DNS izmaiņas pārejas dēļ. Kas ir DNS - dezoksiribonukleīnskābe Nukleotīdu struktūra DNS molekulā

MASKAVA, 25. aprīlis - RIA Novosti, Tatjana Pičugina. Tieši pirms 65 gadiem britu zinātnieki Džeimss Vatsons un Frensiss Kriks publicēja rakstu par DNS struktūras atšifrēšanu, liekot pamatus jaunai zinātnei – molekulārajai bioloģijai. Šis atklājums daudz ko mainīja cilvēces dzīvē. RIA Novosti stāsta par DNS molekulas īpašībām un to, kāpēc tā ir tik svarīga.

19. gadsimta otrajā pusē bioloģija bija ļoti jauna zinātne. Zinātnieki tikai sāka pētīt šūnu, un idejas par iedzimtību, lai gan tās jau formulēja Gregors Mendelis, netika plaši pieņemtas.

1868. gada pavasarī Tībingenes Universitātē (Vācija) ieradās jauns Šveices ārsts Frīdrihs Mišers, lai iesaistītos zinātniskā darbā. Viņš bija iecerējis noskaidrot, no kādām vielām šūna sastāv. Eksperimentiem izvēlējos leikocītus, kurus viegli iegūt no strutas.

Atdalot kodolu no protoplazmas, olbaltumvielām un taukiem, Miescher atklāja savienojumu ar augstu fosfora saturu. Viņš šo molekulu sauca par nukleīnu ("kodols" latīņu valodā - kodols).

Šim savienojumam bija skābas īpašības, tāpēc radās termins “nukleīnskābe”. Tās prefikss "dezoksiribo" nozīmē, ka molekula satur H grupas un cukurus. Tad izrādījās, ka tā patiesībā ir sāls, taču nosaukumu viņi nemainīja.

20. gadsimta sākumā zinātnieki jau zināja, ka nukleīns ir polimērs (tas ir, ļoti gara, elastīga atkārtotu vienību molekula), vienības sastāv no četrām slāpekļa bāzēm (adenīna, timīna, guanīna un citozīna) un nukleīna. ir ietverts hromosomās - kompaktās struktūrās, kas rodas dalīšanās šūnās. To spēju pārnēsāt iedzimtas īpašības pierādīja amerikāņu ģenētiķis Tomass Morgans eksperimentos ar augļu mušām.

Modelis, kas izskaidro gēnus

Bet tas, ko dezoksiribonukleīnskābe jeb saīsināti DNS dara šūnas kodolā, nav izprasts ilgu laiku. Tika uzskatīts, ka tam ir zināma strukturāla loma hromosomās. Iedzimtības vienības - gēni - tika attiecinātas uz olbaltumvielu dabu. Izrāvienu veica amerikāņu pētnieks Osvalds Eiverijs, kurš eksperimentāli pierādīja, ka ģenētiskais materiāls tiek pārnests no baktērijām uz baktērijām caur DNS.

Kļuva skaidrs, ka DNS ir jāpēta. Bet kā? Tolaik zinātniekiem bija pieejami tikai rentgena stari. Lai ar to apgaismotu bioloģiskās molekulas, tās bija jākristalizē, un tas ir grūti. Olbaltumvielu molekulu struktūra tika atšifrēta no rentgenstaru difrakcijas modeļiem Cavendish laboratorijā (Kembridža, Apvienotā Karaliste). Jaunajiem pētniekiem, kas tur strādāja, Džeimsam Vatsonam un Frensisam Krikam nebija savu eksperimentālo datu par DNS, tāpēc viņi izmantoja King's College kolēģu Morisa Vilkinsa un Rozalindas Franklinas rentgena fotogrāfijas.

