Принцип організації дволанцюжкової молекули ДНК

Короткий огляд:

Молекула ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) складається з двох (смислової та антисмислової) спірально закручених полінуклеотидних ланцюгів. Полінуклеотидний ланцюг є біополімером, що складається з нуклеотидів.

Основна частина:

Нуклеотид утворює залишок фосфорної кислоти, приєднаний по 5'- положенню до цукру дезоксирибозе, який через глікозидний зв'язок (C-N) по 1'- положенню пов'язаний одним з чотирьох азотистих основ.

Нуклеотиди - фосфатні ефіри нуклеозидів. Нуклеотиди існують у вигляді моно-, ді-і трифосфатів. Монофосфатний ефір (нуклеозидмонофосфат) входить до складу полінуклетидного ланцюга. Трифосфатні ефіри (нуклеозидтрифосфати) беруть участь у біосинтезі ДНК.
Нуклеозиди - N глікозильні похідні (N- глікозиди) різних азотистих основ (пурини, піримідини), що містять дезоксирибозу в молекулі дезоксирибонуклеїнової кислоти або рибозу в молекулі рибонуклеїнової кислоти. Нуклеозиди-дезоксіаденізон, дезоксицитидин, дезокситімідин, урідін (у молекулі РНК).
Пуринові основи - аденін (А) та гуанін (G).
Піримідинові основи - цитозин (С), тімін (Т) і урацил (U), присутні тільки в молекулі РНК.
Полінуклеотидний ланцюг - за допомогою фосфодіефірних зв'язків нуклетиди утворюють повнуклеотидний ланцюг, при цьому ковалентні фосфодіефірні зв'язки з'єднують 5' атом вуглецю нуклеотиду, що приєднується, з 3' атомом вуглецю нуклеотиду.
Подвійна спіраль ДНК. Дві антипаралельні (5'- кінець одного ланцюга розташовується навпроти 3'- кінця іншого) комплементарні ланцюги полінуклеотидів, з'єднаної водневими зв'язками в парах А-Т і G-C, утворюють дволанцюгову молекулуДНК. Молекула ДНК спірально закручена довкола своєї осі. На один виток ДНК припадає приблизно 10 пар основ.
Смисловий ланцюг ДНК. Послідовність нуклеотидів у ланцюзі кодує спадкову інформацію.
Антисмисловий ланцюг по суті є копією смислового ланцюга ДНК. Служить матрицею синтезу мРНК (інформацію про первинної структурі білка), тРНК, рРНК, регуляторної РНК.

Зберігання та реалізація генетичної інформації (транскрипція à процесинг à трансляція à посттрансляційна модифікація), а також ряд інших функцій ядра відбувається за участю ядерної ДНК та різних видів РНК. Ядерна РНК містить гени-специфічні послідовності нуклеотидів, що несуть інформацію про білки та РНК. Гени людини займають всього 3% від усі ДНК; понад 90% ДНК виконує регуляторну функцію. Кількість генів, виявлених у геномі людини, становить приблизно 24 000.

37. Принцип організації дволанцюжкової молекули ДНК.

ДНК – дезоксирибонуклеїнова кислота: складається з нуклеотидів (азотиста основа + цукор дезоксирибозу + залишок фосфорної кислоти).

Біспіраль – дволанцюгова молекула ДНК або«подвійна спіраль».

Комплементарність - взаємна відповідність молекул біополімерів або їх фрагментів, що забезпечує утворення зв'язків між просторово взаємодоповнювальними (комплементарними) фрагментами молекул або їх структурних фрагментів.

Генетична (біологічна) інформація записана за довжиною молекул дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) у вигляді послідовності нуклеотидів, тоді як здатність передавати цю інформацію від клітини до клітини, а також використовувати для забезпечення клітинної життєдіяльності визначається надмолекулярною організацією ДНК у вигляді подвійної спіралі, в якійздійснюється принцип комплементарності. Здійснення цього принципу, уможливлюючи матричний синтез, становить молекулярно-біологічний базис обох основних функцій ДНК – використання інформації з метою організації клітинних функцій (через механізми транскрипції і трансляції) і передачі інформації у ряді клітинних поколінь (через механізми реплікації ДНК і мітозу). На макромолекулярному рівні у зв'язку з першою функцією йдеться про утворення молекул інформаційних (матричних) РНК та рибосомний цикл біосинтезу білка, з другої – про копіювання та розподіл між дочірніми клітинами біспіралей ДНК.

