Диаметр спирали днк

Формы ДНК, структура и синтез

Диаметр спирали днк

Дезоксирибонуклеиновая кислота – ДНК – служит носителем наследственной информации, передаваемой живыми организмами следующим поколениям, и матрицей для строительства белков и различных регуляторных факторов, потребных организму в процессах роста и жизнедеятельности. В этой статье мы остановимся на том, какими бывают наиболее распространенные формы структуры ДНК. Также мы обратим внимание на то, как строятся эти формы и в каком виде ДНК пребывает внутри живой клетки.

Уровни организации молекулы ДНК

Различают четыре уровня, определяющих строение и морфологию этой гигантской молекулы:

  • Первичный уровень, или структура – это порядок нуклеотидов в цепи.
  • Вторичная структура представляет собой знаменитую «двойную спираль». Устоялось именно это словосочетание, хотя на самом деле подобная структура напоминает винт.
  • Третичная структура образуется вследствие того, что между отдельными участками двухцепочечной закрученной нити ДНК возникают слабые водородные связи, придающие молекуле сложную пространственную конформацию.
  • Четвертичная структура – это уже сложный комплекс ДНК с некоторыми белками и РНК. В такой конфигурации ДНК упакована в хромосомы в ядре клетки.

Первичная структура: компоненты ДНК

Блоками, из которых строится макромолекула дезоксирибонуклеиновой кислоты, являются нуклеотиды, представляющие собой соединения, в состав каждого из которых входят:

  • азотистое основание – аденин, гуанин, тимин или цитозин. Аденин и гуанин относятся к группе пуриновых оснований, цитозин и тимин – пиримидиновых;
  • пятиуглеродный моносахарид дезоксирибоза;
  • остаток ортофосфорной кислоты.

При образовании полинуклеотидной цепочки важную роль играет порядок групп, образуемых атомами углерода в кольцевой молекуле сахара. Фосфатный остаток в нуклеотиде соединен с 5’-группой (читается «пять прайм») дезоксирибозы, то есть с пятым атомом углерода. Наращивание цепочки происходит путем присоединения к свободной 3’-группе дезоксирибозы фосфатного остатка следующего нуклеотида.

Таким образом, первичная структура ДНК в форме полинуклеотидной цепи – имеет 3’- и 5’-концы. Это свойство молекулы ДНК называется полярностью: синтез цепи может идти только в одном направлении.

Образование вторичной структуры

Следующий шаг в структурной организации ДНК базируется на принципе комплементарности азотистых оснований – их способности попарно соединяться друг с другом посредством водородных связей.

Комплементарность – взаимное соответствие – возникает по той причине, что аденин и тимин образуют двойную связь, а гуанин и цитозин – тройную.

Поэтому при формировании двойной цепи эти основания встают друг напротив друга, образуя соответствующие пары.

[attention type=yellow]

Полинуклеотидные последовательности располагаются во вторичной структуре антипараллельно. Так, если одна из цепочек имеет вид 3’ – АГГЦАТАА – 5’, то противоположная будет выглядеть следующим образом: 3’ – ТТАТГЦЦТ – 5’.

[/attention]

При образовании молекулы ДНК происходит закручивание сдвоенной полинуклеотидной цепи, причем от концентрации солей, от водонасыщенности, от строения самой макромолекулы зависит, какие формы может принимать ДНК на данной структурной ступени. Известно несколько таких форм, обозначаемых латинскими буквами A, B, C, D, E, Z.

Конфигурации C, D и E не встречены в живой природе и наблюдались только в лабораторных условиях. Мы рассмотрим основные формы ДНК: так называемые канонические A и B, а также конфигурацию Z.

А-ДНК – сухая молекула

А-форма – это правый винт с 11 комплементарными парами оснований в каждом витке. Диаметр его составляет 2,3 нм, а длина одного витка спирали – 2,5 нм. Плоскости, образуемые спаренными основаниями, имеют наклон 20° по отношению к оси молекулы. Соседние нуклеотиды расположены в цепочках компактно – между ними всего 0,23 нм.

Такая форма ДНК возникает при низкой гидратации и при повышенной ионной концентрации натрия и калия. Она характерна для процессов, в которых ДНК образует комплекс с РНК, поскольку последняя не способна принимать иные формы. Кроме того, А-форма весьма устойчива к ультрафиолетовому облучению. В этой конфигурации дезоксирибонуклеиновая кислота содержится в грибных спорах.