Vatsons un Kriks ierosināja DNS struktūras modeli, kas precīzi atbilst rentgenstaru modeļiem: divas paralēlas dzīslas, kas savītas labās puses spirālē. Katra ķēde sastāv no nejaušas slāpekļa bāzu kopas, kas savērtas uz to cukuru un fosfātu mugurkaula, un to satur kopā ūdeņraža saites starp bāzēm. Turklāt adenīns savienojas tikai ar timīnu, bet guanīns - ar citozīnu. Šo noteikumu sauc par komplementaritātes principu.

Vatsona un Krika modelis izskaidroja četras galvenās DNS funkcijas: ģenētiskā materiāla replikāciju, tā specifiku, informācijas glabāšanu molekulā un spēju mutēt.

Zinātnieki savu atklājumu publicēja žurnālā Nature 1953. gada 25. aprīlī. Pēc desmit gadiem kopā ar Morisu Vilkinsu viņiem tika piešķirta Nobela prēmija bioloģijā (Rozalinda Franklina nomira 1958. gadā no vēža 37 gadu vecumā).

"Tagad, vairāk nekā pusgadsimtu vēlāk, varam apgalvot, ka DNS struktūras atklāšana bioloģijas attīstībā spēlēja tādu pašu lomu kā atoma kodola atklāšana fizikā. Atoma struktūras noskaidrošana noveda pie jaunas, kvantu fizikas dzimšana un DNS struktūras atklāšana noveda pie jaunas, molekulārās bioloģijas rašanās,” raksta Maksims Franks-Kameneckis, izcils ģenētiķis, DNS pētnieks un grāmatas “The Vissvarīgākā molekula.

Ģenētiskais kods

Tagad atlika tikai noskaidrot, kā šī molekula darbojas. Bija zināms, ka DNS satur instrukcijas šūnu proteīnu sintēzei, kas veic visu darbu šūnā. Olbaltumvielas ir polimēri, kas sastāv no atkārtotiem aminoskābju komplektiem (sekvencēm). Turklāt ir tikai divdesmit aminoskābes. Dzīvnieku sugas atšķiras viena no otras ar olbaltumvielu komplektu savās šūnās, tas ir, dažādās aminoskābju secībās. Ģenētika apgalvoja, ka šīs sekvences noteica gēni, kas pēc tam tika uzskatīti par dzīvības pamatelementiem. Bet neviens precīzi nezināja, kas ir gēni.

Skaidrību ieviesa Lielā sprādziena teorijas autors, fiziķis Georgijs Gamovs, Džordža Vašingtona universitātes (ASV) darbinieks. Pamatojoties uz Vatsona un Krika divpavedienu DNS spirāles modeli, viņš ierosināja, ka gēns ir DNS daļa, tas ir, noteikta saišu secība – nukleotīdi. Tā kā katrs nukleotīds ir viena no četrām slāpekļa bāzēm, mums vienkārši jāizdomā, kā četri elementi kodē divdesmit. Tā bija ģenētiskā koda ideja.

Līdz 1960. gadu sākumam tika noteikts, ka olbaltumvielas tiek sintezētas no aminoskābēm ribosomās, kas ir sava veida “rūpnīca” šūnas iekšienē. Lai sāktu proteīnu sintēzi, enzīms tuvojas DNS, atpazīst noteiktu reģionu gēna sākumā, sintezē gēna kopiju nelielas RNS formā (to sauc par šablonu), tad proteīns tiek audzēts ribosomā no plkst. aminoskābes.

Viņi arī uzzināja, ka ģenētiskais kods ir trīs burtu. Tas nozīmē, ka viena aminoskābe atbilst trim nukleotīdiem. Koda vienību sauc par kodonu. Ribosomā informāciju no mRNS secīgi nolasa pa kodonam pa kodonam. Un katrs no tiem atbilst vairākām aminoskābēm. Kā izskatās šifrs?

Uz šo jautājumu atbildēja Māršals Nirenbergs un Heinrihs Matejs no ASV. 1961. gadā viņi pirmo reizi ziņoja par saviem rezultātiem bioķīmijas kongresā Maskavā. Līdz 1967. gadam ģenētiskais kods bija pilnībā atšifrēts. Tas izrādījās universāls visām visu organismu šūnām, kam bija tālejošas sekas zinātnei.