Послідовність нуклеотидів у аналізованому ланцюжку (первинна структура) може бути будь-якою. ДНК присутня у клітинах у вигляді комплексу з двох комплементарних (взаємодоповнюючих) антипаралельних молекул – вторинна структура. Оскільки існування такої конструкції неможливе з стереохімічних міркувань, комплекс «закручений» у подвійну тривимірну спіраль – третинна структура. /ДОДАТОК! Зазвичай буває правозакручена (за годинниковою стрілкою) А і В - форма, але іноді зустрічається і лівозакручена Z - форма. /

Полімери в біспіралі утримуються зв'язками між пурином та піримідином: «аденін-тимін» та «гуанін-цитозин». Ці особливості організації забезпечують виконання ДНК функцій інформаційної макромолекули. Незалежна комбінація нуклеотидів по довжині молекули служить запису біологічної інформації, а подвійна спіраль комплементарних полімерів вирішує завдання копіювання цієї інформації.

38. Який механізм забезпечує сталість числа та форми хромосом у всіх клітинах організму?

Вирізняють кілька механізмів:

1) Мітоз забезпечує сталість числа хромосом у соматичних клітинах і за рахунок нього організм росте.2) Мейоз утворює гамети з гаплоїдним набором хромосом.

Постійність числа та форм хромосом у соматичних клітинах організму забезпечується завдяки мітозу та за рахунок нього організм зростає.

Вирізняють кілька механізмів:

Мітоз, чи непряме розподіл, найпоширеніший у природі. Мітоз лежить в основі поділу всіх нестатевих клітин (епітеліальних, м'язових, нервових, кісткових та ін.).

Мейоз - це розподіл у зоні дозрівання статевих клітин, що супроводжується зменшенням числа хромосом удвічі. Він складається з двох послідовностей, що йдуть поділів, що мають ті ж фази, що і мітоз.

1) Мітоз забезпечує сталість числа хромосом у соматичних клітинах і за рахунок нього організм росте. 2) Мейоз утворює гамети з гаплоїдним набором хромосом.

Постійність числа та форм хромосом у соматичних клітинах організму забезпечується завдяки мітозу та за рахунок нього організм зростає. При мітоз у соматичних клітинах зберігається диплоїдний набір хромосом. Завдяки мітозу забезпечується сталість числа хромосом у гаметах (гаплоїдний набір)

У клітинному циклі розрізняють порівняно коротку М-фазу (мітоз) та більш тривалий період – інтерфазу. М-фаза складається з профази, прометафази, метафази, ана- фази і телофази. Інтерфаза складається з фаз G1, S та G2. У безпечній точці рестрикції клітина може вийти з клітинного циклу і вступити у фазу G0 . Під дією мітогенів клітини з фази G0 можуть повернутись у цикл. Checkpoint 1 (точка рестрикції) та Сheckpoint 2 - звірювальні точки. Цикліни А, B, E, D — регуляторні субодиниці циклін-залежних протеїнкіназ (Cdk).

В інтерфазі послідовно розрізняють періоди G1, S та G2

. • Пресинтетична G1 фаза (від англ. gap – щілина, інтервал) – період високої метаболічної активності тазростання клітини між телофазою мітозу та реплікацією (подвоєнням) ДНК. У цю фазу клітина синтезує РНК і білки, завершується формування ядерця. Тривалість фази - від кількох годин до кількох днів. У клітин, що швидко діляться (ембріональних і пухлинних), ця фаза скорочена.

G0 фаза – період проліферативного спокою. Наприкінці фази G1 існує точка рестрикції (Сheckpoint 1) - безпечна точка клітинного циклу, в якій клітина може зупинитися і вийти з циклу фазу G0 . У фазі G0 клітини починають диференціюватися, досягаючи термінального (остаточного) диференціювання (наприклад, нейрони), або залишаються у стані спокою (стволові клітини). Стимулом для проходження через точку рестрикції або повернення клітини з фази G0 у клітинний цикл є дія мітогенів (наприклад, факторів росту) — молекул, що взаємодіють зі специфічними рецепторами в мембрані клітини-мішені та ініціюють її проліферацію.

• Синтетична S фаза (від англ. synthetic) — період синтезу та реплікації ДНК; у хромосомі формується друга хроматида. Мітохондріальна ДНК синтезується незначно, основна її частина реплікується у постсинтетичному періоді інтерфази. У фазу S в клітині триває синтез білка, розділяються центріолі. У більшості клітин S фаза триває 8–12 годин.

•Постсинтетична G2 фаза. У цей час завершується подвоєння сумарної клітинної маси, дочірні центриоли досягають розмірів дефінітивних органел. У цю фазу триває синтез РНК і білка (наприклад, синтез тубуліна для мікротрубочок мітотичного веретена), накопичується АТФ для енергетичного забезпечення наступного мітозу. Ця фаза триває 2-4 години.