Анатомија и физиологија на ДНК
ДНК и РНК се двете нуклеински киселини кои играат основна улога во наследноста на луѓето, носејќи ги генетските информации. Пред да навлеземе во детали за структурата и функцијата на секој од нив, треба да се запознаеме со основите што ќе ни помогнат да ја разбереме сложеноста на механизмите на наследување.
Хемиска структура
Разликата помеѓу ДНК и РНК е дадена според видот на пентозен шеќер што ги содржат нивните нуклеотиди: деоксирибоза-Д за ДНК и рибоза- R за РНК. ДНК (деоксирибонуклеинска киселина) се состои од два полинуклеотидни ланци (ланци) и РНК (рибонуклеинска киселина) има само еден полинуклеотиден ланец. Пентозите и фосфорните радикали се заеднички за сите ДНК макромолекули во живиот свет, азотни бази да бидат оние кои даваат специфичност во рамките на наследниот феномен. Фосфатниот радикал дава кисел карактер и негативни полнежи на молекулите на ДНК и РНК.
Секоја нуклеинска киселина содржи 4 типа на нуклеотиди, а разликата меѓу нив е азотните бази кои влегуваат во нивната структура: аденин (А), гванин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) за ДНК и аденин, гванин, цитозин и урацил (у) за РНК. Азотните бази се исто така од 2 вида:
- Пурини: аденин (А) и гванин (Г)
- Пиримидини: цитозин (Ц), тимин (Т) и урацил (У)
За ДНК: P- D- A P- D- G P- D- C P- D- T
За РНК: P- R- A P- R- G P- R- C P- R- U
Постојат само 4 типа на нуклеотиди за секоја нуклеинска киселина, но можностите за рекомбинација, биохемиско кодирање и имплицитно правење различни групи на наследни информации се теоретски бесконечни. Нормално, активната нуклеотидна низа на макромолекули на нуклеинска киселина содржи најмалку 3.000 нуклеотиди, достигнувајќи ги горните граници на стотици илјади милиони нуклеотиди. Покрај тоа, единиците A-T и C-G можат да се менуваат и да се повторуваат 2,3 пати. Затоа, нуклеинските киселини имаат огромен потенцијал за кодирање преку обезбедување пренос на генетски информации од една генерација во друга за време на процесот на клеточна делба.
ДНК
Е материјална поддршка на наследноста и варијабилноста, постојат бројни експериментални докази во врска со ова:
- ДНК има структура специфична за секој вид, специфичност поради апериодичното подредување на азотните бази во структурата на молекулата
- Има способност да се реплицира, така да пренесува генетски информации од една генерација на друга
- Во јадрото на диплоидните соматски клетки (кои содржат парови хомологни хромозоми), без оглед на ткивото, содржината на ДНК е приближно еднаква
- Во јадрото на хаплоидни гамети клетки (со непарирани хромозоми), количината на ДНК се намалува за половина.
- Количината на ДНК е директно пропорционална на бројот на хромозоми: диплоиден или хаплоиден и зависи од фазите на клеточниот циклус
Примарна и секундарна структура
Принципот на комплементарност
Во случај на секундарна структура, низата на бази во синџир ја одредува низата на бази во спротивниот синџир поради фактот што тие имаат комплементарни низи, аденинот се комплементарни на тимин и гванин комплементарни на цитозин. Постојат два водородни моста помеѓу аденин и тимин и три помеѓу гванин и цитозин, мостови кои се раствораат во топлина и доведуваат до раздвојување на едножична ДНК, Искривување на ДНК. G-C врските што содржат 3 H врски е потешко да се разбијат отколку A-T врските што содржат 2 врски. Со полека ладење на мешавината на денатурирани единечни ланци, тие се комбинираат врз основа на комплементарност и ја обновуваат првобитната структура. (Заварување). Ова објаснува како се јавува репликација на ДНК, поправка на ДНК или транскрипција на информации.
Способноста да селгирање на ДНК е дадена од комплементарност и антипаралелност на базите на кополимер, со што информациите се зачувуваат во сукцесијата на клеточните генерации. М-РНК што ја декодира генетската порака обезбедува генетски детерминизам и фенотипско изразување на наследни одлики.
Терциерна структура на ДНК
Дадена е со просторна, тродимензионална дистрибуција на двата спирални ланци. Вотсон и Крик покажаа дека фосфо-јаглехидратниот скелет на макромолекулата е однадвор, а азотните бази одвнатре, рамнината на базните парови е нормална на долгата оска на молекулата, помеѓу постоечките парови хидрофобни интеракции кои ја зголемуваат стабилноста на конструкцијата. Во зависност од терцијарната структура, постојат неколку видови на ДНК молекули кои се изоморфни: А и Б. (декстрогир- ротирајте ја рамнината на поларизирана светлина надесно) и за тип З. (Леворак- ја ротира рамнината на поларизирана светлина налево).
Кај еукариотите, ДНК е поврзана со хистон (протеини) со солени врски, што резултира нуклеопротеин. Протеините го зголемуваат дијаметарот на молекулата на ДНК до 200 и заедно со јони на калциум (Ca 2+) ја стабилизираат просторната архитектура на ДНК. Во комбинација со протеини, ДНК има должина од околу 4000 Å, но со отстранување на хистони може да достигне 7000-8000 Å и дијаметар од 20. Неговата молекуларна маса е 12-16 х 106 далтони, а човечката диплоидна соматска клетка содржи приближно. 7 x 10-9 mg ДНК.
