Нуклеиновые кислоты — виды, строение и функции

Синтез пребиотической РНК

Нуклеотиды — это фундаментальные молекулы, которые последовательно соединяются с образованием РНК. Они состоят из азотистого основания, прикрепленного к сахарно-фосфатной цепи. РНК состоит из длинных участков определенных нуклеотидов, расположенных так, что их последовательность оснований несет информацию. Гипотеза мира РНК утверждает, что в изначальном супе (или бутерброде ) существовали свободно плавающие нуклеотиды. Эти нуклеотиды регулярно образовывали связи друг с другом, которые часто разрывались из-за очень низкого изменения энергии. Однако определенные последовательности пар оснований обладают каталитическими свойствами, которые снижают энергию создаваемой цепи, позволяя им оставаться вместе в течение более длительных периодов времени. По мере того, как каждая цепь становилась длиннее, она быстрее привлекала больше подходящих нуклеотидов, в результате чего цепи теперь формировались быстрее, чем они разрушались.

Эти цепи были предложены некоторыми как первые примитивные формы жизни. В мире РНК разные наборы цепей РНК имели бы разные результаты репликации, что увеличивало или уменьшало их частоту в популяции, то есть естественный отбор. По мере того, как наиболее приспособленные наборы молекул РНК увеличивали свое число, в популяции могли накапливаться новые каталитические свойства, добавленные мутацией, которые способствовали их устойчивости и распространению. Такой автокаталитический набор рибозимов, способных к саморепликации примерно за час, был идентифицирован. Он был получен в результате молекулярной конкуренции (эволюция in vitro ) смесей ферментов-кандидатов.

Конкуренция между РНК могла способствовать возникновению кооперации между различными цепями РНК, открывая путь для образования первая протоклетка. В конце концов, цепи РНК развиваются с каталитическими свойствами, которые помогают аминокислотам связываться вместе (процесс, называемый пептидным связыванием ). Эти аминокислоты могут затем способствовать синтезу РНК, давая тем цепям РНК, которые могут служить рибозимами, избирательное преимущество. Способность катализировать одну стадию синтеза белка, РНК, была продемонстрирована на коротком (пятинуклеотидном) сегменте РНК.

В марте 2015 года ученые НАСА сообщили, что: впервые сложные органические соединения ДНК и РНК life, включая урацил, цитозин и тимин, были сформированы в лаборатории в условиях, обнаруженных только в космическом пространстве, с использованием стартовых химические вещества, такие как пиримидин, обнаруженные в метеоритах. По мнению ученых, пиримидин, как и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), мог образоваться в гигантских красных звездах или в межзвездной пыли и газовых облаках.

В 2018 году исследователи из Технологического института Джорджии идентифицировали трех молекулярных кандидатов на роль оснований, которые могли сформировать самую раннюю версию прото-РНК: барбитуровая кислота, меламин и 2,4,6-триаминопиримидин (ТАР). Эти три молекулы являются более простыми версиями четырех оснований в текущей РНК, которые могли присутствовать в больших количествах и все еще могли быть совместимы с ними, но могли быть отброшены эволюцией в обмен на более оптимальные пар оснований. В частности, TAP может образовывать нуклеотиды с большим набором сахаров. И ТАР, и основание меламина соединяются с барбитуровой кислотой. Все три спонтанно образуют нуклеотиды с рибозой.

Характеристики

Одноцепочечные РНК-вирусы и смысловая РНК

РНК-вирусы могут быть дополнительно классифицированы в соответствии с полярностью их РНК на и , или РНК . Вирусы, содержащие одноцепочечную (+)РНК похожую на мРНК и таким образом может непосредственно транслирована зараженной клеткой. Поэтому (+)РНК также называется смысловой. Антисмысловая (-)РНК вируса комплиментарна мРНК и таким образом может быть превращена в (+)РНК действием  РНК-зависимой РНК-полимеразой перед трансляцией. Очищенная РНК (+)РНК-содержащих вирусов сама по себе может напрямую вызывать инфекцию, хотя ее инфекционность ниже, чем у полноценных вирусных частиц. Очищенная РНК (-)РНК-содержащих вирусов неинфекционна сама по себе, так как она должна транскрибироваться в (+)РНК; каждый вирион после транскрипции может быть источником нескольких смысловых цепей (+)РНК. Двухцепочечные(±)РНК вирусы напоминают (-)РНК-содержащие вирусы тем, что они также транслируют гены с отрицательной (некодирующей) цепи РНК.

