DNA (deoxyribonukleinsyre) er en af de vigtigste komponenter i levende stof. Gennem den udføres bevaring og transmission af arvelig information fra generation til generation med mulighed for variabilitet inden for visse grænser. Syntesen af alle proteiner, der er nødvendige for et levende system, ville være umulig uden en DNA-matrix. Nedenfor vil vi overveje strukturen, dannelsen, grundlæggende funktion og rollen af DNA i proteinbiosyntesen.
DNA-molekylets struktur
Deoxyribonukleinsyre er et makromolekyle, der består af to strenge. Dens struktur har flere organisationsniveauer.
DNA-kædens primære struktur er en sekvens af nukleotider, der hver indeholder en af de fire nitrogenholdige baser: adenin, guanin, cytosin eller thymin. Kæder opstår, når deoxyribosesukkeret i et nukleotid forbindes med fosfatresten i et andet. Denne proces udføres med deltagelse af en protein-katalysator - DNA-ligase
- DNA's sekundære struktur er den såkaldte dobbelthelix (mere præcist en dobbeltskrue). Grunde er i standforbinder med hinanden som følger: adenin og thymin danner en dobbelt hydrogenbinding, og guanin og cytosin danner en tripel. Denne funktion ligger til grund for princippet om basiskomplementaritet, ifølge hvilken kæder er forbundet med hinanden. I dette tilfælde forekommer en spiralformet (oftere højre) snoning af dobbeltkæden.
- En tertiær struktur er en kompleks konformation af et enormt molekyle, der opstår gennem yderligere hydrogenbindinger.
- Den kvaternære struktur er dannet i kombination med specifikke proteiner og RNA og er måden, hvorpå DNA pakkes i cellekernen.
DNA-funktioner
Lad os overveje, hvilken rolle DNA spiller i levende systemer. Denne biopolymer er en matrix, der indeholder en registrering af strukturen af forskellige proteiner, RNA, som kroppen har brug for, såvel som forskellige slags regulatoriske steder. Generelt udgør alle disse komponenter kroppens genetiske program.
Gennem DNA-biosyntese bliver det genetiske program videregivet til de næste generationer, hvilket sikrer arveligheden af information, der er fundamental for livet. DNA er i stand til at mutere, på grund af hvilket variationen af levende organismer af én biologisk art opstår, og som et resultat heraf er processen med naturlig udvælgelse og udviklingen af levende systemer mulig.
Under seksuel reproduktion dannes DNA fra en organisme-efterkommer ved at kombinere faderlig og maternel arvelig information. Når de kombineres, er der forskellige variationer, hvilket også bidrager til variabilitet.
Hvordan det genetiske program gengives
På grund af den komplementære struktur er matrix-selv-reproduktion af DNA-molekylet mulig. I dette tilfælde kopieres oplysningerne i den. Duplikeringen af et molekyle til at danne to datter-"dobbelthelixer" kaldes DNA-replikation. Dette er en kompleks proces, der involverer mange komponenter. Men med en vis forenkling kan det repræsenteres som et diagram.
Replikation initieres af et særligt kompleks af enzymer i visse områder af DNA. Samtidig afvikles dobbeltkæden og danner en replikationsgaffel, hvor processen med DNA-biosyntese finder sted - opbygningen af komplementære nukleotidsekvenser på hver af kæderne.
Funktioner i replikeringskomplekset
Replikation fortsætter også med deltagelse af et komplekst sæt enzymer - replisomer, hvori DNA-polymerase spiller hovedrollen.
En af kæderne i forløbet af DNA-biosyntese er lederen og dannes kontinuerligt. Dannelsen af en efterslæbende streng sker ved at vedhæfte korte sekvenser - Okazaki-fragmenter. Disse fragmenter ligeres under anvendelse af DNA-ligase. Sådan en proces kaldes semi-kontinuerlig. Derudover er den karakteriseret som semi-konservativ, da den ene af kæderne i hvert af de nydannede molekyler er forælderen, og den anden er datteren.
DNA-replikation er et af nøgletrinene i celledeling. Denne proces ligger til grund for overførslen af arvelig information til den nye generation, såvel som organismens vækst.
Hvad er proteiner
Protein erdet vigtigste funktionelle element i cellerne i alle levende organismer. De udfører katalytiske, strukturelle, regulatoriske, signalerende, beskyttende og mange andre funktioner.
Et proteinmolekyle er en biopolymer dannet af en sekvens af aminosyrerester. Den er ligesom nukleinsyremolekyler karakteriseret ved tilstedeværelsen af flere niveauer af strukturel organisation - fra primær til kvartær.
Der er 20 forskellige (kanoniske) aminosyrer, der bruges af levende systemer til at opbygge et stort udvalg af proteiner. Som regel syntetiseres protein ikke alene. Den ledende rolle i dannelsen af et komplekst proteinmolekyle tilhører nukleinsyrer - DNA og RNA.
essensen af den genetiske kode
Så DNA er en informationsmatrix, der gemmer information om de proteiner, der er nødvendige for, at kroppen kan vokse og leve. Proteiner er bygget af aminosyrer, DNA (og RNA) fra nukleotider. Visse nukleotidsekvenser af DNA-molekylet svarer til visse aminosyresekvenser af visse proteiner.
