დნმ იცვლება გადასვლის გამო. რა არის დნმ - დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა ნუკლეოტიდების სტრუქტურა დნმ-ის მოლეკულაში

მოსკოვი, 25 აპრილი - რია ნოვოსტი, ტატიანა პიჩუგინა.ზუსტად 65 წლის წინ ბრიტანელმა მეცნიერებმა ჯეიმს უოტსონმა და ფრენსის კრიკმა გამოაქვეყნეს სტატია დნმ-ის სტრუქტურის გაშიფვრის შესახებ, რომელიც საფუძვლებს უყრის ახალ მეცნიერებას - მოლეკულურ ბიოლოგიას. ამ აღმოჩენამ ბევრი რამ შეცვალა კაცობრიობის ცხოვრებაში. RIA Novosti საუბრობს დნმ-ის მოლეკულის თვისებებზე და რატომ არის ის ასე მნიშვნელოვანი.

XIX საუკუნის მეორე ნახევარში ბიოლოგია ძალიან ახალგაზრდა მეცნიერება იყო. მეცნიერები ახლახან იწყებდნენ უჯრედის შესწავლას და იდეები მემკვიდრეობის შესახებ, თუმცა უკვე ჩამოყალიბებული გრეგორ მენდელის მიერ, ფართოდ არ იყო მიღებული.

1868 წლის გაზაფხულზე ახალგაზრდა შვეიცარიელი ექიმი ფრიდრიხ მიშერი ჩავიდა ტიუბინგენის უნივერსიტეტში (გერმანია) სამეცნიერო საქმიანობით. მას განზრახული ჰქონდა გაერკვია რა ნივთიერებებისგან შედგება უჯრედი. ექსპერიმენტებისთვის ავირჩიე ლეიკოციტები, რომლებიც ადვილად იღება ჩირქისგან.

ბირთვის გამოყოფით პროტოპლაზმისგან, ცილებისგან და ცხიმებისგან, მიშერმა აღმოაჩინა ნაერთი ფოსფორის მაღალი შემცველობით. მან ამ მოლეკულას ნუკლეინი (ლათინურად „ბირთვი“ – nucleus) უწოდა.

ამ ნაერთს ავლენდა მჟავე თვისებები, რის გამოც გაჩნდა ტერმინი "ნუკლეინის მჟავა". მისი პრეფიქსი „დეოქსირიბო“ ნიშნავს, რომ მოლეკულა შეიცავს H- ჯგუფებს და შაქარს. მერე აღმოჩნდა, რომ სინამდვილეში მარილი იყო, მაგრამ სახელი არ შეუცვლიათ.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში მეცნიერებმა უკვე იცოდნენ, რომ ნუკლეინი არის პოლიმერი (ანუ განმეორებადი ერთეულების ძალიან გრძელი მოქნილი მოლეკულა), ერთეულები შედგება ოთხი აზოტოვანი ფუძისგან (ადენინი, თიმინი, გუანინი და ციტოზინი) და ნუკლეინი. შეიცავს ქრომოსომებს - კომპაქტურ სტრუქტურებს, რომლებიც წარმოიქმნება გამყოფ უჯრედებში. მათი მემკვიდრეობითი მახასიათებლების გადაცემის უნარი აჩვენა ამერიკელმა გენეტიკოსმა თომას მორგანმა ხილის ბუზებზე ექსპერიმენტებში.

მოდელი, რომელიც ხსნიდა გენებს

მაგრამ რას აკეთებს უჯრედის ბირთვში დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა, ანუ დნმ, დიდი ხნის განმავლობაში არ იყო გასაგები. ითვლებოდა, რომ ის გარკვეულ სტრუქტურულ როლს თამაშობდა ქრომოსომებში. მემკვიდრეობის ერთეულები - გენები - მიეკუთვნებოდა ცილოვან ბუნებას. გარღვევა ამერიკელმა მკვლევარმა ოსვალდ ევერიმ გააკეთა, რომელმაც ექსპერიმენტულად დაამტკიცა, რომ გენეტიკური მასალა ბაქტერიებიდან ბაქტერიებზე დნმ-ის საშუალებით გადადის.

გაირკვა, რომ დნმ-ის შესწავლა სჭირდებოდა. Მაგრამ როგორ? იმ დროს მეცნიერებისთვის მხოლოდ რენტგენის სხივები იყო ხელმისაწვდომი. ბიოლოგიური მოლეკულების ამით გასანათებლად მათი კრისტალიზება უნდა მომხდარიყო და ეს რთულია. ცილის მოლეკულების სტრუქტურა გაშიფრული იქნა რენტგენის დიფრაქციის შაბლონებიდან კავენდიშის ლაბორატორიაში (კემბრიჯი, დიდი ბრიტანეთი). ახალგაზრდა მკვლევარებს, რომლებიც იქ მუშაობდნენ, ჯეიმს უოტსონსა და ფრენსის კრიკს, არ ჰქონდათ საკუთარი ექსპერიმენტული მონაცემები დნმ-ზე, ამიტომ მათ გამოიყენეს კინგის კოლეჯის კოლეგების მორის უილკინსის და როზალინდ ფრანკლინის რენტგენის ფოტოები.

