DNA ya ziada. Asidi ya Deoxyribonucleic

Uzazi wa kibinafsi wa nyenzo za urithi. Kujirudia kwa DNA

Replication- kurudia kwa molekuli za DNA, na kusababisha kuundwa kwa mbili helix mbili DNA. Kulingana na kanuni:

1) Kukamilishana- kila moja ya minyororo miwili ni kiolezo cha usanisi wa mnyororo wa nyongeza. Mali hii hutolewa na sifa shirika la kemikali molekuli ya DNA yenye nyuzi mbili zinazosaidiana. Wakati wa mchakato wa urudufishaji, mnyororo wa ziada huunganishwa kwenye kila mnyororo wa polynucleotidi wa molekuli ya DNA ya mzazi. Matokeo yake, heli mbili zinazofanana zinaundwa kutoka kwa helix moja ya DNA mbili.

2) Nusu kihafidhina- kila moja ya helis mbili mbili hubeba kamba moja

DNA ya mama.

3) Kupinga usawa- kila mshororo wa DNA una mwelekeo maalum: mwisho wa 5" wa uzi mmoja unaunganishwa na mwisho wa 3" wa nyingine, na kinyume chake.

4) Vipindi- urudiaji unafanywa katika vipande.

Kuanzishwa kwa replication hutokea katika maeneo maalum ya DNA inayoitwa ori(kutoka asili ya Kiingereza - mwanzo). Wao ni pamoja na mlolongo wa jozi 300 za nucleotide ambazo zinatambuliwa na protini maalum. Helix mbili ya DNA kwenye loci hizi imegawanywa katika minyororo miwili, na, kama sheria, maeneo ya mgawanyiko wa minyororo ya polynucleotide huundwa kwa pande zote mbili za asili ya kuiga - uma replication, ambayo husogea kuelekea kinyume na eneo la ori. Kati ya uma replication muundo unaoitwa jicho la kuiga, ambapo minyororo mipya ya polynucleotide huundwa kwenye nyuzi mbili za DNA ya mama.

Kwa msaada wa enzyme ya helicase, ambayo huvunja vifungo vya hidrojeni, DNA mbili helix inafungua kwa asili ya replication. Vipande vya DNA moja vinavyotokana hufungwa na protini maalum za kudhoofisha, ambazo hunyoosha uti wa mgongo wa minyororo, na kufanya besi zao za nitrojeni zipatikane kwa kuunganisha kwa nyukleotidi za ziada zilizo kwenye nucleoplasm. Juu ya kila minyororo inayoundwa katika eneo la uma wa kurudia, pamoja na ushiriki wa enzyme ya DNA polymerase, awali ya minyororo ya ziada hufanyika.

Wakati wa usanisi, uma za kurudia husogea kando ya hesi mama ndani maelekezo kinyume, ikinasa maeneo mapya zaidi na zaidi.

Mgawanyiko wa nyuzi za helical za DNA ya wazazi na helicase ya enzyme husababisha kuonekana kwa supercoils mbele ya uma replication. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba kwa kila jozi 10 za nyukleotidi zinazounda zamu moja ya helix, DNA ya mzazi lazima itengeneze moja. zamu kamili kuzunguka mhimili wake. Kwa hivyo, ili uma wa kurudia uendelee, molekuli nzima ya DNA iliyokuwa mbele yake ingelazimika kuzunguka haraka, ambayo ingehitaji gharama kubwa nishati. Katika hali halisi hii si aliona kutokana na darasa maalum protini inayoitwa DNA topoisomerases. Topoisomerase huvunja moja ya nyuzi za DNA, ambayo inaruhusu kuzunguka karibu na kamba ya pili. Hii inatoa mvutano uliokusanywa katika helix mbili ya DNA.

Nucleotidi za bure kutoka kwa nucleoplasm, ambapo ziko kwa namna ya deoxyribonucleoside gryphosphates: dATP, dGTP, dCTP, dTTP, zimefungwa kwenye vifungo vya hidrojeni iliyotolewa ya mlolongo wa nucleotide ya minyororo ya wazazi iliyotengwa. Nucleoside trifosfati inayosaidia huunda vifungo vya hidrojeni kwa msingi maalum wa uzi wa DNA mama. Kisha, kwa ushiriki wa kimeng'enya cha DNA polymerase, hufungamana na kifungo cha phosphodiester kwa nyukleotidi iliyotangulia ya mnyororo mpya uliosanisishwa, ikitoa pyrofosfati isokaboni.

Kadiri polimerasi ya DNA inavyoongeza nyukleotidi inayofuata kwa kundi la OH katika nafasi ya 3" ya nyukleotidi iliyotangulia, mnyororo huo hurefuka hatua kwa hatua katika mwisho wake wa 3".

Kipengele cha polimerasi ya DNA ni kutokuwa na uwezo wa kuanzisha mnyororo mpya wa polinukleotidi kwa kumfunga tu nucleoside trifosfati mbili: mwisho wa 3"-OH wa mnyororo wowote wa polinukleotidi uliounganishwa na mnyororo wa kiolezo cha DNA unahitajika, ambapo polimerasi ya DNA inaweza kuongeza tu. nyukleotidi mpya vile mnyororo inaitwa mbegu au primer.

