всеобщность
ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, является генетическим наследием многих живых организмов, включая человека.
Типичный ДНК-образующий нуклеотид включает 3 элемента: фосфатную группу, дезоксирибозный сахар и азотистое основание.
Организованная в хромосомах, ДНК служит генерации белков, которые играют фундаментальную роль в регулировании всех клеточных механизмов организма.
Что такое ДНК?
ДНК - это биологическая макромолекула, которая содержит всю информацию, необходимую для правильного развития и правильного функционирования клеток живого организма.
ЭТО ЯДЕРНАЯ КИСЛОТА
Благодаря изображению общего нуклеотида читатель может увидеть, что пентоза представляет собой элемент, с которым связаны фосфатная группа (через фосфодиэфирную связь) и азотистое основание (через N-гликозидную связь).
Сокращение ДНК означает дезоксирибонуклеиновую кислоту или дезоксирибонуклеиновую кислоту .
Дезоксирибонуклеиновая кислота относится к разряду нуклеиновых кислот, то есть биологических макромолекул, состоящих из длинных цепей нуклеотидов .
Нуклеотид - это молекулярная единица нуклеиновой кислоты, возникающая в результате объединения трех элементов:
- Фосфатная группа ;
- Пентоза, то есть сахар с 5 атомами углерода;
- Азотистая основа .
Еще одна очень важная нуклеиновая кислота: РНК
Другой фундаментальной нуклеиновой кислотой для правильного функционирования клеток многих организмов является РНК . Аббревиатура РНК обозначает рибонуклеиновую кислоту .
Рибонуклеиновая кислота отличается от дезоксирибонуклеиновой кислоты с точки зрения нуклеотидов.
ПОЧЕМУ ЭТО СКАЗАЛ ГЕНЕТИЧЕСКОЕ НАСЛЕДИЕ?
Книги по генетике и молекулярной биологии определяют ДНК с помощью терминологии генетического наследия .
Чтобы оправдать использование этой формулировки является факт, что ДНК является местом расположения генов . Гены представляют собой нуклеотидные последовательности, из которых происходят белки. Белки являются еще одним классом биологических макромолекул, необходимых для жизни.
В генах каждого из нас есть «написанная» часть того, кем мы являемся и кем мы станем.
ОТКРЫТИЕ ДНК
Открытие ДНК является результатом многочисленных научных экспериментов.
Первое и наиболее важное исследование в этом отношении началось в конце 1920-х годов и принадлежало английскому врачу по имени Фредерик Гриффит ( эксперимент по преобразованию Гриффита ). Гриффит определил то, что мы сегодня называем ДНК, термином « принцип трансформации » и подумал, что это белок.
Продолжением экспериментов Гриффита был американский биолог Освальд Эйвери с его сотрудниками в период между 1930 и 1940 годами. Эйвери показал, что «принцип трансформации» Гриффита - это не белок, а другой тип макромолекулы: нуклеиновая кислота,
Точная структура ДНК оставалась неизвестной до 1953 года, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили так называемую « модель двойной спирали », чтобы объяснить расположение нуклеотидов в дезоксирибонуклеиновой кислоте.
У Уотсона и Крика была невероятная интуиция, открывающая всему научному сообществу то, что биологи и генетики искали годами.
Открытие точной структуры ДНК сделало возможным изучение и понимание биологических процессов, в которых участвует дезоксирибонуклеиновая кислота: от того, как она реплицируется и образует РНК (еще одну нуклеиновую кислоту) до того, как она генерирует белки.
Основополагающими для описания модели Уотсона и Крика были некоторые исследования, проведенные Розалингом Франклином, Морисом Уилкинсом и Эрвином Чаргаффом .
структура
Так называемая «модель двойной спирали» Уотсона и Крика показала, что ДНК представляет собой очень длинную молекулу, образованную двумя нитями нуклеотидов (полинуклеотидными филаментами). Соединенные друг с другом, но ориентированные в противоположных направлениях, эти два полинуклеотидных филамента обвивают друг друга, как спираль
Поскольку структура ДНК является довольно сложной темой, мы постараемся привести наиболее важные моменты, не выходя за рамки деталей.
ЧТО ТАКОЕ ДНК ПЕНТОСО?
Сахар с 5 атомами углерода, который отличает структуру нуклеотидов ДНК, является дезоксирибозой .
Из 5 атомов углерода дезоксирибозы 3 заслуживают отдельного упоминания:
- Так называемый « углерод 1 », потому что это то, что соединяет азотистую основу ;
- Так называемый « углерод 2 », потому что это то, что дает сахару название дезоксирибоза (примечание: дезоксирибоза означает «бескислородный» и относится к отсутствию атомов кислорода, связанных с углеродом);
- Так называемый « углерод 5 », потому что это то, что связывается с фосфатной группой .
Сравнение с РНК
Пентоза является рибозой в молекулах РНК. Рибоза отличается от дезоксирибозы только благодаря наличию на «углероде 2» атома кислорода.