Двуцепочечные РНК вирусы

Структура вириона реовируса

Двуцепочечные РНК вирусы представляет разнообразную группу вирусов отличающихся по заражаемому кругу хозяев (людей, животных, растений, грибов, и бактерий), числу фрагментов генома (от 1 до 12 сегментов), и организацией вириона (формой капсида, количеством слоев капсида, выросты, шипы, и т.п.). Члены этой группы включают ротавирусы, всемирно известные как наиболее распространенная причина детских гастроэнтеритов, и пикорнавирусы, известный во всем мире как наиболее часто встречающийся вирус в фекалиях людей и животных с признаками диареи или без них. является экономически важным возбудителем болезни коз и овец. В прошлые годы, достигнут большой прогресс в определении атомной и субнанометровой структуры ряда ключевых вирусных белков и капсидов вирионов нескольких дцРНК-вирусов, подчеркивая существенные параллели в структуре и механизмах процессов репликации многих из этих вирусов.

Частота мутаций

РНК вирусы имеют очень высокую частоту мутаций по-сравнению с ДНК-вирусами, потому что вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза не имеет способности (3′-5′-экзонуклеазной гидролитической активности) к коррекции ошибок, как  ДНК-полимеразы. Это одна из причин того, почему так трудно сделать эффективную вакцину для предотвращения болезней, вызываемых РНК-вирусами.
Ретровирусы также имеют высокую частоту мутаций, даже несмотря на то, что их промежуточная форма генома в виде ДНК интегрируется в геном хозяина (и, следовательно, после интеграции в геном, во время репликации, подвергается корректирующей проверке ДНК-полимеразой хозяина). Высокая частота мутаций обусловлена высокой частотой ошибок во время обратной транскрипции, до стадии интеграции в геном хозяина. Ошибки при этом встраиваются в обе цепи ДНК.
Некоторые гены РНК-вирусов важны для их репликации и мутации в них не допустимы. Например, участок генома вируса гепатита С кодирующий коровый белок, высоко консервативен, потому что он содержит структурную РНК, вовлеченную в образование участка внутренней посадки рибосомы.

Что такое ДНК в человеке?

По научному

ДНК — это генетический материал человека и всех других организмов. Это длинная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы (остатка фосфорной кислоты). Очерёдность нуклеотидов определяет характеристики организма. Она содержится почти во всех клетках организма, за исключением зрелых эритроцитов. Она организована в структуры, называемые хромосомами. У человека 23 пары хромосом, а всего их 46. Хромосомы содержат ДНК, многократно свернутую вокруг белков, называемых гистонами, которые поддерживают ее структуру.

Вся цифровая информация в мире могла бы уместиться в двух граммах ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты. Это происходит потому, что ДНК обладает способностью хранить большое количество информации в небольшом пространстве.

По-простому

ДНК — это то, что находится внутри нашего тела и говорит нам, как быть теми, кто мы есть. Она состоит из нуклеотидов, которые называются нуклеотидами и состоят из длинных цепочек. Порядок нуклеотидов определяет, как мы выглядим и как мы работаем, и все они организованы в структуры, называемые хромосомами. У нас есть 23 пары хромосом, всего их 46. Хромосомы содержат ДНК, многократно свернутую вокруг белков, называемых гистонами, которые помогают удерживать ее вместе.

ДНК есть в каждой клетке нашего тела, за исключением зрелых эритроцитов. Именно она определяет цвет наших волос, глаз и рост. Если вы когда-нибудь задумывались, почему люди внешне отличаются друг от друга, то это связано с их ДНК. У каждого из нас есть уникальная ДНК, которая делает нас такими, какие мы есть.

