DNA (deoksiribonukleïensuur) is een van die belangrikste komponente van lewende materie. Daardeur word die bewaring en oordrag van oorerflike inligting van geslag tot geslag uitgevoer met die moontlikheid van veranderlikheid binne sekere perke. Die sintese van alle proteïene wat nodig is vir 'n lewende stelsel sou onmoontlik wees sonder 'n DNS-matriks. Hieronder sal ons die struktuur, vorming, basiese funksionering en die rol van DNA in proteïenbiosintese oorweeg.
Die struktuur van die DNA-molekule
Deoksiribonukleïensuur is 'n makromolekule wat uit twee stringe bestaan. Die struktuur het verskeie vlakke van organisasie.
Die primêre struktuur van die DNS-ketting is 'n volgorde van nukleotiede, wat elk een van die vier stikstofbasisse bevat: adenien, guanien, sitosien of timien. Kettings ontstaan wanneer die deoksiribose suiker van een nukleotied aan die fosfaatresidu van 'n ander verbind word. Hierdie proses word uitgevoer met die deelname van 'n proteïen-katalisator - DNA-ligase
- Die sekondêre struktuur van DNS is die sogenaamde dubbele heliks (meer presies, 'n dubbelskroef). Gronde is bekwaamverbind soos volg met mekaar: adenien en timien vorm 'n dubbele waterstofbinding, en guanien en sitosien vorm 'n trippel. Hierdie kenmerk onderlê die beginsel van basiskomplementariteit, waarvolgens kettings met mekaar verbind word. In hierdie geval vind 'n heliese (meer dikwels regs) draaiing van die dubbelketting plaas.
- 'n Tersiêre struktuur is 'n komplekse konformasie van 'n groot molekule wat deur bykomende waterstofbindings voorkom.
- Die kwaternêre struktuur word in kombinasie met spesifieke proteïene en RNA gevorm en is die manier waarop DNS in die selkern verpak word.
DNA-funksies
Kom ons kyk na die rol wat DNS in lewende sisteme speel. Hierdie biopolimeer is 'n matriks wat 'n rekord bevat van die struktuur van verskeie proteïene, RNA wat deur die liggaam benodig word, sowel as verskeie soorte regulatoriese terreine. Oor die algemeen maak al hierdie komponente die genetiese program van die liggaam uit.
Deur DNA-biosintese word die genetiese program aan die volgende generasies oorgedra, wat die oorerflikheid van inligting wat fundamenteel tot die lewe is, verseker. DNA is in staat om te muteer, waardeur die veranderlikheid van lewende organismes van een biologiese spesie ontstaan en gevolglik die proses van natuurlike seleksie en die evolusie van lewende sisteme moontlik is.
Tydens seksuele voortplanting word die DNA van 'n organisme-afstammeling gevorm deur vaderlike en moederlike oorerflike inligting te kombineer. Wanneer dit gekombineer word, is daar verskeie variasies, wat ook bydra tot veranderlikheid.
Hoe die genetiese program gereproduseer word
As gevolg van die komplementêre struktuur, is matriks-selfreproduksie van die DNA-molekule moontlik. In hierdie geval word die inligting daarin vervat, gekopieer. Die duplisering van 'n molekule om twee dogter-"dubbelhelikse" te vorm, word DNA-replikasie genoem. Dit is 'n komplekse proses wat baie komponente behels. Maar met 'n sekere vereenvoudiging kan dit as 'n diagram voorgestel word.
Replisering word geïnisieer deur 'n spesiale kompleks van ensieme in sekere areas van DNS. Terselfdertyd wikkel die dubbelketting af en vorm 'n replikasievurk, waar die proses van DNA-biosintese plaasvind - die opbou van komplementêre nukleotiedvolgordes op elk van die kettings.
Kenmerke van die replikasiekompleks
Replisering gaan ook voort met die deelname van 'n komplekse stel ensieme - replisome, waarin DNA-polimerase die hoofrol speel.