Jukumu la primer kwa usanisi wa minyororo ya polynucleotide ya DNA wakati wa kuiga tena hufanywa na mlolongo mfupi RNA huundwa kwa ushiriki wa kimeng'enya Mchujo wa RNA. Kipengele hiki cha polimerasi ya DNA inamaanisha kuwa ni uzi wa DNA pekee uliobeba kitangulizi kilichooanishwa, ambacho kina mwisho wa 3'-OH bila malipo, kinaweza kutumika kama kiolezo cha urudufishaji.

Uwezo wa DNA polymerase kukusanya polynucleotide katika mwelekeo kutoka mwisho wa 5" hadi 3" na uunganisho wa antiparallel wa nyuzi mbili za DNA ina maana kwamba mchakato wa kurudia lazima uendelee tofauti juu yao. Hakika, ikiwa kwenye moja ya matrices (3" → 5") mkusanyiko wa mnyororo mpya hutokea mfululizo kutoka mwisho wa 5" hadi 3" na polepole huongezeka mwishoni mwa 3 ", kisha mnyororo mwingine huunganishwa kwenye tumbo. (5" → 3 "), ingebidi ikue kutoka mwisho wa 3" hadi 5" Hii inapingana na mwelekeo wa utendaji wa kimeng'enya cha polimerasi ya DNA.

Sasa imeanzishwa kuwa muundo wa safu ya pili ya DNA hufanywa kwa vipande vifupi ( vipande vya Okazaki) pia katika mwelekeo kutoka mwisho wa 5 "hadi 3" (kwa aina ya kushona "nyuma na sindano"). Katika prokaryotes, vipande vya Okazaki vina kutoka kwa nucleotides 1000 hadi 2000 katika eukaryotes ni mfupi sana (kutoka 100 hadi 200 nucleotides). Mchanganyiko wa kila kipande kama hicho hutanguliwa na uundaji wa primer ya RNA kuhusu nyukleotidi 10 kwa muda mrefu. Kipande kipya kilichoundwa kimeunganishwa na kipande cha awali kwa kutumia kimeng'enya cha DNA ligase baada ya kuondolewa kwa kitangulizi chake cha RNA.

Kwa sababu ya vipengele hivi, uma replication ni asymmetrical. Kati ya minyororo miwili ya binti iliyounganishwa, moja inajengwa kwa kuendelea, usanisi wake unaendelea haraka na mnyororo huu unaitwa. inayoongoza. Mchanganyiko wa strand nyingine ni polepole, kwani imekusanyika kutoka kwa vipande vya mtu binafsi vinavyohitaji malezi na kisha kuondolewa kwa primer ya RNA. Kwa hiyo, mnyororo huo unaitwa kuchelewa (kuchelewa). Ingawa vipande vya mtu binafsi huundwa katika mwelekeo wa 5" → 3", kwa ujumla mnyororo huu hukua katika mwelekeo wa 3" → 5".

Kwa sababu ya ukweli kwamba uma mbili za kuiga kawaida huanza kutoka kwa ori locus, kwenda kwa mwelekeo tofauti, muundo wa nyuzi zinazoongoza ndani yao hufanyika saa. mizunguko tofauti DNA ya mama .

Matokeo ya mwisho Mchakato wa urudufishaji ni uundaji wa molekuli mbili za DNA, mlolongo wa nyukleotidi ambao unafanana na ule wa DNA ya mzazi helix mbili.

Mlolongo unaozingatiwa wa matukio yanayotokea wakati wa usanisi wa uigaji unapendekeza ushiriki mfumo mzima Enzymes: helicases, topoisomerases, kudhoofisha protini, DNA polymerase na wengine, kaimu pamoja katika eneo la uma replication.

Uigaji wa DNA katika prokariyoti na yukariyoti kimsingi ni sawa; Sababu ya hii inaweza kuwa malezi ya DNA ya eukaryotic katika misombo yenye nguvu na protini, ambayo inachanganya upotezaji wake muhimu kwa usanisi wa kuiga.

Kipande cha DNA kutoka mahali pa asili ya urudufishaji hadi hatua ya kusitishwa kwake huunda kitengo cha replication - replicon. Mara baada ya kuanza ndani pa kuanzia, urudufishaji huendelea hadi nakala nzima imenakiliwa. Chromosome za eukaryotic zina idadi kubwa replicons. Katika suala hili, kurudia kwa molekuli ya DNA iko kando ya chromosome ya eukaryotic huanza kwa pointi kadhaa. Katika nakala tofauti, kurudia kunaweza kutokea ndani wakati tofauti au kwa wakati mmoja.

Katika majibu yaliyochochewa na reverse transcriptase.

cDNA mara nyingi hutumiwa kuunganisha jeni za yukariyoti katika prokariyoti. DNA ya ziada pia hutolewa na virusi vya retrovirusi (HIV-1, HIV-2, Simian immunodeficiency virus) na kisha kuunganishwa kwenye DNA jeshi, na kutengeneza provirus.

