Ақпарат

Неліктен ДНҚ тізбектерінде үлкен және кіші ойықтар бар?

Неліктен ДНҚ тізбектерінде үлкен және кіші ойықтар бар?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Мен ДНҚ-дағы негізгі және кіші ойықтардың мезгіл-мезгіл пайда болуына не себеп болатынын табуға тырыстым, бірақ әлі сәтті болмады. Геометриялық түсініктемелер де бағаланады, өйткені мен осы уақытқа дейін кездестірген геометриялық түсініктемелердің ешқайсысын түсіне алмаймын. ДНҚ туралы біліміме келетін болсақ, мен барлық орта мектеп негіздерін білемін (мысалы, комплиментарлық, нуклеотидтің жеке компоненттері арасындағы байланыс және т.б.)


Мұның бәрі Википедияда түсіндіріледі. Сіз В-ДНҚ құрылымындағы Уотсон-Крик негіз жұптарын айтып отырсыз.


ДНҚ-ның мінсіз, сызықтық В-ДНҚ конформациясында созылуы үшін жай ғана орын жеткіліксіз. Қарапайым бактериялардан күрделі эукариоттарға дейінгі барлық дерлік жасушаларда ДНҚ тіпті жасушаның немесе ядроның ішіне сыйып кетуі үшін мың еседен астам тығыздалуы керек.

ДНҚ-ның қысқа синтетикалық бөліктерінің рентгендік кристаллографиясына негізделген ДНҚ құрылымының нақтыланған рұқсаты дәйектілікке негізделген ДНҚ-ның спиральдық құрылымының айтарлықтай ауытқуы бар екенін көрсетті. Мысалы, ДНҚ-ның 200 биттік бөлігі дұрыс реттілікке ие болса, акриламидті гельде 1000 бит-тен артық сияқты жұмыс істей алады. Қос спираль біркелкі құрылым емес.


ДНҚ нуклеотидтері

Нуклеин қышқылдарының құрылыс материалы нуклеотидтер болып табылады. ДНҚ құрайтын нуклеотидтер деп аталады дезоксирибонуклеотидтер. Дезоксирибонуклеотидтің үш компоненті бес көміртекті қант деп аталады дезоксирибоза, фосфат тобы және а азотты негіз, жауап беретін азоты бар сақина құрылымы қосымша негізді жұптау нуклеин қышқылының жіпшелерінің арасында (1-сурет). Бес көміртекті дезоксирибозаның көміртегі атомдары 1ʹ, 2ʹ, 3ʹ, 4ʹ және 5ʹ болып нөмірленеді (1ʹ «бір жай» деп оқылады). А нуклеозид құрамында бес көміртекті қант пен азотты негіз бар.

Сурет 1. (а) Әрбір дезоксирибонуклеотид дезоксирибоза деп аталатын қанттан, фосфат тобынан және азотты негізден, бұл жағдайда адениннен тұрады. (b) Дезоксирибозаның құрамындағы бес көміртек 1′, 2ʼ, 3ʼ, 4ʼ және 5ʼ деп белгіленеді.

Дезоксирибонуклеотид мынаған сәйкес аталады азотты негіздер (2-сурет). Азотты негіздер аденин (A) және гуанин (G) болып табылады пуриндер оларда бес көміртекті сақинаға қосылған алты көміртекті сақинасы бар қос сақина құрылымы бар. The пиримидиндер, цитозин (C) және тимин (T), тек алты көміртекті сақина құрылымы бар кішігірім азотты негіздер.

Сурет 2. ДНҚ құрамындағы азотты негіздер екі сақиналы пуриндер аденин мен гуанинге және бір сақиналы пиримидиндерге цитозин мен тиминге бөлінеді. Тимин ДНҚ-ға ғана тән.

Жеке нуклеозидтрифосфаттар бір-бірімен ковалентті байланыстар арқылы 5-3' деп аталады. фосфодиэфирлік байланыстар, немесе бір нуклеотид қантының 5′ көміртегіне қосылған фосфат тобы келесі нуклеотид қантының 3′ көміртегінің гидроксил тобымен байланысатын байланыстар. Нуклеотидтер арасындағы фосфодиэфирлік байланыс түзеді қант-фосфатты магистраль, нуклеин қышқылы тізбегінің қаңқасын құрайтын ауыспалы қант-фосфат құрылымы (3-сурет). Полимерлеу процесінде дезоксинуклеотидтрифосфаттар (dNTP) қолданылады. Қант-фосфатты магистральды құру үшін екі терминал фосфаттары пирофосфат ретінде dNTP-ден босатылады. Алынған нуклеин қышқылының тізбегінде 5′ көміртегі ұшында бос фосфат тобы және 3′ көміртегі ұшында бос гидроксил тобы болады. Нуклеотидтрифосфаттан пайдаланылмаған екі фосфат тобы фосфодиэфир байланысының түзілуі кезінде пирофосфат түрінде бөлінеді. Пирофосфат кейіннен гидролизденіп, нуклеотидтердің полимерленуіне жұмсалған энергияны босатады.

Сурет 3. Фосфодиэфирлік байланыстар бір нуклеотидтің 5′ көміртегіне қосылған фосфат тобы мен келесі нуклеотидтегі 3′ көміртегінің гидроксил тобы арасында түзіліп, нуклеотидтердің нуклеин қышқылының жіпшелерінде полимерленуіне әкеледі. Осы нуклеин қышқылы тізбегінің 5′ және 3′ ұштарына назар аударыңыз.

Ойлан


Мазмұны

Негізгі жұптастыру Өңдеу

Молекулалық биологияда сутегі байланыстары арқылы қосылған қарама-қарсы комплементарлы ДНҚ немесе РНҚ тізбегіндегі екі нуклеотид негізгі жұп деп аталады (көбінесе қысқартылған bp). Канондық Уотсон-Крик негізді жұптастыруда аденин (А) тиминмен (Т) және гуанин (G) ДНҚ-да цитозинмен (С) бір жұпты құрайды. РНҚ-да тимин урацилмен (U) ауыстырылады. Сутектік байланыстың балама үлгілері, мысалы, тербеліс негізі жұбы және Хугстин негізі жұбы, күрделі және функционалды үшінші құрылымдарды тудыратын, әсіресе РНҚ-да кездеседі. Маңыздысы, жұптасу - хабаршы РНҚ молекулаларындағы кодондарды протеин трансляциясы кезінде трансфер РНҚ-дағы антикодондар арқылы танитын механизм. Кейбір ДНҚ немесе РНҚ байланыстыратын ферменттер гендердің белгілі бір реттеуші аймақтарын анықтайтын арнайы жұптастыру үлгілерін тани алады. Сутегі байланысы жоғарыда сипатталған негізді жұптастыру ережелеріне негізделген химиялық механизм болып табылады. Сутегі байланысының донорлары мен акцепторларының сәйкес геометриялық сәйкестігі тек «дұрыс» жұптардың тұрақты қалыптасуына мүмкіндік береді. Жоғары GC мазмұны бар ДНҚ төмен GC мазмұны бар ДНҚ-ға қарағанда тұрақтырақ, бірақ танымал пікірге қарамастан, сутегі байланыстары ДНҚ-ны айтарлықтай тұрақтандырмайды және тұрақтандыру негізінен стекинг өзара әрекеттесуіне байланысты. [2]

Үлкен нуклеобазалар, аденин және гуанин, пуриндер деп аталатын қос сақиналы химиялық құрылымдар класының мүшелері, кіші нуклеобазалар, цитозин және тимин (және урацил), пиримидиндер деп аталатын бір сақиналы химиялық құрылымдар класының мүшелері. Пуриндер тек пиримидиндермен комплементарлы болып табылады: пиримидин-пиримидин жұптары энергетикалық жағынан қолайсыз, өйткені молекулалар сутегі байланысын орнату үшін тым алшақ, пурин-пурин жұптары энергетикалық жағынан қолайсыз, өйткені молекулалар тым жақын, бұл қабаттасатын итермелеуге әкеледі. Жалғыз басқа мүмкін жұптаулар GT және AC болып табылады, бұл жұптар сәйкес емес, өйткені сутегі донорлары мен акцепторларының үлгісі сәйкес келмейді. Екі сутегі байланысы бар GU тербелетін негіз жұбы РНҚ-да жиі кездеседі.

Нуклеин қышқылының гибридтенуі Өңдеу

Гибридизация – қос спираль түзу үшін қосымша негіз жұптарының байланысу процесі. Балқу деп екі нуклеин қышқылды жіптерді ажырататын қос спиралдың жіптерінің өзара әрекеттесуінің үзілуін айтады. Бұл байланыстар әлсіз, жұмсақ қыздыру, ферменттер немесе физикалық күш арқылы оңай бөлінеді. Нуклеин қышқылының белгілі бір нүктелерінде балқу басымырақ болады. [3] Т және А қарағанда бай тізбектер оңай ериді C және Г. бай аймақтар. Белгілі бір базалық қадамдар, әсіресе, ДНҚ балқуына сезімтал Т А және Т Г негізгі қадамдар. [4] Бұл механикалық ерекшеліктер сияқты реттіліктерді пайдалану арқылы көрсетіледі ТАТАА транскрипция үшін ДНҚ-ны балқытуда РНҚ-полимеразаға көмектесу үшін көптеген гендердің басында.

Молекулаларда шамамен 10 000 негіз жұбы (10 килобаза жұбы немесе 10 кбит/с) болса, ПТР-да қолданылатын жұмсақ қыздыру арқылы тізбекті бөлу оңай. ДНҚ жіптерінің бір-бірімен тоғысуы ұзын сегменттерді бөлуді қиындатады. Жасуша ДНҚ-балқыту ферменттерінің (геликазалардың) топоизомеразалармен бір мезгілде жұмыс істеуіне мүмкіндік беру арқылы бұл мәселені болдырмайды, олар бір жіптің фосфатты діңін химиялық түрде ыдыратып, екіншісінің айналасында айнала алады. ДНҚ-полимераза сияқты тізбекті оқитын ферменттердің алға жылжуын жеңілдету үшін спиральдар жіптерді босатады.

Нуклеин қышқылының қайталама құрылымы әдетте спиральдарға (іргелес негіз жұптары) және әртүрлі ілмектерге (спиральдармен қоршалған жұпталмаған нуклеотидтер) бөлінеді. Көбінесе бұл элементтер немесе олардың комбинациясы қосымша санаттарға жіктеледі, соның ішінде, мысалы, тетралуптар, псевдокноттар және ілмектер.

Қос спиральді өңдеу

Қос спираль нуклеин қышқылының молекулаларындағы маңызды үшінші реттік құрылым болып табылады, ол молекуланың екінші реттік құрылымымен тығыз байланысты. Қос спираль көптеген дәйекті негіз жұптарының аймақтарынан құралады.

Нуклеин қышқылының қос спиралі спиральды полимер болып табылады, әдетте оң жақ, құрамында екі нуклеотид тізбегі бар, олар бір-біріне негізделеді. Спиральдың бір бұрылысы шамамен он нуклеотидті құрайды және оның құрамында негізгі ойық пен кіші ойық бар, негізгі ойық кіші ойықтан кеңірек. [5] Негізгі ойық пен кіші ойықтың ендеріндегі айырмашылықты ескере отырып, ДНҚ-мен байланысатын көптеген ақуыздар мұны кеңірек үлкен ойық арқылы жасайды. [6] ДНҚ үшін көптеген қос спиралді формалар болуы мүмкін, бұл үш биологиялық маңызды формалар: A-DNA, B-DNA және Z-DNA, ал РНҚ қос спиралдарының құрылымдары ДНҚ-ның А формасына ұқсас.

Бағаналы цикл құрылымдары Өңдеу

Нуклеин қышқылы молекулаларының қайталама құрылымы көбінесе сабақтар мен ілмектерге бірегей түрде ыдырауы мүмкін. Негізгі жұптастырылған спираль қысқа жұптаспаған ілмекпен аяқталатын діңгек-ілмек құрылымы (сонымен бірге жиі «шаш» деп аталады) өте кең таралған және беде жапырағы құрылымдары сияқты үлкен құрылымдық мотивтер үшін құрылыс материалы болып табылады. трансфер РНҚ-да табылғандар сияқты төрт спиралді қосылыстар. Ішкі ілмектер (ұзынырақ жұптастырылған спиральдағы жұпталмаған негіздердің қысқа сериясы) және дөңес (бір бұрандалы жіптің қарама-қарсы жіпте ұқсастары жоқ «қосымша» кірістірілген негіздері бар аймақтар) жиі кездеседі.

Биологиялық РНҚ-ның функционалдық маңызы бар көптеген қайталама құрылым элементтері бар, кейбір танымал мысалдар Rho-тәуелсіз терминатор бағаналы ілмектер және тРНҚ беде жапырағы. Тәжірибелік және есептеу әдістерін қамтитын РНҚ молекулаларының қайталама құрылымын анықтау бойынша белсенді зерттеулер жалғасуда (сонымен қатар РНҚ құрылымын болжауға арналған бағдарламалық қамтамасыз ету тізімін қараңыз).

Псевдокноттар өңдеу

Псевдокнота – бір сабақтың жартысы екінші сабақтың екі жартысы арасында интеркалацияланатын кемінде екі діңгек-ілмек құрылымы бар нуклеин қышқылының қайталама құрылымы. Псевдокноттар түйін тәрізді үш өлшемді конформацияға бүктеледі, бірақ шынайы топологиялық түйіндер емес. Псевдокноттардағы негіз жұптары жақсы кірістірілмеген, яғни бір-бірінің реттілігі бойынша «қабатталатын» базалық жұптар пайда болады. Бұл жұптастырылған сабақтарды анықтау үшін рекурсивті баллдық жүйені пайдаланатын динамикалық бағдарламалаудың стандартты әдісімен нуклеин қышқылдарының тізбегіндегі жалпы псевдокноталардың болуын болжау мүмкін емес етеді және, демек, ортақ алгоритмдері бар кірістірілмеген негізгі жұптарды анықтай алмайды. Дегенмен, псевдокноталардың шектеулі ішкі сыныптарын модификацияланған динамикалық бағдарламалар арқылы болжауға болады. [8] Стохастикалық контекстсіз грамматикалар сияқты құрылымды болжаудың жаңа әдістері де псевдокнотты қарастыра алмайды.

Псевдокноттар каталитикалық белсенділігі бар әртүрлі құрылымдарды құра алады [9] және бірнеше маңызды биологиялық процестер псевдокноттар құрайтын РНҚ молекулаларына сүйенеді. Мысалы, адам теломеразасының РНҚ құрамдас бөлігі оның белсенділігі үшін маңызды псевдокнотты қамтиды. [7] Гепатит дельта вирусының рибозимасы белсенді орнында псевдокноты бар каталитикалық РНҚ-ның белгілі мысалы болып табылады. [10] [11] ДНҚ псевдокноттар да құра алатынымен, олар әдетте стандартты физиологиялық жағдайларда болмайды.

Нуклеин қышқылының қайталама құрылымын болжау әдістерінің көпшілігі жақын көршінің термодинамикалық моделіне сүйенеді. [12] [13] Нуклеотидтер тізбегі берілген ең ықтимал құрылымдарды анықтаудың жалпы әдісі бос энергиясы төмен құрылымдарды табуға тырысатын динамикалық бағдарламалау алгоритмін пайдаланады. [14] Динамикалық бағдарламалау алгоритмдері көбінесе псевдокноталарға немесе негізгі жұптар толығымен кірістірілмеген басқа жағдайларға тыйым салады, өйткені бұл құрылымдарды есептегенде, тіпті шағын нуклеин қышқылы молекулалары үшін есептеу өте қымбат болады. Нуклеин қышқылының қайталама құрылымын болжау үшін стохастикалық контекстсіз грамматика сияқты басқа әдістерді де қолдануға болады.

Көптеген РНҚ молекулалары үшін екінші реттік құрылым РНҚ-ның дұрыс жұмыс істеуі үшін өте маңызды - көбінесе нақты тізбектен гөрі көбірек. Бұл факт кейде «РНҚ гендері» деп аталатын кодталмаған РНҚ талдауына көмектеседі. Биоинформатиканың бір қосымшасы РНҚ-ның кодталмаған, бірақ функционалдық формалары үшін геномды іздеуде болжамды РНҚ қайталама құрылымдарын пайдаланады. Мысалы, микроРНҚ-да шағын ішкі ілмектер арқылы үзілген канондық ұзын бағаналы ілмектер бар.

