Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 города Воронежа

Пятница, 29 Сентября 2023, 23:05

ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — высокополимерное природное соединение, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов.

Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров — нуклеотидов.

Молекулы ДНК обладают очень высокой молекулярной массой — до сотен миллионов. Лишь в митохондриях, а также некоторых вирусах и бактериях молекулярная масса ДНК значительно меньше; в этих случаях молекулы ДНК обычно имеют кольцевую структуру.

Размеры молекул ДНК. Молекулы ДНК обладают очень высокой молекулярной массой — до сотен миллионов атомных единиц массы, а длина молекулы может достигать нескольких сантиметров!

Размер ДНК выражается в парах нуклеотидов (пн).

Характеристика молекул ДНК некоторых организмов

Источник	Молекулярная масса	Длина молекулы	Размер (пн)	Тип структуры
Бактериофаг φ Х174	1,6 х 10⁶	1,6 мкм	5 х 10³	Кольцевая одноцепочечная
Бактериофаг Т2	1,2 х 10⁸	50 мкм	2 х 10⁵	Кольцевая двухцепочечная
Хромосома бактерии инфлюэнцы	7,9 х 10⁸	300 мкм	1,2 х 10⁶	Неизвестен
Хромосома кишечной палочки	2,6 х 10⁸	1 мм	4 х 10⁶	Кольцевая двухцепочечная
Хромосома №12 дрожжей	1,5х 10⁹	500 мкм	2,2 х 10⁶	Линейная двухцепочечная
Хромосома №3 мухи дрозофилы	4,2 х 10¹⁰	16 мм	6,3 х 10⁷	Линейная двухцепочечная

Общая длина молекул ДНК у человека и человекообразных обезьян составляет около 3 миллиардов нуклеотидов. Суммарная длина всех 46 молекул ДНК человека составляет около двух метров.

В клетках эукариот ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в митохондриях и пластидах.

В клетках прокариот кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. Кроме того, одно- или двухцепочечные молекулы ДНК могут oбразовывать геном ДНК-содержащих вирусов.

ДНК — носитель генетической информации; отдельные участки ДНК соответствуют определенным генам. ДНК точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков о строении, развитии и специфических формах обмена веществ.

ДНК служит также матрицей для синтеза рибонуклеиновых кислот (РНК), определяя тем самым их первичную структуру (транскрипция). Через посредство информационной РНК (иРНК) осуществляется трансляция — синтез специфических белков, структура которых задана ДНК в виде определенной нуклеотидной последовательности.

Пространственная структура ДНК. Полимер ДНК обладает довольно сложной структурой.

Дезоксирибонуклеотиды соединены между собой ковалентно в длинные полинуклеотидные цепи ковалентными фосфодиэфирными связями.

У большинства живых организмов ДНК состоит не из одной, а из двух полинуклеотидных цепей (кроме некоторых вирусов, обладающих одноцепочечными ДНК-геномами).

Две цепи попарно объединяются при помощи водородных связей, возникающих между азотистыми основаниями нуклеотидов. Расположение нуклеотидов в цепях не случайное, а строго определенное: напротив аденина всегда располагается тимин, а напротив гуанина — цитозин (принцип комплементарности); при этом между аденином и тимином возникают две водородные связи, а между тимином и цитозином — три водородные связи.

Направления от 3'-конца к 5'-концу в двух цепях, из которых состоит молекула ДНК, противоположны (цепи «антипараллельны» друг другу).

Эти две длинные цепи закручены одна вокруг другой в виде спирали, в природе эта спираль чаще всего — правозакрученная. Подобно тому, как в винтовой лестнице сбоку можно увидеть ступеньки, на двойной спирали ДНК в промежутках между фосфатным остовом молекулы можно видеть ребра оснований, кольца которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси спирали.

В целом структура молекулы ДНК получила название «двойной спирали». Ширина двойной спирали составляет от 22 до 24 Å (ангстрем), или 2,2 — 2,4 нм.

Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах белков и РНК. Все типы РНК синтезируются на матрице ДНК в результате копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции и затем принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции.

Расшифровка структуры ДНК (1953 год) стала одним из поворотных моментов в истории биологии. За выдающийся вклад в это открытие Фрэнсису Крику, Джеймсу Уотсону, Морису Уилкинсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине в 1962 году.

Функции ДНК: хранение наследственной информации, передача наследственной информации следующему поколению, передача генетической информации из ядра в цитоплазму.

Функция	Уровень	Пояснение
Хранение наследственной информации	У эукариот	ДНК входит в состав хромосом — специализированных структур в ядрах клеток, — предназначенных для хранения наследственной информации и правильного ее распределения в период деления клеток. Хроматиновая нить, слагающая хромосому, образована одной линейной двуцепочной молекулой ДНК, соединенной со специализированными ядерными белками
	У прокариот	ДНК имеет замкнутую кольцевую форму и образует нуклеоид — регион неправильной формы внутри клетки прокариот, в котором находится генетический материал
	У вирусов	ДНК является формой хранения наследственной информации у ДНК- содержащих вирусов. ДНК вирусов может быть двухцепочной или одноцепочной (с последующим увеличением до двухцепочной в клетках хозяина). ДНК имеет линейную форму или кольцевую
Передача наследственной информации	от материнской клетки — дочерним клеткам	Главное свойство молекулы ДНК — это процесс точного самокопирования — репликация (редупликация), — происходящий перед делением клетки. Благодаря этой способности ДНК осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним
	следующему поколению	При бесполом размножении генетическое единство поколений обеспечивается генетическим единообразием всех клеток материнского организма, из которых образуются новые дочерние организмы. При половом размножении количество, качество и разнокачественность генетического материала потомков обеспечивается сначала редукцией ДНК при образовании гамет и, затем, их слиянием
	из ядра в цитоплазму	Процесс транскрипции — синтез РНК на матрице ДНК — отвечает за передачу генетической информации из ядра в цитоплазму. Все иРНК являются переносчиками генетической информации из ядра в цитоплазму, к месту синтеза белка