Der er 20 typer proteinstrukturenheder - kanoniske aminosyrer - i en celle og 4 typer nukleotider i DNA. Så hver aminosyre er skrevet på DNA-matrixen som en kombination af tre nukleotider - en triplet, hvis nøglekomponenter er nitrogenholdige baser. Dette korrespondanceprincip kaldes den genetiske kode, og basetripletter kaldes kodoner. Gene eren sekvens af kodoner, der indeholder en registrering af et protein og nogle tjenestekombinationer af baser - et startkodon, et stopkodon og andre.
Nogle egenskaber ved den genetiske kode
Den genetiske kode er næsten universel - med meget få undtagelser er den ens i alle organismer, fra bakterier til mennesker. Dette vidner for det første om forholdet mellem alle livsformer på Jorden, og for det andet om selve kodens oldtid. Sandsynligvis, i de tidlige stadier af eksistensen af primitivt liv, dannedes forskellige versioner af koden ret hurtigt, men kun én fik en evolutionær fordel.
Desuden er den specifik (utvetydig): forskellige aminosyrer er ikke kodet af den samme triplet. Den genetiske kode er også karakteriseret ved degeneration eller redundans - flere kodoner kan svare til den samme aminosyre.
Genetisk registrering læses kontinuerligt; funktionerne af tegnsætningstegn udføres også af trillinger af baser. Som regel er der ingen overlappende poster i den genetiske "tekst", men også her er der undtagelser.
Funktionelle enheder af DNA
Samletheden af alt genetisk materiale i en organisme kaldes genomet. DNA er således bæreren af genomet. Sammensætningen af genomet omfatter ikke kun strukturelle gener, der koder for visse proteiner. En betydelig del af DNA'et indeholder regioner med forskellige funktionelle formål.
Så, DNA indeholder:
- regulativsekvenser, der koder for specifikke RNA'er, såsom genetiske switche og regulatorer af strukturel genekspression;
- elementer, der regulerer transkriptionsprocessen - den indledende fase af proteinbiosyntese;
- pseudogener er en slags "fossile gener", der har mistet deres evne til at kode for et protein eller blive transskriberet på grund af mutationer;
- mobile genetiske elementer - regioner, der kan bevæge sig inden for genomet, såsom transposoner ("springende gener");
- telomerer er specielle regioner i enderne af kromosomerne, takket være hvilke DNA'et i kromosomerne er beskyttet mod afkortning med hver replikationshændelse.
Involvering af DNA i proteinbiosyntese
DNA er i stand til at danne en stabil struktur, hvis nøgleelement er den komplementære forbindelse af nitrogenholdige baser. Dobbeltstrengen af DNA giver for det første den fuldstændige reproduktion af molekylet, og for det andet aflæsningen af individuelle sektioner af DNA under proteinsyntese. Denne proces kaldes transskription.
Under transkription bliver en sektion af DNA, der indeholder et bestemt gen, ikke snoet, og på en af kæderne - skabelonen en - syntetiseres et RNA-molekyle som en kopi af den anden kæde, kaldet den kodende. Denne syntese er også baseret på egenskaben af baser til at danne komplementære par. Ikke-kodende serviceregioner af DNA og enzymet RNA-polymerase deltager i syntesen. RNA fungerer allerede som skabelon for proteinsyntese, og DNA er ikke involveret i den videre proces.
Omvendt transskription
I lang tid troede man, at matrixenkopiering af genetisk information kan kun gå i én retning: DNA → RNA → protein. Denne ordning er blevet kaldt molekylærbiologiens centrale dogme. Men i løbet af forskningen har man fundet ud af, at det i nogle tilfælde er muligt at kopiere fra RNA til DNA - den såkaldte reverse transkription.
Evnen til at overføre genetisk materiale fra RNA til DNA er karakteristisk for retrovira. En typisk repræsentant for sådanne RNA-holdige vira er den humane immundefektvirus. Integrationen af det virale genom i DNA'et af en inficeret celle sker med deltagelse af et særligt enzym - revers transkriptase (revertase), som fungerer som en katalysator for DNA-biosyntese på en RNA-skabelon. Revertase er også en del af den virale partikel. Det nydannede molekyle er integreret i det cellulære DNA, hvor det tjener til at producere nye virale partikler.
Hvad er menneskeligt DNA
Humant DNA, indeholdt i cellekernen, er pakket ind i 23 par kromosomer og indeholder omkring 3,1 milliarder parrede nukleotider. Ud over kerne-DNA indeholder menneskeceller ligesom andre eukaryote organismer mitokondrie-DNA, en faktor i arveligheden af mitokondrielle celleorganeller.
Kodende gener af nuklear DNA (der er fra 20 til 25 tusinde af dem) udgør kun en lille del af det menneskelige genom - cirka 1,5 %. Resten af DNA'et blev tidligere kaldt "junk", men talrige undersøgelser afslører den betydelige rolle, som ikke-kodende regioner af genomet har, som blev diskuteret ovenfor. Det er også ekstremt vigtigt at studere processerneomvendt transkription i humant DNA.
Videnskaben har allerede dannet sig en ret klar forståelse af, hvad menneskets DNA er i strukturelle og funktionelle termer, men yderligere arbejde fra videnskabsmænd på dette område vil bringe nye opdagelser og nye biomedicinske teknologier.