Двойная спираль

Двойная спираль удерживается вместе за счет водородных связей между азотистыми основаниями. Каждое основание соединяется с другим: аденин соединяется с гуанином, а цитозин с тимином. Сейчас известно, что урацил может превращаться в тимин при определенных условиях.

Структура двойной цепи очень важна для функционирования ДНК. Двойная спираль позволяет молекуле ДНК хранить большое количество инфо в небольшом пространстве. Она также позволяет ей очень точно воспроизводить себя.

Структура двойной спирали ДНК была впервые описана Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году. Они использовали рентгеновскую кристаллографию для изучения структуры ДНК. Их работа показала, что двойная спираль является очень стабильной структурой.

Образование связей между основаниями

Фосфодиэфирные связи между нуклеотидами в цепи ДНК образуются в результате взаимодействия между 3′-гидроксильной группой одного нуклеотида и 5′-фосфатной группой другого. В результате образуется асимметричный конец цепи ДНК, причем 3′ конец свободен и может присоединять новые нуклеотиды. Этот процесс называется синтезом ДНК, и он необходим для разработки тест-систем и проведения различных исследований.

Полярность цепи ДНК играет важную роль в репликации ДНК. Направленность 5′ — 3′ цепи ДНК гарантирует, что вновь синтезированные цепи всегда комплементарны нити-шаблону, из которой они получены. Эта комплементарность необходима для функционирования ДНК как генетического материала.

Когда две нити ДНК удерживаются вместе водородными связями, говорят, что они находятся в конфигурации «двойной спирали». Комплементарность между парами оснований гарантирует, что каждая нить может служить шаблоном для синтеза своего комплементарного партнера. Это означает, что при разделении двухсотерциновых спиралей ДНК на две части всегда одна из частей служит шаблоном для синтеза второй. Это обеспечивает стабильность генетической информации.

Интересно:

Участки, принадлежащие генетическим паразитам, называют тип последовательности ДНК, который не является необходимой для выживания организма, но передается дальше к поколениям.

Состав ДНК

Если говорить о составе ДНК более подробно, то нуклеотиды – это базовый структурный элемент, кирпичики, из которых состоят обе цепи спирали. Нуклеотиды подразделяются на 4 разновидности: аденин, тимин, гуанин и цитозин. И всего четыре этих нуклеотида осуществляют запись всей наследственной информации и составляют все известные гены.

Закручиваются в спираль обе цепочки генов тоже не просто так. Из всех четырех различных нуклеотидов находиться напротив друг друга в разных цепочках они могут только двумя парами: аденин-тимин и гуанин-цитозин. В науке эти пары называются комплементарными.

Между парными нуклеотидами возникает крепкая водородная связь. При этом связь аденином и тимином немного слабее, чем между гуанином и цитозином. Но закручиваются цепочки в спираль по иным причинам:

• Исследования показали, что скручивание помогает сократить длину цепочки генов в 5-6 раз. А во время суперспирализации (такое тоже бывает) длина цепочки может сократиться в целых 30 раз!

• Помимо того, что пара цепочек генов закручена в спираль, существует и суперспирализация. За это явление отвечают гистоновые белки, которые имеют форму катушек для ниток. Уже закрученная двойная спираль наматывается на эти белки, как нитка. Что не оставляет сомнений в том, что спиральность как таковая специально служит тому, чтобы более компактно упаковать наследственную информацию в клетку.

Информационная РНК (иРНК)

Почти все РНК синтезируются на ДНК в процессе транскрипции. Однако часто транскрипция упоминается как синтез именно информационной РНК (иРНК). Связано это с тем, что последовательность нуклеотидов иРНК в последствии определит последовательность аминокислот синтезируемого в процессе трансляции белка.

Перед транскрипцией нити ДНК расплетаются, и на одной из них с помощью комплекса белков-ферментов синтезируется РНК по принципу комплементарности, так же как это происходит при репликации ДНК. Только напротив аденина ДНК к молекуле РНК присоединяется нуклеотид, содержащий урацил, а не тимин.

