Принципът на организация на двуверижна ДНК молекула

Резюме:

Молекулата на ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) се състои от две (сенс и антисенс) спирално усукани полинуклеотидни вериги. Полинуклеотидната верига е биополимер, съставен от нуклеотиди.

Основно тяло:

Нуклеотидът образува остатък от фосфорна киселина, свързан на 5'-позиция към дезоксирибозата захар, която е свързана чрез гликозидна връзка (C-N) на 1'-позиция към една от четирите азотни бази.

Нуклеотидите са фосфатни естери на нуклеозиди. Нуклеотидите съществуват като моно-, ди- и трифосфати. Монофосфатният естер (нуклеозид монофосфат) е част от полинуклеотидната верига. Трифосфатните естери (нуклеозидни трифосфати) участват в биосинтезата на ДНК.
Нуклеозиди - N-гликозилни производни (N-гликозиди) на различни азотни бази (пурини, пиримидини), съдържащи дезоксирибоза в молекула на дезоксирибонуклеинова киселина или рибоза в молекула на рибонуклеинова киселина. Нуклеозиди - дезоксиаденизон, дезоксицитидин, дезокситимидин, уридин (в молекулата на РНК).
Пуринови бази - аденин (A) и гуанин (G).
Пиримидинови бази - цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U), присъстващи само в РНК молекулата.
Полинуклеотидна верига - с помощта на фосфодиестерни връзки нуклеотидите образуват полинуклеотидна верига, докато ковалентните фосфодиестерни връзки свързват 5' въглеродния атом на свързващия нуклеотид с 3' въглеродния атом на нуклеотида на нарастващата верига.
Двойната спирала на ДНК. Две антипаралелни (5'-края на едната верига е срещу 3'-края на другата) комплементарни вериги от полинуклеотиди, свързани с водородни връзки в двойки A-T и G-C, образуват двуверижна молекулаДНК. Молекулата на ДНК е спирално усукана около своята ос. Има приблизително 10 базови двойки на завъртане на ДНК.
Семантична верига на ДНК. Последователността на нуклеотидите във веригата кодира наследствената информация.
Антисенс веригата е по същество копие на ДНК сетивната верига. Служи като матрица за синтеза на иРНК (информация за първичната структура на белтъка), тРНК, рРНК, регулаторна РНК.

Съхраняването и прилагането на генетична информация (транскрипция à обработка à транслация à посттранслационна модификация), както и редица други функции на ядрото, се извършват с участието на ядрена ДНК и различни видове РНК. Ядрената РНК съдържа гени - специфични нуклеотидни последователности, които носят информация за протеините и РНК. Човешките гени заемат само 3% от цялата ДНК; повече от 90% от ДНК изпълнява регулаторна функция. Броят на гените, открити в човешкия геном, е приблизително 24 000.

37. Принципът на организация на двуверижна ДНК молекула.

ДНК - дезоксирибонуклеинова киселина: състои се от нуклеотиди (азотна основа + дезоксирибозна захар + остатък от фосфорна киселина).

Биспирална - двуверижна ДНК молекула или"двойна спирала".

Допълнителност - взаимно съответствие на биополимерни молекули или техни фрагменти, което осигурява образуването на връзки между пространствено комплементарни (комплементарни) фрагменти на молекули или техни структурни фрагменти.

Генетичната (биологична) информация се записва по дължината на молекулите на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) под формата на последователност от нуклеотиди, докато способността за прехвърляне на тази информация от клетка в клетка, както и използването й за осигуряване на клетъчна жизнена активност, се определя от надмолекулната организация на ДНК под формата на двойна спирала, в коятоприлага се принципът на взаимно допълване. Прилагането на този принцип, правейки възможен матричен синтез, представлява молекулярно-биологичната основа и на двете основни функции на ДНК - използването на информация за целите на организиране на клетъчните функции (чрез механизмите на транскрипция и транслация) и преноса на информация в редица клетъчни поколения (чрез механизмите на ДНК репликация и митоза). На макромолекулно ниво, във връзка с първата функция, говорим за образуването на информационни (матрични) РНК молекули и рибозомния цикъл на биосинтеза на протеини, а на второ - за копиране и разпределение на спирали на ДНК между дъщерните клетки.

Последователността на нуклеотидите в разглежданата верига (първична структура) може да бъде всяка. ДНК присъства в клетките като комплекс от две комплементарни (взаимно комплементарни) антипаралелни молекули – вторична структура. Тъй като съществуването на такава конструкция е невъзможно по стереохимични причини, комплексът е "усукан" в триизмерна двойна спирала - третична структура. /ДОПЪЛНЕНИЕ! Обикновено има дясна (по часовниковата стрелка) A и B-форма, но понякога се среща и лява Z-форма. /

Полимерите в намотката се държат заедно чрез връзки между пурин и пиримидин: "аденин-тимин" и "гуанин-цитозин". Тези организационни характеристики гарантират, че ДНК изпълнява функциите на информационна макромолекула. Независима комбинация от нуклеотиди по дължината на молекулата служи като запис на биологична информация, а двойна спирала от допълващи се полимери решава проблема с копирането на тази информация.

38. Какъв механизъм осигурява постоянството на броя и формата на хромозомите във всички клетки на тялото?

Има няколко механизма:

1) Митозата осигурява постоянството на броя на хромозомите в соматичните клетки и благодарение на нея организмът расте.2) Мейозата произвежда гамети с хаплоиден набор от хромозоми.

Постоянността на броя и формата на хромозомите в соматичните клетки на тялото се осигурява от митозата и благодарение на нея тялото расте.

Има няколко механизма:

Митозата или индиректното делене е най-разпространеното в природата. Митозата е в основата на деленето на всички неполови клетки (епителни, мускулни, нервни, костни и др.).

Мейозата е разделяне в зоната на узряване на зародишните клетки, придружено от намаляване наполовина на броя на хромозомите. Състои се от две последователни деления, които имат същите фази като митозата.

1) Митозата осигурява постоянството на броя на хромозомите в соматичните клетки и благодарение на нея организмът расте. 2) Мейозата произвежда гамети с хаплоиден набор от хромозоми.

Постоянността на броя и формата на хромозомите в соматичните клетки на тялото се осигурява от митозата и благодарение на нея тялото расте. По време на митозата соматичните клетки запазват диплоиден набор от хромозоми. Митозата осигурява постоянството на броя на хромозомите в гаметите (хаплоиден набор)

В клетъчния цикъл се разграничават относително кратка М-фаза (митоза) и по-дълъг период - интерфаза. М-фазата се състои от профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза. Интерфазата се състои от фазите G1, S и G2. В безопасна рестрикционна точка клетката може да излезе от клетъчния цикъл и да влезе във фазата G0. Под действието на митогените клетките от фазата G0 могат да се върнат в цикъла. Контролна точка 1 (ограничителна точка) и контролна точка 2 са контролни точки. Циклини A, B, E, D са регулаторни субединици на циклин-зависими протеин кинази (Cdk).

В интерфазата последователно се разграничават периодите G1, S и G2

. • Пресинтетична G1 фаза (от англ. gap - празнина, интервал) - период на висока метаболитна активност иклетъчен растеж между телофазата на митозата и репликацията (удвояването) на ДНК. В тази фаза клетката синтезира РНК и протеини, завършва образуването на ядрото.Продължителността на фазата е от няколко часа до няколко дни. В бързо делящи се клетки (ембрионални и туморни клетки) тази фаза а е намалена

G0 фаза - период на пролиферативна латентност. В края на G1 фазата има рестрикционна точка (Checkpoint 1) - безопасна точка в клетъчния цикъл, в която клетката може да спре и да излезе от цикъла във фаза G0. Във фазата G0 клетките започват да се диференцират, достигайки терминална (крайна) диференциация (напр. неврони) или остават латентни (стволови клетки). Стимулът за преминаване през рестрикционната точка или връщане на клетката от G0 фаза към клетъчния цикъл е действието на митогени (например растежни фактори) - молекули, които взаимодействат със специфични рецептори в мембраната на целевата клетка и инициират нейната пролиферация.

• Синтетична S фаза (от англ. synthetic) — периодът на синтез и репликация на ДНК; вторият хроматид се образува в хромозомата. Митохондриалната ДНК се синтезира незначително, основната й част се репликира в постсинтетичния период на интерфазата. В S фазата протеиновият синтез продължава в клетката, центриолите се разделят. В повечето клетки S фазата продължава 8-12 часа.

• Постсинтетична G2 фаза. През този период завършва удвояването на общата клетъчна маса, дъщерните центриоли достигат размера на окончателните органели. В същата фаза продължава синтезът на РНК и протеин (например синтезът на тубулин за микротубулите на митотичното вретено), АТФ се натрупва, за да осигури енергия за последваща митоза. Тази фаза продължава 2-4 часа.