Deoksiribonukleinska kislina (DNA). Odkritje strukture deoksiribonukleinskih kislin

V jedru so prvič našli nukleinske kisline, zato so po tem organoidu imenovane celice (iz latinščine. "Nukleus" - jedro). Obstajata dve vrsti nukleinov - deoksiribonukleinska kislina in ribonukleinska kislina. Biološki pomen teh makromolekul je velik. S svojo udeležbo je sinteza proteinov, ki ohranjajo in prenašajo dedne informacije iz ene generacije v drugo.

Nukleinske kisline

Fizikalno-kemijske strukture in procesi, na katerih temelji prenos genetskih lastnosti, so bili večinoma vzpostavljeni leta 1953. Odkritje nukleinskih kislin se je zgodilo 85 let prej - leta 1868, ko je F. Misher, ki je izpostavil nukleine, razglasil obstoj jedrske snovi. Do takrat je ta dogodek sovpadal z objavo del G. Mendela o rastlinskih hibridih, ki so govorili o dednih dejavnikih.

Leta 1927 je ruski znanstvenik Koltsov v svojem članku »Heredity and Molecules« navedel, da so bile v kromosomih celic najdene velike polimerne molekule. Ob tem so področja, ki nadzorujejo prenos znakov od staršev do otrok. Ampak Koltsov je pomotoma štel proteinske molekule kot nosilce dednih informacij. Levin v ZDA v istih letih dokazuje obstoj RNA in DNA.

Odkritje strukture deoksiribonukleinskih kislin

Objava knjige Schrodingerja, ustanovitelja kvantne mehanike o pogledih fizike na procese v živem organizmu, je imela velik vpliv na delo F. Cricka in J. Watsona na proučevanje sestave molekule DNA. Struktura deoksiribonukleinske kisline za dolgo časa ni bilo mogoče dešifrirati.

Watson in Crick leta 1953 sta odkrila strukturo deoksiribonukleinskih kislin, predlagala model DNA - dvojno vijačnico. Tako se je pojavila nova smer v znanosti - molekularna genetika. Za prepise genetsko kodo Information Creek in Watson sta prejela Nobelovo nagrado leta 1962.

Deoksiribonukleinska kislina (DNA)

Molekula tvorita dve polinukleotidni verigi, ki sta dodatno zloženi v dvojno vijačnico. Edinstvena Struktura DNA sestoji iz določene izmenjave nukleotidov, specifičnih za vsak segment makromolekula. Veriga deoksiribonukleinske kisline je polimer, število monomerov-nukleotidov je več deset tisoč. V zaporedju monomerov je kodirana genetska informacija o znakih organizma. Tako ima deoksiribonukleinska kislina naslednje značilnosti:

• kemijska sestava in lastnosti - nukleinska kislina;
• DNA tvorijo dušikove baze;
• deoksiriboza je prisotna kot ogljikov hidrat;
• Struktura biopolimera, deoksiribonukleotidi so monomeri;
• monomeri vezani s fosfatnimi delci.

Kemijska narava nosilca genetskih informacij

Zaradi velikega števila fosfatnih ostankov ima deoksiribonukleinska kislina lastnosti močne polibazične kisline (njene soli so prisotne v tkivih). Da bi izpolnili nalogo opisovanja strukture DNK, se moramo spomniti vsebine dveh tem v organski kemiji: "ogljikovi hidrati" in "organske snovi, ki vsebujejo dušik". Na primer, predlagana je naslednja vaja: označite monomere deoksiribonukleinske kisline. V odgovoru je treba opozoriti, da fosforna kislina in ogljikovi hidrati imajo enako strukturo v vseh nukleotidih. Dušične baze po kemijski naravi so derivati ​​purina in pirimidina. Skupaj so 4 vrste takšnih struktur: adenin, gvanin (purin); citozin in timin (pirimidin). Monomere sestavljajo verige DNA, kot sledi:

(Dušikova baza + ogljikov hidrat deoksiriboza = nukleozid) + ostanek fosforne kisline = nukleotid.

