Dnk. Strukturasi va funksiyasi

1. Dezoksiribonuklein kislotalar haqida umumiy tushunchalar

Dezoksiribonuklein kislotalar (DNK) uglevod komponenti sifatida dezoksiriboza va pirimidin asoslaridan biri sifatida timinni o'z ichiga olgan nuklein kislotalar bo'lib, ribonuklein kislotalarning molekulalarida riboza va urasil mos keladi. DNK dezoksiribonukleotidlarning chiziqli polimeri bo'lib, azotli asoslar ketma-ketligida barcha irsiy ma'lumotlar kodlangan.

Shunday qilib, ma'lum bir organizmning DNKsi turning barcha xususiyatlari va individning xususiyatlari - uning genotipi haqida ma'lumotni o'z ichiga oladi va bu ma'lumotni avlodga uzatadi, individual DNK tuzilishidagi asoslarning ma'lum bir ketma-ketligini ko'paytiradi. DNK molekulalari juda katta va qo'shaloq spiralli tuzilishga ega bo'lganligi sababli, to'rt xil nukleotidlarning teng bo'lmagan ketma-ketliklari juda ko'p, turli xil DNK molekulalari soni deyarli cheksizdir.
Tabiatda DNK RNK o'z ichiga olgan viruslardan tashqari barcha organizmlarda uchraydi. DNK hujayra yadrosining tipik tarkibiy qismi bo'lib, ular oqsillar, asosan gistonlar bilan murakkab bo'lib, xromatin va xromosomalar moddasining sitologik tuzilishining asosini tashkil etuvchi dezoksiribonukleoproteinlarni hosil qiladi. DNK o'simlik hujayralari xloroplastlarida va hayvon va o'simlik mitoxondriyalarida ham topilgan, ularda bu tuzilmalar oqsillarining bir qismini kodlaydi, shuning uchun ular ma'lum bir avtonomiyaga ega va faqat qisman yadro DNKsiga bog'liq.
2. DNKning tuzilishi

DNK molekulalari chiziqli makromolekulalar bo'lib, ular nukleotidlar (kichik organik molekulalar) deb ataladigan monomerlardan tashkil topgan polimerlarning uzun qo'sh zanjiri (iplari) bo'lib, DNKning qurilish bloklari hisoblanadi.

Barcha tirik mavjudotlarda bir xil rejaga muvofiq qurilgan DNK makromolekulalari mavjud. Ular asosan bir xil nukleotidlardan tashkil topgan. Nuklein kislotalarning tarkibiga purin (A, G) va pirimidin asoslari (C, T) va oddiy uglevodlar kiradi; adenin (A) va guanin (G), fosfor kislotasi va uglevodlarni ajratadi. Agar oqsilni yaratishda 20 ta aminokislotalar ishtirok etsa, unda atigi 4 ta nukleotid mavjud (garchi ularning o'zlari juda murakkab shakllanishlar bo'lsa ham). Ularning fosfat guruhlari eritmalarda vodorod ionlarini chiqaradi. Shakar ikki xil bo'lishi mumkin: riboza (P), bu beshta uglerod atomiga ega bo'lgan shakar, ulardan biri gidroksil guruhiga (-OH) biriktirilgan va dezoksiriboza (D), glyukozadan farqli o'laroq, molekulasida 6 emas, balki 5 atomli uglerod (pentoza) va vodorod atomi uglerod atomlaridan biriga biriktirilgan. Biroq, ular hech qachon bir vaqtning o'zida sodir bo'lmaydi, shuning uchun bu shakarlar ikki turdagi nuklein kislotalarga mos keladi - DNK va RNK. Avvaliga ular hujayralarda ham ajratilgan deb o'ylashdi: DNK - yadroda va RNK - uning tashqarisida. Endi ma'lum bo'ldiki, DNK asosan yadroda (xromosomalar) va qisman boshqa hujayra komponentlarida (masalan, yashil o'simliklarning xloroplastlarida) joylashgan.

Nukleotidning boshqa komponenti bo'lgan asoslar asoslar kabi reaksiyaga kirishgani uchun shunday nomlangan: kislotali muhitda ular vodorod ionini qo'shishi mumkin. Ular ikki guruhga ham kirishi mumkin: tuzilishi olti a'zoli halqaga asoslangan pirimidinlar (11.2-rasm, a) va pirimidin halqasiga besh a'zoli halqa biriktirilgan pirinlar (11.2-rasm, b ). ). DNKda dezoksiribonukleotidlar ketma-ket bog'langan bo'lib, ularning har biri to'rtta asosdan birini (A, C, G, T) va RNK - ribonukleotidlarni o'z ichiga oladi, shuningdek, har birida bittadan asos (A, C, G, Y) mavjud. Barcha molekulalar zanjir shaklida (77 dan bir necha million nukleotidgacha).

