Mayroong tatlong pangunahing macromolecule sa isang buhay na organismo: mga protina at dalawang uri ng mga nucleic acid. Salamat sa kanila, ang mahahalagang aktibidad at wastong paggana ng buong katawan ay napanatili. Ano ang mga nucleic acid? Bakit kailangan sila? Higit pa tungkol dito mamaya sa artikulo.
Pangkalahatang Impormasyon
Ang nucleic acid ay isang biopolymer, isang organic compound na may mataas na molekularidad, na nabuo sa pamamagitan ng mga residue ng nucleotide. Ang paghahatid ng lahat ng genetic na impormasyon mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon ay ang pangunahing gawain na ginagawa ng mga nucleic acid. Ang presentasyon sa ibaba ay magpapaliwanag sa konseptong ito nang mas detalyado.
Kasaysayan ng pag-aaral
Ang unang nucleotide na pinag-aralan ay nahiwalay sa bovine muscle noong 1847 at pinangalanang "inosinic acid." Bilang resulta ng pag-aaral sa istruktura ng kemikal, napag-alaman na ito ay isang riboside-5′-phosphate at naglalaman ng isang N-glycosidic bond. Noong 1868, natuklasan ang isang substance na tinatawag na “nuclein”. Natuklasan ito ng Swiss chemist na si Friedrich Miescher sa panahon ng pananaliksik sa ilang mga biological substance. Kasama sa sangkap na ito ang posporus. Ang tambalan ay may acidic na mga katangian at hindi napapailalim sa agnas sa ilalim ng impluwensya ng proteolytic enzymes.
Ang sangkap ay nakatanggap ng pormula C29H49N9O22P3. Ang pagpapalagay tungkol sa pakikilahok ng nuclein sa proseso ng pagpapadala ng namamana na impormasyon ay iniharap bilang isang resulta ng pagtuklas ng pagkakapareho ng komposisyon ng kemikal nito sa chromatin. Ang elementong ito ang pangunahing bahagi ng mga chromosome.Ang terminong "nucleic acid" ay unang ipinakilala noong 1889 ni Richard Altmann. Siya ang naging may-akda ng pamamaraan para sa paggawa ng mga sangkap na ito nang walang mga impurities sa protina.Sa panahon ng pag-aaral ng alkaline hydrolysis ng mga nucleic acid, tinukoy ni Levin at Jacob ang mga pangunahing bahagi ng mga produkto ng prosesong ito. Sila pala ay mga nucleotide at nucleoside. Noong 1921, iminungkahi ni Lewin na ang DNA ay may istrukturang tetranucleotide. Gayunpaman, ang hypothesis na ito ay hindi nakumpirma at naging mali.
Pag-uuri
Ang mga nucleic acid ay may dalawang uri: DNA at RNA. Ang kanilang presensya ay matatagpuan sa mga selula ng lahat ng nabubuhay na organismo. Ang DNA ay pangunahing matatagpuan sa cell nucleus. Ang RNA ay matatagpuan sa cytoplasm. Noong 1935, sa panahon ng malambot na pagkapira-piraso ng DNA, nakuha ang 4 na mga nucleotide na bumubuo ng DNA. Ang mga sangkap na ito ay ipinakita sa isang mala-kristal na estado. Noong 1953, natukoy nina Watstone at Crick na ang DNA ay may double helix.
Mga paraan ng pagpili
Ang iba't ibang mga pamamaraan ay binuo upang makakuha ng mga compound mula sa mga likas na mapagkukunan. Ang mga pangunahing kondisyon ng mga pamamaraang ito ay ang epektibong paghihiwalay ng mga nucleic acid at protina, ang hindi bababa sa pagkapira-piraso ng mga sangkap na nakuha sa panahon ng proseso. Ngayon ito ay malawakang ginagamit klasikong paraan. Ang kakanyahan ng pamamaraang ito ay upang sirain ang mga dingding ng biological na materyal at ang kanilang karagdagang paggamot sa isang anionic detergent. Ang resulta ay isang protina na namuo, habang ang mga nucleic acid ay nananatili sa solusyon. Ginagamit din ang isa pang paraan. Sa kasong ito, ang mga nucleic acid ay maaaring ma-precipitate sa isang gel state sa pamamagitan ng paggamit ng ethanol at saline. Ang ilang pag-iingat ay dapat gawin kapag ginagawa ito. Sa partikular, ang ethanol ay dapat idagdag nang may matinding pag-iingat sa saline solution upang makakuha ng gel precipitate. Sa anong konsentrasyon ang pinakawalan ng nucleic acid, kung anong mga impurities ang naroroon dito, ay maaaring matukoy ng spectrophotometric na paraan. Ang mga nucleic acid ay madaling masira ng mga nucleases, na isang espesyal na klase ng mga enzyme. Sa gayong paghihiwalay, kinakailangan na ang mga kagamitan sa laboratoryo ay sumailalim sa ipinag-uutos na paggamot na may mga inhibitor. Kabilang dito ang, halimbawa, isang DEPC inhibitor, na ginagamit sa RNA isolation.
Mga katangiang pisikal
Ang mga nucleic acid ay may mahusay na solubility sa tubig, ngunit halos hindi matutunaw sa mga organikong compound. Bilang karagdagan, sila ay partikular na sensitibo sa mga antas ng temperatura at pH. Ang mga molekula ng nucleic acid na may mataas na molekular na timbang ay maaaring hatiin ng nuclease sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersang mekanikal. Kabilang dito ang paghahalo ng solusyon at pag-alog nito.
Mga nucleic acid. Istraktura at pag-andar
Ang mga polymeric at monomeric na anyo ng mga pinag-uusapang compound ay matatagpuan sa mga cell. Ang mga polymeric form ay tinatawag na polynucleotides. Sa form na ito, ang mga chain ng nucleotide ay naka-link sa pamamagitan ng isang residue ng phosphoric acid. Dahil sa nilalaman ng dalawang uri ng heterocyclic molecule na tinatawag na ribose at deoxyribose, ang mga acid ay ribonucleic acid at deoxyribonucleic acid, ayon sa pagkakabanggit. Sa kanilang tulong, ang imbakan, paghahatid at pagpapatupad ng namamana na impormasyon ay nangyayari. Sa mga monomeric na anyo ng mga nucleic acid, ang pinakasikat ay adenosine triphosphoric acid. Ito ay kasangkot sa pagbibigay ng senyas at pagbibigay ng mga reserbang enerhiya sa cell.
DNA
Ang deoxyribonucleic acid ay isang macromolecule. Sa tulong nito, nangyayari ang proseso ng paglilipat at pagpapatupad ng genetic na impormasyon. Ang impormasyong ito ay kinakailangan para sa pag-unlad at paggana ng isang buhay na organismo. Sa mga hayop, halaman, at fungi, ang DNA ay bahagi ng mga chromosome na matatagpuan sa cell nucleus, at matatagpuan din sa mitochondria at plastids. Sa bacteria at archaea, ang molekula ng deoxyribonucleic acid ay kumakapit sa lamad ng cell mula sa loob. Sa ganitong mga organismo, higit sa lahat ang mga pabilog na molekula ng DNA ay naroroon. Tinatawag silang "plasmids". Ayon sa istrukturang kemikal nito, ang deoxyribonucleic acid ay isang polymer molecule na binubuo ng mga nucleotides. Ang mga sangkap na ito, naman, ay naglalaman ng nitrogenous base, asukal at isang grupo ng pospeyt. Ito ay dahil sa huling dalawang elemento na ang isang bono ay nabuo sa pagitan ng mga nucleotide, na lumilikha ng mga kadena. Karaniwan, ang DNA macromolecule ay ipinakita sa anyo ng isang spiral ng dalawang chain.
RNA
Ang ribonucleic acid ay isang mahabang kadena na binubuo ng mga nucleotide. Naglalaman ang mga ito ng nitrogenous base, ribose sugar at isang phosphate group. Ang genetic na impormasyon ay naka-encode gamit ang isang sequence ng mga nucleotides. Ang RNA ay ginagamit upang iprograma ang synthesis ng protina. Ang ribonucleic acid ay nilikha sa panahon ng transkripsyon. Ito ang proseso ng RNA synthesis sa isang template ng DNA. Ito ay nangyayari sa pakikilahok ng mga espesyal na enzyme. Ang mga ito ay tinatawag na RNA polymerases. Pagkatapos nito, ang template na ribonucleic acid ay lumahok sa proseso ng pagsasalin. Ito ay kung paano nangyayari ang synthesis ng protina sa RNA matrix. Ang mga ribosome ay aktibong bahagi sa prosesong ito. Ang natitirang mga RNA ay sumasailalim sa mga pagbabagong kemikal upang makumpleto ang transkripsyon. Bilang resulta ng mga pagbabagong nagaganap, nabuo ang pangalawang at tersiyaryong istruktura ng ribonucleic acid. Gumagana sila depende sa uri ng RNA.
Mga nucleic acid ay phosphorus-containing irregular heteropolymers. Binuksan noong 1868 ni G.F. Misher.
Ang mga nucleic acid ay matatagpuan sa mga selula ng lahat ng nabubuhay na organismo. Bukod dito, ang bawat uri ng organismo ay naglalaman ng sarili nitong hanay ng mga nucleic acid, na katangian lamang para dito. Sa kalikasan, mayroong higit sa 1,200,000 species ng mga buhay na organismo - mula sa bakterya hanggang sa mga tao. Nangangahulugan ito na mayroong humigit-kumulang 10 10 iba't ibang mga nucleic acid na binuo mula sa apat na nitrogenous base lamang. Paano makakapag-code ang apat na nitrogenous base para sa 10 10 nucleic acid? Sa halos parehong paraan tulad ng pag-encode ng aming mga saloobin sa papel. Nagtatatag kami ng isang pagkakasunud-sunod ng mga titik ng alpabeto sa pamamagitan ng pagpapangkat sa mga ito sa mga salita, at ang kalikasan ay nag-encode ng namamana na impormasyon sa pamamagitan ng pagtatatag ng isang pagkakasunud-sunod ng maraming mga nucleotide.
Nucleotide - isang medyo simpleng monomer kung saan binuo ang mga nucleic acid. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng: isang nitrogenous base, isang limang-carbon na asukal (ribose o deoxyribose) at isang residue ng phosphoric acid. Ang pangunahing bahagi ng isang nucleotide ay ang nitrogenous base.
Ang mga nitrogenous base ay may paikot na istraktura, na, kasama ng iba pang mga atomo (C, O, H), ay kinabibilangan ng mga atomo ng nitrogen. Dahil dito, natanggap ng mga compound na ito ang pangalan nitrogenous. Ang pinakamahalagang katangian ng mga nitrogenous base, halimbawa, ang kanilang mahinang basic (alkaline) na mga katangian, ay nauugnay din sa nitrogen atoms. Samakatuwid ang mga compound na ito ay nakatanggap ng pangalang "base".
Sa kalikasan, ang mga nucleic acid ay naglalaman lamang ng lima sa mga kilalang nitrogenous base. Ang mga ito ay matatagpuan sa lahat ng uri ng mga selula, mula sa mycoplasmas hanggang sa mga selula ng tao.
Ito purine nitrogenous bases Adenine (A) at Guanine (G) at pyrimidine Uracil (U), Thymine (T) at Cytosine (C). Ang mga base ng purine ay mga derivative ng purine heterocycle, at ang mga base ng pyrimidine ay mga derivative ng pyrimidine. Ang Uracil ay matatagpuan lamang sa RNA, at ang thymine ay matatagpuan sa DNA. Ang A, G at C ay matatagpuan sa parehong DNA at DNA.
Mayroong dalawang uri ng nucleotides na matatagpuan sa mga nucleic acid: deoxyribonucleotides sa DNA, at ribonucleotides sa RNA. Ang istraktura ng deoxyribose ay naiiba sa istraktura ng ribose dahil walang hydroxyl group sa pangalawang carbon atom ng deoxyribose.