Влажная B-ДНК

При малом содержании солей и высокой степени гидратации, то есть в нормальных физиологических условиях, ДНК принимает свою главную форму B. Природные молекулы существуют, как правило, в В-форме. Именно она лежит в основе классической модели Уотсона-Крика и чаще всего изображается на иллюстрациях.

Данной форме (она также правозакрученная) свойственна меньшая компактность размещения нуклеотидов (0,33 нм) и большой шаг винта (3,3 нм). Один виток содержит 10,5 пары оснований, поворот каждой из них относительно предыдущей составляет около 36°. Плоскости пар почти перпендикулярны оси «двойной спирали». Диаметр такой сдвоенной цепочки меньше, чем у А-формы – он достигает только 2 нм.

Неканоническая Z-ДНК

В отличие от канонических ДНК, молекула типа Z представляет собой левозакрученный винт. Она самая тонкая из всех, имеет диаметр всего 1,8 нм. Витки ее длиной 4,5 нм как бы вытянуты; эта форма ДНК содержит 12 спаренных оснований на каждый виток. Расстояние между соседними нуклеотидами также достаточно велико – 0,38 нм. Так что Z-форма характеризуется наименьшей степенью скрученности.

Образуется она из конфигурации B-типа на тех участках, где в составе нуклеотидной последовательности чередуются пуриновые и пиримидиновые основания, при изменении содержания ионов в растворе.

Формирование Z-ДНК связано с биологической активностью и является очень кратковременным процессом. Подобная форма нестабильна, что создает трудности при исследовании ее функций.

Пока что они в точности не ясны.

Репликация ДНК и ее строение

И первичная, и вторичная структуры ДНК возникают в ходе явления, называемого репликацией – образования из материнской макромолекулы двух идентичных ей «двойных спиралей». При репликации исходная молекула расплетается, и на освободившихся одиночных цепочках происходит наращивание комплементарных оснований.

Поскольку половинки ДНК антипараллельны, этот процесс протекает на них в разных направлениях: по отношению к материнским цепочкам от 3’-конца к 5’-концу, то есть новые цепочки растут в направлении 5’ → 3’.

Лидирующая цепь синтезируется непрерывно в сторону репликационной вилки; на отстающей цепи синтез совершается от вилки отдельными участками (фрагменты Оказаки), которые затем сшивает между собой особый фермент – ДНК-лигаза.

Пока продолжается синтез, уже сформированные концы дочерних молекул претерпевают винтообразное закручивание. Затем, еще до окончания репликации новорожденные молекулы начинают образовывать третичную структуру в процессе, именуемом сверхспирализацией.

Сверхспирализованная форма ДНК возникает, когда двухцепочечная молекула совершает дополнительное закручивание. Оно может быть направлено по часовой стрелке (положительно) либо против (в этом случае говорят об отрицательной сверхспирализации). ДНК большинства организмов суперскручена отрицательно, то есть против основных витков «двойной спирали».

В результате образования дополнительных петель – супервитков – ДНК приобретает сложную пространственную конфигурацию.

В клетках эукариот этот процесс происходит с формированием комплексов, в которых ДНК отрицательно навивается на гистоновые белковые комплексы и принимает вид нити с бусинами-нуклеосомами. Свободные участки нити называются линкерами.

[attention type=red]

В поддержании суперскрученной формы молекулы ДНК принимают участие и негистоновые белки, а также неорганические соединения. Так образуется хроматин – вещество хромосом.

[/attention]

Хроматиновые нити с нуклеосомными бусинами способны к дальнейшему усложнению морфологии в процессе, называемом конденсацией хроматина.

Окончательная компактизация ДНК

В ядре форма макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты становится чрезвычайно сложной, компактизируясь в несколько этапов.

  1. Во-первых, нить сворачивается в особую структуру типа соленоида – хроматиновую фибриллу толщиной в 30 нм. На этом уровне ДНК, сворачиваясь, сокращает свою длину в 6-10 раз.
  2. Далее фибрилла при помощи специфических скэффолд-белков образует зигзагообразные петли, что уменьшает линейный размер ДНК уже в 20-30 раз.
  3. На следующем уровне формируются плотно упакованные петельные домены, чаще всего имеющие форму, условно названную «ламповая щетка». Они прикрепляются к внутриядерному белковому матриксу. Толщина таких структур составляет уже 700 нм, ДНК при этом укорачивается приблизительно в 200 раз.
  4. Последний уровень морфологической организации – хромосомный. Петельные домены уплотняются настолько, что достигается общее укорочение в 10 000 раз. Если длина растянутой молекулы – около 5 см, то после упаковки в хромосомы она уменьшается до 5 мкм.

