DNA ve protein molekülleri neyi oluşturur? DNA yapısı

Gezegendeki tüm yaşam, çekirdeğin içerdiği genetik bilgi sayesinde organizasyon düzenini koruyan çok sayıda hücreden oluşur. Monomer birimlerinden oluşan karmaşık yüksek moleküllü bileşikler - nükleik asitler - nükleotidler tarafından depolanır, uygulanır ve iletilir. Nükleik asitlerin rolü fazla tahmin edilemez. Yapılarının stabilitesi vücudun normal işleyişini belirler ve yapıdaki herhangi bir sapma kaçınılmaz olarak hücresel organizasyonda, fizyolojik süreçlerin aktivitesinde ve genel olarak hücrelerin canlılığında değişikliklere yol açar.

Nükleotid kavramı ve özellikleri

Her RNA, daha küçük monomerik bileşiklerden (nükleotidler) birleştirilir. Başka bir deyişle, bir nükleotid, bir hücrenin ömrü boyunca gerekli olan nükleik asitler, koenzimler ve diğer birçok biyolojik bileşiğin yapı malzemesidir.

Bu temel maddelerin temel özellikleri şunlardır:

Miras alınan özellikler hakkında bilgi depolamak;
. büyüme ve üreme üzerinde kontrol uygulamak;
. metabolizmaya ve hücrede meydana gelen diğer birçok fizyolojik sürece katılım.

Nükleotidlerden bahsetmişken, yapıları ve bileşimleri gibi önemli bir konu üzerinde durmadan duramayız.

Her bir nükleotid şunlardan oluşur:

Şeker artığı;
. azotlu baz;
. fosfat grubu veya fosforik asit kalıntısı.

Bir nükleotidin karmaşık bir organik bileşik olduğunu söyleyebiliriz. Azotlu bazların tür bileşimine ve nükleotid yapısındaki pentoz tipine bağlı olarak, nükleik asitler aşağıdakilere ayrılır:

Deoksiribonükleik asit veya DNA;
. ribonükleik asit veya RNA.

Nükleik asit bileşimi

Nükleik asitlerde şeker pentoz ile temsil edilir. DNA'da deoksiriboz ve RNA'da riboz adı verilen beş karbonlu bir şekerdir. Her pentoz molekülünde beş karbon atomu bulunur; bunlardan dördü oksijen atomuyla birlikte beş üyeli bir halka oluşturur ve beşincisi HO-CH2 grubunun bir parçasıdır.

Pentoz molekülündeki her bir karbon atomunun konumu, asal bir Arap rakamı (1C', 2C', 3C', 4C', 5C') ile gösterilir. Bir nükleik asit molekülünden yapılan tüm okuma işlemlerinin kesin bir yönü olduğundan, karbon atomlarının numaralandırılması ve bunların halkadaki konumu, doğru yönün bir tür göstergesi olarak hizmet eder.

Hidroksil grubunda üçüncü ve beşinci karbon atomlarına (3C' ve 5C') bir fosforik asit kalıntısı bağlanır. DNA ve RNA'nın asit grubuna kimyasal bağlantısını belirler.

Şeker molekülündeki ilk karbon atomuna (1C') azotlu bir baz bağlanır.

Azotlu bazların tür bileşimi

Azotlu baz bazlı DNA nükleotidleri dört tiple temsil edilir:

Adenin (A);
. guanin (G);
. sitozin (C);
. timin (T).

İlk ikisi pürinler sınıfına, son ikisi ise pirimidinler sınıfına aittir. Molekül ağırlığı açısından pürinler her zaman pirimidinlerden daha ağırdır.

Azotlu baz bazlı RNA nükleotidleri aşağıdakilerle temsil edilir:

Adenin (A);
. guanin (G);
. sitozin (C);
. urasil (U).

Urasil, timin gibi bir pirimidin bazıdır.

Bilimsel literatürde nitrojenli bazlar için sıklıkla başka bir tanım bulabilirsiniz - Latin harfleriyle (A, T, C, G, U).

Pürinlerin ve pirimidinlerin kimyasal yapısı üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.

Pirimidinler, yani sitozin, timin ve urasil, altı üyeli bir halka oluşturan iki nitrojen atomu ve dört karbon atomundan oluşur. Her atomun 1'den 6'ya kadar kendi numarası vardır.

Pürinler (adenin ve guanin) bir pirimidin ve bir imidazol veya iki heterosiklden oluşur. Pürin bazı molekülü dört nitrojen atomu ve beş karbon atomu ile temsil edilir. Her atom 1'den 9'a kadar numaralandırılmıştır.

Azotlu bir bazın ve bir pentoz kalıntısının kombinasyonunun bir sonucu olarak bir nükleosid oluşur. Bir nükleotid, bir nükleozit ve bir fosfat grubunun bir bileşiğidir.

Fosfodiester bağlarının oluşumu

Nükleotidlerin bir polipeptit zincirine nasıl bağlanıp bir nükleik asit molekülü oluşturduğu sorusunu anlamak önemlidir. Bu, sözde fosfodiester bağları nedeniyle olur.

İki nükleotidin etkileşimi bir dinükleotid üretir. Yeni bir bileşiğin oluşumu, bir monomerin fosfat kalıntısı ile diğerinin pentozunun hidroksi grubu arasında bir fosfodiester bağı oluştuğunda yoğunlaşma yoluyla meydana gelir.

Polinükleotid sentezi, bu reaksiyonun tekrar tekrar (birkaç milyon kez) tekrarlanmasıdır. Polinükleotid zinciri, şekerlerin üçüncü ve beşinci karbonları (3C' ve 5C') arasında fosfodiester bağlarının oluşması yoluyla oluşturulur.

Polinükleotid birleşimi, bir zincirin serbest bir hidroksi grubu ile yalnızca bir uçtan (3') büyümesini sağlayan DNA polimeraz enziminin katılımıyla meydana gelen karmaşık bir işlemdir.

DNA molekül yapısı

Bir protein gibi bir DNA molekülü de birincil, ikincil ve üçüncül yapıya sahip olabilir.

Bir DNA zincirindeki nükleotidlerin sırası, birincil zincirini belirler; temeli tamamlayıcılık ilkesi olan hidrojen bağlarından oluşur. Başka bir deyişle, bir çift zincirin sentezi sırasında belirli bir model uygulanır: bir zincirdeki adenin diğer zincirin timine karşılık gelir, guanin sitozine karşılık gelir ve bunun tersi de geçerlidir. Adenin ve timin veya guanin ve sitozin çiftleri, ilk durumda iki ve ikinci durumda üç hidrojen bağından dolayı oluşur. Nükleotidlerin bu bağlantısı, zincirlerin güçlü bir şekilde bağlanmasını ve aralarında eşit mesafe olmasını sağlar.

Bir DNA zincirinin nükleotid dizisi bilindiğinde, ikincisi tamamlayıcılık veya ekleme ilkesi kullanılarak tamamlanabilir.

DNA'nın üçüncül yapısı, molekülünü daha kompakt hale getiren ve küçük bir hücre hacmine sığabilen karmaşık üç boyutlu bağlar nedeniyle oluşur. Örneğin E. coli'nin DNA uzunluğu 1 mm'den fazla iken hücre uzunluğu 5 mikrondan azdır.

DNA'daki nükleotidlerin sayısı, yani niceliksel oranları Chergaff kuralına uyar (pürin bazlarının sayısı her zaman pirimidin bazlarının sayısına eşittir). Nükleotidler arasındaki mesafe, moleküler ağırlıkları gibi 0,34 nm'ye eşit sabit bir değerdir.

Bir RNA molekülünün yapısı

RNA, bir pentoz (bu durumda riboz) ile bir fosfat kalıntısı arasında oluşturulan tek bir polinükleotid zinciriyle temsil edilir. Uzunluğu DNA'dan çok daha kısadır. Nükleotiddeki azotlu bazların tür kompozisyonunda da farklılıklar vardır. RNA'da pirimidin bazı timin yerine urasil kullanılır. Vücutta gerçekleştirilen işlevlere bağlı olarak RNA üç tipte olabilir.

Ribozomal (rRNA) - genellikle 3000 ila 5000 nükleotid içerir. Gerekli bir yapısal bileşen olarak, hücre protein biyosentezindeki en önemli süreçlerden birinin yeri olan ribozomların aktif merkezinin oluşumunda rol alır.
. Taşıma (tRNA) - ortalama 75 - 95 nükleotitten oluşur, istenen amino asidin ribozomdaki polipeptit sentezi bölgesine transferini gerçekleştirir. Her tRNA tipi (en az 40) kendine özgü monomer veya nükleotid dizisine sahiptir.
. Bilgi (mRNA) - nükleotit bileşiminde çok çeşitlidir. Genetik bilgiyi DNA'dan ribozomlara aktarır ve protein moleküllerinin sentezi için bir matris görevi görür.