Bilang resulta ng kumbinasyon ng nitrogenous base at pentose, nucleoside. Nucleoside na pinagsama sa isang phosphoric acid residue - nucleotide:
nitrogenous base + pentose = nucleoside + phosphoric acid residue = nucleotide
Ang ratio ng mga nitrogenous base sa isang molekula ng DNA ay inilalarawan ng Mga panuntunan ng Chargaff:
1. Ang halaga ng adenine ay katumbas ng halaga ng thymine (A = T).
2. Ang halaga ng guanine ay katumbas ng halaga ng cytosine (G = C).
3. Ang bilang ng mga purine ay katumbas ng bilang ng mga pyrimidine (A + G = T + C), i.e. A + G/T + C = 1.
4. Ang bilang ng mga base na may anim na pangkat ng amino ay katumbas ng bilang ng mga base na may anim na pangkat ng keto (A + C = G + T).
5. Ang ratio ng mga base A + C/G + T ay isang pare-parehong halaga, mahigpit na partikular sa species: tao - 0.66; pugita - 0.54; mouse - 0.81; trigo - 0.94; algae - 0.64-1.76; bakterya - 0.45-2.57.
Batay sa data ni E. Chargaff sa ratio ng purine at pyrimidine base at ang mga resulta ng X-ray structural analysis na nakuha ni M. Wilkins at R. Franklin noong 1953, iminungkahi nina J. Watson at F. Crick ang isang modelo ng molekula ng DNA. Para sa pagbuo ng double-stranded DNA molecule, si Watson, Crick at Wilkins ay iginawad sa Nobel Prize noong 1962.
Ang molekula ng DNA ay may dalawang hibla na matatagpuan parallel sa isa't isa, ngunit sa reverse order. Ang mga monomer ng DNA ay deoxyribonucleotides: adenyl (A), thymidyl (T), guanyl (G) at cytosyl (C). Ang mga kadena ay pinagsama-sama ng mga bono ng hydrogen: sa pagitan ng A at T mayroong dalawa, sa pagitan ng G at C mayroong tatlong mga bono ng hydrogen. Ang double helix ng DNA molecule ay pinaikot sa anyo ng isang helix, na may isang turn na binubuo ng 10 pares ng mga nucleotide. Ang mga pagliko ng helix ay pinagsasama-sama ng mga bono ng hydrogen at mga hydrophobic na pakikipag-ugnayan. Sa molekula ng deoxyribose, ang mga libreng pangkat ng hydroxyl ay matatagpuan sa mga posisyon 3' at 5'. Sa mga posisyong ito, maaaring mabuo ang isang diester bond sa pagitan ng deoxyribose at phosphoric acid, na nag-uugnay sa mga nucleotide sa isa't isa. Sa kasong ito, ang isang dulo ng DNA ay nagdadala ng isang 5'-OH na grupo, at ang kabilang dulo ay nagdadala ng isang 3'-OH na grupo. Ang DNA ay ang pinakamalaking organikong molekula. Ang kanilang haba ay mula sa 0.25 nm sa bakterya hanggang 40 mm sa mga tao (ang haba ng pinakamalaking molekula ng protina ay hindi hihigit sa 200 nm). Ang masa ng isang molekula ng DNA ay 6 x 10 -12 g.
Mga Postula ng DNA
1. Ang bawat molekula ng DNA ay binubuo ng dalawang antiparallel polynucleotide chain na bumubuo ng double helix na pinaikot (sa kanan o sa kaliwa) sa paligid ng isang gitnang axis. Ang antiparallelism ay nakakamit sa pamamagitan ng pagsali sa 5' dulo ng isang strand sa 3' dulo ng isa pang strand at vice versa.
2. 
Ang bawat nucleoside (pentose + base) ay matatagpuan sa isang eroplano, patayo sa axis mga spiral.
3. Ang dalawang kadena ng helix ay pinagsasama-sama ng hydrogen bond sa pagitan ng mga base A–T (dalawa) at G–C (tatlo).
4. Ang pagpapares ng base ay lubos na tiyak at nangyayari ayon sa prinsipyo ng complementarity, bilang isang resulta tanging mga pares A: T, G: C ang posible.
5. Ang pagkakasunud-sunod ng mga base sa isang chain ay maaaring mag-iba nang malaki, ngunit ang kanilang pagkakasunud-sunod sa isa pang chain ay mahigpit na pantulong.
Ang DNA ay may mga natatanging katangian ng pagtitiklop (ang kakayahang mag-replicate ng sarili) at pagkumpuni (ang kakayahang mag-ayos ng sarili).
Pagtitiklop ng DNA– template synthesis reaction, ang proseso ng pagdodoble ng DNA molecule sa pamamagitan ng reduplication. Noong 1957, si M. Delbrück at G. Stent, batay sa mga eksperimentong resulta, ay nagmungkahi ng tatlong modelo ng pagdodoble ng molekula ng DNA:
SA konserbatibo: nagbibigay para sa pangangalaga ng orihinal na double-stranded na molekula ng DNA at ang synthesis ng isang bagong double-stranded na molekula;
- semi-konserbatibo: nagsasangkot ng paghihiwalay ng isang molekula ng DNA sa mga monostrand bilang resulta ng pagkaputol ng mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga nitrogenous na base ng dalawang kadena, pagkatapos nito ang isang komplementaryong base ay nakakabit sa bawat base na nawalan ng kapareha; ang mga molekula ng anak na babae ay nakuha bilang eksaktong mga kopya ng molekula ng magulang;
- nagkalat: binubuo ng pagkasira ng orihinal na molekula sa mga fragment ng nucleotide na ginagaya. Pagkatapos ng pagtitiklop, ang mga bago at magulang na mga fragment ay random na binuo.
Sa parehong taon, 1957, eksperimento na pinatunayan nina M. Mezelson at F. Stahl ang katotohanan ng pagkakaroon ng isang semi-konserbatibong modelo sa Escherichia coli. At pagkaraan ng 10 taon, noong 1967, natukoy ng biochemist ng Hapon na si R. Okazaki ang mekanismo ng pagtitiklop ng DNA sa isang semi-konserbatibong paraan.
Ang pagtitiklop ay isinasagawa sa ilalim ng kontrol ng isang bilang ng mga enzyme at nangyayari sa maraming yugto. Ang yunit ng pagtitiklop ay replicon - isang seksyon ng DNA na isang beses lang nagiging aktibo sa bawat cell cycle. Mayroon si Replicon panimulang punto At wakas pagtitiklop. Sa mga eukaryote, maraming mga replika ang lumabas nang sabay-sabay sa bawat DNA. Ang pinagmulan ng pagtitiklop ay gumagalaw nang sunud-sunod sa kahabaan ng DNA strand sa isa o magkasalungat na direksyon. Ang isang gumagalaw na harap ng pagtitiklop ay kumakatawan sa isang tinidor - replicative o tinidor ng pagtitiklop.
Tulad ng sa anumang reaksyon ng synthesis ng template, tatlong yugto ang nakikilala sa pagtitiklop.
Pagtanggap sa bagong kasapi: attachment ng enzyme helicase (helicases) sa punto ng pinagmulan ng pagtitiklop. Binuwag ni Helicase ang mga maikling seksyon ng DNA. Pagkatapos nito, ang isang DNA binding protein (DBP) ay nakakabit sa bawat isa sa mga nakahiwalay na chain, na pumipigil sa mga chain mula sa muling pagsasama. Ang mga prokaryote ay may karagdagang enzyme DNA gyrase, na tumutulong sa helicase na i-unwind ang DNA.
Pagpahaba: sunud-sunod na pantulong na pagdaragdag ng mga nucleotide, bilang isang resulta kung saan ang DNA chain ay humahaba.
Ang DNA synthesis ay nangyayari sa parehong mga hibla nang sabay-sabay. Dahil ang enzyme DNA polymerase ay maaaring mag-ipon ng isang kadena ng mga nucleotides sa direksyon lamang na 5' hanggang 3', ang isa sa mga kadena ay patuloy na umuulit (sa direksyon ng tinidor ng pagtitiklop), at ang isa pa ay paulit-ulit (kasama ang pagbuo ng mga fragment ng Okazaki), sa direksyon na kabaligtaran sa paggalaw ng replication fork. Ang unang kadena ay tinatawag nangunguna, at ang pangalawa - nahuhuli. Ang synthesis ng DNA ay nangyayari sa pakikilahok ng enzyme DNA polymerase. Sa katulad na paraan, ang mga fragment ng DNA ay na-synthesize sa lagging strand, na pagkatapos ay i-cross-link ng mga enzyme - ligases.
Pagwawakas: paghinto ng synthesis ng DNA kapag naabot na ang nais na haba ng molekula.
Pag-aayos ng DNA– ang kakayahan ng isang molekula ng DNA na "itama" ang pinsalang naganap sa mga kadena nito. Mahigit sa 20 enzymes (endonucleases, exonucleases, restriction enzymes, DNA polymerases, ligases) ang nakikibahagi sa prosesong ito. sila:
1) hanapin ang mga nabagong lugar;
2) gupitin at alisin ang mga ito mula sa kadena;
3) ibalik ang tamang pagkakasunud-sunod ng nucleotide;
4) tahiin ang naibalik na fragment ng DNA sa mga kalapit na seksyon.
Gumaganap ang DNA ng mga espesyal na pag-andar sa isang cell, na tinutukoy ng komposisyon, istraktura at mga katangian ng kemikal nito: imbakan, pagpaparami at pagpapatupad ng namamana na impormasyon sa pagitan ng mga bagong henerasyon ng mga selula at mga organismo.
Ang mga RNA ay karaniwan sa lahat ng nabubuhay na organismo at kinakatawan ng mga molekula na may iba't ibang laki, istruktura at mga function. Binubuo sila ng isang polynucleotide chain na nabuo ng apat na uri ng monomer - ribonucleotides: adenyl (A), uracil (U), guanyl (G) at cytosyl (C). Ang bawat ribonucleotide ay binubuo ng nitrogenous base, ribose at isang phosphoric acid residue. Ang lahat ng mga molekula ng RNA ay eksaktong mga kopya ng ilang mga seksyon ng DNA (mga gene).
Ang istraktura ng RNA ay tinutukoy ng pagkakasunud-sunod ng ribonucleotides:
- pangunahin– pagkakasunud-sunod ng ribonucleotides sa RNA chain; ito ay isang uri ng talaan ng genetic na impormasyon; tinutukoy ang pangalawang istraktura;
-pangalawa– strand ng RNA na baluktot sa isang spiral;
- tersiyaryo– spatial na pag-aayos ng buong molekula ng RNA; ang tersiyaryong istraktura ay kinabibilangan ng pangalawang istraktura at mga fragment ng pangunahing istraktura na nag-uugnay sa isang seksyon ng pangalawang istraktura sa isa pa (transportasyon, ribosomal RNA).
Ang mga sekundarya at tersiyaryong istruktura ay nabuo dahil sa mga bono ng hydrogen at hydrophobic na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nitrogenous na base.
Messenger RNA (mRNA)– iprograma ang synthesis ng mga cell protein, dahil ang bawat protina ay naka-encode ng kaukulang i-RNA (i-RNA ay naglalaman ng impormasyon tungkol sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa protina na dapat ma-synthesize); masa 10 4 -2x10 6; panandaliang molekula.
Ilipat ang RNA (tRNA)– 70-90 ribonucleotides, timbang 23,000-30,000; kapag napagtatanto ang genetic na impormasyon, naghahatid ito ng mga aktibong amino acid sa site ng polypeptide synthesis at "kinikilala" ang kaukulang rehiyon ng mRNA; sa cytoplasm ito ay ipinakita sa dalawang anyo: t-RNA sa libreng anyo at t-RNA na nauugnay sa isang amino acid; higit sa 40 species; 10%.
SA mga nucleic acid isama ang mga high-polymer compound na nabubulok sa panahon ng hydrolysis sa purine at pyrimidine base, pentose at phosphoric acid. Ang mga nucleic acid ay naglalaman ng carbon, hydrogen, phosphorus, oxygen at nitrogen. Mayroong dalawang klase ng mga nucleic acid: ribonucleic acid (RNA) At mga deoxyribonucleic acid (DNA).
Istraktura at pag-andar ng DNA
DNA- isang polimer na ang mga monomer ay deoxyribonucleotides. Ang isang modelo ng spatial na istraktura ng molekula ng DNA sa anyo ng isang double helix ay iminungkahi noong 1953 nina J. Watson at F. Crick (upang bumuo ng modelong ito ginamit nila ang gawain ni M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff ).