Читатель может оценить это различие, посмотрев на рисунок ниже.
ВИДЫ НУКЛЕОТИДОВ И АЗОТНЫХ ОСНОВ
ДНК имеет 4 различных типа нуклеотидов .
Для различения этих элементов используется только азотистое основание, связанное со скелетом пентозофосфатной группы (которое в отличие от основания никогда не меняется).
По очевидным причинам азотистыми основаниями ДНК являются 4: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T).
Аденин и гуанин относятся к классу пуринов, гетероциклических соединений с двойным кольцом.
Цитозин и тимин, с другой стороны, попадают в категорию пиримидинов, гетероциклических соединений с одним кольцом.
Модель двойной спирали Уотсона и Крика позволила прояснить два совершенно неизвестных в то время аспекта:
- Каждое азотистое основание, присутствующее на цепочке ДНК, соединяет азотистое основание, присутствующее на другой цепочке ДНК, эффективно образуя пару оснований.
- Спаривание между азотистыми основаниями двух нитей очень специфично. На самом деле аденин присоединяется только к тимину, а цитозин - только к гуанину.
После этого второго сенсационного открытия молекулярные биологи и генетики назвали основания аденина и тимина и основания цитозина и гуанина « взаимодополняющими друг друга ».
Идентификация комплементарного спаривания между азотистыми основаниями была ключом к объяснению физических размеров ДНК и особой стабильности, которой обладают две цепи.
Общая молекула ДНК человека содержит около 3, 3 миллиарда основных азотных пар (что составляет около 3, 3 миллиарда нуклеотидов на нить).
Сравнение с РНК
В молекулах РНК азотистыми основаниями являются аденин, гуанин, цитозин и урацил . Последний представляет собой пиримидин и заменяет тимин.
СВЯЗЬ С НУКЛЕОТИДАМИ
Для удержания вместе нуклеотидов каждой отдельной цепи ДНК представляют собой связи фосфодиэфирного типа между фосфатной группой нуклеотида и так называемым «углеродом 5» непосредственно следующего нуклеотида.
Филаменты имеют противоположную ориентацию
Нити ДНК имеют два конца, которые называются 5 '(читай "пять первых") и 3 "(читай" три первых "). По соглашению, биологи и генетики установили, что 5 ' конец представляет головку цепи ДНК, а 3' конец представляет хвост .
Предлагая свою «модель двойной спирали», Уотсон и Крик утверждали, что две нити, составляющие ДНК, имеют противоположную ориентацию. Это означает, что головка и хвост нити взаимодействуют, соответственно, с хвостом и головкой другой нити.
Краткое исследование 5 'конца и 3' конца
Фосфатная группа, связанная с «углеродом 5» нуклеотида, является его 5'-концом, в то время как гидроксильная группа, связанная с «углеродом 3» (-ОН на фигуре), представляет его конец 3 '.
Объединение нескольких нуклеотидов поддерживает это расположение, и по этой причине в книгах по генетике и молекулярной биологии последовательности ДНК описываются следующим образом: P-5 '→ 3'-OH
* Обратите внимание: заглавная буква P обозначает атом фосфора фосфатной группы.
Сиденье в клетке и хромосомы
Эукариотические организмы (среди них и человек) обладают в ядре каждой своей клетки равной (и личной) молекулой ДНК .
В ядре (всегда в эукариотическом организме) ДНК организована в разные хромосомы . Каждая хромосома содержит точный участок ДНК, связанный со специфическими белками (гистоны, коэкзины и конденсаты). Ассоциация между ДНК и хромосомными белками называется хроматином .
Хромосомы у людей
Организм является диплоидным, когда ДНК внутри клеточного ядра организована в пары хромосом (называемых гомологичными хромосомами ).
Человек является диплоидным организмом, поскольку в его соматических клетках содержится 23 пары гомологичных хромосом (а значит, всего 46 хромосом).
Как и во многих других организмах, каждая из этих пар имеет хромосому материнского происхождения и хромосому родительского происхождения.
В этой картине, только что описанной, представлять собой случай самих половых клеток (или гамет): они обладают половиной хромосом нормальной соматической клетки (следовательно, 23, у человека) и по этой причине называются гаплоидными.,
Половая клетка человека достигает нормального набора из 46 хромосом во время оплодотворения.
функция
ДНК служит для генерации белков, макромолекул, необходимых для регуляции клеточных механизмов организма.
Человеческие хромосомы
Процесс, который приводит к образованию белков, очень сложен и включает фундаментальный промежуточный этап: транскрипцию ДНК в РНК .
Молекула РНК сравнима со словарем, так как она позволяет переводить нуклеотиды ДНК в аминокислоты белков .
Чтобы справиться с синтезом белка - процесс, который, что неудивительно, называется трансляцией, - это некоторые небольшие клеточные органеллы, известные как рибосомы .
ДНК → РНК → белок - это то, что эксперты называют центральной догмой молекулярной биологии.