Nükleotidlerin vücuttaki rolü

Hücredeki nükleotidler bir dizi önemli işlevi yerine getirir:

Nükleik asitler (purin ve pirimidin serisinin nükleotidleri) için yapı taşları olarak kullanılır;
. hücredeki birçok metabolik sürece katılır;
. hücrelerdeki ana enerji kaynağı olan ATP'nin bir parçasıdır;
. hücrelerdeki indirgeyici eşdeğerlerin taşıyıcıları olarak görev yapar (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
. biyodüzenleyicilerin işlevini yerine getirir;
. hücre dışı düzenli sentezin (örneğin cAMP veya cGMP) ikinci habercileri olarak düşünülebilir.

Bir nükleotid, daha karmaşık bileşikler (nükleik asitler) oluşturan monomerik bir birimdir; bunlar olmadan genetik bilginin aktarımı, depolanması ve çoğaltılması imkansızdır. Serbest nükleotidler, hücrelerin ve bir bütün olarak vücudun normal işleyişini destekleyen sinyalleme ve enerji süreçlerinde yer alan ana bileşenlerdir.

DNA molekülü çift sarmal oluşturan iki iplikten oluşur. Yapısı ilk kez 1953'te Francis Crick ve James Watson tarafından deşifre edildi.

İlk başta, birbiri etrafında bükülmüş bir çift nükleotid zincirinden oluşan DNA molekülü, neden bu özel şekle sahip olduğu konusunda soruları gündeme getirdi. Bilim adamları bu fenomeni tamamlayıcılık olarak adlandırıyor; bu, iplikçiklerinde yalnızca belirli nükleotidlerin karşılıklı olarak bulunabileceği anlamına geliyor. Örneğin, adenin her zaman timin'in karşısındadır ve guanin her zaman sitozinin karşısındadır. DNA molekülünün bu nükleotidlerine tamamlayıcı denir.

Şematik olarak şu şekilde tasvir edilmiştir:

T-A

C-G

Bu çiftler, amino asitlerin sırasını belirleyen kimyasal bir nükleotid bağı oluşturur. İlk durumda biraz daha zayıftır. C ve G arasındaki bağlantı daha güçlüdür. Tamamlayıcı olmayan nükleotidler birbirleriyle çift oluşturmazlar.

Bina hakkında

Yani DNA molekülünün yapısı özeldir. Bu şekle sahip olmasının bir nedeni var: Gerçek şu ki, nükleotidlerin sayısı çok fazla ve uzun zincirleri barındırmak için çok fazla alana ihtiyaç var. Bu nedenle zincirler spiral bir bükülme ile karakterize edilir. Bu olguya spiralleşme denir ve ipliklerin yaklaşık beş ila altı kat kısalmasına olanak tanır.

Vücut bu tipteki bazı molekülleri çok aktif olarak kullanır, bazıları ise nadiren kullanır. İkincisi, spiralleşmeye ek olarak, süperspiralizasyon gibi "kompakt paketlemeye" de uğrar. Daha sonra DNA molekülünün uzunluğu 25-30 kat azalır.

Bir molekülün “paketlenmesi” nedir?

Süper sarma işlemi histon proteinlerini içerir. Bir iplik makarası veya çubuğun yapısına ve görünümüne sahiptirler. Üzerlerine sarmal iplikler sarılır, bunlar hemen "kompakt bir şekilde paketlenir" ve az yer kaplar. Bir veya başka bir ipliği kullanma ihtiyacı ortaya çıktığında, bir makaradan, örneğin bir histon proteininden çözülür ve sarmal, iki paralel zincire ayrılır. DNA molekülü bu durumdayken gerekli genetik veriler ondan okunabilir. Ancak bir şartı var. Bilginin elde edilmesi ancak DNA molekülünün yapısının bükülmemiş bir forma sahip olması durumunda mümkündür. Okunmaya uygun kromozomlara ökromatinler denir ve aşırı sarmal olmaları durumunda zaten heterokromatinlerdir.

Nükleik asitler

Nükleik asitler de proteinler gibi biyopolimerlerdir. Ana işlev, kalıtsal (genetik bilginin) depolanması, uygulanması ve iletilmesidir. İki tipte gelirler: DNA ve RNA (deoksiribonükleik ve ribonükleik). İçlerindeki monomerler, her biri bir fosforik asit kalıntısı, bir beş karbonlu şeker (deoksiriboz/riboz) ve bir azotlu baz içeren nükleotidlerdir. DNA kodu 4 tip nükleotid içerir - adenin (A) / guanin (G) / sitozin (C) / timin (T). İçerdikleri azotlu baz bakımından farklılık gösterirler.

Bir DNA molekülünde nükleotidlerin sayısı çok büyük olabilir - birkaç binden onlarca ve yüz milyonlara kadar. Bu kadar dev moleküller elektron mikroskobuyla incelenebilir. Bu durumda, nükleotidlerin azotlu bazlarının hidrojen bağları ile birbirine bağlanan çift zincirli polinükleotid şeritlerini görebileceksiniz.

Araştırma

Araştırma sırasında bilim adamları, farklı canlı organizmalarda DNA molekülü türlerinin farklı olduğunu keşfettiler. Ayrıca bir zincirdeki guaninin yalnızca sitozine, timin ise adenine bağlanabildiği bulunmuştur. Nükleotidlerin bir zincirdeki düzeni kesinlikle paralel olana karşılık gelir. Polinükleotidlerin bu tamamlayıcılığı sayesinde DNA molekülü ikiye katlanma ve kendini çoğaltma yeteneğine sahiptir. Ancak önce, eşleştirilmiş nükleotitleri yok eden özel enzimlerin etkisi altındaki tamamlayıcı zincirler birbirinden ayrılır ve ardından her birinde eksik zincirin sentezi başlar. Bu, her hücrede büyük miktarlarda bulunan serbest nükleotidler nedeniyle oluşur. Bunun sonucunda “ana molekül” yerine bileşim ve yapı bakımından aynı olan iki “kız” molekül oluşur ve DNA kodu orijinal haline gelir. Bu süreç hücre bölünmesinin öncüsüdür. Ana hücrelerden yavru hücrelere ve sonraki tüm nesillere kalıtsal tüm bilgilerin aktarılmasını sağlar.

Gen kodu nasıl okunur?

Bugün sadece bir DNA molekülünün kütlesi hesaplanmıyor, aynı zamanda daha önce bilim adamlarının erişemediği daha karmaşık verileri de bulmak mümkün. Örneğin bir organizmanın kendi hücresini nasıl kullandığına dair bilgileri okuyabilirsiniz. Elbette bu bilgi ilk başta kodlanmış formdadır ve belirli bir matris formundadır ve bu nedenle özel bir taşıyıcıya, yani RNA'ya taşınması gerekir. Ribonükleik asit, nükleer membrandan hücrenin içine nüfuz edebilir ve içindeki kodlanmış bilgiyi okuyabilir. Yani RNA, çekirdekten hücreye kadar gizli bilgilerin taşıyıcısıdır ve DNA'dan farkı, deoksiriboz yerine riboz, timin yerine urasil içermesidir. Ayrıca RNA tek ipliklidir.

RNA sentezi

DNA'nın derinlemesine analizi, RNA'nın çekirdeği terk ettikten sonra sitoplazmaya girdiğini ve burada bir matris olarak ribozomlara (özel enzim sistemleri) entegre edilebildiğini göstermiştir. Alınan bilgilerin rehberliğinde, protein amino asitlerinin uygun dizisini sentezleyebilirler. Ribozom, üçlü koddan, oluşturucu protein zincirine hangi tür organik bileşiğin eklenmesi gerektiğini öğrenir. Her amino asidin, onu kodlayan kendine özgü bir üçlüsü vardır.

Zincirin oluşumu tamamlandıktan sonra belirli bir uzaysal form kazanarak hormonal, yapısal, enzimatik ve diğer fonksiyonlarını yerine getirebilen bir proteine ​​​​dönüşmektedir. Herhangi bir organizma için bu bir gen ürünüdür. Genlerin her türlü niteliği, özelliği ve tezahürü ondan belirlenir.

Genler

Sıralama işlemleri öncelikle bir DNA molekülünün yapısında kaç gen bulunduğunun bilgisini elde etmek için geliştirildi. Ve araştırmalar bilim adamlarının bu konuda büyük ilerleme kaydetmesine olanak sağlasa da bunların kesin sayısını bilmek henüz mümkün değil.

