Молекула днк. Структура молекули днк
Молекула ДНК складається з двох ниток, що утворюють подвійну спіраль. Вперше її структура була розшифрована Френсісом…
ДНК є універсальним джерелом і хранителем спадкової інформації, яка записана за допомогою спеціальної послідовності нуклеотидів, вона визначає властивості всіх живих організмів.
Середня молекулярна маса нуклеотиду приймається рівною 345, а кількість нуклеотидних залишків може досягати декількох сотень, тисяч і навіть мільйонів. ДНК в основній своїй масі перебуває в ядрах клітин. Трохи міститься в хлоропластах і мітохондріях. Однак ДНК ядра клітини - це не одна молекула. Вона складається з безлічі молекул, які розподілені за різними хромосомами, їх кількість змінюється в залежності від організму. Це і є особливості будови ДНК.
Будова і функції ДНК були відкриті Джеймсом Уотсоном і Френсісом Криком, їм навіть була вручена Нобелівська премія в 1962 році.
Але вперше виявив нуклеїнові кислоти швейцарський вчений Фрідріх Йоганн Мішер, який працював в Німеччині. У 1869 році він вивчав тварини клітини - лейкоцити. Для їх отримання використовував пов`язки з гноєм, діставалися йому з лікарень. З гною Мишер вимивав лейкоцити, а з них виділяв білок. В ході цих досліджень вченому вдалося встановити, що в лейкоцитах крім білків є ще щось, якесь невідоме на той момент речовина. Воно являло собою ниткоподібний або пластівчастий осад, який виділявся, якщо створити кисле середовище. Осад відразу розчинявся при додаванні лугу.
Вчений з допомогою мікроскопа виявив, що при відмиванні лейкоцитів за допомогою соляної кислоти від клітин залишаються ядра. Тоді він зробив висновок, що в ядрі є невідому речовину, названу ним нуклєїнах (слово nucleus в перекладі означає ядро).
Провівши хімічний аналіз, Мишер з`ясував, що нова речовина в своєму складі має вуглець, водень, кисень і фосфор. У той час фосфорорганічних сполук було відомо небагато, тому Фрідріх вирішив, що виявив новий клас сполук, що знаходяться в ядрі клітини.
Таким чином, в XIX столітті було відкрито існування нуклеїнових кислот. Однак у той час ніхто не міг навіть подумати про те, яка важлива роль їм належить.
Будова ДНК продовжували досліджувати, і в 1944 році група бактеріологів під керівництвом Освальда Евері отримала докази того, що ця молекула заслуговує на серйозну увагу. Вчений протягом багатьох років займався вивченням пневмококів, організмів, які викликали пневмонію або захворювання легенів. Евері проводив досліди, змішуючи пневмококи, що викликають захворювання, з тими, які безпечні для живих організмів. Спочатку хвороботворні клітини вбивали, а після додавали до них ті, які захворювань не викликають.
Результати досліджень вразили всіх. Були такі живі клітини, які після взаємодії з мертвими навчалися викликати хворобу. Учений з`ясував природу речовини, яка бере участь в процесі передачі інформації живим клітинам від мертвих. Молекула ДНК і виявилася цією речовиною.
Отже, необхідно розібратися з тим, яке будова має молекула ДНК. Відкриття її структури стало значущою подією, це призвело до утворення молекулярної біології - нова галузь біохімії. ДНК у великих кількостях знаходиться в ядрах клітин, однак розміри і кількість молекул залежать від виду організму. Встановлено, що ядра клітин ссавців містять багато цих клітин, вони розподілені по хромосомах, їх налічується 46.
Вивчаючи будову ДНК, в 1924 році Фельгена вперше встановив її локалізацію. Докази, отримані в ході експериментів, показали, що ДНК знаходиться в мітохондріях (1-2%). В інших місцях ці молекули можуть перебувати при вірусної інфекції, в базальних тільцях, а також в яйцеклітинах деяких тварин. Відомо, що чим складніше організм, тим маса ДНК більше. Кількість молекул, що знаходяться в клітці, залежить від функції і становить зазвичай 1-10%. Найменше їх знаходиться в міоцитах (0,2%), більше - в статевих клітинах (60%).
Будова ДНК показало, що в хромосомах вищих організмів вони пов`язані з простими білками - альбумінами, гистонами та іншими, які всі разом утворюють ДНП (дезоксірібонуклеопротеіди). Зазвичай велика молекула нестійка, і для того щоб вона залишалася цілою і незмінною в ході еволюції, створена так звана репаруючу система, яка складається з ферментів - лигаз і нуклеаз, що відповідають за «ремонт» молекули.
ДНК є полімером, полінуклеотидом, що складається з величезної кількості (до десятків тисяч мільйонів) мононуклеотидів. Будова ДНК має наступний вигляд: мононуклеотиди містять азотисті основи - цитозин (Ц) і тимін (Т) - з похідних піримідинів, аденін (А) і гуанін (Г) - з похідних пурину. Крім азотистих основ, в складі молекули людини і тварин є 5-метілцітозін - мінорний пиримидиновое підставу. З фосфорною кислотою і дезоксирибозою зв`язуються азотисті основи. Схема будови ДНК продемонстрована нижче.