Imena slednjih izvirajo iz imen dušikovih baz. Monomeri so med seboj povezani. kovalentna vez ustvarjanje zaporedja nukleotidov (to je deoksiribonukleinska kislina).

Formula za monomere DNA je naslednja:

Ločene zavoje verige DNA imajo skupaj vodikove vezi, hidrofobne interakcije igrajo določeno vlogo. Temperature nad 50 ° C oslabijo privlačnost med bazami. Po nadaljnjem segrevanju se polinukleotidne verige ločijo, DNA se tali. Denaturacija se pojavi, ko se segreje na 80 ° C.

Načelo komplementarnosti v molekuli

En niz DNA vsebuje dušikove baze, ki so razporejene v posebnem vrstnem redu glede na strukture drugega traku "polinukleotida". Nastanejo dva komplementarna para: adenin (A), povezan s timinom (T); gvanina (D), komplementarne citozinu (C). Vsak del enega para dopolnjuje drugi del, kot polovice lomljene skodelice. Beseda "komplement" je grškega izvora. Prevedeno pomeni »dodatek«.

Kadar je znano zaporedje nukleotidov v eni veji DNA, je sestava drugega sestavljena v skladu z načelom komplementarnosti. Kombinacija nukleotidov nastane zaradi interakcije vodikovih atomov in kisika. Med adenilnimi in timidil nukleotidi nastajajo 2 vodikovi vezi, guanil in citozil povezujeta 3 podobne »mostove«.

Reduplikacija nukleotidne verige

Sposobnost molekule DNA, da se podvoji - njena edinstvena lastnost, ki zagotavlja prenos podedovanih lastnosti iz ene generacije živih organizmov v drugo (kasnejše). Reduplikacija deoksiribonukleinske kisline je podvojitev. Pojavijo se naslednji procesi in pojave:

1. Molekula DNA pred celično delitvijo na eni strani vijačnice.
2. Delitev verige na dva dela poteka pod vplivom katalizatorja (encima).
3. Prosti nukleotidi so poravnani iz vsake celice vzdolž vsake polovice in tvorijo drugo verigo.
4. Rekreacija dvojne verige poteka po načelu komplementarnosti.
5. Obstajata dve molekuli DNK z enakim zaporedjem monomerov.

Praktični pomen odkritja strukture in funkcij DNK

Deoksiribonukleinsko kislino je najprej sintetiziral zunaj telesa severnoameriški raziskovalec A. Kornberg (1967). Njegov rojak in kolega X. Koran je umetno prejel polideoksiribonukleotid v enem letu, ki je v svoji strukturi ustrezal genu ali delu spiralne molekule nosilca dednih informacij. Strokovnjaki na Harvard Medical School leta 1969 so lahko določili meje enega gena in ga delili z ostalimi verigami.

S proučevanjem strukture in funkcij nukleinskih kislin so znanstveniki pojasnili bistvo prenosa dednih informacij, ki so potrebne biosinteza beljakovin v kletki. Odkritje strukture DNK je imelo veliko vlogo pri diagnozi in zdravljenju dednih bolezni. Sprememba dedne narave organizmov se imenuje "genski inženiring". Zdaj je mogoče ustvariti gensko spremenjene objekte (GSO) z vnaprej določenimi lastnostmi.

Pozitivno oceno številnih odkritij na tem področju je treba dopolniti s komentarjem o možnih negativnih učinkih uživanja hrane z GSO. Na državni ravni so bili sprejeti zakoni za zagotavljanje biološke varnosti prebivalstva. Ustanovljene so bile organizacije, ki spremljajo skladnost s pravili za uvoz in prodajo izdelkov, ki vsebujejo GSO. Ustrezno jih je treba označiti. V nekaterih državah je za to blago dodeljeno ločeno polico v supermarketih. Ekološki proizvodi so označeni z "Non-GMO". Cene podobnih izdelkov so lahko nekajkrat višje.