Deoksiribonukleïensuur - DNA - dien as 'n draer van oorerflike inligting wat deur lewende organismes na die volgende generasies oorgedra word, en 'n matriks vir die konstruksie van proteïene en verskeie regulatoriese faktore wat deur die liggaam in die prosesse van groei en lewe vereis word. In hierdie artikel sal ons fokus op wat die mees algemene vorme van DNA-struktuur is. Ons sal ook aandag gee aan hoe hierdie vorms gebou word en in watter vorm DNS in 'n lewende sel woon.
Vlakke van organisasie van die DNA-molekule
Daar is vier vlakke wat die struktuur en morfologie van hierdie reuse-molekule bepaal:
- Die primêre vlak, of struktuur, is die volgorde van die nukleotiede in die ketting.
- Die sekondêre struktuur is die bekende "dubbelheliks". Dit is hierdie frase wat gevestig het, alhoewel so 'n struktuur eintlik soos 'n skroef lyk.
- Die tersiêre struktuur word gevorm as gevolg van die feit dat swak waterstofbindings ontstaan tussen individuele dele van die dubbelstring-gedraaide DNA-string,gee die molekule 'n komplekse ruimtelike konformasie.
- Die kwaternêre struktuur is reeds 'n komplekse kompleks van DNA met sommige proteïene en RNA. In hierdie opset word DNS in chromosome in die selkern verpak.
Primêre struktuur: komponente van DNA
Die blokke waaruit die makromolekule van deoksiribonukleïensuur gebou is, is nukleotiede, wat verbindings is, wat elk insluit:
- stikstofbasis - adenien, guanien, timien of sitosien. Adenien en guanien behoort aan die groep purienbasisse, sitosien en timien behoort aan pirimidien;
- vyfkoolstofmonosakkaried deoksiribose;
- Ortofosforsuurresidu.
In die vorming van 'n polinukleotiedketting word 'n belangrike rol gespeel deur die volgorde van groepe wat deur koolstofatome in 'n sirkelvormige suikermolekule gevorm word. Die fosfaatresidu in die nukleotied is gekoppel aan die 5'-groep (lees "vyf priemgetalle") van deoksiribose, dit wil sê aan die vyfde koolstofatoom. Kettingverlenging vind plaas deur 'n fosfaatresidu van die volgende nukleotied aan die vrye 3'-groep van deoksiribose te heg.
Dus, die primêre struktuur van DNA in die vorm van 'n polinukleotiedketting het 3'- en 5'-punte. Hierdie eienskap van die DNS-molekule word polariteit genoem: die sintese van 'n ketting kan net in een rigting gaan.
Sekondêre struktuurvorming
Die volgende stap in die strukturele organisasie van DNA is gebaseer op die beginsel van komplementariteit van stikstofbasisse - hul vermoë om in pare met mekaar te verbinddeur waterstofbindings. Komplementariteit - wedersydse korrespondensie - vind plaas omdat adenien en timien 'n dubbelbinding vorm, en guanien en sitosien 'n drievoudige binding vorm. Daarom, wanneer 'n dubbelketting gevorm word, staan hierdie basisse oorkant mekaar en vorm die ooreenstemmende pare.
Polinukleotiedvolgordes is in die sekondêre struktuur antiparallel geleë. Dus, as een van die kettings soos 3' - AGGZATAA - 5' lyk, sal die teenoorgestelde so lyk: 3' - TTATGTST - 5'.
Wanneer 'n DNS-molekule gevorm word, word die verdubbelde polinukleotiedketting gedraai, en die konsentrasie van soute, waterversadiging en die struktuur van die makromolekule self bepaal watter vorms DNS by 'n gegewe strukturele stap kan aanneem. Verskeie sulke vorme is bekend, aangedui met Latynse letters A, B, C, D, E, Z.
Konfigurasies C, D en E word nie in wild aangetref nie en is slegs in laboratoriumtoestande waargeneem. Ons gaan kyk na die hoofvorme van DNS: die sogenaamde kanonieke A en B, asook die Z-konfigurasie.
A-DNA is 'n droë molekule
A-vorm is 'n regterhandskroef met 11 komplementêre basispare in elke beurt. Sy deursnee is 2,3 nm, en die lengte van een draai van die spiraal is 2,5 nm. Die vlakke wat deur die gepaarde basisse gevorm word, het 'n helling van 20° met betrekking tot die as van die molekule. Buurnukleotiede is kompak in kettings gerangskik - daar is slegs 0,23 nm tussen hulle.
Hierdie vorm van DNS kom voor met lae hidrasie en met 'n verhoogde ioniese konsentrasie van natrium en kalium. Dit is tipies virprosesse waarin DNA 'n kompleks met RNA vorm, aangesien laasgenoemde nie in staat is om ander vorme aan te neem nie. Daarbenewens is die A-vorm hoogs bestand teen ultravioletstraling. In hierdie opset word deoksiribonukleïensuur in swamspore gevind.
Nat B-DNA
Met 'n lae soutinhoud en 'n hoë mate van hidrasie, dit wil sê onder normale fisiologiese toestande, neem DNA sy hoofvorm B aan. Natuurlike molekules bestaan, as 'n reël, in die B-vorm. Dit is sy wat die klassieke Watson-Crick-model onderlê en meestal in illustrasies uitgebeeld word.
