Cum se numește spirala ADN-ului? Structura ADN-ului. Nivelurile de compactare a ADN-ului în cromozomi

Acidul dezoxiribonucleic sau ADN este un purtător de informații genetice. Majoritatea ADN-ului din celule este concentrat în nucleu. Este componenta principală a cromozomilor. La eucariote, ADN-ul se găsește și în mitocondrii și plastide. ADN-ul constă din mononucleotide legate covalent între ele, reprezentând un polimer lung, neramificat. Mononucleotidele care alcătuiesc ADN-ul constau din deoxiriboză, una dintre cele 4 baze azotate (adenină, guanină, citozină și timină) și un reziduu de acid fosforic. Numărul acestor mononucleotide este foarte mare. De exemplu, în celulele procariote care conțin un singur cromozom, ADN-ul este o singură macromoleculă cu o greutate moleculară mai mare de 2 x 109.

Mononucleotidele unei catene de ADN sunt conectate secvenţial unele de altele datorită formării legături covalente fosfodiester între grupa OH a dezoxiribozei unei mononucleotide și restul de acid fosforic al alteia. Pe o parte a coloanei vertebrale rezultată a unei catene de ADN există baze azotate. Ele pot fi comparate cu patru margele diferite plasate pe un fir, deoarece... sunt, parcă, înșirate pe un lanț de zahăr-fosfat.

Se pune întrebarea: cum poate acest lanț lung de polinucleotide să codifice programul de dezvoltare al unei celule sau chiar al unui întreg organism? Răspunsul la această întrebare poate fi obținut prin înțelegerea modului în care se formează structura spațială a ADN-ului. Structura acestei molecule a fost descifrată și descrisă de J. Watson și F. Crick în 1953.

Moleculele de ADN sunt două catene care rulează paralel una cu cealaltă și se formează spirala dreapta . Lățimea acestei spirale este de aproximativ 2 nm, dar lungimea ei poate ajunge la sute de mii de nanometri. Watson și Crick au propus un model de ADN, conform căruia toate bazele ADN sunt situate în interiorul helixului, cu o coloană vertebrală de zahăr-fosfat situată în exterior. Astfel, bazele unui lanț sunt cât mai aproape posibil de bazele celuilalt,
prin urmare, între ele se formează legături de hidrogen. Structura helixului ADN este de așa natură încât lanțurile de polinucleotide care o alcătuiesc pot fi separate numai după ce se desfășoară.

Datorită proximității maxime a celor două lanțuri de ADN, compoziția sa conține aceeași cantitate de baze azotate de un tip (adenină și guanină) și baze azotate de alt tip (timină și citozină), adică formula este valabilă: A+G=T+C. Acest lucru se explică prin dimensiunea bazelor azotate, și anume, lungimea structurilor care se formează datorită apariției unei legături de hidrogen între perechile adenină-timină și guanină-citozină este de aproximativ 1,1 nm. Dimensiunile totale ale acestor perechi corespund dimensiunilor părții interioare a helixului ADN. Pentru a forma o spirală, perechea C-T ar fi prea mică, iar perechea A-G, dimpotrivă, prea mare. Adică, baza azotată a primei catene de ADN determină baza care se află în același loc pe cealaltă catenă de ADN. Corespondența strictă a nucleotidelor situate într-o moleculă de ADN în lanțuri pereche paralele între ele se numește complementaritatea (adiţional). Reproducere exactă sau replicare informația genetică este posibilă tocmai datorită acestei caracteristici a moleculei de ADN.

Informațiile biologice sunt scrise în ADN în așa fel încât să poată fi exact copiate și transmise celulelor descendente. Înainte de a avea loc diviziunea celulară replicare (autodublare ) ADN. Deoarece fiecare catenă conține o secvență de nucleotide care este complementară cu cea a catenei partenere, acestea poartă de fapt aceeași informație genetică. Dacă separați firele și folosiți fiecare dintre ele ca șablon (șablon) pentru a construi oa doua catenă, veți obține două noi catene de ADN identice. Exact așa se dublează ADN-ul într-o celulă.

În dreapta este cel mai mare helix de ADN uman, construit din oameni de pe plaja din Varna (Bulgaria), inclus în Cartea Recordurilor Guinness pe 23 aprilie 2016

Acidul dezoxiribonucleic. Informații generale

ADN-ul (acidul dezoxiribonucleic) este un fel de plan pentru viață, un cod complex care conține date despre informații ereditare. Această macromoleculă complexă este capabilă să stocheze și să transmită informații genetice ereditare din generație în generație. ADN-ul determină proprietăți ale oricărui organism viu precum ereditatea și variabilitatea. Informațiile codificate în el stabilesc întregul program de dezvoltare al oricărui organism viu. Factorii determinați genetic predetermina întregul curs de viață atât al unei persoane, cât și al oricărui alt organism. Influențele artificiale sau naturale din mediul extern pot afecta doar ușor expresia generală a trăsăturilor genetice individuale sau pot afecta dezvoltarea proceselor programate.

Acidul dezoxiribonucleic(ADN) este o macromoleculă (una dintre cele trei principale, celelalte două sunt ARN și proteine) care asigură stocarea, transmiterea din generație în generație și implementarea programului genetic de dezvoltare și funcționare a organismelor vii. ADN-ul conține informații despre structura diferitelor tipuri de ARN și proteine.

În celulele eucariote (animale, plante și ciuperci), ADN-ul se găsește în nucleul celulei ca parte a cromozomilor, precum și în unele organite celulare (mitocondrii și plastide). În celulele organismelor procariote (bacterii și arhee), o moleculă de ADN circulară sau liniară, așa-numitul nucleoid, este atașată din interior de membrana celulară. În ele și la eucariotele inferioare (de exemplu, drojdia), se găsesc și mici molecule de ADN autonome, predominant circulare, numite plasmide.

Din punct de vedere chimic, ADN-ul este o moleculă lungă de polimer constând din blocuri repetate numite nucleotide. Fiecare nucleotidă constă dintr-o bază azotată, un zahăr (dezoxiriboză) și o grupare fosfat. Legăturile dintre nucleotidele din lanț sunt formate din deoxiriboză ( CU) și fosfat ( F) grupe (legături fosfodiester).

Orez. 2. Nucleotida este formată dintr-o bază azotată, un zahăr (dezoxiriboză) și o grupare fosfat

În marea majoritate a cazurilor (cu excepția unor virusuri care conțin ADN monocatenar), macromolecula de ADN este formată din două lanțuri orientate cu baze azotate unul spre celălalt. Această moleculă dublu catenară este răsucită de-a lungul unei spirale.

Există patru tipuri de baze azotate găsite în ADN (adenină, guanină, timină și citozină). Bazele azotate ale unuia dintre lanțuri sunt legate de bazele azotate ale celuilalt lanț prin legături de hidrogen conform principiului complementarității: adenina se combină numai cu timina ( LA), guanina - numai cu citozina ( G-C). Aceste perechi sunt cele care alcătuiesc „treptele” „scării” spiralate ADN (vezi: Fig. 2, 3 și 4).

Orez. 2. Baze azotate

Secvența de nucleotide vă permite să „codați” informații despre diferite tipuri de ARN, dintre care cele mai importante sunt mesager sau șablon (ARNm), ribozomal (ARNr) și transport (ARNt). Toate aceste tipuri de ARN sunt sintetizate pe un șablon de ADN prin copierea unei secvențe de ADN într-o secvență de ARN sintetizată în timpul transcripției și participă la biosinteza proteinelor (procesul de traducere). Pe lângă secvențele de codificare, ADN-ul celular conține secvențe care îndeplinesc funcții de reglementare și structurale.

Orez. 3. Replicarea ADN-ului

Dispunerea combinațiilor de bază ale compușilor chimici ADN și relațiile cantitative dintre aceste combinații asigură codificarea informațiilor ereditare.

Educaţie ADN nou (replicare)

1. Proces de replicare: derularea dublei helix ADN - sinteza catenelor complementare de către ADN polimerază - formarea a două molecule de ADN dintr-una.
2. Helixul dublu se „desface” în două ramuri atunci când enzimele rup legătura dintre perechile de baze ale compușilor chimici.
3. Fiecare ramură este un element al noului ADN. Noile perechi de baze sunt conectate în aceeași secvență ca și în ramura părinte.

La finalizarea duplicării, se formează două elice independente, create din compuși chimici ai ADN-ului părinte și având același cod genetic. În acest fel, ADN-ul este capabil să transmită informații de la celulă la celulă.

Informații mai detaliate:

STRUCTURA ACIZILOR NUCLEICI

Orez. 4 . Baze azotate: adenina, guanina, citozina, timina

Acidul dezoxiribonucleic(ADN) se referă la acizi nucleici. Acizi nucleici sunt o clasă de biopolimeri neregulați ai căror monomeri sunt nucleotide.

NUCLEOTIDE constau din baza azotata, conectat la un carbohidrat cu cinci atomi de carbon (pentoză) - dezoxiriboză(în cazul ADN-ului) sau riboza(în cazul ARN), care se combină cu un rest de acid fosforic (H 2 PO 3 -).

Baze azotate Există două tipuri: baze pirimidinice - uracil (numai în ARN), citozină și timină, baze purinice - adenină și guanină.

Orez. 5. Structura nucleotidelor (stânga), localizarea nucleotidelor în ADN (jos) și tipuri de baze azotate (dreapta): pirimidină și purină

Atomii de carbon din molecula de pentoză sunt numerotați de la 1 la 5. Fosfatul se combină cu al treilea și al cincilea atom de carbon. Acesta este modul în care nucleinotidele sunt combinate într-un lanț de acid nucleic. Astfel, putem distinge capetele 3’ și 5’ ale catenei de ADN:

Orez. 6. Izolarea capetelor 3’ și 5’ ale lanțului de ADN

Se formează două catene de ADN dublu helix. Aceste lanțuri din spirală sunt orientate în direcții opuse. În diferite catene de ADN, bazele azotate sunt conectate între ele prin legături de hidrogen. Adenina se împerechează întotdeauna cu timina, iar citozina se împerechează întotdeauna cu guanina. Se numeste regula complementaritatii(cm. principiul complementaritatii).

