Nuklein kislotalari. B
Tirik organizmda uchta asosiy makromolekula mavjud: oqsillar va ikki turdagi nuklein kislotalar. Ularning yordami bilan butun organizmning hayotiy faoliyati va to'g'ri ishlashi qo'llab -quvvatlanadi. Nuklein kislotalar nima? Ular nima uchun? Bu haqda keyinroq maqolada batafsilroq.
umumiy ma'lumot
Nuklein kislotasi - bu biopolimer, nukleotid qoldiqlaridan hosil bo'lgan yuqori molekulyar og'irlikdagi organik birikma. Barcha genetik ma'lumotlarni avloddan -avlodga uzatish nuklein kislotalarning asosiy vazifasidir. Quyidagi taqdimotda ushbu kontseptsiya batafsilroq yoritiladi.
Tadqiqot tarixi
Birinchi o'rganilgan nukleotid 1847 yilda sigir mushaklaridan ajratilgan va "inosin kislotasi" deb nomlangan. Kimyoviy tuzilishni o'rganish natijasida uning ribozid-5'-fosfat ekanligi va N-glikozidli birikmani saqlagani aniqlandi.1868 yilda "nuklein" deb nomlangan modda kashf qilindi. U shveytsariyalik kimyogar Fridrix Mischer tomonidan ba'zi biologik moddalarni tadqiq qilish paytida aniqlangan. Ushbu moddaning tarkibi fosforni o'z ichiga oladi. Murakkab kislotali xususiyatlarga ega edi va proteolitik fermentlar tomonidan parchalanmagan.
Modda C29H49N9O22P3 formulasini oldi.Hromatin bilan kimyoviy tarkibining o'xshashligini aniqlash natijasida irsiy axborotni uzatish jarayonida nukleinning ishtiroki haqidagi taxmin ilgari surildi. Bu element xromosomalarning asosiy komponenti hisoblanadi. "Nuklein kislotasi" atamasi birinchi marta 1889 yilda Richard Altmann tomonidan kiritilgan. Aynan mana shu moddalarni oqsil aralashmalarisiz olish usulining muallifi bo'ldi.Nuklein kislotalarning gidroksidi gidrolizini o'rganish jarayonida Levin va Yoqub bu jarayon mahsulotlarining asosiy komponentlarini aniqladilar. Ular nukleotidlar va nukleozidlar bo'lib chiqdi. 1921 yilda Levin DNKning tetranukleotid tuzilishiga ega ekanligini taklif qildi. Biroq, bu gipoteza tasdiqlanmadi va noto'g'ri bo'lib chiqdi.
Tasniflash
Nuklein kislotalar ikki xil: DNK va RNK. Ularning mavjudligi barcha tirik organizmlarning hujayralarida uchraydi. DNK asosan hujayraning yadrosida joylashgan. RNK sitoplazmada uchraydi. 1935 yilda DNKning yumshoq bo'linishi paytida 4 ta DNK hosil qiluvchi nukleotidlar olindi. Ushbu komponentlar kristallar holatida taqdim etilgan. 1953 yilda Uotston va Krik DNKning ikkita spirali borligini aniqladilar.
Tanlov usullari
Tabiiy manbalardan aralashmalar tayyorlashning turli usullari ishlab chiqilgan. Bu usullarning asosiy shartlari nuklein kislotalari va oqsillarni samarali ajratish, jarayon davomida olingan moddalarning eng kam parchalanishi hisoblanadi. Hozirgi kunda klassik usul keng qo'llanilmoqda. Bu usulning mohiyati biologik materialning devorlarini vayron qilishda va ularni keyinchalik anionli yuvish vositasi bilan tozalashda yotadi. Natijada oqsil cho'kmasi hosil bo'ladi, nuklein kislotalar eritmada qoladi. Boshqa usul ishlatiladi. Bunday holda, nuklein kislotalarni etanol va sho'r suv yordamida jel holatida yotqizish mumkin. Bunday holda, ba'zi ehtiyot choralarini ko'rish kerak. Xususan, jelatinli cho'kma olish uchun etanolni sho'r eritmaga juda ehtiyotkorlik bilan qo'shish kerak. Nuklein kislotasi qanday kontsentratsiyada chiqarilgan, unda qanday iflosliklar bor, siz spektrofotometrik usulni aniqlay olasiz. Nuklein kislotalari fermentlarning maxsus klassi bo'lgan nukleaza ta'sirida osonlikcha parchalanadi. Bunday chiqarish bilan laboratoriya uskunalari ingibitorlar bilan majburiy qayta ishlanishi kerak. Bularga, masalan, RNKni ajratishda ishlatiladigan DEPC inhibitori kiradi.
Jismoniy xususiyatlar
Nuklein kislotalar suvda juda yaxshi eriydi va organik birikmalarda deyarli erimaydi. Bundan tashqari, ular harorat va pH ko'rsatkichlariga ayniqsa sezgir. Yuqori molekulyar og'irlikdagi nuklein kislota molekulalari mexanik kuchlar ta'sirida nukleaza orqali bo'linishi mumkin. Bularga eritmani aralashtirish, chayqash kiradi.
Nuklein kislotalari. Tuzilishi va funktsiyasi
Ko'rib chiqilayotgan birikmalarning polimerik va monomerik shakllari hujayralarda uchraydi. Polimerik shakllarga polinukleotidlar deyiladi. Bu shaklda nukleotidlar zanjirlari fosfor kislotasi qoldig'i bilan bog'lanadi. Riboza va deoksoriboz deb ataladigan ikki xil geterotsiklik molekulalar tarkibiga ko'ra, kislotalar, o'z navbatida, ribonukleik va deoksiribonukleinli bo'ladi. Ularning yordami bilan irsiy ma'lumotlarni saqlash, uzatish va amalga oshirish sodir bo'ladi. Nuklein kislotalarning monomerik shakllaridan eng mashhuri adenozin trifosfor kislotasi. U signallarni uzatish va hujayradagi energiya zaxiralarini ta'minlash bilan shug'ullanadi.