Jeni za yukariyoti zinaweza kuonyeshwa mara nyingi katika seli za prokaryotic. Katika zaidi kesi rahisi, mbinu hiyo inahusisha kuingiza DNA ya yukariyoti kwenye genomu ya prokaryotic, kisha kunakili DNA kwenye mRNA na kisha kutafsiri mRNA kuwa protini. Seli za prokaryotic hazina vimeng'enya vya kutoza introni, na kwa hivyo introni kutoka kwa DNA ya yukariyoti lazima zitolewe kabla ya kuingizwa kwenye jenomu ya prokaryotic. DNA inayosaidia mRNA iliyokomaa inaitwa DNA inayosaidia - cDNA(cDNA). Usemi wenye mafanikio wa protini zilizosimbwa katika cDNA ya yukariyoti katika prokariyoti pia huhitaji vipengele vya udhibiti wa jeni za prokariyoti (kwa mfano, vikuzaji).

Mojawapo ya njia za kupata jeni muhimu (molekuli ya DNA), ambayo itakuwa chini ya replication (cloning) na kutolewa kwa idadi kubwa ya nakala, ni ujenzi wa DNA ya ziada (cDNA) kwenye mRNA. Njia hii inahitaji matumizi ya reverse transcriptase, kimeng'enya ambacho kipo katika baadhi ya virusi vya RNA na huwezesha usanisi wa DNA kwenye kiolezo cha RNA.

Njia hiyo hutumiwa sana kupata cDNA na inahusisha kutenganisha kutoka kwa tishu jumla ya mRNA mRNA ambayo husimba tafsiri. protini fulani(kwa mfano, interferon, insulini) iliyo na usanisi zaidi kwenye mRNA hii kama kiolezo cha cDNA inayohitajika kwa kutumia reverse transcriptase.

Jeni ambayo ilipatikana kwa kutumia utaratibu hapo juu (cDNA) lazima iingizwe kwenye seli ya bakteria kwa njia ambayo inaunganishwa kwenye genome yake. Ili kufanya hivyo, DNA recombinant huundwa, ambayo inajumuisha cDNA na molekuli maalum ya DNA ambayo hufanya kama kondakta, au vekta, yenye uwezo wa kupenya mpokeaji ndani ya seli. Virusi au plasmidi hutumiwa kama visambazaji vya cDNA. Plasmidi ni molekuli ndogo za DNA za duara ambazo ziko kando na nucleoid ya seli ya bakteria, zina jeni kadhaa muhimu kwa kazi ya seli nzima (kwa mfano, jeni za kupinga viuavijasumu na zinaweza kuiga kwa kujitegemea jeni kuu (DNA) ya seli. . Muhimu kibayolojia na muhimu kwa vitendo uhandisi jeni Sifa za plasmidi ni uwezo wao wa kuhamisha kutoka seli moja hadi nyingine kupitia utaratibu wa mageuzi au mshikamano, pamoja na uwezo wa kujumuishwa katika kromosomu ya bakteria na kuiga nayo.

Baada ya ugunduzi wa kanuni shirika la molekuli dutu kama vile DNA ilianza kutengenezwa mnamo 1953 biolojia ya molekuli. Zaidi katika mchakato wa utafiti, wanasayansi waligundua jinsi DNA inavyounganishwa tena, muundo wake na jinsi genome yetu ya binadamu imeundwa.

Kila siku kiwango cha molekuli yanatokea michakato ngumu sana. Je, molekuli ya DNA imeundwaje, inajumuisha nini? Na molekuli za DNA zina jukumu gani katika chembe? Wacha tuzungumze kwa undani juu ya michakato yote inayotokea ndani ya safu mbili.

Habari ya urithi ni nini?

Kwa hivyo yote yalianza wapi? Nyuma mnamo 1868 waliipata kwenye viini vya bakteria. Na mwaka wa 1928, N. Koltsov aliweka mbele nadharia kwamba ni katika DNA kwamba wote habari za kijeni kuhusu kiumbe hai. Kisha J. Watson na F. Crick walipata mfano wa helix ya DNA inayojulikana sasa mwaka wa 1953, ambayo walistahili kutambuliwa na tuzo - Tuzo la Nobel.

DNA ni nini? Dutu hii ina nyuzi 2 zilizounganishwa, au tuseme ond. Sehemu ya mnyororo kama huo na habari fulani inaitwa jeni.

DNA huhifadhi habari zote kuhusu aina ya protini itakayofanyizwa na kwa utaratibu gani. DNA macromolecule ni carrier nyenzo ya habari incredibly voluminous, ambayo ni kumbukumbu katika mlolongo mkali wa matofali ya mtu binafsi - nucleotides. Kuna nyukleotidi 4 kwa jumla zinakamilishana kemikali na kijiometri. Kanuni hii ya ukamilishano, au ukamilishano, katika sayansi itaelezewa baadaye. Sheria hii inacheza jukumu muhimu katika usimbaji na kusimbua taarifa za kijeni.

Kwa kuwa uzi wa DNA ni mrefu sana, hakuna marudio katika mlolongo huu. Kila kiumbe hai kina safu yake ya kipekee ya DNA.

Kazi za DNA

Kazi ni pamoja na uhifadhi wa taarifa za urithi na maambukizi yake kwa watoto. Bila kazi hii, jenomu ya spishi haikuweza kuhifadhiwa na kuendelezwa kwa maelfu ya miaka. Viumbe ambavyo vimepitia mabadiliko makubwa ya jeni vina uwezekano mkubwa wa kutoishi au kupoteza uwezo wa kuzaa watoto. Hiki ndicho kinachotokea ulinzi wa asili kutokana na kuzorota kwa aina.

