Shporgalki_dodelannye / Биология / ДНК

Модель ДНК имеет характерные особенности:
ДНК - это биополимерная молекула. Молеку¬лярная масса ДНК от 1500000 - 2000000 и более. Протяженность молекулы ДНК составляет тысячи нм. При полном гидролизе она расщепляется до: пуриновых и пиримидиновых оснований, дезоксирибозы и остатков фос¬форной кислоты. Пуриновые: аденин, гуанин. Пиримидиновые : цитозин, тимин.
- мономером ДНК является нуклеотид;
- нуклеотид состо¬ит из: азотистого основания, дезоксирибозы (моносахарид – пентоза) и ос¬татка фосфорной кислоты;
- нуклеотиды одной цепи соединяются друг с другом при помощи очень прочных ковалентных связей и формируют первичную структуру ДНК;
- Вторичная структура ДНК образована водородными связями: между аденином и тимином две, между гуанином и цитозином три.
- цепи ДНК комплементарны и антипараллельны;
- третичная структура ДНК образована трехмерной спиралью с опре¬деленными пространственными характеристиками: ДНК - пра¬вильная спираль, то есть на всем протяжении молекулы диаметр ее одинаков - 2 нм; расстояние между соседними витками спирали (шаг ДНК) равно 3,4 нм. В каждый виток выходит 10 пар нуклеотидов.
Исследования, проводимые учеными всех стран в последующие годы, ставили своей целью установить как именно ДНК контролирует события в клетке на молекулярном уровне. Все эти разносторонние исследования стали называть молекулярной генетикой. Появление знаний о структуре ДНК помогли понять на молекулярном уровне все главные особенности феномена наследственности, а также остальные свойства живых организмов, такие как активный перенос веществ через мембрану, передачу нервного импульса, мышление, память и многие другие.
Функции ДНК:
- гетерокаталитическая и аутокаталитическая
Гетерокаталитическая функция заключается в контроле за синтезом полипептидов, образующих различных ферменты. Аутокаталитическая функция заключается в собственном воспроизведении ДНК, т.е. в редупликации ДНК. Эти функции связаны со следующими свойствами ДНК:
- способность содержать генетическую информацию посредством записи нуклеотидами генетического кода
- способность передавать информацию в неизменном виде благодаря репарации
- способность к изменению наследственной информации благодаря кроссинговеру и мутации.


ДНК- носитель генетической информации в клетке (из 3 методички).
В истории доказательства роли ДНК особую роль сыграли опыты Гриффитса по трансформации у бактерий. Опираясь на опыты Гриффитса О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти доказали, что генетические особенности бактерий, связанные с явлением трансформации, обусловлены свойствами молекул ДНК.
Публикации выводов Эвери, Мак-Леода и Мак- Карти в 1944 году о роли нуклеиновых кислот вызвали большой интерес среди ученых всего мира.
В 1948 году Хочкисс и Э. Чаргафф применили новый по тем временам метод хроматографии на бумаге для разделения и количественной оценки нуклеиновых кислот. В последствии результаты своей работы Эрвин Чаргафф опубликовал и они стали известны как правила соответствия или правила комплементарности Чаргаффа (в 1950г ему была присуждена Нобелевская премия).
1) Количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований (А+Г=Т+Ц).
2) Количество пуринового основания Аденин = количеству пиримидинового основании Тимин (А=Т).
3) Количество пуринового основания Гуанин = количеству пиримидинового основании Цитозин (Г=Ц).
4) Отношение Аденина и Тимина к Гуанину и Цитозину является величиной постоянной и является важнейшим генетическим критерием вида:
А+Т/Г+Ц= const.
У человека этот коэффициент специфичности равен 1,53
Структура ДНК по Уотсону и Крику.
Успешное использование рентгеноструктурного анализа для изучения биологической макромолекулы дало ключ к разгадке структуры ДНК.
Одним из первых исследователей, высказавшим некоторые соображения о трехмерной структуре ДНК, был Астбюри ( именно он в начале 40-х годов ввел термин «молекулярная биология»). Три группы ученых продолжили работу Астбюри по изучению ДНК, с помощью рентгеноструктурного анализа. Первую группу возглавил Полинг, их работа не увенчалась успехом. Вторую группу возглавил Уилкинс, его сотрудница Розалинда Франклин смогла выделить высокоориентированные нити ДНК, которые позволили получить качественную рентгенограмму ДНК. На ней было видно, что ДНК состоит из двух цепей. Кроме того, с ее помощью был подтвержден факт расстояния между нуклеотидами в 3,4 А.
В 1953 году эту рентгенограмму увидели Джеймс Уотсон и Френсис Крик, которые возглавляли третью группу ученых.
Основываясь на данных Чаргаффа и материалах рентгеноструктурного анализа, Уотсон и Крик пришли к следующим выводам:
1) молекула ДНК – это биополимер, мономером которой является нуклеотид;
2) молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, взаимно обвитых одна вокруг другой
3) ДНК имеет форму правильной спирали;
4) спираль имеет диаметр около 20А;
5) спираль делает один полный оборот каждые 34А вдоль оси и, поскольку межнуклеотидное расстояния равно 3,4 А, содержит десять нуклеотидов на 1 оборот.
6) для того, чтобы двухцепочечная спираль имела постоянный диаметр должна существовать комплементарная взаимосвязь между двумя нуклеотидными рядами ( на против пуринового основания должно быть пиримидиновое: А-Т; Г-Ц)
7) для обеспечения термодинамической стабильности спирали должны возникать водородные связи между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями (между аденином и тимином две водородные связи, между гуанином и цитозином три.)
Исходя из этих условий они построили модель.
ДНК представляет собой спираль из двух скрученных одна вокруг другой полинуклеотидных цепей, причем цепи эти антипараллельные.
Двойственность в молекуле ДНК объясняло принципы самовоспроизведения молекул на основе матричного синтеза. Специфика взаимоположений азотистых оснований в молекуле ДНК стало трактоваться как генетический код.

ДНК и хромосомы. Доказательства генетической функции ДНК.
Генетическая функция ДНК впервые была доказана в опытах Эвери.
1) Содержание ДНК в любой клетке или организме строго постоянно и не зависит от условий внешней среды.
2) Чем сложнее организм, тем больше ДНК содержится в его клетках. Бактерии около 0,01* 10-6 мкг ДНК на клетку. Высшие организмы 6* 10-9 мкг на клетку.
3) Бактериофаги, имеют лишь несколько генов и содержат очень мало ДНК и поэтому они часто используются для экспериментов. для определения генетической функции ДНК.
Нуклеотидный состав ДНК
1) Препараты ДНК разных тканей одного организма имеет одинаковый нуклеотидный состав.
2) Нуклеотидный состав разных видов различен. Он не зависит от внешний условий.
3) ДНК близкий видов имеет весьма сходный состав.
Одним из важнейших функциональных элементов наследственного материала является хромосома.
Структурной основой хромосом служит комплекс ДНК-гистон. ДНК связана с гистонами ионными связями. Гистоны, входящие в состав эукариотических клеток это основные белки, с положительным зарядом. В настоящее время известно 5 фракций гистоновых белков, входящих в состав хроматина: гистоны Н1, Н2а,Н2в, Н3, Н4. Эти белки способны образовывать вместе с ДНК нуклеопротеид или первый уровень компактизации хроматина – нуклеосомы. Прохождение клеткой своего жизненного цикла связано с развертыванием и деспирализации хромосом в конце деления и спирализацией и скручиванием хромосом в начале деления. В начале деления из нуклеосом в результате спирализации и компактизации образуются нуклеомеры, из нуклеомер- хромомеры, из хромомер- хромонемы, а из хромонем- хромосомы. Образование хромосом в начале деления необходимо: во-первых для более правильного распределения генетической информации между дочерними клетками, во- вторых только в состоянии хромосомной организации между гомологичными хромосомами возможно прохождение коньюгации и кроссинговера во время образования гамет. Следовательно этот процесс является не только механизмом поддержания постоянства число хромосом, но и способствует перекомбинации генетической информации и увеличения комбинативной изменчивости.
При всей сложности организации хромосом показано, что главным субстратом, в котором содержится генетическая информация является ДНК. Во время интерфазы ядро находится в состоянии наивысшей метаболической и синтетической активности. Во время интерфазы проявляется действие генов, происходит ауторепродукция ДНК, синтез всех видов РНК и биосинтез белка.
Для того, чтобы ответить на вопрос о том каким образом информация, закодированная в ДНК и обеспечивающая соединения аминокислот в специфической последовательности, попадает при синтезе белка в рибосомы необходимо более подробно рассмотреть строение и функции и других нуклеиновых кислот.