Regula de complementaritate:

De exemplu, dacă ni se dă o catenă de ADN cu secvența

3’- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5’,

atunci cel de-al doilea lanț va fi complementar acestuia și îndreptat în direcția opusă - de la capătul 5’ până la capătul 3:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

Orez. 7. Direcția lanțurilor moleculei de ADN și legătura bazelor azotate folosind legături de hidrogen

REPLICAREA ADN-ului

Replicarea ADN-ului este procesul de dublare a unei molecule de ADN prin sinteza șablonului. În majoritatea cazurilor de replicare naturală a ADN-uluigrundpentru sinteza ADN este fragment scurt (recreat). Un astfel de primer ribonucleotidic este creat de enzima primaza (ADN primaza la procariote, ADN polimeraza la eucariote) și este ulterior înlocuit cu dezoxiribonucleotidă polimerază, care în mod normal îndeplinește funcții de reparare (corectarea daunelor chimice și a rupțiilor în molecula de ADN).

Replicarea are loc conform unui mecanism semi-conservator. Aceasta înseamnă că dublul helix al ADN-ului se desfășoară și un nou lanț este construit pe fiecare dintre lanțurile sale conform principiului complementarității. Molecula de ADN fiică conține astfel o catenă din molecula părinte și una nou sintetizată. Replicarea are loc în direcția de la capătul 3’ la capătul 5’ al firului mamă.

Orez. 8. Replicarea (dublarea) unei molecule de ADN

sinteza ADN-ului- acesta nu este un proces atât de complicat pe cât ar părea la prima vedere. Dacă te gândești, mai întâi trebuie să-ți dai seama ce este sinteza. Acesta este procesul de a combina ceva într-un întreg. Formarea unei noi molecule de ADN are loc în mai multe etape:

1) ADN-topoizomeraza, situată în fața furcii de replicare, taie ADN-ul pentru a facilita desfășurarea și derularea acestuia.
2) ADN helicaza, în urma topoizomerazei, influențează procesul de „desîmpletire” a helixului ADN.
3) Proteinele care leagă ADN-ul leagă catenele de ADN și, de asemenea, le stabilizează, împiedicându-le să se lipească unele de altele.
4) ADN polimeraza 5(delta) , coordonat cu viteza de mișcare a furcii de replicare, realizează sintezaconducerelanţuri filială ADN-ul în direcția 5"→3" pe matrice maternă Catenele de ADN în direcția de la capătul său de 3" la capătul de 5" (viteză de până la 100 de perechi de nucleotide pe secundă). Aceste evenimente la aceasta maternă Catenele de ADN sunt limitate.

Orez. 9. Reprezentarea schematică a procesului de replicare a ADN-ului: (1) Catenă întârziată (catenă întârziată), (2) Catenă principală (catena principală), (3) ADN polimerază α (Polα), (4) ADN ligază, (5) ARN -primer, (6) Primaza, (7) Fragment Okazaki, (8) ADN polimeraza 5 (Polδ), (9) Helicaza, (10) Proteine ​​monocatenar de legare la ADN, (11) Topoizomeraza.

Sinteza catenei întârziate a ADN-ului fiică este descrisă mai jos (vezi. Sistem bifurcația de replicare și funcțiile enzimelor de replicare)

Pentru mai multe informații despre replicarea ADN-ului, consultați

5) Imediat după ce cealaltă catenă a moleculei mamă este desfăcută și stabilizată, aceasta este atașată de eaADN polimeraza α(alfa)iar în direcția 5"→3" sintetizează un primer (primer ARN) - o secvență de ARN pe o matriță ADN cu o lungime de 10 până la 200 de nucleotide. După aceasta enzimaîndepărtat din catena de ADN.

În loc de ADN polimerazeα este atașat la capătul de 3" al grundului ADN polimerazaε .

6) ADN polimerazaε (epsilon) pare să continue să extindă grundul, dar îl introduce ca substratdezoxiribonucleotide(în cantitate de 150-200 de nucleotide). Ca rezultat, un singur fir este format din două părți -ARN(adică grund) și ADN. ADN polimeraza εrulează până când întâlnește primerul anteriorfragment de Okazaki(sintetizat puțin mai devreme). După aceasta, această enzimă este îndepărtată din lanț.

7) ADN polimeraza β(beta) stă în schimbADN polimeraza ε,se deplasează în aceeași direcție (5"→3") și îndepărtează ribonucleotidele primerului în timp ce se inserează simultan și dezoxiribonucleotidele în locul lor. Enzima funcționează până când primerul este complet îndepărtat, adică. până la o dezoxiribonucleotidă (un sintetizat chiar mai devremeADN polimeraza ε). Enzima nu este capabilă să conecteze rezultatul muncii sale cu ADN-ul din față, așa că iese din lanț.

Drept urmare, un fragment de ADN fiică „se află” pe matricea firului mamă. Se numestefragment de Okazaki.

8) ADN ligaza leagă două adiacente fragmente din Okazaki , adică Capătul de 5" al segmentului sintetizatADN polimeraza ε,și lanț de capăt de 3" încorporatADN polimerazaβ .

STRUCTURA ARN-ului

Acid ribonucleic(ARN) este una dintre cele trei macromolecule principale (celelalte două sunt ADN și proteine) care se găsesc în celulele tuturor organismelor vii.

La fel ca ADN-ul, ARN-ul constă dintr-un lanț lung în care este numită fiecare verigă nucleotide. Fiecare nucleotidă constă dintr-o bază azotată, un zahăr riboză și o grupare fosfat. Cu toate acestea, spre deosebire de ADN, ARN-ul are de obicei o catenă mai degrabă decât două. Pentoza din ARN este riboză, nu deoxiriboză (riboza are o grupare hidroxil suplimentară pe al doilea atom de carbohidrat). În cele din urmă, ADN-ul diferă de ARN în compoziția bazelor azotate: în loc de timină ( T) ARN conține uracil ( U) , care este, de asemenea, complementar cu adenina.

Secvența de nucleotide permite ARN-ului să codifice informații genetice. Toate organismele celulare folosesc ARN (ARNm) pentru a programa sinteza proteinelor.

ARN-ul celular este produs printr-un proces numit transcriere , adică sinteza ARN pe o matrice ADN, realizată de enzime speciale - ARN polimeraze.

ARN-urile mesager (ARNm) participă apoi la un proces numit difuzare, acestea. sinteza proteinelor pe o matrice de ARNm cu participarea ribozomilor. Alte ARN-uri suferă modificări chimice după transcripție, iar după formarea structurilor secundare și terțiare, îndeplinesc funcții în funcție de tipul de ARN.

Orez. 10. Diferența dintre ADN și ARN în baza azotată: în loc de timină (T), ARN-ul conține uracil (U), care este și complementar cu adenina.

TRANSCRIERE

Acesta este procesul de sinteză a ARN-ului pe un șablon de ADN. ADN-ul se derulează la unul dintre locuri. Una dintre catene conține informații care trebuie copiate pe o moleculă de ARN - această catenă se numește șir de codificare. A doua catenă de ADN, complementară celei codificatoare, se numește șablon. În timpul transcripției, un lanț de ARN complementar este sintetizat pe catena șablon în direcția 3’ - 5’ (de-a lungul catenei de ADN). Aceasta creează o copie ARN a lanțului de codificare.

Orez. 11. Reprezentarea schematică a transcripției

De exemplu, dacă ni se dă secvența lanțului de codificare

3’- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5’,

apoi, conform regulii de complementaritate, lanțul matricei va purta secvența

5’- TACAGGATCGACGAGC- 3’,

iar ARN-ul sintetizat din acesta este secvenţa

EMISIUNE

Să luăm în considerare mecanismul sinteza proteinei pe matricea ARN, precum și codul genetic și proprietățile acestuia. De asemenea, pentru claritate, la linkul de mai jos, vă recomandăm să vizionați un scurt videoclip despre procesele de transcriere și traducere care au loc într-o celulă vie:

Orez. 12. Procesul de sinteză a proteinelor: codurile ADN pentru ARN, codurile ARN pentru proteine

COD GENETIC

Cod genetic- o metodă de codificare a secvenței de aminoacizi a proteinelor folosind o secvență de nucleotide. Fiecare aminoacid este codificat de o secvență de trei nucleotide - un codon sau triplet.

Cod genetic comun pentru majoritatea pro- și eucariote. Tabelul prezintă toți cei 64 de codoni și aminoacizii corespunzători. Ordinea de bază este de la capătul de 5" la 3" al ARNm.

Tabelul 1. Cod genetic standard

Printre tripleți, există 4 secvențe speciale care servesc drept „semne de punctuație”:

• *Triplet AUG, care codifică și metionina, se numește codonul de pornire. Sinteza unei molecule proteice începe cu acest codon. Astfel, în timpul sintezei proteinelor, primul aminoacid din secvență va fi întotdeauna metionina.

• ** Tripleți UAA, UAGȘi U.G.A. sunt numite codoni de oprireși nu codificați pentru un singur aminoacid. La aceste secvențe, sinteza proteinelor se oprește.

Proprietățile codului genetic

1. Tripletate. Fiecare aminoacid este codificat de o secvență de trei nucleotide - un triplet sau codon.

2. Continuitate. Nu există nucleotide suplimentare între tripleți; informația este citită continuu.

3. Nesuprapunere. O nucleotidă nu poate fi inclusă în două triplete în același timp.

4. Neambiguitate. Un codon poate codifica doar un aminoacid.

5. Degenerescenta. Un aminoacid poate fi codificat de mai mulți codoni diferiți.

6. Versatilitate. Codul genetic este același pentru toate organismele vii.

Exemplu. Ni se dă secvența lanțului de codificare:

3’- CCGATTGCACCGTCGATCGTATA- 5’.