Mwingine muhimu kazi muhimu- utekelezaji wa habari iliyohifadhiwa. Seli haiwezi kuunda protini moja muhimu bila maagizo hayo ambayo yamehifadhiwa katika mnyororo mara mbili.

Muundo wa asidi ya nyuklia

Sasa inajulikana kwa hakika ni nini nukleotidi zenyewe—vijiwe vya ujenzi vya DNA—zimefanyizwa. Zina vitu 3:

Asidi ya Orthophosphoric.
Msingi wa nitrojeni. Misingi ya Pyrimidine - ambayo ina pete moja tu. Hizi ni pamoja na thymine na cytosine. Besi za Purine, ambazo zina pete 2. Hizi ni guanini na adenine.
Sucrose. DNA ina deoxyribose, RNA ina ribose.

Idadi ya nyukleotidi daima ni sawa na idadi ya besi za nitrojeni. Katika maabara maalum, nucleotide imevunjwa na msingi wa nitrojeni umetengwa nayo. Hivi ndivyo wanavyosoma mali ya mtu binafsi nucleotidi hizi na mabadiliko yanayowezekana ndani yao.

Viwango vya shirika la habari ya urithi

Kuna viwango 3 vya shirika: maumbile, chromosomal na genomic. Taarifa zote zinazohitajika kwa ajili ya usanisi wa protini mpya zimo katika sehemu ndogo ya mnyororo - jeni. Hiyo ni, jeni inachukuliwa kuwa kiwango cha chini na rahisi zaidi cha usimbaji habari.

Jeni, kwa upande wake, hukusanywa katika chromosomes. Shukrani kwa shirika hili la mtoaji wa nyenzo za urithi, vikundi vya sifa hubadilishana kulingana na sheria fulani na hupitishwa kutoka kizazi kimoja hadi kingine. Ikumbukwe kwamba kuna idadi ya ajabu ya jeni katika mwili, lakini habari haipotei hata wakati inaunganishwa mara nyingi.

Kuna aina kadhaa za jeni:

Kwa mujibu wa madhumuni yao ya kazi, kuna aina 2: mlolongo wa kimuundo na udhibiti;
Kulingana na ushawishi wao juu ya michakato inayotokea kwenye seli, wanafautisha: jeni za hali ya juu, hatari, zenye mauti, pamoja na jeni za mutator na antimutator.

Jeni ziko kando ya kromosomu ndani mpangilio wa mstari. Katika chromosomes, habari haijazingatiwa kwa nasibu; utaratibu fulani. Kuna hata ramani inayoonyesha nafasi, au loci, za jeni. Kwa mfano, inajulikana kuwa chromosome Nambari 18 husimba data kuhusu rangi ya macho ya mtoto.

Jenomu ni nini? Hili ndilo jina linalopewa seti nzima ya mfuatano wa nyukleotidi katika seli ya kiumbe. Jenomu ina sifa mtazamo mzima, na sio mtu binafsi.

Nambari ya maumbile ya mwanadamu ni nini?

Ukweli ni kwamba uwezo wote mkubwa maendeleo ya binadamu iliyowekwa tayari wakati wa mimba. Wote habari za urithi, ambayo ni muhimu kwa ajili ya maendeleo ya zygote na ukuaji wa mtoto baada ya kuzaliwa, ni encoded katika jeni. Sehemu za DNA ndio wabebaji wa msingi zaidi wa habari za urithi.

Wanadamu wana kromosomu 46, au jozi 22 za somatic pamoja na kromosomu moja inayoamua jinsia kutoka kwa kila mzazi. Seti hii ya diploidi ya kromosomu husimba mwonekano mzima wa kimwili wa mtu, uwezo wake wa kiakili na kimwili na uwezekano wa magonjwa. Chromosome ya Somatic kwa nje kutofautishwa, lakini wanabeba habari mbalimbali, kwa kuwa mmoja wao ametoka kwa baba, mwingine kutoka kwa mama.

Msimbo wa kiume hutofautiana na msimbo wa kike katika jozi ya mwisho ya chromosomes - XY. Seti ya diploidi ya kike ni jozi ya mwisho, XX. Wanaume hupokea kromosomu moja ya X kutoka kwa mama yao mzazi, ambayo hupitishwa kwa binti zao. Kromosomu Y ya ngono kupitishwa kwa wana.

Chromosomes za binadamu hutofautiana sana kwa ukubwa. Kwa mfano, jozi ndogo zaidi ya chromosomes ni No. 17. Na jozi kubwa zaidi ni 1 na 3.

Kipenyo cha helix mbili kwa wanadamu ni 2 nm tu. DNA imejikunja kwa nguvu sana hivi kwamba inatoshea ndani ya kiini kidogo cha seli, ingawa inaweza kuwa na urefu wa hadi mita 2 ikiwa haijasokota. Urefu wa helix ni mamia ya mamilioni ya nucleotides.

Je, kanuni za urithi hupitishwa vipi?