DNS struktūras un ģenētiskā koda atklāšana pilnībā novirzīja bioloģiskos pētījumus. Fakts, ka katram indivīdam ir unikāla DNS secība, ir mainījis tiesu ekspertīzi. Cilvēka genoma atšifrēšana ir devusi antropologiem pilnīgi jaunu metodi mūsu sugas evolūcijas izpētei. Nesen izgudrotais DNS redaktors CRISPR-Cas ir ievērojami uzlabojis gēnu inženieriju. Acīmredzot šī molekula satur risinājumu vissteidzamākajām cilvēces problēmām: vēzis, ģenētiskās slimības, novecošanās.

Vatsons Un Kliedziens to parādīja DNS sastāv no divām polinukleotīdu ķēdēm. Katra ķēde ir savīta spirālē pa labi, un abas tās ir savītas kopā, tas ir, savītas pa labi ap vienu un to pašu asi, veidojot dubulto spirāli.

Ķēdes ir pretparalēlas, tas ir, vērstas pretējos virzienos. Katra DNS virkne sastāv no cukura-fosfāta mugurkaula, pa kuru pamatnes atrodas perpendikulāri dubultās spirāles garajai asij; Divu pretējo dubultspirāles šķiedru pretējās pamatnes ir savienotas ar ūdeņraža saitēm.

Cukura fosfāta mugurkauls divi dubultspirāles pavedieni ir skaidri redzami telpiskajā DNS modelī. Attālums starp abu ķēžu cukura-fosfāta mugurkauliem ir nemainīgs un vienāds ar attālumu, ko aizņem bāzu pāris, t.i., viens purīns un viens pirimidīns. Divi purīni aizņemtu pārāk daudz vietas, un divi pirimidīni aizņemtu pārāk maz vietas, lai aizpildītu spraugas starp abām ķēdēm.

Gar molekulas asi blakus esošie bāzes pāri atrodas 0,34 nm attālumā viens no otra, kas izskaidro rentgenstaru difrakcijas modeļos konstatēto periodiskumu. Pilnīga spirāles revolūcija veido 3,4 nm, t.i., 10 bāzes pārus. Nav ierobežojumu attiecībā uz nukleotīdu secību vienā ķēdē, bet, ņemot vērā bāzu pāru noteikšanu, šī secība vienā ķēdē nosaka nukleotīdu secību otrā ķēdē. Tāpēc mēs sakām, ka abas dubultās spirāles daļas ir viena otru papildinošas.

Vatsons Un Kliedziens publicēja ziņu par jūsu DNS modelisžurnālā "" 1953. gadā, un 1962. gadā viņiem kopā ar Morisu Vilkinsu par šo darbu tika piešķirta Nobela prēmija. Tajā pašā gadā Kendrew un Perutz saņēma Nobela prēmiju par darbu pie olbaltumvielu trīsdimensiju struktūras noteikšanas, ko veica arī ar rentgenstaru difrakcijas analīzi. Rozalinda Franklina, kura nomira no vēža pirms balvu pasniegšanas, netika iekļauta kā saņēmēja, jo Nobela prēmija netiek piešķirta pēc nāves.

Lai piedāvāto struktūru atzītu par ģenētisku materiālu, bija jāpierāda, ka tā spēj: 1) pārnēsāt kodētu informāciju un 2) precīzi reproducēt (replicēt). Vatsons un Kriks apzinājās, ka viņu modelis atbilst šīm prasībām. Sava pirmā raksta beigās viņi piesardzīgi atzīmēja: "Mūsu uzmanība nav pievērsta tam, ka mūsu postulētais īpašais bāzes pāru savienojums nekavējoties ļauj postulēt iespējamu ģenētiskā materiāla kopēšanas mehānismu."

