DNA (deoxiribonukleinsyra) är en av de viktigaste komponenterna i levande materia. Genom den genomförs bevarande och överföring av ärftlig information från generation till generation med möjlighet till variabilitet inom vissa gränser. Syntesen av alla proteiner som är nödvändiga för ett levande system skulle vara omöjlig utan en DNA-matris. Nedan kommer vi att överväga strukturen, bildningen, grundläggande funktionen och rollen av DNA i proteinbiosyntesen.
DNA-molekylens struktur
Deoxiribonukleinsyra är en makromolekyl som består av två strängar. Dess struktur har flera organisationsnivåer.
DNA-kedjans primära struktur är en sekvens av nukleotider, som var och en innehåller en av de fyra kvävebaserna: adenin, guanin, cytosin eller tymin. Kedjor uppstår när deoxiribossockret från en nukleotid förenas med fosfatrester från en annan. Denna process utförs med deltagande av en proteinkatalysator - DNA-ligas
- DNA:s sekundära struktur är den så kallade dubbelhelixen (närmare bestämt en dubbelskruv). Grounds är kapablaansluter till varandra enligt följande: adenin och tymin bildar en dubbelvätebindning, och guanin och cytosin bildar en trippel. Denna egenskap ligger till grund för principen om baskomplementaritet, enligt vilken kedjor är anslutna till varandra. I det här fallet uppstår en spiralformad (oftast höger) vridning av dubbelkedjan.
- En tertiär struktur är en komplex konformation av en enorm molekyl som uppstår genom ytterligare vätebindningar.
- Den kvartära strukturen bildas i kombination med specifika proteiner och RNA och är hur DNA förpackas i cellkärnan.
DNA-funktioner
Låt oss överväga vilken roll DNA spelar i levande system. Denna biopolymer är en matris som innehåller en förteckning över strukturen hos olika proteiner, RNA som behövs av kroppen, såväl som olika typer av regulatoriska platser. I allmänhet utgör alla dessa komponenter kroppens genetiska program.
Genom DNA-biosyntes förs det genetiska programmet vidare till nästa generationer, vilket säkerställer ärftligheten av information som är grundläggande för livet. DNA kan mutera, på grund av vilket variationen hos levande organismer av en biologisk art uppstår och som ett resultat är processen för naturligt urval och evolutionen av levande system möjlig.
Under sexuell fortplantning bildas DNA från en organismavkomling genom att kombinera ärftlig information från fader och modern. När de kombineras finns det olika variationer, vilket också bidrar till variation.
Hur det genetiska programmet reproduceras
På grund av den komplementära strukturen är matrissjälvreproduktion av DNA-molekylen möjlig. I detta fall kopieras informationen i den. Dupliceringen av en molekyl för att bilda två dotter-"dubbla helixar" kallas DNA-replikation. Detta är en komplex process som involverar många komponenter. Men med en viss förenkling kan den representeras som ett diagram.
Replikation initieras av ett speciellt komplex av enzymer i vissa områden av DNA. Samtidigt lindas dubbelkedjan upp och bildar en replikationsgaffel, där processen för DNA-biosyntes äger rum - uppbyggnaden av komplementära nukleotidsekvenser på var och en av kedjorna.
Funktioner i replikeringskomplexet
Replikering fortskrider också med deltagande av en komplex uppsättning enzymer - replisomer, i vilka DNA-polymeras spelar huvudrollen.
En av kedjorna i DNA-biosyntesen är ledaren och formas kontinuerligt. Bildandet av en eftersläpande sträng sker genom att korta sekvenser fästs - Okazaki-fragment. Dessa fragment ligeras med användning av DNA-ligas. En sådan process kallas semi-kontinuerlig. Dessutom karakteriseras den som halvkonservativ, eftersom i var och en av de nybildade molekylerna är en av kedjorna föräldern och den andra är dottern.
DNA-replikering är ett av nyckelstegen i celldelning. Denna process ligger till grund för överföringen av ärftlig information till den nya generationen, såväl som organismens tillväxt.
Vad är proteiner
Protein ärdet viktigaste funktionella elementet i cellerna i alla levande organismer. De utför katalytiska, strukturella, reglerande, signalerande, skyddande och många andra funktioner.
En proteinmolekyl är en biopolymer som bildas av en sekvens av aminosyrarester. Den, liksom nukleinsyramolekyler, kännetecknas av närvaron av flera nivåer av strukturell organisation - från primär till kvartär.
Det finns 20 distinkta (kanoniska) aminosyror som används av levande system för att bygga en enorm variation av proteiner. Som regel syntetiseras inte protein på egen hand. Den ledande rollen i bildandet av en komplex proteinmolekyl tillhör nukleinsyror - DNA och RNA.
essensen av den genetiska koden
DNA är alltså en informationsmatris som lagrar information om de proteiner som behövs för att kroppen ska växa och leva. Proteiner är byggda av aminosyror, DNA (och RNA) från nukleotider. Vissa nukleotidsekvenser i DNA-molekylen motsvarar vissa aminosyrasekvenser för vissa proteiner.
