1. Открытие генетической роли днк.

Эксперимент Гриффитса был выполнен в 1928 году с целью разработки вакцины от пневмонии. Гриффитс работал с двумя штаммами бактерии Streptococcus pneumoniae. Штамм, колонии которого были гладкими (S штамм), имел полисахаридную капсулу и был вирулентным, вызывая у подопытных мышей пневмонию. Капсула предохраняла бактерии от воздействия иммунной системы больного. Колонии второго штамма имели неровную поверхность (R штамм) и не вызывали пневмонию, поскольку не имели капсулы, и после введении в кровоток мыши бактерии погибали. Бактерии S штамма, убитые нагреванием, также не вызывали заболевания. Но когда Гриффитс смешивал убитый S штамм с живым R штаммом и вводил смесь мышам, животные погибали. Когда Гриффитс выделил болезнетворные бактерии из погибших мышей, он обнаружил, что R штамм приобрел капсулу, то есть превратился в вирулентный S штамм и сохранял новоприобретенный фенотип во многих поколениях, то есть передавал его по наследству. Гриффитс предположил, что превращение осуществил некий «трансформирующий фактор», который R штамм получил от убитых бактерий S штамма. Эксперимент Эвери был выполнен в 1944 году и явился кульминацией исследований, начатых Гриффитсом. В ходе эксперимента пневмококки, образующие гладкие колонии, были убиты нагреванием, и из них был извлечён компонент, растворимый в водно-солевом растворе. Белки были осаждены хлороформом, а полисахаридные капсулы, обусловливающие антигенные свойства бактерий, гидролизованы специфичным ферментом. Химический анализ показал, что соотношение углерода, водорода, азота и фосфора в полученном осадке соответствует соотношению этих же элементов в молекуле ДНК. Для подтверждения того, что действующим началом трансформации является именно ДНК, но не РНК, белки или другие компоненты клетки, Эвери с сотрудниками обработали смесь трипсином, химотрипсином, рибонуклеазой, но эта обработка никак не влияла на трансформирующие свойства. Лишь обработка ДНКазой приводила к разрушению трансформирующего начала. Таким образом было установлено, что действующим началом бактериальной трансформации дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Но настоящим революционным моментом стало открытие структуры ДНК — двойной спирали — Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году. Их исследование было основано на рентгеновских снимках работ Розалинды Франклин и других учёных, а также на химическом анализе. Они доказали, что молекула ДНК состоит из двух цепочек, закрученных вокруг общей оси, с определённым чередованием оснований (аденин — тимин, гуанин — цитозин), что было решающим для понимания механизма её репликации.

Это открытие подтвердило гипотезу о том, что структура ДНК позволяет ей не только хранить наследственную информацию, но и точно её передавать, обеспечивая стабильность и вариабельность генетического кода. В результате появился концептуальный фундамент молекулярной генетики — стал возможен расшифровка генетической информации, изучение мутаций и развитие генной инженерии.

2. Строение нуклеотида днк. Типы нуклеотидов.

Нуклеотид — это основная структурная единица нуклеиновых кислот, таких как ДНК и РНК. Он состоит из трёх компонентов:

• Азотистое основание

• Пятиуглеродный сахар (дезоксирибоза в ДНК, рибоза в РНК)

• Фосфатная группа

1. Азотистое основание

Азотистое основание — это органическое соединение, содержащее азот, делится на два типа:

• Пурины: аденин (A), гуанин (G)

• Пиримидины: однокольцевые основания: цитозин (C), тимин (T) — только в ДНК, урацил (U) — только в РНК

2. Пятиуглеродный сахар

• В ДНК это дезоксирибоза, которая содержит пять атомов углерода, обозначенных номерами 1ʹ, 2ʹ, 3ʹ, 4ʹ и 5ʹ. Особенность — отсутствие гидроксильной группы на 2ʹ-углероде, что делает ДНК более стабильной по сравнению с РНК.

• В РНК это рибоза, которая имеет гидроксильную группу (-OH) на 2ʹ-углероде. Это влияет на структуру и стабильность РНК.

3. Фосфатная группа

Фосфат (PO₄³⁻) связывается с 5ʹ-углеродом сахара. Наличие фосфатных групп позволяет объединять нуклеотиды в цепи через фосфодиэфирные связи, формируя длинные полимеры.

Азотистое основание прикрепляется к 1ʹ-атому сахара, а фосфат — к 5ʹ-атому. В цепи нуклеотидов последовательно соединяются через фосфодиэфирные связи между 3ʹ- гидроксильной группы одного сахара и 5ʹ-фосфатной группы следующего.

На основе различий в азотистых основаниях нуклеотиды делятся на:

• Дезоксинуклеотиды (для ДНК):

• Адетин-5'-дезоксигуанозин-5'-дезокситимидин

• Рибонуклеотиды (для РНК):

• Аденилаза-5'-рибонуклеозид-5'-умина

• Нуклеотиды с модифицированными основаниями — важны в регуляции и функции клеток.

Функциональное значение

Разнообразие нуклеотидов и их последовательности обеспечивают уникальность генетического кода. Через последовательность нуклеотидов в ДНК определяется вся информация о структуре и функционировании организма.

3. Структурная организация молекулы ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика).

Модель строения ДНК была предложена Уотсоном и Криком в 1953 г. Согласно этой модели, молекула ДНК состоит из двух антипараллельных цепочек соединенных между собой водородными связями по принципу комплементарности.

ДНК обладает уникальными свойствами: способностью к самоудвоению(ауторепродукции или репликации) и к транскрипции. Кроме того, последовательность нуклеотидов в ДНК формирует генетический код, посредством которого записывается информация о видовых и индивидуальных особенностях признаков и свойств организма. Структура ДНК – полимер, структурной единицей которого является нуклеотид. Двойная спираль ДНК правосторонняя. Десять пар оснований (их протяжность равна 3,4 нм) составляют полный оборот 360º, следовательно, каждая пара оснований повернута на 36º вокруг спирали относительно следующей пары. Сахарофосфатный остов располагается по периферии двойной спирали, а азотистые основания находятся внутри и их плоскости перпендикулярны оси спирали. Между основаниями образуются специфические водородные связи. Аденин всегда образует водородные связи с тимином, а гуанин с цитозином. Такая закономерность называется комплементарностью.