Будова і біологічна роль ДНК вивчалися Е. Чаргафф в 1949 році. В ході досліджень він виявив закономірності, які спостерігаються в кількісному розподілі азотистих основ:
Її створили Уотсон і Крик. Залишки фосфатів і дезоксирибоза розташовуються по хребту двох закручених спіралеподібних чином полінуклеотидних ланцюгів. Визначено, що площинні структури піримідинових та пуринових підстав розташовуються перпендикулярно осі ланцюга і утворюють як би сходинки у вигляді спіралі. Встановлено також, що А завжди з`єднується з Т за допомогою двох водневих зв`язків, а Г прикріплено до Ц вже трьома такими ж зв`язками. Цьому явищу дали назву "принцип вибірковості і комплементарності".
Вигнута як спіраль полинуклеотидная ланцюг - це первинна структура, яка має певний якісний і кількісний набір мононуклеотидів, пов`язаних 3 `, 5`-фосфодіефірних зв`язком. Таким чином, кожна з ланцюгів має 3`-кінець (дезоксирибоза) і 5`-кінець (фосфатний). Ділянки, які містять в собі генетичну інформацію, названі структурними генами.
Двухспіральная молекула - це вторинна структура. Причому її полінуклеотидні ланцюга антіпараллельни і зв`язуються водневими зв`язками між комплементарними підставами ланцюгів. Встановлено, що в кожному витку цієї спіралі міститься 10 нуклеотидних залишків, довжина її дорівнює 3,4 нм. Цю структуру підтримують також Ван-дер-ваальсово сили взаємодії, які спостерігаються між підставами одного ланцюга, що включають відразливі і притягують компоненти. Ці сили пояснюються взаємодією електронів в сусідніх атомах. Електростатичне взаємодія також стабілізує вторинну структуру. Воно виникає між зарядженими позитивно молекулами гістонів і зарядженої негативно ниткою ДНК.
Третинна структура - це намотування ланцюгів ДНК на гістони або суперспіралізації. Описано п`ять видів гістонів: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.
Укладання нуклеосом в хроматин - це четвертинна структура, тому молекула ДНК, що має довжину кілька сантиметрів, може складатися до 5 нм.
Основними функціями ДНК є:
Будова ДНК дозволяє їй бути хранителем генетичної інформації, а також передавати її наступним поколінням. Які є особливості у цій молекули?
Таким чином, будова і функції ДНК дозволяють їй грати неоціненну роль в організмах живих істот. Відомо, що довжина 46-ти молекул ДНК, які перебувають в кожній клітині людини, дорівнює майже 2 м, а число нуклеотидних пар становить 3,2 млрд.
Молекула ДНК складається з двох ниток, що утворюють подвійну спіраль. Вперше її структура була розшифрована Френсісом…
Зовнішня цитоплазматична мембрана являє собою найтоншу плівку. Її товщина - близько 7-10 нм. Проглядається плівка…
Рибосома, функції якої будуть розглянуті в цій статті, - це частинка, яка розташована безпосередньо всередині клітини.…
Рослинна клітина: будова в загальних рисахКлітка - елементарна структурна і функціональна одиниця всього живого. Будова…
Всі живі організми, за винятком вірусів, складаються з клітин. Давайте ж розберемося, що це таке і яка її структура.Що…
Клітина - це основна структурна і функціональна одиниця всіх живих організмів, крім вірусів. Вона має специфічну…
У живому організмі присутні три основні макромолекули: білки і нуклеїнові кислоти двох видів. Завдяки їм підтримується…
Кожен живий організм має особливий набором білків. Певні сполуки нуклеотидів і їх послідовність в молекулі ДНК…
Вперше нуклеїнові кислоти були виявлені в ядрі, а тому і названі в честь цього органоида клітини (від лат.…
Білки являють собою органічні високомолекулярні сполуки. Ці речовини також називають протеїнами, поліпептидами. Далі…
ДНК є надійним сховищем генетичної інформації. Але її потрібно не тільки тримати в цілості, а й передавати нащадкам.…
Ядро клітини - центральний органоїд, один з найважливіших. Наявність його в клітці є ознакою високої організації…
В організмі роль білків надзвичайно велика. При цьому таку назву речовина може носити тільки після того, як набуває…
Клітка як елементарна одиниця живого організму має складну структуру. Всі її органели взаємодіють і працюють…
В основі практично всіх живих організмів лежить найпростіша одиниця - клітина. Фото цієї крихітної біосистеми, а також…
Зовсім недавно в мікробіології та генетики стався істотний прорив, що вплинув на науку. Майже повністю розкодували…
Що таке ДНК і РНК? Які їх функції і значення в нашому світі? З чого вони складаються і як працюють? Про це і не тільки…
Досить тривалий час вчені створювали теорії і моделі, які б допомагали пояснити основні властивості речовин і матерій,…