Lanțul de matrice va avea secvența:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Acum „sintetizează” ARN informațional din acest lanț:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Sinteza proteinelor se desfășoară în direcția 5’ → 3’, prin urmare, trebuie să inversăm secvența pentru a „citi” codul genetic:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Acum să găsim codonul de început AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Să împărțim secvența în triplete:

sună așa: informațiile sunt transferate de la ADN la ARN (transcripție), de la ARN la proteină (traducere). ADN-ul poate fi, de asemenea, duplicat prin replicare, iar procesul de transcriere inversă este de asemenea posibil, atunci când ADN-ul este sintetizat dintr-un matriță de ARN, dar acest proces este în principal caracteristic virusurilor.

Orez. 13. Dogma centrală a biologiei moleculare

GENOM: GENE și CROMOZOMI

(concepte generale)

Genom - totalitatea tuturor genelor unui organism; setul complet de cromozomi.

Termenul „genom” a fost propus de G. Winkler în 1920 pentru a descrie setul de gene conținut în setul haploid de cromozomi ai organismelor unei specii biologice. Sensul inițial al acestui termen a indicat că conceptul de genom, în contrast cu un genotip, este o caracteristică genetică a speciei în ansamblu, și nu a unui individ. Odată cu dezvoltarea geneticii moleculare, sensul acestui termen s-a schimbat. Se știe că ADN-ul, care este purtătorul de informații genetice în majoritatea organismelor și, prin urmare, formează baza genomului, include nu numai gene în sensul modern al cuvântului. Majoritatea ADN-ului celulelor eucariote este reprezentată de secvențe de nucleotide necodante („redundante”) care nu conțin informații despre proteine ​​și acizi nucleici. Astfel, partea principală a genomului oricărui organism este întregul ADN al setului său haploid de cromozomi.

Genele sunt secțiuni de molecule de ADN care codifică polipeptide și molecule de ARN

În ultimul secol, înțelegerea noastră asupra genelor s-a schimbat semnificativ. Anterior, un genom era o regiune a unui cromozom care codifică sau definește o caracteristică sau fenotipic proprietate (vizibilă), cum ar fi culoarea ochilor.

În 1940, George Beadle și Edward Tatham au propus o definiție moleculară a genei. Oamenii de știință au procesat sporii fungici Neurospora crassa Raze X și alți agenți care provoacă modificări ale secvenței ADN ( mutatii) și au descoperit tulpini mutante ale ciupercii care pierduseră unele enzime specifice, ceea ce, în unele cazuri, a dus la perturbarea întregii căi metabolice. Beadle și Tatem au ajuns la concluzia că o genă este o bucată de material genetic care specifică sau codifică o singură enzimă. Așa a apărut ipoteza „o genă – o enzimă”. Acest concept a fost ulterior extins pentru a defini „o genă – o polipeptidă”, deoarece multe gene codifică proteine ​​care nu sunt enzime, iar polipeptida poate fi o subunitate a unui complex proteic complex.

În fig. Figura 14 prezintă o diagramă a modului în care tripleții de nucleotide din ADN determină o polipeptidă - secvența de aminoacizi a unei proteine ​​prin medierea ARNm. Unul dintre lanțurile de ADN joacă rolul unui șablon pentru sinteza ARNm, tripleții de nucleotide (codoni) cărora sunt complementare tripleților de ADN. La unele bacterii și multe eucariote, secvențele de codificare sunt întrerupte de regiuni necodificatoare (numite intronii).

Determinarea biochimică modernă a genei chiar mai specific. Genele sunt toate secțiunile de ADN care codifică secvența primară a produselor finale, care includ polipeptide sau ARN care au o funcție structurală sau catalitică.

Alături de gene, ADN-ul conține și alte secvențe care îndeplinesc exclusiv o funcție de reglare. Secvențe de reglementare poate marca începutul sau sfârșitul genelor, poate influența transcripția sau poate indica locul de inițiere a replicării sau recombinării. Unele gene pot fi exprimate în moduri diferite, aceeași bucată de ADN servind ca șablon pentru formarea diferiților produse.

Putem calcula aproximativ dimensiunea minimă a genei, care codifică proteina mijlocie. Fiecare aminoacid dintr-un lanț polipeptidic este codificat de o secvență de trei nucleotide; secvențele acestor tripleți (codoni) corespund lanțului de aminoacizi din polipeptidă care este codificată de această genă. Un lanț polipeptidic de 350 de resturi de aminoacizi (lanț de lungime medie) corespunde unei secvențe de 1050 bp. ( Perechi de baze). Cu toate acestea, multe gene eucariote și unele gene procariote sunt întrerupte de segmente de ADN care nu poartă informații despre proteine ​​și, prin urmare, se dovedesc a fi mult mai lungi decât arată un simplu calcul.

Câte gene sunt pe un cromozom?

Orez. 15. Vedere a cromozomilor din celulele procariote (stânga) și eucariote. Histonele sunt o clasă mare de proteine ​​nucleare care îndeplinesc două funcții principale: participă la împachetarea catenelor de ADN în nucleu și la reglarea epigenetică a proceselor nucleare, cum ar fi transcripția, replicarea și repararea.

ADN-ul procariotelor este mai simplu: celulele lor nu au nucleu, astfel încât ADN-ul este localizat direct în citoplasmă sub formă de nucleoid.

După cum se știe, celulele bacteriene au un cromozom sub forma unei catene de ADN dispuse într-o structură compactă - un nucleoid. Cromozom procariot Escherichia coli, al cărui genom a fost complet descifrat, este o moleculă circulară de ADN (de fapt, nu este un cerc perfect, ci mai degrabă o buclă fără început sau sfârșit), constând din 4.639.675 bp. Această secvență conține aproximativ 4.300 de gene de proteine ​​și alte 157 de gene pentru molecule stabile de ARN. ÎN genomul uman aproximativ 3,1 miliarde de perechi de baze corespunzând la aproape 29.000 de gene situate pe 24 de cromozomi diferiți.

Procariote (Bacterii).

Bacterie E coli are o moleculă de ADN circulară dublu catenară. Este format din 4.639.675 bp. și atinge o lungime de aproximativ 1,7 mm, care depășește lungimea celulei în sine E coli de aproximativ 850 de ori. În plus față de cromozomul circular mare ca parte a nucleoidului, multe bacterii conțin una sau mai multe molecule circulare mici de ADN care sunt libere localizate în citosol. Aceste elemente extracromozomiale se numesc plasmide(Fig. 16).

Majoritatea plasmidelor constau din doar câteva mii de perechi de baze, unele conțin mai mult de 10.000 bp. Ei transportă informații genetice și se reproduc pentru a forma plasmide fiice, care intră în celulele fiice în timpul diviziunii celulei părinte. Plasmidele se găsesc nu numai în bacterii, ci și în drojdii și alte ciuperci. În multe cazuri, plasmidele nu oferă niciun beneficiu celulelor gazdă și singurul lor scop este de a se reproduce independent. Cu toate acestea, unele plasmide poartă gene benefice gazdei. De exemplu, genele conținute în plasmide pot face celulele bacteriene rezistente la agenții antibacterieni. Plasmidele care poartă gena β-lactamazei oferă rezistență la antibioticele β-lactamice, cum ar fi penicilina și amoxicilina. Plasmidele pot trece de la celulele care sunt rezistente la antibiotice la alte celule ale aceleiași specii sau ale unei specii diferite de bacterii, determinând și acele celule să devină rezistente. Utilizarea intensivă a antibioticelor este un factor selectiv puternic care promovează răspândirea plasmidelor care codifică rezistența la antibiotice (precum și a transpozonilor care codifică gene similare) printre bacteriile patogene, ducând la apariția tulpinilor bacteriene cu rezistență la antibiotice multiple. Medicii încep să înțeleagă pericolele utilizării pe scară largă a antibioticelor și le prescriu numai în cazuri de nevoie urgentă. Din motive similare, utilizarea pe scară largă a antibioticelor pentru tratarea animalelor de fermă este limitată.

Vezi si: Ravin N.V., Shestakov S.V. Genomul procariotelor // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. T. 17. Nr. 4/2. p. 972-984.

eucariote.

Tabelul 2. ADN-ul, genele și cromozomii unor organisme

Notă. Informațiile sunt actualizate constant; Pentru mai multe informații actualizate, vă rugăm să consultați site-urile web ale proiectelor individuale de genomică

* Pentru toate eucariotele, cu excepția drojdiei, este dat setul diploid de cromozomi. Diploid trusa cromozomi (din grecescul diploos - dublu și eidos - specie) - dublu set de cromozomi(2n), fiecare dintre ele având unul omolog.
**Setul haploid. Tulpinile de drojdie sălbatică au de obicei opt (octaploide) sau mai multe seturi ale acestor cromozomi.
***Pentru femelele cu doi cromozomi X. Bărbații au un cromozom X, dar nu Y, adică doar 11 cromozomi.

Drojdia, una dintre cele mai mici eucariote, are de 2,6 ori mai mult ADN decât E coli(Masa 2). Celule de muște de fructe Drosophila, un subiect clasic al cercetării genetice, conțin de 35 de ori mai mult ADN, iar celulele umane conțin de aproximativ 700 de ori mai mult ADN decât E coli. Multe plante și amfibieni conțin și mai mult ADN. Materialul genetic al celulelor eucariote este organizat sub formă de cromozomi. Setul diploid de cromozomi (2 n) depinde de tipul de organism (Tabelul 2).