უოტსონმა და კრიკმა შემოგვთავაზეს დნმ-ის სტრუქტურის მოდელი, რომელიც ზუსტად ემთხვევა რენტგენის ნიმუშებს: ორი პარალელური ძაფები გადაუგრიხეს მარჯვენა სპირალში. თითოეული ჯაჭვი შედგება აზოტოვანი ფუძეების შემთხვევითი ნაკრებისგან, რომლებიც მოთავსებულია მათი შაქრებისა და ფოსფატების ხერხემალზე და ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ფუძეებს შორის წყალბადური ბმებით. უფრო მეტიც, ადენინი აერთიანებს მხოლოდ თიმინს, ხოლო გუანინი ციტოზინს. ამ წესს ეწოდება კომპლემენტარობის პრინციპი.

უოტსონისა და კრიკის მოდელმა ახსნა დნმ-ის ოთხი ძირითადი ფუნქცია: გენეტიკური მასალის რეპლიკაცია, მისი სპეციფიკა, ინფორმაციის შენახვა მოლეკულაში და მისი მუტაციის უნარი.

მეცნიერებმა თავიანთი აღმოჩენა გამოაქვეყნეს ჟურნალ Nature-ში 1953 წლის 25 აპრილს. ათი წლის შემდეგ, მორის უილკინსთან ერთად, მათ მიენიჭათ ნობელის პრემია ბიოლოგიაში (როზალინდ ფრანკლინი გარდაიცვალა 1958 წელს კიბოთი 37 წლის ასაკში).

„ახლა, ნახევარ საუკუნეზე მეტი ხნის შემდეგ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ დნმ-ის სტრუქტურის აღმოჩენამ იგივე როლი ითამაშა ბიოლოგიის განვითარებაში, როგორც ატომის ბირთვის აღმოჩენამ ფიზიკაში. ატომის სტრუქტურის გარკვევამ განაპირობა. ახალი, კვანტური ფიზიკის დაბადებამ და დნმ-ის სტრუქტურის აღმოჩენამ განაპირობა ახალი, მოლეკულური ბიოლოგიის დაბადება“, - წერს მაქსიმ ფრანკ-კამენეცკი, გამოჩენილი გენეტიკოსი, დნმ-ის მკვლევარი და წიგნის „The ყველაზე მნიშვნელოვანი მოლეკულა.

გენეტიკური კოდი

ახლა დარჩა მხოლოდ იმის გარკვევა, თუ როგორ მუშაობდა ეს მოლეკულა. ცნობილი იყო, რომ დნმ შეიცავს ინსტრუქციებს უჯრედული ცილების სინთეზისთვის, რომლებიც ასრულებენ უჯრედში არსებულ ყველა სამუშაოს. ცილები არის პოლიმერები, რომლებიც შედგება ამინომჟავების განმეორებითი კომპლექტების (მიმდევრობის)გან. უფრო მეტიც, არსებობს მხოლოდ ოცი ამინომჟავა. ცხოველთა სახეობები ერთმანეთისგან განსხვავდებიან უჯრედებში არსებული ცილების სიმრავლით, ანუ სხვადასხვა ამინომჟავების თანმიმდევრობით. გენეტიკა ამტკიცებდა, რომ ეს თანმიმდევრობები განისაზღვრა გენებით, რომლებიც შემდეგ ითვლებოდა, რომ სიცოცხლის საშენი ბლოკები იყო. მაგრამ ზუსტად არავინ იცოდა რა იყო გენები.

სიცხადე მოიტანა დიდი აფეთქების თეორიის ავტორმა, ჯორჯ ვაშინგტონის უნივერსიტეტის (აშშ) თანამშრომელმა, ფიზიკოსმა გეორგი გამოვმა. ორჯაჭვიანი დნმ-ის სპირალის უოტსონისა და კრიკის მოდელზე დაყრდნობით, მან ივარაუდა, რომ გენი არის დნმ-ის ნაწილი, ანუ ბმულების გარკვეული თანმიმდევრობა - ნუკლეოტიდები. ვინაიდან თითოეული ნუკლეოტიდი არის ოთხი აზოტოვანი ფუძიდან ერთ-ერთი, ჩვენ უბრალოდ უნდა გავარკვიოთ, თუ როგორ იწერება ოთხი ელემენტი ოცისთვის. ეს იყო გენეტიკური კოდის იდეა.

1960-იანი წლების დასაწყისისთვის დადგინდა, რომ ცილები სინთეზირდება ამინომჟავებიდან რიბოსომებში, ერთგვარი „ქარხანა“ უჯრედის შიგნით. ცილის სინთეზის დასაწყებად ფერმენტი უახლოვდება დნმ-ს, ამოიცნობს გარკვეულ რეგიონს გენის დასაწყისში, სინთეზირებს გენის ასლს მცირე რნმ-ის სახით (მას უწოდებენ შაბლონს), შემდეგ ცილა იზრდება რიბოსომაში. ამინომჟავების.

მათ ასევე გაარკვიეს, რომ გენეტიკური კოდი სამასოიანია. ეს ნიშნავს, რომ ერთი ამინომჟავა შეესაბამება სამ ნუკლეოტიდს. კოდის ერთეულს კოდონი ეწოდება. რიბოსომაში mRNA-დან მიღებული ინფორმაცია იკითხება კოდონით კოდონით, თანმიმდევრულად. და თითოეული მათგანი შეესაბამება რამდენიმე ამინომჟავას. რას ჰგავს შიფრი?