Daha birkaç yıl öncesine kadar DNA moleküllerinin yaklaşık 100 bin gen içerdiği sanılıyordu. Bir süre sonra bu rakam 80 bine düştü ve 1998 yılında genetikçiler bir DNA'da sadece 50 bin gen bulunduğunu, bunun da toplam DNA uzunluğunun yalnızca %3'ü olduğunu açıkladılar. Ancak genetikçilerin son sonuçları çarpıcıydı. Şimdi genomun bu birimlerden 25-40 bin tanesini içerdiğini iddia ediyorlar. Proteinlerin kodlanmasından kromozomal DNA'nın yalnızca %1,5'inin sorumlu olduğu ortaya çıktı.

Araştırma bununla sınırlı kalmadı. Genetik mühendisliği uzmanlarından oluşan paralel bir ekip, bir moleküldeki gen sayısının tam olarak 32 bin olduğunu buldu. Gördüğünüz gibi kesin bir cevap almak hala mümkün değil. Çok fazla çelişki var. Tüm araştırmacılar yalnızca sonuçlarına güvenirler.

Evrim var mıydı?

Molekülün evrimine dair hiçbir kanıt olmamasına rağmen (DNA molekülünün yapısı kırılgan ve küçük olduğundan), bilim adamları yine de bir varsayımda bulundular. Laboratuvar verilerine dayanarak, şu versiyonu dile getirdiler: Ortaya çıkışının ilk aşamasında molekül, eski okyanuslarda bulunan 32'ye kadar amino asidi içeren, kendi kendini kopyalayan basit bir peptit formuna sahipti.

Kendi kendini kopyalamanın ardından moleküller, doğal seçilim kuvvetleri sayesinde kendilerini dış etkenlerden koruma yeteneği kazandı. Daha uzun yaşamaya ve daha büyük miktarlarda üremeye başladılar. Kendilerini lipit balonunun içinde bulan moleküllerin kendilerini yeniden üretme şansı vardı. Bir dizi ardışık döngünün bir sonucu olarak, lipit kabarcıkları, hücre zarlarının ve ardından iyi bilinen parçacıkların şeklini aldı. Bugün, bir DNA molekülünün herhangi bir bölümünün, bilim adamlarının tüm özelliklerini henüz tam olarak incelemediği, karmaşık ve açıkça işleyen bir yapı olduğu unutulmamalıdır.

Modern dünya

Geçtiğimiz günlerde İsrailli bilim insanları saniyede trilyonlarca işlem gerçekleştirebilen bir bilgisayar geliştirdiler. Bugün dünyadaki en hızlı arabadır. Bütün sır, yenilikçi cihazın DNA tarafından desteklenmesidir. Profesörler yakın gelecekte bu tür bilgisayarların enerji bile üretebileceğini söylüyor.

Bir yıl önce, Rehovot'taki (İsrail) Weizmann Enstitüsü'nden uzmanlar, moleküller ve enzimlerden oluşan programlanabilir bir moleküler hesaplama makinesinin yaratıldığını duyurdular. Silikon mikroçipleri onlarla değiştirdiler. Bugüne kadar ekip daha da ilerleme kaydetti. Artık yalnızca bir DNA molekülü bilgisayara gerekli verileri ve gerekli yakıtı sağlayabilir.

Biyokimyasal “nanobilgisayarlar” bir kurgu değil; doğada zaten varlar ve her canlıda kendini gösteriyorlar. Ancak çoğu zaman insanlar tarafından yönetilmezler. Bir kişi henüz herhangi bir bitkinin genomu üzerinde örneğin "Pi" sayısını hesaplamak için işlem yapamaz.

Verileri depolamak/işlemek için DNA'yı kullanma fikri ilk olarak 1994 yılında bilim adamlarının aklına geldi. O zamanlar basit bir matematik problemini çözmek için bir molekül kullanıldı. O zamandan bu yana, bir dizi araştırma grubu DNA bilgisayarlarıyla ilgili çeşitli projeler önerdi. Ancak burada tüm girişimler yalnızca enerji molekülüne dayanıyordu. Böyle bir bilgisayarı çıplak gözle göremezsiniz; bir test tüpündeki şeffaf su çözeltisine benziyor. İçinde hiçbir mekanik parça yok, yalnızca trilyonlarca biyomoleküler cihaz var - ve bu yalnızca bir damla sıvıda!

İnsan DNA'sı

İnsanlar, bilim adamlarının dünyaya ilk kez çift sarmallı DNA modelini gösterebildiği 1953 yılında insan DNA'sının türünün farkına vardılar. Bunun için Kirk ve Watson, bu keşif 20. yüzyılda temel hale geldiğinden Nobel Ödülü'nü aldı.

Elbette zamanla, yapılandırılmış bir insan molekülünün yalnızca önerilen versiyondaki gibi görünmeyeceğini kanıtladılar. Daha detaylı bir DNA analizi yaptıktan sonra A-, B- ve solak Z- formunu keşfettiler. Form A- genellikle bir istisnadır, çünkü yalnızca nem eksikliği olduğunda oluşur. Ancak bu ancak laboratuvar çalışmalarında mümkündür; doğal ortam için bu anormaldir; canlı bir hücrede böyle bir süreç meydana gelemez.

B şekli klasiktir ve çift sağ zincir olarak bilinir, ancak Z şekli sadece sola ters yönde bükülmez, aynı zamanda daha zikzak bir görünüme de sahiptir. Bilim adamları ayrıca G-dörtlü formunu da tanımladılar. Yapısında 2 değil 4 iplik vardır. Genetikçilere göre bu form, guanin miktarının fazla olduğu bölgelerde ortaya çıkıyor.

Yapay DNA

Bugün zaten gerçeğinin birebir kopyası olan yapay DNA var; doğal çift sarmalın yapısını mükemmel şekilde takip eder. Ancak orijinal polinükleotidin aksine yapay olanın yalnızca iki ek nükleotidi vardır.

Dublaj, gerçek DNA üzerinde yapılan çeşitli çalışmalardan elde edilen bilgilere dayanılarak oluşturulduğu için aynı zamanda kopyalanabilir, kendini kopyalayabilir ve gelişebilir. Uzmanlar yaklaşık 20 yıldır böyle yapay bir molekülün oluşturulması üzerinde çalışıyor. Sonuç, genetik kodu doğal DNA ile aynı şekilde kullanabilen muhteşem bir buluş.

Genetikçiler, mevcut dört azotlu baza, doğal bazların kimyasal modifikasyonu ile oluşturulan iki baz daha ekledi. Doğal DNA'nın aksine yapay DNA'nın oldukça kısa olduğu ortaya çıktı. Sadece 81 baz çifti içerir. Ancak aynı zamanda çoğalır ve gelişir.

Yapay olarak elde edilen bir molekülün kopyalanması, polimeraz zincir reaksiyonu sayesinde gerçekleşir, ancak şu ana kadar bu bağımsız olarak değil, bilim adamlarının müdahalesiyle gerçekleşir. Söz konusu DNA'ya bağımsız olarak gerekli enzimleri ekleyerek onu özel hazırlanmış bir sıvı ortama yerleştirirler.

Nihai sonuç

DNA gelişiminin süreci ve nihai sonucu, mutasyonlar gibi çeşitli faktörlerden etkilenebilir. Bu, analiz sonucunun güvenilir ve güvenilir olması için madde örneklerinin incelenmesini gerekli kılar. Bir örnek babalık testidir. Ancak mutasyon gibi olayların nadir görülmesine sevinmeden edemiyoruz. Ancak analize dayalı olarak daha doğru bilgi elde etmek için madde numuneleri her zaman yeniden kontrol edilir.

Bitki DNA'sı

Yüksek dizileme teknolojileri (HTS) sayesinde genomik alanında da bir devrim sağlandı; bitkilerden DNA ekstraksiyonu da mümkün. Elbette, bitki materyalinden yüksek kaliteli moleküler ağırlıklı DNA elde etmek, mitokondri ve kloroplast DNA'nın çok sayıda kopyasının yanı sıra yüksek düzeyde polisakkaritler ve fenolik bileşikler nedeniyle bazı zorluklar doğurmaktadır. Bu durumda ele aldığımız yapıyı izole etmek için çeşitli yöntemler kullanılır.

DNA'daki hidrojen bağı

DNA molekülündeki hidrojen bağı, elektronegatif bir atoma bağlı pozitif yüklü bir hidrojen atomu arasında oluşturulan elektromanyetik çekimden sorumludur. Bu dipol etkileşimi kimyasal bağ kriterini karşılamıyor. Ancak moleküller arası veya molekülün farklı kısımlarında yani molekül içi olarak meydana gelebilir.

