DNA: n monomeeri. Mitkä monomeerit muodostavat DNA-molekyylin?

Nukleiinihapot, erityisesti DNA, tunnetaan hyvin tieteen alalla. Tämä johtuu siitä, että ne ovat solun aineita, joihin hänen perinnöllisten tietojensa varastointi ja siirto riippuvat. DNA, joka löydettiin jo vuonna 1868 F. Micher, on molekyyli, jolla on voimakkaat happoominaisuudet. Tutkija tunnisti sen leukosyyttien ytimistä - immuunijärjestelmän soluista. Seuraavien 50 vuoden aikana nukleiinihappotutkimuksia tehtiin satunnaisesti, koska useimmat biokemistit katsottiin pääasiallisiksi orgaanisiksi aineiksi, jotka ovat erityisesti perinnöllisiä piirteitä, proteiineja.

Koska Watsonin ja Crickin vuonna 1953 suorittama DNA-rakenteen dekoodaus on alkanut vakavia tutkimuksia, havaitaan, että deoksiribonukleiinihappo on polymeeri ja DNA-monomeerit ovat nukleotideja. Niiden tyyppejä ja rakennetta tutkitaan tässä asiakirjassa.

Nukleotidit perinnöllisten tietojen rakenteellisiksi yksiköiksi

Yksi elävän aineen perusominaisuuksista on tiedon säilyttäminen ja välittäminen sekä solun että koko organismin rakenteesta ja toiminnoista. Tämä rooli suorittaa deoksiribonukleiinihappo, ja DNA-monomeerit - nukleotidit ovat alkuperäisiä "tiiliä", joista muodostuu ainutlaatuinen perinnöllisen aineenrakenne. Katsotaanpa, mitkä merkit opastivat elävää luonnetta ja aiheuttivat nukleiinihapon superhelixin.

Miten nukleotidit muodostuvat

Jotta voisimme vastata tähän kysymykseen, tarvitsemme jonkin verran tietoa orgaanisten yhdisteiden kemiasta. Erityisesti muistutamme siitä, että luonnossa on joukko typpeä sisältäviä heterosyklisiä glykosideja, jotka liittyvät monosakkaridit pentoseihin (deoksiriboosi tai riboosi). Niitä kutsutaan nukleosideiksi. Esimerkiksi adenosiini ja muut tyyppiset nukleosidit ovat läsnä solun sytosolissa. Ne alkavat esteröintireaktiolla ortofosforihapon molekyylien kanssa. Tämän prosessin tuotteet ovat nukleotideja. Jokaisella DNA-monomeerillä ja neljällä niistä on nimi, esimerkiksi guaniini, tymiini ja sytosiini-nukleotidi.

DNA: n puriinimonomeerit

Biokemiaan luokitellaan luokittelu, joka erottaa DNA-monomeerit ja niiden rakenteen kahteen ryhmään: esimerkiksi puriini on adeniini- ja guaniinisukleotideja. Ne sisältävät koostumuksessaan puriinin johdannaisia - orgaanista ainetta, jolla on kaava C5H4N4. DNA-monomeeri, guaniini-nukleotidi, sisältää myös puriini-typpipohjaa, joka on kytketty deoksiriboosi-N-glykosidiseen sidokseen betonirakenteessa.

Pyrimidiini-nukleotidit

Typen emäkset, joita kutsutaan sytidiiniksi ja tymidiiniksi, ovat pyrimidiinin orgaanisen aineen johdannaisia. Sen kaava on C ₄ H ₄ N ₂ . Molekyyli on kuusijäseninen tasainen heterosykli, joka sisältää kaksi typpiatomia. On tunnettua, että tyminaukleotidin sijasta ribonukleiinihappomolekyyleissä, kuten rRNA: ssa, tRNA: ssa ja mRNA: ssa, sisältyy urasiinimonomeeri. Transkription prosessissa DNA-geenin mRNA-molekyylin informaation poistamisen aikana tymiininukleotidi korvataan adeniinillä ja adeniinisukleotidi korvataan uracililla syntetisoidussa mRNA-ketjussa. Eli seuraava merkintä on reilua: A - Y, T - A.

