Pembiakan sendiri bahan keturunan. replikasi DNA

Replikasi- pertindihan molekul DNA, mengakibatkan pembentukan dua heliks berganda DNA. berdasarkan prinsip:

1) saling melengkapi– setiap satu daripada dua rantai adalah templat untuk sintesis rantai pelengkap. Hartanah ini disediakan oleh ciri-ciri organisasi kimia molekul DNA yang terdiri daripada dua helai pelengkap. Semasa proses replikasi, rantai pelengkap disintesis pada setiap rantai polinukleotida molekul DNA induk. Akibatnya, dua heliks berganda yang serupa terbentuk daripada satu heliks berganda DNA.

2) Separa konservatif– setiap satu daripada dua heliks berganda membawa satu helai

DNA ibu.

3) Anti-paralelisme– setiap helai DNA mempunyai orientasi tertentu: hujung 5" satu untaian bersambung ke hujung 3" yang lain, dan begitu juga sebaliknya.

4) Intermittency– replikasi dijalankan dalam serpihan.

Permulaan replikasi berlaku di kawasan khas DNA yang dipanggil ori(dari asal bahasa Inggeris - permulaan). Ia termasuk urutan 300 pasangan nukleotida yang diiktiraf oleh protein tertentu. Heliks berganda DNA dalam lokus ini dibahagikan kepada dua rantai, dan, sebagai peraturan, kawasan divergensi rantai polinukleotida terbentuk pada kedua-dua belah asal replikasi - garpu replikasi, yang bergerak ke arah yang bertentangan dengan lokus ori. Di antara garpu replikasi struktur dipanggil mata replikasi, di mana rantai polinukleotida baru terbentuk pada dua helai DNA ibu.

Dengan bantuan enzim helikase, yang memecahkan ikatan hidrogen, heliks berganda DNA melepaskan diri pada asal-usul replikasi. Helai DNA tunggal yang terhasil diikat oleh protein penyahstabilan khas, yang meregangkan tulang belakang rantai, menjadikan bes nitrogennya tersedia untuk mengikat nukleotida pelengkap yang terletak dalam nukleoplasma. Pada setiap rantai yang terbentuk di kawasan garpu replikasi, dengan penyertaan enzim DNA polimerase, sintesis rantai pelengkap dijalankan.

Semasa sintesis, garpu replikasi bergerak di sepanjang heliks ibu masuk arah bertentangan, menawan lebih banyak zon baharu.

Pemisahan untaian heliks DNA induk oleh enzim helikase menyebabkan kemunculan supergegelung di hadapan garpu replikasi. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa bagi setiap 10 pasang nukleotida yang membentuk satu pusingan heliks, DNA induk mesti membuat satu. giliran penuh sekeliling paksinya. Oleh itu, untuk garpu replikasi memajukan, keseluruhan molekul DNA di hadapannya perlu berputar dengan cepat, yang memerlukan kos yang tinggi tenaga. Pada hakikatnya ini tidak diperhatikan kerana kelas khas protein dipanggil topoisomerase DNA. Topoisomerase memecahkan salah satu helai DNA, yang membolehkan ia berputar mengelilingi helai kedua. Ini melepaskan ketegangan terkumpul dalam heliks berganda DNA.

Nukleotida bebas daripada nukleoplasma, di mana ia hadir dalam bentuk gryphosphate deoxyribonucleoside: dATP, dGTP, dCTP, dTTP, dilekatkan pada ikatan hidrogen yang dilepaskan dari urutan nukleotida rantai induk yang dipisahkan. Nukleosida trifosfat pelengkap membentuk ikatan hidrogen dengan asas tertentu untai DNA induk. Kemudian, dengan penyertaan enzim DNA polimerase, ia mengikat dengan ikatan fosfodiester kepada nukleotida sebelumnya bagi rantai yang baru disintesis, melepaskan pirofosfat bukan organik.

Apabila polimerase DNA menambah nukleotida seterusnya kepada kumpulan OH pada kedudukan 3" nukleotida sebelumnya, rantai secara beransur-ansur memanjang pada hujung 3"nya.

Satu ciri polimerase DNA ialah ketidakupayaannya untuk memulakan sintesis rantai polinukleotida baharu dengan hanya mengikat dua trifosfat nukleosida: hujung 3"-OH mana-mana rantai polinukleotida yang dipasangkan dengan untai DNA templat diperlukan, yang mana polimerase DNA hanya boleh menambah. nukleotida baru rantai polinukleotida itu dipanggil benih atau buku asas.

Peranan primer untuk sintesis rantai polinukleotida DNA semasa replikasi dilakukan oleh urutan pendek RNA terbentuk dengan penyertaan enzim Primas RNA. Ciri polimerase DNA ini bermakna hanya untaian DNA yang membawa primer berpasangan, yang mempunyai hujung 3'-OH bebas, boleh berfungsi sebagai templat untuk replikasi.