РНҚ қайталама құрылымы белгілі бір түрлерде РНҚ сплайсингінде қолданылады. Адамдарда және басқа тетраподтарда U2AF2 ақуызы болмаса, сплайсинг процесі тежелетіні көрсетілген. Дегенмен, зебрабалықтарда және басқа телеосттарда U2AF2 болмаған кезде белгілі бір гендерде РНҚ сплайсинг процесі әлі де болуы мүмкін. Бұл зебрабалықтардағы гендердің 10%-ында әр интронның 3' қосылыс орнында (3'ss) және 5'sssssssss сәйкесінше TG және AC негізгі жұптары ауыспалы болуы мүмкін, бұл әр интронның қайталама құрылымын өзгертеді. РНҚ. Бұл РНҚ-ның қайталама құрылымы сплайсингтің пайда болуы үшін қажет деп есептелетін U2AF2 сияқты ақуыздарды қолданбай-ақ сплайцинацияға әсер етуі мүмкін екенін көрсетеді. [15]

РНҚ-ның қайталама құрылымын рентгендік кристаллография арқылы алынған атомдық координаттардан (үшінші реттік құрылым) анықтауға болады, көбінесе ақуыз деректер банкінде сақталады. Қазіргі әдістерге 3DNA/DSSR [16] және MC-аннотация кіреді. [17]


ДНҚ пішіні туралы не маңызды?

Тіпті биологияны қозғайтын қарапайым адамдар үшін жазылған барлық дерлік ғылыми кітаптарда және эволюцияны қозғайтын кітаптардың көпшілігінде Фрэнсис Крик пен Джеймс Уотсонның ДНҚ құрылымын ашуы ең маңызды жаңалықтардың бірі ретінде жарияланады.

Дегенмен, Крик пен Уотсонға дейін ДНҚ бар екені белгілі болды және РНҚ және жасуша ішіндегі генетикалық кодтың жеке бөліктерінің көшірмелері арқылы репликацияланатыны белгілі болды.

Мен Крик пен Уотсонмен басқа әйел ғалымның тұжырымдарын қабылдағаны туралы кейбір даулар бар екенін түсінемін, бірақ менің сұрағым неғұрлым қарапайым - ДНҚ қос спиралының құрылымы ғылым үшін неге соншалықты маңызды?

Уотсон мен Крик ашқанға дейін ДНҚ-ның физикалық құрылымы (және осы мәселе бойынша РНҚ) ашық сұрақ болды. Бұл өз алдына қызықты ғылыми мәселе болды.

1950 жылға қарай ДНҚ жасушаның тұқым қуалайтын материалы ретінде анықталды. Бірақ мұндай «қарапайым» химиялық құраммен оның жеткілікті ақпаратты қалай кодтай алатыны анық емес еді. Сондай-ақ, ол өзін қалай сақтап, еншілес жасушаларда көбейте алады ма? Оның физикалық құрылымын түсіну сол кезде ДНҚ бұл процестерді қалай кодтай алатынын түсінудің алғашқы қадамы деп есептелді.

Шынында да, В-пішінді ДНҚ-ның дұрыс қос спиральдық құрылымын тапқаннан кейін олар негіздердің орналасуы ақпаратты сақтау механизмін қалай тудыратынын және жұптасу сөзбе-сөз көшірмелерді жасауға қалай мүмкіндік беретінін тез анықтай алды. Олардың жеке құрылымдық құжатының соңында төменде көрсетілген:

"Біз ұсынған арнайы жұптасу генетикалық материалды көшірудің ықтимал механизмін бірден болжайтыны бізді назардан тыс қалдырған жоқ"

Олардың моделі ішкі модельдердегі Полингтің үштік спиральіне және Франклиннің фосфаттарына айтарлықтай қарама-қайшы келеді, олардың ешқайсысы тұрақты бола алмас еді және әрі қарай ғылыми жұмыс үшін қажетті түсініктерді бере алмас еді.

Өңдеу: Аарон Клуг (Франклиннің бұрынғы әріптесі) кейінірек Франклиннің мұрағатынан Уотсон мен Крик моделін аяқтағанға дейін В форматындағы қағазды бастағанын және оның жобалық жұмысы Уотсон мен Крик үлгісімен нақты келісімге келгенін көрсететін мақалаларды жариялайды. .

Олардың ашылуының маңыздылығы, ол молекулалық биологияның бүкіл саласын іске қосты. Өткенге көз жүгіртсек, Полинг жеткілікті уақыт бергенде өз моделін қосарланған спиральға дейін жетілдіре алған болар еді. IIRC Франклин мен Уилкин өздерінің қарапайым рентгендік үлгілерін қалай түсіндіруге болатынын өздері мойындады. Сонымен, Уотсон мен Крик Франклиннің тамаша деректерінсіз еш жерге жете алмас еді, Франклиннің өзі модельді ойлап табуы екіталай. Өңдеу: Франклин Watson & amp Crick басылымына дейін В-формалы ДНҚ қағазының жобасын бастаған сияқты, сондықтан ол жерге өз бетімен жетуі мүмкін еді.

және РНҚ және жасуша ішіндегі генетикалық кодтың жеке бөліктерінің көшірмелері арқылы репликацияланатыны белгілі болды.

Мен бұл түсініктердің барлығы Уастон мен Криктің ДНҚ-ның физикалық құрылымын ашқаннан кейінгі ашқанына сенімдімін. Уотсон 1957 жылы «Молекулярлық биологияның орталық догмасын» тұжырымдайды. Мелесон-Шталь тәжірибесі 1958 жылы негізгі идеяны растайды.

Мен Крик пен Уотсонмен басқа әйел ғалымның тұжырымдарын қабылдады ма деген мәселеде қайшылық бар екенін түсінемін.

Уотсон мен Крик Лондондағы Кинг колледжінде жүргенде Франклин түсірген Уилкин мен Франклиннің рентгендік фотосуреттеріне өздерінің b-формалы ДНҚ үлгісін негіздеді. Ол кезде Франклин мұндай теориялық модель құруға қарсы болды, бұл деректердің күйін ескере отырып, оны мерзімінен бұрын деп санайды. Айтуынша, Франклин Уотсон мен Крик өз үлгісімен жұмыс істеп жатқан кезде Кингсті тастап кеткен болатын және сол кезде ДНҚ жұмысы Уилкинмен бірге Кингтерде қалады.

Уотсон мен Крикке Франклиннің фотосуреттерін (және есептеулерін) Макс Перутц MRC-де Вилкинссіз немесе Франклиннің тікелей білімін/батасынсыз MRC биофизикалық есебінің бөлігі ретінде берді. Бұл, әрине, дереккөз ғалымын хабардар етпей-ақ, бұл деректерді беру үшін жасалған нәрсе болмаса да, MRC өз зерттеулерін ғалымдарымен бөлісуге еркін болған және биофизика туралы есеп жақын арада қол жетімді болатын жағдай болып қала береді, дегенмен.

Өңдеу: Уақыт кестесін ескере отырып, егер оларға MRC биофизикасының есебіне ертерек қол жеткізуге рұқсат берілмесе, Франклин В-пішінді құрылымын Уотсон мен Крикке дейін өзі жариялаған болар еді.

Франклин жарияланғанға дейін Уотсон және Крик моделін көрді және жақсы көрді және ол ашылғанын жариялау үшін жарияланған 3 Табиғат туралы мақаланың бірінің авторы болды. Егер ол тірі болғанда Нобель сыйлығын Уотсон және Крикпен бөлісер еді. Оның қайтыс болғаны және молекулярлық биология шеңберінен тыс біраз ұмытылғаны өте өкінішті.

Мен Уотсонның өмірбаянын "The Double Helix", әсіресе 2012 жылғы жаңартылған нұсқасын мұқият оқып шығуды ұсынамын, ол тарихты баяндайтын және Уотсонның өте бейтарап түпнұсқалық есебін түзететін көптеген мұрағаттық материалды қамтиды.

Өңдеу: Корольдік химия қоғамы оқиғалар тарихының өте жақсы нұсқасын береді


Сипаттама

Жалпы есірткі мақсаттары

Геномиканың, протеомиканың және метаболомиканың енгізілуі биологияға негізделген процеске жол ашты, бұл дәрілік мақсаттың көптігіне әкелді. Геномда кодталған әлеуетті дәрілік нысандардың тізімі вирулентті гендер мен түрге тән гендердің табиғи таңдауын қамтиды. Басқа опцияларға мақсатты РНҚ, делдалдық метаболизмнің ферменттері, ДНҚ репликациясына арналған жүйелер, трансляция аппараты немесе жөндеу және мембраналық ақуыздар кіреді (1-сурет).

Дәрілік заттардың биохимиялық кластары

Дәрілік мақсаттағы түрлерге тән гендер

Жалпыға қолжетімді дерекқорлардағы бактериялық қоздырғыштардың толық геномдық тізбектерінің салыстырмалы талдауы жақын болашақтағы дәрі-дәрмектерді табу тәсілдері туралы алғашқы түсініктерді ұсынады. [11] Дифференциалды геномдық дисплей ретінде тағайындалған әлеуетті дәрілік мақсатты болжауға қызықты тәсілді Борк және оның әріптестері ұсынған. [12] Бұл тәсіл паразиттік микроорганизмдердің геномы әдетте әлдеқайда аз және еркін тіршілік ететін организмдердің геномдарына қарағанда аз белоктарды кодтайтындығына негізделген. Паразиттік бактериялардың геномында бар, бірақ бос тірі бактерияның тығыз байланысты геномында жоқ гендер, сондықтан патогенділік үшін маңызды болуы мүмкін және оларды потенциалды дәрілік нысаналар ретінде қарастыруға болады. Толық салыстыру H.influenzae және E.coli анықталған ген өнімдері 40 H.influenzae тек қана патогендерде табылған және осылайша дәрі-дәрмектің әлеуетті нысандарын құрайтын гендер.

Дәрілік мақсат ретінде нуклеин қышқылы

Нуклеин қышқылдары генетикалық ақпараттың репозиторийі болып табылады. ДНҚ-ның өзі қатерлі ісік пен басқа да ауруларда қолданылатын көптеген препараттардың рецепторы екені дәлелденді. Бұл әртүрлі механизмдер арқылы жұмыс істейді, соның ішінде химиялық модификация және ДНҚ (цисплатин) айқаспалы байланысы немесе ДНҚ-ның бөлінуі (блеомицин). Полиароматты сақина жүйесінің қос тізбекті спиральға интеркалациялануы (актиномицин D, этидий) немесе ДНҚ-ның негізгі және кіші ойықтарымен (мысалы, нетропсин) байланысу арқылы көп жұмыс жасалды (2-сурет) [13]. ДНҚ гендік терапияға арналған реттілікке тән реагенттерді жобалау күш-жігерімен химиотерапияның нысанасы екендігі көрсетілді.

Нетропсин молекуласы. Ойықтың тарлығы нетропсин молекуласын орталықта симметриялы түрде отыруға мәжбүр етеді, оның екі пиррол сақиналары сәл компланарлы емес, сондықтан әрбір сақина ойықтың тиісті аймағының қабырғаларына параллель болады [13]

Дәрілік мақсат ретінде РНҚ

РНҚ құрылымы мен қызметін анықтаудағы соңғы жетістіктер фармацевтика өнеркәсібіне елеулі әсер ететін жаңа мүмкіндіктерге әкелді. Басқа функциялардың қатарында ДНҚ мен белоктар арасындағы хабаршы қызметін атқаратын РНҚ айтарлықтай құрылымдық күрделілігі жоқ толығымен икемді молекула деп есептелді. Дегенмен, соңғы зерттеулер РНҚ құрылымында таңқаларлық күрделілікті анықтады. Бұл бақылау фармацевтика өнеркәсібінің шағын молекулалары бар РНҚ-ны нысанаға алу мүмкіндіктерін ашады. Бәлкім, одан да маңыздысы, РНҚ-мен байланысатын препараттар ақуыздарды байланыстыратын дәрілер қол жеткізе алмайтын әсерлерді тудыруы мүмкін. [14] РНҚ немесе РНҚ-ақуыз кешендерімен байланысатын табиғи көздерден алынған дәрілердің бірнеше кластарының сәттілігі принциптің дәлелі болды.

Мембраналар дәрілік мақсат ретінде

Мембраналар жасушаның шекарасын анықтауда, сондай-ақ белгілі бір функциялармен байланысты жасушаның ішкі бөлімдерін қамтамасыз етуде маңызды құрылымдық элементтер болып табылады. Жасуша мембраналарының өзі де молекулалық танудың нысанасы бола алады. Мембраналардың құрылымдық және динамикалық функцияларын түсіну (мысалы, плазмалық мембраналар және жасушааралық мембраналар) жақсартылған өткізгіштік сипаттамалары немесе арнайы мембраналық әсерлері бар дәрілік молекулалардың ұтымды дизайнын қосуы мүмкін. Көптеген жалпы анестетиктер мембраналарда еріген кезде физикалық әсерлері арқылы жұмыс істейді деп есептеледі. Грамицидин А сияқты антибиотиктердің бірнеше кластары, аламетицин сияқты зеңге қарсы заттар және ара уларында кездесетін мелитин сияқты токсиндер жазық липидті қос қабаттарға тікелей әсер етіп, трансмембраналық саңылауларды тудырады.

Белоктар дәрілік мақсат ретінде

Протеиндер фармацевтика және биотехнология салаларында әлеуетті дәрілік мақсаттардың құнды көзі ретінде айтарлықтай назар аударуды жалғастыруда. [15] Протеиндер гендер мен ауру арасындағы маңызды байланысты қамтамасыз етеді және ауру патологиясын, диагностикасын және емдеуді қоса алғанда, негізгі биологиялық процестерді түсінудің кілті болып табылады. Зерттеушілер көптеген әлеуетті терапиялық мақсаттарды анықтады және қазіргі уақытта дамудың әртүрлі фазаларында 700-ден астам өнім бар. Дегенмен, ақуыздарды зерттеуді расталған дәрілік мақсаттарға аудару айтарлықтай қиындықтар тудырады. Геномдық тізбектер жасушаларға белоктарды қалай және қашан жасау керектігін нұсқайды. Белоктар өз кезегінде жасушадағы белсенді ойыншылар болып табылады. Белоктар жасушалардың механизмін құрайды, жасушалардың байланысуына мүмкіндік береді және организмнің өсуін немесе өлуін басқара алады. Жасушалардағы рөліне байланысты дәрілік заттардың көпшілігі ақуыздар болып табылады. Дәрілер ақуызға арнайы байланысу арқылы әрекет етеді. Ақуыздың қызметі туралы кең білім фармацевтикалық химиктер үшін мақсатты таңдауды бағыттай алады. 200 000-300 000 ерекше және интерактивті ақуыздардың күрделі доменін зерттеу айтарлықтай қиындықтар тудырады. Препаратты әзірлеуге арналған мақсатты ақуыздардың көпшілігі адам ағзасындағы немесе жұқпалы ағзадағы негізгі реттеуші қадамдарға қатысады. Осылайша, олар тек бірнеше көшірмелерде және көбінесе белгілі бір ұяшықтарда болады. Оларды әдеттегі биохимиялық препараттармен және күнделікті талдаулар үшін қажетті мөлшерде оқшаулау және тазарту өте қиын болды. Бұл жағдай белоктарды клондау және экспрессиялау мүмкіндігімен түбегейлі өзгертілді. Осылайша, көптеген негізгі мақсатты белоктар қазір оларды биологиялық талдауларға ғана емес, сонымен қатар ерітіндідегі ЯМР зерттеулеріне және рентгендік талдау үшін кристалдануға жарамды ету үшін жеткілікті мөлшерде қол жетімді болады. Рентген немесе ЯМР көмегімен шешілген ақуыз құрылымдарының саны күрт өсе бастады және 40 000-нан астам ақуыздық үш өлшемді құрылымдар Протеин деректер банкіне [16] бүгінгі күнге дейін (2006 ж. желтоқсан) орналастырылды. Белоктардың әртүрлі кластарын потенциалды дәрілік мақсатқа жатқызуға болады.

Дәрілік заттар, инсектицидтер немесе гербицидтер сияқты кішігірім молекулалар әдетте ақуыз нысандарымен байланысу арқылы әсер етеді. Бұрын бұл молекулалардың көпшілігі әсер ету механизмі туралы аз немесе мүлдем білмеген эмпирикалық түрде табылған. Көптеген жағдайларда осы заттармен өзгертілген мақсаттар ретроспективті түрде анықталды. Бір қызығы, қазіргі уақытта қолданылатын дәрілердің көпшілігі ферменттерді немесе рецепторларды модуляциялайды, олардың көпшілігі G-белокпен байланысқан рецепторларды.

а. Ферменттер - Биохимиялық реакциялардың катализіне жауапты макромолекула ауру күйі биологиялық белсенді түрді өндірумен байланысты болған кезде айқын мақсат болып табылады. Ферменттер терапевтік араласудың классикалық нысанасы болып табылады және көптеген жақсы зерттелген мысалдар бар.

Дәстүрлі дәрілік химия ферменттерінің нысандарына киназалар, фосфодиэстеразалар, протеазалар және фосфотазалар жатады. Ферменттерге қарсы бағытталған дәрілік заттардың кейбір мысалдары 1-кестеде келтірілген.