De exemplu, o celulă somatică umană are 46 de cromozomi ( orez. 17). Fiecare cromozom al unei celule eucariote, așa cum se arată în Fig. 17, A, conține o moleculă de ADN dublu catenară foarte mare. Douăzeci și patru de cromozomi umani (22 de cromozomi perechi și doi cromozomi sexuali X și Y) variază în lungime de peste 25 de ori. Fiecare cromozom eucariot conține un set specific de gene.

Orez. 17. Cromozomii eucariotelor.A- o pereche de cromatide surori legate și condensate dintr-un cromozom uman. În această formă, cromozomii eucarioți rămân după replicare și în metafază în timpul mitozei. b- un set complet de cromozomi dintr-un leucocit al unuia dintre autorii cărții. Fiecare celulă somatică umană normală conține 46 de cromozomi.

Mărimea și funcția ADN-ului ca matrice pentru stocarea și transmiterea materialului ereditar explică prezența unor elemente structurale speciale în organizarea acestei molecule. În organismele superioare, ADN-ul este distribuit între cromozomi.

Colecția de ADN (cromozomi) a unui organism se numește genom. Cromozomii se găsesc în nucleul celulei și formează o structură numită cromatină. Cromatina este un complex de ADN și proteine ​​de bază (histone) într-un raport de 1:1. Lungimea ADN-ului este de obicei măsurată prin numărul de perechi de nucleotide complementare (pb). De exemplu, al treilea cromozom umansecolul este o moleculă de ADN care măsoară 160 de milioane de pb. are o lungime de aproximativ 1 mm, prin urmare, molecula liniarizată a celui de-al treilea cromozom uman ar avea 5 mm lungime, iar ADN-ul tuturor celor 23 de cromozomi (~3 * 10 9 bp, MR = 1,8 * 10 12) al unui haploid celulă - un ovul sau spermatozoid - în formă liniară ar fi de 1 m Cu excepția celulelor germinale, toate celulele corpului uman (sunt aproximativ 1013 dintre ele) conțin un set dublu de cromozomi. În timpul diviziunii celulare, toate cele 46 de molecule de ADN sunt replicate și reorganizate în 46 de cromozomi.

Dacă conectați moleculele de ADN ale genomului uman (22 de cromozomi și cromozomi X și Y sau X și X), obțineți o secvență lungă de aproximativ un metru. Notă: La toate mamiferele și alte organisme masculine heterogametice, femelele au doi cromozomi X (XX), iar masculii au un cromozom X și un cromozom Y (XY).

Majoritatea celulelor umane, astfel încât lungimea totală a ADN-ului acestor celule este de aproximativ 2 m. Un om adult are aproximativ 10 14 celule, deci lungimea totală a tuturor moleculelor de ADN este de 2·10 11 km. Pentru comparație, circumferința Pământului este de 4 ・ 10 4 km, iar distanța de la Pământ la Soare este de 1,5 ・ 10 8 km. Iată cât de uimitor de compact este ADN-ul împachetat în celulele noastre!

În celulele eucariote există și alte organite care conțin ADN - mitocondriile și cloroplastele. Au fost avansate multe ipoteze cu privire la originea ADN-ului mitocondrial și cloroplastic. Punctul de vedere general acceptat astăzi este că ele reprezintă rudimentele cromozomilor bacteriilor antice, care au pătruns în citoplasma celulelor gazdă și au devenit precursorii acestor organite. ADN-ul mitocondrial codifică ARNt și ARNr mitocondrial, precum și câteva proteine ​​mitocondriale. Peste 95% din proteinele mitocondriale sunt codificate de ADN-ul nuclear.

STRUCTURA GENELOR

Să luăm în considerare structura genei la procariote și eucariote, asemănările și diferențele lor. În ciuda faptului că o genă este o secțiune a ADN-ului care codifică o singură proteină sau ARN, pe lângă partea de codificare imediată, aceasta include, de asemenea, elemente de reglementare și alte elemente structurale care au structuri diferite la procariote și eucariote.

Secvență de codificare- principala unitate structurală și funcțională a unei gene, în ea se află tripleți de nucleotide care codificăsecvența de aminoacizi. Începe cu un codon de pornire și se termină cu un codon de oprire.

Înainte și după secvența de codare există secvenţe 5' şi 3' netraduse. Ei îndeplinesc funcții de reglare și auxiliare, de exemplu, asigurând aterizarea ribozomului pe ARNm.

Secvențele netraduse și codificante alcătuiesc unitatea de transcripție - secțiunea de ADN transcrisă, adică secțiunea de ADN din care are loc sinteza ARNm.

Terminator- o secțiune netranscrisă de ADN la capătul unei gene în care sinteza ARN se oprește.

La începutul genei este regiune de reglementare, care include promotorȘi operator.

Promotor- secvența de care se leagă polimeraza în timpul inițierii transcripției. Operator- aceasta este o zonă de care se pot lega proteinele speciale - represori, care poate reduce activitatea sintezei ARN din această genă - cu alte cuvinte, o reduce expresie.

Structura genei la procariote

Planul general al structurii genelor la procariote și eucariote nu este diferit - ambele conțin o regiune de reglare cu un promotor și un operator, o unitate de transcripție cu secvențe codificatoare și netraduse și un terminator. Cu toate acestea, organizarea genelor diferă între procariote și eucariote.

Orez. 18. Schema structurii genelor la procariote (bacterii) -imaginea este mărită

La începutul și la sfârșitul operonului există regiuni de reglare comune pentru mai multe gene structurale. Din regiunea transcrisă a operonului, se citește o moleculă de ARNm, care conține mai multe secvențe de codificare, fiecare având propriul codon de pornire și de oprire. Din fiecare dintre aceste zone cuse sintetizează o proteină. Prin urmare, Mai multe molecule de proteine ​​sunt sintetizate dintr-o moleculă de ARNm.

Procariotele se caracterizează prin combinarea mai multor gene într-o singură unitate funcțională - operon. Funcționarea operonului poate fi reglată de alte gene, care pot fi vizibil îndepărtate de operonul însuși - regulatorii. Proteina tradusă din această genă se numește represor. Se leagă de operatorul operonului, reglând expresia tuturor genelor conținute în el simultan.

Procariotele sunt, de asemenea, caracterizate de acest fenomen cuplarea transcripţie-traducere.

Orez. 19 Fenomenul de cuplare a transcripției și translației la procariote - imaginea este mărită

O astfel de cuplare nu are loc la eucariote din cauza prezenței unei învelișuri nucleare care separă citoplasma, unde are loc translația, de materialul genetic pe care are loc transcripția. La procariote, în timpul sintezei ARN pe un șablon de ADN, un ribozom se poate lega imediat de molecula de ARN sintetizată. Astfel, traducerea începe chiar înainte de finalizarea transcripției. Mai mult, mai mulți ribozomi se pot lega simultan la o moleculă de ARN, sintetizând mai multe molecule dintr-o proteină simultan.

Structura genei la eucariote

Genele și cromozomii eucariotelor sunt organizate foarte complex

Multe specii de bacterii au un singur cromozom și în aproape toate cazurile există o copie a fiecărei gene pe fiecare cromozom. Doar câteva gene, cum ar fi genele ARNr, se găsesc în mai multe copii. Genele și secvențele de reglare alcătuiesc aproape întregul genom procariotic. Mai mult, aproape fiecare genă corespunde strict secvenței de aminoacizi (sau secvenței de ARN) pe care o codifică (Fig. 14).

Organizarea structurală și funcțională a genelor eucariote este mult mai complexă. Studiul cromozomilor eucarioți și, ulterior, secvențierea secvențelor complete ale genomului eucariotic, au adus multe surprize. Multe, dacă nu majoritatea, genele eucariote au o caracteristică interesantă: secvențele lor de nucleotide conțin una sau mai multe secțiuni de ADN care nu codifică secvența de aminoacizi a produsului polipeptidic. Astfel de inserții netraduse perturbă corespondența directă dintre secvența de nucleotide a genei și secvența de aminoacizi a polipeptidei codificate. Aceste segmente netraduse din gene sunt numite intronii, sau incorporat secvente, iar segmentele de codare sunt exonii. La procariote, doar câteva gene conțin introni.

Deci, la eucariote, combinația de gene în operoni practic nu are loc, iar secvența de codificare a unei gene eucariote este cel mai adesea împărțită în regiuni traduse. - exoni, și secțiuni netraduse - intronii.

În majoritatea cazurilor, funcția intronilor nu este stabilită. În general, doar aproximativ 1,5% din ADN-ul uman este „codând”, adică transportă informații despre proteine ​​sau ARN. Cu toate acestea, luând în considerare intronii mari, se dovedește că ADN-ul uman este 30% gene. Deoarece genele alcătuiesc o proporție relativ mică din genomul uman, o parte semnificativă a ADN-ului rămâne nedescoperită.

Orez. 16. Schema structurii genelor la eucariote - imaginea este mărită

Din fiecare genă este mai întâi sintetizat imatur sau pre-ARN, care conține atât introni, cât și exoni.

După aceasta, are loc procesul de splicing, în urma căruia regiunile intrronice sunt excizate și se formează un ARNm matur, din care poate fi sintetizată proteina.

Orez. 20. Proces alternativ de îmbinare - imaginea este mărită

Această organizare a genelor permite, de exemplu, atunci când diferite forme ale unei proteine ​​pot fi sintetizate dintr-o genă, datorită faptului că în timpul procesului de splicing, exonii pot fi legați împreună în secvențe diferite.

Orez. 21. Diferențele în structura genelor procariotelor și eucariotelor - imaginea este mărită

MUTAȚII ȘI MUTAGENEZĂ

Mutaţie se numește o modificare persistentă a genotipului, adică o modificare a secvenței de nucleotide.