Bağın donörü olan elektronegatif atoma bir hidrojen atomu bağlanır. Elektronegatif bir atom nitrojen, flor veya oksijen olabilir. Merkezileşme yoluyla, hidrojen çekirdeğindeki elektron bulutunu kendine çeker ve hidrojen atomunu (kısmen) pozitif yüklü hale getirir. H'nin boyutu diğer molekül ve atomlara göre küçük olduğundan yükü de küçüktür.

DNA kod çözme

Bilim insanları bir DNA molekülünü deşifre etmeden önce çok sayıda hücre alıyor. En doğru ve başarılı çalışma için yaklaşık bir milyona ihtiyaç vardır. Çalışma sırasında elde edilen sonuçlar sürekli karşılaştırılarak kayıt altına alınır. Günümüzde genom kod çözme artık nadir görülen bir işlem değil, erişilebilir bir prosedürdür.

Elbette tek bir hücrenin genomunun şifresini çözmek pratik olmayan bir çalışmadır. Bu tür çalışmalar sırasında elde edilen veriler bilim adamlarının ilgisini çekmiyor. Ancak şu anda mevcut olan tüm kod çözme yöntemlerinin, karmaşıklıklarına rağmen yeterince etkili olmadığını anlamak önemlidir. DNA'nın yalnızca %40-70'inin okunmasına izin verecekler.

Ancak Harvard profesörleri geçtiğimiz günlerde genomun %90'ının çözülebileceği bir yöntemi duyurdular. Teknik, izole edilmiş hücrelere primer moleküllerin eklenmesine dayanır, bunların yardımıyla DNA replikasyonu başlar. Ancak bu yöntemin bile başarılı olduğu söylenemez; bilimde açıkça kullanılmadan önce yine de iyileştirilmesi gerekiyor.

İLE nükleik asitler Hidroliz sırasında pürin ve pirimidin bazları, pentoz ve fosforik asit halinde ayrışan yüksek polimerli bileşikleri içerir. Nükleik asitler karbon, hidrojen, fosfor, oksijen ve nitrojen içerir. İki sınıf nükleik asit vardır: ribonükleik asitler (RNA) Ve deoksiribonükleik asitler (DNA).

DNA'nın yapısı ve fonksiyonları

DNA- monomerleri deoksiribonükleotidler olan bir polimer. DNA molekülünün çift sarmal biçimindeki uzamsal yapısının bir modeli 1953 yılında J. Watson ve F. Crick tarafından önerildi (bu modeli oluşturmak için M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff'ın çalışmalarını kullandılar) ).

DNA molekülü Birbiri etrafında ve hayali bir eksen etrafında birlikte sarmal olarak bükülmüş iki polinükleotid zincirinden oluşur; çift ​​sarmaldır (bazı DNA içeren virüslerin tek sarmallı DNA'ya sahip olması dışında). DNA çift sarmalının çapı 2 nm, bitişik nükleotidler arasındaki mesafe 0,34 nm'dir ve sarmalın dönüşü başına 10 nükleotid çifti vardır. Molekülün uzunluğu birkaç santimetreye ulaşabilir. Molekül ağırlığı - onlarca ve yüz milyonlarca. Bir insan hücresinin çekirdeğindeki DNA'nın toplam uzunluğu yaklaşık 2 m'dir. Ökaryotik hücrelerde DNA, proteinlerle kompleksler oluşturur ve spesifik bir uzaysal yapıya sahiptir.

DNA monomeri - nükleotid (deoksiribonükleotid)- üç maddenin kalıntılarından oluşur: 1) azotlu bir baz, 2) beş karbonlu bir monosakarit (pentoz) ve 3) fosforik asit. Nükleik asitlerin azotlu bazları pirimidin ve pürin sınıflarına aittir. DNA pirimidin bazları(moleküllerinde bir halka bulunur) - timin, sitozin. Pürin bazları(iki halkası vardır) - adenin ve guanin.

DNA nükleotid monosakkariti deoksiribozdur.

Bir nükleotidin adı karşılık gelen bazın adından türetilir. Nükleotidler ve azotlu bazlar büyük harflerle gösterilir.

Polinükleotid zinciri, nükleotid yoğunlaşma reaksiyonlarının bir sonucu olarak oluşur. Bu durumda, bir nükleotidin deoksiriboz kalıntısının 3"-karbonu ile diğerinin fosforik asit kalıntısı arasında, fosfoester bağı(güçlü kovalent bağlar kategorisine aittir). Polinükleotid zincirinin bir ucu 5" karbonla (5" uç olarak adlandırılır) biter, diğer ucu ise 3" karbonla (3" uç) biter.

Nükleotidlerin bir ipliğinin karşısında ikinci bir iplik bulunur. Bu iki zincirdeki nükleotidlerin dizilişi rastgele değil, kesin olarak tanımlanmıştır: Timin her zaman diğer zincirdeki bir zincirin adenininin karşısında bulunur ve sitozin her zaman guaninin karşısında bulunur, adenin ve timin arasında iki hidrojen bağı oluşur ve üç Guanin ve sitozin arasında hidrojen bağları oluşur. Farklı DNA zincirlerinin nükleotidlerinin kesin olarak sıralandığı (adenin - timin, guanin - sitozin) ve seçici olarak birbirleriyle bağlandığı modele denir tamamlayıcılık ilkesi. J. Watson ve F. Crick'in, E. Chargaff'ın çalışmalarına aşina olduktan sonra tamamlayıcılık ilkesini anlamaya başladıklarını belirtmek gerekir. Çeşitli organizmaların çok sayıda doku ve organ örneğini inceleyen E. Chargaff, herhangi bir DNA fragmanında guanin kalıntılarının içeriğinin her zaman tam olarak sitozin içeriğine ve adeninin timin içeriğine tam olarak karşılık geldiğini buldu ( "Chargaff kuralı"), ancak bu gerçeği açıklayamadı.

Tamamlayıcılık ilkesinden, bir zincirin nükleotid dizisinin diğerinin nükleotid dizisini belirlediği sonucu çıkar.

DNA iplikçikleri antiparaleldir (çok yönlü), yani. Farklı zincirlerin nükleotidleri zıt yönlerde bulunur ve bu nedenle bir zincirin 3" ucunun karşısında diğerinin 5" ucu bulunur. DNA molekülü bazen sarmal bir merdivene benzetilir. Bu merdivenin "korkuluğu" bir şeker-fosfat omurgasıdır (alternatif deoksiriboz ve fosforik asit kalıntıları); “adımlar” tamamlayıcı azotlu bazlardır.

DNA'nın işlevi- kalıtsal bilgilerin depolanması ve iletilmesi.

DNA replikasyonu (reduplikasyon)

- DNA molekülünün ana özelliği olan kendi kendini kopyalama süreci. Replikasyon, matris sentezi reaksiyonları kategorisine aittir ve enzimlerin katılımıyla gerçekleşir. Enzimlerin etkisi altında DNA molekülü çözülür ve her zincirin etrafında tamamlayıcılık ve antiparalellik ilkelerine göre şablon görevi gören yeni bir zincir oluşturulur. Böylece her yavru DNA'da bir iplik ana ipliktir ve ikincisi yeni sentezlenir. Bu sentez yöntemine denir yarı muhafazakar.

Çoğaltma için “yapı malzemesi” ve enerji kaynağı deoksiribonükleosit trifosfatlar(ATP, TTP, GTP, CTP), üç fosforik asit kalıntısı içerir. Deoksiribonükleosit trifosfatlar bir polinükleotid zincirine dahil edildiğinde, iki terminal fosforik asit kalıntısı ayrılır ve açığa çıkan enerji, nükleotidler arasında bir fosfodiester bağı oluşturmak için kullanılır.

Aşağıdaki enzimler replikasyonda rol oynar:

1. helikazlar (“çözen” DNA);
2. istikrarsızlaştırıcı proteinler;
3. DNA topoizomerazları (kesilmiş DNA);
4. DNA polimerazları (deoksiribonükleosit trifosfatları seçin ve bunları tamamlayıcı olarak DNA şablon zincirine ekleyin);
5. RNA primazları (RNA primerlerini oluşturur);
6. DNA ligazları (DNA parçalarını birbirine bağlar).