1-кесте

ФерментПрепарат
ДигидрофолатредуктазаМетотрексат
АИВ-1 протеазасыСаквинавир, Индинавир
ACEКаптоприл
НейраминидазаОселтамивир
Циклинге тәуелді киназа (CDKs)Флавопиридол
ЦиклооксигеназаДиклофенак, индометацин
ТимидилатсинтазаTomudex
Гуанинфосфорибозилтрансфераза (GPRT)Аллопуринол
Инозин5'-монофосфат дегидрогензаТиазопурин

б. Рецепторлық белоктар - G-белокты біріктірілген рецепторлар жасушадан тыс лигандтардың кең ауқымымен белсендірілетін және іс жүзінде барлық тіндерде экспрессияланатын жеті трансмембраналық ақуыздардың супер тобы болып табылады. Бұл рецепторлар арқылы сигнал беру нейротрансмиссия, хемотаксис, қабыну, жасуша пролиферациясы, жүрек және тегіс бұлшықеттердің жиырылуы, сондай-ақ көру және химосенсорлық қабылдау сияқты көптеген физиологиялық процестерді реттейді. Олардың денсаулық пен аурудағы кең таралуы мен маңыздылығын ескере отырып, GPCRs дәрілік заттарды табуды зерттеу үшін мақсатты ақуыздардың ең табысты класы болуы таңқаларлық емес. [17]

Адам геномының реттілігі 1000-ға жуық GPCR болжамына әкелді, олардың 400-і химосенсорлық емес рецепторлар болып табылады және сондықтан әлеуетті дәрі-дәрмектің нысанасы ретінде қарастырылуы мүмкін. [18] Барлық сатылатын дәрілердің 50%-ға дейіні рецепторлардың осы тобына тікелей бағытталған [19], олардың кейбіреулері 2-кестеде келтірілген.

Кесте 2

GPCRКөрсеткіш(тер)Есірткілер)
ГистаминАллергия, жараларЦиметидин, Ранитидин, Терфенадин
β-адренергиялықГипертония, астмаАтенолол, Альбутерол, Салметерол
α-адренергиялықҚатерсіз простатихипертрофияТеразозин, доксазозин
ДопаминПсихоз, Паркинсон ауруыАрипипразол, ропинерол
СеротонинМигрень, мазасыздықЗолмитриптан, клозапин, буспирон
ОпоидАуырсынуБутарфанол
АнгиотензинГипертонияЛозартан, Эпросартан
Мускариндік ацетилколинАльцгеймер ауруыБетанехол, дицикломин
ЛейкотриенДемікпеПранлукаст

Жоғарыда аталған мақсаттарға қарсы препараттарды жасаудағы мақсат көбінесе адам ақуызының қызметін модуляциялау болып табылады, ал патогендік организмдерге қарсы препараттарды әзірлеудегі мақсат қоздырғыштың өліміне әкелетін толық тежелу болып табылады. Микробқа қарсы препараттар қоздырғыш үшін маңызды болуы керек, қоздырғышта ерекше қызмет атқаруы, қоздырғышта ғана болуы және шағын молекуламен тежелу мүмкіндігі болуы керек.

Мақсат маңызды болуы керек, өйткені ол жасушадағы шешуші циклдің бөлігі болып табылады және оның жойылуы патогеннің өліміне әкелуі керек. Мақсат бірегей болуы керек: басқа ешқандай жол нысананың функциясын толықтыра алмайды және ингибитордың болуын жеңе алмайды. Егер макромолекула дәрі-дәрмектің нысанасы болу үшін барлық белгіленген критерийлерді қанағаттандырса, бірақ сау адам жасушаларында, сондай-ақ патогенде жұмыс істесе, спецификалық патогендік және адамдық формалар арасындағы құрылымдық немесе биохимиялық айырмашылықтарды пайдалану арқылы жиі ингибиторға айналдыруға болады. Ақырында, мақсатты молекула шағын молекуланы байланыстыру арқылы тежеуге қабілетті болуы керек. Ферменттер көбінесе дәрі-дәрмектің тамаша нысанасы болып табылады, өйткені қосылыстар белсенді аймақ қалтасына сыйғызу үшін жасалған.

Құрылымға негізделген дәрілік дизайн

Дәрі-дәрмектің ашылуы, ‘ratsional’ деп аталды, бұл мақсаттың алғашқы құрылымдары шешілмейінше ұшып кетпеді. 1897 жылы Эрлих бүйірлік тізбек теориясы деп аталатын теорияны ұсынды, онда ол жасушалардағы белгілі бір топтардың токсинмен біріктірілуін ұсынды. Эрлих бұл бүйірлік тізбектерді рецепторлар ретінде ойлап тапты. Дәрілік химияда жаңа құрал ретінде ақуыз лигандтарының құрылымына негізделген дәрілік дизайн пайда болды. [20] Құрылымға негізделген дәрілік дизайнның орталық болжамы [21] 3-суретте көрсетілгендей итеративті болып табылады және оңтайландырылған жетекші клиникалық сынақтарға өткенге дейін жиі бірнеше цикл арқылы өтеді.

Құрылымға негізделген дәрілік дизайнға қатысты қадамдар

Бірінші цикл мақсатты ақуызды немесе нуклеин қышқылын клондау, тазарту және құрылымын үш негізгі әдістердің бірімен анықтауды қамтиды: рентгендік кристаллография, ЯМР немесе салыстырмалы модельдеу. Компьютерлік алгоритмдерді пайдалана отырып, дерекқордан қосылыстар немесе қосылыстардың фрагменттері құрылымның таңдалған аймағына орналастырылады.

Бұл қосылыстар мақсатты аймақпен стерикалық және электростатикалық әрекеттесулері негізінде бағаланады және бағаланады және ең жақсы қосылыстар биохимиялық талдаулармен әрі қарай сыналады. Екінші циклде бірінші циклдегі перспективалы қорғасынмен, кем дегенде микромолярлық тежелуі бар кешенде нысананың құрылымын анықтау. in vitro, қосылыстағы потенциалды арттыру үшін оңтайландыруға болатын сайттарды ашады. Қосымша циклдар оңтайландырылған қорғасынның синтезін, жаңа нысананың құрылымын анықтауды: қорғасын кешенін және қорғасын қосылысын одан әрі оңтайландыруды қамтиды.

Дәрілік препаратты жобалау процесінің бірнеше циклінен кейін оңтайландырылған қосылыстар әдетте байланыстырудың айтарлықтай жақсаруын және көбінесе мақсатқа тән ерекшелікті көрсетеді.

Құрылымға негізделген дәрілік дизайн үшін құрылымды бағалау

Мақсат анықталғаннан кейін нақты құрылымдық ақпаратты алу қажет. Дәрілік дизайн үшін пайдалы құрылымды анықтаудың үш негізгі әдісі бар: рентгендік кристаллография, ЯМР және гомологиялық модельдеу.

Ажыратымдылығы жоғары кристалдық құрылымдар препаратты жобалау үшін құрылымдық ақпараттың ең көп тараған қажетті көзі болып табылады, әсіресе мөлшері бірнеше аминқышқылдарынан 998 кД-ға дейінгі ақуыздар үшін. [22] Кристаллографияның тағы бір артықшылығы - реттелген су молекулалары эксперименттік деректерде көрінеді және көбінесе дәрілік дизайнда пайдалы. Кристалдық құрылымды дифракцияланған амплитудалардың (көбінесе рұқсат деп аталады) сенімділігі немесе R факторлары қателік температура факторларын үйлестіру және химиялық дұрыстықты анықтау үшін бағалау керек. Әдетте, 2,5 A 0-ден төмен деректермен анықталатын кристалдық құрылымдар дәрілік заттарды жобалау мақсаттары үшін қолайлы, өйткені оларда деректердің параметрге қатынасы жоғары және электронды тығыздық картасында қалдықтардың орналасуы бір мәнді. R факторы және RТегін үлгі үшін хабарланған модель мен эксперименттік деректер арасындағы корреляцияға арналған өлшемдер. Құрылымды дәрілік дизайнда пайдалану үшін Rfree мәні 28% және ең дұрысы 25% төмен болуы керек, ал R факторы 25% төмен болуы керек. Белгілі бір мақсат үшін қол жетімді жалғыз құрылым рұқсат немесе R фактор критерийлеріне сәйкес келмесе, дәрілік дизайн жобаларын әлі де қарастыруға болады, бірақ нәтижелерді мұқият бағалау керек.

Ерітіндідегі концентрацияланған ақуызды немесе нуклеин қышқылын пайдалана отырып, ядролық магниттік резонанспен анықталған құрылымдар да дәрілік заттарды жобалаудың құнды көздері болып табылады. [23] Мақсат шешімде болғандықтан, кейде деректерден мақсаттың динамикасын түсіндіруге болады. Тәжірибелік түрде анықталған құрылым болмаса, препаратты жобалау үшін гомологиялық модельді қолдануға болады. [24,25] Гомология үлгісін бағалау үшін SWISS моделі үлгінің сол бөлігін жасау үшін пайдаланылған құрылымдық ақпараттың көлемін көрсететін қалдыққа сенімділік коэффициентін шығарады.

Жоғарыда аталған әдістер арқылы алынған құрылымдық ақпаратты пайдалана отырып, құрылым содан кейін дәрілік заттарды жобалау бағдарламалары үшін дайындалады.

Техниканың қазіргі жағдайы: Дәрі-дәрмектің компьютерлік дизайны

Органикалық химиялық кеңістіктің үлкен көлемін [26] ескере отырып, дәрі-дәрмектің ашылуын қарапайым «синтездеу» және «сынау» жұмысына дейін қысқарту мүмкін емес. Синтездеуге болатын заттардың кең ауқымынан есірткіге ұқсас молекулаларды [27] анықтау және/немесе жобалаудың шұғыл қажеттілігі бар. Силикода әдістер дәрілік/қорғасын тәрізді молекулалар бойынша ұсыныстарды әзірлеуде уақыт пен шығынды азайтуға мүмкіндік береді. Есептеу құралдарының жаңа жетекші кандидатты тезірек және төмен бағамен жеткізудің артықшылығы бар. 21-ші ғасырда дәрі-дәрмектің ашылуы кем дегенде екі түрлі жолмен ерекшеленеді деп күтілуде: геномдық ақпараттан алшақтайтын дараланған медицинаның дамуы және оны кеңінен қолдану. кремнийде мақсатты сәйкестендіруді, құрылымды болжауды және қорғасын/дәріні табуды жеңілдету үшін модельдеу. Ықтимал жетекшілер бойынша ұсыныстарды әзірлеу үшін сенімді және жылдам хаттамаларға арналған есептеу әдістерінен күтулер үнемі артып келеді. Дәрілік заттарды жобалауды автоматтандыру алдында бірнеше тұжырымдамалық және әдістемелік мәселелер қалады кремнийде қарастыруға болады.

Есептеу әдістері арнайы молекулалық тану оқиғаларын түсіну және мақсатты макромолекуланың қызметін түсіндіру үшін құрылымдық ақпаратты пайдалану үшін қажет (4-сурет). Бұл ақпарат, сайып келгенде, нысана үшін оның қалыпты функциясын блоктайтын/белсенді ететін және осылайша жақсартылған дәрілер ретінде әрекет ететін шағын молекулалы лигандтарды жобалауға әкелуі керек.

Потенциалды аймақтар кремнийде есірткіні анықтауға араласу

Құрылымдық геномика, биоинформатика және есептеу қуаты жаңа жетістіктермен жарылуын жалғастыратындықтан, құрылымға негізделген дәрілік дизайндағы одан әрі табыстар жалғасуы мүмкін. Жыл сайын жаңа нысаналар анықталуда, бұл нысандардың құрылымдары таңғажайып жылдамдықпен анықталады және макромолекулалар мен лигандтардың өзара әрекеттесуінің сандық суретін түсіру мүмкіндігі жеделдеуде.

Компьютердің көмегімен молекулалық дизайнның табысы

Бүгінгі күні компьютерлік құрылымға негізделген дәрілік дизайнның ең үлкен жетістігі Америка Құрама Штаттарының Азық-түлік және дәрі-дәрмекпен қамтамасыз ету басқармасы мақұлдаған және нарыққа шыққан АИВ-1 протеаза ингибиторлары болып табылады. [28] Қорғасын қосылыстарының белсенділігін жақсарту үшін QSAR қолдануды тартуға арналған көптеген сәтті компьютерлік молекулярлық дизайн әрекеттері болды. Сәттілік тарихының мысалы ретінде бактерияға қарсы агент Норфлоксацинмен [29] жүргізілген SAR жұмысы табылады, ол норфлоксациннің 6-флюро туындысы налидикс қышқылынан 500 есе күштірек екенін көрсетті. Компьютерлік көмекші дәрілік дизайнды қолдану арқылы әзірленген дәрілердің басқа мысалдарына Каптоприл (гипертензияға қарсы), Криксикан (АИТВ-ға қарсы) [30], Теветен (гипертензияға қарсы) [31], Арицепт (Альцгеймер ауруы үшін) [32], Трусопт ( глаукомаға қарсы) [30] және Зомиг (мигрен үшін). [33]


ДНҚ-дағы тізбектердің саны қанша?

Екі жақты РНҚ (dsRNA) болып табылады РНҚ екі толықтауышпен жіптер, барлық жасушаларда кездесетін ДНҚ-ға ұқсас, бірақ тиминді урацилмен алмастырумен.

Екіншіден, ДНҚ тізбегінде не бар? ДНҚ нуклеотидтер деп аталатын химиялық құрылыс блоктарынан тұрады. Қалыптастыру үшін а ДНҚ тізбегі, нуклеотидтер фосфат және қант топтары кезектесіп, тізбектерге қосылады. Нуклеотидтерде кездесетін азот негіздерінің төрт түрі: аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) және цитозин (С).

Осыған байланысты ДНҚ-да 2-ден көп тізбек болуы мүмкін бе?

Әрбір хромосома екіден тұрады жіптер. Сонымен, әрбір адам 2 бар x 2 x 23 = 92 жіптер бойынша ДНҚ. Сонымен қатар, митохондрияда хромосома бар, сондықтан бұл 94 жіптер әдеттегі адам жасушасы үшін. Кейбір миоциттер біріктіріледі, сондықтан бар бар көп ядролы бұлшықет жасушалары бірге көптеген ядролар (және осылайша бірнеше рет гөрі көбірек 94 жіптер).

Әрбір ДНҚ тізбегі нені білдіреді?

Әрбір ДНҚ тізбегі Прогениторлық жасуша жаңа комплементарлы полинуклеотидтік тізбектің синтезі үшін шаблон ретінде қызмет етеді. болып табылады бастапқы ұяшықпен бірдей. Бұл процесс болып табылады ретінде белгілі ДНҚ репликация.


10.2 ДНҚ-ның құрылымы мен қызметі

Микробтық метаболизмде біз макромолекулалардың үш класының микробтық катаболизмін талқыладық: ақуыздар, липидтер және көмірсулар. Бұл тарауда біз төртінші кластағы молекулалардың: нуклеин қышқылдарының генетикалық рөлін талқылаймыз. Басқа макромолекулалар сияқты, нуклеин қышқылы s нуклеотидтер деп аталатын мономерлерден тұрады, олар үлкен жіпшелерді түзу үшін полимерленеді.Әрбір нуклеин қышқылының тізбегінде белгілі бір нуклеотидтер бар, олар тізбектің ішінде белгілі бір ретпен пайда болады, оның негізі тізбегі деп аталады. Дезоксирибонуклеин қышқылының (ДНҚ) негізгі тізбегі жасушадағы тұқым қуалайтын ақпаратты тасымалдауға және сақтауға жауап береді. «Микробтық генетиканың механизмдерінде» біз ДНҚ өзінің синтезін, сондай-ақ РНҚ мен белоктардың синтезін басқару үшін өзінің базалық тізбегін пайдаланатын жолдарды егжей-тегжейлі талқылаймыз, бұл өз кезегінде құрылымы мен құрылымы әртүрлі өнімдерді тудырады. функциясы. Бұл бөлімде біз ДНҚ-ның негізгі құрылымы мен қызметін қарастырамыз.

ДНҚ нуклеотидтері

Нуклеин қышқылдарының құрылыс материалы нуклеотидтер болып табылады. ДНҚ құрайтын нуклеотидтер дезоксирибонуклеотидтер деп аталады. Дезоксирибонуклеотидтің үш құрамдас бөлігі – дезоксирибоза деп аталатын бес көміртекті қант, фосфат тобы және азотты негіз, нуклеин қышқылының тізбектері арасындағы қосымша негіз жұптасуына жауап беретін азотты құрамдас сақина құрылымы (10.11-сурет). Бес көміртекті дезоксирибозаның көміртегі атомдары 1′, 2ʼ, 3ʼ, 4ʼ және 5ʼ нөмірленеді (1ʼ «бір жай» деп оқылады). Нуклеозид құрамында бес көміртекті қант пен азотты негіз бар.