Keupayaan polimerase DNA untuk memasang polinukleotida dalam arah dari hujung 5" hingga 3" dengan sambungan antiselari dua helai DNA bermakna proses replikasi mesti berjalan secara berbeza pada mereka. Sesungguhnya, jika pada salah satu matriks (3" → 5") pemasangan rantai baru berlaku secara berterusan dari hujung 5" hingga 3" dan ia secara beransur-ansur memanjang pada hujung 3", maka rantai lain disintesis pada matriks (5" → 3 "), perlu berkembang dari hujung 3" hingga 5" Ini bercanggah dengan arah tindakan enzim polimerase DNA.

Kini telah ditetapkan bahawa sintesis untaian kedua DNA dijalankan dalam serpihan pendek ( serpihan Okazaki) juga dalam arah dari hujung 5" hingga 3" (mengikut jenis jahitan "belakang dengan jarum"). Dalam prokariot, serpihan Okazaki mengandungi dari 1000 hingga 2000 nukleotida; dalam eukariota ia lebih pendek (dari 100 hingga 200 nukleotida). Sintesis setiap serpihan tersebut didahului oleh pembentukan primer RNA kira-kira 10 nukleotida panjang. Serpihan yang baru terbentuk digabungkan dengan serpihan sebelumnya menggunakan enzim ligase DNA selepas penyingkiran primer RNAnya.

Disebabkan oleh ciri-ciri ini, garpu replikasi adalah tidak simetri. Daripada dua rantai anak perempuan yang disintesis, satu dibina secara berterusan, sintesisnya berjalan lebih cepat dan rantai ini dipanggil memimpin. Sintesis helai lain adalah lebih perlahan, kerana ia dipasang daripada serpihan individu yang memerlukan pembentukan dan kemudian penyingkiran primer RNA. Oleh itu, rantai sedemikian dipanggil ketinggalan (lagging). Walaupun serpihan individu terbentuk dalam arah 5" → 3", secara keseluruhan rantai ini berkembang dalam arah 3" → 5".

Disebabkan fakta bahawa dua garpu replikasi biasanya bermula dari lokus ori, pergi ke arah yang bertentangan, sintesis helai utama di dalamnya berlaku pada litar yang berbeza DNA ibu .

Hasil akhirnya Proses replikasi ialah pembentukan dua molekul DNA, urutan nukleotidanya adalah sama dengan yang terdapat dalam heliks berganda DNA induk.

Urutan peristiwa yang dipertimbangkan yang berlaku semasa sintesis replikatif mencadangkan penyertaan keseluruhan sistem enzim: helikas, topoisomerase, protein tidak stabil, polimerase DNA dan lain-lain, bertindak bersama-sama di kawasan garpu replikasi.

Replikasi DNA dalam prokariot dan eukariota pada asasnya adalah serupa, bagaimanapun, kadar sintesis dalam eukariota (kira-kira 100 nukleotida/s) adalah susunan magnitud yang lebih rendah daripada prokariot (1000 nukleotida/s). Sebab untuk ini mungkin pembentukan DNA eukariotik dalam sebatian yang agak kuat dengan protein, yang merumitkan despiralization yang diperlukan untuk sintesis replikatif.

Serpihan DNA dari titik asal replikasi hingga ke titik penamatannya membentuk unit replikasi - replika. Sebaik sahaja bermula dalam titik permulaan, replikasi berterusan sehingga keseluruhan replika telah diduplikasi. Kromosom eukariotik mengandungi bilangan yang besar replika. Dalam hal ini, pertindihan molekul DNA yang terletak di sepanjang kromosom eukariotik bermula pada beberapa titik. Dalam replika yang berbeza, pertindihan boleh berlaku dalam masa yang berbeza atau pada masa yang sama.

Dalam tindak balas yang dimangkinkan oleh transkripase terbalik.

cDNA sering digunakan untuk mengklon gen eukariotik kepada prokariot. DNA pelengkap juga dihasilkan oleh retrovirus (HIV-1, HIV-2, virus immunodeficiency Simian) dan kemudian disepadukan ke dalam DNA perumah, membentuk provirus.

Gen eukariotik selalunya boleh dinyatakan dalam sel prokariotik. Dalam kebanyakan kes mudah, kaedah ini melibatkan memasukkan DNA eukariotik ke dalam genom prokariotik, kemudian menyalin DNA ke dalam mRNA dan kemudian menterjemahkan mRNA ke dalam protein. Sel prokariotik tidak mempunyai enzim untuk mengeluarkan intron, dan oleh itu intron daripada DNA eukariotik mesti dikeluarkan sebelum dimasukkan ke dalam genom prokariotik. DNA pelengkap kepada mRNA matang dipanggil DNA pelengkap - cDNA(cDNA). Ekspresi protein yang berjaya yang dikodkan dalam cDNA eukariotik dalam prokariot juga memerlukan elemen pengawalseliaan gen prokariotik (cth., promoter).

