Структурата и функцията на ДНК

ДНК молекулата, образувана от две полинуклеотидни вериги, спирално усукани един за друг и заедно около въображаема ос, т.е. Тя представлява двойна спирала (изключение - някои ДНК вируси имат едноверижна ДНК). Диаметърът на двойната спирала на ДНК - 2 пМ, разстоянието между съседни нуклеотиди - 0.34 Nm на спирала революция има 10 двойки нуклеотиди. молекула може да бъде до няколко сантиметра. Молекулно тегло - десетки и стотици милиони. Общата дължина на човешка ДНК на клетъчното ядро ​​-. Около 2 М в еукариотни клетки ДНК е в комплекс с протеини и има специфична пространствена конформация.

Мономер ДНК - нуклеотидната (дезоксирибонуклеотид) - се състои от остатъци от три вещества: 1) азотна база, 2) пет въглеродни монозахариди (пентози) и 3) фосфорна киселина. Азотни основи на нуклеинови киселини, принадлежащи към класа на пиримидин и пурин. Пиримидинови бази на ДНК (имат като част от молекула един пръстен) - тимин, цитозин. Пуринови бази (има два пръстена) - аденин и гуанин.

ДНК съдържа нуклеотидна монозахарид деоксирибозата на.

Заглавие нуклеотид е получен от името на подходяща база. Нуклеотиди и азотни основи са обозначени с главни букви.

От принципа на допълване, следва, че последователността на нуклеотиди от една верига определя последователността на нуклеотиди от друга.

Верижна ДНК антипаралелен (различни посоки), т.е. нуклеотиди различни схеми са разположени в противоположни посоки, и следователно срещу 3'-края на една верига е 5'-края на другата. ДНК молекулата е понякога в сравнение с вита стълба. "Релси" на стълба - захар-фосфатен гръбнак (остатъци редуващи деоксирибоза и фосфорна киселина); "Стъпки" - допълнителни азотни бази.

ДНК функция - съхранение и предаване на генетичната информация.

Репликация (лат replicatio -. Възобновено) - синтеза процес филиал молекула дезоксирибонуклеинова киселина в матрицата на молекулата родител ДНК. По време на последващото разделяне на клетките майки всяка дъщеря клетка получава едно копие на молекулата на ДНК, която е идентична с ДНК на първоначалната родителска клетка. Този процес гарантира точно предаване на генетична информация от поколение на поколение. ДНК репликация изпълнява комплекс ензимен комплекс, състоящ се от 15-20 различни протеини, наречени replisome

ДНК репликация - ключово събитие в хода на клетъчното делене. Принципно към ДНК разделителна точка е напълно реплицира и след това само веднъж. Това се постига чрез механизми на регулиране ДНК репликация. Репликация се провежда в три етапа: иницииране на репликация; удължение; прекратяване репликация.

регулиране репликация се извършва най-вече на етапа на започване. Това е доста лесно за изпълнение, тъй като репликация не може да започва с някаква част от ДНК, както и със строго определени, наречена началото на репликация. Геномът на такива сайтове може да бъде само един, а много. Идеята за начало на репликация сайт е тясно свързана с концепцията за репликация. Репликон - сегмент на ДНК, който съдържа произход на репликация и повторен след началото на синтеза на ДНК от този сайт. Геномите на бактерии обикновено съдържат един репликон, което означава, че целият геном репликацията е резултат от само един акт на иницииране на репликация. Еукариотните геноми (и техните индивидуални хромозоми) се състоят от голям брой независими репликони, това значително намалява общото време на репликация на единична хромозома. Молекулните механизми, които контролират количеството на иницииране на репликация актове всеки сайт за цикъл един клетъчно делене, наречени копие контрол номер. В допълнение към бактериални клетки често съдържат хромозомни ДНК плазмиди, които са отделни репликони. В плазмиди имат собствен номер копие на механизми за контрол. Те могат да гарантират, синтеза на като само един екземпляр на плазмид на клетъчния цикъл, и хиляди копия [1]

Репликация започва на мястото на начало на репликация от развиването на двойната спирала на ДНК, като по този начин се образува репликация вилица - място директен ДНК репликация. Всеки обект може да бъде оформен от един или два от разклонението на репликация, в зависимост от това дали моно- или двупосочно репликация. По-често двупосочно репликация. След известно време, можете да гледате очите репликация след началото на репликация в електронен микроскоп - хромозома, където ДНК, се повтаря, заобиколени от повече от разширени части от некопирана ДНК.

репликация вилица ДНК копия голям протеин комплекс (replisome), ключов ензим, който е ДНК полимераза. Репликация вилица се движи със скорост от около 100 000 двойки нуклеотиди в минута в прокариоти и еукариоти 500-5000 -.