ამ კითხვას უპასუხეს მარშალ ნირენბერგმა და ჰაინრიხ მატეიმ აშშ-დან. 1961 წელს მათ პირველად გამოაცხადეს თავიანთი შედეგები მოსკოვის ბიოქიმიურ კონგრესზე. 1967 წლისთვის გენეტიკური კოდი მთლიანად გაშიფრული იყო. ის უნივერსალური აღმოჩნდა ყველა ორგანიზმის ყველა უჯრედისთვის, რასაც შორსმიმავალი შედეგები მოჰყვა მეცნიერებისთვის.

დნმ-ის სტრუქტურისა და გენეტიკური კოდის აღმოჩენამ მთლიანად გადაანაცვლა ბიოლოგიური კვლევა. ის ფაქტი, რომ თითოეულ ინდივიდს აქვს უნიკალური დნმ-ის თანმიმდევრობა, რევოლუცია მოახდინა სასამართლო მეცნიერებაში. ადამიანის გენომის გაშიფვრამ ანთროპოლოგებს მისცა სრულიად ახალი მეთოდი ჩვენი სახეობის ევოლუციის შესასწავლად. ახლახან გამოგონილმა დნმ-ის რედაქტორმა CRISPR-Cas-მა მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა გენეტიკური ინჟინერია. როგორც ჩანს, ეს მოლეკულა შეიცავს კაცობრიობის ყველაზე მწვავე პრობლემების გადაწყვეტას: კიბო, გენეტიკური დაავადებები, დაბერება.

უოტსონიდა ყვირილიაჩვენა რომ დნმშედგება ორი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვისგან. თითოეული ჯაჭვი გადაუგრიხეს სპირალურად მარჯვნივ და ორივე ერთად გრეხილია, ანუ ერთი და იგივე ღერძის გარშემო ტრიალდება მარჯვნივ და ქმნის ორმაგ სპირალს.

ჯაჭვები ანტიპარალელურია, ანუ მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით. დნმ-ის თითოეული ჯაჭვიშედგება შაქარ-ფოსფატის ხერხემალისაგან, რომლის გასწვრივ ფუძეები განლაგებულია ორმაგი სპირალის გრძელი ღერძის პერპენდიკულარულად; ორმაგი სპირალის ორი საპირისპირო ჯაჭვის მოპირდაპირე ფუძეები დაკავშირებულია წყალბადის ბმებით.

შაქრის ფოსფატის ხერხემალი ორი ორმაგი სპირალის ძაფებიაშკარად ჩანს სივრცითი დნმ-ის მოდელზე. მანძილი ორი ჯაჭვის შაქრის-ფოსფატის ხერხემალებს შორის მუდმივია და ტოლია იმ მანძილის, რომელსაც იკავებს წყვილი ფუძე, ანუ ერთი პურინი და ერთი პირიმიდინი. ორი პურინი ზედმეტ ადგილს დაიკავებს, ხოლო ორი პირიმიდინი ძალიან ცოტა ადგილს დაიკავებს ორ ჯაჭვს შორის არსებული ხარვეზის შესავსებად.

მოლეკულის ღერძის გასწვრივ, მეზობელი ბაზის წყვილები განლაგებულია ერთმანეთისგან 0,34 ნმ მანძილზე, რაც ხსნის რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშებში გამოვლენილ პერიოდულობას. სპირალის სრული რევოლუციაშეადგენს 3.4 ნმ, ანუ 10 ბაზის წყვილს. არ არსებობს შეზღუდვები ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობასთან დაკავშირებით ერთ ჯაჭვში, მაგრამ ბაზის დაწყვილების წესიდან გამომდინარე, ეს თანმიმდევრობა ერთ ჯაჭვში განსაზღვრავს ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობას მეორე ჯაჭვში. ამიტომ ჩვენ ვამბობთ, რომ ორმაგი სპირალის ორი ძაფი ავსებს ერთმანეთს.

უოტსონიდა ყვირილიშესახებ შეტყობინება გამოაქვეყნა თქვენი დნმ მოდელიჟურნალში "" 1953 წელს, ხოლო 1962 წელს მათ, მორის უილკინსთან ერთად, მიენიჭათ ნობელის პრემია ამ სამუშაოსთვის. იმავე წელს, კენდრიუმ და პერუცმა მიიღეს ნობელის პრემია ცილების სამგანზომილებიანი სტრუქტურის განსაზღვრისთვის, ასევე შესრულებული რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით. როზალინდ ფრანკლინი, რომელიც პრიზების მინიჭებამდე გარდაიცვალა კიბოთი, არ იყო მიმღები, რადგან ნობელის პრემია მშობიარობის შემდგომ არ გაიცემა.

შემოთავაზებული სტრუქტურის გენეტიკური მასალის აღიარებისთვის საჭირო იყო იმის ჩვენება, რომ მას შეუძლია: 1) დაშიფრული ინფორმაციის გადატანა და 2) ზუსტი რეპროდუცირება (გამრავლება). უოტსონმა და კრიკმა იცოდნენ, რომ მათი მოდელი აკმაყოფილებდა ამ მოთხოვნებს. პირველი ნაშრომის დასასრულს, მათ ფრთხილად აღნიშნეს: „ჩვენს ყურადღებას არ აქცევს ის, რომ ჩვენ მიერ პოსტულირებული კონკრეტული ბაზის დაწყვილება საშუალებას გვაძლევს გამოვთქვათ გენეტიკური მასალის შესაძლო კოპირების მექანიზმი“.