Otrajā rakstā, kas publicēts 1953. gadā, viņi apsprieda sava modeļa ģenētiskās sekas. Šis atklājums parādīja, kā skaidra struktūra var būt saistīta ar funkciju jau molekulārā līmenī, dodot spēcīgu impulsu molekulārās bioloģijas attīstībai.

Saskaņā ar tās ķīmisko struktūru DNS ( Dezoksiribonukleīnskābe) ir biopolimērs, kura monomēri ir nukleotīdi. Tas ir, DNS ir polinukleotīds. Turklāt DNS molekula parasti sastāv no divām ķēdēm, kas savītas viena pret otru pa spirālveida līniju (bieži sauktas par "spirālveida savīti") un savienotas viena ar otru ar ūdeņraža saitēm.

Ķēdes var savīt gan uz kreiso, gan uz labo (visbiežāk) pusi.

Dažiem vīrusiem ir vienas virknes DNS.

Katrs DNS nukleotīds sastāv no 1) slāpekļa bāzes, 2) dezoksiribozes, 3) fosforskābes atlikuma.

Dubultā labās rokas DNS spirāle

DNS sastāvs ietver: adenīns, guanīns, timīns Un citozīns. Adenīns un guanīns ir purīni, un timīns un citozīns - uz pirimidīni. Dažreiz DNS satur uracilu, kas parasti ir raksturīgs RNS, kur tas aizstāj timīnu.

Vienas DNS molekulas ķēdes slāpekļa bāzes ir savienotas ar citas ķēdes slāpekļa bāzēm stingri saskaņā ar komplementaritātes principu: adenīns tikai ar timīnu (veido savā starpā divas ūdeņraža saites), bet guanīns tikai ar citozīnu (trīs saites).

Pašā nukleotīdā esošā slāpekļa bāze ir saistīta ar pirmo cikliskās formas oglekļa atomu dezoksiriboze, kas ir pentoze (ogļhidrāts ar pieciem oglekļa atomiem). Saite ir kovalenta, glikozīda (C-N). Atšķirībā no ribozes, dezoksiribozei trūkst vienas no tās hidroksilgrupām. Dezoksiribozes gredzenu veido četri oglekļa atomi un viens skābekļa atoms. Piektais oglekļa atoms atrodas ārpus gredzena un caur skābekļa atomu ir savienots ar fosforskābes atlikumu. Arī caur skābekļa atomu pie trešā oglekļa atoma tiek piesaistīts blakus esošā nukleotīda fosforskābes atlikums.

Tādējādi vienā DNS virknē blakus esošie nukleotīdi ir saistīti viens ar otru ar kovalentām saitēm starp dezoksiribozi un fosforskābi (fosfodiestera saite). Veidojas fosfāta-dezoksiribozes mugurkauls. Tai perpendikulāri, pret otru DNS ķēdi, ir vērstas slāpekļa bāzes, kuras ar otrās ķēdes bāzēm ir savienotas ar ūdeņraža saitēm.

DNS struktūra ir tāda, ka ar ūdeņraža saitēm savienoto ķēžu mugurkauli ir vērsti dažādos virzienos (saka "daudzvirzienu", "pretparalēli"). Tajā pusē, kur viens beidzas ar fosforskābi, kas savienots ar piekto dezoksiribozes oglekļa atomu, otrs beidzas ar “brīvo” trešo oglekļa atomu. Tas ir, vienas ķēdes skelets ir apgriezts otrādi attiecībā pret otru. Tādējādi DNS ķēžu struktūrā izšķir 5" galus un 3" galus.

DNS replikācijas laikā (dubultošanās) jaunu ķēžu sintēze vienmēr notiek no to 5. gala līdz trešajam, jo ​​jaunus nukleotīdus var pievienot tikai brīvajam trešajam galam.

Galu galā (netieši caur RNS) katri trīs secīgie nukleotīdi DNS ķēdē kodē vienu proteīna aminoskābi.