Det finns 20 typer av proteinstrukturenheter - kanoniska aminosyror - i en cell och 4 typer av nukleotider i DNA. Så varje aminosyra skrivs på DNA-matrisen som en kombination av tre nukleotider - en triplett, vars nyckelkomponenter är kvävebaser. Denna överensstämmelseprincip kallas den genetiska koden, och bastripletter kallas kodon. Gene ären sekvens av kodon som innehåller en registrering av ett protein och vissa tjänstekombinationer av baser - ett startkodon, ett stoppkodon och andra.
Några egenskaper hos den genetiska koden
Den genetiska koden är nästan universell - med mycket få undantag är den samma i alla organismer, från bakterier till människor. Detta vittnar för det första om förhållandet mellan alla livsformer på jorden och för det andra om själva kodens forntid. Förmodligen, i de tidiga stadierna av existensen av primitivt liv, bildades olika versioner av koden ganska snabbt, men bara en fick en evolutionär fördel.
Dessutom är den specifik (otvetydig): olika aminosyror kodas inte av samma triplett. Den genetiska koden kännetecknas också av degeneration, eller redundans - flera kodon kan motsvara samma aminosyra.
Genetisk post läses kontinuerligt; funktionerna för skiljetecken utförs också av trillingar av baser. Som regel finns det inga överlappande poster i den genetiska "texten", men även här finns det undantag.
Funktionella enheter av DNA
Totalheten av allt genetiskt material i en organism kallas genomet. Således är DNA bärare av genomet. Genomets sammansättning inkluderar inte bara strukturella gener som kodar för vissa proteiner. En betydande del av DNA innehåller regioner med olika funktionella syften.
Så, DNA innehåller:
- regleringsekvenser som kodar för specifika RNA, såsom genetiska switchar och regulatorer av strukturellt genuttryck;
- element som reglerar transkriptionsprocessen - det inledande skedet av proteinbiosyntes;
- pseudogener är ett slags "fossila gener" som har förlorat sin förmåga att koda för ett protein eller transkriberas på grund av mutationer;
- mobila genetiska element - regioner som kan röra sig inom genomet, såsom transposoner ("hoppande gener");
- telomerer är speciella regioner i ändarna av kromosomerna, tack vare vilka DNA:t i kromosomerna skyddas från att förkortas med varje replikeringshändelse.
Involvering av DNA i proteinbiosyntes
DNA kan bilda en stabil struktur, vars nyckelelement är den komplementära föreningen av kväveh altiga baser. Den dubbla DNA-strängen tillhandahåller för det första den fullständiga reproduktionen av molekylen, och för det andra läsningen av individuella sektioner av DNA under proteinsyntesen. Denna process kallas transkription.
Under transkriptionen tvinnas en sektion av DNA som innehåller en viss gen, och på en av kedjorna - mallen en - syntetiseras en RNA-molekyl som en kopia av den andra kedjan, som kallas den kodande. Denna syntes är också baserad på egenskapen hos baser att bilda komplementära par. Icke-kodande serviceregioner av DNA och enzymet RNA-polymeras deltar i syntesen. RNA fungerar redan som mall för proteinsyntes, och DNA är inte involverat i den vidare processen.
Omvänd transkription
Länge trodde man att matrisenkopiering av genetisk information kan bara gå i en riktning: DNA → RNA → protein. Detta schema har kallats molekylärbiologins centrala dogm. Men under forskningens gång fann man att det i vissa fall är möjligt att kopiera från RNA till DNA - den så kallade omvända transkriptionen.
Förmågan att överföra genetiskt material från RNA till DNA är karakteristisk för retrovirus. En typisk representant för sådana RNA-innehållande virus är det humana immunbristviruset. Integreringen av det virala genomet i DNA från en infekterad cell sker med deltagande av ett speciellt enzym - omvänt transkriptas (revertas), som fungerar som en katalysator för DNA-biosyntes på en RNA-mall. Revertas är också en del av viruspartikeln. Den nybildade molekylen integreras i det cellulära DNA:t, där den tjänar till att producera nya virala partiklar.
Vad är mänskligt DNA
Mänskligt DNA, som finns i cellkärnan, är packat i 23 par kromosomer och innehåller cirka 3,1 miljarder parade nukleotider. Förutom kärn-DNA innehåller mänskliga celler, liksom andra eukaryota organismer, mitokondriellt DNA, en faktor i ärftligheten hos mitokondriella cellorganeller.
Kodande gener av nukleärt DNA (det finns från 20 till 25 tusen av dem) utgör bara en liten del av det mänskliga genomet - cirka 1,5 %. Resten av DNA:t kallades tidigare "skräp", men många studier avslöjar betydelsen av icke-kodande regioner i genomet, som diskuterades ovan. Det är också oerhört viktigt att studera processernaomvänd transkription i mänskligt DNA.
Vetenskapen har redan skapat en ganska tydlig förståelse av vad mänskligt DNA är i strukturella och funktionella termer, men ytterligare arbete av forskare inom detta område kommer att ge nya upptäckter och ny biomedicinsk teknik.