Salah satu kaedah untuk mendapatkan gen yang diperlukan (molekul DNA), yang akan tertakluk kepada replikasi (pengklonan) dengan pembebasan sejumlah besar replika, ialah pembinaan DNA pelengkap (cDNA) pada mRNA. Kaedah ini memerlukan penggunaan reverse transcriptase, enzim yang terdapat dalam beberapa virus RNA dan membolehkan sintesis DNA pada templat RNA.

Kaedah ini digunakan secara meluas untuk mendapatkan cDNA dan melibatkan pengasingan daripada jumlah mRNA tisu mRNA yang mengekod terjemahan protein tertentu(contohnya, interferon, insulin) dengan sintesis lanjut pada mRNA ini sebagai templat untuk cDNA yang diperlukan menggunakan transkripase terbalik.

Gen yang diperoleh menggunakan prosedur di atas (cDNA) mesti dimasukkan ke dalam sel bakteria dengan cara yang disepadukan ke dalam genomnya. Untuk melakukan ini, DNA rekombinan terbentuk, yang terdiri daripada cDNA dan molekul DNA khas yang bertindak sebagai konduktor, atau vektor, yang mampu menembusi penerima ke dalam sel. Virus atau plasmid digunakan sebagai vektor untuk cDNA. Plasmid ialah molekul DNA bulat kecil yang terletak berasingan daripada nukleoid sel bakteria, mengandungi beberapa gen yang penting untuk fungsi keseluruhan sel (contohnya, gen rintangan antibiotik dan boleh mereplikasi secara bebas daripada genom utama (DNA) sel. . Biologi penting dan praktikal berguna untuk kejuruteraan genetik Ciri-ciri plasmid adalah keupayaan mereka untuk memindahkan dari satu sel ke sel lain melalui mekanisme transformasi atau konjugasi, serta keupayaan untuk dimasukkan ke dalam kromosom bakteria dan mereplikasi dengannya.

Selepas penemuan prinsip organisasi molekul bahan seperti DNA mula berkembang pada tahun 1953 biologi molekul. Selanjutnya dalam proses penyelidikan, saintis mengetahui bagaimana DNA digabungkan semula, komposisinya dan bagaimana genom manusia kita distrukturkan.

Setiap hari pada tahap molekul sedang berlaku proses yang sangat kompleks. Bagaimanakah molekul DNA berstruktur, terdiri daripada apa? Dan apakah peranan yang dimainkan oleh molekul DNA dalam sel? Mari kita bercakap secara terperinci tentang semua proses yang berlaku di dalam rantaian berganda.

Apakah maklumat keturunan?

Jadi di mana semuanya bermula? Pada tahun 1868 mereka menemuinya dalam nukleus bakteria. Dan pada tahun 1928, N. Koltsov mengemukakan teori bahawa ia adalah dalam DNA bahawa semua maklumat genetik tentang organisma hidup. Kemudian J. Watson dan F. Crick menemui model heliks DNA yang kini terkenal pada tahun 1953, yang mana mereka berhak menerima pengiktirafan dan anugerah - Hadiah Nobel.

Apakah DNA pula? Bahan ini terdiri daripada 2 benang bersatu, atau lebih tepatnya lingkaran. Bahagian rantai sedemikian dengan maklumat tertentu dipanggil gen.

DNA menyimpan semua maklumat tentang jenis protein yang akan terbentuk dan dalam susunan apa. Makromolekul DNA adalah pembawa bahan maklumat yang sangat besar, yang direkodkan dalam urutan ketat batu bata individu - nukleotida. Terdapat 4 nukleotida secara keseluruhannya; ia saling melengkapi secara kimia dan geometri. Prinsip pelengkap ini, atau saling melengkapi, dalam sains akan diterangkan kemudian. Peraturan ini dimainkan peranan utama dalam pengekodan dan penyahkodan maklumat genetik.

Memandangkan untaian DNA adalah sangat panjang, tiada ulangan dalam urutan ini. Setiap makhluk hidup mempunyai untaian DNA yang tersendiri.

Fungsi DNA

Fungsi termasuk penyimpanan maklumat keturunan dan penghantarannya kepada keturunan. Tanpa fungsi ini, genom spesies tidak dapat dipelihara dan dibangunkan selama beribu-ribu tahun. Organisma yang telah mengalami mutasi gen yang teruk berkemungkinan besar tidak dapat bertahan atau kehilangan keupayaan untuk menghasilkan keturunan. Inilah yang berlaku perlindungan semula jadi

daripada kemerosotan spesies. Satu lagi penting fungsi penting

— pelaksanaan maklumat yang disimpan. Sel tidak boleh mencipta satu protein penting tanpa arahan yang disimpan dalam rantai berganda.