Kwa hivyo, molekuli za DNA zina jukumu gani katika mgawanyiko wa seli? Jeni - wabebaji wa habari za urithi - ziko ndani ya kila seli ya mwili. Ili kupitisha msimbo wao kwa kiumbe cha binti, viumbe vingi hugawanya DNA zao katika heli 2 zinazofanana. Hii inaitwa replication. Wakati wa mchakato wa kurudia, DNA hufungua na "mashine" maalum hukamilisha kila uzi. Baada ya helix ya maumbile bifurcates, kiini na organelles wote huanza kugawanyika, na kisha kiini nzima.

Lakini wanadamu wana mchakato tofauti wa maambukizi ya jeni - ngono. Ishara za baba na mama zimechanganywa, katika mpya kanuni za maumbile ina habari kutoka kwa wazazi wote wawili.

Uhifadhi na uhamisho wa taarifa za urithi inawezekana kutokana na shirika tata la helix ya DNA. Baada ya yote, kama tulivyosema, muundo wa protini umesimbwa kwa jeni. Mara baada ya kuundwa wakati wa mimba, msimbo huu utajinakili katika maisha yote. Karyotype (seti ya kibinafsi ya chromosomes) haibadilika wakati wa upyaji wa seli za chombo. Uhamisho wa habari unafanywa kwa msaada wa gametes za ngono - kiume na kike.

Virusi tu zilizo na safu moja ya RNA hazina uwezo wa kusambaza habari zao kwa watoto wao. Kwa hiyo, wanahitaji seli za binadamu au wanyama ili kuzaliana.

Utekelezaji wa taarifa za urithi

Katika kiini cha seli hutokea mara kwa mara michakato muhimu. Taarifa zote zilizorekodiwa katika chromosomes hutumiwa kujenga protini kutoka kwa amino asidi. Lakini mnyororo wa DNA hauachi kamwe kiini, kwa hivyo msaada wa mwingine unahitajika hapa uhusiano muhimu= RNA. Ni RNA ambayo ina uwezo wa kupenya utando wa nyuklia na kuingiliana na mnyororo wa DNA.

Kupitia mwingiliano wa DNA na aina 3 za RNA, habari zote zilizosimbwa hufikiwa. Je, utekelezaji wa taarifa za urithi hutokea katika ngazi gani? Mwingiliano wote hutokea kwenye kiwango cha nucleotide. Messenger RNA hunakili sehemu ya msururu wa DNA na kuleta nakala hii kwenye ribosomu. Hapa awali ya molekuli mpya kutoka nucleotides huanza.

Ili mRNA kunakili sehemu muhimu ya mlolongo, helix inafungua na kisha, baada ya kukamilika kwa mchakato wa recoding, inarejeshwa tena. Aidha, mchakato huu unaweza kutokea wakati huo huo kwenye pande 2 za kromosomu 1.

Kanuni ya kukamilishana

Wao hujumuisha nucleotides 4 - adenine (A), guanini (G), cytosine (C), thymine (T). Wameunganishwa vifungo vya hidrojeni kulingana na kanuni ya kukamilishana. Kazi ya E. Chargaff ilisaidia kuanzisha sheria hii, kwani mwanasayansi aliona mifumo fulani katika tabia ya vitu hivi. E. Chargaff aligundua hilo uwiano wa molar adenine kwa thymine ni sawa na moja. Na kwa njia hiyo hiyo, uwiano wa guanini na cytosine daima ni sawa na moja.

Kulingana na kazi yake, wataalamu wa maumbile waliunda sheria ya mwingiliano wa nyukleotidi. Sheria ya kusaidiana inasema kwamba adenine inachanganya tu na thymine, na guanine inachanganya tu na cytosine. Wakati wa kuorodhesha helix na usanisi wa protini mpya kwenye ribosomu, sheria hii ya ubadilishanaji husaidia kupata haraka asidi ya amino muhimu ambayo imeshikamana na uhamishaji wa RNA.

RNA na aina zake

Habari ya urithi ni nini? nyukleotidi katika nyuzi mbili za DNA. RNA ni nini? Kazi yake ni nini? RNA, au asidi ya ribonucleic, husaidia kutoa habari kutoka kwa DNA, kuifafanua na kuunda kulingana na kanuni ya kukamilishana. muhimu kwa seli protini.

Kuna aina 3 za RNA kwa jumla. Kila mmoja wao hufanya kazi yake madhubuti.

Taarifa (mRNA), au pia huitwa matrix. Inakwenda moja kwa moja katikati ya seli, ndani ya kiini. Hupata katika moja ya kromosomu nyenzo muhimu za kijeni ili kujenga protini na kunakili moja ya pande za uzi mbili. Kunakili hutokea tena kulingana na kanuni ya ukamilishano.
Usafiri-Hii molekuli ndogo, ambayo ina misimbo ya nyukleotidi upande mmoja, na asidi ya amino inayolingana na msimbo kuu wa upande mwingine. Kazi ya tRNA ni kuiwasilisha kwa "semina," ambayo ni, kwa ribosomu, ambapo inaunganisha asidi ya amino muhimu.
rRNA ni ribosomal. Inadhibiti kiasi cha protini kinachozalishwa. Inajumuisha sehemu 2 - asidi ya amino na sehemu ya peptidi.