Дезоксирибонуклеотидті азотты негіздер бойынша атайды (10.12-сурет). Аденин (A) және гуанин (G) азотты негіздері бес көміртекті сақинаға біріктірілген алты көміртекті сақинасы бар қос сақина құрылымы бар пуриндер болып табылады. Пиримидиндер, цитозин (С) және тимин (T), тек алты көміртекті сақина құрылымы бар кішігірім азотты негіздер.

Жеке нуклеозидтрифосфаттар бір-бірімен 5′-3′ фосфодиэфирлік байланыстар деп аталатын коваленттік байланыстар арқылы немесе бір нуклеотидтің қантының 5′ көміртегіне қосылған фосфат тобы келесі көміртегінің 3′ қантының гидроксил тобымен байланысатын байланыстар арқылы бірігеді. нуклеотид. Нуклеотидтер арасындағы фосфодиэфирлік байланыс нуклеин қышқылы тізбегінің қаңқасын құрайтын қант-фосфатты құрылымды, қант-фосфатты құрылымды құрайды (10.13-сурет). Полимерлеу процесінде дезоксинуклеотидтрифосфаттар (dNTP) қолданылады. Қант-фосфатты магистральды құру үшін екі терминал фосфаттары пирофосфат ретінде dNTP-ден босатылады. Алынған нуклеин қышқылының тізбегінде 5′ көміртегі ұшында бос фосфат тобы және 3′ көміртегі ұшында бос гидроксил тобы болады. Нуклеотидтрифосфаттан пайдаланылмаған екі фосфат тобы фосфодиэфир байланысының түзілуі кезінде пирофосфат түрінде бөлінеді. Пирофосфат кейіннен гидролизденіп, нуклеотидтердің полимерленуіне жұмсалған энергияны босатады.

Түсінігіңізді тексеріңіз

Қос спиральді ашу

1950 жылдардың басында ДНҚ жасушалардың генетикалық материалы екенін көрсететін айтарлықтай дәлелдер жиналды, енді оның үш өлшемді құрылымын ашу жарысы басталды. Шамамен осы уақытта австриялық биохимик Эрвин Чаргафф 5 (1905–2002) әртүрлі түрлердегі ДНҚ-ның мазмұнын зерттеп, аденин, тимин, гуанин және цитозин бірдей мөлшерде кездеспейтінін және оның түрден түрге өзгеретінін анықтады. бір түрдегі даралар арасында емес. Ол аденин мөлшері тимин мөлшеріне өте жақын екенін, ал цитозин мөлшері гуанин мөлшеріне өте жақын екенін немесе A = T және G = C екенін анықтады. Бұл қатынастар Чаргафф ережелері ретінде де белгілі.

Басқа ғалымдар да бұл саланы 20 ғасырдың ортасында белсенді түрде зерттеді. 1952 жылы американдық ғалым Линус Полинг (1901–1994) әлемдегі жетекші құрылымдық химик болды және ДНҚ құрылымын шешуде таңдаулы болды. Полинг бұдан бұрын рентгендік дифракцияны қолдана отырып, ақуыз α спиральдарының құрылымын ашқан болатын және өз зертханасында жасалған ДНҚ-ның рентгендік дифракциялық суреттеріне сүйене отырып, ол ДНҚ-ның үш тізбекті моделін ұсынды. 6 Сонымен бірге британдық зерттеушілер Розалинд Франклин (1920–1958) мен оның аспирант Р.Г. Гослинг сонымен қатар ДНҚ құрылымын түсіну үшін рентген сәулелерінің дифракциясын пайдаланды (10.14-сурет). Дәл Франклиннің ғылыми тәжірибесі ДНҚ-ның жалпы қос спираль құрылымын анық көрсететін ДНҚ-ның неғұрлым нақты анықталған рентгендік дифракциялық кескіндерін жасауға әкелді.

Джеймс Уотсон (1928–), американдық ғалым және британдық ғалым Фрэнсис Крик (1916–2004) 1950 жылдары ДНҚ құрылымын ашу үшін бірге жұмыс істеді. Олар Чаргафф ережелерін және Франклин мен Вилкинстің ДНҚ талшықтарының рентгендік дифракциялық кескіндерін қос спиральді ДНҚ молекуласының пурин-пиримидин жұбын біріктіру үшін пайдаланды (10.15-сурет). 1953 жылы сәуірде Уотсон мен Крик ДНҚ қос спиралының моделін жариялады Табиғат. 7 Дәл сол нөмірге Уилкинс пен әріптестердің 8, сонымен қатар Франклин мен Гослингтің 9 мақалалары қосылды, олардың әрқайсысы ДНҚ молекулалық құрылымының әртүрлі аспектілерін сипаттайды. 1962 жылы Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик және Морис Уилкинс физиология және медицина саласындағы Нобель сыйлығына ие болды. Өкінішке орай, ол кезде Франклин қайтыс болды және сол кездегі Нобель сыйлығы қайтыс болғаннан кейін берілмеді. Дегенмен, ДНҚ құрылымын білу бойынша жұмыс жалғасты. 1973 жылы Александр Рич (1924–2015) және әріптестері ДНҚ құрылымын растау және одан әрі түсіндіру үшін ДНҚ кристалдарын талдай алды. 10

Түсінігіңізді тексеріңіз

ДНҚ құрылымы

Уотсон мен Крик ДНҚ бір-бірінің айналасында бұралған екі жіптен тұрады, оң жақ спиралды құрайды деп ұсынды. Екі ДНҚ тізбегі антипараллельді, бір жіптің 3′ ұшы екіншісінің 5′ ұшына қарағандай (10.16-сурет). Әрбір жіптің 3′ ұшы бос гидроксил тобына ие, ал әрбір жіптің 5′ ұшы бос фосфат тобына ие. Полимерленген нуклеотидтердің қант пен фосфаты құрылымның негізін құрайды, ал азотты негіздер ішінде жинақталған. Молекуланың ішкі бөлігіндегі бұл азотты негіздер бір-бірімен әрекеттеседі, негіздік жұптасады.

ДНҚ-ның дифракциялық заңдылықтарын талдау ДНҚ-да бір айналымда шамамен 10 негіз бар екенін анықтады. Қант-фосфатты омыртқалардың асимметриялық аралықтары негізгі ойықтарды (омыртқа бір-бірінен алыс орналасқан) және кіші ойықтарды (омыртқа бір-біріне жақын орналасқан жерде) тудырады (10.16-сурет). Бұл ойықтар ақуыздар ДНҚ-мен байланыса алатын орындар болып табылады. Бұл белоктардың байланысуы ДНҚ құрылымын өзгерте алады, репликацияны реттей алады немесе ДНҚ-ның РНҚ-ға транскрипциясын реттей алады.

Негізгі жұптасу пурин мен пиримидин арасында жүреді. ДНҚ-да аденин (А) және тимин (Т) қосымша негіз жұптары болып табылады, ал цитозин (С) және гуанин (G) де Чаргафф ережелерін түсіндіретін қосымша негіз жұптары болып табылады (10.17-сурет). Негіз жұптары сутегі байланыстары арқылы тұрақтанған аденин мен тимин олардың арасында екі сутектік байланыс түзеді, ал цитозин мен гуанин олардың арасында үш сутектік байланыс жасайды.

Зертханада қос спиралдың екі ДНҚ тізбегін жоғары температураға немесе белгілі бір химиялық заттардың әсеріне ұшырату комплементарлы негіздер арасындағы сутектік байланыстарды бұзуы мүмкін, осылайша жіптерді ДНҚ-ның екі бөлек жалғыз тізбегіне (бір тізбекті ДНҚ [ssDNA ]) бөлуге болады. Бұл процесс ДНҚ денатурациясы деп аталады және «Белоктар» бөлімінде сипатталғандай ақуыздың денатурациясына ұқсас. Сондай-ақ, ssDNA жіптерін қос тізбекті ДНҚ (dsDNA) ретінде қайта жасақтау немесе химиялық денатуранттарды салқындату немесе жою арқылы қалпына келтіру арқылы біріктіруге болады, бұл сутегі байланыстарын реформалауға мүмкіндік береді. ДНҚ-ны осылайша жасанды манипуляциялау мүмкіндігі биотехнологиядағы бірнеше маңызды техниканың негізі болып табылады (10.18-сурет). C = G негіз жұбы арасында қосымша сутегі байланысы болғандықтан, құрамында GC мөлшері жоғары ДНҚ-ны денатурациялау GC мазмұны төмен ДНҚ-ға қарағанда қиынырақ.

Оқуға сілтеме

Қосымша ақпарат алу үшін ДНҚ оқу орталығынан ДНҚ құрылымы туралы анимацияны қараңыз.

Түсінігіңізді тексеріңіз

ДНҚ қызметі

ДНҚ жасушаны құру және басқару үшін қажетті ақпаратты сақтайды. Бұл ақпаратты анадан бала жасушаларына беру геннің тік тасымалдануы деп аталады және ол ДНҚ репликация процесі арқылы жүреді. Жасуша ДНҚ-ның қайталанатын көшірмесін жасағанда ДНҚ репликацияланады, содан кейін жасуша бөлінеді, нәтижесінде әрбір алынған жасушаға бір ДНҚ көшірмесі дұрыс бөлінеді. Сондай-ақ ДНҚ ферментативті түрде ыдырап, жасуша үшін нуклеозидтер мен нуклеотидтердің көзі ретінде пайдаланылуы мүмкін. Басқа макромолекулалардан айырмашылығы, ДНҚ жасушаларда құрылымдық рөл атқармайды.

Түсінігіңізді тексеріңіз

Этикаға назар аударыңыз

Ғылым мен денсаулық саласындағы әйелдерге жол ашу

Тарихи тұрғыдан алғанда, әйелдер ғылымда және медицинада аз көрсетілді және көбінесе олардың ізашарлық үлестері салыстырмалы түрде байқалмай қалды. Мысалы, Розалинд Франклин ДНҚ-ның қос спиральдық құрылымын көрсететін рентгендік дифракциялық зерттеулерді жүргізгенімен, оның деректеріне сүйене отырып, бұл жаңалықпен әйгілі Уотсон мен Крик болды. Олардың оның деректерін алуы орынды болды ма және тұлғалық қақтығыстар мен гендерлік бейімділік оның елеулі үлестерін кешіктіріп тануға ықпал етті ме, жоқ па деген үлкен дау әлі де бар. Сол сияқты, Барбара МакКлинток 1930-1950 жылдар аралығында жүгері (жүгері) генетикасында транспозондарды (секіргіш гендер) ашқан ізашар жұмыс жасады, бірақ ол көп ұзамай танылды, 1983 жылы физиология немесе медицина бойынша Нобель сыйлығын алды (10.19-сурет).

Бүгінгі таңда әйелдер ғылым мен медицинаның көптеген салаларында әлі де аз өкілдік етуде. Ғылым саласындағы бакалавр дәрежесінің жартысынан көбі әйелдерге берілсе, ғылым саласындағы докторлық дәрежелердің тек 46 пайызы әйелдерге беріледі. Академияда мансаптық өсудің әрбір деңгейіндегі әйелдердің саны азаюды жалғастыруда, әйелдер кандидаттық дәрежедегі ғалымдар лауазымдарының үштен бірінен азын және тұрақты жұмыс орындарындағы төрттен бірінен азын алады. 4 жылдық колледждер мен университеттердегі толық профессорлар. 11 2013 жылы жарияланған зерттеуде көрсетілгендей, денсаулық сақтау мамандықтарында да, барлық дерлік салалар сияқты, әйелдер де көптеген медициналық мансаптарда жиі қамтылмайды және ерлер әріптестерінен айтарлықтай аз табыс табады. Американдық медицина қауымдастығының журналы. 12

Неліктен мұндай теңсіздіктер жалғасуда және біз бұл циклдарды қалай бұзамыз? Жағдай күрделі және әртүрлі факторлардың, соның ішінде қоғамның жас кезінен қыздардың мінез-құлқын қалай реттейтінін және олардың кәсіби және жеке мүдделерін қалай қолдайтынын қоса алғанда, күрделі және ықтимал. Кейбіреулер әйелдер зертханаға жатпайды деп болжайды, соның ішінде Нобель сыйлығының лауреаты Тим Ханттың 2015 жылы әйелдердің ғылым үшін тым эмоционалды екенін көрсететін қоғамдық пікірлері 13 жаппай айыптауларға ұшырады.

Бәлкім, қыздарға жас кезінен жаратылыстану және математика салаларында көбірек қолдау көрсету керек шығар (10.19-сурет). Американдық университеттік әйелдер қауымдастығы (AAUW) 14 және Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы (NASA) 15 демеушілік ететін ғылым, технология, инженерия және математика (STEM) бағдарламалары осындай қолдауды ұсынатын бағдарламалардың тамаша мысалдары болып табылады. Әйелдердің ғылымға қосқан үлесін жұртшылыққа кеңінен хабарлау керек, ал жас қыздарға арналған маркетингте тарихи және кәсіби табысты әйел ғалымдар мен медицина мамандарының суреттері көбірек болуы керек, бұл барлық жарқын жас саналарды, соның ішінде қыздар мен әйелдерді мансапқа ұмтылуға шақырады. ғылым мен медицинада.

Клиникалық фокус

2 -бөлім

Оның белгілеріне сүйене отырып, Алекстің дәрігері оның саяхат кезінде пайда болған тамақ ауруымен ауырады деп күдіктенеді. Мүмкіндіктерге бактериялық инфекция кіреді (мысалы, энтеротоксигенді E. coli , Тырысқақ вибрионы , Jejuni кампилобактериясы , Сальмонеллалар ), вирустық инфекция (ротавирус немесе норовирус) немесе қарапайымды инфекция ( Giardia lamblia , Cryptosporidium parvum , немесе Entamoeba histolytica ).

Оның дәрігері ықтимал қоздырғыштарды (мысалы, бактериялар, кисталар) анықтау және қанның бар-жоғын іздеу үшін нәжіс үлгісін тапсырады, себебі инфекциялық агенттердің кейбір түрлері (мысалы, C. Jejuni, Сальмонеллалар, және E. histolytica) қанды нәжісті шығарумен байланысты.

Алекстің нәжісінде қан да, киста да жоқ. Оның нәжіс үлгісін талдағаннан кейін және оның жақында саяхат тарихына сүйене отырып, аурухана дәрігері Алекс энтеротоксигендік әсерден туындаған саяхатшының диареясымен ауырады деп күдіктенді. E. coli (ETEC), саяхатшылардың көпшілігінің диареясының қоздырғышы. Диагнозды тексеру және басқа мүмкіндіктерді жоққа шығару үшін Алекстің дәрігері ETEC-тің нақты вируленттілік факторларын кодтайтын ДНҚ тізбегін іздеу үшін нәжіс үлгісінің диагностикалық зертханалық сынамасын тапсырды. Дәрігер Алекске жоғалтқанның орнын толтыру үшін көп сұйықтық ішуді бұйырды және оны ауруханадан шығарды.

ETEC типтік салыстырғанда патогенді ететін бірнеше плазмидті кодталған вирулентті факторларды шығарады E. coli. Оларға бөлінген токсиндер ыстыққа төзімді энтеротоксин (LT) және ыстыққа тұрақты энтеротоксин (ST), сондай-ақ колонизация факторы (CF) жатады. LT және ST екеуі де хлорид иондарының ішек жасушаларынан ішек люменіне шығарылуын тудырады, нәтижесінде ішек жасушаларынан су жоғалады, нәтижесінде диарея пайда болады. CF бактерияның ащы ішектің шырышты қабатына жабысуына мүмкіндік беретін бактериялық ақуызды кодтайды.

  • Неліктен Алекстің дәрігері нәжіс үлгісінен бактерияларды бөліп алудың немесе нәжіс үлгісінің тікелей Грам бояуының орнына генетикалық талдауды қолданды?

Келесі клиникалық фокус жолағына өтіңіз. Алдыңғы клиникалық фокус өрісіне оралыңыз.