Высшего уровня усложнения формы ДНК достигает в состоянии метафазы митоза. Именно тогда она приобретает характерный облик – две хроматиды, соединенные перетяжкой-центромерой, которая обеспечивает расхождение хроматид в процессе деления.

Интерфазная ДНК организована до доменного уровня и распределяется в ядре клетки без особого порядка.

Таким образом, мы видим, что морфология ДНК тесно связана с различными фазами ее существования и отражает особенности функционирования этой важнейшей для жизни молекулы.

Источник: https://FB.ru/article/394138/formyi-dnk-struktura-i-sintez

Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)

Диаметр спирали днк

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это линейный органический полимер, мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.

Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула.

 Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой.

Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации).

Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген.

Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма. Одни из них кодируют белки,  другие — только молекулы РНК.

Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:

  • синтеза РНК (транскрипции): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).
  • синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы.

Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.

Строение ДНК

ДНК – это линейный органический полимер. Его мономерные звенья – нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из:

  • азотистого основания;
  • пятиуглеродного сахара (пентозы);
  • фосфатной группы (рисунок 1).Рисунок 1 : ДНК – строение одной цепочки нуклеотидов

При этом,  фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка,  а  органическое основание — к 1′-атому.

Основания в ДНК бывают двух типов:

  • Пуриновые: аденин ( А ) и гуанин (G);
  • Пиримидиновые: цитозин (С) и тимин (Т);(рисунок 2),Рисунок 2: Азотистые основания- пуриновые и пиримидиновые

Строение нуклеотидов в молекуле ДНК

В ДНК моносахарид представлен  2′-дезоксирибозой, содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН),  а  в РНКрибозой, имеющей 2 гидроксильные группы(OH).

Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец),  а  на другом — 5′-фосфатная группа (5′-конец).

Уровни структуры ДНК

Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:

  • первичную;
  • вторичную;
  • третичную.

Первичная структура  ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК стабилизируется  водородными связями между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек,  закрученных вправо вокруг одной оси.

Общий виток спирали- 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм.

Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК.

Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов.

Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме. Так, в вытянутой форме длина молекулы ДНК составляет  8 см,  а в форме суперспирали укладывается в 5 нм.

 Правило Чаргаффа

Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:

  1. У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т  или (А + G)/(C + Т)=1.
  2. В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +C) равно количеству оснований с кетогруппами (G + Т):   А +C= G + Т или (А +C)/(G + Т)= 1
  3. Правило эквивалентности, то есть : А=Т, Г=Ц; А/Т = 1;  Г/Ц=1.
  4. Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности меньше 1, и колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98, у микроорганизмов он больше 1.

Модель ДНК Уотсона-Крика

Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).

Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3).

При этом аденин образует пару только с тимином,  а  гуанин — с цитозином.

Пара оснований  А—Т  стабилизируется двумя водородными связями,  а  пара G—Стремя.

Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.

Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’—З’-фосфодиэфирными связями, образует «боковины винтовой лестницы»,  а  пары оснований  А—Т  и G—С — ее ступеньки (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика

Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′.

В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:

  • 5′-TAGGCAT-3′
  • 3-ATCCGTA-5′.

В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева,  а  3′-конец — справа.

Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.

Модель ДНК Уотсона—Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:

  • согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
  • нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.

Интересные факты о ДНК

  1. Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации. При этом, ДНК всех клеток человеческого организма занимают 60 млрд. терабайт, что сохраняются на 150-160 граммах ДНК. [2]
  2. Международный день ДНК отмечается 25 апреля.

    Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот», где описали двойную спираль молекулы ДНК. [3]

Список литературы: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.

Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
Б.Глик,
Дж. Пастернак,
Источник: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
[2] MPlast.

by – портал: “ДНК 1 клетки человека вмещает 1,5 гигабайта информации – лучший винчестер на планете” – 27 апреля 2016 года
[3] Журнал NATURE: “Molecular Structure of Nucleic Acids” – 25 апреля 1953 года
Дата в источнике: 2002 год

Источник: https://mplast.by/encyklopedia/dnk-dezoksiribonukleinovaya-kislota/

Из чего состоит ДНК | Структура цепей и молекул ДНК

Диаметр спирали днк
Из чего состоит ДНК? Кому и когда удалось найти эту молекулу в клетках людей, и прочих живых существ? В чём уникальность открытия механизма наследования и чем это обернулось для всего человечества, читайте далее в этой статье.

Открытие дезоксирибонуклеиновой кислоты произошло в 1869 году.

И принадлежит открытие Иоганну Фридриху Мишеру. Он был биологом из Швейцарии и занимался изучением гноя. По большому счёту открытие можно назвать случайным, и сам Мишер не понял, что именно он открыл. Он назвал своё открытие нуклеином.

А позже нуклеиновой кислотой, когда у неё обнаружились кислотные свойства.

Назначение этой кислоты было загадочно и неизвестно, хотя некоторые учёные уже поднимали вопрос о наследственности и существовании механизмов наследования. Современное представление о том из чего состоит цепь ДНК, было сформировано Д. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году.

Несколько ранее, в середине тридцатых годов советские ученые А.Р. Кезеля и А.Н. Белозерский доказали, что ДНК встречается у всех живых видов. До их работы считалось, что эта молекула присутствует только в организме животных видов, а в растениях присутствует только РНК.

Тот факт, что дезоксирибонуклеиновая кислота является механизмом сохранения наследственной информации, был открыт только в 1944 году группой исследователей из Освальда. Так, совокупными усильями разных учёных мира была приоткрыта тайна эволюционного процесса и механизмов в его основе.

Использование в медицине

Открытие того из чего состоит молекула ДНК дало толчок к развитию множества новых услуг и направлений экспериментальной медицины. Благодаря новым технологиям, которые стали возможны вследствие исследования генома, сегодня почти любому доступны:

  1.      Диагностика заболеваний на сверхранней стадии. Анализ позволяет выявить инфекцию, даже если заболевание находится в инкубационном периоде, и нет ни каких симптомов.
  2.      Определение отцовства. Так же материнства и прочих родственных связей. При этом различные тесты можно проводить, как с участием потенциальных родителей, так и без них.
  3.      Тестирование на непереносимость пищевых продуктов. Какие вещества хорошо усваиваются организмом, какие плохо или не усваиваются вовсе, что вызывает аллергические реакции – всё это расскажут результаты индивидуального исследования.
  4.      Анализ этнической принадлежности – с какими народами перекрещивались далекие предки, и какие национальности формируют вас сегодня.
  5.      Исследование на наличие наследственных заболеваний, в том числе и спящих, которые передаются через поколение и более.

И это только самые востребованные тесты, имеющие коммерческий интерес и полезные для простого обывателя. Если говорить о перспективах лабораторных научных исследований, то многие учёные-генетики не без энтузиазма готовятся совершить самое великое открытие за всю человеческую историю – победить болезни и саму смерть.

Строение молекулы ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота состоит из двух цепочек нуклеотидов, которые объединены меж собой водородными связями и закручиваются в двойную спираль. Нуклеотиды в каждой цепи – это кирпичики, из которых складываются гены, биологическая их кодировка.

Для каждого гена его место положения в цепочке и порядок нуклеотидов условно одинаков. Условно поскольку у одного гена возможны вариации, различное расположение некоторых нуклеотидов в составе гена.

Но, в таком случае вместе со сменой структуры меняется и функциональность самого гена.

У всех живых организмов клеточная структура и эти клетки содержат внутри себя ядро – такие клетки называются эукариоты. У бактерий и архей (древних одноклеточных организмов) такого ядра нет. Так же ядра в клетке нет у вирусов и вироидов ( инфекционных агентов, вызывающих болезни растений), но считать ли их живыми до сих пор вопрос дискуссионный.

Ядра клеток содержат в себе структуры, хранящие наследственную информацию – хромосомы. А вот сама хромосома и содержит внутри себя спиральную молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты, которая осуществляет функцию хранения наследственной информации.

Процесс упаковки ДНК спиралей

Спираль генов, как не казалась бы она мала, всё же очень большая для микромира. Вероятно отсюда и её спиральная форма, которая позволяет ей быть более компактной. Помимо обычной спиральности ДНК может закручиваться и в форму суперспирали.