Molekyul ng DNA nabuo sa pamamagitan ng dalawang polynucleotide chain, helically twisted sa paligid ng bawat isa at magkasama sa paligid ng isang haka-haka axis, i.e. ay isang double helix (maliban na ang ilang mga virus na naglalaman ng DNA ay may single-stranded DNA). Ang diameter ng DNA double helix ay 2 nm, ang distansya sa pagitan ng mga katabing nucleotides ay 0.34 nm, at mayroong 10 mga pares ng nucleotide sa bawat pagliko ng helix. Ang haba ng molekula ay maaaring umabot ng ilang sentimetro. Molecular weight - sampu at daan-daang milyon. Ang kabuuang haba ng DNA sa nucleus ng isang cell ng tao ay humigit-kumulang 2 m. Sa mga eukaryotic cells, ang DNA ay bumubuo ng mga complex na may mga protina at may isang tiyak na spatial conformation.
DNA monomer - nucleotide (deoxyribonucleotide)- binubuo ng mga nalalabi ng tatlong sangkap: 1) isang nitrogenous base, 2) isang limang-carbon monosaccharide (pentose) at 3) phosphoric acid. Ang mga nitrogenous base ng mga nucleic acid ay nabibilang sa mga klase ng pyrimidines at purines. Mga base ng DNA pyrimidine(may isang singsing sa kanilang molekula) - thymine, cytosine. Mga base ng purine(may dalawang singsing) - adenine at guanine.
Ang DNA nucleotide monosaccharide ay deoxyribose.
Ang pangalan ng isang nucleotide ay nagmula sa pangalan ng kaukulang base. Ang mga nucleotide at nitrogenous base ay ipinahiwatig ng malalaking titik.
Ang polynucleotide chain ay nabuo bilang isang resulta ng nucleotide condensation reactions. Sa kasong ito, sa pagitan ng 3"-carbon ng deoxyribose residue ng isang nucleotide at ng phosphoric acid residue ng isa pa, phosphoester bond( nabibilang sa kategorya ng malakas na covalent bonds). Ang isang dulo ng polynucleotide chain ay nagtatapos sa isang 5" carbon (tinatawag na 5" na dulo), ang isa pang dulo ay may 3" carbon (3" na dulo).
Sa tapat ng isang strand ng nucleotides ay isang pangalawang strand. Ang pag-aayos ng mga nucleotide sa dalawang chain na ito ay hindi random, ngunit mahigpit na tinukoy: ang thymine ay palaging matatagpuan sa tapat ng adenine ng isang chain sa kabilang chain, at ang cytosine ay palaging matatagpuan sa tapat ng guanine, dalawang hydrogen bond ang lumitaw sa pagitan ng adenine at thymine, at tatlo. Ang mga bono ng hydrogen ay lumitaw sa pagitan ng guanine at cytosine. Ang pattern ayon sa kung saan ang mga nucleotide ng iba't ibang mga chain ng DNA ay mahigpit na iniutos (adenine - thymine, guanine - cytosine) at piling kumonekta sa isa't isa ay tinatawag ang prinsipyo ng complementarity. Dapat pansinin na naunawaan nina J. Watson at F. Crick ang prinsipyo ng complementarity pagkatapos na maging pamilyar sa mga gawa ni E. Chargaff. E. Chargaff, na pinag-aralan ang isang malaking bilang ng mga sample ng tissue at organ iba't ibang organismo, itinatag na sa anumang fragment ng DNA ang nilalaman ng mga residu ng guanine ay palaging eksaktong tumutugma sa nilalaman ng cytosine, at adenine sa thymine ( "Panuntunan ni Chargaff"), ngunit hindi niya maipaliwanag ang katotohanang ito.
Mula sa prinsipyo ng complementarity sumusunod na ang nucleotide sequence ng isang chain ay tumutukoy sa nucleotide sequence ng isa pa.
Ang mga hibla ng DNA ay antiparallel (multidirectional), i.e. Ang mga nucleotide ng iba't ibang chain ay matatagpuan sa magkasalungat na direksyon, at, samakatuwid, sa tapat ng 3" dulo ng isang chain ay ang 5" na dulo ng isa. Ang molekula ng DNA kung minsan ay inihahambing sa spiral na hagdanan. Ang "rehas" ng hagdanan na ito ay isang backbone ng asukal-pospeyt (alternating residues ng deoxyribose at phosphoric acid); Ang "mga hakbang" ay mga pantulong na nitrogenous base.
Pag-andar ng DNA- imbakan at paghahatid ng namamana na impormasyon.
Pagtitiklop ng DNA (reduplikasyon)
- ang proseso ng self-duplication, ang pangunahing pag-aari ng molekula ng DNA. Ang pagtitiklop ay kabilang sa kategorya ng mga reaksyon ng synthesis ng matrix at nangyayari sa pakikilahok ng mga enzyme. Sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme, ang molekula ng DNA ay humiwalay, at isang bagong kadena ang itinayo sa paligid ng bawat kadena, na kumikilos bilang isang template, ayon sa mga prinsipyo ng complementarity at antiparallelism. Kaya, sa bawat DNA ng anak na babae, ang isang strand ay ang mother strand, at ang pangalawa ay bagong synthesize. Ang pamamaraang ito ng synthesis ay tinatawag semi-konserbatibo.
Ang "materyal na gusali" at pinagmumulan ng enerhiya para sa pagtitiklop ay deoxyribonucleoside triphosphate(ATP, TTP, GTP, CTP) na naglalaman ng tatlong phosphoric acid residues. Kapag ang mga deoxyribonucleoside triphosphate ay isinama sa isang polynucleotide chain, dalawang terminal phosphoric acid residues ay pinuputol, at ang inilabas na enerhiya ay ginagamit upang bumuo ng isang phosphodiester bond sa pagitan ng mga nucleotides.
Ang mga sumusunod na enzyme ay kasangkot sa pagtitiklop:
- helicases ("unwind" DNA);
- destabilizing protina;
- DNA topoisomerases (gupitin ang DNA);
- DNA polymerases (piliin ang deoxyribonucleoside triphosphate at komplementaryong ilakip ang mga ito sa DNA template strand);
- RNA primases (form RNA primers);
- DNA ligases (iugnay ang mga fragment ng DNA nang magkasama).
Sa tulong ng mga helicase, ang DNA ay nahuhubad sa ilang partikular na mga seksyon, ang mga single-stranded na seksyon ng DNA ay nakatali ng mga destabilizing na protina, at isang tinidor ng pagtitiklop. Sa pagkakaiba-iba ng 10 pares ng nucleotide (isang pagliko ng helix), ang molekula ng DNA ay dapat gumawa ng buong rebolusyon sa paligid ng axis nito. Upang maiwasan ang pag-ikot na ito, pinuputol ng DNA topoisomerase ang isang strand ng DNA, na nagpapahintulot dito na umikot sa paligid ng pangalawang strand.
Ang DNA polymerase ay nakakabit lamang ng nucleotide sa 3" carbon ng deoxyribose ng nakaraang nucleotide, kaya ang enzyme na ito ay nakakagalaw sa template DNA sa isang direksyon lamang: mula sa 3" dulo hanggang 5" na dulo ng template na ito ng DNA Dahil sa DNA ng ina ang mga kadena ay antiparallel , kung gayon sa iba't ibang mga kadena nito ang pagpupulong ng mga polynucleotide chain ng anak na babae ay nangyayari nang iba at sa magkasalungat na direksyon. tatawagin ang chain nangunguna. Sa isang 5"-3" na chain - paulit-ulit, sa mga fragment ( mga fragment ng Okazaki), na, pagkatapos makumpleto ang pagtitiklop, ay tinatahi sa isang strand ng DNA ligases; tatawagin itong child chain nahuhuli (nahuhuli).
Ang isang espesyal na tampok ng DNA polymerase ay na maaari lamang itong magsimula sa trabaho nito "mga buto" (panimulang aklat). Ang papel ng mga "primer" ay ginagampanan ng mga maikling RNA sequence na nabuo ng enzyme RNA primase at ipinares sa template na DNA. Ang mga primer ng RNA ay tinanggal pagkatapos makumpleto ang pagpupulong ng mga polynucleotide chain.
Parehong nagpapatuloy ang pagtitiklop sa mga prokaryote at eukaryotes. Ang rate ng DNA synthesis sa prokaryotes ay isang order ng magnitude na mas mataas (1000 nucleotides per second) kaysa sa eukaryotes (100 nucleotides per second). Magsisimula nang sabay-sabay ang pagtitiklop sa ilang bahagi ng molekula ng DNA. Ang isang fragment ng DNA mula sa isang pinagmulan ng pagtitiklop patungo sa isa pa ay bumubuo ng isang yunit ng pagtitiklop - replicon.
Ang pagtitiklop ay nangyayari bago ang paghahati ng cell. Salamat sa kakayahang ito ng DNA, ang namamana na impormasyon ay inililipat mula sa selula ng ina patungo sa mga selula ng anak na babae.
Pag-aayos ("pag-aayos")
Mga reparasyon ay ang proseso ng pag-aalis ng pinsala sa DNA nucleotide sequence. Isinasagawa ng mga espesyal na sistema ng enzyme ng cell ( pag-aayos ng mga enzyme). Sa proseso ng pagpapanumbalik ng istraktura ng DNA, ang mga sumusunod na yugto ay maaaring makilala: 1) Ang mga nucleases ng pag-aayos ng DNA ay kinikilala at inaalis ang nasirang lugar, bilang isang resulta kung saan ang isang puwang ay nabuo sa chain ng DNA; 2) Pinupuan ng DNA polymerase ang puwang na ito, pagkopya ng impormasyon mula sa pangalawang (“magandang”) strand; 3) DNA ligase "crosslinks" nucleotides, pagkumpleto ng pagkumpuni.
Tatlong mekanismo ng pagkukumpuni ang pinakanapag-aralan: 1) photorepair, 2) excisional, o pre-replicative, repair, 3) post-replicative repair.
Ang mga pagbabago sa istraktura ng DNA ay nangyayari sa cell na patuloy na nasa ilalim ng impluwensya ng mga reaktibong metabolite, ultraviolet radiation, mabibigat na metal at kanilang mga asing-gamot, atbp. Samakatuwid, ang mga depekto sa mga sistema ng pag-aayos ay nagpapataas ng rate ng mga proseso ng mutation at nagiging sanhi ng mga namamana na sakit (xeroderma pigmentosum, progeria, atbp.).
Istraktura at pag-andar ng RNA
- isang polimer na ang mga monomer ay ribonucleotides. Hindi tulad ng DNA, ang RNA ay nabuo hindi ng dalawa, ngunit ng isang polynucleotide chain (maliban na ang ilang mga virus na naglalaman ng RNA ay may double-stranded na RNA). Ang mga nucleotide ng RNA ay may kakayahang bumuo ng mga bono ng hydrogen sa bawat isa. Ang mga chain ng RNA ay mas maikli kaysa sa mga chain ng DNA.
RNA monomer - nucleotide (ribonucleotide)- binubuo ng mga nalalabi ng tatlong sangkap: 1) isang nitrogenous base, 2) isang limang-carbon monosaccharide (pentose) at 3) phosphoric acid. Ang mga nitrogenous base ng RNA ay kabilang din sa mga klase ng pyrimidines at purines.
Ang mga base ng pyrimidine ng RNA ay uracil at cytosine, at ang mga base ng purine ay adenine at guanine. Ang RNA nucleotide monosaccharide ay ribose.
I-highlight tatlong uri ng RNA: 1) impormasyon(messenger) RNA - mRNA (mRNA), 2) transportasyon RNA - tRNA, 3) ribosomal RNA - rRNA.
Ang lahat ng mga uri ng RNA ay walang sanga na polynucleotides, mayroong isang tiyak na spatial conformation at nakikibahagi sa mga proseso ng synthesis ng protina. Ang impormasyon tungkol sa istruktura ng lahat ng uri ng RNA ay nakaimbak sa DNA. Ang proseso ng synthesizing RNA sa isang DNA template ay tinatawag na transkripsyon.
