Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA). Odkrycie struktury kwasów dezoksyrybonukleinowych

Po raz pierwszy kwasy nukleinowe znaleziono w jądrze, a zatem komórki nazwane są od tego organoidu (od łacińskiego. "Nucleus" - jądro). Istnieją dwa rodzaje nuklein - kwas deoksyrybonukleinowy i kwas rybonukleinowy. Biologiczne znaczenie tych makrocząsteczek jest ogromne. Dzięki ich udziałowi w syntezie białek zachowują i przekazują informacje dziedziczne z pokolenia na pokolenie.

Kwasy nukleinowe

Struktury fizykochemiczne i procesy leżące u podstaw transmisji cech genetycznych zostały w dużej mierze ustalone do 1953 roku. Odkrycie kwasów nukleinowych nastąpiło 85 lat wcześniej - w 1868 r., Kiedy F. Misher, który wyróżnił nukleinę, zadeklarował istnienie substancji jądrowej. Do czasu tego wydarzenia zbiegło się z publikacją prac G. Mendla na temat hybryd roślin, które mówiły o czynnikach dziedzicznych.

W 1927 r. Rosyjski przyrodnik Koltsov w swoim artykule "Heredity and Molecules" stwierdził, że duże cząsteczki polimeru znaleziono w chromosomach komórek. Wzdłuż nich znajdują się obszary kontrolujące przekazywanie znaków od rodziców do dzieci. Ale Koltsov omyłkowo uznał cząsteczki białka za nośniki informacji dziedzicznej. W tych samych latach Levin w USA dostarcza dowodów na istnienie RNA i DNA.

Odkrycie struktury kwasów dezoksyrybonukleinowych

Publikacja książki Schrodingera, twórcy mechaniki kwantowej na temat poglądów fizyki na procesy zachodzące w żywym organizmie, miała wielki wpływ na pracę F. Cricka i J. Watsona na temat badania składu cząsteczki DNA. Struktura kwasu dezoksyrybonukleinowego przez długi czas nie mogła zostać odczytana.

Watson i Crick w 1953 roku dokonali odkrycia struktury kwasów dezoksyrybonukleinowych, zaproponowali model DNA - podwójną helisę. Pojawił się nowy kierunek w nauce - genetyka molekularna. Dla transkrypcji kod genetyczny Information Creek i Watson otrzymali Nagrodę Nobla w 1962 roku.

Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA)

Cząsteczka jest utworzona przez dwa łańcuchy polinukleotydowe, dodatkowo złożone w podwójną helisę. Unikalny Struktura DNA polega na pewnym naprzemienności nukleotydów właściwych dla każdego segmentu makrocząsteczki. Łańcuch kwasu dezoksyrybonukleinowego jest polimerem, liczba monomerów-nukleotydów jest kilkadziesiąt tysięcy. W sekwencji monomerów zakodowano informację genetyczną o oznakach organizmu. Kwas dezoksyrybonukleinowy ma zatem następujące właściwości:

• skład chemiczny i właściwości - kwas nukleinowy;
• DNA jest tworzone przez azotowe zasady;
• deoksyryboza jest obecna jako węglowodan;
• Biopolimer w strukturze, dezoksyrybonukleotydy są monomerami;
• monomery są związane cząstkami fosforanu.

Charakter chemiczny nośnika informacji genetycznej

Ze względu na ogromną liczbę reszt fosforanowych kwas dezoksyrybonukleinowy ma właściwości silnego kwasu wielozasadowego (jego sole występują w tkankach). Aby wypełnić zadanie opisu struktury DNA, musimy przypomnieć treść dwóch tematów z chemii organicznej: "węglowodany" i "substancje organiczne zawierające azot". Na przykład sugerowane jest następujące ćwiczenie: scharakteryzuj monomery kwasu dezoksyrybonukleinowego. W odpowiedzi należy zauważyć, że kwas fosforowy a węglowodany mają taką samą strukturę we wszystkich nukleotydach. Azotowe zasady ze względu na swój charakter chemiczny są pochodnymi puryn i pirymidyny. W sumie istnieją 4 rodzaje takich struktur: adenina, guanina (purynka); cytozyna i tymina (pirymidyna). Monomery tworzą łańcuch DNA w następujący sposób:

(Podstawa azotowa + deoksyryboza węglowodanowa = nukleozyd) + reszta kwasu fosforowego = nukleotyd.

