ДНК. Основи генетичного матеріалу
Челябінський Державний Університет
По предмету: "Концепції сучасного природознавства"
На тему: «ДНК. Основи генетичного матеріалу»
1. Загальні поняття про дезоксирибонуклеїнові кислоти
2. Способи отримання ДНК
3. Хімічний склад та фізико-хімічні властивості ДНК
4. Методи кількісного та якісного визначення та дослідження
5. Зміст у клітинах та тканинах
7. Біологічна роль
8. Гістохімічні методи виявлення у тканинах
Нуклеїнові кислоти мають першорядне біологічне значення і є складними високомолекулярними біополімерами, мономерами яких є нуклеотиди.
Вони вперше були виявлені в ядрах клітин, звідки їх назва (нуклеус — ядро).
Існує два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнова (ДНК) та рибонуклеїнова.
Важливі відкриття було зроблено вченими, вони відкрили молекулу ДНК. На основі цієї молекули будується все життя.
Трохи з історії. ДНК вперше були відкриті Мішером (F. Micscher, 1869), який назвав отриману речовину нуклеїном (лат. Nucleus ядро). Згодом було показано, що нуклеїн є високомолекулярною, що містить фосфор кислоту, що знаходиться в комплексі з білками, тому стали розрізняти власне нуклеїнову кислоту [Альтманн (R. Altmann), 1889] та її комплекси з білками - нуклеопротеїди. Незабаром нуклеїнова кислота була отримана з вилочкової залози (тимусу) теляти, що виявилася багатим джерелом всього речовини. Речовина, близька до властивостей, але відрізняється від нуклеїнової кислоти, отриманої з тимусу, виділили з дріжджів. З'ясувалося, що нуклеїнова кислота з дріжджів містить аденін, гуанін, цитозин та урацил, тоді як нуклеїнова кислота. виділена з тимусутеляти, замість урацилу містить тімін. Як вуглеводний компонент у дріжджовій нуклеїновій кислоті знайшли пентозу, а в препараті з тимусу - дезоксипентозу. Залежно від джерела отримання ці нуклеїнові кислоти отримали назви тимонуклеїнової та зимонуклеїнової. Оскільки перший тип нуклеїнової кислоти знаходили в тваринних об'єктах, а другий — у рослинних, вживали також назви «тварини» та «рослинні» нуклеїнові кислоти. Однак, коли Фейльген (R. Feulgen) розробив гістохімічну реакцію на «тварину» нуклеїнову кислоту, виявилося, що вона виявляється в ядрі як тварин, так і рослинних клітин. цитоплазма клітин і рослин, і тварин. Нарешті, А. Н. Білозерським наявність ДНК рослин було доведено хімічно. Назви «дезоксирибонуклеїнова кислота» (ДНК) та «рибонуклеїнова кислота» (РНК) були запропоновані після того, як Левіном (Р.A. Levenе) було встановлено, що дезоксипентоза в тимонуклеїновій кислоті є дезоксирибозою, а пентоза в зимонуклеїновій кислоті.
1. Загальні поняття про дезоксирибонуклеїнові кислоти
Дезоксирибонуклейнові кислоти (ДНК; застарілі назви: дезоксипентозонуклеїнові кислоти, ядерні нуклеїнові кислоти, тимонукленові кислоти, тварини нуклеїнові кислоти) — нуклеїнові кислоти, що містять в якості вуглеводного компонента дезоксприбозу, а в якості одного з молекул ють рибоза та урацил. ДНК є лінійними полімерами дезоксирибонуклеотидів, в послідовності азотистих основ яких закодована вся спадкова інформація.
Таким чином, ДНК даного організму містить у собіінформацію про всі ознаки виду та особливості індивіда - його генотип - і передає цю інформацію потомству, відтворюючи певну послідовність підстав у будові індивідуальних ДНК. Оскільки молекули ДНК дуже великих розмірів і існує безліч можливих неоднакових послідовностей з чотирьох різних нуклеотидів, число різних молекул ДНК практично нескінченно.
У природі ДНК містяться у всіх організмах за винятком РНК-вірусів. ДНК є типовим компонентом клітинного ядра, в якому вони знаходяться в комплексі з білками, головним чином гістонами, утворюючи дезоксприбонуклеопротеїди, що є основою цитологічної структури хроматину та речовини хромосом. ДНК виявлена також у хлоропластах рослинної клітини і в мітохондріях тварин і рослин, в яких вона кодує частину білків цих структур, завдяки чому вони мають деяку автономію і лише частково залежать від ДНК ядра.
2. Способи отримання ДНК
Методика виділення ДНК залежить від складу та характеру використовуваного джерела (тканини тварин або рослин, мікроорганізми, віруси). Для лабораторного та промислового отримання ДНК зазвичай використовують вилочкову залозу теляти, а також сперму (молоки) риб, селезінку ссавців, ядерні еритроцити птахів.
Препарати ДНК, які зазвичай отримують у вигляді натрієвої солі ДНК, мають вигляд білих волокон. Для збереження нативних властивостей ДНК обробку тканин і клітин проводять на холоді, по можливості швидко, в умовах, що виключають або зменшують дію дезоксирибонуклеаз, що зазвичай містяться в тканинах і викликають ферментативний розпад ДНК. Крім збереження нативних властивостей, найважливішим завданням є очищення ДНК від інших речовин, насамперед від білків і РНК. У зв'язку з цим методиотримання ДНК відрізняються головним чином способами депротеїнізації та очищення препаратів від домішок РНК. Для цих цілей застосовують обробку клітин та тканин різними детергентами, фенолами та іншими депротеїнізуючими агентами.
При отриманні ДНК із тварин і рослинних тканин найчастіше попередньо ізолюють фракцію клітинних ядер або виділяють дезоксирибонуклеопротеїди, відмиваючи їх сольовими розчинами у фізіологічних концентраціях у присутності ЕДТА або інших сполук, що зв'язують двовалентні катіони, необхідні для прояву ферментативної активності. Після видалення основної маси білків препарати додатково депротеїнізують хлороформом з октанолом або фенолом. Нерідко їх обробляють також рибонуклеазами та протеолітичними ферментами, зазвичай проназою.
Для отримання ДНК із бактерій зазвичай користуються методом Мрамора. який полягає у відмиванні бактеріальної маси 0,15 М Nad, що містить 0,015 М цитрат натрію, лізисі клітин при 60° і рН 8,0 в 0,15 М NaCI, що містить ЕДТА і 2% додецилсульфат натрію, депротепнізації їх хлороформом , переосадженні спиртом, повторної багаторазової депротеїнізації, обробці рибонуклеазою та осадженні ізопропіловим спиртом Цей метод у різних модифікаціях також успішно застосовують для отримання ДНК із тварин і рослинних тканин та ізольованих клітинних структур, наприклад, мітохондрій.