Дезоксирибонуклеиновая кислота

ДНК – главная молекула в живом организме, хранит генетическую информацию. Каждая ДНК имеет свой код (кодон). Имеет свойство репликации (самоудвоения), в следствии того, что спираль начинает раскручиваться. Параллельно этому каждая часть спирали обзаводится комплементарной нитью и синтезируется из проводящих нуклеотидов. Таким образом одна нуклеотидная цепочка взята от исходной ДНК, а вторая образована в результате биосинтеза.

Уровни организации ДНК.

  • Первичный уровень — линейная последовательность нуклеотидов соединенных фосфоэфирными связями. Эта связь образуется между третьим концом пентозы одного нуклеотида и фосфатной группой на пятом конце пентозы другого нуклеотида.
  • Вторичный уровень:

ДНК — двойная спираль. Это модель Крика и Уотсена 53 года. В основе модели лежит сахарофосфатный скелет. Между азотистыми основаниями двух цепей ДНК находятся водородные связи.

  • Третичный уровень — спираль ДНК образована хим связями с гистоновыми и негистоновыми белками. Комплекс, где 40% ДНК и 60% белка называется дезоксирибонуклеопротиидом (ДНП).

ДНК обладает свойством репликации.

  • Репликация — удвоение молекулы ДНК, в результате чего из одной молекулы нуклеотида образуется две дочерние идентичные материнской. Репликация происходит в ядре клетки перед делением.

Принципы процесса репликации

  • Комплементарность.
  • Полуконсервативность
  • Антипораллельность
  • Прерывистость.
  • Комплементарность — каждая из цепей материнской молекулы ДНК сдужит матрицей для синтеза выполняющей её комплементарные цепи.
  • Полуконсервативность — в результате репликации образуется две дочерние спирали, каждая из которых сохраняет (консервирует) в неизменённом виде одну из половин материнской ДНК. Вторые две дочерние молекулы синтезируются из нуклеотидов заново по принципу комплементарности нити материнской ДНК. Дочерние молекулы ничем не отличаются друг от друга и от материнской двойной спирали.
  • Антипораллельность — каждая цепь ДНК имеет определённую ориентацию. Один конец несёт гидроксильную группу ОН, присоединённую к третьему углероду сахара дезоксирибозы, на другом конце находится остаток фосфорной кислоты в пятом положении сахара. Две комплементарные цепи в молекуле ДНК располагаются в противоположенном направлении — антипораллельностью. (При параллельной ориентации напротив третьего конца одной цепи, находится третий конец другой. Ферменты синтезирующие новые нити ДНК, называемые ДНК полимеразами, могут передвигаться вдоль матричной цепи лишь в одном направлении — от третьего конца к пятому концу. Поэтому в процессе репликации одновременный синтез новых цепей идёт антипораллельно.

Прерывистость — для того, чтобы новые нити ДНК были построены по принципу комплементарности двойная спираль должна быть раскручена и родительские спирали вытянуты. Только в этом случае ДНК-полимераза способна двигатся по материнским нитям и использовать их в качестве матрицы для безошибочного синтеза дочерних цепей. Но раскручивание спиралей состоящих из многих миллионов пар нуклеотидов, сопряжено со столь значительным количеством вращений и такими энергетическими затратами, что невозможно в условиях клетки. Поэтому репликация начинается одновременно в нескольких местах молекулы ДНК. Участок между двумя точками, в которых начинается синтез дочерних цепей называется репликоином. Он является единицей репликации. В каждой молекуле ДНК эукриотической клетки имеется много репликоинов. В каждом репликоине можно увидеть репликационную вилку — ту часть молекулы ДНК, которая под действием специальных ферментов уже расплелась. Каждая нить в вилке служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи. В ходе репликации вилка перемещается вдоль матричной молекулы при этом расплетаются новые участки ДНК. Так как ДНК-полимеразы могут двигаться лишь в одном направлении, вдоль матричных нитей, а нити ориентированы антипораллельно. Эти ферменты имеют противоположенную направленность. Такой механизм синтеза является прерывистым.

Молекула ДНК образует хим. Связи с гистоновыми и негистоновыми белками, в результате чего формируется хромосома. Хромосомы имеют разную степень уплотнения (конденсации) ДНК. Интерфазные хромосомы находятся в деконденсированном состоянии: ДНК раскручена, хим связи ослаблены. Интерфазная хромосома включает одну молекулу ДНК. Максимально уплотненное состояние хромосома имеет на стадии метафазы митоза. Метафазная хромосома конденсирована и включает в себя две молекулы ДНК. Уплотнённые метафазные хромосомы имеют палочковидную форму и состоят из двух хромотидов объединённых первичной перетяжкой. Одна хроматида включает в себя одну молекулу ДНК. Она включает в себя три основных компонента: собственно тело хромосомы, конечный участок и центромеру. Наиболее просто устроены хроматиды у дрожжевых клеток. Палочковидное тело хромосомы на одном конце имеет теломеру, а на другом центромеру. Хромосомы у животных и растений также представляют палочковидную структуру разной длинны с довольно постоянной толщиной, но обычно имеют два хромосомных плеча, соединенных в зоне центромеры. Эта зона называется первичной перетяжкой. Соответственно, два плеча оканчиваются теламерами. Хромосомы с равными или почти равными плечами называются метацентрическими, а с плечами разной длинны субметацентрическими. Палочковидные хромосомы с очень тонким почти незаметным вторым плечом называются окродецентрическими. В области первичной перетяжки (центромеры) расположен кинетохор — пластинчатая структура имеющая форму диска. К нему подходят кучки микротрубочек митотического веретена, идущие по направлению к центриолям. Эти кучки микротрубочек принимают участие в движении хромосом при митозе. Обычно каждая хромосома имеет одну центромеру (моноцентрические хромосомы), но могут встречаться диметоцентрические и полиметацентрические т. е. Обладающие множественными кинематохорами. В зоне первичной перетяжки присутствует особая центромера, саттелитная ДНК, отличающаяся высоким уровнем повторённости нуклеотидных последовательностей. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку. Последняя обычно расположена вблизи дистального кольца хромосомы и отделяет маленький участок — спутник. Вторичные перетяжки также называются ядрышковыми организаторами, так как на этих участках в хромосоме происходит образование ядрышка. Здесь же организована ДНК ответственная за синтез рРНК. В хромосоме человека ядрошковые организаторы находятся в коротких плечах вблизи ценромер. Плечи хромосом оканчиваются конечными участками — теломерами. Хромосомы выделяют два плеча по отношению к ценромере или первичной перетяжке. Равноплечие хромосомы — метацентрические, а хромосомы со слабым нервоплечием — субметацентрические. Сильно нервноплечные хромосомы — акроцентрические. Совокупность сведений и числе, форме и строении метафазных хромосом — это кореотип. Кореотип равен диплоидному (двойному) набору хромосом.