ДНК (дезоксирибонуклеин кислотасы) тирүү заттын эң маанилүү компоненттеринин бири. Ал аркылуу тукум куума маалыматтын сакталышы жана муундан-муунга берилиши белгилүү чектерде өзгөрмөлүүлүк мүмкүнчүлүгү менен ишке ашырылат. ДНК матрицасы болмоюнча, тирүү система үчүн зарыл болгон бардык протеиндердин синтези мүмкүн эмес. Төмөндө ДНКнын түзүлүшү, пайда болушу, негизги иштеши жана белок биосинтезиндеги ролу каралат.
ДНК молекуласынын түзүлүшү
Дезоксирибонуклеин кислотасы эки жиптен турган макромолекула. Анын структурасында бир нече уюштуруу деңгээли бар.
ДНК чынжырынын негизги түзүлүшү нуклеотиддердин ырааттуулугу болуп саналат, алардын ар бири төрт азоттуу негиздердин бирин камтыган: аденин, гуанин, цитозин же тимин. Чынжырлар бир нуклеотиддин дезоксирибоза канты башкасынын фосфат калдыгына кошулганда пайда болот. Бул процесс протеин-катализатор - ДНК лигазынын катышуусу менен ишке ашырылат
- ДНКнын экинчилик структурасы кош спирал деп аталган (тагыраак айтканда, кош бурама). Негиздери жөндөмдүүбири-бири менен төмөнкүчө байланышат: аденин жана тимин кош суутек байланышын, ал эми гуанин менен цитозин үчтүк байланышты түзөт. Бул өзгөчөлүк негизин толуктоо принцибинин негизинде жатат, ага ылайык чынжырлар бири-бири менен байланышат. Бул учурда кош чынжырдын спираль (көбүнчө оң) бурулушу пайда болот.
- Үчүнчү структура - бул кошумча суутек байланыштары аркылуу пайда болгон чоң молекуланын татаал конформациясы.
- Төрттүк структура белгилүү белоктор жана РНК менен айкалышып түзүлөт жана ДНКнын клетканын ядросунда пакеттөө жолу болуп саналат.
ДНК функциялары
Келгиле, ДНКнын тирүү системалардагы ролун карап көрөлү. Бул биополимер ар кандай протеиндердин структурасын, организмге керектүү РНКны, ошондой эле ар кандай жөнгө салуучу жерлерди камтыган матрица. Жалпысынан бул компоненттердин баары организмдин генетикалык программасын түзөт.
ДНК биосинтези аркылуу генетикалык программа кийинки муундарга берилип, жашоо үчүн негиз болгон маалыматтын тукум куучулугу камсыз кылынат. ДНК мутацияга жөндөмдүү, мунун аркасында бир биологиялык түрдөгү тирүү организмдердин өзгөргүчтүгү пайда болуп, натыйжада табигый тандалуу процесси жана тирүү системалардын эволюциясы мүмкүн болот.
Жыныстык көбөйүү учурунда аталык жана энелик тукум куучулук маалыматты бириктирүү аркылуу организм-тукумдун ДНКсы түзүлөт. Бириктирилгенде, ар кандай вариациялар пайда болот, алар да өзгөрүлмөлүүлүккө өбөлгө түзөт.
Генетикалык программа кантип кайра жаралат
Комплементардык түзүлүштүн аркасында ДНК молекуласынын матрицалык өз алдынча көбөйүшү мүмкүн. Бул учурда андагы маалыматтар көчүрүлөт. Эки кыздын "кош спиралын" пайда кылуу үчүн бир молекуланын копияланышы ДНК репликациясы деп аталат. Бул көптөгөн компоненттерди камтыган татаал процесс. Бирок белгилүү бир жөнөкөйлөштүрүү менен аны диаграмма түрүндө көрсөтсө болот.
Репликация ДНКнын айрым аймактарындагы атайын ферменттердин комплекси тарабынан башталат. Ошол эле учурда кош чынжыр ачылып, репликация айрысын пайда кылат, мында ДНК биосинтези процесси - чынжырлардын ар биринде комплементарлык нуклеотиддердин тизилиши ишке ашат.
Репликация комплексинин өзгөчөлүктөрү
Репликация ошондой эле ферменттердин татаал комплексинин – реплисомалардын катышуусу менен жүрөт, аларда ДНК полимераза негизги ролду ойнойт.