Helikazların yardımıyla DNA belirli bölümlerde çözülür, DNA'nın tek sarmallı bölümleri dengesizleştirici proteinlerle bağlanır ve çoğaltma çatalı. 10 nükleotid çiftinin farklılaşmasıyla (sarmalın bir dönüşü), DNA molekülünün kendi ekseni etrafında tam bir devrim yapması gerekir. Bu dönüşü önlemek için DNA topoizomeraz, DNA'nın bir sarmalını keserek ikinci sarmalın etrafında dönmesine izin verir.

DNA polimeraz, bir nükleotidi önceki nükleotidin deoksiribozunun yalnızca 3" karbonuna bağlayabilir, dolayısıyla bu enzim şablon DNA boyunca yalnızca tek bir yönde hareket edebilir: bu şablon DNA'nın 3" ucundan 5" ucuna kadar. Ana DNA'daki zincirler antiparalel olduğundan, farklı zincirlerde yavru polinükleotid zincirlerinin birleşimi farklı şekilde ve zıt yönlerde gerçekleşir, yavru polinükleotid zincirinin sentezi kesintisiz olarak gerçekleşir; kız zincir çağrılacak; önde gelen. 5"-3" zincir üzerinde - aralıklı olarak, parçalar halinde ( Okazaki'nin parçaları), replikasyonun tamamlanmasından sonra DNA ligazları tarafından tek bir iplikçik halinde dikilir; bu alt zincire çağrılacak gecikme (geride kalmak).

DNA polimerazın özel bir özelliği, çalışmaya ancak "tohumlar" (astar). "Primerlerin" rolü, RNA primaz enzimi tarafından oluşturulan ve şablon DNA ile eşleştirilen kısa RNA dizileri tarafından gerçekleştirilir. Polinükleotid zincirlerinin birleştirilmesi tamamlandıktan sonra RNA primerleri çıkarılır.

Çoğaltma prokaryotlarda ve ökaryotlarda benzer şekilde ilerler. Prokaryotlarda DNA sentezi hızı, ökaryotlara (saniyede 100 nükleotid) kıyasla çok daha yüksektir (saniyede 1000 nükleotid). Çoğaltma, DNA molekülünün birkaç yerinde aynı anda başlar. Bir replikasyon kaynağından diğerine uzanan bir DNA parçası, bir replikasyon birimi oluşturur. kopya.

Replikasyon hücre bölünmesinden önce gerçekleşir. DNA'nın bu yeteneği sayesinde kalıtsal bilgiler ana hücreden yavru hücrelere aktarılır.

Onarım (“onarım”)

Tazminatlar DNA'nın nükleotid dizisine verilen hasarın ortadan kaldırılması süreci denir. Hücrenin özel enzim sistemleri tarafından gerçekleştirilir ( onarım enzimleri). DNA yapısını eski haline getirme sürecinde aşağıdaki aşamalar ayırt edilebilir: 1) DNA onarım nükleazları, DNA zincirinde bir boşluk oluşması sonucunda hasarlı alanı tanır ve uzaklaştırır; 2) DNA polimeraz, ikinci (“iyi”) iplikten bilgiyi kopyalayarak bu boşluğu doldurur; 3) DNA ligaz nükleotidleri “çapraz bağlar” ve onarımı tamamlar.

En çok çalışılan üç onarım mekanizması vardır: 1) foto-onarım, 2) eksizyonel veya replikasyon öncesi onarım, 3) replikasyon sonrası onarım.

Reaktif metabolitlerin, ultraviyole radyasyonun, ağır metallerin ve tuzlarının vb. etkisi altında hücrede sürekli olarak DNA yapısında değişiklikler meydana gelir. Bu nedenle onarım sistemlerindeki kusurlar, mutasyon süreçlerinin hızını artırır ve kalıtsal hastalıklara (kseroderma pigmentosum, progeria, vesaire.).

RNA'nın yapısı ve fonksiyonları

- monomerleri olan bir polimer ribonükleotidler. DNA'nın aksine, RNA iki değil, bir polinükleotid zincirinden oluşur (RNA içeren bazı virüslerin çift sarmallı RNA'ya sahip olması hariç). RNA nükleotidleri birbirleriyle hidrojen bağları oluşturma yeteneğine sahiptir. RNA zincirleri DNA zincirlerinden çok daha kısadır.

RNA monomeri - nükleotid (ribonükleotid)- üç maddenin kalıntılarından oluşur: 1) azotlu bir baz, 2) beş karbonlu bir monosakarit (pentoz) ve 3) fosforik asit. RNA'nın azotlu bazları ayrıca pirimidinler ve pürinler sınıflarına aittir.

RNA'nın pirimidin bazları urasil ve sitozin, pürin bazları ise adenin ve guanindir. RNA nükleotid monosakarit ribozdur.

Vurgula üç tip RNA: 1) bilgilendirici(haberci) RNA - mRNA (mRNA), 2) ulaşım RNA - tRNA, 3) ribozomal RNA - rRNA.

Tüm RNA türleri dallanmamış polinükleotitlerdir, belirli bir uzaysal yapıya sahiptir ve protein sentezi süreçlerinde yer alır. Her türlü RNA'nın yapısına ilişkin bilgi DNA'da saklanır. Bir DNA şablonu üzerinde RNA'nın sentezlenmesi işlemine transkripsiyon denir.

Transfer RNA'ları genellikle 76 (75'ten 95'e kadar) nükleotit içerir; moleküler ağırlık - 25.000-30.000, hücredeki toplam RNA içeriğinin yaklaşık% 10'unu oluşturur. tRNA'nın fonksiyonları: 1) amino asitlerin protein sentezi bölgesine, ribozomlara taşınması, 2) translasyon aracısı. Bir hücrede yaklaşık 40 tür tRNA bulunur ve bunların her biri benzersiz bir nükleotid dizisine sahiptir. Bununla birlikte, tüm tRNA'lar, tRNA'ların yonca yaprağı benzeri bir konformasyon kazanması nedeniyle birkaç molekül içi tamamlayıcı bölgeye sahiptir. Herhangi bir tRNA'da ribozomla temas için bir halka (1), bir antikodon halkası (2), enzimle temas için bir halka (3), bir alıcı kök (4) ve bir antikodon (5) bulunur. Amino asit, alıcı sapın 3" ucuna eklenir. Antikodon- mRNA kodonunu "tanımlayan" üç nükleotid. Spesifik bir tRNA'nın, antikodonuna karşılık gelen kesin olarak tanımlanmış bir amino asidi taşıyabileceği vurgulanmalıdır. Amino asit ve tRNA arasındaki bağlantının özgüllüğü, aminoasil-tRNA sentetaz enziminin özelliklerinden dolayı elde edilir.

Ribozomal RNA 3000-5000 nükleotid içerir; moleküler ağırlık - 1.000.000-1.500.000 rRNA, hücredeki toplam RNA içeriğinin% 80-85'ini oluşturur. Ribozomal proteinlerle kompleks halinde rRNA, protein sentezini gerçekleştiren organeller olan ribozomları oluşturur. Ökaryotik hücrelerde rRNA sentezi nükleollerde meydana gelir. rRNA'nın fonksiyonları: 1) ribozomların gerekli bir yapısal bileşeni ve dolayısıyla ribozomların çalışmasının sağlanması; 2) ribozom ve tRNA'nın etkileşiminin sağlanması; 3) ribozomun ve mRNA'nın başlatıcı kodonunun ilk bağlanması ve okuma çerçevesinin belirlenmesi, 4) ribozomun aktif merkezinin oluşumu.

Haberci RNA'lar nükleotid içeriği ve molekül ağırlığı bakımından değişiklik gösterdi (50.000'den 4.000.000'e kadar). mRNA, hücredeki toplam RNA içeriğinin %5'ine kadarını oluşturur. mRNA'nın fonksiyonları: 1) genetik bilginin DNA'dan ribozomlara aktarılması, 2) bir protein molekülünün sentezi için matris, 3) bir protein molekülünün birincil yapısının amino asit dizisinin belirlenmesi.

ATP'nin yapısı ve işlevleri

Adenozin trifosforik asit (ATP)- Canlı hücrelerde evrensel bir kaynak ve ana enerji akümülatörü. ATP tüm bitki ve hayvan hücrelerinde bulunur. ATP miktarı ortalama %0,04'tür (hücrenin ıslak ağırlığının), en büyük ATP miktarı (%0,2-0,5) iskelet kaslarında bulunur.

ATP artıklardan oluşur: 1) azotlu bir baz (adenin), 2) bir monosakarit (riboz), 3) üç fosforik asit. ATP bir değil üç fosforik asit kalıntısı içerdiğinden ribonükleosit trifosfatlara aittir.