DNS molekulas struktūras atklāšana notika 1953. gadā, pateicoties F. Krika un D. Vatsona darbam (ko veicināja arī citu zinātnieku agrīnie darbi). Lai gan DNS kā ķīmiska viela bija pazīstama jau 19. gadsimtā. 20. gadsimta 40. gados kļuva skaidrs, ka DNS ir ģenētiskās informācijas nesējs.

Dubultā spirāle tiek uzskatīta par DNS molekulas sekundāro struktūru. Eikariotu šūnās milzīgais DNS daudzums atrodas hromosomās, kur tas ir saistīts ar olbaltumvielām un citām vielām, kā arī ir blīvāk iesaiņots.

Cilvēka dzemdību plāns ir gatavs, kad mātes un tēva reproduktīvās šūnas saplūst vienā. Šo veidojumu sauc par zigotu vai apaugļotu olu. Pats organisma attīstības plāns ir ietverts DNS molekulā, kas atrodas šīs vienšūnas kodolā. Tieši tajā ir iekodēta matu krāsa, augums, deguna forma un viss pārējais, kas padara cilvēku individuālu.

Protams, cilvēka liktenis ir atkarīgs ne tikai no molekulas, bet arī no daudziem citiem faktoriem. Bet arī dzimšanas brīdī noteiktie gēni lielā mērā ietekmē liktenīgo ceļu. Un tie pārstāv nukleotīdu secību.

Katru reizi, kad šūna dalās, DNS dubultojas. Tāpēc katra šūna nes informāciju par visa organisma uzbūvi. It kā, būvējot ķieģeļu ēku, katram ķieģelim bija visas konstrukcijas arhitektoniskais plāns. Jūs skatāties tikai uz vienu ķieģeli un jau zināt, kuras ēkas konstrukcijas daļa tas ir.

Patieso DNS molekulas struktūru pirmo reizi demonstrēja britu biologs Džons Gurdons 1962. gadā. Viņš paņēma no vardes zarnas šūnas kodolu un, izmantojot mikroķirurģiskas metodes, pārstādīja to vardes olā. Turklāt šajā olā tās kodols iepriekš tika nogalināts ar ultravioleto starojumu.

No hibrīda olas izauga parasta varde. Turklāt tas bija absolūti identisks tam, kura šūnas kodols tika ņemts. Tas iezīmēja klonēšanas laikmeta sākumu. Un pirmais veiksmīgais klonēšanas rezultāts zīdītāju vidū bija aita Dollija. Viņa dzīvoja 6 gadus un pēc tam nomira.

Taču arī pati daba rada dubultniekus. Tas notiek, kad pēc pirmās zigotas dalīšanās divas jaunas šūnas nepaliek kopā, bet gan izdalās, un katra ražo savu organismu. Tā dzimst identiski dvīņi. Viņu DNS molekulas ir tieši tādas pašas, tāpēc dvīņi ir tik līdzīgi.

Pēc izskata DNS atgādina virvju kāpnes, kas savītas labās puses spirālē. Un tas sastāv no polimēru ķēdēm, no kurām katra veidojas no 4 veidu vienībām: adenīna (A), guanīna (G), timīna (T) un citozīna (C).

To secībā ir ietverta jebkura dzīvā organisma ģenētiskā programma. Zemāk esošajā attēlā, piemēram, parādīts nukleotīds T. Tā augšējo gredzenu sauc par slāpekļa bāzi, piecu locekļu gredzenu apakšā ir cukurs, bet kreisajā pusē ir fosfātu grupa.