Суперспирализация – это явление, когда двойная спираль накручивается на гистоновый белок, и получается, что-то вроде биокатушки.

Если закручивание в двойную спираль укорачивает цепочку генов в 5 или 6 раз, то суперспирализация доводит это сокращение до 30 раз.

 Как гены связаны с ДНК

Гены это самая изученная и расшифрованная на сегодня часть ДНК. Так, каково строение генов ДНК? Фактически цепочки нуклеотидов из генов и состоят. Именно гены определяют цвет глаз, волос, форму черепа, рост, группу крови и прочие физиологические качества.

Остаётся ещё много областей генома, функциональность которых не известна. Всё, что пока о них могут сказать генетики, это то, что данные области генома не участвую (по крайней мере, напрямую) в формировании организма и его функционировании.

Хромосома: определение и описание

Считается, что хромосомы это нуклеотидные биомеханизмы, которые находятся в ядре клетки. Эти биомеханизмы являются носителями и передатчиками наследственной информации, и в свою очередь содержат в себе двойную спираль дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Чем отличаются хромосомы друг от друга

На примере Х хромосомы, цепи нуклеотидов могут пересекаться внутри хромосомы различно:

  1.  В перекрестии хромосомы, пересекаясь точно посередине друг друга.
  2.  Там же, но пересекаясь не точно.

Во втором случае одни концы получившегося перекрестия будут длиннее, а другие короче. Называют такие концы длинным и коротким плечом хромосомы. Отсюда и форма Y хромосомы, у которой ярко выражены длинные плечи, а короткие настолько не велики, что схематически не указываются.

Науке известных хромосомы трёх основных форм:

  •  Х хромосома, которая встречается у женщин и у мужчин.
  •  Y хромосома, встречающаяся только у мужчин.
  •  В хромосома изредка встречается у растений, и считается отмирающей, поскольку редко наследуется. Обычно её наличие в растении связывают с его слабостью и болезненностью.

Всего в клетке человеческого организма находится 46 парных хромосом: 22 пары «обычных» и одна пара половых (ХХ у женщин и XY у мужчин). Интересный факт – если добавить или отнять всего одну пару хромосом, человек может стать помидором или орангутангом.

Наследственные болезни

Генетический код это очень многофункциональная и противоречивая структура. С одной стороны он должен хранить информацию в неизменном эталонном виде, и эта функция проявляется возможностью ДНК восстанавливать искусственные повреждения в следующем поколении. С другой же стороны, геном может быть либо поврежден, либо измениться сам, что называют мутацией.

Мутации естественное свойство генов, и последствия этих мутация бывают, как отрицательные, так и положительные. Хоть мутации и называют поломками, но это определение спорно. Некоторые мутации в чём-то ослабляют организм – именно эти мутации и ищут во время тестирования на непереносимость пищевых продуктов.

[attention type=green]

Такие мутации создают повышенные риски возникновения, какого либо заболевания при соблюдении некоторых факторов. Соответственно, если исключить эти факторы из своей жизни, то с ними будут исключены и вероятности возникновения заболевания.

[/attention] Существуют и более сложные повреждения ДНК человека, которые вызывают врождённые наследственные заболевания. Например, одна лишняя хромосома в 21 паре вызывает у человека болезнь Дауна с самого рождения.

Расшифровка ДНК клетки это большое и дорогостоящее исследование всех известных человеческих генов. А после завершения исследовательского проекта «Геном человека» это порядка 25 тысяч генов. И хоть расшифровка значительно подешевела, и за прошедший десяток лет упала со ста тысяч долларов до двух тысяч на одного человека, далеко не каждому это покажется приемлемой ценой.

Для удешевления медицинских и генетических исследований всю расшифровку генома разделили тематически. Так стали появляться различные тестирования, по этому принципу они и планируются – выборка генов отвечающих за интересующие тематику исследования процессы.

Синтез РНК

Нуклеотиды (из которых формируются гены) подразделяются на 4 образующих элемента: аденин, тимин, гуанин и цитозин, которые содержат остатки фосфора, пептозы и азотистого основания. В цепочках ДНК эти нуклеотиды располагаются параллельно друг другу строгими парами: аденин только с тимином, а гуанин только с цитозином.