Hücrelerde meydana gelen işlerin çoğu, ATP hidrolizinin enerjisini kullanır. Bu durumda fosforik asitin terminal kalıntısı elimine edildiğinde ATP, ADP'ye (adenozin difosforik asit) dönüşür, ikinci fosforik asit kalıntısı elimine edildiğinde ise AMP'ye (adenozin monofosforik asit) dönüşür. Fosforik asidin hem terminal hem de ikinci kalıntılarının eliminasyonu üzerine serbest enerji verimi 30.6 kJ'dir. Üçüncü fosfat grubunun eliminasyonuna yalnızca 13,8 kJ'lik bir salınım eşlik eder. Terminal ile fosforik asidin ikinci, ikinci ve birinci kalıntıları arasındaki bağlara makroerjik (yüksek enerji) adı verilir.

ATP rezervleri sürekli olarak yenilenir. Tüm organizmaların hücrelerinde ATP sentezi fosforilasyon sürecinde meydana gelir, yani. ADP'ye fosforik asit eklenmesi. Fosforilasyon, solunum (mitokondri), glikoliz (sitoplazma) ve fotosentez (kloroplastlar) sırasında değişen yoğunlukta meydana gelir.

ATP, enerjinin salınması ve birikmesiyle birlikte gerçekleşen süreçler ile enerji harcamasıyla meydana gelen süreçler arasındaki ana bağlantıdır. Ek olarak ATP, diğer ribonükleosit trifosfatlarla (GTP, CTP, UTP) birlikte RNA sentezi için bir substrattır.

Git 3 numaralı dersler“Proteinlerin yapısı ve fonksiyonları. Enzimler"

Git 5 numaralı dersler"Hücre teorisi. Hücresel organizasyon türleri"

15.04.2015 13.10.2015

“Çift sarmalın” yapısının özellikleri ve işlevselliği

Yeni doğmuş bir bebeğin vücudunda genetik alışkanlıkları, özellikleri ve kalıtsal değişiklikleri olmayan bir insanı hayal etmek zordur. Tüm bilgilerin, genetik nükleotid zincirinin taşıyıcıları olan kötü şöhretli genlerde kodlandığı ortaya çıktı.

DNA'nın keşfinin tarihi

DNA molekülünün yapısı ilk kez 1869'da dünyaya tanındı. EĞER. Miescher, canlı organizmaların gelişimi için genetik kodun iletilmesinden sorumlu hücrelerden veya daha doğrusu moleküllerden oluşan iyi bilinen DNA adını türetmiştir. İlk başta bu maddeye nüklein adı verildi; uzun süre kimse yapının zincir sayısını ve işleyiş şekillerini belirleyemedi.

Bugün, bilim adamları nihayet 4 tip nükleotid içeren DNA'nın bileşimini çıkardılar ve bu da şunları içerir:

· fosfor kalıntıları H3PO4;

· peptozlar C5H10O4;

· azotlu baz.

Tüm bu elementler hücrede bulunur ve DNA'nın bir parçasıdır ve 1953 yılında F. Crick ve D. Watson tarafından geliştirilen çift sarmal halinde birleştirilir. Araştırmaları bilim ve tıp dünyasında çığır açmış, çalışma birçok bilimsel çalışmanın temelini oluşturmuş ve her insanın genetik kalıtımını anlamanın kapılarını açmıştır.

Bağlantı yapısı

DNA molekülü çekirdekte bulunur ve birçok farklı işlevi yerine getirir. Maddenin ana rolünün gen bilgisini depolamak olmasına rağmen bileşikler aşağıdaki iş türlerinden sorumludur:

· bir amino asidi kodlar;

· vücut hücrelerinin işleyişini kontrol etmek;

· genlerin dışsal tezahürü için protein üretir.

Bağlantının her bir parçası, kromatitler adı verilen spiral şekilli iplikler oluşturur. Heliksin yapısal birimleri zincirin ortasında yer alan ve DNA'nın ikiye katlanmasını sağlayan nükleotitlerdir. Şöyle gidiyor:

1. Vücut hücresindeki özel enzimler sayesinde sarmal çözülür.

2. Hidrojen bağları birbirinden ayrılarak enzim - polimerazı serbest bırakır.

3. Ana DNA molekülü, 30 nükleotidlik tek sarmallı bir fragmanla birleşir.

4. Bir ipliğin anne, ikincisi sentetik olduğu iki molekül oluşur.

Nükleotid zincirleri başka neden ipliğin etrafına sarılır? Gerçek şu ki, enzimlerin sayısı çok fazladır ve bu nedenle aynı eksene kolaylıkla sığarlar. Bu olguya spiralleşme denir; iplikler birkaç kez, bazen 30 birime kadar kısaltılır.

DNA'nın tıpta kullanılmasına yönelik moleküler genetik yöntemler

DNA molekülü, insanlığın nükleotid bileşiklerinin yapısını çeşitli şekillerde kullanmasını mümkün kılmıştır. Öncelikle kalıtsal hastalıkların teşhisi için. Birleştirilmiş kalıtımdan kaynaklanan monogenik hastalıklar için. Bulaşıcı, onkolojik aşırılıkların geçmişini tanımlarken. Ve ayrıca adli tıpta kişisel kimlik tespiti için.

DNA'yı kullanmanın pek çok olasılığı var; bugün, bileşiklerin yapılarını geliştirme ve moleküler biyoalanı teşhis etme konsepti sayesinde ölümcül olanlar listesinden çıkan monogenik hastalıkların bir listesi var. Gelecekte, bireysel nitelikteki yaygın hastalıkların tüm listesini içerecek bir "yenidoğanın genetik belgesinden" bahsedebiliriz.

Tüm moleküler genetik süreçler henüz incelenmemiştir; bu oldukça karmaşık ve emek yoğun bir mekanizmadır. Belki de yakın gelecekte birçok genetik hastalık, kişinin başlangıçtaki yaşamının yapısını değiştirerek önlenebilir!

Bu maddeye dayanarak gelecekte başka neler planlanıyor?

Nükleotid iplikçiklerine dayanan bilgisayar programlarının, süper akıllı bilgisayar robotları yaratma konusunda parlak umutları var. Bu fikrin kurucusu L. Adleman'dır.

Buluşun fikri şudur: Her iplik için, birbirleriyle karıştırılan ve RNA'nın farklı versiyonlarını oluşturan bir dizi moleküler baz sentezlenir. Böyle bir bilgisayar, verileri %99,8'e varan doğrulukla yürütebilecektir. İyimser bilim adamlarına göre bu yön yakında egzotik olmaktan çıkacak ve 10 yıl içinde görünür bir gerçekliğe dönüşecek.

DNA bilgisayarları canlı hücrelere yerleştirilecek ve vücudun biyokimyasal süreçleriyle etkileşime girecek dijital programları yürütecek. Bu tür moleküllerin ilk tasarımları zaten icat edildi, bu da onların seri üretiminin yakında başlayacağı anlamına geliyor.

DNA Hakkında Şaşırtıcı ve Sıradışı Gerçekler

İlginç bir tarihsel gerçek, "Homo sapiens"in yıllar önce Neandertallerle çiftleştiğini gösteriyor. Bilgi, 40.000 yaşında olduğu iddia edilen bireyin mitokondriyal DNA'sının belirlendiği İtalya'daki bir tıp merkezinde doğrulandı. Bunu, yıllar önce Dünya gezegeninden kaybolan mutant insanlardan oluşan bir nesilden miras aldı.

Başka bir gerçek, DNA'nın bileşimini anlatır. Gebeliklerin ikiz olarak tasarlandığı durumlar vardır, ancak embriyolardan biri diğerini “içe çeker”. Bu da yenidoğanın vücudunda 2 DNA olacağı anlamına geliyor. Bu fenomen, birçok kişi tarafından, organizmaların farklı hayvanların çeşitli vücut parçalarına sahip olduğu Yunan mitolojisi tarihinin resimlerinden bilinmektedir. Günümüzde birçok insan iki yapısal bileşiğin taşıyıcısı olduklarını yaşamakta ve bilmemektedir. Genetik çalışmalar bile bu verileri her zaman doğrulayamıyor.

Dikkat: Dünyada DNA'sı sonsuz, bireyleri ölümsüz olan muhteşem yaratıklar var. Bu doğru mu? Yaşlanma teorisi çok karmaşıktır. Basitçe söylemek gerekirse, her bölünmede hücre gücünü kaybeder. Ancak eğer sabit bir yapısal zinciriniz varsa sonsuza kadar yaşayabilirsiniz. Bazı ıstakozlar ve kaplumbağalar özel koşullar altında çok uzun süre yaşayabilirler. Ancak hiç kimse hastalığı iptal etmedi; birçok uzun ömürlü hayvanın ölümüne neden oldu.