DNK
Deoksiribonuklein kislotasi makromolekuladir. Uning yordami bilan genetik ma'lumotni uzatish va amalga oshirish jarayoni sodir bo'ladi. Bu ma'lumotlar tirik organizmning rivojlanishi va ishlashi dasturi uchun zarurdir. Hayvonlarda, o'simliklarda, qo'ziqorinlarda DNK hujayra yadrosidagi xromosomalarning bir qismi bo'lib, mitoxondriya va plastidlarda ham uchraydi. Bakteriyalar va arxalarda dezoksiribonuklein kislota molekulasi hujayra membranasiga ichkaridan yopishadi. Bunday organizmlar asosan dumaloq DNK molekulalarini o'z ichiga oladi. Ularga "plazmidlar" deyiladi. Kimyoviy tuzilishi bo'yicha deoksiribonuklein kislotasi nukleotidlardan tashkil topgan polimer molekuladir. Bu komponentlar, o'z navbatida, azotli asos, shakar va fosfat guruhini o'z ichiga oladi. Oxirgi ikkita element tufayli nukleotidlar o'rtasida zanjir hosil qilib, aloqa o'rnatiladi. Asosan, DNK makromolekulasi ikkita ipdan iborat spiral shaklida taqdim etilgan.
RNK
Ribonuklein kislotasi nukleotidlarning uzun zanjiridir. Ularda azotli asos, riboza shakar va fosfat guruhi mavjud. Genetik ma'lumotlar nukleotidlar ketma -ketligi yordamida kodlangan. RNK oqsil sintezini dasturlash uchun ishlatiladi. Ribonuklein kislotasi transkripsiya paytida hosil bo'ladi. Bu DNK shablonida RNKni sintez qilish jarayoni. Bu maxsus fermentlar ishtirokida sodir bo'ladi. Ularga RNK polimerazalar deyiladi. Shundan so'ng, ribonuklein kislotalari andozasi tarjima jarayonida ishtirok etadi. RNK matritsasida oqsil sintezi shunday amalga oshiriladi. Bu jarayonda ribosomalar faol ishtirok etadi. Qolgan RNKlar transkripsiya oxirida kimyoviy o'zgarishlarga uchraydi. Vujudga kelgan o'zgarishlar natijasida ribonuklein kislotaning ikkilamchi va uchlamchi tuzilmalari hosil bo'ladi. Ular RNK turiga qarab ishlaydi.
Rossiya Federatsiyasi Ta'lim va fan vazirligi
Federal davlat avtonom ta'lim muassasasi
Oliy ma'lumot
"QAZON MILLIY TEXNOLOGIK UNIVERSITETI"
Oziq -ovqat muhandisligi instituti
Oziq -ovqat biotexnologiyasi kafedrasi
MAVZUSIDA INSHO
Yadro kislotalari. DNK va RNK
To'ldirgan: Radenko V.
625 M-52 guruhi
Nuklein kislotalari - tabiiy yuqori molekulyar organik birikmalar tirik organizmlarda irsiy (genetik) ma'lumotlarni saqlash va uzatishni ta'minlaydi. Har bir tirik organizmda 2 turdagi nuklein kislotalar mavjud: ribonuklein kislotasi (RNK) va deoksiribonuklein kislotasi (DNK). Ma'lum bo'lgan eng kichik nuklein kislotaning, tashuvchi RNK (tRNK) ning molekulyar og'irligi taxminan 25 kDa. DNK - eng katta polimer molekulasi; ularning molekulyar og'irligi 1.000 dan 1.000.000 kDa gacha. DNK va RNK monomerik birliklardan - nukleotidlardan iborat, shuning uchun nuklein kislotalarga polinukleotidlar deyiladi.
Nukleotidlarning tuzilishi
Har bir nukleotid kimyoviy jihatdan har xil 3 komponentni o'z ichiga oladi: heterotsiklik azotli asos, monosaxarid (pentoza) va fosfor kislotasi qoldig'i. Molekuladagi fosfor kislotasi qoldiqlari soniga qarab nukleozid monofosfatlar (NMP), nukleozid difosfatlar (NDP) va nukleozid trifosfatlar (NTP) ajratiladi (4-1-rasm). Nuklein kislotalarning tarkibi ikki turdagi azotli asoslarni o'z ichiga oladi: purin - adenin(A), guanin(G) va pirimidin - sitozin(BILAN), timin(T) va urasil(U). Bazalardagi atomlarning raqamlanishi tsikl ichida yoziladi (4-2-rasm). Nukleotidlardagi pentozalar riboza (RNK tarkibida) yoki deoksiriboza (DNK tarkibida) bilan ifodalanadi. Pentozalardagi atomlar sonini bazalardagi atomlar sonidan farqlash uchun yozuv tsikl tashqarisidan amalga oshiriladi va "() - 1", 2 ", 3", 4 "va 5" zarbalari qo'shiladi. raqamga (4-3-rasm). Pentose bazaga ulanadi N-glikozidik bog ', pentozaning (riboza yoki deoksiribozaning) C 1 -atomidan va pirimidinning N 1 -atomidan yoki purinning N 9 -atomidan hosil bo'ladi (4-4 -rasm). Pentoza riboza bilan ifodalangan nukleotidlarga ribonukleotidlar, ribonukleotidlardan hosil bo'lgan nuklein kislotalarga esa ribonuklein kislotalar yoki RNK deyiladi. Nuklein kislotalari, ularning monomerlari deoksiribozani o'z ichiga oladi, deyiladi deoksiribonuklein kislotalari yoki DNK. Nuklein kislotalari tuzilishida quyidagilarga bo'linadi
Guruch. 4-1. Adenozinning nukleozid mono-, di- va trifosfatlari. Nukleotidlar - nukleozidlarning fosforli esterlari. Qolgan fosfor kislotasi pentozaning 5 dyuymli uglerod atomiga biriktiriladi (5 dyuymli -fosfoeterli birikma).