Procesul care duce la mutații se numește mutageneza, și corpul Toate ale căror celule poartă aceeași mutație - mutant.

Teoria mutației a fost formulat pentru prima dată de Hugo de Vries în 1903. Versiunea sa modernă include următoarele prevederi:

1. Mutațiile apar brusc, spasmodic.

2. Mutațiile se transmit din generație în generație.

3. Mutațiile pot fi benefice, dăunătoare sau neutre, dominante sau recesive.

4. Probabilitatea de a detecta mutații depinde de numărul de indivizi studiati.

5. Mutații similare pot apărea în mod repetat.

6. Mutațiile nu sunt direcționate.

Mutațiile pot apărea sub influența diverșilor factori. Există mutații care apar sub influența mutagenă impacturi: fizice (de exemplu, ultraviolete sau radiații), chimice (de exemplu, colchicină sau specii reactive de oxigen) și biologice (de exemplu, viruși). Pot fi provocate și mutații erori de replicare.

În funcție de condițiile în care apar mutațiile, mutațiile sunt împărțite în spontan- adică mutații care au apărut în condiții normale și induse- adică mutații apărute în condiții speciale.

Mutațiile pot apărea nu numai în ADN-ul nuclear, ci și, de exemplu, în ADN-ul mitocondrial sau plastid. În consecință, putem distinge nuclearȘi citoplasmatic mutatii.

Ca urmare a mutațiilor, pot apărea adesea noi alele. Dacă o alelă mutantă suprimă acțiunea uneia normale, se numește mutația dominant. Dacă o alelă normală o suprimă pe una mutantă, această mutație este numită recesiv. Majoritatea mutațiilor care duc la apariția de noi alele sunt recesive.

Mutațiile se disting prin efect adaptativ conducând la o adaptabilitate crescută a organismului la mediu, neutru, care nu afectează supraviețuirea, dăunătoare, reducând adaptabilitatea organismelor la condiţiile de mediu şi mortal, ducând la moartea organismului în stadiile incipiente de dezvoltare.

În funcție de consecințe, mutații care duc la pierderea funcției proteice, mutații care duc la aparitie proteina are o noua functie, precum și mutații care modificarea dozei genelorși, în consecință, doza de proteină sintetizată din aceasta.

O mutație poate apărea în orice celulă a corpului. Dacă o mutație are loc într-o celulă germinală, se numește germinal(germinale sau generative). Astfel de mutații nu apar în organismul în care au apărut, ci duc la apariția mutanților la descendenți și sunt moștenite, deci sunt importante pentru genetică și evoluție. Dacă apare o mutație în orice altă celulă, se numește somatic. O astfel de mutație se poate manifesta într-un grad sau altul în organismul în care a apărut, de exemplu, ducând la formarea de tumori canceroase. Cu toate acestea, o astfel de mutație nu este moștenită și nu afectează descendenții.

Mutațiile pot afecta regiuni ale genomului de diferite dimensiuni. A evidentia genetic, cromozomialeȘi genomic mutatii.

Mutații genetice

Mutațiile care apar la o scară mai mică decât o genă sunt numite genetic, sau punct (punct). Astfel de mutații conduc la modificări ale uneia sau mai multor nucleotide din secvență. Printre mutațiile genice existăînlocuitori, conducând la înlocuirea unei nucleotide cu alta,stergeri, ducând la pierderea uneia dintre nucleotide,inserții, conducând la adăugarea unei nucleotide suplimentare la secvență.

Orez. 23. Mutații ale genelor (punctuale).

În funcție de mecanismul de acțiune asupra proteinei, mutațiile genice sunt împărțite în:sinonim, care (ca urmare a degenerării codului genetic) nu duc la o modificare a compoziției de aminoacizi a produsului proteic,mutații missens, care duc la înlocuirea unui aminoacid cu altul și pot afecta structura proteinei sintetizate, deși sunt adesea nesemnificative,mutații fără sens, conducând la înlocuirea codonului de codificare cu un codon stop,mutatii care conduc la tulburare de îmbinare:

Orez. 24. Modele de mutație

De asemenea, în funcție de mecanismul de acțiune asupra proteinei, se disting mutații care duc la schimbarea cadrului citind, cum ar fi inserările și ștergerile. Astfel de mutații, precum mutațiile fără sens, deși apar la un moment dat în genă, afectează adesea întreaga structură a proteinei, ceea ce poate duce la o schimbare completă a structurii acesteia. când o secțiune a unui cromozom se rotește cu 180 de grade, Orez. 28. Translocarea

Orez. 29. Cromozomul înainte și după duplicare

Mutații genomice

In cele din urma, mutații genomice afectează întregul genom, adică se modifică numărul de cromozomi. Există poliploidii - o creștere a ploidiei celulei și aneuploidii, adică o schimbare a numărului de cromozomi, de exemplu, trisomia (prezența unui omolog suplimentar pe unul dintre cromozomi) și monosomia (absența un omolog pe un cromozom).

Video pe ADN

REPLICAREA ADN-ului, CODIFICAREA ARN-ULUI, SINTEZA PROTEINELOR

(Dacă videoclipul nu este afișat, acesta este disponibil prin

Ecologia cunoașterii. Știință și descoperire: Ce este viața? Această întrebare a devenit forța motrice din spatele dezvoltării geneticii (din grecescul genetikos, „referitor la naștere, origine”), știința originilor vieții, care s-a concentrat pe molecula de ADN de mai bine de 50 de ani.

Ce este viața? Această întrebare a devenit forța motrice din spatele dezvoltării geneticii (din grecescul genetikos, „referitor la naștere, origine”), știința originilor vieții, care s-a concentrat pe molecula de ADN de mai bine de 50 de ani.

Descoperirea care a dat lumea peste cap

„Tocmai am descoperit secretul vieții!” - așa că pe 28 februarie 1953, Francis Crick și James Watson au raportat descoperirea lor asupra structurii ADN-ului. Ce noutate a adus științele vieții? Înainte de aceasta, se știa că ADN-ul este o moleculă mare în care, folosind un „alfabet de patru litere”, sunt înregistrate informații despre structura și proprietățile ființelor vii. Dar a rămas neclar modul în care aceste informații sunt transmise din generație în generație și se materializează în aceleași structuri și proprietăți, precum și care este structura spațială a ADN-ului.

Dezvăluirea structurii ADN-ului a ajutat oamenii de știință să înțeleagă mecanismele copierii și materializării acestuia. ADN-ul este format din două catene care sunt complementare (complementare) una cu cealaltă. Copierea ADN-ului are loc datorită adăugării unei copii suplimentare la fiecare catenă de ADN originală, ca pe o matrice. Astfel, dintr-o dublă helix de ADN se obțin două elice duble care sunt absolut identice cu acesta, ceea ce este necesar pentru păstrarea informațiilor genetice atunci când celula mamă se împarte în două celule fiice. Principiul matricei stă la baza materializării pas cu pas a informațiilor genetice: pe unul dintre lanțurile de ADN se formează un lanț complementar al unei alte molecule de informații - ARN, care, la rândul său, servește ca matrice pentru sinteza proteinelor, cantitatea și calitatea cărora determină structura și proprietățile unui anumit organism.

Cât de semnificativă este această descoperire pentru înțelegerea misterului vieții? Pe de o parte, cunoașterea structurii ADN-ului nu este în mod clar suficientă pentru a răspunde la întrebarea „ce este viața?” Dar, pe de altă parte, tocmai această descoperire a făcut din „științifică” o întrebare foarte veche și foarte importantă despre relația dintre potențial și manifest - de exemplu, legătura informațiilor despre structurile și proprietățile corpului cu structurile și proprietățile în sine. Și nu numai că a ridicat această întrebare, ci a dat și cheia răspunsului. Această cheie este principiul matricei, principiul complementarității.

Calea de la genă la trăsătură

Ce înseamnă expresia clasică din manual: „ADN-ul este purtătorul de informații genetice”? Cum este legată informația genetică de structura ADN-ului? Cum este încorporată informația în proprietăți specifice ale unui organism? Dacă luăm structura ADN-ului ca punct de plecare al informației genetice și apoi urmăm modelul structural, atunci calea de la genă la trăsătură va arăta astfel: toate proprietățile organismului sunt criptate în secvența ADN; structura liniară a unei anumite gene determină fără ambiguitate structura liniară a proteinei sale corespunzătoare, care, la rândul său, determină fără ambiguitate rolul acestei proteine ​​în formarea unei anumite trăsături.

Cu alte cuvinte, „ADN-ul dă naștere ARN-ului; ARN-ul dă naștere proteinelor, iar proteinele ne dă naștere pe tine și pe mine” (F. Crick). Dacă acest lucru este adevărat, atunci pentru a schimba o anumită trăsătură (de exemplu, pentru a vindeca o boală care are rădăcini genetice), este suficient să determinați secvența ADN corespunzătoare și să o corectați.

Dar este chiar atât de simplu? Există suficiente cunoștințe (deși este fără îndoială adevărată și necesară!) despre corespondențele structurale pe calea de la genă la trăsătură pentru a înțelege și reproduce această cale?

Progresele recente în genetică au arătat că acestea sunt insuficiente. În 2003, Proiectul Genomului Uman a determinat complet structura liniară a ADN-ului uman (și a multor alte organisme simple și complexe). După cum a spus unul dintre oamenii de știință, „Am citit toate literele cu care este scrisă o carte groasă, acum aș dori să înțeleg cuvintele și semnificația lor”.

S-a dovedit că oamenii au de fapt aproximativ 30.000 de gene (secțiuni de ADN care codifică proteine), iar acesta este doar 1-3% din tot ADN-ul! Planta Arabidopsis taliana și peștele puffer au același număr de gene. Mai mult, 99% dintre genele umane sunt aceleași cu genele de șoarece, ceea ce înseamnă că oamenii au doar 300 de gene pe care șoarecii nu le au. (Este greu de imaginat că șoarecii și avem, de asemenea, 99% din aceleași trăsături!)

Mai departe mai mult. S-a dovedit că o relație neechivocă între genă și proteină există doar în bacterii. Și la om, este posibil ca multe proteine ​​să se formeze pe baza unei gene (numărul maxim de proteine ​​diferite codificate de o genă cunoscută astăzi este de 40.000!) și să apară multe funcții într-o singură proteină. Se dovedește că calea de la potențial la manifestare, de la informația genetică la o trăsătură nu este deloc liniară; că fiecare trăsătură este rezultatul interacțiunilor complexe ale multor gene și a produselor lor proteice; că însuși conceptul de „genă”, datorită ambiguității sale, poate servi cu greu drept „punct de plecare” pe această cale.

Interacțiunea structurilor

Corpul uman este format din puterea 10 până la a 14-a de celule. Toate au exact același ADN, dar diferă semnificativ în formă, dimensiune și sarcini. Soluția acestui paradox constă în citirea selectivă a informațiilor genetice. În fiecare celulă, sunt active doar acele gene de care are nevoie în prezent.

Selectivitatea este asigurată de gene regulatoare speciale care permit sau interzic citirea informațiilor dintr-o anumită secțiune a ADN-ului. Activitatea unei gene depinde și de mediul în care se află în spațiul nucleului celular. O schimbare a mediului cauzată de mișcarea genei în sine sau a unuia dintre vecinii ei îi poate schimba activitatea („opriți” sau „porniți” gena).

De exemplu, genomul uman conține o mulțime de gene virale potențial periculoase și proto-oncogene (care pot provoca degenerarea canceroasă a unei celule). Se pot comporta destul de pașnic pentru o lungă perioadă de timp (și pe tot parcursul vieții) și chiar să lucreze în beneficiul celulei, până când mișcarea lor sau a cuiva din mediu dezvăluie potențiale agresive în aceste gene. Din fericire, pot apărea și alte mișcări care vor calma „rebelul” sau vor activa mecanismele de apărare.

Deci, purtătorul de informații genetice s-a mutat de la nivelul genei (o secțiune specifică a ADN-ului) la nivelul epigenetic (din latinescul „de sus”, „peste”) de interacțiune a genelor între ele și cu alte structuri ale nucleul celular (99% din ADN și proteine ​​negenice). Să presupunem că știința descifrează mecanismul acestei interacțiuni. Va duce asta la descoperirea secretului vieții? Viața este doar structură? Și dacă nu, căutarea răspunsurilor la misterul vieții ar trebui să se limiteze la interacțiunea structurilor?

Cine urmărește paznicul?

Cum o singură celulă, ca urmare a 46 de diviziuni, produce nu o masă informă de 1014 celule, ci un corp foarte caracteristic fiecăruia dintre noi? Prin dublarea succesivă, celulele nu numai că devin diferite, dar formează și diferite părți ale corpului la momentul potrivit și la locul potrivit. Ce controlează organizarea celulelor în timp și spațiu?

Un întreg care este calitativ mai mare decât simpla sumă a părților sale constitutive - celule. Și acest lucru nu contrazice faptul că organismul este format dintr-o singură celulă - întrebarea este ce pentru această celulă întruchipează „voința întregului”. Căutarea unui astfel de factor de ordonare a dus la conceptul de câmp morfogenetic la începutul secolului al XX-lea. Fondatorul său a fost omul de știință rus A.G. Gurvici. Când Gurvich lucra la teoria câmpului, molecula de ADN a fost considerată parte integrantă a cromozomilor și nu i sa acordat prea multă importanță.

În 1944, omul de știință și-a publicat lucrarea „Theory of the Biological Field”. Anul acesta a devenit fatidic pentru toată genetica, determinând calea dezvoltării sale pentru câteva decenii următoare. Atenția oamenilor de știință s-a concentrat asupra moleculei de ADN, deoarece s-a dovedit că aceasta joacă un rol principal în transmiterea informațiilor ereditare. 1953 era aproape... Drept urmare, știința și-a concentrat toată atenția asupra structurii ADN-ului, care de fapt a început să fie identificat cu informațiile pe care le transporta, iar teoria câmpului biologic nu a fost ținută la mare cinste. Dar cercetările în acest domeniu au continuat și în toți acești ani două căi de înțelegere a secretelor vieții au mers paralel...

Tranziția către noul mileniu a schimbat echilibrul de putere în științele vieții. Din ce în ce mai mulți oameni de știință ajung la concluzia că cheia structurală în cunoașterea viețuitoarelor este necesară, dar nu suficientă; că abordările diferite nu se exclud reciproc, ci formează o cale unificată de cercetare științifică; că în esenţă abordarea structurală şi teoria câmpului sunt complementare.

Să ne amintim: ipoteza complementarității lanțurilor de ADN a devenit cheia pentru descifrarea structurii sale, iar descoperirea însăși din 1953 s-a dovedit a fi posibilă datorită eforturilor complementare ale reprezentanților diferitelor domenii ale științei - fizicieni, chimiști, biologi. Poate că știința unită a noului mileniu nu numai că va concilia în cele din urmă diferite abordări științifice (de exemplu, structurală și de domeniu), dar se va întoarce și către roadele căii „neștiințifice” de înțelegere a misterului vieții - miile de ani- vechea înțelepciune a umanității - „neștiințifică”, deoarece această cale își are rădăcinile în acele vremuri în care nu exista nicio urmă de știință.

A apela la sursele înțelepciunii antice poate oferi științei cheile ușii în spatele căreia se ascunde secretul. Dar pentru ca acest lucru să se întâmple, căi atât de diferite ale cunoașterii trebuie să se „intersecteze” undeva. Una dintre aceste „răscruce” poate fi conceptul de câmp formativ (biologic, morfogenetic, informațional), care a crescut pe baza științei moderne și se întoarce la fenomenele luate în considerare în izvoarele antice.

Aceștia din urmă spun că o persoană este formată din mai multe corpuri, sau principii, care nu sunt părți separate, independente, ci se întrepătrund și se modelează reciproc; că corpul fizic vizibil, dens, este un conductor, un purtător de corpuri mai subtile, care cu ajutorul lui se manifestă în lumea fizică și interacționează cu ea; că „asamblarea” - formarea unui corp fizic din elemente ale materiei fizice - este controlată de cel mai „dens” dintre aceste corpuri, corpul-prototip astral (plan, matrice).

Știința modernă știe că fiecare celulă nou formată participă la formarea corpului în conformitate cu „instrucțiuni” individuale (gene active sau activate) și că părintele și descendenții acestei celule pot avea „instrucțiuni” complet diferite. Dar ce și cum coordonează schimbarea „programelor” individuale pentru dezvoltarea a miliarde de celule nu este încă clar.

Teoria câmpului biologic sugerează că coordonarea este o funcție a întregului, care este același câmp, matrice sau model; că fiecare celulă nou formată, cu ajutorul propriului aparat genetic, se conectează la un singur „plan” de dezvoltare a organismului, primește „instrucțiuni” individuale de acolo și le implementează în cadrul propriului program comportamental.

Se pare că aparatul genetic al unei celule constă din cel puțin trei blocuri funcționale: o „antenă” perceptivă, un „panou de control” pentru activitatea genelor și o parte „executivă” - gene responsabile pentru formarea unor proteine ​​specifice. Amintiți-vă că genele reprezintă doar 1-2% din tot ADN-ul celular. În restul de 98-99% din ADN, au fost deja găsite structuri aparținând celui de-al doilea „bloc de control”. Ce joacă rolul unei „antene”? Unde are loc „întâlnirea a două lumi” - câmpul informațional și structurile genetice care întruchipează această informație într-un corp fizic specific?

De ce să nu presupunem că ADN-ul joacă și rolul unei antene capabile să capteze, să transforme și să transmită semnale de natură ondulatorie? Acest lucru se datorează structurii spiralate a „moleculei vieții” (multe antene tehnice au forma unei spirale) și proprietăților sale, cum ar fi capacitatea de a conduce curentul electric, posibilitatea de excitare rezonantă a vibrațiilor longitudinale sub influența unde radio, precum și capacitatea de a genera lumină laser după „pomparea” preliminară "

Dacă ADN-ul poate lucra pentru a primi informații care asigură activitatea vitală a celulelor, atunci nu trebuie neapărat să stocheze permanent aceste informații în structura sa. Așa cum, de exemplu, creierul uman, pentru a gestiona cu succes sistemele de susținere a vieții ale corpului, nu trebuie să fie un „container” al minții, ci mai degrabă să joace rolul de intermediar între conștiință și corp: el percepe informația din planul conștiinței și o „traduce” în limbajul controlului corpului.

Și este clar de ce dacă structura ADN-ului (sau structurile creierului) este deteriorată, corpul fizic are de suferit. La urma urmei, toată lumea știe că, dacă chiar și o parte a unui televizor funcționează defectuos, imaginea de pe ecranul său este foarte distorsionată, iar dacă televizorul este privat de antena sau oprit din rețea, pe ecran nu va apărea absolut nimic.

ADN-ul este legătura de legătură între „modelul” corpului fizic și întruchiparea sa specifică. Creierul este mediatorul între minte și corp. Mintea conectează viața și forma manifestării ei și permite vieții conținute în formă să se cunoască pe sine. Cu ajutorul acestui instrument minunat, o persoană are posibilitatea de a studia lumea din jurul său și de a găsi în ea cheile pentru înțelegerea lumii sale interioare. Așa se naște o cale unită, care duce la cunoașterea secretelor vieții. Căci omul este cel mai mare dintre mistere - misterul relației dintre pământ și cer. publicat

P.S. Și ține minte, doar schimbându-ți consumul, schimbăm lumea împreună! © econet

Alatura-te noua

Acidul dezoxiribonucleic- polimer, este format din nucleotide.