Tofauti pekee ya kusimbua ni kwamba RNA haina thymine. Badala ya thymine, uracil iko hapa. Lakini basi, wakati wa mchakato wa usanisi wa protini, tRNA bado huweka kwa usahihi asidi zote za amino. Ikiwa kushindwa yoyote hutokea katika habari ya decoding, basi mabadiliko hutokea.

Urekebishaji wa molekuli ya DNA iliyoharibiwa

Mchakato wa kurejesha strand mbili iliyoharibiwa inaitwa kutengeneza. Wakati wa mchakato wa ukarabati, jeni zilizoharibiwa huondolewa.

Kisha mlolongo unaohitajika wa vipengele hutolewa tena na kukatwa tena kwenye sehemu moja kwenye mnyororo kutoka ambapo iliondolewa. Yote hii hutokea shukrani kwa maalum kemikali- enzymes.

Kwa nini mabadiliko hutokea?

Kwa nini jeni zingine huanza kubadilika na kuacha kufanya kazi yao - kuhifadhi habari muhimu za urithi? Hii hutokea kwa sababu ya hitilafu katika kusimbua. Kwa mfano, ikiwa adenine inabadilishwa kwa bahati mbaya na thymine.

Pia kuna mabadiliko ya chromosomal na genomic. Mabadiliko ya kromosomu hutokea wakati sehemu za taarifa za urithi zinapotea, kunakiliwa, au hata kuhamishwa na kuingizwa kwenye kromosomu nyingine.

Mabadiliko ya genomic ni mbaya zaidi. Sababu yao ni mabadiliko katika idadi ya chromosomes. Hiyo ni, wakati badala ya jozi - seti ya diplodi, seti ya triploid iko kwenye karyotype.

Wengi mfano maarufu mabadiliko ya triploid ni Down syndrome, ambayo seti ya kibinafsi ya chromosomes ni 47. Katika watoto kama hao, chromosomes 3 huundwa badala ya jozi ya 21.

Pia kuna mutation inayojulikana inayoitwa polyploidy. Lakini polyploidy hutokea tu kwa mimea.

Watson na Crick walionyesha kwamba uundaji wa vifungo vya hidrojeni na helix mbili za kawaida inawezekana tu wakati msingi mkubwa wa purine adenine (A) katika mnyororo mmoja una kama mshirika wake katika mnyororo mwingine thymine ndogo ya msingi ya pyrimidine (T), na. guanini (G) inayohusishwa na cytosine (C). Mchoro huu unaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo: Mawasiliano A "T na G" C inaitwa kanuni ya kukamilishana, na minyororo yenyewe - nyongeza. Kwa mujibu wa sheria hii, maudhui ya adenine katika DNA daima ni sawa na maudhui ya thymine, na kiasi cha guanine daima ni sawa na kiasi cha cytosine. Ikumbukwe kwamba nyuzi mbili za DNA, ingawa zina tofauti za kikemia, hubeba habari sawa, kwani kwa sababu ya kukamilishana, uzi mmoja hubainisha nyingine.

Muundo wa RNA umeagizwa kidogo. Kawaida ni molekuli yenye nyuzi moja, ingawa RNA ya baadhi ya virusi ina nyuzi mbili. Lakini hata RNA hii ni rahisi zaidi kuliko DNA. Baadhi ya maeneo katika molekuli ya RNA yanakamilishana na, wakati uzi umepinda, jozi hadi kuunda miundo yenye nyuzi mbili (vipini vya nywele). Hii inatumika hasa kwa kuhamisha RNAs (tRNAs). Baadhi ya besi katika tRNA hurekebishwa baada ya molekuli kuunganishwa. Kwa mfano, wakati mwingine vikundi vya methyl huongezwa kwao.

KAZI YA NUCLEIC ACDS Moja ya kazi kuu za asidi ya nucleic ni kuamua awali ya protini. Taarifa kuhusu muundo wa protini zilizosimbwa katika mlolongo wa nucleotide wa DNA lazima zisambazwe kutoka kizazi kimoja hadi kingine, na kwa hiyo kunakili kwake bila makosa ni muhimu, i.e. awali ya molekuli sawa ya DNA (replication).Urudufishaji na unukuzi. Kutoka kwa mtazamo wa kemikali, awali asidi ya nucleic huu ni upolimishaji, i.e. uunganisho wa mfululizo wa vitalu vya ujenzi. Nucleoside triphosphates hutumika kama vitalu vile; majibu yanaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo:

Nishati inayohitajika kwa usanisi hutolewa wakati pyrofosfati inapoondolewa, na mmenyuko huo huchochewa na vimeng'enya maalum vinavyoitwa DNA polimasi.

Kama matokeo ya mchakato huo wa synthetic, tungepata polima na mlolongo wa nasibu misingi. Hata hivyo, polymerases nyingi hufanya kazi tu mbele ya asidi ya nucleic ya awali ya template, ambayo inaamuru ambayo nucleotide itaongezwa hadi mwisho wa mnyororo. Nucleotidi hii lazima iwe ya ziada kwa nucleotidi ya template inayofanana, hivyo mlolongo mpya inageuka kuwa inayosaidiana na ile ya asili. Kwa wakati huo kutumia uzi unaosaidiana kama kiolezo, tunapata nakala halisi ya nakala halisi.