Сілтемелер

    N. Kresge және т.б. «Чаргафф ережелері: Эрвин Чаргаффтың жұмысы». Биологиялық химия журналы 280 (2005): e21. Л.Полинг, «Нуклеин қышқылдары үшін ұсынылған құрылым». Америка Құрама Штаттарының Ұлттық ғылым академиясының материалдары 39 жоқ. 2 (1953): 84–97. Дж.Д.Уотсон, F.H.C. Крик. «Дезоксирибоза нуклеин қышқылының құрылымы». Табиғат 171 жоқ. 4356 (1953): 737–738. M.H.F. Уилкинс және т.б. «Дезоксипентозаның нуклеин қышқылдарының молекулалық құрылымы». Табиғат 171 жоқ. 4356 (1953): 738–740. Р.Франклин, Р.Г. Гослинг. «Натрий тимонуклеатындағы молекулалық конфигурация». Табиғат 171 жоқ. 4356 (1953): 740–741. Р.О. Day т.б. «Қос спиральдың кристалдық фрагменті: динуклеозид фосфат гуанилил-3',5'-цитидиннің құрылымы.» Америка Құрама Штаттарының Ұлттық Ғылым Академиясының еңбектері 70 жоқ. 3 (1973): 849–853. Н.Х.Вольфингер «Әйел ғалымдар үшін балалы болуға жақсы уақыт жоқ». Атлант мұхиты 29 шілде, 2013 жыл. http://www.theatlantic.com/sexes/archive/2013/07/for-female-scientists-theres-no-good-time-to-have-children/278165/. С.А.Сибери және т.б. «АҚШ-тағы ерлер мен әйелдердің денсаулық сақтау мамандарының табысының тенденциялары, 1987-2010 жж.» Американдық медициналық ассоциацияның ішкі аурулар журналы 173 жоқ. 18 (2013): 1748–1750. Е.Чун. «Тим Хант, сексизм және ғылым: зертханалардағы нағыз «қыздармен проблема». CBC News Technology and Science, 12 маусым, 2015 жыл. http://www.cbc.ca/news/technology/tim-hunt-sexism-and-science-the-real-trouble-with-girls-in-labs-1.3110133. Қолданылған күні 8/4/2016. Американдық университеттік әйелдер қауымдастығы. «Қыздар мен әйелдерге арналған STEM құбырын салу». http://www.aauw.org/what-we-do/stem-education/. Қолданылуы 2016 жылдың 10 маусымы. Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы. «Аутрич бағдарламалары: әйелдер мен қыздар бастамасы». http://women.nasa.gov/outreach-programs/. 2016 жылдың 10 маусымында қол жеткізілді.

Amazon Associate ретінде біз білікті сатып алудан табамыз.

Осы кітапты келтіргіңіз, бөліскіңіз немесе өзгерткіңіз келе ме? Бұл кітап Creative Commons Attribution License 4.0 болып табылады және сіз OpenStax атрибуты қажет.

    Егер сіз осы кітапты толығымен немесе бір бөлігін басып шығару пішімінде қайта таратып жатсаңыз, әрбір физикалық бетте келесі атрибутты қосуыңыз керек:

  • Дәйексөз жасау үшін төмендегі ақпаратты пайдаланыңыз. Біз осы сияқты дәйексөз құралын қолдануды ұсынамыз.
    • Авторлары: Нина Паркер, Марк Шнеегурт, Анх-Хью Ти Ту, Филипп Листер, Брайан М. Форстер
    • Баспа/веб -сайт: OpenStax
    • Кітаптың аты: Микробиология
    • Жарияланған күні: 2016 жылдың 1 қарашасы
    • Орналасқан жері: Хьюстон, Техас
    • Кітаптың URL мекенжайы: https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction
    • Бөлімнің URL мекенжайы: https://openstax.org/books/microbiology/pages/10-2-structure-and-function-of-dna

    © 20 тамыз, 2020 OpenStax. OpenStax шығарған оқулық мазмұны Creative Commons Attribution License 4.0 лицензиясы бойынша лицензияланған. OpenStax атауы, OpenStax логотипі, OpenStax кітап мұқабалары, OpenStax CNX атауы және OpenStax CNX логотипі Creative Commons лицензиясына жатпайды және Райс университетінің алдын ала және тікелей жазбаша келісімінсіз көшіруге болмайды.


    Неліктен ДНҚ тізбектерінде үлкен және кіші ойықтар бар? - Биология

    Біз қазір атайтын нәрсенің бірінші оқшаулануы ДНҚ Иоганн Фридрих Мишер шамамен 1870 жылы орындады. Ол адамның лейкоциттерінің ядроларында қызметі белгісіз әлсіз қышқыл затты тапқанын хабарлады және бұл материалды «нуклеин» деп атады. Бірнеше жылдан кейін Мишер нуклеинді ақуыз және нуклеин қышқылы компоненттеріне бөлді. 1920 жылдары нуклеин қышқылдары хромосомалардың негізгі құрамдас бөліктері, күрделі жасушалардың ядроларындағы кіші ген тасымалдаушы денелер екені анықталды. Нуклеин қышқылдарының элементтік талдауы әдеттегі C, H, N & O-дан басқа фосфордың болуын көрсетті. Белоктардан айырмашылығы, нуклеин қышқылдарының құрамында күкірт жоқ. Хромосомалық нуклеин қышқылдарының толық гидролизі бейорганикалық фосфат, 2-дезоксирибоза (бұрын белгісіз қант) және төрт түрлі гетероциклді негіздерді берді (келесі диаграммада көрсетілген). Ерекше қант компонентін көрсету үшін хромосомалық нуклеин қышқылдары дезоксирибонуклеин қышқылдары, қысқартылған ДНҚ деп аталады. Құрамында қант құрамдас бөлігі рибоза болатын ұқсас нуклеин қышқылдары рибонуклеин қышқылдары, қысқартылған РНҚ деп аталады. Нуклеин қышқылдарының қышқылдық қасиеті фосфор қышқылының бөлігімен байланысты болды.

    Мұнда көрсетілген екі моноциклді негіз ретінде жіктеледі пиримидиндер, және екі циклдік негіз болады пуриндер. Олардың әрқайсысында кем дегенде бір N-H жері бар, онда органикалық алмастырғыш қосылуы мүмкін. Олардың барлығы полифункционалды негіздер және таутомерлі түрде болуы мүмкін.
    ДНҚ-ның базалық катализделген гидролизі гетероциклді аминдермен біріктірілген 2'-дезоксирибозаның N-гликозидтері болып табылатын төрт нуклеозид өнімін берді. Бұл нуклеозидтерге арналған құрылымдар мен атаулар гетероциклді базалық диаграмманы басу арқылы жоғарыда көрсетіледі. Негізгі компоненттер жасыл түсті, ал қант қара. Сол жақтағы 2'-дезоксицитидин құрылымында атап өтілгендей, қант көміртектерінің нөмірленуі оларды гетероциклді негіздерден ажырату үшін бастапқы сандарды пайдаланады. Қарапайым қант рибозасының сәйкес N-гликозидтері РНҚ-ның құрылыс блоктары болып табылады және аденозин, цитидин, гуанозин және уридин (метил тобы жоқ тимидиннің аналогы) деп аталады.
    Осы дәлелдерге сүйене отырып, нуклеин қышқылдары фосфор қышқылының (P) және нуклеозидтердің (N) ауыспалы сополимерлері ретінде көрсетілгендей тұжырымдалуы мүмкін:

    Бастапқыда осы шикі формуладағы негізгі белгілермен ерекшеленетін төрт нуклеозид тең мөлшерде болады деп есептелді, нәтижесінде крахмал тәрізді біркелкі құрылым пайда болды. Алайда, осы тектес қосылыс, шамасы, барлық ағзаларға тән, хромосомаларда болатын тұқым қуалайтын ақпаратты сақтау үшін тым қарапайым деп саналды. Бұл көзқарас 1944 жылы Освальд Эвери мен оның әріптестері бактериялық ДНҚ «трансформация» деп аталатын процесте ақпаратты бір ағзадан екіншісіне тасымалдайтын генетикалық агент екенін көрсеткенде, қарсы болды. Ол «нуклеин қышқылдары химиялық негізі әлі анықталмаған биологиялық спецификаға ие ретінде қарастырылуы керек» деген қорытындыға келді. Осы тұжырымға қарамастан, көптеген ғалымдар түрлер бойынша, жеке адамдар арасында және тіпті белгілі бір ағзаның ішінде ерекшеленетін хромосомалық ақуыздар ағзаның генетикалық ақпаратының локусы болып табылады деп сенуді жалғастырды.
    Айта кету керек, бактериялар сияқты бір жасушалы ағзалардың нақты анықталған ядросы жоқ. Оның орнына олардың жалғыз хромосомалары «нуклеоид» деп аталатын аймақтағы арнайы ақуыздармен байланысты. Соған қарамастан, бактериялардың ДНҚ-сы көп жасушалы организмдердің, соның ішінде адамдағыдай құрамы мен жалпы құрылымына ие.

    ДНҚ-ның тұқым қуалаудағы рөлі туралы көзқарастар 1940 жылдардың соңы мен 1950 жылдардың басында өзгерді. Көптеген көздерден алынған ДНҚ-ға мұқият талдау жүргізе отырып, Эрвин Чаргафф оның құрамын түрлерге тән деп тапты. Сонымен қатар, ол адениннің (А) мөлшері әрқашан тиминнің (Т) мөлшеріне, ал гуаниннің (G) мөлшері ДНҚ көзіне қарамастан әрқашан цитозиннің (С) мөлшеріне тең болатынын анықтады. Келесі кестеде көрсетілгендей (A+T) және (C+G) қатынасы 2,70-ден 0,35-ке дейін өзгерді. Соңғы екі организм - бактериялар.

    ДНҚ-дағы нуклеозидтік негіздердің таралуы

    Екінші сыни зерттеуде Альфред Херши мен Марта Чейз бактерия жұқтырған кезде және вирус арқылы генетикалық түрде өзгерген кезде, вирустық ДНҚ-ның кем дегенде 80% бактерия жасушасына енетінін және вирустық ақуыздың кем дегенде 80% сыртта қалатынын көрсетті. Чаргаффтың нәтижелерімен бірге бұл жұмыс ДНҚ-ны организмнің бірегей генетикалық сипаттамаларының репозиторийі ретінде анықтады.

    2. ДНҚ-ның химиялық табиғаты

    ДНҚ-ның полимерлі құрылымын күрделілігі жоғарылайтын мономерлі бірліктермен сипаттауға болады. Төмендегі суреттің жоғарғы көлеңкелі жолағында бұрын айтылған үш салыстырмалы қарапайым компонент көрсетілген. Төменде сол жақта фосфор қышқылы мен нуклеозидтің формулалары сызылған. Бұлардың конденсациялық полимерленуі жоғарыда сипатталған ДНҚ формуласына әкеледі. Соңында, нуклеотид деп аталатын 5'- монофосфатты эфир оң жақтағы көлеңкелі қорапта көрсетілген жалғыз мономер бірлігі ретінде тартылуы мүмкін. Мұндай монофосфатты эфир күшті қышқыл болғандықтан (pK a 1,0), ол әдеттегі физиологиялық рН (шамамен 7,4) кезінде толық иондалады. Бұл ДНҚ компоненттерінің атаулары диаграмманың оң жағындағы кестеде берілген. Изомерлік 3'-монофоспат нуклеотидтері де белгілі және екі изомер де жасушаларда кездеседі. Оларды нуклеаза ферменттерінің әсері арқылы ДНҚ-ның селективті гидролизі арқылы алуға болады. Ангидридтәрізді ди- және три-фосфатты нуклеотидтер биохимиялық реакциялардың маңызды энергия тасымалдаушылары ретінде анықталды, олардың ең көп тарағаны АТФ (аденозин 5'-трифосфат).

    ДНҚ негізіндегі туындылардың атаулары

    5'-нуклеотидтерден түзілген ДНҚ полимерінің сегментінің толық құрылымдық көрінісін жоғарыдағы диаграмманы басу арқылы көруге болады. Бұл формуланың бірнеше маңызды сипаттамаларын атап өту керек.

    Біріншіден, қалған P-OH функциясы жеткілікті қышқыл және биологиялық жүйелерде толығымен иондалған.
    Екіншіден, полимер тізбегі құрылымдық бағытталған. Бір ұшы (5') екіншісінен (3') ерекшеленеді.
    Үшіншіден, бұл салыстырмалы түрде қарапайым полимер болып көрінгенімен, тізбектің ұзаруына қарай тізбектегі төрт нуклеозидтің ықтимал ауыстырулары өте үлкен болады.
    Төртіншіден, ДНҚ полимері бастапқыда сенгеннен әлдеқайда үлкен. Көп жасушалы организмдердің ДНҚ-ның молекулалық салмағы әдетте 10 9 немесе одан жоғары.

    Ақпарат ДНҚ полимерінде төрт нуклеотид орналасқан үлгі бойынша сақталады немесе кодталады. Бұл ақпаратқа қол жеткізу үшін үлгіні супермаркет кассасында штрих-код оқылатын сияқты сызықтық түрде «оқылуы» керек. Тірі организмдер өте күрделі болғандықтан, ДНҚ-да осы күрделілікке қатысты ақпараттың сәйкес үлкен көлемі сақталуы керек. Демек, ДНҚ-ның өзі жоғарыда айтылғандай өте үлкен болуы керек. Тіпті E. coli бактериясының жалғыз ДНҚ молекуласының полимер тізбегінде шамамен миллион нуклеотид бірлігі бар екені анықталды және созылған жағдайда ұзындығы миллиметрге жетеді. Көп жасушалы организмдердің ядроларына хромосомалар кіреді, олар гистондар деп аталатын ядролық ақуыздармен біріктірілген ДНҚ-дан тұрады. Жеміс шыбынында 8 хромосома, адамдарда 46, иттерде 78 хромосома бар (жасуша ядросындағы ДНҚ мөлшері хромосома санына сәйкес келмейтінін ескеріңіз). Адамның ең кішкентай хромосомасының ДНҚ-сы E. coli ДНҚ-сынан он еседен астам үлкен және адам жасушасындағы жалпы ДНҚ ажыратылған жағдайда ұзындығы 2 метрге дейін созылады деп есептелді. Ядроның диаметрі небәрі 5μм болғандықтан, хромосомалық ДНҚ сол шағын көлемге сыйып кету үшін тығыз оралуы керек.
    Тұрақты ақпараттық кітапхана ретіндегі рөлінен басқа, хромосомалық ДНҚ полипептидтер сияқты маңызды молекулаларды жасау үшін жасушаның химиялық аппараты бұл ақпаратқа оңай қол жеткізе алатындай етіп құрылымдалған немесе ұйымдастырылуы керек. Сонымен қатар, ДНҚ кодының нақты көшірмелері жасушалардың бөлінуі кезінде жасалуы керек, репликацияланған ДНҚ молекулалары келесі жасуша ұрпақтарына, сондай-ақ ағзаның ұрпақтарына беріледі. Бұл ДНҚ ұйымының табиғаты немесе қайталама құрылым келесі бөлімде талқыланады.

    3. РНҚ, әртүрлі нуклеин қышқылы

    Жоғары молекулалық салмақты нуклеин қышқылы ДНҚ негізінен күрделі жасушалардың ядроларында кездеседі. эукариоттық жасушалар, немесе нуклеоидты аймақтарда прокариоттық жасушалар, мысалы, бактериялар. Көбінесе оны қолдануға болатындай етіп жинауға көмектесетін ақуыздармен байланысты.
    Керісінше, молекулалық салмағы төмен, бірақ әлдеқайда мол нуклеин қышқылы РНҚ бүкіл жасушада таралады, көбінесе рибосомалар деп аталатын шағын көптеген органеллаларда. РНҚ-ның үш түрі анықталған, ең үлкен топшасы (85-90%) рибосомалық РНҚ, рРНҚ, белоктармен бірге рибосомалардың негізгі құрамдас бөлігі. рРНҚ молекулаларының мөлшері әртүрлі, бірақ әдетте ДНҚ мөлшерінің мыңнан бір бөлігінен аз. РНҚ-ның басқа формалары - хабаршы РНҚ, мРНҚ, және трансфер РНҚ, тРНҚ. Екеуі де өтпелі тіршілікке ие және рРНҚ-дан кішірек.
    Бұл РНҚ-лардың барлығы ұқсас конституцияға ие және ДНҚ-дан екі маңызды жағынан ерекшеленеді. Келесі диаграммада көрсетілгендей, РНҚ-ның қант құрамдас бөлігі рибоза, ал пиримидиндік негіз урацил ДНҚ-ның тиминдік негізін ауыстырады. РНҚ ДНҚ кітапханасынан рибосомалар деп аталатын ақуыз фабрикаларына ақпаратты беруде (транскрипцияда) және арнайы полипептидтердің синтезі үшін бұл ақпаратты түсіндіруде (трансляция) маңызды рөл атқарады. Бұл функциялар кейінірек сипатталады.

    5'-нуклеотидтерден түзілген РНҚ полимерінің сегментінің толық құрылымдық көрінісін жоғарыдағы диаграмманы басу арқылы көруге болады.