Guruch. 4-2. Purin va pirimidin asoslari.
Guruch. 4-3. Pentoz. 2 xil-RNK nukleotidlari tarkibida b-D-riboza va DNK nukleotidlari tarkibida b-D-2-deoksiriboz.
chiziqli polimerlar sinfi. Nuklein kislotasi umurtqa pog'onasi molekulaning butun uzunligi bo'ylab bir xil tuzilishga ega va o'zgaruvchan guruhlardan-pentoz-fosfat-pentozadan iborat (4-5-rasm). Polinukleotid zanjirlarining o'zgaruvchan guruhlari azotli asoslar - purinlar va pirimidinlardir. RNK molekulalariga adenin (A), uratsil (U), guanin (G) va sitozin (C), DNK - adenin (A), timin (T), guanin (G) va sitozin (C) kiradi. DNK va RNK molekulalarining tuzilishi va funktsional individualligining o'ziga xosligi ularning asosiy tuzilishi - polinukleotidlar zanjiridagi azotli asoslarning ketma -ketligi bilan belgilanadi.
Guruch. 4-4. Purin va pirimidin nukleotidlari.
Guruch. 4-5. DNK zanjirining bo'lagi.
B. Dezoksiribonuklein kislotasining tuzilishi (DNK)
DNKning asosiy tuzilishi polinukleotidlar zanjirida dezoksiribonukleozid monofosfatlar (dNMP) ning almashinish tartibi. Polinukleotid zanjiridagi har bir fosfat guruhi, molekulaning 5 dyuymli fosfor qoldig'idan tashqari, ikkita qo'shni deoksiribozaning 3 "va 5" uglerod atomlari ishtirokida ikkita efir bog'lanishining hosil bo'lishida ishtirok etadi. monomerlar orasidagi bog'lanish 3 ", 5" bilan belgilanadi- DNKning terminal nukleotidlari tuzilishi bilan ajralib turadi: zanjirning 5 "uchida fosfat guruhi va zanjirning 3" uchida erkin OH guruhi mavjud. Bu uchlar 5 "- va 3" uchlari deb ataladi. Polimer DNK zanjiridagi dezoksiribonukleotidlarning chiziqli ketma-ketligi odatda bitta harfli kod yordamida qisqartiriladi, masalan -AGCTTACA- 5 "- 3"- oxirigacha.
Har bir nuklein kislota monomerida fosfor kislotasi qoldig'i bo'ladi. PH 7 da fosfat guruhi to'liq ionlanadi in vivo nuklein kislotalar polianionlar sifatida mavjud (ular bir nechta manfiy zaryadlarga ega). Pentoz qoldiqlari ham hidrofilik xususiyatlarga ega. Azotli asoslar suvda deyarli erimaydi, lekin purin va pirimidin halqalarining ba'zi atomlari hosil bo'lishi mumkin. vodorod aloqalari.
DNKning ikkilamchi tuzilishi. 1953 yilda J. Uotson va F. Krik DNKning fazoviy tuzilishi modelini taklif qilishdi. Ushbu modelga ko'ra, DNK molekulasi bir -biriga nisbatan va umumiy o'q atrofida burilgan ikkita polinukleotid zanjiridan hosil bo'lgan spiral shakliga ega. Ikki tomonlama spiral o'ng qo'l, polinukleotid zanjiri antiparallel(4-6-rasm), ya'ni. agar ulardan biri 3 "→ 5" yo'nalishda bo'lsa, ikkinchisi 5 "→ 3" yo'nalishda. Shuning uchun, har bir uchida
Guruch. 4-6. DNKning juft spirali.
DNK molekulalari bir -birini to'ldiruvchi nukleotidlar ketma -ketligiga ega bo'lgan ikkita antiparallel ipdan iborat. Zanjirlar bir-biriga nisbatan o'ng qo'l spirali shaklida o'ralgan, shuning uchun bir burilishda 10 ga yaqin nukleotid juftlari bo'ladi. DNK zanjirlarining barcha asoslari er -xotin spiral ichida joylashgan, pentoza fosfatli orqa miya esa tashqarida. Polinukleotid zanjirlari bir-birini to'ldiruvchi purin va pirimidin azotli asoslar A va T (ikkita bog'lanish) va G va C (uchta bog'lanish) o'rtasidagi vodorod aloqalari tufayli ushlab turiladi (4-7-rasm). Bu kombinatsiya yordamida har bir juft uchta halqani o'z ichiga oladi, shuning uchun bu tayanch juftlarning umumiy kattaligi molekulaning butun uzunligi bo'ylab bir xil bo'ladi.
Guruch. 4-7. DNKda purin-pirimidin asos juftlari.
Boshqa juft birikmalar uchun vodorod aloqalari mumkin, lekin ular ancha zaif. Bir zanjirning nukleotidlar ketma -ketligi ikkinchi zanjirning nukleotidlar ketma -ketligini to'liq to'ldiradi. Shuning uchun, Chargaff qoidasiga ko'ra (Ervin Chargaff 1951 yilda DNK molekulasida purin va pirimidin asoslari nisbatida naqshlar o'rnatgan), purin asoslari soni (A + G) pirimidin asoslari (T + C) soniga teng. . Bir -birini to'ldiruvchi asoslar spiralning markaziga biriktirilgan. Qatlamdagi ikki ipli molekulaning asoslari o'rtasida, hidrofobik o'zaro ta'sirlar, barqarorlashtiruvchi er -xotin spiral.