Необходимо подчеркнуть, что молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты  ни целиком, ни частично не может (или не должна) покинуть пределов ядра. РНК выступает в роли копии участка цепи генома, которая способна покинуть ядро, попасть в саму клетку и воздействовать на идущие в ней процессы. И происходит это удивительным образом:

  •  Спираль генов раскручивается на одном из своих участков и формирует развернутые нити обоих цепочек генов.
  •  К развернутому участку подходит специальный фермент-строитель и поверх этого участка синтезирует копию.
  •  У копии есть одно ключевое отличие от оригинальной структуры нуклеотидов: тимин во всех парах ней заменён на урацил. Это и позволяет ей покидать пространство ядра клетки.

Синтез белка при помощи генов

Основное взаимодействие, которое происходит между генами и клеткой заключается в том, что разные гены могут заставлять клетку синтезировать различные белки с самыми неожиданными свойствами.

Так группа генов участвующих в процессе старения клетки может, как заставить её стареть быстрее, так и омолаживаться.

Тоесть, генов не только много, каждый из них может спровоцировать синтез нескольких видов белка.

Факты о ДНК

  1.      Редко, но бывают случаи, когда при беременности сначала развиваются близнецы, но потом они сливаются в единого человека. У таких людей двойное ДНК.
  2.      Иногда и генная криминалистика даёт сбои. Так, после пересадки костного мозга в теле пациента присутствует некоторое количество ДНК донора, и это может привести к ошибке тестирования.
  3.      Самым похожим на человеческий геном ДНК обладают земляные черви.
  4.      Вся цифровая информация в мире могла бы поместиться в двух граммах дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Источник: https://mygenetics.ru/blog/genetika/iz-chego-sostoit-dnk/

Cell Biology.ru

Диаметр спирали днк

структура ДНК формы ДНК нуклеотидный состав ДНК плавление ДНК топология ДНК ДНК – молекула, состоящая из двух антипараллельных молекул соединенных водородными связями по принципу комплементарности с образованием спиральной структуры.

Структура ДНК

Структурной единицей цепи ДНК является дезоксирибонуклеозид, состоящий из фосфата, сахара-дезоксирибозы и четырех нуклеотидов: аденина (A), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (T). У некоторых фагов Тимин замещен Урацилом (фаг PBS1), который обычно входит в состав РНК.

Нуклеотиды двух цепей ДНК соединены водородными связями по принципу комплементарности: А-T, G-C.

пурины (2кольца) -Аденин, Гуанин пиримидины -Тимин, Цитозин | d DNA=20A; – на пурин-12A, на пиримидин-8A | В паре A-Т 2 H-связи, в паре Г-Ц – 3 |

Вращающаяся молекула ДНК [1 Mb]

Tаутомерия оснований В гетороциклах протоны связанные с азотом могут переходитьна другие атомы азота или на атомы кислорода кетогруппы и в растворах будет существовать равновесие различных таутомерных структур быстро переходящих друг в друга. В результате таутомерых превращений U и G в енольной форме при спаривании могут имитировать С и А, а С и А в иминоформе – U и G, что может привести к мутациям в ДНК (рис.).

Стекинг взаимодействие

Основания в цепи ДНК лежат друг над другом в стопке, что обеспечивает дополнительную стабилизацию цепи – стекинг взаимодействие. Величина стекинг взаимодействия между основаниями: пурин-пурин>пиримидин-пурин>пиримидин-пиримидин В олиго- и полинуклеотидах стэкинг между соседними основаниями приводит к формированию стабильной одноцепочечной спиральной структуры (polyA) а отсутствие стекинга к разупорядоченному клубку (polyU) Энергия стекинг взаимодействий ~ -3 – -15 ккал/моль Сахарофосфатный остов снаружи основания внутри дезоксиробозофосфаты соединены фосфодиэфирными связями. ОН-группы фосфата соединеныс ОН-группой 3'- и 5'-углеродами дезоксирибозы. Ошибочное спаривание может происходить, когда тимин находится в енольной форме или цитозин находится в имино форме.
Напишите здесь подпись к рисунку

Модификации нуклеотидов рис.1 Модифицированные нуклеотиды [Сингер].