Komposisi asid nukleik

• Kini diketahui dengan pasti dari apa nukleotida itu sendiri—blok binaan DNA—dibuat daripada. Mereka mengandungi 3 bahan:
• Asid ortofosforik.
• Asas nitrogen. Pangkalan pirimidin - yang hanya mempunyai satu cincin. Ini termasuk timin dan sitosin. Basa purin, yang mengandungi 2 cincin. Ini adalah guanin dan adenine.

Sukrosa. DNA mengandungi deoksiribosa, RNA mengandungi ribosa. Bilangan nukleotida sentiasa sama dengan bilangan bes nitrogen. Dalam makmal khas, nukleotida dipecahkan dan asas nitrogen diasingkan daripadanya. Beginilah cara mereka belajar sifat individu

nukleotida ini dan kemungkinan mutasi di dalamnya.

Tahap organisasi maklumat keturunan

Terdapat 3 peringkat organisasi: genetik, kromosom dan genomik. Semua maklumat yang diperlukan untuk sintesis protein baru terkandung dalam bahagian kecil rantai - gen. Iaitu, gen dianggap sebagai tahap pengekodan maklumat yang paling rendah dan paling mudah.

Gen, seterusnya, dipasang menjadi kromosom. Terima kasih kepada organisasi pembawa bahan keturunan ini, kumpulan ciri bergantian mengikut undang-undang tertentu dan dihantar dari satu generasi ke generasi yang lain. Perlu diingatkan bahawa terdapat bilangan gen yang luar biasa dalam badan, tetapi maklumat itu tidak hilang walaupun ia digabungkan semula berkali-kali.

• Terdapat beberapa jenis gen:
• Mengikut tujuan fungsinya, terdapat 2 jenis: urutan struktur dan peraturan;

Berdasarkan pengaruhnya terhadap proses yang berlaku dalam sel, mereka dibezakan: gen supervital, maut, bersyarat mematikan, serta gen mutator dan antimutator. Gen terletak di sepanjang kromosom dalam susunan linear . Dalam kromosom, maklumat tidak tertumpu secara rawak; perintah tertentu

Apakah genom? Ini adalah nama yang diberikan kepada keseluruhan set jujukan nukleotida dalam sel organisma. Genom mencirikan keseluruhan pandangan, dan bukan individu.

Apakah kod genetik manusia?

Hakikatnya ialah semua potensi yang sangat besar pembangunan manusia telah ditetapkan semasa tempoh pembuahan. Semua maklumat turun temurun, yang diperlukan untuk perkembangan zigot dan pertumbuhan kanak-kanak selepas kelahiran, dikodkan dalam gen. Bahagian DNA adalah pembawa paling asas maklumat keturunan.

Manusia mempunyai 46 kromosom, atau 22 pasangan somatik ditambah satu kromosom penentu jantina daripada setiap ibu bapa. Set kromosom diploid ini mengekodkan keseluruhan penampilan fizikal seseorang, kebolehan mental dan fizikalnya dan kecenderungannya kepada penyakit. Kromosom somatik secara luaran tidak dapat dibezakan, tetapi mereka membawa pelbagai maklumat, kerana seorang daripada mereka adalah daripada bapa, seorang lagi daripada ibu.

Kod lelaki berbeza daripada kod wanita dalam pasangan kromosom terakhir - XY. Set diploid wanita ialah pasangan terakhir, XX. Lelaki menerima satu kromosom X daripada ibu kandung mereka, yang kemudiannya diteruskan kepada anak perempuan mereka. Kromosom Y seks diwariskan kepada anak lelaki.

Kromosom manusia sangat berbeza dari segi saiz. Contohnya, pasangan kromosom terkecil ialah No. 17. Dan pasangan terbesar ialah 1 dan 3.

Diameter heliks berganda pada manusia hanya 2 nm. DNA digulung dengan ketat sehingga ia muat di dalam nukleus kecil sel, walaupun panjangnya sehingga 2 meter jika dibongkar. Panjang heliks ialah ratusan juta nukleotida.

Bagaimanakah kod genetik dihantar?

Jadi, apakah peranan yang dimainkan oleh molekul DNA dalam pembahagian sel? Gen - pembawa maklumat keturunan - terletak di dalam setiap sel badan. Untuk menyampaikan kod mereka kepada organisma anak perempuan, banyak makhluk membahagikan DNA mereka kepada 2 heliks yang sama. Ini dipanggil replikasi. Semasa proses replikasi, DNA dilepaskan dan "mesin" khas melengkapkan setiap helai. Selepas heliks genetik bercabang, nukleus dan semua organel mula membahagi, dan kemudian keseluruhan sel.