Структура дво-ланец на ДНК има висока физичка стабилност обезбедена вертикално со интрацетенарните фосфодиестерски мостови и хоризонтално со меѓуврзаните водородни мостови. Молекулите на деоксирибозата се ставаат на едниот ланец со кислородот на прстенот на молекулата ориентиран нагоре и на другиот синџир со кислородот насочен надолу, со што целата молекула е принудена да спирала формирајќи тродимензионална спирална структура во двоен спикс. Секој последователен пар азотни бази врти 36 степени во насока на стрелките на часовникот (пресврт во насока на стрелките на часовникот), а двојната спирала прави целосен пресврт од 360 степени за секои 10 пара азотни бази.
Синтеза на ДНК
Процесот на синтеза на ДНК е најважниот настан во случај на клеточна делба што обезбедува целосен пренос на генетските информации зачувани во хромозомската ДНК. Фактот дека ДНК не се исцрпува за време на поделбата се должи на процесот на репликација (автоматско копирање), генетски програмиран процес на раздвојување на влакната и комплементарно склопување на нуклеотиди на секоја нишка на образец со што се создаваат нови ДНК молекули.
Репликација е полуконзерватива и е направен според моделот на патент предложен од Вотсон и Крик, според кој двојната спирала се одвива постепено слично на патентот и ги изложува слободните основи на секој ланец. Заради комплементарност, секоја изложена база ќе биде поврзана со нејзината комплементарна база.
ензими вклучени во процесот на репликација се:
топоизомераза - иницира растворање на двојната спирала на родителската ДНК
хеликаза - вклучени во олабавување на врските помеѓу 2-те родителски синџири заедно со топоизомеразата
- протеин кој ги стабилизира одделните ланци и ја запира рекомбинацијата на 2-те калапи
ДНК полимераза - семејство на ензими кои обезбедуваат раст на новоформираниот ДНК синџир со врзување на комплементарни нуклеотиди на шаблонската нишка. Исто така вклучени во корекција на грешки во репликација.
лигаза - врзување на новоформираните кратки сегменти на ДНК со шаблонската нишка
ПРИЧИНИ
1. Секоја изложена ДНК-нишка е образец за синтеза на нова жичка
2. Во молекулите на ДНК кои произлегуваат од репликација, секогаш ќе има стара жичка (матрица) и нова синтетизирана со врзување на комплементарни азотни бази.
Ензимот вклучен во синтезата на новата нишка на ДНК се нарекува ДНК полимераза кој е вклучен во процесот заедно со 4 нуклеотидни трифосфати (dATP, dCTP, dGTP и dTTP), магнезиумски јони, буквар и матична ДНК низа.
Зголемувањето на ДНК ланецот со ДНК полимераза бара 3'-ОХ групата на деоксирибоза да биде слободна, синтезата континуирано тече во правец 5'-3 ', ензим со 2 основни својства:
- ја издолжува веќе постоечката нишка на ДНК-буквар (образец)
- го катализира додавањето на нуклеотиди на крајот на 3'-ОХ додека го одржува растот во 5'-3 '.
Репликација на ДНК
Поправка на ДНК
Во процес колку што е сложен полуконзервативна синтеза на ДНК грешки можат да се појават често, особено под дејство на фактори на животната средина, како што се јонизирачко зрачење или токсични материи кои дејствуваат за време на репликација на ДНК или во интерфазна фаза G1 (прва фаза од циклусот на клеточна делба) може да предизвика грешки во низата на ДНК макромолекулата што мора да се коригираат за да се спречат генетските мутации.
Ако ДНК полимеразата погрешно воведе нуклеотид, тоа би резултирало во а генетска грешка од 10-4 (Создадена е 1 грешка од 10 на четвртата основа), но во реалноста грешката е 10-8 поради способноста на ДНК полимеразите да откриваат и корегираат грешките за време на репликацијата.
За време на репликацијата, полимеразата ја опкружува ДНК како капсула и кога азотната база што треба да се спои со образецот не е комплементарна, просторната структура на ДНК се менува со зголемување на волуменот на молекулата и блокирање на активноста и ексцизијата на ДНК полимеразата не-комплементарна основа со што се коригира грешката.
Видови на клеточна ДНК
Постојат 2 типа на ДНК во еукариотската клетка, нуклеарна и митохондријална, овие пак се поделени во неколку подвидови.
Видови на нуклеарна ДНК:
• Повторувачки. Е неинформации а дел е вклучен во синтезата на рибозомална РНК и транспортна РНК. Групирана е околу хромозомскиот центромер и е поделена на многу повторувачка ДНК и умерено повторувачка ДНК.
• повторувачки. Е информации а неговите нуклеотидни низи се единствени во геномот. Застапуваат 5-10% од целата нуклеарна ДНК кај Хомо Сапиенс, останатите 90-95% се повторувачка ДНК, која нема функција на складирање и пренесување на генетски информации.
Митохондријална ДНК е генетски материјал на митохондриите, клеточни органи со редокс функција вклучени во клеточното дишење. Овој тип на ДНК е одговорен за синтезата на респираторните ензими. Неговата репликација е инхибирана од рифампицин и хлорамфеникол, антибиотици кои немаат никакво влијание врз нуклеарната ДНК.