DNA, her canlı organizmanın yaşamının iyileştirilmesi, ciddi hastalıkların teşhis edilmesine ve daha gelişmiş, mükemmel bireyler haline gelinmesine yardımcı olma umudu verir.

Bilginin ekolojisi. Bilim ve keşif: Hayat nedir? Bu soru, 50 yılı aşkın bir süredir DNA molekülüne odaklanan, yaşamın kökeni bilimi olan genetiğin (Yunanca genetikos, “doğumla, kökenle ilgili”) gelişiminin arkasındaki itici güç haline geldi.

Hayat nedir? Bu soru, 50 yılı aşkın bir süredir DNA molekülüne odaklanan, yaşamın kökeni bilimi olan genetiğin (Yunanca genetikos, “doğumla, kökenle ilgili”) gelişiminin arkasındaki itici güç haline geldi.

Dünyayı altüst eden keşif

“Yaşamın sırrını keşfettik!” - 28 Şubat 1953'te Francis Crick ve James Watson DNA'nın yapısını keşfettiklerini bildirdiler. Yaşam bilimlerine ne gibi yenilikler getirdi? Bundan önce DNA'nın, canlıların yapısı ve özellikleri hakkındaki bilgilerin "dört harfli alfabe" kullanılarak kaydedildiği büyük bir molekül olduğu biliniyordu. Ancak bu bilginin nesilden nesile nasıl aktarıldığı ve aynı yapı ve özelliklere nasıl dönüştüğü ve DNA'nın mekansal yapısının ne olduğu belirsizliğini korudu.

DNA'nın yapısının çözülmesi, bilim adamlarının kopyalama ve materyalizasyon mekanizmalarını anlamalarına yardımcı oldu. DNA birbirini tamamlayan (tamamlayıcı) iki iplikten oluşur. DNA kopyalaması, bir matriste olduğu gibi, her orijinal DNA zincirine ek bir kopyanın eklenmesi nedeniyle oluşur. Böylece, DNA'nın bir çift sarmalından, ana hücre iki yavru hücreye bölündüğünde genetik bilgiyi korumak için gerekli olan, kendisiyle tamamen aynı olan iki çift sarmal elde edilir. Matris ilkesi aynı zamanda genetik bilginin adım adım somutlaştırılmasının da temelini oluşturur: DNA zincirlerinden birinde başka bir bilgi molekülünün tamamlayıcı zinciri oluşur - RNA, bu da proteinlerin sentezi için bir matris görevi görür, Belirli bir organizmanın yapısını ve özelliklerini belirleyen miktar ve kalite.

Bu keşif yaşamın gizemini anlamak açısından ne kadar önemli? Bir yandan DNA'nın yapısını bilmek, "hayat nedir?" sorusuna cevap vermek için yeterli değildir. Ancak öte yandan, bir organizmanın yapıları ve özellikleri hakkındaki bilgilerin bağlantısı örneğini kullanarak, potansiyel ile tezahür eden arasındaki ilişki hakkında "bilimsel" i çok eski ve çok önemli bir soru haline getiren tam da bu keşifti. Yapıların ve özelliklerin kendisi. Ve bu sadece bu soruyu gündeme getirmekle kalmadı, aynı zamanda onu yanıtlamanın anahtarını da verdi. Bu anahtar matris ilkesidir, tamamlayıcılık ilkesidir.

Genden özelliğe giden yol

Ders kitabındaki klasik ifade ne anlama geliyor: “DNA genetik bilginin taşıyıcısıdır”? Genetik bilgi DNA'nın yapısıyla nasıl ilişkilidir? Bilgi bir organizmanın belirli özelliklerinde nasıl somutlaşır? Genetik bilginin başlangıç ​​noktası olarak DNA yapısını alır ve yapısal modeli takip edersek, genden özelliğe giden yol şu şekilde görünecektir: Organizmanın tüm özellikleri DNA dizisinde şifrelenmiştir; belirli bir genin doğrusal yapısı, karşılık gelen proteinin doğrusal yapısını açıkça belirler ve bu da, bu proteinin belirli bir özelliğin oluşumundaki rolünü açıkça belirler.

Yani “DNA, RNA'yı doğurur; RNA proteini doğurur ve protein de seni ve beni doğurur” (F. Crick). Eğer bu doğruysa, belirli bir özelliği değiştirmek için (örneğin, genetik kökleri olan bir hastalığı tedavi etmek için), karşılık gelen DNA dizisini belirleyip düzeltmek yeterlidir.

Ama gerçekten bu kadar basit mi? Bu yolu anlamak ve yeniden üretmek için genden özelliğe giden yoldaki yapısal benzerlikler hakkında (şüphesiz doğru ve gerekli olmasına rağmen!) yeterli bilgi var mı?

Genetik alanındaki son gelişmeler bunların yetersiz olduğunu göstermiştir. 2003 yılında İnsan Genomu Projesi, insan DNA'sının (ve diğer birçok basit ve karmaşık organizmanın) doğrusal yapısını tamamen belirledi. Bilim adamlarından birinin dediği gibi, "Kalın bir kitabın yazıldığı bütün harfleri okudum, şimdi kelimeleri ve anlamlarını anlamak istiyorum."

İnsanların aslında yaklaşık 30.000 gene (proteinleri kodlayan DNA bölümleri) sahip olduğu ortaya çıktı ve bu, tüm DNA'nın yalnızca %1-3'ünü oluşturuyor! Arabidopsis taliana bitkisi ve kirpi balığı aynı sayıda gene sahiptir. Üstelik insan genlerinin %99'u fare genleriyle aynıdır, yani insanlarda farelerde olmayan yalnızca 300 gen bulunur. (Farelerle bizim de %99 oranında aynı özelliklere sahip olduğumuzu hayal etmek zor!)

Üstelik. Gen ile protein arasındaki kesin ilişkinin yalnızca bakterilerde var olduğu ortaya çıktı. İnsanlarda ise tek bir gene dayanarak çok sayıda proteinin oluşması (bugün bilinen bir genin kodladığı farklı proteinlerin maksimum sayısı 40.000'dir) ve bir proteinde pek çok fonksiyonun ortaya çıkması mümkündür. Potansiyelden tezahüre, genetik bilgiden bir özelliğe giden yolun hiçbir şekilde doğrusal olmadığı ortaya çıktı; her bir özelliğin birçok gen ve bunların protein ürünleri arasındaki karmaşık etkileşimlerin sonucu olduğu; belirsizliği nedeniyle "gen" kavramının bu yolda bir "başlangıç ​​noktası" olarak hizmet etmesi pek mümkün değildir.

Yapıların etkileşimi

İnsan vücudu 10 üzeri 14 hücreden oluşur. Hepsi tam olarak aynı DNA'ya sahiptir, ancak şekilleri, boyutları ve görevleri bakımından önemli ölçüde farklılık gösterirler. Bu paradoksun çözümü genetik bilginin seçici okunmasında yatmaktadır. Her hücrede yalnızca o anda ihtiyaç duyduğu genler aktiftir.

Seçicilik, DNA'nın belirli bir bölümündeki bilgilerin okunmasına izin veren veya yasaklayan özel düzenleyici genler tarafından sağlanır. Bir genin aktivitesi aynı zamanda hücre çekirdeği alanındaki çevreye de bağlıdır. Genin kendisinin veya komşularından birinin hareketinin neden olduğu çevredeki bir değişiklik, onun aktivitesini değiştirebilir (“geni kapatabilir” veya “açabilir”).

Örneğin, insan genomu çok sayıda potansiyel olarak tehlikeli viral gen ve proto-onkogen (bir hücrenin kanserli dejenerasyonuna neden olabilen) içerir. Uzun süre (ve yaşamları boyunca) oldukça barışçıl davranabilirler ve hatta kendilerinin veya çevreden birinin hareketi bu genlerdeki saldırgan potansiyelleri ortaya çıkarana kadar hücrenin yararına çalışabilirler. Neyse ki “isyancıyı” sakinleştirecek veya savunma mekanizmalarını harekete geçirecek başka hareketler de meydana gelebilir.

Böylece, genetik bilginin taşıyıcısı, gen seviyesinden (DNA'nın belirli bir bölümü), genlerin birbirleriyle ve diğer yapılarla epigenetik (Latince "yukarı", "yukarı") etkileşim düzeyine geçmiştir. hücre çekirdeği (genik olmayan DNA ve proteinlerin %99'u). Diyelim ki bilim bu etkileşimin mekanizmasını çözdü. Bu yaşamın sırrının keşfedilmesine yol açacak mı? Hayat sadece yapıdan mı ibaret? Değilse, yaşamın gizemine yanıt arayışı yapıların etkileşimiyle mi sınırlı kalmalı?