Tetapi manusia mempunyai proses penghantaran gen yang berbeza - seksual. Tanda-tanda ayah dan ibu bercampur, dalam baru kod genetik mengandungi maklumat daripada kedua ibu bapa.

Penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan adalah mungkin disebabkan oleh organisasi kompleks heliks DNA. Lagipun, seperti yang kita katakan, struktur protein disulitkan dalam gen. Setelah dibuat pada masa konsepsi, kod ini akan menyalin dirinya sepanjang hayat. Karyotype (set kromosom peribadi) tidak berubah semasa pembaharuan sel organ. Pemindahan maklumat dilakukan dengan bantuan gamet seks - lelaki dan perempuan.

Hanya virus yang mengandungi satu untai RNA tidak mampu menghantar maklumat mereka kepada keturunan mereka. Oleh itu, mereka memerlukan sel manusia atau haiwan untuk membiak.

Pelaksanaan maklumat keturunan

Dalam nukleus sel sentiasa berlaku proses penting. Semua maklumat yang direkodkan dalam kromosom digunakan untuk membina protein daripada asid amino. Tetapi rantai DNA tidak pernah meninggalkan nukleus, jadi bantuan orang lain diperlukan di sini sambungan penting= RNA. Ia adalah RNA yang mampu menembusi membran nuklear dan berinteraksi dengan rantai DNA.

Melalui interaksi DNA dan 3 jenis RNA, semua maklumat yang dikodkan direalisasikan. Pada tahap apakah pelaksanaan maklumat keturunan berlaku? Semua interaksi berlaku pada tahap nukleotida. RNA Messenger menyalin bahagian rantai DNA dan membawa salinan ini ke ribosom. Di sini sintesis molekul baru daripada nukleotida bermula.

Untuk mRNA menyalin bahagian rantai yang diperlukan, heliks terbentang dan kemudian, setelah selesai proses pengekodan semula, dipulihkan semula. Selain itu, proses ini boleh berlaku serentak pada 2 sisi 1 kromosom.

Prinsip saling melengkapi

Mereka terdiri daripada 4 nukleotida - adenine (A), guanin (G), sitosin (C), timin (T). Mereka bersambung ikatan hidrogen mengikut peraturan saling melengkapi. Kerja E. Chargaff membantu mewujudkan peraturan ini, kerana saintis melihat beberapa corak dalam kelakuan bahan-bahan ini. E. Chargaff mendapati bahawa nisbah molar adenine kepada timin adalah sama dengan satu. Dan dengan cara yang sama, nisbah guanin kepada sitosin sentiasa sama dengan satu.

Berdasarkan kerjanya, ahli genetik membentuk peraturan untuk interaksi nukleotida. Peraturan komplementari menyatakan bahawa adenine hanya bergabung dengan timin, dan guanin hanya bergabung dengan sitosin. Semasa penyahkodan heliks dan sintesis protein baru dalam ribosom, peraturan gantian ini membantu mencari asid amino yang diperlukan dengan cepat yang dilekatkan pada RNA pemindahan.

RNA dan jenisnya

Apakah maklumat keturunan? nukleotida dalam untaian ganda DNA. Apakah RNA? Apa kerja dia? RNA, atau asid ribonukleik, membantu mengekstrak maklumat daripada DNA, menyahkodnya dan menciptanya berdasarkan prinsip saling melengkapi diperlukan untuk sel protein.

Terdapat 3 jenis RNA secara keseluruhan. Setiap daripada mereka melaksanakan fungsinya sendiri.

1. Bermaklumat (mRNA), atau juga dipanggil matriks. Ia terus ke tengah sel, ke dalam nukleus. Menemui dalam salah satu kromosom bahan genetik yang diperlukan untuk membina protein dan menyalin salah satu sisi untaian berganda. Penyalinan berlaku lagi mengikut prinsip saling melengkapi.
2. Pengangkutan- Ini molekul kecil, yang mempunyai penyahkod nukleotida pada satu bahagian, dan asid amino sepadan dengan kod utama di bahagian lain. Tugas tRNA adalah untuk menghantarnya ke "bengkel," iaitu, ke ribosom, di mana ia mensintesis asid amino yang diperlukan.
3. rRNA ialah ribosom. Ia mengawal jumlah protein yang dihasilkan. Ia terdiri daripada 2 bahagian - asid amino dan bahagian peptida.

Satu-satunya perbezaan dalam penyahkodan ialah RNA tidak mempunyai timin. Daripada timin, urasil terdapat di sini. Tetapi kemudian, semasa proses sintesis protein, tRNA masih memasang semua asid amino dengan betul. Jika sebarang kegagalan berlaku dalam penyahkodan maklumat, maka mutasi berlaku.