Een van die kettings in die loop van DNA-biosintese is die leier en word voortdurend gevorm. Die vorming van 'n agterblywende string vind plaas deur kort rye aan te heg - Okazaki-fragmente. Hierdie fragmente word met DNA-ligase geligeer. So 'n proses word semi-kontinu genoem. Boonop word dit as semi-konserwatief gekenmerk, aangesien in elk van die nuutgevormde molekules een van die kettings die ouer is, en die tweede die dogter.
DNA-replikasie is een van die sleutelstappe in seldeling. Hierdie proses onderlê die oordrag van oorerflike inligting na die nuwe generasie, asook die groei van die organisme.
Wat is proteïene
Proteïen isdie belangrikste funksionele element in die selle van alle lewende organismes. Hulle voer katalitiese, strukturele, regulatoriese, sein-, beskermende en baie ander funksies uit.
'n Proteïenmolekule is 'n biopolimeer wat gevorm word deur 'n reeks aminosuurreste. Dit word, soos nukleïensuurmolekules, gekenmerk deur die teenwoordigheid van verskeie vlakke van strukturele organisasie – van primêre tot kwaternêre.
Daar is 20 afsonderlike (kanoniese) aminosure wat deur lewende stelsels gebruik word om 'n groot verskeidenheid proteïene te bou. As 'n reël word proteïen nie op sy eie gesintetiseer nie. Die leidende rol in die vorming van 'n komplekse proteïenmolekule behoort aan nukleïensure - DNA en RNA.
Die essensie van die genetiese kode
Dus, DNS is 'n inligtingmatriks wat inligting stoor oor die proteïene wat nodig is vir die liggaam om te groei en te lewe. Proteïene word gebou uit aminosure, DNA (en RNA) uit nukleotiede. Sekere nukleotiedvolgordes van die DNA-molekule stem ooreen met sekere aminosuurvolgorde van sekere proteïene.
Daar is 20 tipes proteïen strukturele eenhede - kanoniese aminosure - in 'n sel, en 4 tipes nukleotiede in DNA. Dus word elke aminosuur op die DNA-matriks geskryf as 'n kombinasie van drie nukleotiede - 'n drieling, waarvan die sleutelkomponente stikstofbasisse is. Hierdie beginsel van korrespondensie word die genetiese kode genoem, en basisdrieling word kodons genoem. Gene is'n volgorde van kodons wat 'n rekord van 'n proteïen en sommige dienskombinasies van basisse bevat - 'n beginkodon, 'n stopkodon en ander.
Sommige eienskappe van die genetiese kode
Die genetiese kode is amper universeel – met baie min uitsonderings is dit dieselfde in alle organismes, van bakterieë tot mense. Dit getuig eerstens van die verhouding van alle lewensvorme op Aarde, en tweedens van die oudheid van die kode self. Waarskynlik, in die vroeë stadiums van die bestaan van primitiewe lewe, het verskillende weergawes van die kode redelik vinnig gevorm, maar net een het 'n evolusionêre voordeel gekry.
Boonop is dit spesifiek (ondubbelsinnig): verskillende aminosure word nie deur dieselfde drieling gekodeer nie. Die genetiese kode word ook gekenmerk deur degenerasie, of oortolligheid - verskeie kodons kan ooreenstem met dieselfde aminosuur.
Genetiese rekord word deurlopend gelees; die funksies van leestekens word ook deur drieling van basisse uitgevoer. As 'n reël is daar geen oorvleuelende rekords in die genetiese "teks" nie, maar ook hier is daar uitsonderings.
Funksionele eenhede van DNA
Die totaliteit van al die genetiese materiaal van 'n organisme word die genoom genoem. DNS is dus die draer van die genoom. Die samestelling van die genoom sluit nie net strukturele gene in wat sekere proteïene kodeer nie. 'n Beduidende deel van DNS bevat streke met verskillende funksionele doeleindes.