Bu struktura azotli qoldiqlarning suv bilan aloqasini istisno qiladi, lekin asoslar to'plami mutlaqo vertikal bo'lishi mumkin emas. Asosiy juftlar bir -biridan biroz siljigan. Shakllangan tuzilishda ikkita truba ajratiladi - katta, kengligi 2,2 nm va kichik, kengligi 1,2 nm. Katta va kichik oluklar mintaqasidagi azotli asoslar xromatin tuzilishini tashkil etishda ishtirok etadigan o'ziga xos oqsillar bilan o'zaro ta'sir qiladi.
DNK uchinchi tuzilishi Har bir DNK molekulasi alohida xromosomaga o'ralgan. Inson diploid hujayralari o'z ichiga oladi 46 ta xromosoma. Hujayraning barcha xromosomalari DNKining umumiy uzunligi 1,74 m, lekin u yadroga o'ralgan, diametri millionlab marta kichikroq. DNKni hujayra yadrosiga joylashtirish uchun juda ixcham tuzilish hosil bo'lishi kerak. DNKni siqish va o'ta to'kish DNK tuzilishidagi o'ziga xos ketma -ketliklar bilan o'zaro ta'sir qiladigan turli xil oqsillar yordamida amalga oshiriladi. Eukaryotik DNK bilan bog'langan barcha oqsillarni 2 guruhga bo'lish mumkin: gigon va giston bo'lmagan oqsillar. Hujayralarning yadroli DNKli oqsillar kompleksiga xromatin deyiladi.
Xistonlar- molekulyar og'irligi 11-21 kDa bo'lgan, tarkibida arginin va lizin qoldiqlari ko'p bo'lgan oqsillar. Musbat zaryad tufayli gistonlar manfiy zaryadlangan fosfat guruhlari bilan DNK juft spirali tashqarisida joylashgan ionli bog'lanishlar hosil qiladi. Gistonlarning 5 turi mavjud. To'rt giston N2A, N2V, NZ va N4 oktamerik oqsil kompleksini hosil qiladi (N2A, N2V, NZ, N4) 2, bu deyiladi. yadro yadrosi(ingliz tilidan. yadro yadrosi). DNK molekulasi giston oktamerining yuzasiga "o'ralgan" bo'lib, 1,75 burilish (taxminan 146 tayanch juftlik) qiladi. DNKli bunday histon oqsillari majmuasi xromatinning asosiy tuzilish birligi bo'lib xizmat qiladi "nukleosoma". Nukleosoma zarralarini bog'laydigan DNK bog'lovchi DNK deb ataladi. O'rtacha bog'lovchi DNK 60 tayanch juftlikdan iborat. Histon H1 molekulalari internukleosomal hududlarda DNK bilan bog'lanadi (bog'lovchi ketma-ketliklar) va bu hududlarni nukleazalardan himoya qiladi (4-8-rasm).
Guruch. 4-8. Nukleosoma tuzilishi.
Sakkiz giston molekulasi (N2A, N2V, NZ, N4) 2 nukleosoma yadrosini tashkil qiladi, uning atrofida DNK taxminan 1,75 burilish hosil qiladi. DNK. Lizin, arginin va gistonlarning terminal amino guruhlari aminokislotalari qoldiqlarini o'zgartirish mumkin: atsetillangan, fosforlangan, metillangan yoki ubikuitin oqsili (giston bo'lmagan oqsil) bilan o'zaro ta'sir. O'zgarishlar qaytariladigan va qaytarilmas, ular gistonlarning zaryadini va konformatsiyasini o'zgartiradi va bu gistonlarning bir -biri bilan va DNK bilan o'zaro ta'siriga ta'sir qiladi. Modifikatsiyaga javob beradigan fermentlarning faolligi tartibga solinadi va hujayra tsiklining bosqichiga bog'liq. O'zgartirishlar xromatinning konformatsion qayta tuzilishini mumkin qiladi.
Giston bo'lmagan xromatin oqsillari. Eukaryotik hujayraning yadrosida DNK bilan bog'laydigan giston bo'lmagan yuzlab turli xil oqsillar mavjud. Har bir protein DNK nukleotidlarining ma'lum bir ketma -ketligini to'ldiradi (DNK joyi). Bu guruhga "sink barmoqlari" tipidagi saytga xos oqsillar oilasi kiradi (1-bo'limga qarang). Har bir rux barmog'i 5 nukleotid juftidan tashkil topgan ma'lum bir joyni taniydi. Saytga xos bo'lgan boshqa oqsillar oilasi-homodimerlar. DNK bilan aloqada bo'lgan bunday oqsilning bo'lagi spiral-burilish-spiral tuzilishga ega (1-bo'limga qarang). Xromatin bilan doimo bog'liq bo'lgan tuzilish va tartibga soluvchi oqsillar guruhiga yuqori harakatchanlikdagi oqsillar kiradi. HMG oqsillari- ingliz tilidan, yuqori harakatchanlikdagi jel oqsillari). Ular molekulyar og'irligi 30 kDa dan kam va zaryadlangan aminokislotalarning ko'pligi bilan ajralib turadi. Kam molekulyar og'irligi tufayli HMG oqsillari poliakrilamid gel elektroforezida juda harakatchan bo'ladi. Replikatsiya, transkripsiya va ta'mirlash fermentlari ham giston bo'lmagan oqsillarga tegishli. DNK va RNK sintezida ishtirok etadigan strukturaviy, tartibga soluvchi oqsillar va fermentlar ishtirokida nukleosoma zanjiri oqsillar va DNKning juda zichlashgan kompleksiga aylanadi. Olingan struktura asl DNK molekulasidan 10 000 marta qisqaroq.