Membaiki molekul DNA yang rosak

Proses memulihkan helai berganda yang rosak dipanggil pembaikan. Semasa proses pembaikan, gen yang rosak dikeluarkan.

Kemudian urutan unsur yang diperlukan dikeluarkan semula dan dipotong semula ke tempat yang sama pada rantai dari mana ia dikeluarkan. Semua ini berlaku berkat istimewa bahan kimia- enzim.

Mengapakah mutasi berlaku?

Mengapakah sesetengah gen mula bermutasi dan berhenti melaksanakan fungsinya - menyimpan maklumat keturunan yang penting? Ini berlaku kerana ralat dalam penyahkodan. Sebagai contoh, jika adenine secara tidak sengaja digantikan dengan timin.

Terdapat juga mutasi kromosom dan genomik. Mutasi kromosom berlaku apabila bahagian maklumat keturunan hilang, digandakan atau dipindahkan dan dimasukkan ke dalam kromosom lain.

Mutasi genomik adalah yang paling serius. Punca mereka adalah perubahan dalam bilangan kromosom. Iaitu, apabila bukannya sepasang - set diploid, set triploid hadir dalam karyotype.

Kebanyakan contoh terkenal mutasi triploid ialah sindrom Down, di mana set peribadi kromosom ialah 47. Dalam kanak-kanak sedemikian, 3 kromosom terbentuk menggantikan pasangan ke-21.

Terdapat juga mutasi yang dikenali dipanggil polyploidy. Tetapi poliploid hanya berlaku pada tumbuhan.

Watson dan Crick menunjukkan bahawa pembentukan ikatan hidrogen dan heliks berganda biasa hanya mungkin apabila asas purin yang lebih besar adenine (A) dalam satu rantai mempunyai pasangannya dalam rantai yang lain, timin bes pirimidin yang lebih kecil (T), dan guanin (G) yang dikaitkan dengan sitosin (C). Corak ini boleh diwakili seperti berikut: Surat-menyurat A "T dan G" C dipanggil peraturan pelengkap, dan rantai itu sendiri - saling melengkapi. Mengikut peraturan ini, kandungan adenine dalam DNA sentiasa sama dengan kandungan timin, dan jumlah guanin sentiasa sama dengan jumlah sitosin. Perlu diingatkan bahawa dua helai DNA, walaupun berbeza secara kimia, membawa maklumat yang sama, kerana kerana saling melengkapi, satu helai secara unik menentukan yang lain.

Struktur RNA kurang teratur. Ia biasanya molekul untai tunggal, walaupun RNA sesetengah virus terdiri daripada dua helai. Tetapi RNA ini lebih fleksibel daripada DNA. Sesetengah kawasan dalam molekul RNA saling melengkapi dan, apabila helai dibengkokkan, berpasangan untuk membentuk struktur bertali dua (jepit rambut). Ini terutamanya terpakai untuk memindahkan RNA (tRNA). Beberapa bes dalam tRNA mengalami pengubahsuaian selepas molekul disintesis. Sebagai contoh, kadangkala kumpulan metil ditambah kepada mereka.

FUNGSI ASID NUKLEIK Salah satu fungsi utama asid nukleik adalah untuk menentukan sintesis protein. Maklumat tentang struktur protein yang dikodkan dalam urutan nukleotida DNA mesti dihantar dari satu generasi ke generasi yang lain, dan oleh itu penyalinan bebas ralatnya adalah perlu, i.e. sintesis molekul DNA yang sama (replikasi).Replikasi dan transkripsi. Dari sudut kimia, sintesis asid nukleik ini adalah pempolimeran, i.e. sambungan berurutan blok bangunan. Nukleosida trifosfat berfungsi sebagai blok sedemikian; tindak balas boleh diwakili seperti berikut:
Tenaga yang diperlukan untuk sintesis dibebaskan apabila pirofosfat dikeluarkan, dan tindak balas dimangkinkan oleh enzim khas yang dipanggil polimerase DNA.

Hasil daripada proses sintetik sedemikian, kami akan memperoleh polimer dengan urutan rawak alasan. Walau bagaimanapun, kebanyakan polimerase hanya berfungsi dengan kehadiran asid nukleik templat sedia ada, yang menentukan nukleotida mana yang akan ditambah pada hujung rantai. Nukleotida ini mesti menjadi pelengkap kepada nukleotida templat yang sepadan, jadi rantai baru ternyata menjadi pelengkap kepada yang asal. Dengan menggunakan helai pelengkap sebagai templat, kami memperoleh salinan asal yang tepat.