Молекулното механизъм на репликация

Ензими (хеликази, топоизомерази) и ДНК-свързващи протеини развива ДНК държи матрицата до разреждане на ДНК молекулата и се завърта. Точност на репликация се осигурява от съвпадение комплементарни базови двойки и активността на ДНК полимерази в състояние да открие и коригира грешката. Репликация в еукариоти от няколко различни ДНК полимерази. ДНК полимераза I действа върху забавено схема за премахване на РНК праймери и пречистена ДНК doreplikatsii седалки. ДНК полимераза III - основния ДНК репликация ензим, който синтезира ДНК и водещ верига Okazaki фрагменти по време на синтеза на изоставане верига. Освен това има усукване на молекулите синтезират на базата на допълнително уплътняване и супернавиване на ДНК. Синтез на енергоемки.

Верижна ДНК молекули диспергират за образуване на репликация вилица, и всеки един от тях се превръща в матрица, на която синтезира нова комплементарна верига. В резултат на два нови двойноверижни ДНК молекули, които са идентични на родителската молекула.

процес репликация Характеристики:

матрица - последователността на синтезира ДНК верига е еднозначно определена от последователността на основния верига в съответствие с принципа на комплементарност;

· Semiconservative - един ДНК верига, образувана в резултат на репликация е новосинтезирано, а другият - майка;

· Отива в посока от 5'-края на нова молекула към 3 'края;

· Полу - една от нишките на ДНК се синтезират непрекъснато, а вторият - към набор от отделни къси фрагменти (Okazaki фрагменти);

· Започва с определени региони на ДНК, известни като начало на репликация.

Генетичният код - система за запис на генетична информация в молекули на нуклеинови киселини на базата на конкретен разделяне нуклеотидни последователности в ДНК или РНК, които кодони, съответстващи на аминокиселини в протеина.

Генетичният код има няколко свойства.

2.Vyrozhdennost или съкращения.

Генетичният код, както и по-сложна система организация има най-малката структурна и функционална единица на най-малките. Тройка - най-малката структурна единица на генетичния код. Той се състои от три нуклеотида. Кодон - най-малката функционална единица на генетичния код. Обикновено по-кодон триплети на иРНК. В генетичния код, кодон изпълнява няколко функции. Първо, основната му функция е, че кодира една аминокиселина. Второ, кодонът може да кодира аминокиселината, но в този случай, тя изпълнява друга функция (вж. По-долу). Както може да се види от определението, т - концепция, която характеризира елементарен структурното звено на генетичния код (три нуклеотида). Кодон - характеризира елементарните семантичните единици на генома - три нуклеотиди определят спазване на полипептидната верига на една аминокиселина.

Елементен структурно звено на първата декодиран теоретично, и след това експериментално потвърждава съществуването си. И наистина, не е възможно да се кодира 20 аминокиселини с един или два нуклеотид като Последният само 4. Три от четирите нуклеотидни даде 04 март = 64 вариант, който е по-малък от броя на капаци на разположение на живи организми, аминокиселини.

Представени в Таблица 64 са от комбинацията на две функции нуклеотиди. Първо, от 64 триплети опции са само 61 кодони и кодират всякаква аминокиселина, което означава, че са наречени кодони. Три тризнаци не се kodiruyutaminokislot и сигнали за спиране, което показва края на излъчването. Тези три тризнаци - ИЗП, UAG, UGA. те се наричат ​​"безсмислени" (безсмислени кодони). В резултат на мутация, която е свързана със замяната на единичен нуклеотид в триплет на друг безсмислен кодон може да произтече от условната кодон. Този тип мутация нарича безсмислена мутация. Ако стоп сигнал се генерира в гена (в информационния му част), след процеса на синтеза на протеини в този момент постоянно ще прекъснат - синтезира само първата (до-стоп-сигнал) на протеина. Човек с такива заболявания ще се усети недостиг на протеин и всякакви симптоми, свързани с този недостиг. Например, този вид мутация намерени в гена, кодиращ бета веригата на хемоглобина. Синтезиран скъсен неактивна хемоглобин верига, която бързо се унищожават. Резултатът е молекула, лишена от хемоглобин бета верига. Ясно е, че такава молекула е малко вероятно да изпълнява изцяло задълженията си. Налице е сериозно заболяване, което се развива от вида на хемолитична анемия (бета-таласемия нула, от гръцката дума "Талас" - Средиземно море, където болестта открита за първи път).

Механизмът на действие на стоп-кодони различен от механизма на действие на сетивните кодони. Това следва от факта, че за всички кодони, кодиращи открити съответстващи тРНК аминокиселините. За тРНК безсмислени кодони намерен. Следователно, в процеса на спиране протеин синтез тРНК не участва.