Ilipat ang mga RNA karaniwang naglalaman ng 76 (mula 75 hanggang 95) nucleotides; molekular na timbang - 25,000-30,000. Ang tRNA ay humigit-kumulang 10% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. Mga function ng tRNA: 1) transportasyon ng mga amino acid sa site ng synthesis ng protina, sa ribosomes, 2) translational intermediary. Mayroong humigit-kumulang 40 na uri ng tRNA na matatagpuan sa isang cell, bawat isa sa kanila ay may natatanging nucleotide sequence. Gayunpaman, ang lahat ng mga tRNA ay may ilang mga intramolecular na pantulong na rehiyon, dahil sa kung saan ang mga tRNA ay nakakakuha ng isang clover-leaf-like conformation. Anumang tRNA ay may loop para sa contact sa ribosome (1), isang anticodon loop (2), isang loop para sa contact sa enzyme (3), isang acceptor stem (4), at isang anticodon (5). Ang amino acid ay idinagdag sa 3" dulo ng acceptor stem. Anticodon- tatlong nucleotide na "nagpapakilala" sa mRNA codon. Dapat itong bigyang-diin na ang isang tiyak na tRNA ay maaaring maghatid ng isang mahigpit na tinukoy na amino acid na naaayon sa anticodon nito. Ang pagtitiyak ng koneksyon sa pagitan ng amino acid at tRNA ay nakamit dahil sa mga katangian ng enzyme aminoacyl-tRNA synthetase.
Ribosomal RNA naglalaman ng 3000-5000 nucleotides; molekular na timbang - 1,000,000-1,500,000. Ang rRNA ay bumubuo ng 80-85% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. Sa kumplikadong may mga ribosomal na protina, ang rRNA ay bumubuo ng mga ribosom - mga organel na nagsasagawa ng synthesis ng protina. Sa mga eukaryotic cells, ang rRNA synthesis ay nangyayari sa nucleoli. Mga function ng rRNA: 1) isang kinakailangang bahagi ng istruktura ng mga ribosom at, sa gayon, tinitiyak ang paggana ng mga ribosom; 2) tinitiyak ang pakikipag-ugnayan ng ribosome at tRNA; 3) paunang pagbubuklod ng ribosome at ang initiator codon ng mRNA at pagpapasiya ng frame ng pagbabasa, 4) pagbuo ng aktibong sentro ng ribosome.
Mga Messenger RNA iba-iba sa nilalaman ng nucleotide at molekular na timbang (mula 50,000 hanggang 4,000,000). Ang mRNA ay umabot ng hanggang 5% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. Mga function ng mRNA: 1) paglipat ng genetic na impormasyon mula sa DNA patungo sa ribosomes, 2) matrix para sa synthesis ng isang molekula ng protina, 3) pagpapasiya ng pagkakasunud-sunod ng amino acid ng pangunahing istraktura ng isang molekula ng protina.
Istraktura at pag-andar ng ATP
Adenosine triphosphoric acid (ATP)- isang unibersal na mapagkukunan at pangunahing nagtitipon ng enerhiya sa mga buhay na selula. Ang ATP ay matatagpuan sa lahat ng mga selula ng halaman at hayop. Ang halaga ng ATP ay nasa average na 0.04% (ng basang timbang ng cell), ang pinakamalaking halaga ng ATP (0.2-0.5%) ay matatagpuan sa mga kalamnan ng kalansay.
Ang ATP ay binubuo ng mga nalalabi: 1) isang nitrogenous base (adenine), 2) isang monosaccharide (ribose), 3) tatlong phosphoric acid. Dahil ang ATP ay naglalaman ng hindi isa, ngunit tatlong phosphoric acid residues, ito ay kabilang sa ribonucleoside triphosphates.
Karamihan sa mga gawaing nangyayari sa mga selula ay gumagamit ng enerhiya ng ATP hydrolysis. Sa kasong ito, kapag ang terminal residue ng phosphoric acid ay inalis, ang ATP ay nagiging ADP (adenosine diphosphoric acid), at kapag ang pangalawang phosphoric acid residue ay naalis, ito ay nagiging AMP (adenosine monophosphoric acid). Ang libreng enerhiya na ani sa pag-alis ng parehong terminal at pangalawang residues ng phosphoric acid ay 30.6 kJ. Ang pag-aalis ng ikatlong pangkat ng pospeyt ay sinamahan ng pagpapalabas ng 13.8 kJ lamang. Ang mga bono sa pagitan ng terminal at pangalawa, pangalawa at unang mga nalalabi ng phosphoric acid ay tinatawag na high-energy (high-energy).
Ang mga reserbang ATP ay patuloy na pinupunan. Sa mga selula ng lahat ng mga organismo, ang ATP synthesis ay nangyayari sa proseso ng phosphorylation, i.e. pagdaragdag ng phosphoric acid sa ADP. Ang phosphorylation ay nangyayari na may iba't ibang intensity sa panahon ng paghinga (mitochondria), glycolysis (cytoplasm), at photosynthesis (chloroplasts).
Ang ATP ay ang pangunahing link sa pagitan ng mga proseso na sinamahan ng pagpapalabas at akumulasyon ng enerhiya, at mga prosesong nagaganap sa paggasta ng enerhiya. Bilang karagdagan, ang ATP, kasama ang iba pang ribonucleoside triphosphate (GTP, CTP, UTP), ay isang substrate para sa RNA synthesis.
Pumunta sa lektura Blg. 3"Istruktura at pag-andar ng mga protina. Mga enzyme"
Pumunta sa lektura Blg. 5"Teorya ng cell. Mga uri ng cellular organization"
1. Komposisyon ng mga nucleic acid
Ang mga nucleic acid ay mga biopolymer. Ang kanilang mga macromolecule ay binubuo ng higit sa isang beses na paulit-ulit na mga yunit, na kinakatawan ng mga nucleotide. At sila ay lohikal na tinatawag na polynucleotides. Ang isa sa mga pangunahing katangian ng mga nucleic acid ay ang kanilang komposisyon ng nucleotide. Ang komposisyon ng isang nucleotide (structural unit ng mga nucleic acid) ay may kasamang tatlong bahagi:
- nitrogenous na base. Maaaring pyrimidine at purine. Ang mga nucleic acid ay naglalaman ng 4 na base iba't ibang uri: dalawa sa kanila ay kabilang sa purine class at dalawa sa pyrimidine class. Ang nitrogen na nakapaloob sa mga singsing ay nagbibigay sa mga molekula ng kanilang mga pangunahing katangian.
- nalalabi ng phosphoric acid. Ang mga nucleic acid ay mga acid dahil ang kanilang mga molekula ay naglalaman ng phosphoric acid.
- monosaccharide - ribose o 2-deoxyribose. Ang asukal na bahagi ng nucleotide ay naglalaman ng limang carbon atoms, i.e. ay isang pentose. Depende sa uri ng pentose na nasa nucleotide, dalawang uri ng nucleic acid ang nakikilala - ribonucleic acids (RNA), na naglalaman ng ribose, at deoxyribonucleic acids (DNA), na naglalaman ng deoxyribose.
Ang isang nucleotide ay mahalagang isang phosphorus ester ng isang nucleoside. Ang isang nucleoside ay naglalaman ng dalawang bahagi: isang monosaccharide (ribose o deoxyribose) at isang nitrogenous base.
Sa pagtatapos ng 40s - unang bahagi ng 50s, nang magsimulang lumitaw ang mga pamamaraan ng pananaliksik tulad ng paper chromatography at UV spectroscopy. Maraming mga pag-aaral ng komposisyon ng nucleotide ng NA ay nakumpirma (Chargaff, A. N. Belozersky). Ang data na nakuha sa panahon ng pananaliksik sa wakas ay nawasak ang mga lipas na at walang kakayahan na mga ideya tungkol sa mga nucleic acid bilang mga polimer na naglalaman ng paulit-ulit na mga pagkakasunud-sunod ng tetranucleotide - ang teorya ng tetranucleotide ng istraktura ng PC, na nanaig noong 30-40s. Nagbigay din sila ng batayan para sa paglikha ng mga modernong ideya hindi lamang tungkol sa pangunahing istraktura ng DNA at RNA, kundi pati na rin tungkol sa kanilang macromolecular na istraktura at mga pag-andar.
Ang pamamaraan para sa pagtukoy ng komposisyon ng PC ay batay sa pagsusuri ng mga hydrolysate na nabuo sa panahon ng kanilang pagkasira ng enzymatic o kemikal. Tatlong paraan ng chemical cleavage ng NC ang karaniwang ginagamit. Ang acid hydrolysis sa ilalim ng malubhang kondisyon (70% perchloric acid, 100°C, 1 h o 100% formic acid, 175°C, 2 h), na ginagamit para sa pagsusuri ng parehong DNA at RNA, ay humahantong sa pagkawasak ng lahat ng N -glycosidic mga bono at ang pagbuo ng pinaghalong purine at pyrimidine base. Kapag nag-aaral ng RNA, parehong mild acid hydrolysis (1 N hydrochloric acid, lOO° C, 1 h), na nagreresulta sa pagbuo ng purine base at pyramidal nucleoside-2"(3")-phosphates, at alkaline hydrolysis (0. 3 N caustic potassium, 37 ° C, 20 h), na nagbibigay ng pinaghalong nucleoside -2" (3") -phosphates.
Dahil sa NA ang bilang ng mga nucleotide ng bawat uri ay katumbas ng bilang ng kaukulang mga base, upang maitatag ang komposisyon ng nucleotide ng isang naibigay na NA sapat na upang matukoy ang dami ng ratio ng mga base. Para sa layuning ito, ang mga indibidwal na compound ay nakahiwalay mula sa hydrolysates gamit ang papel chromatography o electrophoresis (kapag ang mga nucleotide ay nakuha bilang isang resulta ng hydrolysis). Ang bawat base, hindi alintana kung ito ay nauugnay sa isang carbohydrate moiety o hindi, ay may isang katangian ng maximum na pagsipsip sa UV, ang intensity nito ay depende sa konsentrasyon. Para sa kadahilanang ito, batay sa UV spectra ng mga nakahiwalay na compound, posibleng matukoy ang quantitative ratio ng mga base, at, dahil dito, ang komposisyon ng nucleotide ng orihinal na NA.
Kapag binibilang ang mga menor de edad na nucleotide, lalo na ang mga hindi matatag tulad ng dihydrouridylic acid, ginagamit ang mga pamamaraan ng enzymatic hydrolysis (kamandag ng ahas at spleen PDE).
Ang paggamit ng mga analytical technique na inilarawan sa itaas ay nagpakita na ang mga PC na may iba't ibang pinagmulan ay binubuo, na may mga bihirang pagbubukod, ng apat na pangunahing nucleotides at na ang nilalaman ng mga menor de edad nucleotides ay maaaring mag-iba sa loob ng makabuluhang limitasyon.
Nang pag-aralan ni Chargaff ang komposisyon ng nucleotide ng katutubong DNA ng iba't ibang pinagmulan, natuklasan ang mga sumusunod na pattern.
1. Lahat ng DNA, anuman ang kanilang pinagmulan, ay naglalaman ng parehong numero purine at pyrimidine base. Dahil dito, sa anumang DNA mayroong isang pyrimidine nucleotide para sa bawat purine nucleotide.
2. Anumang DNA ay laging naglalaman ng pantay na halaga sa mga pares ng adenine at thymine, guanine at cytosine, na karaniwang tinutukoy bilang A=T at G=C. Ang pangatlo ay sumusunod mula sa mga regular na ito.
3. Ang bilang ng mga base na naglalaman ng mga amino group sa posisyon 4 ng pyrimidine nucleus at 6 ng purine nucleus (cytosine at adenine) ay katumbas ng bilang ng mga base na naglalaman ng isang oxo group sa parehong mga posisyon (guanine at thymine), i.e. A +C=G+T . Ang mga pattern na ito ay tinatawag na mga panuntunan ng Chargaff. Kasabay nito, natagpuan na para sa bawat uri ng DNA ang kabuuang nilalaman ng guanine at cytosine ay hindi katumbas ng kabuuang nilalaman ng adenine at thymine, ibig sabihin, na (G+C)/(A+T), bilang panuntunan, ay naiiba sa pagkakaisa (marahil ay higit pa at mas kaunti nito). Batay sa tampok na ito, dalawang pangunahing uri ng DNA ang nakikilala: Isang T-type na may pangunahing nilalaman ng adenine at thymine at G-C-type na may pangunahing nilalaman ng guanine at cytosine.