На самом деле на ДНК синтезируется не готовая информационная РНК, а ее предшественник — пре-иРНК. Предшественник содержит участки последовательности нуклеотидов, которые не кодируют белок и которые после синтеза пре-иРНК вырезаются при участии малых ядерных и ядрышковых РНК («дополнительные» типы РНК). Эти удаляющиеся участки называются интронами. Остающиеся части иРНК называются экзонами. После удаления интронов экзоны сшиваются между собой. Процесс удаления интронов и сшивания экзонов называется сплайсингом. Усложняющей жизнь особенностью является то, что можно вырезать интроны по-разному, в результате получатся разные готовые иРНК, которые будут служить матрицами для разных белков. Таким образом, вроде бы один ген ДНК может играть роль нескольких генов.

Следует отметить, что у прокариотических организмов сплайсинга не происходит. Обычно их иРНК сразу после синтеза на ДНК готова к трансляции. Бывает, что пока конец молекулы иРНК еще транскрибируется, на ее начале уже сидят рибосомы, синтезирующие белок.

После того как пре-иРНК созревает в информационную РНК и оказывается вне ядра, она становится матрицей для синтеза полипептида. При этом на нее «насаживаются» рибосомы (не сразу, какая-то оказывается первой, другая — второй и т. д.). Каждая синтезирует свою копию белка, т. е. на одной молекуле РНК могут синтезироваться сразу несколько одинаковых белковых молекул (понятно, что каждая будет находиться на своей стадии синтеза).

Рибосома, передвигаясь от начала иРНК к ее концу, считывает по три нуклеотида (хотя вмещает шесть, т. е. два кодона) и присоединяет соответствующую транспортную РНК (имеющую соответствующий кодону антикодон), к которой присоединена соответствующая аминокислота. После этого с помощью активного центра рибосомы ранее синтезированная часть полипептида, соединенная с предшествующей тРНК, как-бы «пересаживается» (образуется пептидная связь) на аминокислоту, прикрепленную к только что пришедшей тРНК. Таким образом, молекула белка постепенно увеличивается.

Когда молекула информационной РНК становится не нужна, клетка ее разрушает.

Клетки

Клетки — это основная единица жизни. Они маленькие, но невероятно важные. Из них состоит все в нашем теле, от кожи до органов. Клетки бывают разных форм и размеров, но всех их объединяет одно: они являются строительными блоками жизни. Без них мы не были бы живыми.

Клетки настолько важны, что у нас есть специализированные органы, например, печень, которые занимаются их производством. Наше тело постоянно производит новые клетки, чтобы заменить старые. Так мы растем и заживаем после травм.

Клетки удивительны. Они могут менять форму, делиться и перемещаться. Наши клетки постоянно общаются друг с другом, чтобы поддерживать нормальное функционирование организма.

Существует два типа: эукариотические и прокариотические. Эукариотические клетки — это тип, из которых состоит человек и другие сложные организмы. Прокариотические клетки — это тип, из которых состоят бактерии и другие одноклеточные организмы.

Эукариотические клетки намного больше и сложнее прокариотических. У них есть ядро, окруженное мембраной, в котором содержится дезоксирибонуклеиновая кислота клетки. Эукариотические клетки также имеют другие органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты.

Прокариотические клетки не имеют мембранного ядра. Их дезоксирибонуклеиновая кислота находится в области, называемой нуклеоидом. Прокариотические клетки также имеют другие органеллы, такие как рибосомы.

Заключение

Ученые говорят, что мы только поцарапали поверхность, когда речь идет о понимании нашего мира. Они надеются, что будущие поколения смогут разгадать тайны, которые все еще остаются. Только время покажет, какие еще секреты хранит этот мир.

Bizmedia.kz — в Телеграм, Инстаграм, Фейсбук и Твитере. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.