Nucleotide ADN-ul este format din

• bază azotată (4 tipuri în ADN: adenină, timină, citozină, guanină)
• monozaharidă dezoxiriboză
• acid fosforic

Nucleotidele sunt legate între ele printr-o legătură covalentă puternică prin zahărul unei nucleotide și acidul fosforic al alteia. Se dovedește lanț polinucleotidic.

Două lanțuri de polinucleotide sunt legate între ele prin legături slabe de hidrogen între bazele azotate, conform regulii complementaritatea: vizavi de adenina exista intotdeauna timina, opus citozina - guanina (se potrivesc intre ele ca forma si numarul de legaturi de hidrogen - exista doua legaturi intre A si T, si 3 intre C si G). Se dovedește o dublă catenă de ADN, se răsucește dublu helix.

Funcția ADN-ului

ADN-ul face parte din cromozomi și stochează informații ereditare (despre caracteristicile unui organism, despre structura primară a proteinelor).

ADN-ul este capabil auto-duplicare (replicare, reduplicare). Autoduplicarea are loc în interfaza înainte de divizare. După duplicare, fiecare cromozom este format din două cromatide, care în timpul diviziunii viitoare se vor transforma în cromozomi fiice. Datorită autoduplicării, fiecare dintre viitoarele celule fiice va primi aceleași informații ereditare.

Diferențele dintre ARN și ADN în structură

• riboză în loc de deoxiriboză
• fără timină, în schimb uracil
• monocatenare

Tipuri de ARN

• ARN mesager
  • transferă informații despre structura proteinei de la nucleu (din ADN) la citoplasmă (la ribozom);
  • cel puțin într-o cușcă;
• transfer ARN
  • transferă aminoacizi în ribozom;
  • cel mai mic, are forma unei frunze de trifoi;
• ARN ribozomal
  • parte din ribozomi;
  • cea mai mare ca dimensiune și cantitate

Probleme legate de regula complementarității

Există la fel de multă timină în ADN ca și adenina, restul (până la 100%) este citozină și guanină, de asemenea, sunt împărțite în mod egal. De exemplu: dacă există 15% guanină, atunci există și 15% citozină, în total 30%, ceea ce înseamnă că adenina și timina reprezintă 100-30=70%, deci adenina 70/2=35% și timina de asemenea. 35%

Alege una, cea mai corectă variantă. Datorită cărui proces în timpul mitozei se formează celulele fiice cu un set de cromozomi egal cu cel matern?
1) formarea cromatidelor
2) spiralizarea cromozomilor
3) dizolvarea membranei nucleare
4) diviziunea citoplasmei

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. O legătură care are loc între bazele azotate a două catene de ADN complementare
1) ionic
2) peptidă
3) hidrogen
4) polar covalent

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Polimerii biologici includ molecula
1) riboză
2) glucoză
3) aminoacizi

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Unirea a două lanțuri într-o moleculă de ADN are loc datorită
1) interacțiuni hidrofobe ale nucleotidelor
2) legături peptidice între bazele azotate
3) interacţiuni ale bazelor azotate complementare
4) interacțiuni ionice ale nucleotidelor

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. O copie a uneia sau a unui grup de gene care transportă informații despre structura proteinelor care îndeplinesc o funcție este o moleculă

2) ARNt
3) ATP
4) ARNm

Răspuns

Alege trei răspunsuri corecte din șase și notează numerele sub care sunt indicate. Selectați caracteristicile structurale ale moleculei de ADN.
1) moleculă cu un singur lanț
2) conține nucleotidă de uracil
3) moleculă dublu catenară
4) moleculă elicoidală
5) conține riboză
6) lanțurile sunt ținute împreună prin legături de hidrogen

Răspuns

ADN-ul CU EXCEPȚIA
1. Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt utilizate pentru a descrie molecula unei substanțe organice prezentate în figură. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) îndeplinește o funcție enzimatică
2) stochează și transmite informații ereditare
3) este format din două lanțuri de nucleotide
4) în combinație cu proteine ​​formează cromozomi
5) participă la procesul de difuzare

Răspuns

DNA DUBLĂ
Determinați secvența în care are loc procesul de replicare a ADN-ului. Scrieți șirul corespunzătoare de numere.
1) formarea a două molecule de ADN dintr-una
2) atașarea nucleotidelor complementare la fiecare catenă de ADN
3) efectul enzimei ADN polimeraza asupra nucleotidelor
4) derularea moleculei de ADN

Răspuns

ADN - ARN
1. Stabiliți o corespondență între caracteristică și acidul nucleic: 1) ADN, 2) ARN. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) transportă moleculele de aminoacizi activate la locul sintezei proteinelor
B) este parte integrantă a ribozomilor
B) incapabil de replicare
D) în celulele procariote se prezintă ca o moleculă inel
D) este principalul custode al informațiilor genetice ale celulei
E) conține o bază azotată - timină

Răspuns

2. Stabiliți o corespondență între caracteristică și acidul nucleic: 1) ADN, 2) ARN. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) constă dintr-un lanț polinucleotidic
B) contine carbohidratul dezoxiriboza
B) este format din două lanțuri polinucleotidice antiparalele
D) capabil de replicare
D) contine carbohidrat riboza
E) contine baza azotata uracil

Răspuns

ADN - ARNt
Stabiliți o corespondență între caracteristicile unei molecule de acid nucleic și tipul acesteia: 1) ARNt, 2) ADN. Scrie numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) constă dintr-un lanț polinucleotidic
B) transportă aminoacidul la ribozom
B) constă din 70-80 de resturi de nucleotide
D) stochează informații ereditare
D) capabil de replicare
E) este o spirală

Răspuns

DIFERENȚE ADN - ARNm
Alege trei opțiuni. Cum este o moleculă de ADN diferită de o moleculă de ARNm?
1) capabil să se autodubleze
2) nu se poate autodubla
3) participă la reacții de tip matrice
4) nu poate servi ca șablon pentru sinteza altor molecule
5) constă din două fire de polinucleotide răsucite în spirală
6) este parte integrantă a cromozomilor

Răspuns

ARN EXCEPȚIA
1. Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie o moleculă de ARN. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) constă din două lanțuri de polinucleotide răsucite în spirală
2) constă dintr-un lanț polinucleotidic nespiral
3) transmite informații ereditare de la nucleu la ribozom
4) are cea mai mare dimensiune de acizi nucleici
5) constă din nucleotide AUGC

Răspuns

2. Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie o moleculă de ARN. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) contine baza azotata timina
2) transferă informații la locul de sinteză a proteinelor
3) în combinație cu proteine, formează corpul ribozomului
4) capabil să formeze o legătură chimică cu aminoacizii
5) incapabil să formeze o structură secundară

Răspuns

ARNm EXCEPȚIA
Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie o moleculă de ARNm. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) sintetizat pe ADN
2) transportă aminoacizi
3) face parte din ribozomi
4) nu există regiuni complementare
5) moleculă cu un singur lanț

Răspuns

ARNm - ARNt
Stabiliți o corespondență între caracteristica unui acid nucleic și tipul acestuia: 1) m-ARN, 2) t-ARN. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) are forma unei frunze de trifoi
B) furnizează aminoacizi la ribozom
B) are cea mai mică dimensiune de acizi nucleici
D) servește ca matrice pentru sinteza proteinelor
D) transmite informații ereditare de la nucleu la ribozom

Răspuns

ARNm - ARNr - ARNt
Stabiliți o corespondență între caracteristicile și substanțele organice ale celulei: 1) ARNm, 2) ARNt, 3) ARNr. Scrieți numerele 1-3 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) furnizează aminoacizi pentru traducere
B) conține informații despre structura primară a polipeptidei
B) face parte din ribozomi
D) servește drept matrice pentru traducere
D) activează un aminoacid

Răspuns

FIGURA ARNt
Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt utilizate pentru a descrie diagrama structurii unei molecule de substanță organică prezentată în figură. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) are un anticodon
2) efectuează denaturarea
3) transportă aminoacizi
4) îndeplinește o funcție enzimatică
5) constă din nucleotide

Răspuns

FUNCȚII NUCLEACIDE
Toate, cu excepția a două, dintre următoarele caracteristici pot fi utilizate pentru a descrie funcțiile acizilor nucleici într-o celulă. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.
1) efectuează homeostazia
2) transferă informații ereditare de la nucleu la ribozom
3) participă la biosinteza proteinelor
4) fac parte din membrana celulară
5) aminoacizi de transport

Răspuns

NUCLEOTIDE DIN ALTA PERECHE
1. În ADN, ponderea nucleotidelor cu timină reprezintă 23%. Determinați procentul de nucleotide care conțin guanină care alcătuiesc molecula. Notează numărul corespunzător în răspunsul tău.

Răspuns

2. În ADN, ponderea nucleotidelor cu citozină reprezintă 13%. Determinați procentul de nucleotide care conțin adenină care alcătuiesc molecula. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

3. În ADN, ponderea nucleotidelor cu adenină reprezintă 18%. Determinați procentul de nucleotide care conțin citozină care alcătuiesc molecula. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

4. În ADN, ponderea nucleotidelor cu timină reprezintă 36%. Determinați procentul de nucleotide care conțin guanină care alcătuiesc molecula. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

5. În ADN, ponderea nucleotidelor cu timină reprezintă 28%. Determinați procentul de nucleotide care conțin guanină care alcătuiesc molecula. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

NUCLEOTIDE DIN ACEEAȘI PERECHE
1. Un fragment dintr-o moleculă de ADN conține 15% adenină. Câtă timină este în acest fragment de ADN? Ca răspuns, notează doar numărul (procentul de timină).