Пластмасови метаболизъм (асимилация или анаболизъм) - набор от реакции биологични синтез. Името на този вид обмен отразява същността си: на вещества, които влизат в клетката от външната страна, образувана от значение, както и клетки вещества.

Да разгледаме една от най-важните форми от пластмаса метаболизъм - протеин биосинтеза. Биосинтезата на протеини се извършва във всички клетки на еукариотна про-те. Информация за първичната структура (ред от аминокиселини) на протеиновата молекула е кодирана нуклеотидна последователност в съответния регион на молекулата на ДНК - ген.

Gene е част от молекулата на ДНК, която определя реда на аминокиселини в молекулата на протеин. Следователно, от порядъка на нуклеотиди в ген, зависи от порядъка на аминокиселини в полипептида, т.е. неговата първична структура, от която на свой ред зависи от всички други структури, характеристики и функции на протеиновата молекула.

Като се започне процес превод определя инициаторни кодон (август в ДНК - ТАС), кодираща аминокиселината метионин. Това кодон е първата част на рибозомата. Впоследствие, метионин, ако не е предвидено като първата аминокиселина на протеин се разцепва.

За да се синтезира протеин, информация за последователността на нуклеотиди в основната структура е да бъдат доставени на рибозомите. Този процес се състои от два етапа - транскрипцията и транслацията.

Структура (пренаписване) информация чрез синтез настъпва на една нишка едноверижни ДНК молекули, РНК молекули, нуклеотидната последователност, която съответства точно на последователността на нуклеотиди матрица - ДНК полинуклеотидна верига.

Той (и - РНК) е посредник, предаване на информация от ДНК на сглобяването на протеинови молекули в рибозомата. Синтез и - РНК (транскрипция) протича, както следва. Ензимът (РНК - полимераза) разцепва двойноверижна ДНК, и на един от неговите вериги (кодиране) на базата на допълване на подравнени нуклеотиди РНК. Синтезиран по този начин (матрица синтез) на молекула, и - РНК излиза в цитоплазмата и в единия край на малката субединица рибозомалното нанизани.

Вторият етап в биосинтеза на протеин - превод - превод на нуклеотидната последователност в молекулата и - РНК последователност на аминокиселини в полипептида. В прокариоти, които не са издадени ядрото, рибозоми могат да се свързват към ново-синтезираната молекула и - РНК веднага след отделянето му от ДНК или дори преди приключване sinteza.U еукариоти и - РНК първо трябва да бъдат доставени чрез ядрената мембрана в цитоплазмата. Трансфер се извършва със специални протеини, които образуват комплекс с молекула и - РНК. Освен това, тези функции за трансфер и защитават протеини - РНК от увреждащото действие на цитоплазмени ензими.

В цитоплазмата в единия край и - РНК (а именно този, който започва синтезата на молекулата в ядрото) влиза и започва рибозом синтез полипептид. Както се движат по протежение на РНК молекула, рибозом превежда триплет от триплетни аминокиселинни последователности са кондензирани към края на нарастващата полипептидна верига. Точна код аминокиселина и триплет - РНК се предоставя т - РНК.

Трансфер РНК (т - РНК) "въвеждат" аминокиселини в голямата субединица на рибозомата. Молекула m - РНК има сложна конфигурация. В някои области между комплементарни нуклеотиди образуват водородни връзки и молекулата е оформен като детелина. На върха е свободен нуклеотиден триплет (антикодон), която съответства на определена аминокиселина, а основата служи за закрепване на тази аминокиселина.

Всяка т - РНК може само да прехвърлят аминокиселина. Т-РНК активира чрез специфични ензими, придава своя аминокиселина и го транспортира в рибозомата. Вътре в рибозомата в даден момент само две кодон-РНК. Ако антикодон тРНК е комплементарна кодон и РНК, която е временно закрепване на тРНК с аминокиселина на иРНК. Вторият кодон присъедини второ тРНК провеждането им аминокиселина. Аминокиселините са разположени в близост до голяма рибозомната субединица, и с ензими се установява пептидна връзка между тях. В същото време нарушава връзката между първата аминокиселина и тРНК и тРНК напуска рибозомата следващата аминокиселина. Рибозом движи един триплет, и процесът се повтаря. Така постепенно нараства полипептидна молекула, в която аминокиселини са разположени в строго съответствие с реда на техните кодиращи триплети (Synthesis матрица).

А рибозом е в състояние за синтезиране на пълна полипептидна верига. Въпреки това, често една молекула РНК и се движи няколко рибозоми. Тези комплекси са наречени polyribosomes. След завършване на синтезата на полипептидна верига се отделя от матрицата - молекули и РНК, навити на спирала и придобива присъщ (вторичен, третичен или четвъртичен) структура. Рибозомите са много ефективни: за бактериалната рибозома 1с образува полипептидна верига от 20 аминокиселини.