Ang ratio ng nilalaman ng kabuuan ng guanine at cytosine sa kabuuan ng nilalaman ng adenine at thymine, na nagpapakilala sa komposisyon ng nucleotide ng isang partikular na uri ng DNA, ay karaniwang tinatawag na specificity coefficient. Ang bawat DNA ay may katangian na koepisyent ng pagtitiyak, na maaaring mag-iba mula 0.3 hanggang 2.8. Kapag kinakalkula ang koepisyent ng pagtitiyak, ang nilalaman ng mga menor de edad na base ay isinasaalang-alang, pati na rin ang pagpapalit ng mga pangunahing base sa kanilang mga derivatives. Halimbawa, kapag kinakalkula ang koepisyent ng pagtitiyak para sa EDNA ng mikrobyo ng trigo, na naglalaman ng 6% 5-methylcytosine, ang huli ay kasama sa kabuuan ng nilalaman ng guanine (22.7%) at cytosine (16.8%). Ang kahulugan ng mga panuntunan ni Chargaff para sa DNA ay naging malinaw pagkatapos na maitatag ang spatial na istraktura nito.
Ang unang impormasyon tungkol sa komposisyon ng nucleotide ng RNA na nauugnay sa mga paghahanda na pinaghalong mga cellular RNA (ribosomal, messenger at transport) at karaniwang tinatawag na kabuuang bahagi ng RNA. Ang mga patakaran ni Chargaff ay hindi sinusunod sa kasong ito, kahit na ang isang tiyak na pagsusulatan sa pagitan ng nilalaman ng guanine at cytosine, pati na rin ang adenine at uracil, ay nagaganap pa rin.
Natanggap ang data sa mga nakaraang taon kapag sinusuri ang mga indibidwal na RNA, ipinapakita nila na ang mga panuntunan ni Chargaff ay hindi rin nalalapat sa kanila. Gayunpaman, ang mga pagkakaiba sa nilalaman ng adenine at uracil, pati na rin ang guanine at cytosine para sa karamihan ng mga RNA ay maliit at, samakatuwid, ang isang ugali upang matupad ang mga patakarang ito ay sinusunod pa rin. Ang katotohanang ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga kakaibang katangian ng macrostructure ng RNA.
Ang mga katangiang elemento ng istruktura ng ilang RNA ay mga menor de edad na base. Ang kaukulang nucleotide residues ay kadalasang kasama sa transportasyon at ilang iba pang RNA sa napakaliit na dami, kaya ang pagtukoy sa kumpletong komposisyon ng nucleotide ng naturang mga RNA ay minsan napakahirap na gawain.
2. Macromolecular na istraktura ng DNA
Noong 1953, sina Watson at Crick, na umaasa sa kilalang data sa conformation ng mga residue ng nucleoside, ang likas na katangian ng mga internucleotide bond sa DNA at ang mga regularidad ng komposisyon ng nucleotide ng DNA (mga panuntunan ni Chargaff), ay nag-decipher ng mga pattern ng diffraction ng x-ray ng paracrystalline form ng DNA [ang tinatawag na B-form, na nabuo sa isang halumigmig na higit sa 80 % at sa isang mataas na konsentrasyon ng mga counterion (Li+) sa sample]. Ayon sa kanilang modelo, ang molekula ng DNA ay isang regular na helix na nabuo ng dalawang polydeoxyribonucleotide chain na baluktot na may kaugnayan sa isa't isa at sa paligid ng isang karaniwang axis. Ang diameter ng helix ay halos pare-pareho sa buong haba nito at katumbas ng 1.8 nm (18 A).
Macromolecular na istraktura ng DNA.
(a)-Watson-Crick model;
(6) mga parameter ng B-, C- at T-form na DNA helice (mga projection na patayo sa helix axis);
(c) - cross-section ng DNA helix sa B-form (shaded rectangles ay kumakatawan sa mga base pairs);
(d) mga parameter ng DNA helix sa A-form;
(e) - cross section ng isang DNA helix sa A-form.
Ang haba ng helix turn, na tumutugma sa panahon ng pagkakakilanlan nito, ay 3.37 nm (33.7 A). Para sa isang pagliko ng helix mayroong 10 base residues sa isang chain. Ang distansya sa pagitan ng mga base plane ay humigit-kumulang 0.34 nm (3.4 A). Ang mga eroplano ng base residues ay patayo sa mahabang axis ng helix. Ang mga eroplano ng mga residue ng carbohydrate ay medyo lumihis mula sa axis na ito (sa una ay iminungkahi nina Watson at Crick na sila ay parallel dito).
Ang figure ay nagpapakita na ang carbohydrate-phosphate backbone ng molekula ay nakaharap palabas. Ang spiral ay pinaikot sa paraang ang dalawang uka na may iba't ibang laki ay maaaring makilala sa ibabaw nito (madalas din silang tinatawag na mga grooves) - isang malaki, mga 2.2 nm ang lapad (22 A), at isang maliit, mga 1.2 nm lapad (12 A). Ang spiral ay dextrorotatory. Ang mga polydeoxyribonucleotide chain sa loob nito ay antiparallel: nangangahulugan ito na kung lilipat tayo sa mahabang axis ng helix mula sa isang dulo hanggang sa isa, pagkatapos ay sa isang chain ay ipapasa natin ang mga phosphodiester bond sa 3" at 5" na direksyon, at sa kabilang banda - sa 5" direksyon a 3". Sa madaling salita, sa bawat dulo ng isang linear na molekula ng DNA ay mayroong 5" dulo ng isang strand at isang 3" na dulo ng isa pang strand.
Ang regularidad ng helix ay nangangailangan na ang purine base residue sa isang chain ay nasa tapat ng pyrimidine base residue sa kabilang chain. Tulad ng nabigyang-diin, ang kinakailangang ito ay ipinatupad sa anyo ng prinsipyo ng pagbuo ng mga pantulong na pares ng base, i.e., adenine at guanine residues sa isang chain ay tumutugma sa thymine at cytosine residues sa kabilang chain (at kabaliktaran).
Kaya, ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa isang kadena ng isang molekula ng DNA ay tumutukoy sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide ng kabilang kadena.
Ang prinsipyong ito ang pangunahing kinahinatnan ng modelong Watson at Crick, dahil ipinapaliwanag nito sa nakakagulat na simpleng mga terminong kemikal ang pangunahing layunin ng paggana ng DNA - ang maging kamalig ng genetic na impormasyon.
Sa pagtatapos ng pagsasaalang-alang ng modelo ng Watson at Crick, nananatili itong idagdag na ang mga kalapit na pares ng base residues sa DNA, na nasa B-form, ay pinaikot na may kaugnayan sa bawat isa ng 36° (ang anggulo sa pagitan ng mga tuwid na linya na nagkokonekta sa C 1 mga atom sa katabing komplementaryong pares).
3. Paghihiwalay ng mga deoxyribonucleic acid
Ang mga buhay na selula, maliban sa tamud, ay karaniwang naglalaman ng mas maraming ribonucleic acid kaysa sa deoxyribonucleic acid. Ang mga paraan para sa paghihiwalay ng mga deoxyribonucleic acid ay lubos na naiimpluwensyahan ng katotohanan na, habang ang mga ribonucleoprotein at ribonucleic acid ay natutunaw sa isang dilute (0.15 M) na solusyon ng sodium chloride, ang mga deoxyribonucleoprotein complex ay talagang hindi matutunaw dito. Samakatuwid, ang homogenized na organo o organismo ay lubusan na hinugasan ng isang dilute na solusyon sa asin, at ang deoxyribonucleic acid ay nakuha mula sa nalalabi gamit ang isang malakas na solusyon sa asin, na pagkatapos ay na-precipitated sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ethanol. Sa kabilang banda, ang elution ng parehong nalalabi sa tubig ay nagbibigay ng solusyon kung saan ang deoxyribonucleoprotein ay namuo kapag idinagdag ang asin. Ang cleavage ng nucleoprotein, na karaniwang isang tulad-salt na kumplikado sa pagitan ng polybasic at polyacid electrolytes, ay madaling makamit sa pamamagitan ng dissolution sa isang malakas na saline solution o paggamot na may potassium thiocyanate. Maaaring alisin ang karamihan sa protina sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ethanol o sa pamamagitan ng pag-emulsify sa chloroform at amyl o octyl alcohol (ang protina ay bumubuo ng gel na may chloroform). Malawakang ginagamit din ang mga paggamot sa sabong panlaba. Nang maglaon, ang mga deoxyribonucleic acid ay nahiwalay sa pamamagitan ng pagkuha ng may tubig na n-aminosalicylate-phenolic na solusyon. Gamit ang pamamaraang ito, nakuha ang mga paghahanda ng deoxyribonucleic acid, ang ilan ay naglalaman ng natitirang protina, habang ang iba ay halos walang protina, na nagpapahiwatig na ang likas na katangian ng asosasyon ng protina-nucleic acid ay naiiba sa iba't ibang mga tisyu. Ang isang maginhawang pagbabago ay upang i-homogenize ang tissue ng hayop sa 0.15 M phenolphthaleine diphosphate solution, na sinusundan ng pagdaragdag ng phenol upang mag-precipitate ng DNA (walang RNA) sa magandang ani.
Ang mga deoxyribonucleic acid, gaano man sila nakahiwalay, ay mga pinaghalong polymer ng iba't ibang molecular weight, maliban sa mga sample na nakuha mula sa ilang uri ng bacteriophage.
FRACTIONATION
Ang isang maagang paraan ng paghihiwalay ay nagsasangkot ng fractional dissociation ng deoxyribonucleoprotein (hal., nucleohistone) gels sa pamamagitan ng pagkuha sa may tubig na mga solusyon ng pagtaas ng molarity sodium chloride. Sa ganitong paraan, ang mga paghahanda ng deoxyribonucleic acid ay nahahati sa isang bilang ng mga fraction na nailalarawan sa pamamagitan ng iba't ibang mga ratio ng adenine at thymine sa kabuuan ng guanine at cytosine, na may mga fraction na pinayaman sa guanine at cytosine na mas madaling ihiwalay. Ang mga katulad na resulta ay nakuha sa pamamagitan ng chromatographic separation ng deoxyribonucleic acid mula sa histone adsorbed sa kieselguhr gamit ang gradient elution na may sodium chloride solution. Sa isang pinahusay na bersyon ng pamamaraang ito, ang mga purified histone fraction ay pinagsama sa n-aminobenzylcellulose upang bumuo ng mga diazo bridge mula sa tyrosine at histidine group ng protina. Ang fractionation ng mga nucleic acid sa methylated serum albumin (na may diatomaceous earth bilang carrier) ay inilarawan din. Ang rate ng elution mula sa column na may mga solusyon sa asin na tumataas ang konsentrasyon ay depende sa molecular weight, komposisyon (nucleic acids na may mataas na guanine content na may cytosine elute na mas madali) at pangalawang istraktura (denatured DNA ay mas matatag na pinanatili ng column kaysa sa native DNA. ). Sa ganitong paraan, ang isang natural na sangkap, polydeoxyadenylic-thymidylic acid, ay nahiwalay sa DNA ng sea crab Cancer borealis. Ang fractionation ng mga deoxyribonucleic acid ay isinagawa din sa pamamagitan ng gradient elution mula sa isang column na puno ng calcium phosphate.
4. Paghihiwalay ng mga ribonucleic acid
Ang mga pamamaraan na ginamit upang kunin ang mga ribonucleic acid ay nakasalalay sa bahagi sa likas na katangian ng organ o organismo. Sa isa sa mga unang pamamaraan na ginamit ni Levin, ang alkali ay idinagdag sa isang makapal na yeast dough, ang halo ay hinalo ng picric acid, sinala, at ang nucleic acid ay na-precipitate mula sa filtrate sa pamamagitan ng pagdaragdag. ng hydrochloric acid. Ang medyo malupit na paggamot na ito ay nagresulta sa nagresultang nucleic acid na makabuluhang naiiba mula sa "katutubong" ribonucleic acid. Upang ihiwalay ang mga ribonucleic acid na malapit sa istraktura sa mga nucleic acid ng isang buhay na selula, kinakailangan upang maiwasan ang paggamit ng malupit na mga kondisyon (pH, temperatura), habang sa parehong oras kinakailangan, hangga't maaari, upang pigilan pagkasira ng enzymatic. Ang pagkuha ng ribonucleoproteins na may isotonic sodium chloride solution ay malawakang ginamit. Ang mga protina ay maaaring matanggal mula sa mga nucleic acid sa pamamagitan ng iba't ibang pamamaraan, tulad ng paggamot na may mga pinaghalong chloroform na may octyl alcohol, sodium dodecyl sulfate, strontium nitrate o alkohol, pati na rin ang pagtunaw ng bahagi ng protina na may trypsin. Muli, ang pagiging epektibo ng bawat pamamaraan ay tinutukoy ng likas na katangian ng ribonucleoprotein. Upang hindi aktibo ang mga enzyme sa panahon ng proseso ng pagkuha, ang paggamit ng guanidine hydrochloride (isang denaturing agent) ay kapaki-pakinabang; Upang ihiwalay ang mga ribonucleic acid at katutubong ribonucleoprotein mula sa lebadura, ginamit ang isang paraan gamit ang adsorption ng ribonucleases sa bentonite pagkatapos ng pre-treatment na may mga zinc ions.