    4. ДНҚ-ның екіншілік құрылымы

    1950 жылдардың басында ДНҚ-ның бастапқы құрылымы жақсы анықталды, бірақ оның қайталама құрылымы туралы нақты түсінік жеткіліксіз болды. Шынында да, жағдай он жыл бұрын, альфа спиралі мен бүктелген парақ құрылымдарын Линус Полинг ұсынғанға дейін белоктар атқарған жағдайға ұқсас болды. Көптеген зерттеушілер бұл мәселемен күресті және Чаргафф ашқан базалық жұптардың (A & T және C & G) молярлық эквиваленттері маңызды фактор болады деп жалпы мойындады. Лондондағы Кингс колледжінде жұмыс істейтін Розалинд Франклин біркелкі қалыңдықтағы ұзын бұрандалы құрылымды ұсынған рентгендік дифракция дәлелдерін алды. Кембридж университетіндегі Фрэнсис Крик пен Джеймс Уотсон сутегімен байланысқан негізді жұптастыру әрекетін қарастырды және белгілі фактілердің көпшілігін қанағаттандыратын және кейінгі зерттеулермен расталған қос тізбекті спираль үлгісіне келді.

    Негізгі жұптастыру
    Нуклеотидтердің пуриндік және пиримидиндік негіздік компоненттерін мұқият зерттеу олардың үшеуі ароматты гетероциклді сақинасы бар гидрокси пиримидин немесе пурин таутомерлері түрінде болуы мүмкін екенін көрсетеді. Хош иісті сақинаның қосымша тұрақтандыруына қарамастан, бұл қосылыстар амид тәрізді құрылымдарды қабылдауды қалайды. Бұл опциялар көк түспен сызылған тұрақты таутомермен келесі диаграммада көрсетілген.

    Бұл таутомерияның қарапайым үлгісі 2-гидроксипиридинмен берілген. Төменде сол жақта көрсетілгендей, мұндай құрылымға ие қосылыс қышқыл гидроксил тобы сияқты фенолға ұқсас сипаттамаларға ие болуы мүмкін. Алайда нақты заттың қайнау температурасы фенолдан 100ºС жоғары және оның қышқылдығы күтілгеннен 100 есе аз (pKa = 11,7). Бұл айырмашылықтар 2-пиридонды таутомермен, цвитериондық ішкі тұздың тұрақты түрімен сәйкес келеді. Бұл тапсырманы растайтын қосымша дәлелдер диаграмманы басу арқылы көрсетіледі.
    Бұл таутомерия азот пен оттегі функцияларының сутегі байланысының әрекетін өзгертетінін ескеріңіз (пиридонның N-H тобы сутегі байланысының донорына және карбонил оттегі акцепторға айналады).

    Диаграмманы басу арқылы жоғарыда пайда болатын пиридон таутомерінің қосымша дәлелі амид тобына байланысты және оған тән инфрақызыл және көміртегі nmr сіңірулерінен тұрады. 2-пиридонға арналған деректер сол жақта берілген. Пиридин туындысына таутомерлене алмайтын N-метил туындысы үшін ұқсас деректер оң жақта берілген.

    Нуклеозидтердегі қолайлы негіз таутомерлерін анықтағаннан кейін, Уотсон мен Крик сутегі байланысы арқылы гуанозиннің (G) цитидинмен (С) және аденозиннің (А) тимидинмен (Т) қосымша жұптасуын ұсына алды. Төмендегі диаграммада көрсетілген бұл жұптық Чаргаффтың тұжырымдарын әдемі түсіндірді және оларды ДНҚ үшін қос спираль құрылымын ұсынуға әкелді.
    Бұл қос спираль құрылымының өзін қарастырмас бұрын, базалық жұптық өзара әрекеттесулерді егжей-тегжейлі қарастырған жөн. G#C қауымдастығы үш сутегі байланысын (қызғылт түсті) қамтиды, сондықтан A#T екі сутектік байланыс ассоциациясынан күштірек. Бұл негізгі жұптар ерікті болып көрінуі мүмкін, бірақ басқа мүмкіндіктер тұрақсыздандыратын стерикалық немесе электрондық өзара әрекеттесулерден зардап шегеді. Диаграмманы басу арқылы осындай екі балама муфта көрсетіледі. Сол жақтағы C#T жұптамасы карбонилді дипольді тежеуден, сондай-ақ оттегінің стерикалық толып кетуінен зардап шегеді. Оң жақтағы G#A жұптамасы да стерикалық жиналумен (дөңгелек сутектер) тұрақсызданған.

    Қандай негіздердің жұптастырылғанын есте сақтауға арналған қарапайым мнемоникалық құрылғы негіздерді анықтау үшін пайдаланылатын бас әріптердің сызықтық құрылысынан келеді. А және Т қиылысатын түзулерден тұрады. Керісінше, C және G негізінен қисық сызықтардан тұрады. РНҚ негізі урацил тиминге сәйкес келеді, өйткені U әліпбидегі Т-дан кейін келеді.

    Қос спираль

    Көптеген сынақтар мен модификациялардан кейін Уотсон мен Крик ДНҚ-ның қайталама құрылымына арналған керемет қос спираль моделін ойлап тапты. ДНҚ-ның екі тізбегі бір-біріне қарама-қарсы параллель, яғни қарама-қарсы 3' және 5' ұштарымен, ішінара көрсетілгендей теңестірілді. а келесі диаграмманың. Әрбір тізбек үшін қосымша бастапқы нуклеотидтік құрылымдар негіздердің әрбір жұбы арасында тізбек ішілік сутегі байланысына мүмкіндік берді. Бұл қосымша жіптер диаграммада қызыл және жасыл түсті. Осы біріктірілген жіптерді орау, содан кейін ішінара көлденең ленталар ретінде көрсетілген қос спираль құрылымына әкеледі диаграмманың b. Қос спираль одан әрі гидрофобты аттракциондар және негіздердің пи-стектері арқылы тұрақтанады. Қысқа сегменттің кеңістікті толтыратын молекулалық моделі ішінара көрсетіледі в оң жақта.
    Мұнда көрсетілген спиралда әр айналымда он негізгі жұп бар және әр айналымда 3,4 Å көтеріледі. Бұл оң жақты спираль сулы жүйелердегі қолайлы конформация болып табылады және ол деп аталады В-спираль. ДНҚ тізбегі бір-бірін айналдыра отырып, олар фосфаттың әрбір жиынтығы арасында бос орындар қалдырады. Нәтижесінде кең және терең екі ауыспалы ойықтар пайда болады негізгі ойық (шамамен 22Å ені), және таяз және тар кіші ойық (шамамен ені 12Å). Басқа молекулалар, соның ішінде полипептидтер, бұл ойықтарға еніп, ДНҚ химиясын бұзуы мүмкін. ДНҚ-ның басқа спиральдық құрылымдары да байқалды, олар әріптермен белгіленеді (мысалы, А және З).

    ДНҚ үшін қос спираль құрылымы

    Кеңістікті толтыратын молекулалық модель

    Қысқа ДНҚ сегментінің үлгісін зерттеуге болады

    ДНҚ визуализациясы үшін Chime және Jmol үлгілерін қамтитын тамаша сайттарды жасаған:
    Эрик Марц, университет. Масса Амхерст. Мында басыңыз.
    Фрида Рейхсман, университет. Масса Амхерст. Мында басыңыз

    1. ДНҚ репликациясы

    1953 жылы ДНҚ-ның қос спираль құрылымы туралы мәлімдемесінде Уотсон мен Крик былай деді: «Біз ұсынған ерекше жұптасу бірден генетикалық материалды көшіру механизмін болжайтыны біздің назарымыздан тыс қалған жоқ». . Бұл ұсыныстың мәні мынада: егер бөлінген болса, молекуланың әрбір тізбегі жаңа комплементарлы тізбек жиналуы мүмкін шаблон ретінде әрекет етуі мүмкін және соңында екі бірдей ДНҚ молекуласына әкеледі. Шынында да, репликация жасушалар бөлінген кезде осылай жүреді, бірақ комплементарлы ДНҚ тізбектерінің нақты синтезіне әкелетін оқиғалар жеткілікті түрде күрделі, сондықтан олар ешқандай егжей-тегжейлі сипатталмайды.

    Келесі суретте көрсетілгендей, жасушаның ДНҚ-сы хромосомаларға тығыз орналасқан. Біріншіден, ДНҚ гистондар (төменде қызғылт түсті) деп аталатын кішкентай ақуыздарға оралған. Бұл моншақ тәрізді құрылымдар одан әрі ұйымдастырылып, хромосомаларды құрайтын хроматиндік агрегаттарға бүктеледі. Осылайша 7000 немесе одан да көп орау тиімділігіне қол жеткізіледі. ДНҚ-да кодталған ақпаратты пайдалану немесе репликациялау үшін ашылатын оқиғалар тізбегі орын алуы керек екені анық.

    Қос тізбекті ДНҚ ашылғаннан кейін оның репликациясын орындау үшін ферменттер тобы әрекет етеді. Бұл жерде қысқаша сипатталған:

    Топоизомераза: Бұл фермент жіптердің бірін кесу арқылы қос спиралдың шешілуін бастайды.
    Геликаз: Бұл фермент ашуға көмектеседі. Егер жіптерді бөлу үшін көптеген сутегі байланыстары үзілуі керек екенін ескеріңіз.
    SSB: Бір тізбекті байланыстырушы ақуыз бөлінген жіптерді тұрақтандырады және олардың рекомбинациялануын болдырмайды, осылайша полимерлеу химиясы жеке жіптерде жұмыс істей алады.
    ДНҚ полимераза: Бұл ферменттер тобы нуклеотидтрифосфат мономерлерін біріктіреді, өйткені олар комплементарлы негіздермен сутектік байланыс жасайды. Бұл ферменттер қателерді де тексереді (шамамен миллиардқа он) және түзетулер жасайды.
    Лигаза: Жіптегі қосылмаған шағын ДНҚ сегменттері осы фермент арқылы біріктірілген.

    Нуклеотидтердің полимерленуі келесі теңдеумен сипатталған фосфорлану реакциясы арқылы жүреді.

    Ди- және трифосфатты күрделі эфирлер ангидридтәрізді құрылымдарға ие және нәтижесінде карбон ангидридтері ацилденетін реагенттер сияқты реактивті фосфорланатын реагенттер болып табылады. Пирофосфат анионы фосфатқа қарағанда жақсы шығатын топ болғандықтан, трифосфаттар дифосфаттарға қарағанда күшті фосфорлану агенттері болып табылады. Аденозиннің сәйкес 5'-туындыларына арналған формулалар осы жерді басу арқылы көрсетіледі және басқа үш жалпы нуклеозид үшін ұқсас туындылар бар. Репликацияда комплементарлы тізбектерді құрайтын ДНҚ полимерлену процесі негізінен екі жолмен жүруі мүмкін. Жоғарыдағы жалпы теңдеуге сілтеме жасай отырып, R 1 өсіп келе жатқан ДНҚ тізбегіне қосылатын келесі нуклеотид бірлігін көрсете алады R 2 осы тармақ болу. Немесе бұл тапсырмаларды өзгертуге болады. Іс жүзінде біріншісі ең жақсы аранжировка болып табылады. Трифосфаттар өте реактивті болғандықтан, мұндай туындылардың сулы ортадағы қызмет ету мерзімі салыстырмалы түрде қысқа. Дегенмен, жеке нуклеозидтердің мұндай туындылары осы реагенттермен тұрақты қамтамасыз етуді қамтамасыз ете отырып, әртүрлі мақсаттар үшін жасушада бірнеше рет синтезделеді. Керісінше, өсіп келе жатқан ДНҚ сегменті бүкіл репликация процесінде өзінің функционалдығын сақтауы керек және өздігінен гидролиз оқиғасы арқылы өзгертілмейді. Нәтижесінде, бұл химиялық қасиеттер нуклеотидтрифосфаттың қатысуымен өсіп келе жатқан жіптің 3'-ұшында 5'-фосфорлану арқылы жүретін полимерлену процесімен жақсырақ үйлеседі. Бұл процесс диаграмманы басу немесе бетті қайта жүктеу арқылы іске қосылуы мүмкін келесі анимация арқылы суреттелген.

    Мұнда сипатталған полимерлену механизмі тұрақты. Ол әрқашан дамып келе жатқан ДНҚ сегментін 3'-соңына қарай ұзартады (яғни, нуклеотидтрифосфат жіптің бос 3'-гидроксил тобына қосылғанда, жаңа 3'-гидроксил түзіледі). Кейде бұл мәселеде шатасулар болады, өйткені үлгі ретінде қызмет ететін бастапқы ДНҚ тізбегі 3'-ұшынан 5'-соңына қарай оқылады және авторлар қай терминологияның қолданылатынын толық түсінбеуі мүмкін.
    Полимерленудің бағытталған сұранысына байланысты ДНҚ жіптерінің бірі үздіксіз түрде оңай репликацияланады, ал екінші тізбек қысқа сегменттік бөліктерде ғана репликациялануы мүмкін. Бұл келесі диаграммада көрсетілген. Қос спиралдың бір бөлігінің бөлінуі деп аталатын жерде жүреді репликациялық шанышқы. Бөлек жіптердің репликациясы орын алғанда, репликация шанышқысы ДНҚ-ның қосымша ұзындықтарын босатып (диаграммада солға қарай) жылжиды. Диаграммадағы шанышқы қызыл түсті жіптің 5'-ұшына қарай жылжығандықтан, бұл жіптің қайталануы үздіксіз түрде жүруі мүмкін (жаңа жасыл жіпті 5' - 3' бағытта салу). Бұл үздіксіз қалыптасатын жаңа тізбек деп аталады жетекші тармақ. Керісінше, репликациялық шанышқы бастапқы жасыл жіптің 3'-соңына қарай жылжиды, бұл қосымша жаңа қызыл жіптің үздіксіз полимерленуіне жол бермейді. Оказаки фрагменттері деп аталатын комплементарлы ДНҚ-ның қысқа сегменттері түзіледі және олар кейінірек фермент арқылы бір-бірімен байланысады. лигаза. Бұл жаңа ДНҚ тізбегі деп аталады артта қалу.

    Адам жасушасының ДНҚ-да шамамен 109 негіз жұбы бар екенін және 14-24 сағат ішінде бірдей еншілес жасушаларға бөлінетінін ескерсеңіз, ДНҚ репликациясының тиімділігі ерекше болуы керек. Жоғарыда сипатталған процедура секундына шамамен 50 нуклеотидті репликациялайды, сондықтан жасушаның бөлінуі кезінде әрекет ететін осындай мыңдаған репликация учаскелері болуы керек. Қос тізбекті ДНҚ-ның берілген ұзындығы промоторлық әрекеттерге жауап ретінде көптеген орындарда тізбектің ағытылуына ұшырауы мүмкін.Бір тізбекті ДНҚ-ның ашылмаған «көпіршігі» екі репликациялық шанышқыға ие, сондықтан жаңа комплементарлы тізбектерді құрастыру екі бағытта жүруі мүмкін. Бірнеше осындай көпіршіктермен байланысты полимерленулер ДНҚ қос спиралының толық репликациясына қол жеткізу үшін біріктіріледі. Осы келісілген көшірмелерді суреттейтін мультфильм жоғарыдағы диаграмманы басу арқылы пайда болады. Көрсетілген оқиғалар диаграммада жоғарыдан төмен қарай жүретінін ескеріңіз.

    2. ДНҚ зақымдануын және репликация қателерін жөндеу

    Қос тізбекті ДНҚ құрылымының артықшылықтарының бірі оның құрылымдық зақымдану немесе репликация қателері орын алған кезде қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Химиялық өзгерістердің бірнеше түрі ДНҚ-ға зақым келтіруі мүмкін:

    Нуклеозидтің өздігінен гидролизі гетероциклді негіз компонентін жояды.
    Цитозиннің өздігінен гидролизі оны урацилге өзгертеді.
    Әртүрлі улы метаболиттер гетероциклді негіз компоненттерін тотықтыруы немесе метилденуі мүмкін.
    Ультракүлгін сәулелер көршілес цитозин немесе тимин негіздерін димеризациялауы мүмкін.

    Барлық осы түрлендірулер өзгеріс орнында базалық жұптасуды бұзады және бұл қос спиралда құрылымдық деформацияны тудырады.. Тексеру-жөндеу ферменттері мұндай деформацияларды анықтайды және сол учаскедегі зақымдалмаған нуклеотидті зақымдалған блокты ауыстыру үшін шаблон ретінде пайдаланады. Бұл жөндеулер ДНҚ құрылымындағы қателерді шамамен он миллионнан бір триллионға дейін азайтады.