DNA terdiri daripada dua helai yang saling melengkapi. Semasa replikasi, mereka menyimpang, dan setiap daripada mereka berfungsi sebagai templat untuk sintesis rantai baharu:

Ini mencipta dua heliks berganda baharu dengan urutan asas yang sama seperti DNA asal. Kadangkala proses replikasi "gagal" dan mutasi berlaku (lihat juga HEREDITI). Hasil daripada transkripsi DNA, RNA selular (mRNA, rRNA dan tRNA) terbentuk:Ia adalah pelengkap kepada salah satu helai DNA dan merupakan salinan dari helai yang lain, kecuali urasil menggantikan timin. Dengan cara ini, anda boleh mendapatkan banyak salinan RNA salah satu rantai DNA.Dalam sel normal, maklumat dihantar hanya ke arah DNA® DNA dan DNA ® RNA. Walau bagaimanapun, proses lain juga mungkin berlaku dalam sel yang dijangkiti virus: RNA® RNA dan RNA ® DNA. Bahan genetik banyak virus ialah molekul RNA, biasanya beruntai tunggal. Setelah menembusi sel perumah, RNA ini direplikasi untuk membentuk molekul pelengkap, di mana, pada gilirannya, banyak salinan RNA virus asal disintesis:RNA virus boleh ditranskripsikan oleh enzim- transkripase terbalik- dalam DNA yang kadangkala dimasukkan ke dalam DNA kromosom sel perumah. DNA ini kini membawa gen virus, dan selepas transkripsi, RNA virus boleh muncul di dalam sel. Jadi selepas masa yang lama, di mana tiada virus dikesan dalam sel, ia akan muncul semula di dalamnya tanpa jangkitan semula. Virus yang bahan genetiknya dimasukkan ke dalam kromosom sel perumah selalunya menjadi punca kanser.

Prinsip penyelesaian tugas biasa dalam biologi molekul

Masalah 1

Salah satu rantai molekul DNA mempunyai susunan nukleotida berikut: ACG TAG CTA HCG... Tulis susunan nukleotida dalam rantai DNA pelengkap.

Penjelasan penyelesaian kepada masalah tersebut. Diketahui bahawa dua rantai dalam molekul DNA disambungkan oleh ikatan hidrogen antara nukleotida pelengkap (A-T, G-C). Urutan nukleotida dalam rantai DNA yang diketahui ialah:

A C G T A G C T A G C G

T G C A T C G A T C G C ialah susunan nukleotida dalam rantai DNA pelengkap.

Jawapan: susunan nukleotida dalam untaian pelengkap DNA: TGCATCGATTCGC

Masalah 2

Susunan nukleotida dalam salah satu rantai molekul DNA adalah seperti berikut: AGCTACGTACA... Tentukan susunan asid amino dalam polipeptida yang dikodkan oleh maklumat genetik ini.

Penjelasan penyelesaian kepada masalah tersebut. Adalah diketahui bahawa matriks untuk sintesis polipeptida adalah molekul mRNA, matriks untuk sintesis yang, seterusnya, adalah salah satu rantai molekul DNA. Peringkat pertama biosintesis protein: transkripsi - menulis semula susunan nukleotida daripada rantai DNA kepada mRNA. Sintesis mRNA berlaku mengikut prinsip saling melengkapi (A-U, G-C). Daripada timin dalam mRNA, asas nitrogen ialah urasil. Untai DNA yang diketahui:

A G C T A C G T A C G A…

U C G A U G C A U G C U... ialah susunan nukleotida dalam i-RNA.

Satu asid amino dikodkan oleh tiga nukleotida bersebelahan rantai i-RNA (kodon) - kita memecahkan i-RNA menjadi kodon:

UCG, AUG, CAU, HCU dan menggunakan jadual kodon kita dapati asid amino yang sepadan dengannya: UCG sepadan dengan serin, AUG kepada metionin, CAC kepada hissidin, HCU kepada alanin.

Jawapan: susunan asid amino dalam polipeptida yang dikodkan: ser - met - gis - ala ...

Masalah 3

Salah satu rantai molekul DNA mempunyai susunan nukleotida berikut: GGCATGGATCAT...

a) Tentukan urutan asid amino dalam polipeptida yang sepadan jika diketahui bahawa RNA juga disintesis pada untaian DNA pelengkap.

b) Bagaimanakah ia akan berubah? struktur primer polipeptida jika nukleotida ketiga digugurkan?

Penjelasan penyelesaian kepada masalah tersebut.

a) Diketahui bahawa molekul mRNA disintesis mengikut prinsip saling melengkapi pada salah satu rantai molekul DNA. Kita mengetahui susunan nukleotida dalam satu helai DNA dan diberitahu bahawa mRNA disintesis pada helai pelengkap. Oleh itu, adalah perlu untuk membina untaian DNA pelengkap, mengingati bahawa adenine sepadan dengan timin, dan guanin kepada sitosin. Helai ganda DNA akan kelihatan seperti ini:

G G C A T G G A T C A T…

C C G T A C C T A G T A ...