Ang partikular na kalamangan ay ang paghihiwalay ng mga ribonucleic acid mula sa homogenates ng mga tisyu ng mammalian, microorganism at mga virus sa pamamagitan ng pagkuha ng phenol at tubig sa temperatura ng silid, dahil ang mga protina at deoxyribonucleic acid ay namuo, ang aktibidad ng ribonuclease ay pinipigilan at ang mataas na polymeric na mga produkto ay maaaring makuha sa magandang labasan. Ang direktang pagkuha ng lebadura na may isang may tubig na solusyon ng phenol ay ginamit para sa paghahanda ng paghahanda ng mga transfer RNA.
FRACTIONATION
Bilang karagdagan sa isang bilang ng mga viral nucleic acid, ang karamihan sa mga nakahiwalay na polyribonucleotides ay walang alinlangan na kumplikadong mga pinaghalong naglalaman ng mga polymer na may iba't ibang mga haba ng kadena, mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide at mga base na komposisyon (pagkakaroon o kawalan ng "minor" na mga base). Mayroong ilang mga pamamaraan para sa bahagyang fractionation, ngunit hanggang sa mabuo ang mga kasiya-siyang pamamaraan ng characterization, mahirap matukoy ang antas ng kadalisayan o homogeneity ng mga ribonucleic acid. Ang batayan para sa pagtatasa ng kadalisayan ng mga transfer RNA, ang mga medyo mababang molekular na timbang na polyribonucleotides, ay maaaring batay sa kanilang enzymatic na reaksyon sa mga amino acid (sa pamamagitan ng aminoacyl adenylates), na, siyempre, ginagawang posible upang masuri ang kanilang biochemical homogeneity.
Kasama sa mga paraan ng fractionation ang neutral salt precipitation, electrophoresis, calcium phosphate chromatography, at dihydrostreptomycin precipitation. Kamakailan lamang, ang fractional dissociation ng nucleic acid-histone complex, na dating inilapat sa mga deoxynucleic acid, ay ginamit upang i-fractionate ang mga ribonucleic acid. Sa lahat ng mga fraction, ang ratio ng 6-amino hanggang 6-ketonucleosides ay malapit sa pagkakaisa. Ang ilang fractionation ay nangyayari sa panahon ng phenol extraction, posibleng bilang resulta ng differential binding ng mga nucleic acid sa mga protina. Anion-exchange celluloses, tulad ng ECTEOLA at DEAE, ay kasalukuyang malawak na ginagamit para sa fractionation ng hindi lamang ribonucleic acids, kabilang ang amino acid-specific transfer RNAs, ngunit din ribonucleoproteins at kahit viral paghahanda. Para sa elution, ang mga solusyon ng neutral o malapit sa neutral na mga asing-gamot ay karaniwang ginagamit. Ang isang kapansin-pansin na tampok ng pamamaraan ay ang kakayahan ng mga ion exchanger na ito na maghiwalay nang napaka malawak na saklaw mga sangkap mula sa isomer ng mononucleotides at oligonucleotides na may iba't ibang haba ng chain o iba't ibang komposisyon hanggang sa polynucleotides na napakataas ng molekular na timbang. Ang isang ulat ay nai-publish sa paghihiwalay ng valine na may label na RNA mula sa walang label na acceptor na RNA gamit ang mga haligi ng DEAE-dextran. Ginamit din ang modified ion-exchange celluloses upang i-fractionate ang mga ribonucleic acid, kung saan ang mga nucleoside (sa halip na triethanolamine), lalo na ang adenosine at guanosine, ay nakakabit sa cellulose gamit ang epichlorohydrin. Katulad na paggamit ng ECTEOLA-cellulose para sa fractionation o paghihiwalay ng messenger RNA na nauugnay sa sa sandaling ito na may DNA, ay nakabatay sa kakayahang partikular na bumuo ng mga hydrogen bond: Ang ECTEOLA ay nagbibigkis ng na-denatured na DNA ng isang partikular na organismo (kinakailangan ang solvent na may napakataas na lakas ng ionic upang ma-elute ang DNA), at ang messenger RNA ay pinahiran ng mga solusyon na nagpapababa ng lakas ng ionic. Gamit ang tert-aminoalkylated starch chromatography, ang transport ribonucleic acid ay nahati-hati batay sa tumaas na pagkakaugnay nito para sa tyrosine at leucine. Ang Chromatography sa oxyapatite ay nagbibigay ng magandang paghihiwalay ng mga ribonucleic acid na tiyak para sa valine at phenylalanine.
Ang isa pang paraan na may makabuluhang potensyal na halaga ay gumagamit ng cross-linked polydiazostyrene na nakuha sa pamamagitan ng pagtugon sa polyaminostyrene na may nitrous acid; ang pamamaraan ay batay sa mga obserbasyon na ang mga diazonium compound ay madaling tumutugon sa ilang mga amino acid upang bumuo ng mga covalently linked derivatives. Sa loob ng hanay ng pH na 7 hanggang 8.5, ang tyrosine at histidine lamang ang mabilis na tumutugon. Ang mga paghahanda ng transfer RNA, na ganap na na-esterified sa mga amino acid, ay inalog ng hindi matutunaw na polydiazostyrene, na tumutugon lamang sa mga nucleic acid na may label na tyrosine at histidine.
Ang karagdagang paglilinis ay nakamit sa pamamagitan ng re-esterification na may tyrosine gamit ang purified tyrosine-active enzyme at re-treatment na may polydiazostyrol. Ang hindi natukoy na histidine-specific na ribonucleic acid ay hindi gumanti at nanatili sa solusyon, habang ang tyrosine-specific na nucleic acid ay inilabas tulad ng dati kapag ginagamot sa alkali sa ilalim ng banayad na mga kondisyon. Ang parehong mga praksiyon ay nakuha halos dalisay na may paggalang sa kanilang pagtitiyak ng pagtanggap ng amino acid. Ang mga paunang obserbasyon ay nagpahiwatig na ang valine-specific ribonucleic acid ay malamang na ma-esterified kasama ng dipeptide tyrosylvaline.
5. Ang katangian ng internucleotide bond
Ang trabaho upang matukoy ang paraan ng pagsasama-sama ng mga nucleotide sa NA polymer molecules ay matagumpay na nakumpleto noong unang bahagi ng 50s, kaagad pagkatapos na maitatag ang istruktura ng mga nucleotides at ang ilang mga katangian ng kanilang mga derivatives (pangunahin ang mga ester) ay pinag-aralan. Sa oras na ito, ang mga pamamaraan para sa paghihiwalay at paglilinis ng DNA at RNA ay binuo, upang ang likas na katangian ng mga intermonomer na bono ay pinag-aralan gamit ang dalisay, bagama't lubos na nagpapasama, mga paghahanda ng NA.
Ang unang impormasyon tungkol sa uri ng intermonomer, o, gaya ng karaniwang tawag dito, internucleotide bond, ay nakuha gamit ang potentiometric titration. Ang impormasyong ito ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon sa parehong RNA at DNA ng isang gpdroxyl group lamang para sa bawat pangkat ng pospeyt (pKa ~ 1). Batay dito, napagpasyahan na ang NA ay naglalaman ng isang istrukturang yunit ng disubstituted phosphoric acid.
Natural lang na ipagpalagay na ang mga residue ng pospeyt ay "cross-link" na mga nucleoside gamit ang dalawa sa kanilang mga hydroxyls, na iniiwan ang isa na libre. Ito ay nanatili upang malaman kung aling mga bahagi ng mga fragment ng nucleoside ang kasangkot sa pagbuo ng mga bono sa mga grupo ng pospeyt.
Dahil ang mga NA ay maaaring ma-deaminate ng pagkilos ng nitrous acid, malinaw na ang mga amino group ng pyrimidine at purine base ay hindi nakikilahok sa pagbuo ng mga internucleotide bond. Bilang karagdagan, ang potentiometric titration ay nagpahiwatig na ang mga oxo(oxy) na grupo ng guanine at uracil residues na kasama sa komposisyon ng NA ay libre. Batay sa mga datos na ito, napagpasyahan na ang mga internucleotide bond ay nabuo ng phosphate group at hydroxyl group ng carbohydrate residues (i.e., na sila ay phosphodiester), na, samakatuwid, ay responsable para sa pagbuo ng polymer chain (NC). Kaya, ang karaniwang tinatawag na internucleotide bond ay mahalagang isang node na kinabibilangan ng isang sistema ng mga bono:
(kung saan ang C ay ang pangunahin o pangalawang carbon atom ng carbohydrate residue). Sa panahon ng hydrolysis ng DNA at RNA, depende sa mga kondisyon ng reaksyon, ang mga nucleotide ay nabuo na may iba't ibang mga posisyon ng residue ng pospeyt:
Kung ipagpalagay natin na ang lahat ng internucleotide bond sa NC ay magkapareho, kung gayon, malinaw naman, maaari nilang isama, bilang karagdagan sa phosphate residue, tanging ang 3"-hydroxyl group ng isang nucleoside unit at ang 5"-hydroxyl group ng isa pang nucleoside unit ( 3"-Y bond). sa kaso ng kanilang hindi pagkakapantay-pantay, tatlong uri ng mga bono ang maaaring sabay na umiral sa DNA polymer chain: 3"-5", 3"-3" at 5"-5". Para sa RNA, dahil sa ang partisipasyon ng 2 / -hydroxyls ng grupo I, ang bilang ng mga uri ng bono ay dapat na higit pa.
Posibleng maitatag ang tunay na katangian ng mga internucleotide bond sa katutubong DNA at RNA bilang resulta ng naka-target na cleavage ng biopolymer gamit ang kemikal at enzymatic hydrolysis at kasunod na paghihiwalay at pagkakakilanlan ng mga nagresultang fragment.
Ang kemikal na hydrolysis ng DNA bilang isang paraan ng pagkasira ng polimer upang matukoy ang likas na katangian ng internucleotide bond ay naging praktikal na hindi angkop. Ang DNA ay hindi nahati sa alkaline na mga halaga ng pH, na sumasang-ayon sa pagpapalagay ng phosphodiester na katangian ng internucleotide bond (ang katatagan ng dialkyl phosphates sa isang alkaline na kapaligiran ay tinalakay sa seksyon). Kapag ginagamot ng acid, kahit na sa ilalim ng banayad na mga kondisyon, ang DNA ay nahahati sa parehong phosphodiester at N-glycosidic bond na nabuo ng purine base. Bilang isang resulta, ang cleavage ng polimer ay hindi maliwanag, ngunit mula sa mga produkto ng acid hydrolysis ng DNA posible pa ring ihiwalay ang mga di-phosphate ng pyrimidine deoxynucleosides, na naging magkapareho sa sintetikong 3,5"-diphosphates ng deoxycytidine at deoxythymidine:
Mahalagang tandaan dito na ang pagkakaroon ng mga compound na ito sa mga produkto ng pagkasira ng DNA ay nagpapahiwatig ng pakikilahok ng parehong mga hydroxyl group, hindi bababa sa mga bahagi ng pyrimidine monomer, sa pagbuo ng mga internucleotide bond.
Ang cleavage ng Enzymatic DNA ay naging mas tiyak. Kapag ang mga paghahanda ng DNA ay ginagamot ng phosphodiesterase (PDE) mula sa kamandag ng ahas, ang polimer ay halos ganap na na-hydrolyzed sa deoxynucleoside-5"-phosphates, ang istraktura nito ay natutukoy sa pamamagitan ng paghahambing sa kaukulang mga nucleotide na nakuha ng counter synthesis.
Ang mga datos na ito ay nagpapahiwatig ng partisipasyon ng 5"-hydroxyl group ng lahat ng apat na deoxynucleosides na bumubuo sa DNA sa pagbuo ng mga internucleotide bond. Katulad nito, ngunit sa 3"-phosphates ng deoxynucleosides, ang DNA ay nahati sa presensya ng PDE na nakahiwalay sa Micrococci o mula sa pali.
Mula sa data ng DNA hydrolysis sa pamamagitan ng phosphodiesterases ng iba't ibang mga pagtutukoy, nagiging malinaw na ang koneksyon ng mga nalalabi ng nucleoside sa DNA ay isinasagawa ng isang grupong pospeyt, na sabay-sabay na nag-esterify ng hydroxyl group sa pangalawang carbon atom (posisyon 3") ng isang nucleoside unit at ang hydroxyl group sa pangunahing carbon atom (posisyon 5") - isa pang yunit ng nucleotide.
Kaya, ito ay nakakumbinsi na napatunayan na sa DNA ang internucleotide bond ay isinasagawa dahil sa phosphate group, pati na rin ang 3"- at 5"-hydroxyl group ng nucleoside residues [(a) at (b) - ang direksyon ng cleavage ng polynucleotide chain ng DNA sa pamamagitan ng phosphodiesterases, ayon sa pagkakabanggit, ng snake venom at spleen o micrococci]:
Ang palagay tungkol sa posibilidad ng ibang istruktura ng polimer na may regular na alternating bond ng mga residue ng nucleoside ng 3"-3" at 5"-5" na uri ay tinanggihan, dahil hindi nito nasiyahan ang lahat ng pang-eksperimentong data. Kaya, ang isang polymer ng ganitong uri ay hindi dapat ganap na ma-hydrolyzed (sa mga monomer) sa pagkakaroon ng snake venom PDE, na pumipili lamang ng mga alkyl ester ng nucleoside-5"-phosphates. Ang parehong ay masasabi tungkol sa spleen PDE, na pumipili ng hydrolyzes. alkyl esters ng nucleoside-3"-phosphates. phosphates.
Ang pinaka-hindi malinaw at kumplikadong tanong ay ang likas na katangian ng internucleotide bond sa RNA. Nasa paunang yugto na, kapag pinag-aaralan ang istraktura ng RNA, itinatag na sila ay lubhang hindi matatag sa panahon ng alkaline hydrolysis. Ang mga pangunahing produkto ng alkaline hydrolysis ng RNA ay ribonucleoside-2"- at ribonucleoside-3"-phosphates, na nabuo sa halos pantay na dami.
Ang Ribonucleoside 5"-phosphates ay hindi nabuo sa kasong ito. Ang mga datos na ito ay hindi umaangkop sa ideya ng phosphodiester na katangian ng mga internucleotide bond sa RNA at nangangailangan ng komprehensibong pag-aaral. Si Todd at ang kanyang mga kasamahan ay gumanap ng napakahalagang papel sa naturang pag-aaral, na isinagawa noong unang bahagi ng 50s synthetic alkyl esters ng ribonucleotides, na partikular na nakuha upang gayahin ang isa o ibang uri ng phosphodiester bond.
Ang pananaliksik ng paaralan ni Todd ay nagbigay ng data sa mga mekanismo ng pagbabagong-anyo ng mga alkyl esters ng ribonucleotides sa isang alkaline na kapaligiran at iminungkahi na sa RNA, tulad ng sa DNA, ang mga internucleotide bond ay isinasagawa ng isang grupong pospeyt at 3" at 5" na mga hydroxyl na grupo ng mga residu ng carbohydrate . Ang isang katulad na bono sa RNA ay dapat na napakadaling maputol sa isang alkaline na kapaligiran, dahil ang kalapit na 2"-hydroxyl group ay dapat na catalyze ang prosesong ito sa pH>10, kapag nagsimula ang ionization ng mga hydroxyl group ng ribose. Napakahalagang bigyang-diin na ang lahat apat na intermediate compound sa panahon ng alkaline cleavage ay dapat na ribonucleoside-2",3"-cyclophosphate, at ang mga huling ay ribonucleoside-3"-phosphates at ribonucleoside-2"-phosphates (apat na pares ng isomer) na nabuo sa panahon ng kanilang hydrolysis.
Nilimitahan ng data mula sa alkaline hydrolysis ang bilang ng mga uri ng internucleotide bond na posible para sa RNA, ngunit hindi nilinaw ang tanong kung paano binuo ang polimer na ito.
Ang pinakatumpak na impormasyon tungkol sa uri ng internucleotide bond sa RNA, tulad ng sa kaso ng DNA, ay nakuha gamit ang enzymatic hydrolysis.
Ang hydrolysis ng RNA gamit ang snake venom PDE, na nagpapatuloy sa ribonucleoside 5"-phosphates, ay direktang nakumpirma ang pagpapalagay ng partisipasyon ng 5"-hydroxyl group sa pagbuo ng mga phosphodiester bond sa pagitan ng mga monomer unit.
Kasunod nito, ang data ay nakuha sa batayan kung saan maaari itong sabihin na ito nga ang kaso (bilang resulta ng pagtuklas ng RNA phosphorolysis sa pagkakaroon ng enzyme polynucleotide phosphorylase (PNPase), na humahantong sa pagbuo ng ribonucleoside 5' -pyrophosphates):
Kinakailangan lamang na malaman ang likas na katangian ng pangalawang pangkat ng hydroxyl na kasangkot sa pagbuo ng internucleotide bond. Ang isa pang enzyme na ginamit para sa naka-target na RNA cleavage, ang pyrimidyl ribonuclease (RNase), ay nakatulong sa bahagyang paglutas ng problemang ito.
Nauna nang ipinakita na ang enzyme na ito ay pumuputol lamang ng mga alkyl ester ng pyrimidine ribonucleoside-3"-phosphates sa ribonucleoside-3"-phosphates (sa pamamagitan ng intermediate ribonucleoside-2",3"-cyclophosphate). Ito ay lumabas na ang enzyme na ito ay kumikilos sa katulad na paraan sa RNA. Sa mga eksperimento sa anumang mga sample ng purified RNA, natagpuan na ang dami ng phosphoric acid na nabuo kapag ang polimer ay sunud-sunod na ginagamot sa pyrimidyl RNase at phosphomonoesterase (PME), pati na rin ang halaga ng periodic acid na ginugol sa kasunod na oksihenasyon, ay katumbas ng bilang ng pyrimidine residues sa sample na ito RNA. Iminungkahi nito na hindi bababa sa pyrimidine nucleotides sa RNA ay konektado sa mga kalapit na nucleotides lamang sa pamamagitan ng isang 3"-5" internucleotide bond. Ang konklusyon na ito ay nakumpirma ng data ng alkaline na paggamot ng mga enzymatic hydrolysates ng RNA na nakuha pagkatapos ng pagkilos ng RNase dito: sa isang alkaline na kapaligiran, ang paglipat ng residue ng pospeyt sa ribonucleoside-3"- at -2"-phosphates ay imposible, at ang presensya sa kaukulang hydrolysates lamang ng pyrimidine ribonucleoside-3"-phosphates ay ginagawang malinaw ang 3"-5" na uri ng internucleotide bond para sa pyrimidine nucleotides.
6. Nucleic acids, ang kanilang kahulugan
Ang kahalagahan ng mga nucleic acid ay napakahusay. Ang ilang mga tampok sa kemikal na istraktura magbigay ng posibilidad ng pinsala, ilipat sa cytoplasm at paghahatid sa mga cell ng anak na babae ng impormasyon tungkol sa istraktura ng mga molekula ng protina na na-synthesize sa bawat cell. Tinutukoy ng mga protina ang karamihan sa mga katangian at katangian ng mga selula. Ito ay malinaw, samakatuwid, na ang katatagan ng istraktura ng mga nucleic acid ay ang pinakamahalagang kondisyon normal na paggana ng mga selula at ng katawan sa kabuuan. Ang anumang mga pagbabago sa istraktura ng mga nucleic acid ay nangangailangan ng mga pagbabago sa istraktura ng mga selula o ang aktibidad ng mga proseso ng physiological sa kanila, kaya nakakaapekto sa posibilidad na mabuhay.
Mayroong dalawang uri ng mga nucleic acid: DNA at RNA. Ang DNA (deoxyribonucleic acid) ay isang biological polymer na binubuo ng dalawang polynucleotide chain na konektado sa isa't isa. Ang mga monomer na bumubuo sa bawat DNA chain ay mga kumplikadong organic compound na naglalaman ng isa sa apat na nitrogenous base: adenine (A) o thymine (T), cytosine (C) o guanine (G); pentaatomic sugar pentose - deoxyribose, kung saan pinangalanan ang DNA mismo, pati na rin ang residue ng phosphoric acid. Ang mga compound na ito ay tinatawag na nucleotides. Sa bawat kadena, ang mga nucleotide ay pinagsama sa pamamagitan ng pagbuo ng mga covalent bond sa pagitan ng deoxyribose ng isang nucleotide at ang phosphoric acid residue ng susunod na nucleotide. Ang dalawang kadena ay pinagsama sa isang molekula gamit ang mga bono ng hydrogen na lumabas sa pagitan ng mga nitrogenous na base na bahagi ng mga nucleotide na bumubuo ng iba't ibang mga kadena. Ang bilang ng naturang mga bono sa pagitan ng iba't ibang mga nitrogenous na base ay hindi pareho at, bilang isang resulta, maaari lamang silang konektado sa mga pares: ang nitrogenous base A ng isang chain ng polynucleotides ay palaging konektado ng dalawang hydrogen bond sa T ng kabilang chain , at G sa pamamagitan ng tatlong hydrogen bond sa nitrogenous base C ng kabaligtaran na polynucleotide chain. Ang kakayahang ito na piliing pagsamahin ang mga nucleotide ay tinatawag na complementarity. Ang komplementaryong interaksyon ng mga nucleotide ay humahantong sa pagbuo ng mga pares ng nucleotide. Sa isang polynucleotide chain, ang mga kalapit na nucleotide ay naka-link sa isa't isa sa pamamagitan ng isang asukal at isang phosphoric acid residue.
Ang RNA (ribonucleic acid), tulad ng DNA, ay isang polimer na ang mga monomer ay mga nucleotide. Ang mga nitrogenous base ay pareho sa mga bumubuo sa DNA (adenine, guanine, cetosine); ang ikaapat - uracil - ay nasa molekula ng RNA sa halip na thymine. Sa halip na deoxyribose, ang RNA nucleotides ay naglalaman ng isa pang pentose, ribose. Sa isang chain ng RNA, ang mga nucleotide ay pinagsama sa pamamagitan ng pagbuo ng mga covalent bond sa pagitan ng ribose ng isang nucleotide at ang phosphoric acid residue ng isa pa.
Ang double- at single-stranded ribonucleic acid molecules ay kilala. Ang double-stranded RNA ay nagsisilbing mag-imbak at magparami ng namamana na impormasyon sa ilang mga virus, i.e. Ginagawa nila ang mga function ng chromosome. Ang mga single-stranded RNA ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa mga protina mula sa chromosome hanggang sa lugar ng kanilang synthesis at nakikilahok sa mga proseso ng synthesis.
Mayroong ilang mga uri ng single-stranded RNA. Ang kanilang mga pangalan ay tinutukoy ng kanilang function o lokasyon sa cell. Ang pangunahing bahagi ng RNA sa cytoplasm (80-90%) ay ribosomal RNA (rRNA). Ito ay nakapaloob sa mga organel ng cell na nagsasagawa ng synthesis ng protina - ribosome. Ang mga sukat ng mga molekula ng rRNA ay medyo maliit, naglalaman sila ng 3 hanggang 5 libong mga nucleotide. Ang isa pang uri ng RNA ay ang informational RNA (mRNA), na nagdadala ng impormasyon tungkol sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa mga protina na dapat ma-synthesize mula sa mga chromosome hanggang ribosome. Ang mga transfer RNA (rRNAs) ay binubuo ng 76-85 nucleotides at gumaganap ng ilang mga function. Naghahatid sila ng mga amino acid sa site ng synthesis ng protina, "kilalanin" (sa pamamagitan ng prinsipyo ng complementarity) ang rehiyon ng mRNA na naaayon sa inilipat na amino acid, at isinasagawa ang mga amino acid sa ribosome.
7. Mga Sanggunian
- N. Green, W. Stout, D. Taylor - Biology.
- SA LIKOD. Shabarova at A.A. Bogdanov - Chemistry ng mga nucleic acid at ang kanilang mga polimer.