Bekçiyi kim izliyor?

Tek bir hücre, nasıl olur da 46 bölünme sonucunda 1014 hücreden oluşan şekilsiz bir kütle değil, her birimizin çok karakteristik bir bedenini meydana getirir? Hücreler art arda ikiye katlanarak hem farklılaşır hem de doğru zamanda ve doğru yerde vücudun farklı kısımlarını oluştururlar. Hücrelerin zaman ve mekandaki organizasyonunu ne kontrol eder?

Kendisini oluşturan parçaların (hücrelerin) basit toplamından niteliksel olarak daha büyük olan bir bütün. Ve bu, organizmanın tek bir hücreden oluştuğu gerçeğiyle çelişmez - soru, bu hücre için neyin "bütünün iradesini" temsil ettiğidir. Böyle bir düzenleyici faktör arayışı, 20. yüzyılın başında morfogenetik alan kavramıyla sonuçlandı. Kurucusu Rus bilim adamı A.G. Gurvich. Gurvich alan teorisi üzerinde çalışırken, DNA molekülünün kromozomların ayrılmaz bir parçası olduğu düşünülüyordu ve pek önemsenmiyordu.

1944'te bilim adamı “Biyolojik Alan Teorisi” adlı çalışmasını yayınladı. Bu yıl tüm genetik için kader haline geldi ve önümüzdeki birkaç on yıl boyunca gelişim yolunu belirledi. Kalıtsal bilgilerin aktarımında öncü rol oynadığı kanıtlanan DNA molekülü, bilim adamlarının dikkatinin odağındaydı. 1953 çok yakındaydı… Sonuç olarak bilim, tüm dikkatini, aslında taşıdığı bilgilerle özdeşleştirilmeye başlanan DNA'nın yapısına odakladı ve biyolojik alan teorisine pek itibar edilmedi. Ancak bu alandaki araştırmalar devam etti ve tüm bu yıllar boyunca yaşamın sırlarını anlamanın iki yolu paralel gitti...

Yeni milenyuma geçiş, yaşam bilimlerindeki güç dengesini değiştirdi. Gittikçe daha fazla bilim insanı, canlılara ilişkin bilgideki yapısal anahtarın gerekli olduğu ancak yeterli olmadığı sonucuna varıyor; farklı yaklaşımların birbirini dışlamadığını, ancak birleşik bir bilimsel araştırma yolu oluşturduğunu; özünde yapısal yaklaşım ve alan teorisi tamamlayıcıdır.

Hatırlayalım: DNA zincirlerinin tamamlayıcılığı varsayımı, yapısını deşifre etmenin anahtarı haline geldi ve 1953'teki keşfin kendisi, farklı bilim alanlarının temsilcilerinin - fizikçiler, kimyagerler, - tamamlayıcı çabaları sayesinde mümkün oldu. biyologlar. Belki de yeni milenyumun birleşik bilimi, yalnızca farklı bilimsel yaklaşımları (örneğin yapısal ve alan) nihayet uzlaştırmakla kalmayacak, aynı zamanda yaşamın gizemini - bin yıllık - anlamanın "bilimsel olmayan" yolunun meyvelerine de dönüşecek. İnsanlığın eski bilgeliği “bilim dışıdır”, çünkü bu yol, bilimden hiçbir iz kalmadığı zamanlara dayanmaktadır.

Kadim bilgeliğin kaynaklarına yönelmek bilime, arkasında sırrın saklı olduğu kapının anahtarlarını verebilir. Ancak bunun gerçekleşebilmesi için bu kadar farklı bilgi yollarının bir yerde “kesişmesi” gerekiyor. Bu "kavşaklardan" biri, modern bilim temelinde gelişen ve eski kaynaklarda ele alınan fenomenlere kadar uzanan biçimlendirici bir alan (biyolojik, morfogenetik, bilgisel) kavramı olabilir.

İkincisi, bir kişinin ayrı, bağımsız parçalar olmayan, ancak iç içe geçen ve birbirini karşılıklı olarak şekillendiren çeşitli bedenlerden veya ilkelerden oluştuğunu söyler; görünür, yoğun fiziksel bedenin, onun yardımıyla fiziksel dünyada tezahür eden ve onunla etkileşime giren daha ince bedenlerin bir iletkeni, taşıyıcısı olduğu; "toplanmanın" - fiziksel maddenin unsurlarından fiziksel bir bedenin oluşumu - bu bedenlerin en "yoğun" olanı olan astral vücut prototipi (düzlem, matris) tarafından kontrol edildiği.

Modern bilim, yeni oluşan her hücrenin, bireysel "talimatlara" (aktif veya açık genler) göre vücudun oluşumuna katıldığını ve bu hücrenin ebeveyni ve soyundan gelenlerin tamamen farklı "talimatlara" sahip olabileceğini biliyor. Ancak milyarlarca hücrenin gelişimi için bireysel "programların" değiştirilmesini neyin ve nasıl koordine ettiği henüz belli değil.

Biyolojik alan teorisi, koordinasyonun aynı alan, matris veya model olan bütünün bir fonksiyonu olduğunu öne sürer; Yeni oluşan her hücrenin, kendi genetik aparatları yardımıyla organizmanın gelişimi için tek bir "plana" bağlı olduğu, oradan bireysel "talimatlar" aldığı ve bunları kendi davranış programı çerçevesinde uyguladığıdır.

Bir hücrenin genetik aparatının en az üç işlevsel bloktan oluştuğu ortaya çıktı: algısal bir "anten", gen aktivitesi için bir "kontrol paneli" ve belirli proteinlerin oluşumundan sorumlu olan "yürütme" kısmı olan genler. Genlerin tüm hücresel DNA'nın yalnızca %1-2'sini oluşturduğunu unutmayın. DNA'nın geri kalan %98-99'unda ikinci "kontrol bloğuna" ait yapılar zaten bulunmuştur. Bir “anten”in rolü nedir? "İki dünyanın buluşması" nerede gerçekleşiyor - bilgi alanı ve bu bilgiyi belirli bir fiziksel bedende barındıran genetik yapılar?

Neden DNA'nın aynı zamanda dalga niteliğindeki sinyalleri yakalayabilen, dönüştürebilen ve iletebilen bir anten rolü oynadığını varsaymıyorsunuz? Bunun nedeni, “yaşam molekülünün” spiral yapısından (birçok teknik anten spiral şeklindedir) ve elektrik akımı iletme yeteneği, etkisi altında uzunlamasına titreşimlerin rezonans uyarılma olasılığı gibi özelliklerinden kaynaklanmaktadır. radyo dalgalarının yanı sıra ön “pompalama” sonrasında lazer ışığı üretme yeteneği "

Eğer DNA, hücrelerin yaşamsal aktivitesini sağlayan bilgileri alacak şekilde çalışabiliyorsa, bu bilginin mutlaka yapısında kalıcı olarak saklanmasına gerek yoktur. Örneğin insan beyni, vücudun yaşam destek sistemlerini başarılı bir şekilde yönetebilmek için zihnin bir “kapsayıcısı” olmak zorunda değil, daha ziyade bilinç ile beden arasında bir aracı rolü oynamak zorunda değil: algılıyor bilinç düzeyinden gelen bilgiyi bedeni kontrol etme diline “çevirir”.

Ve eğer DNA yapısı (veya beyin yapıları) hasar görürse fiziksel bedenin neden zarar göreceği açıktır. Sonuçta herkes bilir ki, bir TV'nin bir parçası bile arızalansa, ekranındaki görüntü büyük ölçüde bozulur ve TV anteninden mahrum bırakılırsa veya ağdan kapatılırsa ekranda hiçbir şey görünmeyecektir.

DNA, fiziksel bedenin “modeli” ile onun spesifik düzenlemesi arasındaki bağlantı bağıdır. Beyin, zihin ve beden arasındaki aracıdır. Zihin, yaşam ile onun tezahür biçimini birbirine bağlar ve biçimin içerdiği yaşamın kendini bilmesini sağlar. Bu harika aracın yardımıyla kişi, etrafındaki dünyayı inceleme ve içinde kendi iç dünyasını anlamanın anahtarlarını bulma fırsatına sahip olur. Yaşamın sırlarının bilgisine giden birleşik bir yol bu şekilde doğar. Çünkü insan gizemlerin en büyüğüdür; yeryüzü ile gök arasındaki ilişkinin gizemi. yayınlandı

Not: Ve unutmayın, sadece tüketiminizi değiştirerek dünyayı birlikte değiştiriyoruz! © econet

Bize katılın