится азотистое основание, обращенное внутрь спирали. Два основания каждой цепи, расположенные на одном и том же уровне, соединяются между собой.
Самое замечательное в молекуле ДНК то, что каждое азотистое основание может соединиться только с другим строго определенным и комплементарным (подходящим только для него) ему основанием, а именно аденин с тимином, а гуанин с цитозином.
Это свойство нуклеотидов комплементарно спариваться обеспечивает основу для точного воспроизведения последовательности нуклеотидов каждой цепи ДНК. Нуклеотидные цепи ДНК полярны. Полярность определяется тем, как соединяются между собой сахара (дезоксирибозы). Фосфатная группа, присоединенная к С5 (5-углерод) одного сахара, соединяется с гидроксильной группой в положении С, (3-углерод) следующего сахара с помощью фосфодиэфирной связи. В результате концевой нуклеотид на одном конце цепи имеет свободную 5-, а на другом — свободную 3-группу. Последовательность нуклеотидных оснований принято записывать в направлении от 5- к 3-концу. Две нити ДНК антипараллельны друг другу, так как идут в противоположных направлениях и 5-концу одной цепи соответствует 3-конец другой цепи и наоборот.
Модель ДНК Уотсона и Крика объяснила к тому времени хорошо известное правило английского биохимика Чаргаффа, согласно которому в любой молекуле ДНК количество пуринов строго соответствует количеству пиримидинов.
В двойной спирали ДНК пурины-(аденин, гуанин) всегда соединяются с пиримидинами (тимин и цитозин). Между цитозином и гуанином образуется три водородные связи, а между тимином и аденином — две, поэтому иным способом основания соединиться просто не могут.
Элементарной единицей ДНК является нуклеотид, в состав которого входит одна дезоксирибоза, одна фосфатная группа и одно азотистое основание.
Репликация ДНК
Поскольку ДНК является молекулой наследственности, то для реализации этого качества она должна точно копировать саму себя и таким образом сохранять всю имеющуюся в исходной молекуле ДНК информацию в виде определенной последовательности нуклеотидов. Это обеспечивается за счет особого процесса, предшествующего делению любой клетки организма, который называется репликацией ДНК. Суть этого процесса заключается в том, что специальный фермент разрывает слабые водородные связи, которые соединяют между собой нуклеотиды двух цепей. В результате цепи ДНК разъединяются и из каждой цепи «торчат» свободные азотистые основания (возникновение так называемой вилки репликации). Особый фермент ДНК-полимераза начинает двигаться вдоль свободной цепи ДНК от 5- к 3-концу молекулы, помогая присоединиться свободным нуклеотидам, постоянно синтезируемым в клетке, к 3-концу вновь синтезируемой цепи ДНК.
В результате репликации образуются две новые, абсолютно идентичные молекулы ДНК, идентичные также исходной молекуле ДНК до начала ее редупликации.
Можно сказать, несколько упрощая, что феномен точного удвоения молекулы ДНК, в основе которого лежит комплементарность оснований этой молекулы, составляет молекулярную основу наследственности.
Скорость репликации ДНК у человека относительно низкая, и для того чтобы обеспечить репликацию ДНК любой хромосомы человека, требовались бы недели, если бы репликация начиналась из одной точки. На самом деле в молекуле ДНК любой хромосомы, а каждая хромосома человека содержит только одну молекулу ДНК, имеется множество мест инициации репликации (репликонов). От каждого репликона репликация идет в обоих направлениях до тех пор, пока соседние репликоны не сливаются. Поэтому репликация ДНК вкаждой хромосоме протекает относительно быстро.
Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 87 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |