2. Химический состав, пространственное строение и функции днк.

Для рассмотрения этих вопросов необходимо вновь заглянуть в Гл 3., раздел3.1. Явление трансформации и трансдукции доказали, что передача генетической информации осуществляется на основе ДНК. Молекула ДНК достаточно сложное и крупное химическое соединение и в клеточной структуре она представляет обычно собой хромосому. Но одновременно было выяснено, что материальным носителем наследственности являются гены. Тогда встал вопрос – из каких компонентов они состоят и какова их химическая природа. ДНК – открыта в 1869 г. швейцарским биохимиком Мишером в ядрах клеток животных, но биологическое значение выявлено в 50-80 гг. 20 века.

- азотистое основание (органические азотсодержащие гетероциклические соединения)

- пуриновое (С₅Н₄N₄₎) – аденин

- гуанин

- пиримидиновое (C4N₂H₄ ) – тимин

- цитозин

- остаток сахара – дезоксирибоза

- остаток фосфорной кислоты

Американский генетик Чаргафф установил, что в молекуле ДНК количество пуринов всегда равно количеству пиримидинов, а их отношение равно 1.

А+Г

Т+Ц = 1 - правило Чаргаффа

А + Т

Г + Ц = k - коэффициент видовой специфичности

Азотистое основание

Сахар - дезоксирибоза

Фосфорная кислота

Строение ДНК нуклеотид

Молекула ДНК – биологический полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, которые отличаются между собой только азотистыми основаниями.

Полагаясь на эти знания, в 1953 г. американский и англииский. ученые Уотсон и Крик сконструировали модель молекулы ДНК, согласно которой молекула ДНК содержит две нуклеотидные цепочки, имеющие сахарофосфатный остов, соединенные между собой азотистыми основаниями, через водородную связь. Эти нити антипараллельны, закручены спирально вокруг общей оси.

+ нить (лидирующая, кодогенная) имеет направление от 3 атома углерода к 5,

- нить (отстающая) от 5 к 3

Азотистые основания присоединяются друг к другу по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц, пурины одной нити с пиримидинами другой, благодаря чему диаметр молекулы ДНК строго определенный и равен 20 ангстрем (А⁰)= диаметр кольца пуринов 12 А⁰ , пиримидинов – 8 А⁰ . Полный оборот спирали ДНК включает 10 пар нуклеотидов, расстояние между нуклеотидами 3,4 А⁰ (ангстрем), 1 виток 34 А⁰

В организме ДНК в основном геномная, т.е содержится в ядре и входит в состав хромосом.

3. Репликация днк

Этот раздел очень важен для понимания всей сути существования живой материи и передачи наследственной информации от клетки к клетке и от поколения к поколению.

Репликация – это самоудвоение молекулы ДНК по матричному принципу (комплементарности), происходящее в интерфазе. Впервые искусственно синтезировал молекулу ДНК на основе репликации вне организма в 1958 г. американский учёный Корнберг. Используя затравку (готовую ДНК) в виде матрицы и радиоактивные изотопы азота, он обнаружил полуконсервативный принцип репликации ДНК. Доказано, что новые нити ДНК синтезируются на старых материнских нитях ДНК. Репликация осуществляется сразу с двух нитей по матричному принципу.

Репликация осуществляется в 3 этапа:

1 этап - Инициация (начало) происходит в точках репликации – репликонах под действием фермента топомеразы. В результате образуется репликативная вилка – т.е. происходит раскручивании молекулы ДНК, т.е свободных концов.

2 этап - Элонгация - рост полинуклеотидной цепочки. Репликация по + и – нити идет неодинаково.

- Репликация по + нити (кодогенной, лидирующей) идет непрерывно от 3 к 5 атому углерода. При этом аденин по принципу комплементарности соединяется с тимином, гуанин с цитозином.

- Репликация по – нити идет отрезками (оказаки) в направлении от от 5 к 3 атому углерода. Здесь работает сложный ферментативный комплекс - праймосома, которая включает:

1. образование коротких участков и-РНК (праймеры) или РНК-затравки. Участвует РНК-полимераза.

2. праймеры удаляются ДНК-полимеразой и замещаются готовыми отрезками ДНК, которые сшивает фермент лигаза.

3 этап – Терминация - Окончание репликации.

Существует 3 механизма репликации ДНК, но все они основаны на комплементарном соединении азотистых оснований.

1. полуконсервативный механизм – цепи отделяют друг друга и каждая служит матрицей для построения комплементарной новой цепи. В результате получают 2 молекулы ДНК, у которых одна цепь старая, 2-ая новая.

2. консервативный механизм – после удвоения 1молекула ДНК состоит из 2-х старых, 2-ая их 2-х новых цепей.

3. дисперсионный механизм – после удвоения каждая цепь из обеих молекул ДНК содержит как новые, так и старые участки цепи.