Chargaffin sääntö

Edellisessä osassa olemme jo koskettaneet DNA-juosteiden monomeerien vastaavuuden periaatteita ja geenin-RNA-kompleksia. Tunnettu biokemialainen E.Chargaff on luonut täysin deoksiribonukleiinihappomolekyylien ainutlaatuisen ominaisuuden, nimittäin, että adeniininukleotidien määrä siinä on aina yhtä kuin tymiini ja guaniini - sytosiini. Chartaffin periaatteiden tärkein teoreettinen perusta oli Watsonin ja Crickin tutkimus, joka totesi, mitkä monomeerit muodostavat DNA-molekyylin ja minkä spatiaalisen organisaation heillä on. Toinen säännöllinen, jonka Chargaff päätti ja jota kutsutaan täydentävyyden periaatteeksi, osoittaa puriinin ja pyrimidiiniemästen kemiallista affiniteettia ja niiden kykyä olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa vetysidosten muodostamiseksi. Tämä tarkoittaa, että monomeerien järjestely molemmissa DNA-ketjuissa on tarkasti määritetty. Esimerkiksi toisaalta ensimmäisestä DNA-ketjusta voi olla vain T ja kahden vetysidoksen välillä. Toisin kuin guaniini-nukleotidi, vain sytosiini voidaan sijoittaa. Tällöin typpipitoisten emästen välillä muodostuu kolme vetysidosta.

Nukleotidien rooli geneettisessä koodissa

Ribosomeissa esiintyvän proteiinien biosynteesin reaktion suorittamiseksi on mekanismi peptidin aminohappokoostumuksen informaation kääntämiseksi mRNA: n nukleotidien sekvenssistä aminohapposekvenssiin. Kävi ilmi, että kolme vierekkäistä monomeeriä kantavat tietoa yhdestä 20 mahdollisesta aminohaposta. Tätä ilmiötä kutsuttiin geneettiseksi koodiksi. Molekyylibiologian ongelmien ratkaisemisessa sitä käytetään määrittämään sekä peptidin aminohappokoostumus että selvittämään kysymys: mitkä monomeerit muodostavat DNA-molekyylin eli toisin sanoen mikä on vastaavan geenin koostumus. Esimerkiksi geenissä oleva tripletti (kodoni) AAA koodaa aminohappo-fenyylialaniinia proteiinimolekyylissä ja geneettisessä koodissa se vastaa tripletti UUU: ta mRNA-ketjussa.

Nukleotidien vuorovaikutus DNA-reduplikoinnin aikana

Kuten aiemmin selitettiin, rakenteelliset yksiköt, DNA-monomeerit ovat nukleotideja. Niiden spesifinen sekvenssi ketjuissa on matriisi deoksiribonukleiinihapon tytärmolekyylin synteesiä varten. Tämä ilmiö esiintyy solun interfaasin S-vaiheessa. Uusi DNA-molekyylin nukleotidien sekvenssi kootaan äidin piireihin DNA-polymeraasin entsyymillä ottaen huomioon täydentävyyden periaate (A-T, D-C). Replikointi viittaa matriisin synteesin reaktioihin. Tämä tarkoittaa sitä, että DNA-monomeerit ja niiden rakenne äitipiireissä ovat perusta, eli matriisi tytärkokoelmastaan.

Voiko nukleotidin rakenne muuttua

Muuten sanotaan, että deoksiribonukleiinihappo on solun ytimen erittäin konservatiivinen rakenne. Tämä on looginen selitys: ydinkromatografiin tallennetut perinnölliset tiedot eivät saisi olla muuttumattomia ja kopioitu ilman vääristymiä. No, solun genomi on jatkuvasti "aseen" alla ympäristötekijöiden. Esimerkiksi tällaisia aggressiivisia kemiallisia yhdisteitä, kuten alkoholia, huumeita, radioaktiivista säteilyä. Kaikki nämä ovat niin sanottuja mutageneja, joiden vaikutuksesta jokainen DNA-monomeeri voi muuttaa sen kemiallista rakennetta. Tällaista biokemian vääristymistä kutsutaan pistemutaatioksi. Niiden esiintymistiheys solun genomissa on melko korkea. Mutaatiot korjataan hyvin toimivan solukorjausjärjestelmän avulla, joka sisältää joukon entsyymejä.

Jotkut niistä, esimerkiksi restriktioentsyymit, "katkaisevat" vaurioituneet nukleotidit, polymeraasit varmistavat normaalien monomeerien synteesin, ligaasit "ommuttavat" geenin palautetut osat. Jos edellä mainittu mekanismi jostain syystä ei toimi solussa ja viallinen DNA-monomeeri pysyy molekyylissään, mutaatio otetaan talteen matriisin synteesiprosessein ja fenotyyppisesti ilmentyy proteiineina, joilla on heikentyneet ominaisuudet, jotka eivät kykene suorittamaan niitä soluista aineenvaihdunnassa tarvittavia välttämättömiä toimintoja. Tämä on vakava negatiivinen tekijä, joka vähentää solujen elinkelpoisuutta ja lyhentää sen elinkaarta.