Nukleotidlar nafaqat nuklein kislotalarning ajralmas qismi, balki faol guruhlar - kofermentlar sifatida fermentlarning bir qismidir (Todd azotli asos, uglevod va fosfor kislotasi qoldig'i majmuasini shunday atagan). A, G, T, C bloklari bir-biriga turli kombinatsiyalarda bog'langan uzun polimer zanjirni hosil qiladi. Amerikalik biokimyogari E.Chargaff (1948) nuklein kislota molekulalaridagi purin va pirimidin asoslarining juft munosabatlaridagi qonuniyat qoidalarini tuzdi: 1 - guanin va adeninning umumiy miqdori (G va A purinlar guruhidan) ga teng. sitozin va timin miqdori (C va T pirimidinlar guruhidan), ya'ni. A + G = T + C; 2 - A / T va G / C nisbatlari taxminan birga teng, ya'ni. A = T va C = G; 3) - G + T = A + C bo'lganda; 4 - turli manbalardan olingan DNK farqlarga ega bo'lishi mumkin - ba'zi hollarda A + T> G + C, boshqalarda esa - G + C> A + T. Bu qoidalar DNK qo'sh spiralining ochilishiga asos bo'lgan.
DNK molekulasi, shuningdek, uch xil - birlamchi, ikkilamchi va uchinchi darajali tuzilishi bilan tavsiflanadi. DNKning birlamchi tuzilishi nukleotid zanjirlaridan iborat bo'lib, ularda skelet asosi kovalent bog'lar bilan bog'langan o'zgaruvchan shakar va fosfat guruhlaridan iborat bo'lib, yon qismlari to'rtta asosdan biri bilan ifodalanadi va bir-biriga shakar molekulasi bilan biriktiriladi. . Nukleotidlar birin-ketin joylashib, fosfat va shakar qoldig'i bilan kovalent bog'lanib, polinukleotid zanjirini hosil qiladi.
Ikkilamchi tuzilma D. Uotson va F. Krik tomonidan tuzilgan. Yonma-yon yuradigan, bir-biriga jumperlar bilan mahkamlangan va qo'sh spiralga o'ralgan ikkita ip DNK molekulasidir. Ikkala ipning uzunligi teng, A-T va G-C juftlarining qoldiqlari teng masofalar bilan ajralib turadi. Ikki tomonlama spiral tartiblangan xususiyatga ega, chunki har bir asos-shakar aloqasi spiral o'qidan bir xil masofada joylashgan va 36 ° ga aylanadi va ularning har biri DNK turiga qarab millionlab bloklarga ega bo'lishi mumkin. - nukleotidlar. Ularning almashinish tartibi DNKda qayd etilgan va keyingi avlodlarga uzatiladigan irsiy axborotni belgilaydi. Nuklein kislotalarning genetik material sifatidagi roli haqidagi birinchi taxminni Peterburg universiteti dotsenti A. Schepotiev (1914) shakllantirgan. Kimyogarlar DNK to'rtta azotli asoslardan biriga bog'langan besh uglerodli shakar bilan kovalent bog'langan fosfat guruhiga ega bo'lgan nukleotidlardan yig'ilganligini tushunishdi. Nukleotidlar bir-biriga bog'langan bo'lib, birining fosfat guruhi avvalgisining shakariga bog'lanadi va ularning o'zgaruvchan birikmalaridan uzun zanjir hosil bo'ladi - molekulaning shakar-fosfat asosi. Bir tomonda yadroga to'g'ri burchak ostida asoslar joylashgan.
DNK molekulasi spiralga o'ralgan bo'lib chiqdi: spiralning tashqarisida umurtqa pog'onasi, ichkarida esa unga perpendikulyar asoslar joylashgan. Spiralning har bir burilishida o'nga yaqin nukleotid bor edi va uning qalinligi bir nechta ipning burilganligini ko'rsatdi. Demak, ikkilamchi struktura nuklein kislotaning shaklini aks ettiradi. DNKning burish darajasi fermentlarga bog'liq.