Hierdie vorm (dit is ook regshandig) word gekenmerk deur minder kompakte plasing van nukleotiede (0,33 nm) en 'n groot skroefspoed (3,3 nm). Een draai bevat 10,5 basispare, die rotasie van elk van hulle relatief tot die vorige een is ongeveer 36 °. Die vlakke van die pare is amper loodreg op die as van die "dubbele heliks". Die deursnee van so 'n dubbelketting is kleiner as dié van die A-vorm - dit bereik net 2 nm.
Nie-kanonieke Z-DNA
Anders as kanonieke DNA, is die Z-tipe molekule 'n linkshandige skroef. Dit is die dunste van almal, met 'n deursnee van slegs 1,8 nm. Sy spoele, 4,5 nm lank, blyk verleng te wees; hierdie vorm van DNS bevat 12 gepaarde basisse per beurt. Die afstand tussen aangrensende nukleotiede is ook redelik groot - 0,38 nm. Die Z-vorm het dus die minste draai.
Dit word gevorm uit 'n B-tipe konfigurasie in daardie gebiede waar purienen pirimidienbasisse, met 'n verandering in die inhoud van ione in oplossing. Die vorming van Z-DNA word geassosieer met biologiese aktiwiteit en is 'n baie korttermyn proses. Hierdie vorm is onstabiel, wat probleme veroorsaak in die bestudering van sy funksies. Tot dusver is hulle nie presies duidelik nie.
DNA-replikasie en die struktuur daarvan
Beide die primêre en sekondêre strukture van DNS ontstaan tydens 'n verskynsel wat replikasie genoem word - die vorming van twee identiese "dubbele helikse" vanaf die moedermakromolekule. Tydens replikasie wikkel die oorspronklike molekule af, en komplementêre basisse bou op op die vrygestelde enkele kettings. Aangesien die DNA-helftes antiparallel is, verloop hierdie proses in verskillende rigtings daarop: in verhouding tot die ouerkettings van die 3'-end tot die 5'-end, dit wil sê, nuwe kettings groei in die rigting 5' → 3'. Die voorste string word voortdurend gesintetiseer na die replikasievurk; op die agterblywende string word sintese vanaf die vurk in aparte afdelings (Okazaki-fragmente) uitgevoer, wat dan deur 'n spesiale ensiem, DNA-ligase, aanmekaargewerk word.
Terwyl die sintese voortduur, ondergaan die reeds gevormde punte van die dogtermolekules heliese draaiing. Dan, voordat replikasie voltooi is, begin die pasgebore molekules 'n tersiêre struktuur vorm in 'n proses genaamd supercoiling.
Super Twisted Molecule
Die supergedraaide vorm van DNS vind plaas wanneer 'n dubbelstring molekule 'n ekstra draai maak. Dit kan kloksgewys (positief) wees ofteen (in hierdie geval praat mens van negatiewe supercoiling). Die DNS van die meeste organismes is negatief opgerol, dit wil sê teen die hoofdraaie van die “dubbelheliks.”
As gevolg van die vorming van bykomende lusse - superspoele - verkry DNA 'n komplekse ruimtelike konfigurasie. In eukariotiese selle vind hierdie proses plaas met die vorming van komplekse waarin DNS negatief om histoonproteïenkomplekse kronkel en die vorm aanneem van 'n draad met nukleosoomkrale. Vrye dele van die draad word koppelaars genoem. Nie-histonproteïene en anorganiese verbindings neem ook deel aan die handhawing van die supergedraaide vorm van die DNA-molekule. Dit is hoe chromatien gevorm word - die stof van chromosome.
Chromatienstringe met nukleosomale krale is in staat om morfologie verder te kompliseer in 'n proses wat chromatienkondensasie genoem word.
Finale verdigting van DNA
In die kern word die vorm van die deoksiribonukleïensuur-makromolekule uiters kompleks en verdig in verskeie stappe.
- Eers word die filament in 'n spesiale solenoïde-tipe struktuur opgerol - 'n chromatienfibril 30 nm dik. Op hierdie vlak vou DNS en verkort die lengte daarvan met 6-10 keer.
- Verder vorm die fibril sigsag-lusse met behulp van spesifieke steierproteïene, wat die lineêre grootte van DNA reeds met 20-30 keer verminder.
- Diggepakte lusdomeine word op die volgende vlak gevorm, wat meestal 'n vorm het wat konvensioneel "lampborsel" genoem word. Hulle heg aan die intranukleêre proteïenmatriks. Die dikte van sulke strukture is reeds 700 nm, terwyl DNS met ongeveer 200 keer verkort is.
- Die laaste vlak van morfologiese organisasie is chromosomaal. Die lusdomeine word tot so 'n mate gekompakteer dat 'n totale verkorting van 10 000 keer bereik word. As die lengte van die uitgerekte molekule ongeveer 5 cm is, verminder dit na inpak in chromosome tot 5 mikron.
Die hoogste vlak van komplikasie van die vorm van DNA bereik in die toestand van metafase van mitose. Dit is dan dat dit 'n kenmerkende voorkoms kry - twee chromatiede wat deur 'n vernouingsentromeer verbind is, wat die divergensie van chromatiede in die proses van deling verseker. Interfase-DNS is tot op die domeinvlak georganiseer en word in die selkern in geen spesifieke volgorde versprei nie. Ons sien dus dat die morfologie van DNS nou verwant is aan die verskillende fases van sy bestaan en die kenmerke van die funksionering van hierdie belangrikste molekule vir die lewe weerspieël.