Нуклеотиды в ДНК могут подвергаться модификациям: 5-метилцитозин, 5-гидроксиметилцитозин, 5-гидроксиметилурацил, N-метиладенин. В ДНК некоторых бактериофагов к гидроксиметильной группе гидроксиметилцитозина присоединены с помощью гликозидной связи моно- или дисахариды. ДНК большинства низших эукариот и беспозвоночных содержат относительно мало 5-метилцитозина и N6-метиладенина.

У позвоночных метилирование оснований играетважную роль в регуляции экспрессии генов, причем наиболее распространен 5-метилцитозин. Показано, что более 95% метильных групп в ДНК позвоночных содержится в остатках цитозина редко встречающихся CG-динуклеотидов и более 50% таких динуклеотидов метилировано.

У растений 5-ме-тилцитозин можно обнаружить в динуклеотидах CG и тринуклеотидах CNG (N – C, А или Т).

Формы ДНК

ПараметрыB-формаА-формаС-формаZ-форма
спиральправозакрученаправозакрученаправозакрученалевозакручена
ед.

повтора

1 пн1пн1пн2пн
пн в обороте10,410,79.

3

12
диаметр 23,7А 25,5А 18,4А
вращение/пн35,933,638,760/2
наклон пн к оси-1,2+19-9
раст. м-у пн вдоль оси0.332 nm0.23 nm0.

38 nm

длина оборота34А28А31А34,4А

При исследовании ДНК различными методами обнаружено наличие различных форм ДНК образуемые при различных условиях (концентрации солей, влажность), некоторые из которых способны существовать в живых организмах.

Существуют A, B, C, D, T-семейства форм ДНК, которые могут быть подразделены на различные подтипы (C', C'').
В-ДНК
– основное состояние ДНК показанное на кристаллах и в водных растворах.

С-ДНК – форма существующая при пониженной концентрации Na и влажности 44-66%, если GC=31-72%.
А-ДНК – такая форма образуется у гибридов ДНК-РНК, следовательно при транскрипции ДНК переходит в А-форму, в месте контакта RNA-pol. Для этой формы характерно наличие внутренней пустоты диаметром 5A.

Z-ДНК – левозакрученная формаПереходу B–>Z способстует наличие GC-5' последовательности являющейся местом метилирования у организмов. Такие последовательности в плазмидах при сверхспирализации переходят из B в Z форму. При B–>Z переходе участок в 11 пн имеет переходную форму между левой и правой спиралью.

Z-ДНК обнаружена в междисках политенных хромосом D. melanogaster.Полинуклеотид GC-5' находясь в В-форме при низкой концентрации соли образует нуклеосомы. При высоких концентрациях соли полинуклеотид GC-5' переходит в Z-форму которая не образует нуклеосом.

А-, Z- формы не могут существовать в водном растворе без дополнительных воздействий (белки, суперспирализация).

D-DNA – AT-богатые участки ДНК фага Т2, у которого цитозин заменен на 5'-гидроксиметилцитозин, единственная из известных природных ДНК находится в D-форме. Кроме того ДНК фага гликозилирована более чем на 70%. Двойная спираль D-ДНК закручена сильнее чем B-ДНК и имеет глубокий малый желоб – удобнуюю полость для размещения воды и катионов.3D-структуры ДНК

Искривление ДНК

Нуклеотидный состав ДНК

Правила Чаргафа
Нуклеотидный состав ДНК некоторых
организмов
[Сингер].

ИсточникАGCTA+T/G+CA+G/T+CG+C, мол.

%

Бактериофаг λ Бактериофаг Т2 Escherichia coli Bacillus subtilis Вирус папилломы Шоупа Saccharomyces cerevisiae Chlamydomonas Цыпленок Мышь Корова

Пшеница

26,0 32,5 23,8 29,0 26,6 31,3 19,6 27,9 28,9 27,3

27,2

23,8 18,2 26,0 20,7 24,5 18,7 30,2 21,2 21,1 22,5

22,6

24,3 16,72 26,4 21,3 24,2 17,1 30,0 21,5 20,3 22,5

22,8

25,8 32,6 23,8 29,0 24,732,9 19,7 29,4 30,0 27,7

27,4

1,08 1,86 0,91 1,38 1,05 1,79 0,65** 1,34** 1,44** 1,22**

1,20**

0,99 1,03* 0,99 0,99 1,04 1,00 0,99** 0,96** 1,00** 0,99**

0,99**

48 35* 52 42 49 36 60** 43** 41** 44**

45**

* 5-гидроксиметилцитозин ** включая 5-метилцитозин У эукариот частота встречаемости 5'-CG-3'выше, чем 5'-GC-3', т.к. динуклеотид 5'-GC-3' подвергается метилированию, участвующему в регуляции экспрессии генов.