Maqolaning mazmuni
Yadro kislotalari- har bir tirik organizm haqidagi barcha ma'lumotlarni saqlaydigan, uning o'sishi va rivojlanishini, shuningdek, keyingi avlodga o'tadigan irsiy xususiyatlarni saqlaydigan biologik polimer molekulalari. Nuklein kislotalari barcha o'simlik va hayvonlar hujayralari yadrolarida uchraydi, ular nomini aniqladilar (lat . yadro - yadro).
Nuklein kislotalarning polimer zanjirining tarkibi.
Nuklein kislotalarning polimer zanjiri fosfor kislotasi H 3 PO 3 bo'laklaridan va furan hosilalari bo'lgan heterosiklik molekulalarning bo'laklaridan yig'iladi. Nuklein kislotalarning atigi ikki turi bor, ularning har biri shunday geterotsikllarning ikki turidan biri - riboza yoki deoksiribozaga asoslangan (1 -rasm).
Guruch. 1. RIBOSA VA DESOKSIROBOSA TUZILISHI.
Ribozaning nomi (lat . Qovurg'a - qovurg'a, qog'oz qisqichi) - oza oxiri bor, bu uning shakar sinfiga mansubligini ko'rsatadi (masalan, glyukoza, fruktoza). Ikkinchi birikmada OH guruhi (oksi guruhi) yo'q, ular qizil qizil rangda ribozada belgilanadi. Shu nuqtai nazardan, uch karra birikma deoksiriboza, ya'ni oksidli guruh bo'lmagan riboza deb ataladi.
Riboza va fosfor kislotasining bo'laklaridan qurilgan polimer zanjiri nuklein kislotalardan biri ribonuklein kislota (RNK) ning asosini tashkil qiladi. Bu birikma nomidagi "kislota" atamasi ishlatiladi, chunki fosfor kislotasining kislotali OH guruhlaridan biri almashtirilmagan bo'lib qoladi, bu butun birikmani zaif kislotali xarakterga ega qiladi. Agar polimer zanjirining hosil bo'lishida riboza o'rniga dezoksiriboza ishtirok etsa, u holda dezoksiribonuklein kislotasi hosil bo'ladi, ular uchun DNKning mashhur qisqartmasi keng tarqalgan.
DNK tuzilishi.
DNK molekulasi organizmning o'sishi va rivojlanishining boshlang'ich nuqtasi bo'lib xizmat qiladi. Fig. 2 -rasmda ikkita o'zgaruvchan boshlang'ich birikmalar polimer zanjiriga qanday birlashtirilganligi ko'rsatilgan; sintez usuli emas, balki DNK molekulasining yig'ilishining sxematik diagrammasi ko'rsatilgan.
Oxirgi versiyada, polimerik DNK molekulasi lateral ramkada azot o'z ichiga olgan geterotsikllarni o'z ichiga oladi. Bunday birikmalarning to'rt turi DNK hosil bo'lishida ishtirok etadi, ulardan ikkitasi olti a'zoli halqalar, ikkitasi esa quyultirilgan halqalar bo'lib, bu erda olti a'zoli halqa besh a'zoliga lehimlanadi (3-rasm).
Guruch. 3. Azot tarkibidagi geterotsikllarning tuzilishi ular DNKni tashkil qiladi
O'rnatishning ikkinchi bosqichida, yuqorida ko'rsatilgan azot o'z ichiga olgan geterosiklik birikmalar polimer zanjirida lateral marjonlarni hosil qiluvchi erkin OH deoksiriboz guruhlariga biriktiriladi (4-rasm).
Polimer zanjiriga biriktirilgan adenin, timin, guanin va sitozin molekulalari boshlang'ich birikmalar nomlarining birinchi harflari bilan belgilanadi, ya'ni. A, T, G va C.
Polimerik DNK zanjirining o'zi ma'lum bir yo'nalishga ega - molekula bo'ylab oldinga va orqaga aqliy harakat qilganda, zanjirni tashkil etuvchi bir xil guruhlar yo'lda boshqa ketma -ketlikda uchrashadi. Bir fosfor atomidan ikkinchisiga bir yo'nalishda harakatlanayotganda, avval CH2 guruhi yo'l bo'ylab ketadi, so'ngra ikkita CH guruhi (kislorod atomlarini e'tiborsiz qoldirish mumkin), teskari yo'nalishda harakatlanayotganda bu guruhlarning ketma -ketligi teskari bo'ladi. (5 -rasm) ...
Guruch. 5. DNK polimer zanjirining yo'nalishi... Bog'langan heterotsikllar almashinish tartibini tavsiflashda oldinga yo'nalishni, ya'ni CH 2 guruhidan CH guruhlariga o'tish odat tusiga kiradi.
"Zanjir yo'nalishi" kontseptsiyasi DNKning ikkita zanjiri birlashganda qanday joylashganligini tushunishga yordam beradi, shuningdek oqsil sinteziga bevosita ta'sir qiladi.
Keyingi bosqichda ikkita DNK molekulasi birlashib, iplarning boshi va oxiri qarama -qarshi tomonga yo'naltirilgan tarzda joylashadi. Bunday holda, ikkita zanjirning geterotsikllari bir -biriga qarama -qarshi bo'lib, ma'lum bir maqbul tarzda joylashadi, ya'ni vodorod aloqalari C = O va NH 2 guruhlari juftlari o'rtasida, shuningdek N va NH o'rtasida paydo bo'ladi. =, geterotsikllarning bir qismi bo'lgan ( sm... GİDROGEN BONDING). Fig. 6 -rasmda ikkita zanjir bir -biriga nisbatan qanday joylashganligi va geterotsikllar o'rtasida vodorod aloqalari qanday paydo bo'lishi ko'rsatilgan. Eng muhim tafsilot shundaki, vodorod bilan bog'langan juftliklar qat'iy belgilangan: fragment A bilan doimo muloqot qiladi T va parcha G- har doim bilan C... Bu guruhlarning aniq belgilangan geometriyasi shuni ko'rsatadiki, bu juftliklar bir -biriga juda yaqin (qulf kaliti kabi), juft DA ikkita vodorod aloqasi bilan bog'langan va bu juftlik GC- uchta havola.
Vodorod aloqalari oddiy valentlik aloqalariga qaraganda ancha zaifdir, lekin ularning ko'pligi tufayli butun polimer molekulasi bo'ylab ikkita zanjirning aloqasi ancha mustahkam bo'ladi. DNK molekulasi o'n minglab guruhlarni o'z ichiga oladi A, T, G va C va ularning bitta polimer molekulasi ichida o'zgarishi tartibi boshqacha bo'lishi mumkin, masalan, zanjirning ma'lum bir qismida ketma -ketlik quyidagicha bo'lishi mumkin: - A-A-T-G-C-G-A-T-. O'zaro ta'sir qiluvchi guruhlar aniq belgilanganligi sababli, ikkinchi polimer molekulasining qarama -qarshi joyida albatta ketma -ketlik bo'ladi - T-T-A-C-G-C-T-A-. Shunday qilib, heterotsikllarning bitta zanjirda joylashish tartibini bilib, ularning boshqa zanjirda joylashishini ko'rsatish mumkin. Bu yozishmalardan kelib chiqadiki, DNK molekulasidagi ikki guruhli guruhlarning umumiy soni A guruhlar soniga teng T va guruhlar soni G- miqdor C(E. Chargaff qoidasi).
Vodorod bilan bog'langan ikkita DNK molekulasi rasmda ko'rsatilgan. 5 ikkita yassi zanjir shaklida, lekin aslida ular boshqacha tarzda joylashtirilgan. Bog'lanish burchaklari va qisqaruvchi vodorod o'zaro ta'sirlari bilan aniqlanadigan barcha bog'lanishlar sohasidagi haqiqiy yo'nalish polimer zanjirlarining ma'lum burilishlariga va geterotsikllar tekisligining aylanishiga olib keladi, bu taxminan 1 -rasmda ko'rsatilgan. 7 strukturaviy formuladan foydalangan holda. Aniqroq aytganda, butun fazoviy tuzilmani faqat hajmli modellar yordamida etkazish mumkin (7 -rasm, ikkinchi video parcha). Bunday holda, murakkab rasm paydo bo'ladi, shuning uchun nuklein kislotalarning tuzilishini tasvirlashda keng qo'llaniladigan soddalashtirilgan tasvirlardan foydalanish odat tusiga kiradi. oqsillar... Nuklein kislotalarga kelsak, polimer zanjirlar yassi tasmalar va heterosiklik guruhlar shaklida tasvirlangan. A, T, G va C- har xil rangdagi yoki oxirida mos keladigan geterotsikllarning harfli belgilarini o'z ichiga olgan yon chiziqlar yoki oddiy valentlik chiziqlari ko'rinishida (7 -rasm, uchinchi video fragment).
Butun strukturaning vertikal o'q atrofida aylanishi paytida (8-rasm), ikkita polimer molekulasining spiral shakli yaqqol ko'rinib turadi, ular xuddi silindr yuzasiga o'ralgan, bu taniqli er-xotin DNK spirali.
Bunday soddalashtirilgan tasvir bilan asosiy ma'lumotlar yo'qolmaydi - guruhlarni almashtirish tartibi A, T, G va C, bu har bir tirik organizmning individualligini belgilaydi, barcha ma'lumotlar to'rt harfli kodda yoziladi.
Polimer zanjirining tuzilishi va to'rt turdagi geterotsikllarning majburiy mavjudligi tirik olamning barcha vakillari uchun bir xil. Barcha hayvonlar va yuqori o'simliklarda juftlar soni bor A – T har doim juftlikdan bir oz ko'proq G – C... Sutemizuvchilar DNKining o'simlik DNKidan farqi shundaki, sutemizuvchilarda juftlik bor A – T zanjirning butun uzunligi bo'ylab juftlikdan ko'ra tez -tez (taxminan 1,2 marta) sodir bo'ladi G – C... O'simliklarga kelsak, birinchi juftlikka ustunlik ancha seziladi (taxminan 1,6 marta).
DNK - bugungi kunda ma'lum bo'lgan eng yirik polimer molekulalardan biri; ba'zi organizmlarda uning polimer zanjiri yuz millionlab bog'lanishlardan iborat. Bunday molekulaning uzunligi bir necha santimetrga etadi, bu molekulyar jismlar uchun juda katta qiymat. Chunki molekulaning kesimi atigi 2 nm (1 nm = 10–9 m), keyin uning nisbatlarini o'nlab kilometr uzunlikdagi temir yo'l bilan solishtirish mumkin.
DNKning kimyoviy xossalari.
Suvda DNK yopishqoq eritmalar hosil qiladi; bunday eritmalar 60 ° C ga qizdirilganda yoki ishqorlar ta'sirida er -xotin spiral ikkita tarkibiy zanjirga bo'linadi, agar biz dastlabki holatga qaytsak yana birlashishi mumkin. Kuchsiz kislotali sharoitda gidroliz sodir bo'ladi, natijada -PO -CH2 bo'laklari qisman bo'linadi -P -OH va HO -CH2 bo'laklari hosil bo'ladi, natijada monomerik, dimerik (ikki baravar) yoki trimerik (uch) kislotalar hosil bo'ladi, ular DNK zanjiri yig'ilgan bo'g'inlardir (9 -rasm).
Guruch. to'qqiz. DNKni hazm qilish orqali olingan fragmentlar.
Chuqurroq gidroliz qilish fosfor kislotasidan deoksiriboza joylarini ajratishga, shuningdek guruhlarga ajratishga imkon beradi. G deoksiribozadan, ya'ni DNK molekulasini uning tarkibiy qismlariga batafsilroq ajratish. Kuchli kislotalar ta'sirida (-P (O) -O -CH 2 parchalanishidan tashqari) guruhlar A va G... Boshqa reaktivlarning ta'siri (masalan, gidrazin) guruhlarni ajratishga imkon beradi T va C... DNKning tarkibiy qismlarga nisbatan nozikroq ajralishi biologik preparat - oshqozon osti bezidan ajralib chiqadigan dezoksiribonukleaza yordamida amalga oshiriladi. aza har doim bu moddaning biologik kelib chiqishining katalizatori ekanligini ko'rsatadi). Sarlavhaning boshlang'ich qismi - deoksiribonukleaza- bu ferment qaysi birikmaning ajralishini ko'rsatadi. DNKni ajratishning bu usullarining barchasi, birinchi navbatda, uning tarkibini batafsil tahlil qilishga qaratilgan.
DNK molekulasidagi eng muhim ma'lumot - bu guruhlar ketma -ketligi A, T, G va C, u maxsus ishlab chiqilgan texnika yordamida olinadi. Buning uchun DNK molekulasida qat'iy belgilangan ketma -ketlikni topadigan fermentlarning keng doirasi yaratilgan, masalan: C-T-G-C-A-G(shuningdek, qarama -qarshi zanjirdagi mos keladigan ketma -ketlik G-A-C-G-T-C) va uni zanjirdan ajratib oling. Bu xususiyat Pst I fermentiga ega (savdo nomi shu mikroorganizm nomidan vujudga kelgan. P. rovidensiya st uartii, undan bu ferment olinadi). Boshqa Pal I fermentidan foydalanganda ketma -ketlikni topish mumkin G-G-C-C... Bundan tashqari, ilgari ishlab chiqilgan sxema bo'yicha turli xil fermentlarning keng assortimenti ta'sirida olingan natijalar taqqoslanadi, natijada DNKning ma'lum bir joyida bunday guruhlarning ketma -ketligini aniqlash mumkin bo'ladi. Endi bunday texnikalar keng qo'llanilish bosqichiga keltirildi; ular ilmiy biokimyoviy tadqiqotlardan uzoq bo'lgan turli sohalarda, masalan, tirik organizmlarning qoldiqlarini aniqlashda yoki qarindoshlik darajasini aniqlashda qo'llaniladi.
RNK tuzilishi
ko'p jihatdan DNKga o'xshaydi, farq shundaki, asosiy zanjirda fosfor kislotasi bo'laklari dezoksiriboza bilan emas, riboza bilan almashadi (rasm). Ikkinchi farq shundaki, uratsil geterotsikli ( Bor) timin o'rniga ( T), boshqa geterotsikllar A, G va C DNK bilan bir xil. Urasil, timinga qaraganda, halqaga biriktirilgan metil guruhi yo'qligi bilan farq qiladi. 10 bu metil guruhi qizil rang bilan ajratilgan.
Guruch. o'n. URACILDAN TIMINNING FARQI- timinda qizil rang bilan ajratilgan metil guruhining ikkinchi birikmasining yo'qligi.
RNK molekulasining bo'lagi rasmda ko'rsatilgan. 11, guruhlar tartibi A, Bor, G va C, shuningdek ularning miqdoriy nisbati boshqacha bo'lishi mumkin.
11 -rasm. RNK molekulasining parchalanishi... DNKdan asosiy farqi - ribozda (qizil) va uratsil bo'lagida (ko'k) OH guruhlarining mavjudligi.
RNKning polimer zanjiri DNKdan taxminan o'n barobar qisqaroq. Qo'shimcha farq shundaki, RNK molekulalari ikkita molekuladan tashkil topgan ikkita spiralga birlashmaydi, lekin odatda bitta molekula ko'rinishida mavjud bo'lib, ular ba'zi hududlarda chiziqli hududlar bilan almashib, o'zi bilan ikkita torli spiral bo'laklarni hosil qilishi mumkin. Spiral bo'limlarda juftlarning o'zaro ta'siri DNKdagi kabi qat'iy kuzatiladi. Vodorod aloqalari bilan bog'langan va spiral hosil qiladigan juftliklar ( A-Bor va G-C), guruhlarning joylashuvi bunday o'zaro ta'sir uchun qulay bo'lgan joylarda paydo bo'ladi (12 -rasm).
Tirik organizmlarning aksariyati uchun juftliklarning miqdoriy tarkibi A-Bor Bundan ko'proq G-C, sutemizuvchilarda 1,5-1,6 barobar, o'simliklarda - 1,2 barobar. RNKning bir necha turlari mavjud, ularning tirik organizmdagi roli boshqacha.
RNKning kimyoviy xossalari
DNKning xususiyatlariga o'xshaydi, ammo ribozada qo'shimcha OH guruhlari mavjudligi va stabilizatsiyalangan spiral mintaqalarning pastligi (DNK bilan solishtirganda) RNK molekulalarini kimyoviy jihatdan himoyasiz qiladi. Kislotalar yoki ishqorlar ta'sirida P (O) -O -CH 2 polimer zanjirining asosiy bo'laklari oson gidrolizlanadi, guruhlar A, Bor, G va C ajratish osonroq. Agar monomerik bo'laklarni olish zarur bo'lsa (9 -rasmdagidek), kimyoviy bog'langan geterotsikllarni ushlab turganda, ribonkulazalar deb ataladigan nozik ta'sir ko'rsatuvchi fermentlar ishlatiladi.