DNA ina nyuzi mbili zinazosaidiana. Wakati wa kuiga, hutofautiana, na kila moja hutumika kama kiolezo cha usanisi wa mnyororo mpya:

Hii inaunda helikopta mbili mpya zenye mlolongo wa msingi sawa na DNA asili. Wakati mwingine mchakato wa kurudia "unashindwa" na mabadiliko hutokea (Angalia pia URITHI). Kama matokeo ya unukuzi wa DNA, RNA za seli (mRNA, rRNA na tRNA) huundwa:

Wao ni nyongeza kwa moja ya nyuzi za DNA na ni nakala ya kamba nyingine, isipokuwa kwamba uracil inachukua nafasi ya thymine. Kwa njia hii, unaweza kupata nakala nyingi za RNA za moja ya minyororo ya DNA.Katika seli ya kawaida, habari hupitishwa tu kwa mwelekeo wa DNA® DNA na DNA ® RNA. Hata hivyo, taratibu nyingine pia zinawezekana katika seli zilizoambukizwa na virusi: RNA® RNA na RNA ® DNA. Nyenzo za maumbile ya virusi vingi ni molekuli ya RNA, kwa kawaida iliyopigwa moja. Baada ya kupenya seli mwenyeji, RNA hii inaigwa na kuunda molekuli inayosaidia, ambayo, kwa upande wake, nakala nyingi za RNA ya asili ya virusi huunganishwa:

RNA ya virusi inaweza kuandikwa na enzyme- reverse transcriptase- katika DNA ambayo wakati mwingine hujumuishwa katika DNA ya kromosomu ya seli jeshi. DNA hii sasa hubeba jeni za virusi, na baada ya kunakili, virusi vya RNA vinaweza kuonekana kwenye seli. Hivyo baada muda mrefu, wakati ambapo hakuna virusi hugunduliwa kwenye seli, itatokea tena ndani yake bila kuambukizwa tena. Virusi ambazo nyenzo zake za kijenetiki huingizwa kwenye kromosomu ya seli mwenyeji mara nyingi ndio chanzo cha saratani.

Kanuni za suluhisho kazi za kawaida katika biolojia ya molekuli

Tatizo 1

Moja ya minyororo ya molekuli ya DNA ina mpangilio ufuatao wa nyukleotidi: ACG TAG CTA HCG... Andika mpangilio wa nyukleotidi katika mnyororo wa DNA wa ziada.

Ufafanuzi wa suluhisho la shida. Inajulikana kuwa minyororo miwili katika molekuli ya DNA imeunganishwa na vifungo vya hidrojeni kati ya nyukleotidi za ziada (A-T, G-C). Mpangilio wa nyukleotidi katika mnyororo wa DNA unaojulikana ni:

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

T G C A T C G A T C G C ni mpangilio wa nyukleotidi katika mfuatano wa DNA.

Jibu: mpangilio wa nyukleotidi katika safu ya ziada ya DNA: TGCATCGATTCGC

Tatizo 2

Mpangilio wa nyukleotidi katika mojawapo ya minyororo ya molekuli ya DNA ni kama ifuatavyo: AGCTACTACA... Amua mpangilio wa asidi ya amino katika polipeptidi iliyosimbwa na taarifa hii ya kijeni.

Ufafanuzi wa suluhisho la shida. Inajulikana kuwa matrix ya awali ya polypeptide ni molekuli ya mRNA, matrix ya awali ambayo, kwa upande wake, ni moja ya minyororo ya molekuli ya DNA. Hatua ya kwanza ya biosynthesis ya protini: uandishi - kuandika upya mpangilio wa nyukleotidi kutoka kwa mlolongo wa DNA hadi mRNA. Mchanganyiko wa mRNA hutokea kulingana na kanuni ya kukamilishana (A-U, G-C). Badala ya thymine katika mRNA, msingi wa nitrojeni ni uracil. Mstari wa DNA unaojulikana:

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

U C G A U G C A U G C U... ni mpangilio wa nyukleotidi katika i-RNA.

Asidi moja ya amino imesimbwa na nyukleotidi tatu za karibu za mnyororo wa i-RNA (kodoni) - tunavunja i-RNA kuwa kodoni:

UCG, AUG, CAU, HCU na kutumia meza ya codon tunapata amino asidi zinazofanana: UCG - inafanana na serine, AUG - methionine, CAC - hiscidine, HCU - alanine.

Jibu: mpangilio wa asidi ya amino katika polipeptidi iliyosimbwa: ser - met - gis - ala ...

Tatizo 3

Moja ya minyororo ya molekuli ya DNA ina mpangilio ufuatao wa nyukleotidi: GGCATGGATCAT...

a) Bainisha mfuatano wa asidi ya amino katika polipeptidi inayolingana ikiwa inajulikana kuwa RNA pia imeunganishwa kwenye uzi wa DNA.

b) Itabadilikaje? muundo wa msingi polypeptidi ikiwa nyukleotidi ya tatu imeshuka?