Attēlā parādīts timīna nukleotīds, kas ir daļa no DNS. Atlikušajiem 3 nukleotīdiem ir līdzīga struktūra, taču tie atšķiras ar slāpekļa bāzi. Augšējais labais gredzens ir slāpekļa bāze. Apakšējais piecu locekļu gredzens ir cukurs. Kreisā grupa PO - fosfāts

DNS molekulas izmēri

Dubultās spirāles diametrs ir 2 nm (nm ir nanometrs, vienāds ar 10-9 metriem). Attālums starp blakus esošajiem bāzes pāriem gar spirāli ir 0,34 nm. Dubultā spirāle veic pilnu apgriezienu ik pēc 10 pāriem. Bet garums ir atkarīgs no organisma, kuram molekula pieder. Vienkāršākajiem vīrusiem ir tikai daži tūkstoši saišu. Baktērijās to ir vairāki miljoni. Un augstākos organismos to ir miljardiem.

Izstiepjot visu vienā cilvēka šūnā esošo DNS vienā līnijā, iegūsit apmēram 2 m garu pavedienu, kas parāda, ka pavediena garums ir miljardiem reižu lielāks par tā biezumu. Lai labāk iztēlotos DNS molekulas izmēru, var iedomāties, ka tās biezums ir 4 cm.Šāds pavediens, kas ņemts no vienas cilvēka šūnas, var apņemt zemeslodi gar ekvatoru. Šādā mērogā cilvēks atbildīs Zemes izmēram, un šūnas kodols izaugs līdz stadiona izmēram.

Vai Vatsona un Krika modelis ir pareizs?

Ņemot vērā DNS molekulas struktūru, rodas jautājums, kā tā, kam ir tik milzīgs garums, atrodas kodolā. Tam ir jāatrodas tā, lai tā visā garumā būtu pieejama RNS polimerāzei, kas nolasa vajadzīgos gēnus.

Kā tiek veikta replikācija? Galu galā pēc dubultošanas abām komplementārajām ķēdēm ir jāatdalās. Tas ir diezgan grūti, jo ķēdes sākotnēji ir savītas spirālē.

Šādi jautājumi sākotnēji radīja šaubas par Vatsona un Krika modeļa derīgumu. Bet šis modelis bija pārāk specifisks un vienkārši ķircināja speciālistus ar savu neaizskaramību. Tāpēc visi steidzās meklēt trūkumus un pretrunas.

Daži eksperti uzskatīja, ka, ja neveiksmīgā molekula sastāv no 2 polimēru ķēdēm, kas savienotas ar vājām nekovalentām saitēm, tad, karsējot šķīdumu, tām vajadzētu atšķirties, ko var viegli pārbaudīt eksperimentāli.

Otrie speciālisti sāka interesēties par slāpekļa bāzēm, kas savā starpā veido ūdeņraža saites. To var pārbaudīt, izmērot molekulas spektrus infrasarkanajā reģionā.

Vēl citi domāja, ka, ja slāpekļa bāzes patiešām būtu paslēptas dubultspirāles iekšpusē, tad varētu noskaidrot, vai molekulu ir ietekmējušas tās vielas, kas spēj reaģēt tikai ar šīm slēptajām grupām.

Tika veikti daudzi eksperimenti, un līdz 20. gadsimta 50. gadu beigām kļuva skaidrs, ka Vatsona un Krika piedāvātais modelis izturēja visus testus. Mēģinājumi to atspēkot neizdevās.

Kuru monomēru vienības ir nukliatīdi.

Kas ir DNS?

Visa informācija par jebkura dzīva organisma uzbūvi un darbību ir ietverta kodētā veidā tā ģenētiskajā materiālā. Organisma ģenētiskā materiāla pamats ir dezoksiribonukleīnskābe (DNS).

DNS lielākajā daļā organismu tā ir gara, divķēžu polimēra molekula. Secība monomēru vienības (dezoksiribonukleotīdi) vienā no tā ķēdēm atbilst ( papildinoši) dezoksiribonukleotīdu sekvences citā. Komplementaritātes princips nodrošina jaunu DNS molekulu sintēzi, kas ir identiska oriģinālajām molekulām, kad tās tiek dubultotas ( replikācija).