Структура

Азотистые основания в составе РНК могут образовывать водородные связи между цитозином и гуанином, аденином и урацилом, а также между гуанином и урацилом. Однако возможны и другие взаимодействия, например, несколько аденинов могут образовывать петлю, или петля, состоящая из четырёх нуклеотидов, в которой есть пара оснований аденин — гуанин.

Разные формы нуклеиновых кислот. На рисунке (слева направо) представлены A (типична для РНК), B (ДНК) и Z (редкая форма ДНК)

Важная структурная особенность РНК, отличающая её от ДНК — наличие гидроксильной группы в 2′ положении рибозы, которая позволяет молекуле РНК существовать в А, а не В-конформации, наиболее часто наблюдаемой у ДНК. У А-формы глубокая и узкая большая бороздка и неглубокая и широкая малая бороздка. Второе последствие наличия 2′ гидроксильной группы состоит в том, что конформационно пластичные, то есть не принимающие участие в образовании двойной спирали, участки молекулы РНК могут химически атаковать другие фосфатные связи и их расщеплять.

Вторичная структура РНК-компонента теломеразы простейших

«Рабочая» форма одноцепочечной молекулы РНК, как и у белков, часто обладает третичной структурой. Третичная структура образуется на основе элементов вторичной структуры, образуемой с помощью водородных связей внутри одной молекулы. Различают несколько типов элементов вторичной структуры — стебель-петли, петли и псевдоузлы. В силу большого числа возможных вариантов спаривания оснований предсказание вторичной структуры РНК — гораздо более сложная задача, чем предсказание вторичной структуры белков, но в настоящее время есть эффективные программы, например, mfold.

Примером зависимости функции молекул РНК от их вторичной структуры являются участки внутренней посадки рибосомы (IRES). IRES — структура на 5′ конце информационной РНК, которая обеспечивает присоединение рибосомы в обход обычного механизма инициации синтеза белка, требующего наличия особого модифицированного основания (кэпа) на 5′ конце и белковых факторов инициации. Первоначально IRES были обнаружены в вирусных РНК, но сейчас накапливается всё больше данных о том, что клеточные мРНК также используют IRES-зависимый механизм инициации в условиях стресса.

Многие типы РНК, например, рРНК и мяРНК в клетке функционируют в виде комплексов с белками, которые ассоциируют с молекулами РНК после их синтеза или (у эукариот) экспорта из ядра в цитоплазму. Такие РНК-белковые комплексы называются рибонуклеопротеиновыми комплексами или .

Рибосомная РНК

Основу рибосомы – комплекса, обеспечивающего белковый синтез, составляют две длинные рРНК, которые образуют субчастицы рибосомы. Синтезируются они совместно в виде одной пре-рРНК, которая затем в ходе процессинга разделяется. В большую субчастицу входит также низкомолекулярная рРНК, синтезируемая с отдельного гена. Рибосомные РНК обладают плотно упакованной третичной структурой, которая служит каркасом для белков, присутствующих в рибосоме и выполняющих вспомогательные функции.

В нерабочей фазе субъединицы рибосомы разделены; при инициации трансляционного процесса рРНК малой субчастицы соединяется с матричной РНК, после чего происходит полное объединение элементов рибосомы. При взаимодействии РНК малой субчастицы с мРНК последняя как бы протягивается через рибосому (что равнозначно движению рибосомы по мРНК). Рибосомная РНК большой субчастицы является рибозимом, то есть обладает ферментными свойствами. Она катализирует образование пептидных связей между аминокислотами в ходе синтеза белка.

Следует отметить, что наибольшая часть всей РНК в клетке приходится на долю рибосомной – 70-80 %. ДНК обладает большим количеством генов, кодирующих рРНК, что обеспечивает весьма интенсивную ее транскрипцию.

Синтез РНК

Все виды РНК синтезируются при помощи фермента РНК-полимеразы. Она может быть ДНК- и РНК-зависимой, то есть катализировать синтез как на ДНК, так и на РНК-матрице.

Синтез основан на комплементарности оснований и антипараллельности направления чтения генетического кода и протекает в несколько этапов.