    РНҚ және ақуыз синтезі

    ДНҚ молекулаларында сақталған генетикалық ақпарат белоктарды жасау үшін сызба ретінде пайдаланылады. Неліктен белоктар? Өйткені бұл макромолекулалардың әртүрлі бастапқы, екінші және үшінші құрылымдары бар, олар тірі ағзаны ұстауға қажетті көптеген функцияларды орындауға жабдықтайды. Ақуыз тарауында айтылғандай, бұл функцияларға мыналар жатады:

    Құрылымдық тұтастық (шаш, мүйіз, көз линзалары және т.б.).
    Молекулярлық тану және сигнал беру (антиденелер мен гормондар).
    Реакциялардың (ферменттердің) катализі.
    Молекулалық тасымалдау (гемоглобин оттегін тасымалдайды).
    Қозғалыс (сорғылар мен қозғалтқыштар).

    Белоктардың өмірлік процестердегі маңызды маңыздылығын көптеген генетикалық аурулар көрсетеді, олардың бастапқы құрылымындағы кішігірім өзгерістер әлсірететін және жиі апатты салдарларға әкеледі. Мұндай генетикалық ауруларға Tay-Sachs, фенилкетонурия (PKU), орақ жасушалы анемия, ахондроплазия және Паркинсон ауруы жатады. Сөзсіз қорытынды - ақуыздар тірі жасушаларда маңызды рөл атқарады, сондықтан ақуыздар тиісті жасушалық химия арқылы жоғары құрылымдық сенімділікпен үздіксіз дайындалуы керек.
    Ерте генетиктер анықталды гендер организмнің сыртқы түрін және/немесе қызметін (яғни оның фенотипін) анықтайтын тұқым қуалайтын бірліктер ретінде. Енді біз гендерді хромосоманың белгілі бір орындарын алатын ДНҚ тізбегі ретінде анықтаймыз. Әрбір ген бір ферменттің түзілуін бақылайды деген бастапқы ұсыныс содан бері келесідей өзгертілді: бір ген = бір полипептид. ДНҚ-да кодталған ақпарат нақты полипептидтің нақты құрылысына қалай айналады деген қызықты сұрақ көптеген зерттеулердің тақырыбы болды, олар қазіргі заманғы ғылым саласын құрды. Молекулалық биология.

    1. Орталық догма және транскрипция

    Фрэнсис Крик ақпараттың ДНҚ-дан РНҚ-ға өтетін процесс деп аталатынын ұсынды транскрипция, содан кейін полипептидтерді синтездеу үшін қолданылады деп аталатын процесс аударма. Транскрипция ДНҚ репликациясына ұқсас жолмен жүреді. Нуклеотидтердің тән тізбегі ДНҚ тізбегіндегі геннің басталуын белгілейді және бұл аймақ РНҚ синтезін бастайтын промоторлық протеинмен байланысады. Қос тізбекті құрылым промотор орнында ашылады. және тізбектердің бірі келесі диаграммада көрсетілгендей РНҚ түзілу үлгісі ретінде қызмет етеді. Осылайша түзілген РНҚ молекуласы бір тізбекті болып табылады және ДНҚ-дан рибосомалар деп аталатын ақуыз синтезі аппаратына ақпаратты тасымалдауға қызмет етеді. Бұл РНҚ молекулалары сондықтан деп аталады хабаршы-РНҚ (мРНҚ).
    Қорытындылай келе: ген - бұл ақуыздың аминқышқылдарының тізбегінің үлгісін қамтитын ДНҚ созылуы. Бұл ақуызды іс жүзінде жасау үшін алдымен тиісті ДНҚ сегменті хабаршы-РНҚ-ға көшіріледі. Содан кейін жасуша мРНҚ-ны үлгі ретінде пайдалана отырып, ақуызды синтездейді.

    Бұл жерде маңызды айырмашылықты жасау керек. Қос спиральдағы ДНҚ тізбегінің бірінде белок синтезі үшін қолданылатын генетикалық ақпарат сақталады. Бұл деп аталады сезім тізбегі, немесе ақпарат тізбегі (жоғарыда қызыл түсті). Сезім сыңарымен байланысатын толықтауыш жіпше деп аталады сезімге қарсы жіп (жасыл түсті) және ол рибосомаға сезім тізбегі ақпаратының көшірмесін беретін мРНҚ молекуласын генерациялау үшін үлгі ретінде қызмет етеді. Промотор протеин антисезім тізбегіне қатысты сезімдік тізбекті анықтайтын белгілі бір нуклеотидтер тізбегімен байланысады. Содан кейін РНҚ синтезі 3' бағытында басталады, өйткені нуклеотидтрифосфаттар шаблон тізбегіндегі комплементарлы негіздермен байланысады және фосфатты диэстер байланыстары арқылы қосылады. ДНҚ репликациясына арналған бұл процестің анимациясы бұрын ұсынылған. Нуклеотидтерге тән «тоқтату тізбегі» РНҚ синтезін тоқтатады. Хабаршы молекула (жоғарыдағы қызғылт сары түсті) рибосоманы табу үшін цитоплазмаға шығарылады, содан кейін ДНҚ өзінің қос спираль құрылымына оралады.
    Эукариоттық жасушаларда бастапқыда транскрипцияланған м-РНҚ молекуласы әдетте сәйкес емес материалды кетіретін «редакциялау» процесі арқылы өзгертіліп, қысқартылады. Мұндай организмдердің ДНҚ-сы көбінесе прокариоттық бактерия жасушасының жалғыз хромосомасын құрайтыннан мыңдаған есе үлкен және күрделірек болады. Бұл айырмашылық ішінара қайталанатын нуклеотидтер тізбегіне байланысты (адам геномында шамамен 25%). Сонымен қатар, адам ДНҚ-ның 95%-дан астамы гендер мен гендердің бөліктерін бөлетін аралық тізбектерде кездеседі. Гендерді құрайтын ақпараттық ДНҚ сегменттері деп аталады экзондар, және кодталмаған сегменттер деп аталады интрондар. мРНҚ молекуласы ядродан шықпас бұрын, интрондарды құрайтын мағынасыз негіздер кесіледі және ақпараттық пайдалы экзондар деп аталатын қадаммен біріктіріледі. РНҚ сплайсингі. Осылайша, белгілі бір ақуыздың жобасын тасымалдайтын қысқарақ мРНҚ молекулалары рибосома зауыттарына жіберіледі.

    The Орталық догма Алғашында ДНҚ-дан РНҚ-дан ақуызға дейінгі ақпараттың қарапайым сызықтық прогрессиясы ретінде тұжырымдалған молекулалық биологияның келесі суретте жинақталған. Сол жақтағы репликация процесі негізгі ДНҚ молекуласынан еншілес молекулаларға ақпаратты беруден тұрады. Орташа транскрипция процесі бұл ақпаратты мРНҚ молекуласына көшіреді. Ақырында, бұл ақпаратты рибосоманың химиялық аппараты полипептидтерді жасау үшін пайдаланады.

    Бұл қарым-қатынастар туралы көбірек білгендіктен, орталық догма оң жақта көрсетілген өкілдікке дейін нақтыланды. Қою көк көрсеткілер жоғарыда атап өтілген жалпы, жақсы көрсетілген ақпаратты тасымалдауды көрсетеді. Кері транскриптаза деп аталатын РНҚ-тәуелді ДНҚ-полимераза ферменті бір тізбекті РНҚ тізбегін қос тізбекті ДНҚ-ға транскрипциялауға қабілетті екені белгілі болды (қызыл көрсеткі). Мұндай ферменттер барлық жасушаларда кездеседі және ретровирустардың (мысалы, АИВ) маңызды құрамдас бөлігі болып табылады, олар геномдарының РНҚ репликациясын қажет етеді (жасыл көрсеткі). ДНҚ ақпаратының ақуыз синтезіне тікелей трансляциясы (қызғылт сары көрсеткі) тірі ағзада әлі байқалған жоқ. Ақырында, ақуыздар ақпараттық тұйық болып көрінеді және РНҚ немесе ДНҚ үшін құрылымдық сызбаны қамтамасыз етпейді.
    Келесі бөлімде құрылымдық ақпараттың мРНҚ-дан ақуызға трансляциясының соңғы іргелі қатынасы сипатталады.

    2. Аударма

    Аударма транскрипцияға қарағанда күрделірек процесс. Бұл, әрине, күтуге болатын еді. Неміс Enigma машинасы шығарған кодталған хабарламаларды оңай көшіруге болады, бірақ оларды түсініп оқу үшін декодтау үшін айтарлықтай күш қажет болды. Осыған ұқсас мағынада ДНҚ репликациясы жай ғана қосымша негізді жұптастыру жаттығуы болып табылады, бірақ РНҚ-ның төрт әріптік (негіздер) алфавиттік кодын ақуыз әдебиетінің жиырма әріптік (амин қышқылдары) алфавитіне аудару тривиальды емес. Негіздердің амин қышқылдарына тікелей бір-бір корреляциясы болуы мүмкін емес екені анық, сондықтан нуклеотид әріптері қысқа сөздер немесе кодондар арнайы аминқышқылдарын анықтайды. Бұл генетикалық кодқа қатысты көптеген сұрақтар 1950 жылдардың соңында қойылды:

    • Қанша РНҚ нуклеотидті негіз белгілі бір амин қышқылын белгілейді?
    Егер кодондар деп аталатын нуклеотидтердің жекелеген топтары осы мақсатқа қызмет етсе, кем дегенде үшеуі қажет. 4 2 = 16 мүмкін жұппен салыстырғанда 4 3 = 64 түрлі нуклеотидтік триплет бар.
    • Кодондар бөлек байланысқан ба немесе олар бір-біріне сәйкес келе ме?
    Триплет кодондары біріккен нуклеотидтер тізбегі ол сипаттайтын ақуыздан үш есе ұзағырақ болады. Егер қабаттасатын кодондар пайдаланылса, жалпы нуклеотидтер азырақ қажет болады.
    • Егер мРНҚ-ның триплет сегменттері белоктағы спецификалық аминқышқылдарын белгілесе, кодондар қалай анықталады?
    Кезектілік үшін

    кодондары CUA & GGU немесе

    ?
    • Барлық кодон сөздердің өлшемдері бірдей ме?
    Морзе кодында ең көп қолданылатын әріптер сирек кездесетін әріптерге қарағанда қысқа. Мүмкін табиғат осындай схеманы қолданады.

    Физиктер мен математиктер, химиктер мен микробиологтар генетикалық кодты ашуға үлес қосты. Бұрынғы ұсыныстар нуклеотидтік кодондарды жиырма іргелі амин қышқылдарымен бірегей түрде байланыстыратын тиімді қатынастарды болжағанымен, қазіргі уақытта кодта айтарлықтай артықшылық бар екені анық. Сонымен қатар, код тек қана бір-біріне сәйкес келмейтін үштік кодондардан тұрады.
    Ақылды эксперименттер генетикалық кодты ашудағы ең алғашқы үзілістерді қамтамасыз етті. Маршалл Ниренберг көптеген әртүрлі ағзалардың РНҚ-сы бұзылған E.coli жасушаларымен біріктірілген кезде арнайы ақуыз синтезін бастауы мүмкін екенін анықтады (ферменттер белсенді болып қалады). Синтетикалық полиуридиндік РНҚ поли-фенилаланиннің синтезін индукциялады, сондықтан UUU кодоны фенилаланинді белгіледі. Сол сияқты ауыспалы

    РНҚ а синтезіне әкелді

    полипептид.
    Төмендегі кестеде генетикалық кодтың қазіргі түсіндірмесі берілген. Бұл РНҚ алфавиті екенін және ДНҚ кодонының эквивалентті кестесінде барлығы болатынын ескеріңіз U нуклеотидтермен ауыстырылады Т. Метионин мен триптофан бір ғана кодонмен ерекшеленген. Басқа шеткі жағдайда лейцин сегіз кодонмен ұсынылған. Жиырма аминқышқылдарының орташа артықшылығы шамамен үшеу. Сонымен қатар, үшеуі бар кодондарды тоқтату полипептидтер синтезін тоқтатады.

    Ақуыз синтезіне арналған РНҚ кодондары

    Аударма процесі негізінен қарапайым. Ақуыз синтезі үшін транскрипцияланған коды бар мРНҚ тізбегі 3'-ұшында жеке аминқышқылдары эфирлік байланыс арқылы қосылған салыстырмалы түрде шағын РНҚ молекулаларымен (шамамен 70-нуклеотид) әрекеттеседі. Мыналар трансферттік РНҚ (тРНҚ) қос тізбекті сегменттермен байланысқан бір тізбекті РНҚ ілмектерінен тұратын ерекше үш өлшемді құрылымдарға ие. Бұл беде жапырағының қайталама құрылымы одан әрі бір қолдың ұшында аминқышқылы бар "L-тәрізді" жинаққа оралған және өзіне тән антикодон екінші жағындағы аймақ. Антикодон амин қышқылының кодон(-дарының) комплементі болып табылатын нуклеотидтік триплеттен тұрады. Оң жақта осындай екі тРНҚ молекуласының үлгілері көрсетілген. Жоғарыдан төменге қарай оқылғанда, мұнда бейнеленген антикодондар алдыңғы кестедегі кодонды толықтыруы керек.
    Үш басқа тРНҚ молекуласының беде жапырағы мультфильмдері диаграмманы басу арқылы оң жақта көрсетіледі.

    Жасушаның ақуыз синтезі деп аталатын органоидтарда жүреді рибосомалар. Рибосомалар екі бөлек және бөлінетін бөлімшелерден (біреуі екіншісінен екі есе үлкен) тұратын күрделі құрылымдар болып табылады. Әрбір суббірлік бір немесе екі РНҚ молекуласынан (60-70%) 20-дан 40-қа дейінгі ұсақ белоктармен (30-40%) байланысты. Рибосома мРНҚ молекуласын қабылдайды, бастапқыда 5'-соңында тән нуклеотидтер тізбегімен байланысады (келесі диаграммада ашық көк түсті). Бұл бірегей байланыстыру полипептидтер синтезінің дұрыс кодоннан басталатынына кепілдік береді. Тиісті антикодоны бар тРНҚ молекуласы бастапқы нүктеде бекітіледі және одан кейін рибосомалық химияға жаңа кодондарды шығару үшін іргелес тРНҚ тіркемелерінің сериясы, пептидтік байланыстың түзілуі және рибосоманың мРНҚ тізбегі бойымен ығысуы жүреді.
    Төмендегі диаграмма осы қадамдарды көрсететін слайд-шоу ретінде жасалған. Нәтиже мРНҚ жобасына сәйкес келетін полипептидтік тізбектің синтезі болып табылады. мРНҚ-да белгіленген позициядағы «тоқтату кодоны» «босату факторын» енгізу арқылы синтезді тоқтатады.

    Ақпаратқа бару үшін Рибосомаға саяхат сайтты Уэйн Декатур жасаған, университет. Масса Амхерст Мұнда басыңыз.

    3. Пост-аудармалық модификация

    Пептид немесе ақуыз синтезделіп, рибосомадан босатылғаннан кейін ол жиі әрі қарай химиялық трансформацияға ұшырайды. Бұл трансляциядан кейінгі модификация ацил топтары, алкил топтары, фосфаттар, сульфаттар, липидтер және көмірсулар сияқты басқа бөліктердің қосылуын қамтуы мүмкін. Сусыздандыру, амидация, гидролиз және тотығу (мысалы, дисульфидті байланыстың түзілуі) сияқты функционалдық өзгерістер де жиі кездеседі. Осылайша кодондармен белгіленген жиырма аминқышқылдарының шектеулі массиві алынған ақуыздың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін әртүрлі тәсілдермен кеңейтілуі мүмкін. Бұл посттрансляциялық реакциялар әдетте ферменттермен катализденетіндіктен, былай деуге болады: «Жасушадағы іс жүзінде әрбір молекула рибосома немесе рибосома жасайтын ферменттер арқылы жасалады."
    Фосфорлану және цитрулиндеу сияқты модификациялар ақуыздың әрекетін басқарудың жалпы механизмдерінің бөлігі болып табылады. Төменде сол жақта көрсетілгендей, цитрулинизация - аргинин амин қышқылының цитрулин амин қышқылына трансляциядан кейінгі модификациясы. Аргинин бейтарап рН кезінде оң зарядталған, ал цитрулин зарядсыз, сондықтан бұл өзгеріс ақуыздың гидрофобтылығын арттырады. Серин, треонин немесе тирозин қалдықтарының фосфорлануы оларды гидрофильді етеді, бірақ мұндай өзгерістер әдетте өтпелі болып табылады, белоктың биологиялық белсенділігін реттеуге қызмет етеді. Басқа маңызды функционалдық өзгерістерге тиропероксидаза ферментінің әсерінен пептидтік тироглобулиндегі тирозин қалдықтарының йодталуы жатады. Осы жолмен түзілген моноиодтирозин мен диодотирозин содан кейін қалқанша без гормондарын Т түзу үшін байланысады.3 және Т.4, төменде оң жақта көрсетілген.