Nazwy tych ostatnich pochodzą od nazw azotowych zasad. Monomery są ze sobą związane. wiązanie kowalencyjne tworzenie sekwencji nukleotydów (to jest kwas dezoksyrybonukleinowy).

Wzór dla monomerów DNA jest następujący:

Oddzielne zwoje łańcucha DNA utrzymują razem wiązania wodorowe, a interakcje hydrofobowe odgrywają pewną rolę. Temperatury powyżej 50 ° C osłabiają siłę przyciągania pomiędzy podstawami. Po dalszym ogrzewaniu łańcuchy polinukleotydowe są rozdzielane, DNA ulega stopieniu. Denaturacja następuje po ogrzaniu do 80 ° C.

Zasada komplementarności w cząsteczce

Jedna nić DNA zawiera azotowe zasady, które są ułożone w określonej kolejności w odniesieniu do struktur drugiej "polietylenotropowej" taśmy. Tworzą się dwie komplementarne pary: adenina (A), związana z tyminą (T); guanina (D), komplementarna do cytozyny (C). Każda z części jednej pary uzupełnia drugą, podobnie jak połówki złamanego kubka. Słowo "uzupełnienie" ma greckie pochodzenie. Przetłumaczone oznacza "dodatek".

Gdy znana jest sekwencja nukleotydów w jednej nici DNA, kompozycja drugiego jest ustalana zgodnie z zasadą komplementarności. Kombinacja nukleotydów występuje w wyniku oddziaływania atomów wodoru i tlenu. Między nukleotydami adenylowymi i tymidylowymi powstają 2 wiązania wodorowe, guanyl i cytozyl łączą 3 podobne "mosty".

Reduplikacja łańcucha nukleotydów

Zdolność podwójnej cząsteczki DNA jest jej unikalną właściwością, która zapewnia transfer odziedziczonych cech z jednego pokolenia żywych organizmów do drugiego (kolejne). Reduplikacja kwasu dezoksyrybonukleinowego to jego podwojenie. Występują następujące procesy i zjawiska:

1. Cząsteczka DNA przed podziałem komórek wiruje po jednej stronie helisy.
2. Podział łańcucha na dwie części następuje pod wpływem katalizatora (enzymu).
3. Darmowe nukleotydy są uporządkowane w linii z każdej komórki wzdłuż każdej połówki, tworząc drugą nić.
4. Odtwarzanie podwójnego łańcucha odbywa się na zasadzie komplementarności.
5. Istnieją dwie cząsteczki DNA o tej samej sekwencji monomerów.

Praktyczne znaczenie odkrycia struktury i funkcji DNA

Kwas dezoksyrybonukleinowy został po raz pierwszy zsyntetyzowany poza ciałem przez badacza z Ameryki Północnej A. Kornberg (1967). Jego rodak i kolega X. Koran sztucznie otrzymali w ciągu roku polydeoxyribonucleotide, który w swojej strukturze odpowiadał genowi lub części spiralnej cząsteczki nośnika informacji dziedzicznej. Specjaliści z Harvard Medical School w 1969 roku byli w stanie określić granice pojedynczego genu i podzielić go z resztą łańcucha.

Badając strukturę i funkcje kwasów nukleinowych, naukowcy wyjaśnili istotę przekazywania niezbędnych do tego dziedzicznych informacji biosynteza białka w klatce. Odkrycie struktury DNA odegrało ogromną rolę w diagnozowaniu i leczeniu chorób dziedzicznych, selekcji. Zmiana w dziedzicznej naturze organizmów nazywa się "inżynierią genetyczną". Teraz możliwe jest tworzenie obiektów genetycznie zmodyfikowanych (GMO) o określonych właściwościach.

Pozytywna ocena licznych odkryć w tym obszarze powinna zostać uzupełniona komentarzem na temat możliwych negatywnych skutków spożycia żywności przez GMO. Na poziomie stanowym przyjęto ustawy w celu zapewnienia bezpieczeństwa biologicznego ludności. Organizacje zostały ustanowione, które monitorują zgodność z zasadami dotyczącymi importu i sprzedaży produktów zawierających GMO. Muszą być odpowiednio oznaczone. W niektórych krajach oddzielne półki w supermarketach są przeznaczone na takie towary. Produkty ekologiczne są oznaczone jako "Non-GMO". Ceny podobnych produktów mogą być kilka razy wyższe.