Сначала происходит узнавание и связывание РНК-полимеразы с особой последовательностью нуклеотидов на ДНК – промотором, после чего двойная спираль ДНК раскручивается на небольшом участке и начинается сборка молекулы РНК над одной из цепочек, называемой матричной (другая цепочка ДНК называется кодирующей – именно ее копией является синтезируемая РНК). Асимметричность промотора определяет, какая из цепочек ДНК будет служить матрицей, и тем самым позволяет РНК-полимеразе инициировать синтез в правильном направлении.

Следующий этап называется элонгацией. Транскрипционный комплекс, включающий РНК-полимеразу и расплетенный участок с гибридом ДНК-РНК, начинает движение. По мере этого перемещения наращиваемая цепочка РНК постепенно отделяется, а двойная спираль ДНК расплетается перед комплексом и восстанавливается за ним.

Завершающий этап синтеза наступает, когда РНК-полимераза достигает особого участка матрицы, называемого терминатором. Терминация (окончание) процесса может достигаться различными способами.

Что такое ДНК

По научному

ДНК — это молекула, в которой закодирована генетическая информация. Структура ее была впервые открыта Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году. Она представляет собой двойную спираль, то есть состоит из двух длинных цепей, намотанных друг на друга. Эти спирали состоят из более мелких единиц, называемых нуклеотидами. В ДНК есть четыре различных типа нуклеотидов: аденин (A), тимин (T), цитозин (C) и гуанин (G). Порядок расположения нуклеотидов определяет информацию, доступную для создания и поддержания организма. Кроме того, ДНК отвечает за передачу генетической информации к одному поколению от другого.

— Реклама —

Про одноцепочечную ДНК — это молекула, состоящая из двух спиралей, закрученных друг вокруг друга. Спиали удерживаются вместе водородными связями. Внешняя часть каждой спирали называется фосфатной группой.

О мусорной ДНК — это та, которая не используется для синтеза белка. Джанк-ДНК — это термин, используемый для описания частей последовательности, которые не кодируют белки. Считается, что эти последовательности являются регуляторными или не кодирующими и могут выполнять важные функции по контролю экспрессии генов или хромосомной организации.

По-простому

Молекула ДНК хранится генетическая информация. Ее структура была открыта Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году. Это двойная спираль, то есть две длинные спирали, обернутые друг вокруг друга. Эти спирали состоят из более мелких единиц, называемых нуклеотидами.

ДНК кодирует генетическую информацию. Порядок расположения нуклеотидов в ДНК определяет, какие белки будут произведены. Последовательности нуклеотидов переводится в очерёдность аминокислот, которые затем образуют белок.

Молекула ДНК содержит генетическую информацию организма. Порядок расположения нуклеотидов в ней определяет информацию, доступную для создания и поддержания организма. Кроме того, она отвечает за передачу генетической информации к одному поколению от другого.

История открытия ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты

Открытие ДНК было сделано дважды: Иоганном Фридрихом Мишером в 1869 году и Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году. Это большая молекула, состоящая из азота и фосфора, которая содержится в клетках. Первоначально она называлась нуклеином, однако были обнаружены ее кислотные свойства, и она была переименована в нуклеиновую кислоту. Изначально, как считали ученые, основная функция нуклеиновой кислоты была для хранения фосфора, но с тех пор ученые обнаружили, что они играют и множество других важных ролей в организме.

В первый раз ДНК открыл Иоганн Фридрих Мишер в 1869 году. Это был швейцарский ученый, который изучал клетки гноя из хирургических повязок. Он обнаружил, что содержится в ядре клетки.

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик

Второе открытие структуры ДНК в 1953 году сделали Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик. Это стало вехой в нашем понимании живых существ. Их работа показала, что представляет собой двухцепочечная молекула ДНК, состоящую из двух длинных цепей нуклеотидов. Эти цепи наматываются друг на друга, так и образуется двойная спираль. Нуклеотиды в ней расположены в определенном порядке, и этот порядок определяет последовательности аминокислот в белках. Белки отвечают за структуру и функционирование нашего организма.