ДНК биосинтезинин жүрүшүндөгү чынжырлардын бири лидер болуп, үзгүлтүксүз пайда болот. Артта калган жиптин пайда болушу кыска ырааттуулукту - Оказаки фрагменттерин кошуу менен ишке ашат. Бул фрагменттер ДНК лигазынын жардамы менен байланган. Мындай процесс жарым үзгүлтүксүз деп аталат. Кошумчалай кетсек, ал жарым консервативдүү катары мүнөздөлөт, анткени жаңы пайда болгон молекулалардын ар биринде чынжырлардын бири ата-эне, экинчиси кыз болуп саналат.
ДНКнын репликациясы клетканын бөлүнүшүндөгү негизги кадамдардын бири. Бул процесс тукум куучулук маалыматтын жаңы муунга өтүшүнө, ошондой эле организмдин өсүшүнө негизделет.
Белоктор деген эмне
Протеинбардык тирүү организмдердин клеткаларындагы эң маанилүү функциялык элемент. Алар каталитикалык, структуралык, жөнгө салуу, сигнал берүү, коргоо жана башка көптөгөн функцияларды аткарышат.
Белок молекуласы – аминокислота калдыктарынын ырааттуулугу менен пайда болгон биополимер. Ал, нуклеиндик кислотанын молекулалары сыяктуу эле, структуралык түзүлүштүн бир нече деңгээлдеринин болушу менен мүнөздөлөт - башталгычтан төртүнчүлүккө чейин.
Тирүү системалар тарабынан ар түрдүү протеиндерди түзүү үчүн колдонулган 20 түрдүү (канондук) аминокислота бар. Эреже катары, белок өз алдынча синтезделбейт. Татаал белок молекуласынын пайда болушунда башкы ролду нуклеиндик кислоталарга - ДНК жана РНК ээлейт.
Генетикалык коддун маңызы
Демек, ДНК – бул организмдин өсүп, жашоосу үчүн зарыл болгон белоктор тууралуу маалыматты сактаган маалымат матрицасы. Белоктор аминокислоталардан, ДНКдан (жана РНК) нуклеотиддерден түзүлөт. ДНК молекуласынын айрым нуклеотиддер тизмеги белгилүү бир белоктордун белгилүү аминокислота тизмегине туура келет.
Клеткада белоктун структуралык бирдиктеринин 20 түрү бар - канондук аминокислоталар - жана ДНКда нуклеотиддердин 4 түрү. Ошентип, ар бир аминокислота ДНК матрицасында үч нуклеотиддин айкалышы катары жазылган - триплет, анын негизги компоненттери азоттуу негиздер. Бул дал келүү принциби генетикалык код, ал эми негизги үчилтиктер кодондор деп аталат. Ген болуп саналатбелоктун жазуусун жана негиздердин кээ бир кызматтык комбинацияларын камтыган кодондордун ырааттуулугу - баштоо кодон, токтотуу кодон жана башкалар.
Генетикалык коддун кээ бир касиеттери
Генетикалык код дээрлик универсалдуу - өтө аз гана учурларды кошпогондо, ал бактериялардан адамдарга чейин бардык организмдерде бирдей. Бул, биринчиден, жер бетиндеги бардык тиричилик формаларынын өз ара байланышын, экинчиден, коддун өзүнүн байыркылыгын далилдейт. Мүмкүн, примитивдүү жашоонун алгачкы этаптарында коддун ар кандай версиялары тездик менен пайда болгон, бирок бирөө гана эволюциялык артыкчылыкка ээ болгон.
Мындан тышкары, бул спецификалык (бир түшүнүктүү): ар кандай аминокислоталар бир эле триплет тарабынан коддолбойт. Ошондой эле, генетикалык код дегенерация же ашыкчалык менен мүнөздөлөт - бир эле аминокислотага бир нече кодон туура келиши мүмкүн.
Генетикалык жазуу тынымсыз окулат; тыныш белгилеринин функцияларын да негиздердин трилеттери аткарат. Эреже катары, генетикалык "текстте" бири-бирин кайталаган жазуулар жок, бирок бул жерде да өзгөчөлүктөр бар.
ДНКнын функционалдык бирдиктери
Организмдин бардык генетикалык материалдарынын жыйындысы геном деп аталат. Ошентип, ДНК геномдун алып жүрүүчүсү болуп саналат. Геномдун курамына айрым белокторду коддоочу структуралык гендер гана эмес. ДНКнын олуттуу бөлүгү ар кандай функционалдык максаттарга ээ аймактарды камтыйт.