DNS molekulas sadaļa, kas kodē noteiktu pazīmi - gēns.

Gēni– tie ir atsevišķi ģenētiski elementi, kuriem ir stingri noteikta nukleotīdu secība un kas kodē noteiktas organisma īpašības. Daži no tiem kodē proteīnus, citi tikai RNS molekulas.

Proteīnus kodējošos gēnos (strukturālos gēnos) esošā informācija tiek atšifrēta, izmantojot divus secīgus procesus:

• RNS sintēze (transkripcija): DNS tiek sintezēta noteiktā sadaļā kā uz matricas Messenger RNS (mRNS).
• proteīnu sintēze (tulkošana): Daudzkomponentu sistēmas koordinētas darbības laikā ar līdzdalību transporta RNS (tRNS), mRNS, fermenti un dažādi olbaltumvielu faktori Izpildīts proteīnu sintēze.

Visi šie procesi nodrošina DNS šifrētās ģenētiskās informācijas pareizu tulkošanu no nukleotīdu valodas uz aminoskābju valodu. Olbaltumvielu molekulas aminoskābju secība nosaka tā struktūru un funkcijas.

DNS struktūra

DNS-Šo lineārs organiskais polimērs. Viņa - nukleotīdi, kas savukārt sastāv no:

Šajā gadījumā fosfātu grupa ir pievienota 5′ oglekļa atoms monosaharīda atlikumu, un organisko bāzi - uz 1′-atoms.

DNS ir divu veidu bāzes:

Nukleotīdu struktūra DNS molekulā

IN DNS uzrādīts monosaharīds 2′-dezoksiriboze, kas satur tikai 1 hidroksilgrupa (OH), un iekšā RNS - riboze kam 2 hidroksilgrupas (Ak!).

Nukleotīdi ir savienoti viens ar otru fosfodiestera saites, savukārt fosfātu grupa 5′ oglekļa atoms viens nukleotīds saistīts ar 3'-OH-dezoksiribozes grupa blakus esošais nukleotīds (1. attēls). Vienā polinukleotīdu ķēdes galā ir Z'-OH-grupa (Z'-gals), un no otras - 5′-fosfātu grupa (5′ gals).

DNS struktūras līmeņi

Ir ierasts atšķirt 3 DNS struktūras līmeņus:

• primārs;
• sekundārais;
• terciārais

DNS primārā struktūra ir nukleotīdu izkārtojuma secība DNS polinukleotīdu ķēdē.

DNS sekundārā struktūra stabilizējas starp komplementāriem bāzes pāriem un ir dubultspirāle no divām antiparalēlām ķēdēm, kas savītas pa labi ap vienu un to pašu asi.

Kopējais spirāles pagrieziens ir 3,4 nm, attālums starp ķēdēm 2nm.

DNS terciārā struktūra - DNS superspecializācija. DNS dubultspirāle dažās vietās var tikt tālāk spirālizēta, veidojot superspirāli vai atvērtu apļveida formu, ko bieži izraisa to atvērto galu kovalentā savienošana. DNS superspirālā struktūra nodrošina ļoti garas DNS molekulas ekonomisku iepakošanu hromosomā. Tādējādi iegarenā formā DNS molekulas garums ir 8 cm, un superspirāles formā iekļaujas 5 nm.

Chargaff likums

E. Šargafa noteikums ir slāpekļa bāzu kvantitatīvā satura modelis DNS molekulā:

1. DNS molu frakcijas purīna un pirimidīna bāzes ir vienādas: A+G = C+ T vai (A +G)/(C + T) = 1 .
2. DNS bāzu skaits ar aminogrupām (A +C) vienāds bāzu skaits ar keto grupām (G+ T):A+C= G+ T vai (A +C)/(G+ T) = 1
3. Ekvivalences noteikums, tas ir: A=T, G=C; A/T = 1; G/C=1.
4. DNS nukleotīdu sastāvs dažādu grupu organismos ir specifisks un raksturots specifiskuma koeficients: (G+C)/(A+T). Augstākajos augos un dzīvniekos specifiskuma koeficients mazāks par 1, un nedaudz svārstās: no 0,54 pirms tam 0,98 , mikroorganismos tas ir vairāk nekā 1.