Dus, DNA bevat:
- regulerendevolgordes wat vir spesifieke RNA's kodeer, soos genetiese skakelaars en reguleerders van strukturele geenuitdrukking;
- elemente wat die proses van transkripsie reguleer - die aanvanklike stadium van proteïenbiosintese;
- pseudogene is 'n soort "fossielgene" wat hul vermoë verloor het om 'n proteïen te kodeer of getranskribeer te word as gevolg van mutasies;
- mobiele genetiese elemente - streke wat binne die genoom kan beweeg, soos transposons ("springende gene");
- telomere is spesiale streke aan die punte van chromosome, waardeur die DNA in chromosome beskerm word teen verkorting met elke replikasiegebeurtenis.
Betrokkenheid van DNA by proteïenbiosintese
DNA is in staat om 'n stabiele struktuur te vorm, waarvan die sleutelelement die komplementêre verbinding van stikstofbasisse is. Die dubbele DNA-string verskaf eerstens die volledige reproduksie van die molekule, en tweedens die lees van individuele dele van DNA tydens proteïensintese. Hierdie proses word transkripsie genoem.
Tydens transkripsie word 'n gedeelte van DNS wat 'n sekere geen bevat, ongedraai, en op een van die kettings - die sjabloon een - word 'n RNA-molekule gesintetiseer as 'n kopie van die tweede ketting, wat die koderende een genoem word. Hierdie sintese is ook gebaseer op die eienskap van basisse om komplementêre pare te vorm. Nie-koderende, diensstreke van DNA en die ensiem RNA-polimerase neem deel aan die sintese. RNA dien reeds as 'n templaat vir proteïensintese, en DNA is nie by die verdere proses betrokke nie.
Omgekeerde transkripsie
Vir 'n lang tyd is geglo dat die matrikskopiëring van genetiese inligting kan net in een rigting gaan: DNA → RNA → proteïen. Hierdie skema is die sentrale dogma van molekulêre biologie genoem. In die loop van navorsing is egter gevind dat dit in sommige gevalle moontlik is om van RNA na DNA te kopieer - die sogenaamde omgekeerde transkripsie.
Die vermoë om genetiese materiaal van RNA na DNA oor te dra is kenmerkend van retrovirusse. 'n Tipiese verteenwoordiger van sulke RNA-bevattende virusse is die menslike immuniteitsgebrekvirus. Die integrasie van die virale genoom in die DNA van 'n besmette sel vind plaas met die deelname van 'n spesiale ensiem - omgekeerde transkriptase (revertase), wat dien as 'n katalisator vir DNA-biosintese op 'n RNA-sjabloon. Revertase is ook deel van die virale deeltjie. Die nuutgevormde molekule word in die sellulêre DNA geïntegreer, waar dit dien om nuwe virale deeltjies te produseer.
Wat is menslike DNA
Menslike DNA, vervat in die selkern, is verpak in 23 pare chromosome en bevat ongeveer 3,1 miljard gepaarde nukleotiede. Benewens kern-DNS, bevat menslike selle, soos ander eukariotiese organismes, mitochondriale DNA, 'n faktor in die oorerwing van mitochondriale selorganelle.
Koderende gene van kern-DNS (daar is van 20 tot 25 duisend van hulle) maak slegs 'n klein deel van die menslike genoom uit - ongeveer 1,5%. Die res van die DNS is voorheen "rommel" genoem, maar talle studies toon die beduidende rol van nie-koderende streke van die genoom, wat hierbo bespreek is. Dit is ook uiters belangrik om die prosesse te bestudeeromgekeerde transkripsie in menslike DNA.
Wetenskap het reeds 'n redelike duidelike begrip gevorm van wat menslike DNS in strukturele en funksionele terme is, maar verdere werk van wetenskaplikes op hierdie gebied sal nuwe ontdekkings en nuwe biomediese tegnologieë bring.