მეორე ნაშრომში, რომელიც გამოქვეყნდა 1953 წელს, მათ განიხილეს მათი მოდელის გენეტიკური შედეგები. ამ აღმოჩენამ აჩვენა, თუ როგორ აშკარა სტრუქტურაშეიძლება ასოცირებული იყოს უკვე მოლეკულურ დონეზე არსებულ ფუნქციასთან, რაც ძლიერ ბიძგს აძლევს მოლეკულური ბიოლოგიის განვითარებას.

მისი ქიმიური სტრუქტურის მიხედვით, დნმ ( Დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა) არის ბიოპოლიმერი, რომლის მონომერებია ნუკლეოტიდები. ანუ დნმ არის პოლინუკლეოტიდი. უფრო მეტიც, დნმ-ის მოლეკულა, როგორც წესი, შედგება ორი ჯაჭვისგან, რომლებიც ერთმანეთთან შედარებით ხვეულია ხვეული ხაზის გასწვრივ (ხშირად უწოდებენ "სპირალივით გადაგრეხილს") და ერთმანეთთან დაკავშირებულია წყალბადის ბმებით.

ჯაჭვები შეიძლება გადატრიალდეს როგორც მარცხნივ, ასევე მარჯვენა (ყველაზე ხშირად) მხარეს.

ზოგიერთ ვირუსს აქვს ერთჯაჭვიანი დნმ.

თითოეული დნმ ნუკლეოტიდი შედგება 1) აზოტოვანი ფუძისგან, 2) დეზოქსირიბოზისგან, 3) ფოსფორის მჟავას ნარჩენებისგან.

ორმაგი მარჯვენა დნმ-ის სპირალი

დნმ-ის შემადგენლობა მოიცავს შემდეგს: ადენინი, გუანინი, თიმინიდა ციტოზინი. ადენინი და გუანინი არიან პურინები, ხოლო თიმინი და ციტოზინი - მდე პირიმიდინები. ზოგჯერ დნმ შეიცავს ურაცილს, რომელიც ჩვეულებრივ დამახასიათებელია რნმ-სთვის, სადაც ის ცვლის თიმინს.

დნმ-ის მოლეკულის ერთი ჯაჭვის აზოტოვანი ფუძეები დაკავშირებულია მეორის აზოტოვან ფუძეებთან მკაცრად კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით: ადენინი მხოლოდ თიმინთან (ერთმანეთთან ქმნის ორ წყალბადურ კავშირს), ხოლო გუანინი მხოლოდ ციტოზინთან (სამი ბმული).

თავად ნუკლეოტიდში აზოტოვანი ბაზა დაკავშირებულია ციკლური ფორმის პირველ ნახშირბადის ატომთან. დეზოქსირიბოზა, რომელიც არის პენტოზა (ნახშირწყალი ხუთი ნახშირბადის ატომით). ბმა არის კოვალენტური, გლიკოზიდური (C-N). რიბოზასგან განსხვავებით, დეზოქსირიბოზას აკლია მისი ერთ-ერთი ჰიდროქსილის ჯგუფი. დეზოქსირიბოზის რგოლი იქმნება ოთხი ნახშირბადის ატომით და ერთი ჟანგბადის ატომით. ნახშირბადის მეხუთე ატომი რგოლს გარეთაა და ჟანგბადის ატომის მეშვეობით უკავშირდება ფოსფორის მჟავას ნარჩენს. ასევე, მესამე ნახშირბადის ატომში ჟანგბადის ატომის მეშვეობით, მიმაგრებულია მეზობელი ნუკლეოტიდის ფოსფორმჟავას ნარჩენი.

ამრიგად, დნმ-ის ერთ ჯაჭვში მეზობელი ნუკლეოტიდები დაკავშირებულია ერთმანეთთან კოვალენტური ბმებით დეზოქსირიბოზასა და ფოსფორის მჟავას შორის (ფოსფოდიესტერის ბმა). იქმნება ფოსფატ-დეოქსირიბოზის ხერხემალი. მის პერპენდიკულარულად, დნმ-ის სხვა ჯაჭვისკენ არის მიმართული აზოტოვანი ფუძეები, რომლებიც წყალბადის ბმებით უერთდებიან მეორე ჯაჭვის ფუძეებს.

დნმ-ის სტრუქტურა ისეთია, რომ წყალბადის ბმებით დაკავშირებული ჯაჭვების ხერხემალი მიმართულია სხვადასხვა მიმართულებით (ამბობენ „მრავალმიმართულები“, „ანტიპარალელური“). იმ მხარეს, სადაც ერთი მთავრდება ფოსფორის მჟავით, რომელიც დაკავშირებულია დეზოქსირიბოზის მეხუთე ნახშირბადის ატომთან, მეორე მთავრდება "თავისუფალი" მესამე ნახშირბადის ატომით. ანუ ერთი ჯაჭვის ჩონჩხი მეორესთან შედარებით თავდაყირა დგება. ამრიგად, დნმ-ის ჯაჭვების სტრუქტურაში გამოირჩევა 5" ბოლოები და 3" ბოლოები.

დნმ-ის რეპლიკაციის დროს (გაორმაგება), ახალი ჯაჭვების სინთეზი ყოველთვის მიმდინარეობს მათი მე-5 ბოლოდან მესამემდე, ვინაიდან ახალი ნუკლეოტიდების დამატება შესაძლებელია მხოლოდ თავისუფალ მესამე ბოლოში.

საბოლოო ჯამში (ირიბად რნმ-ის საშუალებით), დნმ-ის ჯაჭვში ყოველი სამი თანმიმდევრული ნუკლეოტიდი კოდირებს ერთ ცილის ამინომჟავას.

დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურის აღმოჩენა მოხდა 1953 წელს ფ. კრიკისა და დ. უოტსონის მუშაობის წყალობით (რასაც ასევე შეუწყო ხელი სხვა მეცნიერების ადრეულმა მუშაობამ). მიუხედავად იმისა, რომ დნმ ცნობილი იყო, როგორც ქიმიური ნივთიერება ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში. მე-20 საუკუნის 40-იან წლებში გაირკვა, რომ დნმ არის გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელი.

ორმაგი სპირალი განიხილება დნმ-ის მოლეკულის მეორად სტრუქტურად. ევკარიოტულ უჯრედებში დნმ-ის დიდი რაოდენობა განლაგებულია ქრომოსომებში, სადაც ის ასოცირდება ცილებთან და სხვა ნივთიერებებთან და ასევე უფრო მჭიდროდ არის შეფუთული.

ადამიანის დაბადების გეგმა მზად არის, როდესაც დედისა და მამის რეპროდუქციული უჯრედები გაერთიანდება ერთში. ამ ფორმირებას ეწოდება ზიგოტი ან განაყოფიერებული კვერცხუჯრედი. ორგანიზმის განვითარების გეგმა შეიცავს დნმ-ის მოლეკულას, რომელიც მდებარეობს ამ ერთი უჯრედის ბირთვში. სწორედ მასშია დაშიფრული თმის ფერი, სიმაღლე, ცხვირის ფორმა და ყველაფერი, რაც ადამიანს ინდივიდუალურს ხდის.

რა თქმა უნდა, ადამიანის ბედი დამოკიდებულია არა მხოლოდ მოლეკულაზე, არამედ ბევრ სხვა ფაქტორზეც. მაგრამ დაბადებისას ჩამოყალიბებული გენები ასევე დიდ გავლენას ახდენს საბედისწერო გზაზე. და ისინი წარმოადგენენ ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობას.

ყოველ ჯერზე, როდესაც უჯრედი იყოფა, დნმ ორმაგდება. ამიტომ, თითოეული უჯრედი ატარებს ინფორმაციას მთელი ორგანიზმის სტრუქტურის შესახებ. თითქოს აგურის შენობის აგებისას თითოეულ აგურს მთელი სტრუქტურის არქიტექტურული გეგმა ჰქონდა. თქვენ უყურებთ მხოლოდ ერთ აგურს და უკვე იცით, რომელი სამშენებლო სტრუქტურის ნაწილია.

დნმ-ის მოლეკულის ნამდვილი სტრუქტურა პირველად აჩვენა ბრიტანელმა ბიოლოგმა ჯონ გარდონმა 1962 წელს. მან ბაყაყის ნაწლავიდან უჯრედის ბირთვი აიღო და მიკროქირურგიული ტექნიკის გამოყენებით გადანერგა ბაყაყის კვერცხში. უფრო მეტიც, ამ კვერცხუჯრედში მისივე ბირთვი ადრე კვდებოდა ულტრაიისფერი დასხივებით.

ჩვეულებრივი ბაყაყი გაიზარდა ჰიბრიდული კვერცხიდან. უფრო მეტიც, ის აბსოლუტურად იდენტური იყო იმისა, ვისი უჯრედის ბირთვიც იქნა აღებული. ამით დაიწყო კლონირების ეპოქის დასაწყისი. და ძუძუმწოვრებს შორის კლონირების პირველი წარმატებული შედეგი იყო დოლი ცხვარი. მან 6 წელი იცოცხლა და შემდეგ გარდაიცვალა.

თუმცა თავად ბუნებაც ორეულებს ქმნის. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ზიგოტის პირველი გაყოფის შემდეგ ორი ახალი უჯრედი არ რჩება ერთად, არამედ შორდება და თითოეული წარმოქმნის საკუთარ ორგანიზმს. ასე იბადებიან იდენტური ტყუპები. მათი დნმ-ის მოლეკულები ზუსტად ერთნაირია, რის გამოც ტყუპები ასე ჰგვანან.

გარეგნულად, დნმ წააგავს თოკის კიბეს, რომელიც დაგრეხილია მარჯვენა სპირალში. და იგი შედგება პოლიმერული ჯაჭვებისგან, რომელთაგან თითოეული იქმნება 4 ტიპის ერთეულისგან: ადენინი (A), გუანინი (G), თიმინი (T) და ციტოზინი (C).

სწორედ მათ თანმიმდევრობაშია ნებისმიერი ცოცხალი ორგანიზმის გენეტიკური პროგრამა. ქვემოთ მოყვანილ სურათზე, მაგალითად, ნაჩვენებია ნუკლეოტიდი T. მის ზედა რგოლს ეწოდება აზოტოვანი ფუძე, ხუთწევრიანი რგოლი ბოლოში არის შაქარი, ხოლო მარცხნივ არის ფოსფატური ჯგუფი.