DNK va RNKning oqsil sintezida ishtiroki
Nuklein kislotalarning asosiy vazifalaridan biridir. Proteinlar har bir tirik organizmning ajralmas qismidir. Sutemizuvchilarning mushaklari, ichki organlari, suyak to'qimasi, terisi va sochidan iborat oqsillar... Bu tirik organizmda turli aminokislotalardan to'planadigan polimerik birikmalar. Bunday yig'ilishda nuklein kislotalar nazorat rolini o'ynaydi; jarayon ikki bosqichda o'tadi va ularning har birida azot o'z ichiga olgan DNK va RNK geterotsikllarining o'zaro yo'nalishi aniqlanadi.
DNKning asosiy vazifasi - saqlangan ma'lumotni saqlash va uni oqsil sintezi boshlangan vaqtda berish. Shu nuqtai nazardan, DNKning RNK bilan solishtirganda kimyoviy barqarorligining oshishi tushunarli. Tabiat asosiy ma'lumotlarni iloji boricha to'liq saqlashga katta e'tibor berdi.
Birinchi bosqichda er -xotin spiralning bir qismi ochiladi, bo'shab qolgan novdalar bir -biridan ajraladi va guruhlarga bo'linadi A, T, G va C mavjud bo'lgan holda, xabarchi RNK deb nomlangan RNK sintezi boshlanadi, chunki u matritsaning nusxasi kabi DNKning ochilgan bo'limida yozilgan ma'lumotlarni aniq takrorlaydi. Guruh qarshisida A DNK molekulasiga mansub, bu guruhni o'z ichiga olgan bo'lajak xabarchi RNK bo'lagi mavjud Bor, boshqa barcha guruhlar bir -biriga qarama -qarshi joylashgan bo'lib, DNK juft spirali shakllanishi paytida qanday sodir bo'lganiga mos keladi (13 -rasm).
Ushbu sxema bo'yicha bir necha ming monomerik birliklarni o'z ichiga olgan polimerik xabarchi RNK molekulasi hosil bo'ladi.
Ikkinchi bosqichda DNK matritsasi hujayra yadrosidan perinuklear bo'shliqqa - sitoplazmasiga o'tadi. Har xil aminokislotalarni tashuvchi (tashuvchi) tashuvchi RNK deb ataladigan xabarchi RNK uchun mos keladi. Muayyan aminokislota yuklangan har bir transport RNK, xabarchi RNKning aniq belgilangan hududiga yaqinlashadi, kerakli joy xuddi shu guruh yozishmalar printsipi yordamida topiladi. A
Muhim tafsilot shundaki, xabarchi va transport RNKning vaqtinchalik o'zaro ta'siri faqat uchta guruhdan o'tadi, masalan, uchlik. C-C-Bor matritsa kislotasi, faqat mos keladigan uchlik G-G-A tashuvchi RNK, u albatta glitsin aminokislotasini olib yuradi (14 -rasm). Uchlik uchun ham xuddi shunday G-A-Bor faqat to'plam yaqinlashishi mumkin C-Bor-A faqat aminokislotali leysinni tashish. Shunday qilib, xabarchi RNKdagi guruhlar ketma -ketligi aminokislotalarni qaysi tartibda bog'lash kerakligini ko'rsatadi. Bundan tashqari, tizim kodlangan qo'shimcha tartibga solish qoidalarini o'z ichiga oladi; xabarchi RNKning uchta guruhidan olingan ba'zi ketma -ketliklar oqsil sintezi shu nuqtada to'xtashi kerakligini ko'rsatadi, ya'ni. molekula kerakli uzunlikka yetdi.
Anjirda ko'rsatilgan. 14 ta oqsil sintezi yana bitta - uchinchi turdagi RNK kislotalari ishtirokida sodir bo'ladi, ular ribosomalar tarkibiga kiradi va shuning uchun ularni ribosoma deyiladi. Ribozomal RNKning o'ziga xos oqsillari ansambli bo'lgan ribosoma, xabarchi va tashuvchi RNK o'rtasidagi o'zaro ta'sirni ta'minlaydi, bu esa ikkita aminokislotalar qo'shilgandan bir qadam o'tgach, xabarchi RNKni harakatlantiruvchi konveyer tasmasi vazifasini bajaradi.
Shaklda ko'rsatilgan ikki bosqichli sxemaning asosiy nuqtasi. 13 va 14 -bandlar oqsil molekulasining polimer zanjiri turli aminokislotalardan rejalashtirilgan tartibda va qat'iy DNK segmentida kodlangan holda yozilgan rejaga muvofiq yig'ilishidan iborat. Shunday qilib, DNK bu butun dasturlashtirilgan jarayonning boshlanish nuqtasidir.
Hayotiy faollik jarayonida oqsillar doimo iste'mol qilinadi va shuning uchun ular tasvirlangan sxema bo'yicha muntazam ravishda takrorlanadi, yuzlab aminokislotalardan tashkil topgan oqsil molekulasining butun sintezi tirik organizmda taxminan bir daqiqa ichida sodir bo'ladi.
Nuklein kislotalarning birinchi tadqiqotlari 19 -asrning ikkinchi yarmida amalga oshirildi, tirik organizm haqidagi barcha ma'lumotlar DNKda shifrlanganligi haqidagi tushuncha 20 -asrning o'rtalarida paydo bo'lgan, DNKning ikki spirali tuzilishi aniqlangan. 1953 yilda J. Uotson va F. Krik tomonidan 20-asrning eng yirik ilmiy yutug'i sifatida e'tirof etilgan rentgen strukturaviy tahlil ma'lumotlari asosida. 20 -asrning 70 -yillari o'rtalarida. nuklein kislotalarning batafsil tuzilishini dekodlash usullari paydo bo'ldi, keyin ularni yo'naltirilgan sintez qilish usullari ishlab chiqildi. Bugungi kunda nuklein kislotalari ishtirokida tirik organizmlarda sodir bo'ladigan barcha jarayonlar aniq emas va bugungi kunda u fanning eng jadal rivojlanayotgan sohalaridan biridir.
Mixail Levitskiy