ДНКда:
- регуляторгенетикалык өчүргүчтөр жана структуралык ген экспрессиясынын жөнгө салгычтары сыяктуу белгилүү РНКларды коддоочу ырааттуулуктар;
- транскрипция процессин жөнгө салуучу элементтер - белок биосинтезинин баштапкы этабы;
- псевдогендер - мутациялардан улам белокту коддоо же транскрипциялоо жөндөмүн жоготкон "фоссил гендердин" бир түрү;
- мобилдик генетикалык элементтер - транспозондор ("секирүүчү гендер") сыяктуу геномдун ичинде жыла ала турган аймактар;
- теломерлер хромосомалардын учундагы өзгөчө аймактар, алардын аркасында хромосомалардагы ДНК ар бир репликация окуясында кыскаруудан корголот.
ДНКнын белок биосинтезине катышуусу
ДНК туруктуу түзүлүштү түзө алат, анын негизги элементи азоттуу негиздердин толуктоочу кошулмасы. ДНКнын кош тилкеси, биринчиден, молекуланын толук көбөйүшүн, экинчиден, белок синтези учурунда ДНКнын айрым бөлүмдөрүн окууну камсыз кылат. Бул процесс транскрипция деп аталат.
Транскрипция учурунда белгилүү бир генди камтыган ДНКнын бир бөлүгү ийрилет жана чынжырлардын биринде - шаблондо - коддоочу деп аталган экинчи чынжырдын көчүрмөсү катары РНК молекуласы синтезделет. Бул синтез дагы толуктоочу жуптарды түзүү үчүн негиздер касиетине негизделген. Синтезде ДНКнын коддолбогон, тейлөө аймактары жана РНК полимераза ферменти катышат. РНК белок синтези үчүн шаблон катары кызмат кылат жана ДНК андан аркы процесске катышпайт.
Тескери транскрипция
Узак убакыт бою бул матрица деп эсептелгенгенетикалык маалыматты көчүрүү бир гана багытта бара алат: ДНК → РНК → белок. Бул схема молекулярдык биологиянын борбордук догмасы деп аталды. Бирок, изилдөөлөрдүн жүрүшүндө, кээ бир учурларда РНКдан ДНКга көчүрүүгө мүмкүн экени аныкталды - бул тескери транскрипция деп аталат.
РНКдан ДНКга генетикалык материалды өткөрүү жөндөмдүүлүгү ретровирустарга мүнөздүү. Мындай РНК камтыган вирустардын типтүү өкүлү адамдын иммундук жетишсиздигинин вирусу болуп саналат. Вирустук геномдун инфекцияланган клетканын ДНКсына интеграциясы РНК шаблонунда ДНК биосинтезинин катализатору катары кызмат кылган атайын ферменттин – тескери транскриптазанын (ревертаза) катышуусу менен ишке ашат. Revertase да вирустук бөлүкчөлөрдүн бир бөлүгү болуп саналат. Жаңы пайда болгон молекула клеткалык ДНКга интеграцияланып, ал жерде жаңы вирустук бөлүкчөлөрдү өндүрүү үчүн кызмат кылат.
Адамдын ДНКсы деген эмне
Клетка ядросунда камтылган адамдын ДНКсы 23 жуп хромосомага жыйылган жана 3,1 миллиард жупташкан нуклеотиддерди камтыйт. Ядролук ДНКдан тышкары, адамдын клеткаларында башка эукариоттук организмдер сыяктуу митохондриялык ДНК бар, бул митохондриялык клетка органеллдеринин тукум куучулук фактору.
Ядролук ДНКнын коддоочу гендери (алардын 20дан 25 миңге чейини бар) адам геномунун аз гана бөлүгүн - болжол менен 1,5% түзөт. ДНКнын калган бөлүгү мурда "таштандылар" деп аталып келген, бирок көптөгөн изилдөөлөр жогоруда талкууланган геномдун коддолбогон аймактарынын маанилүү ролун ачып берет. Бул процесстерди изилдөө да абдан маанилүүадамдын ДНКсындагы тескери транскрипция.
Илим адам ДНКсынын структуралык жана функционалдык жагынан эмне экенин так түшүнүп калды, бирок окумуштуулардын бул жааттагы мындан аркы иштери жаңы ачылыштарды жана жаңы биомедициналык технологияларды алып келет.