სურათზე ნაჩვენებია თიმინის ნუკლეოტიდი, რომელიც დნმ-ის ნაწილია. დანარჩენ 3 ნუკლეოტიდს აქვს მსგავსი სტრუქტურა, მაგრამ განსხვავდება მათი აზოტოვანი ფუძით. ზედა მარჯვენა რგოლი აზოტოვანი ბაზაა. ქვედა ხუთწევრიანი რგოლი შაქარია. მარცხენა ჯგუფი PO - ფოსფატი

დნმ-ის მოლეკულის ზომები

ორმაგი სპირალის დიამეტრი არის 2 ნმ (ნმ არის ნანომეტრი, უდრის 10 -9 მეტრს). სპირალის გასწვრივ მიმდებარე ბაზის წყვილებს შორის მანძილი არის 0,34 ნმ. ორმაგი სპირალი აკეთებს სრულ რევოლუციას ყოველ 10 წყვილში. მაგრამ სიგრძე დამოკიდებულია ორგანიზმზე, რომელსაც ეკუთვნის მოლეკულა. უმარტივეს ვირუსებს მხოლოდ რამდენიმე ათასი ბმული აქვთ. ბაქტერიებს აქვთ რამდენიმე მილიონი მათგანი. და უმაღლეს ორგანიზმებს აქვთ მილიარდობით.

თუ ადამიანის ერთ უჯრედში შემავალ მთელ დნმ-ს ერთ ხაზად გააფართოვებთ, მიიღებთ დაახლოებით 2 მ სიგრძის ძაფს, რაც გვიჩვენებს, რომ ძაფის სიგრძე მილიარდჯერ მეტია მის სისქეზე. იმისათვის, რომ უკეთ წარმოიდგინოთ დნმ-ის მოლეკულის ზომა, შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, რომ მისი სისქე 4 სმ-ია.ასეთ ძაფს, რომელიც აღებულია ადამიანის ერთი უჯრედიდან, შეუძლია გარს შემოუაროს გლობუსს ეკვატორის გასწვრივ. ამ მასშტაბით ადამიანი დედამიწის ზომას შეესატყვისება, უჯრედის ბირთვი კი სტადიონის ზომამდე გაიზრდება.

უოტსონის და კრიკის მოდელი სწორია?

დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურის გათვალისწინებით, ჩნდება კითხვა, თუ როგორ მდებარეობს ის, რომელსაც აქვს ასეთი უზარმაზარი სიგრძე, ბირთვში. ის ისე უნდა იყოს, რომ მის მთელ სიგრძეზე ხელმისაწვდომი იყოს რნმ პოლიმერაზა, რომელიც კითხულობს სასურველ გენებს.

როგორ ხდება რეპლიკაცია? ყოველივე ამის შემდეგ, გაორმაგების შემდეგ, ორი დამატებითი ჯაჭვი უნდა განცალკევდეს. ეს საკმაოდ რთულია, რადგან ჯაჭვები თავდაპირველად ხვეულია სპირალურად.

ასეთმა კითხვებმა თავდაპირველად გააჩინა ეჭვი უოტსონისა და კრიკის მოდელის მართებულობასთან დაკავშირებით. მაგრამ ეს მოდელი იყო ზედმეტად სპეციფიკური და უბრალოდ აცინებდა სპეციალისტებს თავისი ხელშეუხებლობით. ამიტომ ყველა ჩქარობდა ხარვეზებისა და წინააღმდეგობების მოსაძებნად.

ზოგიერთი ექსპერტი ვარაუდობს, რომ თუ უბედური მოლეკულა შედგება 2 პოლიმერული ჯაჭვისგან, რომლებიც დაკავშირებულია სუსტი არაკოვალენტური ბმებით, მაშინ ისინი უნდა განსხვავდებოდეს ხსნარის გაცხელებისას, რაც ადვილად შეიძლება გადამოწმდეს ექსპერიმენტულად.

მეორე სპეციალისტები დაინტერესდნენ აზოტოვანი ბაზებით, რომლებიც ქმნიან წყალბადურ კავშირებს ერთმანეთთან. ამის შემოწმება შესაძლებელია ინფრაწითელ რეგიონში მოლეკულის სპექტრის გაზომვით.

სხვები ფიქრობდნენ, რომ თუ ორმაგი სპირალის შიგნით იყო დამალული აზოტოვანი ფუძეები, მაშინ შესაძლებელი იქნებოდა იმის გარკვევა, მოლეკულაზე გავლენას ახდენდნენ ის ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ რეაგირება მხოლოდ ამ ფარულ ჯგუფებთან.

ჩატარდა მრავალი ექსპერიმენტი და მე-20 საუკუნის 50-იანი წლების ბოლოს გაირკვა, რომ უოტსონისა და კრიკის მიერ შემოთავაზებულმა მოდელმა გაიარა ყველა ტესტი. მისი უარყოფის მცდელობა წარუმატებელი აღმოჩნდა.

რომლის მონომერული ერთეულებია ნუკლიატიდები.

რა არის დნმ?

ყველა ინფორმაცია ნებისმიერი ცოცხალი ორგანიზმის სტრუქტურისა და ფუნქციონირების შესახებ დაშიფრული სახით შეიცავს მის გენეტიკურ მასალას. ორგანიზმის გენეტიკური მასალის საფუძველია დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ).

დნმუმეტეს ორგანიზმებში ეს არის გრძელი, ორჯაჭვიანი პოლიმერული მოლეკულა. ქვემიმდევრობა მონომერული ერთეულები (დეზოქსირიბონუკლეოტიდები) მის ერთ-ერთ ჯაჭვში შეესაბამება ( შემავსებელი) დეზოქსირიბონუკლეოტიდის თანმიმდევრობები მეორეში. კომპლემენტარობის პრინციპიუზრუნველყოფს დნმ-ის ახალი მოლეკულების სინთეზს, რომლებიც ორიგინალური მოლეკულების იდენტურია, როდესაც ისინი გაორმაგდებიან ( რეპლიკაცია).