Tirik hujayralarda zanjirlar juda uzun bo'lib, ular ketma-ket 108 juftgacha bo'lgan va qattiq to'pga o'ralgan. Odamlarda bunday spiral zinapoyaning ochilmagan holatda uzunligi bir necha metrga etadi va bu bitta molekula! Demak, DNKdagi molekulalarning ko'p sonli joylashishi mumkin . Va bu xilma-xillik hayotning xilma-xilligi bilan bog'liq bo'lib, DNK molekulasida to'rt turdagi juftlarning joylashishi butun dasturni belgilaydi, hujayra qanday rivojlanishi va nima qilish kerakligini aytadi.
Qo'sh spiralning diametri 2 x 10-9 m (2 nm), spiralning qo'shni tayanch juftlari orasidagi masofa 0,34 x 10-9 m (0,34 nm), spiralning to'liq aylanishi 10 juftdan keyin tugallanadi va uzunligi ushbu DNK molekulasiga tegishli bo'lgan organizmga bog'liq. Meva pashshasining (Drosophila) uzunligi 4 x 10-3 m, eng uzun xromosomasi esa 10 marta uzun. Eng oddiy viruslarda DNK bir necha ming, bakteriyalarda bir necha million, yuqoriroqlarida esa milliardlab aloqalarni o'z ichiga oladi. Agar siz bitta inson hujayrasida joylashgan DNK molekulalarini bir qatorga qo'ysangiz, siz 2 m uzunlikka ega bo'lasiz, ya'ni uzunligi qalinligidan milliard marta kattaroqdir. Ammo u hujayra yadrosiga to'g'ri keladi, ya'ni uning "yotqizilishi" genlarni "o'qishi" kerak bo'lgan oqsillar uchun butun uzunligi bo'ylab kirish imkoniyatini anglatadi. Zaif vodorod aloqasi bilan bog'langan bazalar bir-birini to'ldiradi va har bir zanjir avtomatik ravishda sherik topish uchun ma'lumot beradi. Eukaryotik hujayralarda DNK va oqsillarning asosiy qismlari munchoqlar qatoriga o'xshab bir-biriga bog'langan. Har bir bunday "munchoq" to'rtta yadro bloklari bilan o'ralgan va 200 ga yaqin qo'sh asoslarni o'z ichiga oladi va "iplik" DNK va yadro oqsilidan (giston) iborat bo'lib, u "munchoqlar" ning bir qismi bo'lganidan farq qiladi.
DNK strukturasining dekodlanishi Uotson va Krikning jurnalda bor-yo‘g‘i ikki sahifani egallagan, ammo hayot sirini ochishda yangi davrni ochgan maqolasida xabar qilingan. Nashrda (1953) Krik va Uotson bunday tuzilma ushbu molekulaning "ko'payishi" jarayonini yaxshi tushuntirib berishini ta'kidladilar. Zanjirlar uzilganda, ularning har biriga yangi nukleotidlarni biriktirish mumkin bo'ladi, keyin har bir eskisining yonida unga to'liq mos keladigan yangi zanjir paydo bo'ladi. Shunday qilib, biz birinchi marta o'z-o'zini ko'paytirishga qodir bo'lgan tuzilishga keldik. Ikki raqam biologlarni qoniqtirdi, chunki hujayralar ham, xromosomalar ham asl nusxani ikkiga bo'lish orqali ko'payadi.
uchinchi darajali tuzilishi hali etarlicha o'rganilmagan.
Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, DNK ikki shaklda mavjud bo'lishi mumkin: A (past namlikda) va B (yuqori namlikda). Ikkala shakl uchun molekulyar modellar qurilgan. DNK tolalarining diffraktsiya naqshlaridan ma'lumot olish juda qiyin edi, chunki DNK zanjirining tolalari o'q bo'ylab tasodifiy joylashgan, ammo uning spiral tuzilishi tasdiqlangan. Bugungi kunga kelib, tadqiqotchilar kerakli miqdorda sintez qilish va ma'lum ketma-ketlikdagi DNKning qisqa bo'limlarini etarlicha sof shaklda olishni o'rgandilar, bu esa molekula fragmentlarini 4 dan 24 tagacha bo'lgan uzunlikdagi tayanch juftlarini kristallash va ularni o'rganish imkonini beradi. X-nurlari diffraktsiya tahlilidan foydalangan holda kristallar. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ikkala shaklning ham markaziy o'q atrofida spiral tarzda o'ralgan egiluvchan zinapoyaga haqiqiy o'xshashligi.