Ufafanuzi wa suluhisho la shida.

a) Inajulikana kuwa molekuli ya mRNA imeundwa kulingana na kanuni ya ukamilishano kwenye mojawapo ya minyororo ya molekuli ya DNA. Tunajua mpangilio wa nyukleotidi katika uzi mmoja wa DNA na tunaambiwa kwamba mRNA imeunganishwa kwenye uzi unaosaidia. Kwa hiyo, ni muhimu kujenga strand ya DNA ya ziada, kukumbuka kwamba adenine inafanana na thymine, na guanine kwa cytosine. Kamba mbili za DNA itaonekana kama hii:

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

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

Sasa unaweza kujenga molekuli na - RNA. Inapaswa kukumbuka kuwa badala ya thymine, molekuli ya RNA ina uracil. Kwa hivyo:

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….

Nucleotidi tatu zilizo karibu (triplet, codon) za mRNA huamua kuongezwa kwa asidi moja ya amino. Tunapata asidi ya amino inayolingana na mapacha matatu kwa kutumia jedwali la kodoni. Codon GHC inalingana na gly, A UG - ilikutana, GAU - asp, CAU - gis. Kwa hivyo, mlolongo wa asidi ya amino ya sehemu ya mnyororo wa polypeptide itakuwa: gly - met - asp - gis ...

b) Nucleotidi ya tatu ikianguka kwenye mnyororo wa molekuli ya DNA, itaonekana kama hii:

GGATGGATTSAT...

Mlolongo wa nyongeza: CCTACCTAGTA...

Taarifa i-RNA: GGAUGGAUCA...

Codons zote zitabadilika. GGA ya kwanza ya codon inalingana na gly ya amino asidi, UUG ya pili inafanana na tatu, AUC ya tatu inafanana na ile, na ya nne haijakamilika. Kwa hivyo, sehemu ya polypeptide itaonekana kama hii:

Gly - tatu - ile..., i.e. kutakuwa na mabadiliko makubwa katika mpangilio na idadi ya asidi ya amino katika polypeptide.

Jibu: a) mlolongo wa asidi ya amino katika polipeptidi: gly – met – asp – gis...,

b) baada ya kupotea kwa nyukleotidi ya tatu, mlolongo wa asidi ya amino kwenye polipeptidi ni: gly - tatu - ile...

Tatizo 4

Polipeptidi ina mpangilio ufuatao wa amino asidi: fen - tre - ala - ser - arg...

a) Bainisha mojawapo ya vibadala vya mfuatano wa nyukleotidi wa jeni inayosimba polipeptidi hii.

b) Ni tRNA zipi (ambazo anticodons) zinahusika katika usanisi wa protini hii? Andika moja ya chaguzi zinazowezekana.

Ufafanuzi wa suluhisho la shida.

a) Polypeptide ina mlolongo ufuatao amino asidi: fen - tre - ala - ser - arg... Kwa kutumia jedwali la kodoni, tunapata mojawapo ya mapacha matatu ambayo husimba amino asidi zinazolingana. Fen - UUU, tre - ATSU, ala - GCU, ser - AGU, arg - AGA. Kwa hivyo, mRNA inayosimba polipeptidi hii itakuwa na mlolongo wa nyukleotidi ufuatao:

UUUATSUGTSUAGUAGA...

Mpangilio wa nyukleotidi katika mkondo wa usimbaji wa DNA ni: AATGATCGATCATCT...

Mstari wa DNA wa ziada: TTTACTGCTAGTAGA...

b) Kwa kutumia jedwali la kodoni, tunapata mojawapo ya lahaja za mlolongo wa nukleotidi ya mRNA (kama ilivyo katika toleo la awali). Antikodoni za T-RNA ni nyongeza kwa kodoni za i-RNA:

i-RNA UUUATSUGTSUAGUAGA...

tRNA anticodons AAA, UGA, CGA, UCA, UCU

Jibu: a) mojawapo ya lahaja za mlolongo wa nyukleotidi kwenye jeni itakuwa:

AAATGATSGATTSATTST

TTTATCTTGCTAGTAGA,

b) t-RNA na anticodons (moja ya chaguo): AAA, UGA, CGA, UCA, UCU itashiriki katika awali ya protini hii.

Kazi za kujidhibiti

1. Moja ya minyororo ya kipande cha molekuli ya DNA ina mfuatano wa nyukleotidi ufuatao: AGTGATGTTGGTGTA... Muundo wa mnyororo wa pili wa molekuli ya DNA utakuwaje?

2. Sehemu ya mshororo mmoja wa DNA ina mfuatano ufuatao wa nyukleotidi: TGAACACTAGTTTAGAATACCA... Je, ni mlolongo upi wa amino asidi katika polipeptidi unaolingana na taarifa hii ya kijeni?

3. Sehemu ya mshororo mmoja wa DNA ina muundo ufuatao: TATTTCTTTTTTGT... Onyesha muundo wa sehemu inayolingana ya molekuli ya protini iliyounganishwa kwa ushiriki wa mnyororo wa ziada. Je, muundo wa msingi wa kipande cha protini utabadilikaje ikiwa nyukleotidi ya pili kutoka mwanzo itapotea?

4. Sehemu ya molekuli ya protini ina mlolongo ufuatao wa amino asidi: ser - ala - tyr - lei - asp... Ni tRNA gani (ambazo anticodons) zinahusika katika usanisi wa protini hii? Andika moja ya chaguzi zinazowezekana.

5. Andika mojawapo ya vibadala vya mfuatano wa nyukleotidi katika jeni ikiwa protini iliyosimbwa ina muundo msingi ufuatao:

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