დნმ-ის მოლეკულის ნაწილი, რომელიც კოდირებს სპეციფიკურ მახასიათებელს - გენი.

გენები- ეს არის ინდივიდუალური გენეტიკური ელემენტები, რომლებსაც აქვთ მკაცრად სპეციფიკური ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა და კოდირებენ ორგანიზმის გარკვეულ მახასიათებლებს. ზოგიერთი მათგანი ცილებს კოდირებს, ზოგი კი მხოლოდ რნმ-ის მოლეკულებს.

ცილების მაკოდირებელ გენებში (სტრუქტურული გენები) შემავალი ინფორმაცია გაშიფრულია ორი თანმიმდევრული პროცესით:

• რნმ სინთეზი (ტრანსკრიფცია): დნმ სინთეზირდება გარკვეულ მონაკვეთში, როგორც მატრიცაზე მესინჯერი რნმ (mRNA).
• ცილის სინთეზი (თარგმანი):მონაწილეობით მრავალკომპონენტიანი სისტემის კოორდინირებული მუშაობის დროს სატრანსპორტო რნმ (tRNA), mRNA, ფერმენტებიდა სხვადასხვა ცილის ფაქტორებიგანახორციელა ცილის სინთეზი.

ყველა ეს პროცესი უზრუნველყოფს დნმ-ში დაშიფრული გენეტიკური ინფორმაციის სწორ თარგმნას ნუკლეოტიდების ენიდან ამინომჟავების ენაზე. ცილის მოლეკულის ამინომჟავების თანმიმდევრობაგანსაზღვრავს მის სტრუქტურას და ფუნქციებს.

დნმ-ის სტრუქტურა

დნმ- ეს ხაზოვანი ორგანული პოლიმერი. მისი - ნუკლეოტიდები, რომელიც თავის მხრივ შედგება:

ამ შემთხვევაში, ფოსფატის ჯგუფი ერთვის 5′ ნახშირბადის ატომიმონოსაქარიდის ნარჩენი, ხოლო ორგანული ფუძე - მდე 1′-ატომი.

დნმ-ში ორი ტიპის ფუძეა:

ნუკლეოტიდების სტრუქტურა დნმ-ის მოლეკულაში

IN დნმწარმოდგენილი მონოსაქარიდი 2′-დეზოქსირიბოზა, შეიცავს მხოლოდ 1 ჰიდროქსილის ჯგუფი (OH), და ში რნმ - რიბოზამქონე 2 ჰიდროქსილის ჯგუფი (ოჰ).

ნუკლეოტიდები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ფოსფოდიესტერული ბმები, ხოლო ფოსფატის ჯგუფი 5′ ნახშირბადის ატომიერთ ნუკლეოტიდს უკავშირდება 3'-OH- დეზოქსირიბოზის ჯგუფიმეზობელი ნუკლეოტიდი (სურათი 1). პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვის ერთ ბოლოში არის Z'-OH-ჯგუფი (Z'-ბოლო),და მეორეს მხრივ - 5'-ფოსფატის ჯგუფი (5' ბოლო).

დნმ-ის სტრუქტურის დონეები

ჩვეულებრივ უნდა განვასხვავოთ დნმ-ის სტრუქტურის 3 დონე:

• პირველადი;
• მეორადი;
• მესამეული

დნმ-ის პირველადი სტრუქტურაარის ნუკლეოტიდების განლაგების თანმიმდევრობა დნმ-ის პოლინუკლეოტიდურ ჯაჭვში.

დნმ-ის მეორადი სტრუქტურასტაბილიზდება დამატებითი ფუძის წყვილებს შორის და არის ორი ანტიპარალელური ჯაჭვის ორმაგი სპირალი, რომლებიც გადაუგრიხეს მარჯვნივ იმავე ღერძის გარშემო.

სპირალის მთლიანი შემობრუნება არის 3.4 ნმ, მანძილი ჯაჭვებს შორის 2ნმ.

დნმ-ის მესამეული სტრუქტურა - დნმ-ის სუპერსპეციალიზაცია.დნმ-ის ორმაგ სპირალმა შეიძლება გაიაროს შემდგომი სპირალიზაცია ზოგიერთ ადგილას, რათა შექმნას სუპერკოლი ან ღია წრიული ფორმა, რაც ხშირად გამოწვეულია მათი ღია ბოლოების კოვალენტური შეერთებით. დნმ-ის ზეგადახვეული სტრუქტურა უზრუნველყოფს ქრომოსომაში დნმ-ის ძალიან გრძელი მოლეკულის ეკონომიურ შეფუთვას. ამრიგად, წაგრძელებული ფორმით, დნმ-ის მოლეკულის სიგრძეა 8 სმ, და სუპერსპირალის სახით ჯდება 5 ნმ.