Догма о ДНК гласит, что она является местом хранения генетической информации и может служить матрицей для синтеза РНК, рибонуклеиновой кислоты.

Функции нуклеотидов

Местонахождение в клетках аминокислот, белка и нуклеотидов поддерживает их жизнедеятельность, а также сохранение, передачу и верную реализацию генетической наследственности. Стоит в отдельности рассмотреть функции ДНК, РНК и их разновидностей в жизни живых организмов.

Значение ДНК

В клетках ДНК вся информация в основном сосредоточена в ядре клетки. Бактериальная среда, как правило, в формуле занимает одну кольцевую молекулу, находится в неправильной формы образовании в цитоплазме, именуемым нуклеотидом. Гены, входящие в состав наследственной информации генома, являются единицей передачи генетической наследственности. Признак частицы — открытая рама считывания.

1. Самая важная биологическая функция вида — генетическая, клетка является носителем генетической информации (благодаря этой особенности, каждый вид на планете обладает своими индивидуальными особенностями).
2. Наследственную информацию ДНК способно передавать в ряду целых поколений не без дополнительного участия и РНК.
3. Осуществляет процессы регуляции биосинтеза белка.

Свойства РНК

В природе различают три разновидности РНК, каждая из которых предназначена для выполнения особой роли в осуществлении синтеза белка.

1. Транспортная предназначена для транспортировки активированных аминокислот по организму к рибосомам. Это необходимо для осуществления синтеза полипептидных молекул. Исследования показали, что одна транспортная молекула способна связаться лишь с одной из 20 аминокислот. Они служат в качестве транспортировщиков специфических аминокислот и углеводов. Длина транспортной цепи значительно короче матричной, в состав входит приблизительно 80 нуклеотидов, визуально имеет вид клеверного листа.
2. Матричная занимается копированием наследственного кода из ядра в цитоплазму. За счет этого процесса осуществляется синтез разнообразных белков. Схема строения представляет собой одноцепочную молекулу, она является неотъемлемой составляющей цитоплазмы. В составе молекулы содержится до нескольких тысяч нуклеотидов, они занимаются транспортировкой наследственной информации через мембрану ядра к очагу синтеза на рибосоме. Копирование информации осуществляется посредством транскрипции.
3. Рибосомная задействует около 73 белков для формирования рибосом. Они собой представляют клеточные органеллы, на которых осуществляется сбор полипептидных молекул. Основные задачи рибосомной молекулы — это формирование центра рибосомы (активного); неотъемлемый структурный элемент рибосом, обеспечивающий их правильное функционирование; первоначальное взаимодействие рибосомы с кодоном-инициатором для выявления рамки считывания; обеспечение взаимодействия рибосомных молекул с транспортными.

ДНК, расшифровка

Первым шагом в расшифровке ДНК является ее извлечение из клеток, в которых она находится. Это можно сделать с помощью процесса, известного как фенол-хлороформная экстракция. В этом процессе ДНК смешивается с фенолом и хлороформом, которые разрушают клеточные мембраны и высвобождают ДНК. Затем ДНК отделяется из фенола и хлороформа путем центрифугирования, а полученную смесь называют «раствором».

Следующим шагом является отделение нитей ДНК друг от друга. Это можно сделать с помощью процесса, известного как гель-электрофорез. В этом процессе ДНК помещается в гель и прикладывается электрическое поле. Нити ДНК отделяются друг от друга в соответствии с их размером, причем большие нити движутся медленнее, чем маленькие.

После разделения нитей ДНК их можно выделить и использовать для дальнейшего анализа.

Правда, расшифровка последовательности ее продолжается и по сей день. Ученые работают с геномом, но, скорее всего, все его секреты будут раскрыты только нашими потомками в далеком будущем. Проект «Геном человека», который был завершен в 2004 году, снял завесу тайны, покрывавшую этот вопрос в течение многих лет. Однако ученые поняли, что расшифровка породила гораздо больше вопросов, чем дала ответов.