Kini anda boleh membina molekul dan - RNA. Perlu diingat bahawa bukannya timin, molekul RNA mengandungi urasil. Oleh itu:

DNA: C C G T A C C T A G A T...

I-RNA: G G C A U G G A U C A U….

Tiga nukleotida bersebelahan (triplet, kodon) mRNA menentukan penambahan satu asid amino. Kami mencari asid amino yang sepadan dengan triplet menggunakan jadual kodon. Kodon GHC sepadan dengan gly, A UG – bertemu, GAU – asp, CAU – gis. Oleh itu, urutan asid amino bahagian rantai polipeptida akan menjadi: gly - met - asp - gis ...

b) Jika nukleotida ketiga terjatuh dalam rantai molekul DNA, ia akan kelihatan seperti ini:

GGATGGATTSAT...

Rantaian pelengkap: CCTACCTAGTA...

Maklumat i-RNA: GGAUGGAUCA...

Semua kodon akan berubah. Kodon pertama GGA sepadan dengan asid amino gly, UUG kedua sepadan dengan tiga, AUC ketiga sepadan dengan ile, dan keempat tidak lengkap. Oleh itu, bahagian polipeptida akan kelihatan seperti:

Gly - three - ile..., iaitu akan berlaku perubahan ketara dalam susunan dan bilangan asid amino dalam polipeptida.

Jawapan: a) urutan asid amino dalam polipeptida: gly – met – asp – gis...,

b) selepas kehilangan nukleotida ketiga, urutan asid amino dalam polipeptida ialah: gly - three - ile...

Masalah 4

Polipeptida mempunyai susunan asid amino berikut: fen - tre - ala - ser - arg...

a) Tentukan satu daripada varian jujukan nukleotida gen yang mengekod polipeptida ini.

b) TRNA yang manakah (dengan antikodon) yang manakah terlibat dalam sintesis protein ini? Tulis salah satu pilihan yang mungkin.

Penjelasan penyelesaian kepada masalah tersebut.

a) Polipeptida mempunyai urutan berikut asid amino: fen - tre - ala - ser - arg... Menggunakan jadual kodon, kita dapati satu daripada triplet yang mengekodkan asid amino yang sepadan. Fen - UUU, tre - ATSU, ala - GCU, ser - AGU, arg - AGA. Oleh itu, pengekodan mRNA polipeptida ini akan mempunyai urutan nukleotida berikut:

UUUATSUGTSUAGUAGA...

Susunan nukleotida dalam untaian pengekodan DNA ialah: AATGATCGATCATCT...

Untai DNA pelengkap: TTTACTGCTAGTAGA...

b) Menggunakan jadual kodon, kita dapati salah satu daripada varian urutan nukleotida mRNA (seperti dalam versi sebelumnya). Antikodon T-RNA adalah pelengkap kepada kodon i-RNA:

i-RNA UUUATSUGTSUAGUAGA...

tRNA antikodon AAA, UGA, CGA, UCA, UCU

Jawapan: a) salah satu varian urutan nukleotida dalam gen ialah:

AAATGATSGATTSATTST

TTTATCTTGCTAGTAGA,

b) t-RNA dengan antikodon (salah satu pilihan): AAA, UGA, CGA, UCA, UCU akan mengambil bahagian dalam sintesis protein ini.

Tugas mengawal diri

1. Salah satu rantai serpihan molekul DNA mempunyai urutan nukleotida berikut: AGTGATGTTGGTGTA... Apakah yang akan menjadi struktur rantai kedua molekul DNA?

2. Bahagian satu untai DNA mempunyai urutan nukleotida berikut: TGAACACTAGTTTAGAATACCA... Apakah jujukan asid amino dalam polipeptida yang sepadan dengan maklumat genetik ini?

3. Bahagian satu untai DNA mempunyai struktur berikut: TATTTCTTTTTTGT... Nyatakan struktur bahagian sepadan molekul protein yang disintesis dengan penyertaan rantai pelengkap. Bagaimanakah struktur utama serpihan protein akan berubah jika nukleotida kedua dari awal hilang?

4. Sebahagian daripada molekul protein mempunyai urutan asid amino berikut: ser - ala - tyr - lei - asp... TRNA yang manakah (dengan antikodon) yang terlibat dalam sintesis protein ini? Tulis salah satu pilihan yang mungkin.

5. Tulis satu daripada varian jujukan nukleotida dalam gen jika protein yang dikodkan mempunyai struktur utama berikut:

Ala - tre - liz - asn - ser - gln - glu - asp...