Vatsona-Krika DNS modelis

B 1953 Džeimss Vatsons un Francisks Kliedziens, pamatojoties uz DNS kristālu rentgenstaru difrakcijas analīzi, nonāca pie secinājuma, ka dzimtā DNS sastāv no divām polimēru ķēdēm, kas veido dubultspirāli (3. attēls).

Polinukleotīdu ķēdes, kas uzvilktas viena virs otras, tiek turētas kopā ūdeņraža saites, kas veidojas starp pretējo ķēžu komplementārajām bāzēm (3. attēls). Kurā adenīns veido pāri tikai ar timīns, A guanīns- Ar citozīns. Bāzes pāris A-T stabilizējas divas ūdeņraža saites, un pāris G-C - trīs.

Divpavedienu DNS garumu parasti mēra pēc komplementāro nukleotīdu pāru skaita ( P.n.). DNS molekulām, kas sastāv no tūkstošiem vai miljoniem nukleotīdu pāru, tiek ņemtas vienības t.b.s. Un m.p.n. attiecīgi. Piemēram, cilvēka 1. hromosomas DNS ir viena garuma dubultspirāle 263 m.b..

Molekulas cukura fosfāta mugurkauls, kas sastāv no savienotām fosfātu grupām un dezoksiribozes atlikumiem 5'-3'-fosfodiestera saites, veido “spirālveida kāpņu sānu malas” un pamatnes pārus A-T Un G-C- tā pakāpieni (3. attēls).

3. attēls: Vatsona-Krika DNS modelis

DNS molekulu ķēdes antiparalēli: vienam no tiem ir virziens 3’→5′, cits 5’→3′. Saskaņā ar komplementaritātes principu, ja viena no ķēdēm satur nukleotīdu secību 5-TAGGCAT-3′, tad papildinošajā ķēdē šajā vietā jābūt secībai 3′-ATCCGTA-5′. Šajā gadījumā divpavedienu forma izskatītos šādi:

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5′.

Tādā ierakstā 5′ augšējās ķēdes gals vienmēr novietots kreisajā pusē, un 3′ gals- pa labi.

Ģenētiskās informācijas nesējam jāatbilst divām pamatprasībām: reproducēt (replicēt) ar augstu precizitāti Un noteikt (kodēt) olbaltumvielu molekulu sintēzi.

Vatsona-Krika DNS modelis pilnībā atbilst šīm prasībām, jo:

• Saskaņā ar komplementaritātes principu katra DNS virkne var kalpot par veidni jaunas komplementāras ķēdes veidošanai. Līdz ar to pēc vienas kārtas veidojas divas meitas molekulas, kurām katrai ir tāda pati nukleotīdu secība kā sākotnējai DNS molekulai.
• strukturālā gēna nukleotīdu secība unikāli nosaka tā kodētā proteīna aminoskābju secību.

1. Viena cilvēka DNS molekula satur apmēram 1,5 gigabaiti informācijas. Tajā pašā laikā visu cilvēka ķermeņa šūnu DNS aizņem 60 miljardus terabaitu, kas tiek glabāti 150-160 gramos DNS.
2. Starptautiskā DNS diena svinēja 25. aprīlī. Šajā dienā 1953.g Džeimss Vatsons Un Frensiss Krīks publicēts žurnālā Daba viņa raksts ar nosaukumu "Nukleīnskābju molekulārā struktūra" , kur tika aprakstīta DNS molekulas dubultspirāle.

Bibliogrāfija: Molekulārā biotehnoloģija: principi un pielietojumi, B. Gliks, J. Pasternaks, 2002.