- A.P. Pekhov - Biology at pangkalahatang genetika.
- 2. A. Mickelson - Chemistry ng mga nucleoside at nucleotides.
- Z. Hauptmann, J. Graefe, H. Remane – Organic na kimika.
Mga nucleic acid- Ito ay mga high-molecular organic compound na pinakamahalagang biological na kahalagahan. Una silang natuklasan sa nucleus ng mga selula (huli XIX c.), samakatuwid ang kaukulang pangalan (nucleus - core). Ang mga nucleic acid ay nag-iimbak at nagpapadala ng namamana na impormasyon.
Mayroong dalawang uri ng mga nucleic acid: deoxyribonucleic(DNA) -at ribonucleic acid (RNA). Ang pangunahing lokasyon ng DNA ay ang cell nucleus. Ang DNA ay matatagpuan din sa ilang organelles (plastids, mitochondria, centrioles). Ang mga RNA ay matatagpuan sa nucleoli, ribosome at cytoplasm mga selula.
Ang molekula ng DNA ay binubuo ng dalawang helical strands na nakapilipit sa tabi ng isa't isa. Ang mga monomer nito ay nucleotides. Ang bawat nucleotide ay isang kemikal na tambalan na binubuo ng tatlong sangkap: isang nitrogenous base, isang pentaatomic sugar deoxyribose at isang phosphoric acid residue. Mayroong apat na uri ng nitrogenous base: adenine (A), thymine (T), guanine (G) at cytosine (C), na bumubuo ng apat na uri ng nucleotides sa molekula ng DNA: adenyl, thymidyl, guanyl at cytidyl.
Diagram ng istruktura ng nucleotide
Ang mga nitrogenous base sa molekula ng DNA ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng hindi pantay na bilang ng mga bono ng hydrogen. Adenine - thymine ay tumutugma sa bawat isa sa spatial na pagsasaayos at bumubuo ng dalawang hydrogen bond. Ang mga molekula ng guanine at cytosine ay tumutugma sa parehong paraan sa kanilang pagsasaayos; sila ay konektado sa pamamagitan ng tatlong hydrogen bond. Ang kakayahan para sa pumipili na pakikipag-ugnayan ng adenine sa thymine, at guanine sa cytosine, batay sa spatial na pag-aayos ng mga atomo ng mga molekulang ito, ay tinatawag na complementarity (pagpupuno). Sa isang polynucleotide chain, ang mga kalapit na nucleotide ay naka-link sa isa't isa sa pamamagitan ng isang asukal (deoxyribose) at isang phosphoric acid residue. Mayroong maraming libu-libong mga nucleotide na konektado sa serye sa isang molekula ng DNA. Ang molekular na timbang ng tambalang ito ay umaabot sa sampu at daan-daang milyon.
Ang DNA ay tinatawag na substance of heredity. Ang biological hereditary information ay naka-encrypt (naka-encode) sa mga molekula ng DNA gamit ang isang kemikal na code. Ang mga selula ng lahat ng nabubuhay na nilalang ay may parehong code. Ito ay batay sa pagkakasunud-sunod ng pagkonekta ng apat na nitrogenous base sa mga hibla ng DNA: A, T, G, C. Nabubuo ang iba't ibang kumbinasyon ng tatlong katabing nucleotides. triplets tinawag mga codon. Ang pagkakasunud-sunod ng mga codon sa isang DNA strand naman ay tumutukoy (nag-encode) sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa polypeptide protein chain. Para sa bawat isa sa 20 amino acid, kung saan ang mga cell ay nagtatayo ng lahat ng mga protina ng isang partikular na organismo nang walang pagbubukod, mayroong sarili nitong partikular na codon, at ang mga kalapit na triplet ay hindi nagsasapawan: sa proseso ng pagbabasa ng impormasyon mula sa isang molekula ng DNA, ang mga nitrogenous na base. ng isang codon ay hindi kailanman kasama sa komposisyon ng isa pa - isang triple ng mga nucleotide ang binabasa at sa pagkakasunud-sunod kung saan ipinakita ang mga ito sa partikular na codon na ito. Ang bawat triplet ay tumutugma sa isa sa 20 amino acid.
Sa apat na nitrogenous base (G, C, A, T) Ang bawat triplet ay naglalaman lamang ng tatlo sa magkakaibang kumbinasyon:
G-A-T, C-G-A, A-C-T, G-C-G, T-C-T, atbp. Maaaring magkaroon ng 4x4x4=64 na hindi umuulit na kumbinasyon, at ang bilang ng mga amino acid ay 20.
Bilang resulta, ang ilang mga amino acid ay na-encode ng maraming triplets. Ito kalabisan ang code ay napakahalaga para sa pagtaas ng pagiging maaasahan ng paghahatid ng genetic na impormasyon. Halimbawa, ang amino acid arginine ay tumutugma sa mga triplet na HCA, HCH, HCT, HCC. Malinaw na ang isang random na pagpapalit ng ikatlong nucleotide sa mga triplet na ito ay hindi sa anumang paraan makakaapekto sa istraktura ng synthesized na protina. Ang diagram sa ibaba ay halos nagpapakita ng pagkakasunod-sunod ng limang triplets-codon sa isang maliit na seksyon ng isang DNA strand. Ang paghahalili ng mga indibidwal na nucleotides sa isang strand ng DNA ay maaaring mag-iba ayon sa ninanais, ngunit ang kanilang pagkakasunud-sunod sa kabilang strand ay dapat na komplementaryo dito, halimbawa:
1st thread GAT____ TsGA____ACT____GCG____TCT, atbp.
2nd thread TsTA____GCT____TGA____TsGTs____ AGA, atbp.
Ang cell ay may kinakailangang mekanismo ng self-duplication (autoreproduction) genetic code. Ang proseso ng pagdoble sa sarili ay nangyayari sa mga yugto: una, sa tulong ng mga enzyme, ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga nitrogenous na base ay nasira. Bilang resulta nito, ang isang strand ng DNA ay umalis mula sa isa pa, pagkatapos ang bawat isa sa kanila ay nag-synthesize ng bago sa pamamagitan ng paglakip ng mga pantulong na nucleotide na matatagpuan sa cytoplasm. Dahil ang bawat isa sa mga base sa mga nucleotide ay maaaring mag-attach ng isa pang base lamang na komplementaryo sa sarili nito, isang eksaktong kopya ng molekula ng DNA ng "ina" ay muling ginawa. Sa madaling salita, ang bawat strand ng DNA ay nagsisilbing template, at ang pagdoble nito ay tinatawag synthesis ng matrix. Ang matrix synthesis ay nakapagpapaalaala sa matrix casting ng mga barya, medalya, typographic type, atbp., kung saan ang solidified casting ay dapat na eksaktong kopya ng orihinal na anyo. Samakatuwid, sa mga buhay na selula, bilang isang resulta ng pagdodoble, ang mga bagong molekula ng DNA ay may parehong istraktura tulad ng mga orihinal: isang strand ang orihinal, at ang pangalawa ay muling pinagsama.
Dahil ang mga bagong molekula ng DNA ay may parehong istraktura tulad ng mga orihinal, ang parehong namamana na impormasyon ay pinananatili sa mga cell ng anak na babae. Gayunpaman, sa kaganapan ng muling pagsasaayos o pagpapalit ng mga nucleotide sa iba o ang kanilang kumpletong pagkawala sa anumang seksyon ng DNA, ang magreresultang pagbaluktot ay eksaktong makokopya sa mga molekulang DNA ng anak. . Ito ang tungkol sa lahat molekular na mekanismo ng pagkakaiba-iba: anumang pagbaluktot ng namamana na impormasyon sa isang seksyon ng DNA sa panahon ng proseso ng pagkopya sa sarili ay ipapadala mula sa cell patungo sa cell, mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon
Ang isa pang mahalagang katangian ng mga molekula ng DNA ay ang kakayahang mag-synthesize ng mga ribonucleic acid sa magkahiwalay na mga seksyon ng mga naka-disconnect na strand. Para dito, ang mga enzyme (RNA polymerase) ay ginagamit at kinakailangan para sa
Pag-aaksaya ng enerhiya. Inilipat ng DNA ang pagkakasunud-sunod ng paghahalili ng mga nucleotide sa RNA strand ayon sa prinsipyo ng template synthesis. Ang prosesong ito ay tinatawag na transkripsyon Ang RNA ay isang single-stranded na molekula at mas maikli kaysa sa DNA. Ang bawat nucleotide sa loob nito ay binubuo ng isang pentaatomic sugar ribose, phosphoric acid residues at isang nitrogenous base. Mayroon ding apat sa kanila: adenine, guanine, cytosine, ngunit sa halip na thymine ay mayroong uracil (U), na katulad sa istraktura at pantulong sa adenine.
Diagram ng istraktura ng ribonucleotide
Ang RNA ay nakahiwalay impormasyon(mRNA), transportasyon(tRNA) at ribosomal(rRNA). Sa kasong ito, inaalis ng mRNA ang impormasyon mula sa isang seksyon ng molekula ng DNA at pagkatapos ay lumipat sa mga ribosom na matatagpuan sa cytoplasm ng cell, at ang tRNA ay naghahatid ng mga residue ng amino acid sa mga ribosom. Ang tRNA strand ay maikli at binubuo lamang ng 70-80 nucleotides. Ang isa sa mga seksyon ng tRNA ay naglalaman ng isang triplet kung saan ang isa sa 20 amino acid ay nakakabit. Ang bawat amino acid ay may sariling tRNA. Ang pagdaragdag ng isang amino acid ay isinaaktibo ng isang tiyak na enzyme, dahil kung saan ang tRNA ay "nakikilala" ang isang partikular na amino acid. Ang pangalawang rehiyon ng tRNA ay may triplet na pantulong sa isa sa mRNA triplets; ang triplet na ito sa tRNA ay tinatawag anticodon. Sa huli, ang amino acid ay tumatagal ng lugar nito sa polypeptide chain alinsunod sa impormasyon sa mRNA, na kinikilala dahil sa complementarity ng tRNA anticodon sa mRNA codon.
Ang RRNA ay bahagi ng mga ribosom, na bumubuo ng mga ribosomal na katawan na may mga protina, na siyang lugar ng synthesis ng protina. Nakikipag-ugnayan din ito sa mRNA, at ang kumplikadong ito ay nagsasagawa ng synthesis ng protina.
Mga katangian ng paghahambing ng DNA at RNA(T.L. Bogdanova. Biology. Mga takdang-aralin at pagsasanay. Isang gabay para sa mga aplikante sa mga unibersidad. M., 1991)
|
Palatandaan |
||
|
Lokasyon sa kulungan |
Nucleus, mitochondria, chloroplasts |
Nucleus, ribosomes, cytoplasm, mitochondria, chloroplasts |
|
Lokasyon sa nucleus |
Mga Chromosome |
|
|
Istraktura ng isang macromolecule |
Double unbranched linear polymer, nakapulupot sa isang kanang kamay na spiral |
Isang polynucleotide chain |
|
Mga monomer |
Deoxyribonucleotides |
Ribonucleotides |
|
Komposisyon ng nucleotide |
Nitrogen base (purine - adenine, guanine, pyrimidine - thymine, cytosine); deoxyribose (karbohidrat); nalalabi ng phosphoric acid |
Nitrogen base (purine - adenine, guanine. pyrimidine - uracil, cytosine); ribose (karbohidrat); nalalabi ng phosphoric acid |
|
Mga uri ng nucleotides |
Adenyl (A), guanyl (G), thymidyl (T), cytidyl (C) |
Adenyl (A), guanyl (G), uridyl (U), cytidyl (C) |
|
Ari-arian |
May kakayahang magdoble sa sarili ayon sa prinsipyo ng complementarity (reduplication): A=T, T=A, G=C, C=G Stable |
Walang kakayahang magdoble sa sarili. Labilna |
|
Kemikal na batayan ng chromosomal genetic material (gene); Synthesis ng DNA; RNA synthesis; impormasyon ng istraktura ng protina |
Impormasyon(mRNA) - nagpapadala ng code ng namamana na impormasyon tungkol sa pangunahing istraktura ng molekula ng protina; ribosomal(rRNA) - bahagi ng ribosomes; transportasyon(tRNA) - naglilipat ng mga amino acid sa mga ribosom; mitochondrial At plastid RNA - ay bahagi ng mga ribosom ng mga organel na ito |