    Аминқышқылдары ақуыздың амин ұшынан ферментативті түрде жойылуы мүмкін. mRNA-дағы «бастау» кодоны амин қышқылы метионинді кодтайтындықтан, бұл амин қышқылы әдетте трансляциядан кейінгі модификация кезінде алынған ақуыздан жойылады. Қысқа жіптерді қалыптастыру үшін пептидтік тізбектерді ортасынан кесуге болады. Осылайша, инсулин бастапқыда 105 қалдық препротеин ретінде синтезделеді. 24 аминқышқылды сигналдық пептид жойылып, проинсулин пептидін береді. Бұл қатпарланып, 7 және 67 және 19 және 80 цистеиндер арасында дисульфидті байланыстар түзеді. Дисульфидті байланыс арқылы қосылған мұндай димерлі цистеиндер аталады. цистин. Содан кейін протеаза пептидті arg31 және arg60-та ыдыратады, 32-60 реттілігін жоғалтады (C тізбегі). arg31 жойылған кезде А және В тізбегі дисульфидті байланыстармен және А тізбегіндегі үшінші цистин бөлігімен бірге ұсталатын жетілген инсулинді береді. Келесі мультфильм осы оқиғалар тізбегін суреттейді.

    Нисин - бұл бактерия түзетін полипептид (34 амин қышқылы). Lactococcus lactis. Нисин грам-позитивті бактерияларды олардың мембраналарымен байланысып, жасуша қабырғасы синтезінің маңызды прекурсоры болып табылатын II липидті мақсатты түрде жояды. Мұндай микробқа қарсы пептидтер қосылыстардың өсіп келе жатқан отбасы болып табылады, олардың болуына байланысты лантибиотиктер атауын алды. лантионин, HO химиялық формуласы бар протеиногенді емес амин қышқылы2C-CH(NH2)-CH2-S-CH2-CH(NH2)-CO2H. Лантионин екі аланин қалдықтарынан тұрады, олар өздерінің β-көміртек атомдарымен тиоэфир байланысы арқылы өзара байланысқан (яғни бұл дисульфидті цистиннің моносульфидті аналогы). Лантибиотиктердің бірегейлігі олар рибосомалық жолмен препептидтер ретінде синтезделеді, содан кейін бірқатар амин қышқылдары (мысалы, серин, треонин және цистеин) дегидро қалдықтары мен тиоэфирлі өтпелі көпірлерге трансляциядан кейінгі өңдеуден өтеді. Нисин - тағамдық консервант ретінде қабылданған жалғыз бактериоцин. Аминқышқылдарының құрамы мен биологиялық белсенділігімен ерекшеленетін низиннің бірнеше кіші түрлері белгілі. Төменде типтік құрылым сызылған және диаграмманы басу арқылы Jmol үлгісі ұсынылады.

    Бактерия жасушасының қабырғасы - бұл бактерия жасушаларын қоршап тұратын, олардың жасуша пішінін белгілейтін және осмостық қысымның қоршаған ортаның өзгеруіне байланысты олардың бұзылуына жол бермейтін өзара байланысты гликандық полимер. Бұл қабырға негізінен пептидогликаннан немесе муреиннен, цитоплазмалық мембрананың сыртқы жағында орналасқан қант пен аминқышқылдарының үш өлшемді полимерінен тұрады. Мономер бірліктері оң жақта көрсетілген екі амин қантынан, N-ацетилглюкозамин (NAG) және N-ацетилмурамин қышқылынан (NAM) тұрады. Трансгликозидаза ферменттері бұл бірліктерді гликозидтік байланыстар арқылы біріктіреді және олар әрі қарай NAM қалдықтарына қосылған пентапептидті бөліктер арасындағы пептидтік айқаспалы байланыстар арқылы бір-бірімен байланысады. Пептидогликан суббірліктер полиизопреноидты якорьден бактериялық мембрананың цитоплазмалық жағында жиналады. Липид II, мембраналық анкерлі жасуша қабырғасының прекурсоры, бактериялық жасуша қабырғасының биосинтезі үшін маңызды, пептидогликан синтезінің негізгі компоненттерінің бірі болып табылады. Липид II полимерленуі арқылы пептидогликан синтезі келесі диаграммада көрсетілген. Пептидтік бүйірлік тізбектердің айқаспалы байланысы транспептидаза ферменттері арқылы жүзеге асады. Низинмен комплексті липид II моделі алдыңғы Jmol дисплейінің бөлігі ретінде қарастырылуы мүмкін.

    Бактериялардың екілік бөліну арқылы бөлінуі және бөлінуден кейін олардың мөлшерін ұлғайту үшін пептидогликандағы байланыстар үзіліп, жаңа пептидогликан мономерлері енгізіліп, пептидтік көлденең байланыстар қайта жабылуы керек. Трансгликозидаза ферменттері пептидогликан мономерлерінің NAM және NAG және бар пептидогликанның NAG және NAM арасындағы гликозидтік байланыстың түзілуін катализдейді. Соңында, транспептидаза ферменттері пептидогликанның қатарлары мен қабаттары арасындағы пептидтік айқаспалы байланыстарды қалпына келтіріп, қабырғаны берік етеді. Көптеген антибиотиктер, соның ішінде пенициллин, жасуша қабырғасының түзілу химиясына бағытталған. Антибактериалды стратегия үшін II липидті таңдаудың тиімділігі оның кем дегенде төрт түрлі антибиотиктер класы, соның ішінде клиникалық маңызды гликопептидті антибиотик ванкомицин үшін мақсатты болуымен ерекшеленеді. Қазіргі кездегі көптеген дәрілерге, соның ішінде ванкомицинге бактериялық төзімділіктің өсіп келе жатқан проблемасы II липидке бағытталған қосылыстардың басқа кластарының емдік әлеуетіне қызығушылықтың артуына әкелді. Нисин сияқты лантибиотиктер осы қызығушылықтың бөлігі болып табылады.

    Табиғаттың нуклеин қышқылдарының құрамындағы компоненттер мен функционалдық топтарды неліктен таңдағаны туралы алыпсатарлық талқылау үшін Мұнда басыңыз.

    Бұл бет Уильям Роштың меншігі болып табылады. Түсініктемелерді, сұрақтарды және қателерді [email protected] мекенжайына жіберу керек.
    Бұл беттер ХОК-қа химиялық білім берудегі әлеуетті арттыруға көмектесу үшін берілген. 05.05.2013 ж

    Қосымша тақырыптардың басталуы

    ДНҚ мен РНҚ арасындағы құрылымдық ұқсастықтар мен айырмашылықтарды талдау

    1. Фон

    Тірі ағзалардың көбею және олардың көптеген қасиеттерін ұрпақтарына беру қабілеті бар екенін білеміз. Бұдан біз барлық ағзалардың тұқым қуалаушылықтың пайда болуына мүмкіндік беретін генетикалық заттары және олармен байланысты химиясы бар деген қорытынды жасауға болады. Мұндай генетикалық материалдар орындауы керек негізгі талаптарды ескеру маңызды.

    ақпарат
    Материалға биологиялық пайдалы ақпарат, әсіресе белок синтезі бойынша нұсқаулар енгізілуі керек.

    Тұрақтылық
    Тұқым қуалайтын ақпарат, егер дәл көшірмелер ұрпаққа жеткізілетін болса, ағзаның өмір сүру кезеңінде тұрақты (өзгеріссіз) болуы керек. Сирек өзгерістер болуы мүмкін (өзгерістерді қараңыз).

    Көбею
    Материалда кодталған ақпаратты шынайы түрде көшіру және бұл көшірмені ұрпаққа беру әдісі болуы керек.

    Өзгергіштік
    Жоғарыда айтылған тұрақтылыққа қарамастан, материал тұрақты құрылымдық өзгерістерді қамтуға және бұл өзгерісті кейінгі ұрпақтарға беруге қабілетті болуы керек.

    Бұл генетикалық зат ДНҚ және РНҚ нуклеин қышқылдары ретінде анықталғандықтан, бұл полимерлердің жоғарыда көрсетілген талаптарды қанағаттандыру тәсілін зерттеу маңызды.

    2. Ақпаратты сақтау

    Тіршіліктің күрделілігі қарапайым организмдер үшін өте үлкен мұралық кітапханаларды қажет ететінін көрсетеді. ДНҚ-ны құрайтын төрт нуклеотид бұл тапсырма үшін тым қарапайым болып көрінуі мүмкін болса да, полимердің орасан зор мөлшері мен тізбектегі мономерлердің ауысуы қиындыққа оңай жауап береді. Өйткені, бұл құжаттағы сөздер мен графиканың барлығы компьютерге тек екі таңбаның, нөлдердің және бірдің (екілік санау жүйесі) тіркесімі ретінде берілген. ДНҚ-ның алфавитінде төрт әріп бар (A, C, G & T), сондықтан жасалуы мүмкін сөздердің саны бір сөздегі әріптердің санына қарай экспоненциалды түрде артады. Осылайша, 4 2 немесе 16 екі әріпті сөз, 4 3 немесе 64 үш әріпті сөз бар.

    ДНҚ алфавитімен кодталған ақпараттың тұрақтылығын қамтамасыз ету күрделі мәселе болып табылады. Егер осы алфавиттің әріптері полимер тізбегінде белгілі бір жолмен біріктірілетін болса, оларды бекіту (және алып тастау) үшін химиялық реакциялар болуы керек. Қарапайым карбоксилді эфир немесе амидті байланыстар осы мақсат үшін қолайлы болып көрінуі мүмкін (қадамдық өсу полимерленуіне назар аударыңыз), бірақ олар липидтер мен полипептидтерде қолданылады, сондықтан ақпаратты өңдеу операцияларын басқа молекулалық түрлендірулерден бөлек ұстау үшін жеке ферменттік аппарат қажет болады.
    Мұндай коваленттік байланыстардың жалпы тұрақтылығы анағұрлым маңызды мәселе болып табылады. Физиологиялық жағдайларда (сулы, рН 7,4 және 27-ден 37°186 С-қа дейін) күрделі эфирлер баяу гидролизденеді. Амидтер тұрақтырақ, бірақ тіпті сағатына бір байланыстың гидролитикалық ыдырауы он мыңнан миллионға дейін осындай байланыстары бар полимер үшін жойқын болады. Сонымен қатар, карбонаттар, оксилаттар және малонаттар сияқты қысқа екі функционалды байланыстырушы топтар жоғары реактивтілікті көрсетеді және олардың негізгі қышқылдары тұрақсыз немесе улы болып табылады.

    Эфир гидролизі 35°186 С және рН 7

    Фосфат - барлық жерде кездесетін бейорганикалық қоректік зат. Сәйкес қышқылдың моно, ди және триэфирлері (фосфор қышқылы) барлығы белгілі. Олардың қышқылдығына байланысты (pKа ≈ 2), моно және диэстерлер физиологиялық рН кезінде теріс зарядталған, бұл оларды нуклеофильді шабуылға азырақ сезімтал етеді. Теріс зарядтың кейбір өкілді күрделі эфирлердің нуклеофильді гидролизінің жылдамдығына әсері оң жақтағы кестеде көрсетілген. Мономер бірліктері теріс зарядталған дифосфатты эфир байланыстары арқылы қосылған полимер карбоксилатты эфир байланыстарынан тұратын полимерге қарағанда айтарлықтай тұрақты болуы керек екені анық. Барлық биологиялық фосфат туындыларында табылған теріс заряд басқа мақсаттарға да қызмет етеді.
    ДНҚ-ның нуклеотидтер бірліктерін біріктіретін дифосфатты эфир байланыстары нуклеотидтрифосфат реагенттерінің қатысуымен фосфорлану реакциялары арқылы түзіледі. Бұл реагенттер карбон қышқылы ангидридтерінің фосфор қышқылының аналогтары болып табылады, жасушаның сулы ортасына шыдамайтын функционалды топ. Трифосфат функциясына теріс зарядтың жоғары тығыздығы ол қосылған органикалық бөлікті ерітіп қана қоймайды, сонымен қатар оның гидролиздену жылдамдығын төмендетеді.
    Тірі жасушалар өздерінің химиялық реагенттерін мембраналық тосқауылмен анықталған және қоршалған көлемде сақтауы және пайдалануы керек. Бұл екі қабатты липидті мембраналар иондардың өтуіне қарсы тұратын гидрофобты ішкі бөліктерге ие. Шынында да, арнайы транс-мембраналық құрылымдар деп аталады иондық арналар мембрана арқылы бақыланатын иондар тасымалдануы үшін бар. Аденозин, цитидин және гуанозин сияқты ұсақ бейтарап органикалық молекулалар липидті мембраналар арқылы төмендетілген жылдамдықпен болса да өте алады, бірақ олардың моно, ди және трифосфат туындылары жасушада тығызырақ секвестрленген.

    3. Неліктен 2'-дезоксирибоза ДНҚ-дағы қант бөлігі болып табылады?

    Глюкоза және рибоза сияқты қарапайым пергидроксилденген қанттар табиғатта көмірқышқыл газының тотықсыздандырғыш конденсациясының өнімдері ретінде түзіледі. фотосинтез. Дезоксиқанттардың түзілуі қосымша биологиялық тотықсыздану қадамдарын қажет етеді, сондықтан рибозаның өзі РНҚ үшін жақсы қызмет ететін кезде ДНҚ неліктен сирек кездесетін 2'-дезоксирибозаны пайдаланады деп болжауға болады. Рибозада қосымша гидроксил тобына байланысты кем дегенде екі мәселені атап өтуге болады. Біріншіден, 2'-ОН-ның қосымша көлемдік және сутектік байланыс сипаты біркелкі қос спираль құрылымына кедергі келтіріп, хромосомадағы мұндай молекуланың тиімді оралуын болдырмайды. Екіншіден, РНҚ ДНҚ-ға қарағанда шамамен жүз есе жылдам өздігінен гидролитикалық ыдырауға ұшырайды. Бұл 2',3'-циклді фосфатты беретін көрші фосфат диэстеріне 2'-гидроксил функциясының молекулаішілік шабуылына байланысты деп саналады. Егер организмнің өмір сүру уақытындағы тұрақтылық геннің маңызды сипаттамасы болса, онда табиғаттың ДНҚ үшін 2'-дезоксирибозаны таңдауы мағынасы бар. Келесі диаграмма РНҚ тізбегіндегі молекулаішілік ыдырау реакциясын көрсетеді.

    Құрылымдық тұрақтылық РНҚ үшін күрделі мәселе емес. мРНҚ тасымалдайтын транскрипцияланған ақпарат бірнеше сағат бойы қауіпсіз болуы керек, өйткені ол рибосомаға тасымалданады. Рибосомаға енгеннен кейін ол ақуыз синтезі үшін оның кодондарын бірден біріктіретін құрылымдық және ферментативті сегменттермен қоршалған. Аминқышқылдарын рибосомаға тасымалдайтын тРНҚ молекулалары да қысқа өмір сүреді және іс жүзінде жасушалық химия арқылы үздіксіз қайта өңделеді.

    4. Тимин және Урацил мәселесі

    Оң жақта үш пиримидиндік негіздер, цитозин, тимин және урацил үшін құрылымдық формулалар көрсетілген. Осы қосылыстардың құрамына кіретін көміртек атомдарын келесідей жіктеуге болады. Бұл қосылыстардың барлығы үш көміртекті малонат тәрізді прекурсордан (көк түсті байланыстар) және тотығу дәрежесі жоғары көміртек түрінен (қызыл түсті) біріктірілген сияқты. Мұндай биосинтетикалық аралық өнімдер жақсы қалыптасқан. Тимин қосымша көміртегі, жасыл метил тобы бар ерекше. Бұл қосылыстың биосинтезі қосымша қадамдарды қамтуы керек, осылайша ол урацилді алмастыратын ДНҚ молекулаларына құрылыс күрделілігін қосады.
    ДНҚ-да тиминді урацилмен алмастыру себебі жасушаның ДНҚ-ның зақымдалуын түзететін қалпына келтіру механизмдерімен байланысты болуы мүмкін. Кодтағы қателердің бір көзі цитозин және гуанин сияқты гетероциклді энаминдердің сәйкес лактамдарға баяу гидролизі болып табылады. Бұл негіздің құрылымын өзгертеді және анықтауға және кейін жөндеуге болатын негізде жұптастыруды бұзады. Дегенмен, цитозиннің гидролиз өнімі урацил болып табылады және бұл сәйкес келмейтін түрді ДНҚ-ға жататын урацил тәрізді негізден қандай да бір жолмен ажырату керек. Қосымша метил тобы бұл рөлді жақсы атқарады.

    Мұнда қозғалған мәселелердің кейбірін толығырақ талқылау үшін «» атты мақаланы қараңыз.Неліктен табиғат фосфаттарды таңдады",
    1987 жылғы 6 наурыздағы санында жарық көрген Ф.Х.Вестхаймер авторы. Ғылым.


    Бейнені қараңыз: Репликация ДНК (Ақпан 2023).