ჩარგაფის წესი

ე ჩარგაფის წესიარის აზოტოვანი ფუძეების რაოდენობრივი შემცველობის ნიმუში დნმ-ის მოლეკულაში:

1. დნმ-ში მოლური ფრაქციებიპურინისა და პირმიდინის ფუძეები თანაბარია: A+გ = C+ ტ ან (A +გ)/(C + T)=1.
2. დნმ-ში ამინოჯგუფების მქონე ბაზების რაოდენობა (A +C) უდრის ბაზების რაოდენობა კეტო ჯგუფებით (გ+ T):A+C= გ+ ტ ან (A +C)/(გ+ T) = 1
3. ეკვივალენტობის წესი, ანუ: A=T, G=C; A/T = 1; G/C=1.
4. დნმ-ის ნუკლეოტიდური შემადგენლობასხვადასხვა ჯგუფის ორგანიზმებში სპეციფიკური და დამახასიათებელია სპეციფიკურობის კოეფიციენტი: (G+C)/(A+T).მაღალ მცენარეებსა და ცხოველებში სპეციფიკურობის კოეფიციენტი 1-ზე ნაკლები და ოდნავ მერყეობს: დან 0,54 ადრე 0,98 მიკროორგანიზმებში 1-ზე მეტია.

უოტსონ-კრიკის დნმ მოდელი

ბ 1953 ჯეიმსი უოტსონიდა ფრენსის ყვირილიდნმ-ის კრისტალების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის საფუძველზე მივიდა დასკვნამდე, რომ მშობლიური დნმშედგება ორი პოლიმერული ჯაჭვისგან, რომლებიც ქმნიან ორმაგ სპირალს (სურათი 3).

ერთმანეთზე გადაჭრილი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვები ერთად იმართება წყალბადის ბმები, ჩამოყალიბებული საპირისპირო ჯაჭვების დამატებითი ბაზებს შორის (სურათი 3). სადაც ადენინიაყალიბებს წყვილს მხოლოდ თიმინი, ა გუანინი- თან ციტოზინი. ბაზის წყვილი A-Tსტაბილიზდება ორი წყალბადის ბმადა წყვილი G-C - სამი.

ორჯაჭვიანი დნმ-ის სიგრძე ჩვეულებრივ იზომება დამატებითი ნუკლეოტიდური წყვილების რაოდენობით ( პ.ნ.). ათასობით ან მილიონობით ნუკლეოტიდური წყვილისგან შემდგარი დნმ-ის მოლეკულებისთვის აღებულია ერთეული თ.ბ.ს.და m.p.n.შესაბამისად. მაგალითად, ადამიანის 1-ლი ქრომოსომის დნმ არის სიგრძის ერთი ორმაგი სპირალი 263 მ.ბ..

მოლეკულის შაქრის ფოსფატის ხერხემალი, რომელიც შედგება ფოსფატის ჯგუფებისა და დაკავშირებული დეზოქსირიბოზის ნარჩენებისგან 5'-3'-ფოსფოდიესტერული ბმები, აყალიბებს "სპირალური კიბის გვერდებს" და ფუძის წყვილებს A-Tდა G-C- მისი ნაბიჯები (სურათი 3).

სურათი 3: უოტსონ-კრიკის დნმ მოდელი

დნმ-ის მოლეკულების ჯაჭვები ანტიპარალელური: ერთ-ერთ მათგანს აქვს მიმართულება 3'→5', სხვა 5'→3'. Შესაბამისად კომპლემენტარობის პრინციპი, თუ ერთ-ერთი ჯაჭვი შეიცავს ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობას 5-TAGGCAT-3′, შემდეგ დამატებით ჯაჭვში ამ ადგილას უნდა იყოს თანმიმდევრობა 3′-ATCCGTA-5′. ამ შემთხვევაში, ორჯაჭვიანი ფორმა ასე გამოიყურება:

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5′.

ასეთ ჩანაწერში ზედა ჯაჭვის ბოლო 5′ყოველთვის მოთავსებულია მარცხნივ და 3′ დასასრული- მარჯვნივ.

გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელი უნდა აკმაყოფილებდეს ორ ძირითად მოთხოვნას: რეპროდუცირება (გამრავლება) მაღალი სიზუსტითდა ცილის მოლეკულების სინთეზის განსაზღვრა (დაშიფვრა)..

უოტსონ-კრიკის დნმ მოდელისრულად აკმაყოფილებს ამ მოთხოვნებს, რადგან:

• კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით, დნმ-ის თითოეული ჯაჭვი შეიძლება გახდეს ახალი დამატებითი ჯაჭვის ფორმირების შაბლონი. შესაბამისად, ერთი რაუნდის შემდეგ წარმოიქმნება ორი ქალიშვილი მოლეკულა, რომელთაგან თითოეულს აქვს იგივე ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა, როგორც ორიგინალური დნმ-ის მოლეკულა.
• სტრუქტურული გენის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა ცალსახად განსაზღვრავს მის მიერ კოდირებული ცილის ამინომჟავების თანმიმდევრობას.

1. ადამიანის დნმ-ის ერთი მოლეკულა შეიცავს დაახლოებით 1.5 გიგაბაიტი ინფორმაცია. ამავდროულად, ადამიანის სხეულის ყველა უჯრედის დნმ იკავებს 60 მილიარდ ტერაბაიტს, რომელიც ინახება 150-160 გრამ დნმ-ზე.
2. დნმ-ის საერთაშორისო დღეაღინიშნება 25 აპრილს. 1953 წელს ამ დღეს ჯეიმს უოტსონიდა ფრენსის კრიკიგამოქვეყნდა ჟურნალში Ბუნებამისი სტატია სათაურით "ნუკლეინის მჟავების მოლეკულური სტრუქტურა" , სადაც აღწერილი იყო დნმ-ის მოლეკულის ორმაგი სპირალი.

ბიბლიოგრაფია: მოლეკულური ბიოტექნოლოგია: პრინციპები და პროგრამები, B. Glick, J. Pasternak, 2002 წ.