У прокариот соотношение 5'-CG-3'/5'-GC-3' близко к случайному (см.таблица).

Источник 5'-CG-3'/5'-GC-3'5'-AG-3'/5'-GA-3'
Вирусы бактерий λ Т2

Бактерии

Escherichia coli Micrococcus lysodeikticus Bacillus subtilis

Вирусы животных

SV40 Полиомавирусы Вирус папилломы Шоупа

Одноклеточные эукариоты

Saccharomyces cerevisiae Chlamydomonas

Многоклеточные эукариоты

Цыпленок Человек Мышь Корова

Пшеница

1,02 0,82 0,95 1,15 0,82 0,14 0,35 0,44 0,87 0,68 0,21 0,23 0,23 0,36

0,78

0,90 0,96 1,0 0,75 0,87 1,35 1,28 1,16 0,96 1,36 1,28 1,15 1,15 1,10

0,97

Размер молекул ДНК

Размер ДНК выражается в парах нуклеотидов (пн), или в тысяче пар нуклеотидов (тпн)

ИсточникМ, ДаДлинапнТип структуры
Бактериофаг φХ174 SV40 Бактериофаг Т2 Хромосома Hemophilus influenzas Хромосома Escherichia coli

Saccharomyces cerevisiae

Хромосома 1 Хромосома 12

Drosophila melanogaster

Хромосома 2 Хромосома 3

Хромосома 4

1,6•106
3,5•106
1,2•108
7,9•108
2,6•108

1,4•108

1,5•109

4•1010

4,2•1010
4•109

1,6 мкм 1,1 мкм 50 мкм 300 мкм 1 мм 50 мкм 500 мкм 15 мм 16 мм

1,5 мм

5•103
5,2•103
2•105
1,2•106
4•106

2,1•105

2,2•106

6,0•107

6,3•107
6•106

Кольцевая одноцепочечная Кольцевая двухцепочечная Линейная двухцепочечная Неизвестен Кольцевая двухцепочечная Линейная двухцепочечная Линейная двухцепочечная Линейная двухцепочечная Линейная двухцепочечная

Линейная двухцепочечная

Плавление ДНК

Денатурация или плавление – расхождение цепей ДНК при нагревании ДНК ~1000C или при повышении pH. Расхождение цепей происходит из-за разрушения слабых водородныхсвязей и плоскостных взаимодействий между основаниями.

На денатурацию также влияют: ионы одно- и двухвалентных металлов, белки, нейтрализующие отрицательные заряды фосфатных групп.

Температура плавления ГЦ выше чем АТ.

Для разрушения двух Н-связей АТ-пар требуется меньше энергии, чем для разрыва трех H-связей GС-пар, значения температуры и рН, при которых происходит денатурация, зависят от нуклеотидного состава ДНК.

кривая плавления ДНК Денатурация – процесс обратимый, последующее восстановление двухцепочечной структуры ДНК может происходить даже при полном расхождении цепей. Процесс воссоединения, называемый ренатурацией, реассоциацией или отжигом, происходит при понижении температуры или рН При резком понижении температуры или рН правильное воссоединение комплементарных цепей затрудняется из-за спари- вания оснований локально комплементарных участков в пределах одной или разных цепей. Ренатурация ДНК происходит при температупе на ~200C ниже температуры плавления. При ренатурации сначало соединяются участки цепей с повторенной ДНК и затем с уникальными участками

кривая ренатурации ДНК

кривая зависимости т плав от конц. соли

Свойства ДНК

Ультразвук режет ДНК на равные фрагменты ~500 пн в длину. ДНК нерастворима в неполярных растворителях. Щелочь гидролизует ДНК.

Благодаря заряду фосфатных групп, ДНК имеет отрицательный заряд.

Топология молекул ДНК

Литература: 

  1. Сингер: Гены и геномы т.1
  2. Зенгер.В: Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., Мир, 1987

Источник: https://cellbiol.ru/book/biohimiya/nukleinovye_kisloty/dnk

Будь здоров
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: