Спадчынная інфармацыя: захоўванне і перадача. Генетычны код. Ланцужок ДНК

Пасля адкрыцця прынцыпу малекулярнай арганізацыі такога рэчывы, як ДНК у 1953 годзе, пачала развівацца малекулярная біялогія. Далей у працэсе даследаванняў навукоўцы высветлілі як рекомбенируется ДНК, яе склад і як уладкованы наш чалавечы геном.

Кожны дзень на малекулярным узроўні адбываюцца вельмі складаныя працэсы. Як пабудавана малекула ДНК, з чаго яна складаецца? І якую ролю гуляюць у клетцы малекулы ДНК? Распавядзем падрабязна аб усіх працэсах, якія адбываюцца ўнутры двайны ланцугу.

Што такое спадчынная інфармацыя?

такім чынам, з чаго ўсё пачыналася? Ешчэ у 1868 знайшлі нуклеінавыя кіслаты ў ядрах бактэрый. А ў 1928 г. Н. Кальцоў высунуў тэорыю аб тым, што менавіта ў ДНК зашыфравана уся генетычная інфармацыя аб жывым арганізме. Затым Дж. Уотсан і Ф. Крык знайшлі мадэль цяпер усім вядомай спіралі ДНК у 1953 годзе, за што заслужана атрымалі прызнаньне і ўзнагароду — Нобелеўскую прэмію.

Што такое наогул ДНК? Гэта рэчыва складаецца з 2 аб'яднаных нітак, дакладней спіраляў. Участак такой ланцужкі з пэўнай інфармацыяй завецца геном.

У ДНК захоўваецца ўся інфармацыя аб тым, што вавёркі будуць фарміравацца і ў якім парадку. Макромолекула ДНК — гэта матэрыяльны носьбіт неверагодна аб'емнай інфармацыі, якая запісаная строгай паслядоўнасцю асобных цаглінак — нуклеатыдаў. Усяго нуклеатыдаў 4, яны дапаўняюць адзін аднаго хімічна і геаметрычна. Гэты прынцып дапаўненні, або камплементарнасці, у навуцы будзе апісаны пазней. Гэта правіла гуляе ключавую ролю ў кадоўцы і дэкадаваньня генетычнай інфармацыі.

Больш:

Нервовы імпульс, яго пераўтварэнне і механізм перадачы

Нервовая сістэма чалавека выступае своеасаблівым каардынатарам у нашым арганізме. Яна перадае каманды ад мозгу мускулатуры, органаў, тканін і апрацоўвае сігналы, якія ідуць ад іх. У якасці своеасаблівага носьбіта дадзеных выкарыстоўваецца нервовы імп...

Куды паступаць пасля 11 класа? Якую выбраць прафесію?

Пры выбары сваёй будучай прафесіі не варта абапірацца на чые-то рэкамендацыі і парады, тым больш не трэба падпарадкоўвацца сваім бацькам, якія даволі часта вырашаюць без вас самастойна, куды паступіць пасля 11 класа. Варта задумацца, наколькі паспяхо...

Крывяносная сістэма жывёл, як вынік эвалюцыйнага развіцця свету

Крывяносная сістэма жывёл прайшла доўгі шлях фарміравання ў ходзе эвалюцыйнага развіцця свету. Яна ўтварылася на месцы рудыментарных частак першаснай паражніны цела, якая ў вышэйшых жывёл была выцесненая целломом, або другаснай паражніной цела. У пра...

Так як нітка ДНК неверагодна доўгая, паўтораў у гэтай паслядоўнасці не бывае. У кожнага жывога істоты ўласная унікальная ланцужок ДНК.

Функцыі ДНК

Да функцый дэзаксірыбануклеінавай кіслаты ставяцца захоўванне спадчыннай інфармацыі і яе перадача нашчадкам. Без гэтай функцыі геном выгляду не мог бы захоўвацца і развівацца на працягу тысячагоддзяў. Арганізмы, якія зведалі сур'ёзныя мутацыі генаў, часцей не выжываюць або губляюць здольнасць вырабляць нашчадства. Так адбываецца прыродная абарона ад зводу выгляду.

Яшчэ адна істотна важная функцыя — рэалізацыя захоўваемай інфармацыі. Клетка не можа стварыць ні аднаго жыццёва важнага бялку без тых інструкцый, якія захоўваюцца ў двайны ланцужку.

Склад нуклеінавых кіслот

Цяпер ужо дакладна вядома, з чаго складаюцца самі нуклеатыдаў — цаглінкі ДНК. У іх склад уваходзяць 3 рэчывы:

• Ортофосфорной кіслата.
• Азотистое падстава. Пиримидиновые падставы — якія маюць толькі адно кольца. Да іх адносяць тимин і цитозин. Пуриновые падставы, у складзе якіх прысутнічаюць 2 кольцы. Гэта гуанінь і аденин.
• Цукроза. У складзе ДНК — дезоксирибоза, У РНК — рыбоза.

Лік нуклеатыдаў заўсёды роўна ліку азоцістых падстаў. У спецыяльных лабараторыях расшчапляюць нуклеатыд і вылучаюць з яго азотистое падстава. Так вывучаюць асобныя ўласцівасці гэтых нуклеатыдаў і магчымыя мутацыі ў іх.

Ўзроўні арганізацыі спадчыннай інфармацыі

Падзяляюць 3 ўзроўню арганізацыі: генны, хромосомный і геномных. Уся інфармацыя, патрэбная для сінтэзу новага бялку, змяшчаецца на невялікім участку ланцужкі — гене. Тое ёсць ген лічыцца ніжэйшы і самы просты ўзровень кадоўкі інфармацыі.

Гены, у сваю чаргу, сабраны ў храмасомы. Дзякуючы такой арганізацыі носьбіта спадчыннага матэрыялу групы прыкмет па пэўным законах чаргуюцца і перадаюцца ад аднаго пакалення да іншага. Трэба заўважыць, генаў у арганізме неверагодна шмат, але інфармацыя не губляецца, нават калі шмат разоў рекомбенируется.

Падзяляюць некалькі відаў генаў:

• па функцыянальным прызначэнні вылучаюць 2 тыпу: структурныя і рэгулятарныя паслядоўнасці;
• па ўплыву на працэсы, якія праходзяць у клетцы, адрозніваюць: супервитальные, смяротныя, умоўна смяротныя гены, а таксама гены мутаторы і антимутаторы.

гены Размяшчаюцца ўздоўж храмасомы ў лінейным парадку. У храмасомах інфармацыя сфакусаваная не вразброс, існуе пэўны парадак. Існуе нават карта, у якой адлюстраваны пазіцыі, або генаў локуса. Напрыклад, вядома, што ў храмасоме № 18 зашыфраваныя дадзеныя аб колеры вачэй дзіцяці.

А што ж такое ген? Так называюць усю сукупнасць нуклеотидных паслядоўнасцяў ў клетцы арганізма. Геном характарызуе цэлы выгляд, а не асобную асобіна.

Якігенетычны код чалавека?

Справа у тым, што ўвесь найвелізарны патэнцыял чалавечага развіцця закладзены ўжо ў перыяд зачацця. Уся спадчынная інфармацыя, якая неабходная для развіцця зіготы і росту дзіцяці ужо пасля нараджэння, зашыфравана ў генах. Ўчасткі ДНК і ёсць самыя асноўныя носьбіты спадчыннай інфармацыі.

У чалавека 46 храмасом, або 22 саматычныя пары плюс па адной вызначальнай падлогу храмасоме ад кожнага з бацькоў. Гэты диплоидный набор храмасом кадуе увесь фізічны аблічча чалавека, яго разумовыя і фізічныя здольнасці і схільнасць да захворванняў. Саматычныя храмасомы вонкава неадметныя, але яны нясуць розную інфармацыю, так як адна з іх ад бацькі, другая - ад маці.

Мужчынскі код адрозніваецца ад жаночага апошняй парай храмасом — ХУ. Жаночы диплоидный набор — гэта апошняя пара, ХХ. Мужчынам дастаецца адна Х-храмасома ад біялагічнай маці, і затым яна перадаецца дочкам. Палавая У-храмасома перадаецца сынам.

Храмасомы чалавека значна адрозніваюцца па памеры. Напрыклад, самая маленькая пара храмасом - №17. А самая вялікая пара - 1 і 3.

Дыяметр двайны спіралі ў чалавека - усяго 2 нм. ДНК настолькі шчыльна закруцілася, што месціцца ў маленькім ядры клеткі, хоць яе даўжыня будзе дасягаць 2 метраў, калі яе раскруціць. Даўжыня спіралі — гэта сотні мільёнаў нуклеатыдаў.

Як перадаецца генетычны код?

такім чынам, якую ролю гуляюць у клетцы малекулы ДНК пры дзяленні? Гены — носьбіты спадчыннай інфармацыі - знаходзяцца ўнутры кожнай клеткі арганізма. Каб перадаць свой код даччынаму арганізму, многія істоты дзеляць сваё ДНК на 2 аднолькавыя спіралі. Гэта называецца рэплікацыяй. У працэсе рэплікацыі ДНК расплетается і спецыяльныя «машыны» дапаўняюць кожную ланцужок. Пасля таго як раздвоіцца генетычная спіраль, пачынае дзяліцца ядро і арганэл, а затым і ўся клетка.

Але у чалавека іншы працэс перадачы генаў - палавой. Прыкметы бацькі і маці змешваюцца, у новым генетычным кодзе змяшчаецца інфармацыя ад абодвух бацькоў.

Захоўванне і перадача спадчыннай інфармацыі магчымыя дзякуючы складанай арганізацыі спіралі ДНК. Бо як мы казалі, структура бялкоў зашыфравана менавіта ў генах. Раз создавшись падчас зачацця, гэты код на працягу ўсяго жыцця будзе капіяваць сам сябе. Кариотип (асабісты набор храмасом) не змяняецца падчас абнаўлення клетак органаў. Перадача інфармацыі ажыццяўляецца з дапамогай палавых гамет — мужчынскіх і жаночых.

Перадаваць сваю інфармацыю нашчадкам не здольныя толькі вірусы, якія змяшчаюць адну ланцуг РНК. Таму, каб прайгравацца, ім патрэбныя клеткі чалавека або жывёлы.

Рэалізацыя спадчыннай інфармацыі

У ядры клеткі пастаянна адбываюцца важныя працэсы. Уся інфармацыя, запісаная ў храмасомах, выкарыстоўваецца для пабудовы бялкоў з амінакіслот. Але ланцужок ДНК ніколі не пакідае ядро, таму тут патрэбна дапамога іншага важнага злучэння = РНК. Як раз РНК здольная пранікнуць праз мембрану ядра і ўзаемадзейнічаць з ланцужком ДНК.

з Дапамогай ўзаемадзеяння ДНК і 3 відаў РНК адбываецца рэалізацыя ўсёй закадаванай інфармацыі. На якім узроўні адбываецца рэалізацыя спадчыннай інфармацыі? Усе ўзаемадзеяння адбываюцца на ўзроўні нуклеатыдаў. Інфармацыйная РНК капіюе ўчастак ланцуга ДНК і прыносіць гэтую копію ў рибосому. Тут пачынаецца сінтэз з нуклеатыдаў новай малекулы.

Для таго каб иРНК магла скапіяваць неабходную частку ланцуга, спіраль разгортваецца, а затым, па завяршэнні працэсу перакадыроўкі, зноў аднаўляецца. Прычым гэты працэс можа адбывацца адначасова на 2 баках 1 храмасомы.

Прынцып камплементарнасці

Спіралі ДНК складаюцца з 4 нуклеатыдаў — гэта аденин (А), гуанінь (G), цитозин (С), тимин (Т). Злучаныя яны вадароднымі сувязямі па правілу камплементарнасці. Працы Э. Чаргаффа дапамаглі ўсталяваць гэтае правіла, так як вучоны заўважыў некаторыя заканамернасці ў паводзінах гэтых рэчываў. Э. Чаргафф адкрыў, што молярное стаўленне аденина да тимину роўна адзінцы. І дакладна так жа стаўленне гуанінь да цитозину заўсёды роўна адзінцы.

На аснове яго работ генетыкі сфармавалі правіла ўзаемадзеяння нуклеатыдаў. Правіла камплементарнасці абвяшчае, што адэнін злучаецца толькі з тымінам, а гуанінь - з цытазінам. Падчас дэкадавання спіралі і сінтэзу новага бялку ў рибосоме такое правіла чаргавання дапамагае хутка знайсці неабходную амінакіслату, якая прымацаваная да транспартнай РНК.

РНК і яго віды

Што такое спадчынная інфармацыя? Гэта паслядоўнасць нуклеатыдаў у двайны ланцугу ДНК. А што такое РНК? У чым заключаецца яе праца? РНК, або рібанукляінавай кіслата, дапамагае здабываць інфармацыю з ДНК, дэкадаваць яе і на аснове прынцыпу камплементарнасці ствараць неабходныя клеткам вавёркі.

Усяго вылучаюць 3 выгляду РНК. Кожная з іх строга выконвае сваю функцыю.

1. Інфармацыйная (иРНК), ці яшчэ яе называюць матрычная. Яна заходзіць прама ў цэнтр клеткі, у ядро. Знаходзіць у адной з храмасом неабходны генетычны матэрыял для пабудовы бялку і капіюе адну з бакоў двайны ланцугу. Капіраванне адбываецца зноў па прынцыпу камплементарнасці.
2. Транспартная — гэта невялікая малекула, у якой на адным баку дэкодэры-нуклеатыдаў, а на другім баку адпаведныя асноўнага коду амінакіслоты. Задача тРНК — даставіць у «цэх», то ёсць у рибосому, дзе сінтэзуе неабходную амінакіслату.
3. рРНК — рибосомная. Яна кантралюе колькасць бялку, які прадукуецца. Складаецца з 2 частак — амінакіслотнага і пептидного ўчастка.

Адзінае адрозненне дэкадаваньня — у РНК няма тимина. Замест тимина тут прысутнічае урацил. Але потым, у працэсе сінтэзу бялку, пры ТРНК усё роўна правільна ўсталёўвае ўсе амінакіслоты. Калі ж адбываюцца якія-небудзь збоі ў дэкадаваньня інфармацыі, то ўзнікае мутацыя.

Рэпарацый пашкоджанай малекулы ДНК

Працэс аднаўлення пашкоджанай двайны ланцужкі называецца репарацией. У працэсе рэпарацый пашкоджаныя гены выдаляюцца.

Затым неабходная паслядоўнасць элементаў у дакладнасці прайгравацца і ўразаецца назад у тое ж месца на ланцугу, адкуль было вынята. Усё гэта адбываецца дзякуючы спецыяльным хімічным рэчывам — ферменты.

Чаму адбываюцца мутацыі?

Чаму некаторыя гены пачынаюць мутаваць і перастаюць выконваць сваю функцыю — захоўванне жыццёва неабходнай спадчыннай інфармацыі? Гэта адбываецца з-за памылкі пры дэкадаваньня. Напрыклад, калі аденин выпадкова заменены на тимин.

Існуюць таксама хромосомные і геномныя мутацыі. Хромосомные мутацыі здараюцца, калі ўчасткі спадчыннай інфармацыі выпадаюць, падвойваюцца альбо наогул пераносяцца і ўбудоўваюцца ў іншую храмасому.

Геномныя мутацыі найбольш сур'ёзныя. Іх прычына - гэта змена колькасці храмасом. Гэта значыць, калі замест пары — диплоидного набору прысутнічае ў кариотипе триплоидный набор.

Найбольш вядомы прыклад триплоидной мутацыі — гэта сіндром Дауна, пры якім асабісты набор храмасом 47. У такіх дзяцей ўтворыцца 3 храмасомы на месцы 21-й пары.

Вядомая таксама такая мутацыя, як полиплодия. Але полиплодия сустракаецца толькі ў раслін.