История

Одна из проблем в изучении абиогенеза заключается в том, что система воспроизводства и метаболизма, используемая всей существующей жизнью, включает три различных типа взаимозависимых макромолекул (ДНК, РНК и белок ). Это говорит о том, что жизнь не могла возникнуть в ее нынешнем виде, что побудило исследователей выдвинуть гипотезу о механизмах, посредством которых нынешняя система могла возникнуть из более простой системы-предшественника. Концепцию РНК как первичной молекулы можно найти в статьях Фрэнсиса Крика и Лесли Оргела, а также в книге Карла Вёза 1967 года «Генетический Код. В 1962 году молекулярный биолог Александр Рич высказал примерно ту же идею в статье, которую он написал в томе, выпущенном в честь нобелевского лауреата Альберта Сент-Дьерди. Ганса Кун в 1972 г. изложил возможный процесс, посредством которого современная генетическая система могла возникнуть из предшественника на основе нуклеотидов, и это привело Гарольда Уайта в 1976 г. к наблюдениям, что многие кофакторы, необходимые для ферментативной функции, являются либо нуклеотидами, либо могут были получены из нуклеотидов. Он предположил, что эти нуклеотидные кофакторы представляют собой «окаменелости ферментов нуклеиновых кислот». Фраза «мир РНК» была впервые использована лауреатом Нобелевской премии Уолтером Гилбертом в 1986 году в комментарии о том, как недавние наблюдения каталитических свойств различных форм РНК соответствуют этой гипотезе.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – своеобразный чертеж жизни, сложный код, в котором заключены данные о наследственной информации. Эта сложная макромолекула способна хранить и передавать наследственную генетическую информацию из поколения в поколение.

ДНК определяет такие свойства любого живого организма как наследственность и изменчивость. Закодированная в ней информация задает всю программу развития любого живого организма. Генетически заложенные факторы предопределяют весь ход жизни человека.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.

ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы.

Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи).

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей.

Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух параллельных неразветвленных полинуклеотидных цепей, закрученных в противоположные стороны вокруг общей оси.

Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфата и дезоксирибозы – снаружи.

Две спирали удерживаются вместе водородными связями между парами азотистых оснований. Водородные связи образуются между определенными основаниями: тимин (Т) образует водородные связи только с аденином (А), а цитозин (Ц) – только с гуанином (Г). В первой паре азотистых оснований две водородные связи, а во второй – три.

Такие пары оснований называются комплементарными парами. А такое пространственное соответствие молекул, способствующее их сближению и образованию водородных связей, называется комплементарностью. Комплементарность обусловливает спиралевидную модель ДНК.

Две спирали в молекуле ДНК комплементарны друг другу. Последовательность нуклеотидов в одной из спиралей определяет последовательность нуклеотидов в другой.

В каждой паре оснований, связанных водородными связями, одно из оснований – пуриновое, а другое пиримидиновое. Общее число остатков пуриновых оснований в молекуле ДНК равно числу остатков пиримидиновых оснований.

Таким образом,

• ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А),
• ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г).

Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков.

Репликация ДНК

Двухспиральная структура ДНК с комплементарными полинуклеотидными цепями обеспечивает возможность самоудвоения (репликации) этой молекулы.

Перед удвоением водородные связи разрываются, и две цепи раскручиваются и расходятся. Каждая цепь затем служит матрицей для образования на ней комплементарной цепи.

После разделения цепей происходит саморепликация, т.е. образование новой двойной спирали, идентичной исходной.

После репликации образуются две дочерние молекулы ДНК, в каждой из которых одна спираль взята из родительской ДНК, а другая (комплементарная) синтезирована заново.

Таким образом, сохраняется и передается новому поколению исходная структура ДНК.

Длина полинуклеотидных цепей ДНК практически неограничена. Число пар оснований в двойной спирали может меняться от нескольких тысяч у простейших вирусов до сотен миллионов у человека.

Видеофильм «ДНК. Код Жизни»

Рубрики: Нуклеиновые кислоты