Răspuns

2. Într-o anumită moleculă de ADN, ponderea nucleotidelor cu guanina reprezintă 28%. Determinați procentul de nucleotide care conțin citozină care alcătuiesc această moleculă. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

3. Într-o anumită moleculă de ADN, ponderea nucleotidelor cu adenina reprezintă 37%. Determinați procentul de nucleotide care conțin timină care alcătuiesc această moleculă. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

NUCLEOTIDE - SUMA UNEI PERECHI
1. Ce procent de nucleotide cu adenină și timină conține în total o moleculă de ADN dacă proporția nucleotidelor sale cu citozină este de 26% din total? Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

2. În ADN, ponderea nucleotidelor cu citozină reprezintă 15%. Determinați procentul de nucleotide cu timină și adenină în total care alcătuiesc molecula. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

SUMA UNEI PERECHI - NUCLEOTIDE
1. Ce procent sunt nucleotidele cu adenină într-o moleculă de ADN, dacă nucleotidele cu guanină și citozină alcătuiesc împreună 18%? Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

2. În ADN, ponderea nucleotidelor cu guanină și citozină reprezintă 36%. Determinați procentul de nucleotide care conțin adenină care alcătuiesc molecula. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

3. Într-o anumită moleculă de ADN, ponderea nucleotidelor cu adenină și timină reprezintă un total de 26%. Determinați procentul de nucleotide care conțin guanină care alcătuiesc această moleculă. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

4. Într-o anumită moleculă de ADN, ponderea nucleotidelor cu citozină și guanină reprezintă un total de 42%. Determinați procentul de nucleotide care conțin adenină care alcătuiesc această moleculă. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

5. Într-o anumită moleculă de ADN, ponderea nucleotidelor cu adenină și timină reprezintă un total de 54%. Determinați procentul de nucleotide care conțin citozină care alcătuiesc această moleculă. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

SUMA DIFERITELOR PERECHI
1. Un fragment dintr-o moleculă de ADN conține 10% timină. Câtă adenină și guanină sunt în total în acest fragment de ADN? În răspunsul tău, notează doar cantitatea totală de adenină și guanină.

Răspuns

2. În ADN, ponderea nucleotidelor cu timină reprezintă 35%. Determinați procentul de nucleotide cu citozină și adenină în total care alcătuiesc molecula. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

MATEMATICĂ
Câte nucleotide care conțin citozină conține o moleculă de ADN dacă numărul de nucleotide care conțin timină este 120, adică 15% din total? Notează numărul corespunzător în răspunsul tău.

Răspuns

În ARN, ponderea nucleotidelor cu uracil și adenină reprezintă 10%. Determinați procentul de nucleotide cu timină incluse în lanțul de ADN dublu catenar complementar. Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

O secțiune a lanțului de ADN al bacteriofagului lambda conține 23 de nucleotide cu timină câte nucleotide cu citozină sunt în această secțiune, dacă lungimea sa este de 100 de nucleotide? În răspunsul tău, notează doar numărul de nucleotide.

Răspuns

O moleculă de ARNm conține 200 de nucleotide cu uracil, care reprezintă 10% din numărul total de nucleotide. Câte nucleotide (în%) conține un lanț al unei molecule de ADN cu adenină? Notează numărul corespunzător în răspunsul tău.

Răspuns

Un fragment al unei molecule de ADN conține 60 de nucleotide. Dintre acestea, 12 nucleotide sunt timină. Câte nucleotide de guanină sunt în acest fragment? Notează doar numărul din răspunsul tău.

Răspuns

O secțiune a unuia dintre cele două lanțuri ale moleculei de ADN conține 300 nucleotide cu adenină (A), 100 nucleotide cu timină (T), 150 nucleotide cu guanină (G) și 200 nucleotide cu citozină (C). Câte nucleotide sunt în două catene de ADN? Scrieți răspunsul ca număr.

Răspuns

1. Câte nucleotide conține un fragment dintr-o moleculă de ADN dublu catenar, care conține 14 nucleotide cu adenină și 20 nucleotide cu guanină? Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

2. Câte nucleotide include un fragment dintr-o moleculă de ADN dublu catenar dacă conține 16 nucleotide cu timină și 16 nucleotide cu citozină? Notează doar numărul corespunzător din răspunsul tău.

Răspuns

1. Analizați tabelul. Completați celulele goale ale tabelului folosind conceptele și termenii din listă. Pentru fiecare celulă cu litere, selectați termenul corespunzător din lista furnizată.
1) uracil
2) construcția corpului ribozomului
3) transferul de informații despre structura primară a proteinei
4) ARNr

Răspuns

2. Analizați tabelul. Pentru fiecare celulă cu litere, selectați termenul corespunzător din lista furnizată.
1) ARNr
2) formarea în complex cu proteinele corpului ribozomului
3) stocarea și transmiterea informațiilor ereditare
4) uracil
5) ARNt
6) aminoacid

8) sinteza ARNm

Răspuns

3. Analizați tabelul „Tipuri de ARN”. Pentru fiecare celulă indicată printr-o literă, selectați termenul corespunzător din lista furnizată.
1) ARNm
2) ARNt
3) complementar unei secțiuni a unei molecule de ADN care poartă informații despre structura primară a unei proteine
4) conține timină și dezoxiriboză
5) capabil de replicare
6) face parte din ribozomi, participă la sinteza proteinelor
7) constă din două fire care se învârt unul în jurul celuilalt

Răspuns

4. Analizați tabelul „Structura și funcțiile acizilor nucleici”. Pentru fiecare celulă indicată printr-o literă, selectați termenul sau caracteristica corespunzătoare din lista furnizată.
1) dublu helix
2) monomer
3) constă din aminoacizi
4) proteine
5) ARNm
6) ATP
7) transportul aminoacizilor

Răspuns

Luați în considerare desenul care prezintă un fragment dintr-o moleculă de biopolimer. Determinați (A) ce servește ca monomer al său, (B) ca rezultat al procesului care crește numărul acestor molecule din celulă, (C) ce principiu stă la baza copierii sale. Pentru fiecare literă, selectați termenul corespunzător din lista oferită.
1) complementaritatea
2) replicare
3) nucleotide
4) denaturare
5) carbohidrați
6) difuzat
7) transcriere

Răspuns

Priviți desenul unei molecule organice și identificați (A) clasa substanței organice, (B) monomerii substanței și (C) funcția îndeplinită de substanță. Pentru fiecare celulă indicată printr-o literă, selectați termenul corespunzător din lista oferită.
1) transport
2) energie
3) proteine
4) nucleotide
5) acizi nucleici
6) monozaharide
7) aminoacizi
8) stocarea informațiilor ereditare

Răspuns

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

LA acizi nucleici includ compuși cu înalți polimeri care se descompun în timpul hidrolizei în baze purinice și pirimidinice, pentoză și acid fosforic. Acizii nucleici conțin carbon, hidrogen, fosfor, oxigen și azot. Există două clase de acizi nucleici: acizi ribonucleici (ARN)Și acizi dezoxiribonucleici (ADN).

Structura și funcțiile ADN-ului

ADN- un polimer ai cărui monomeri sunt dezoxiribonucleotide. Un model al structurii spațiale a moleculei de ADN sub forma unui dublu helix a fost propus în 1953 de J. Watson și F. Crick (pentru a construi acest model au folosit lucrările lui M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff). ).

molecula de ADN format din două lanțuri de polinucleotide, răsucite elicoidal unul în jurul celuilalt și împreună în jurul unei axe imaginare, i.e. este o spirală dublă (cu excepția faptului că unii virusuri care conțin ADN au ADN monocatenar). Diametrul dublei helix ADN este de 2 nm, distanța dintre nucleotidele adiacente este de 0,34 nm și există 10 perechi de nucleotide pe tură a helixului. Lungimea moleculei poate ajunge la câțiva centimetri. Greutatea moleculară - zeci și sute de milioane. Lungimea totală a ADN-ului în nucleul unei celule umane este de aproximativ 2 m În celulele eucariote, ADN-ul formează complexe cu proteine ​​și are o conformație spațială specifică.

Monomer ADN - nucleotidă (dezoxiribonucleotidă)- constă din reziduuri a trei substanțe: 1) o bază azotată, 2) o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (pentoză) și 3) acid fosforic. Bazele azotate ale acizilor nucleici aparțin claselor pirimidinelor și purinelor. Bazele ADN-pirimidinice(au un inel în molecula lor) - timină, citozină. Baze purinice(au două inele) - adenină și guanină.

Monozaharida nucleotidă ADN este dezoxiriboza.

Numele unei nucleotide este derivat din numele bazei corespunzătoare. Nucleotidele și bazele azotate sunt indicate cu majuscule.

Lanțul polinucleotidic se formează ca rezultat al reacțiilor de condensare a nucleotidelor. În acest caz, între carbonul 3" al restului de deoxiriboză al unei nucleotide și restul de acid fosforic al alteia, legătură fosfoesterică(aparține categoriei de legături covalente puternice). Un capăt al lanțului de polinucleotide se termină cu un carbon de 5" (numit capăt de 5"), celălalt se termină cu un carbon de 3" (capăt de 3").

Opus unei catene de nucleotide este oa doua catenă. Dispunerea nucleotidelor în aceste două lanțuri nu este întâmplătoare, ci strict definită: timina este întotdeauna situată opus adeninei unui lanț din celălalt lanț, iar citozina este întotdeauna situată opus guaninei, între adenină și timină iau două legături de hidrogen și trei legăturile de hidrogen apar între guanină și citozină. Modelul conform căruia nucleotidele diferitelor lanțuri de ADN sunt ordonate strict (adenină - timină, guanină - citozină) și se conectează selectiv între ele se numește principiul complementaritatii. De remarcat că J. Watson și F. Crick au ajuns să înțeleagă principiul complementarității după ce s-au familiarizat cu lucrările lui E. Chargaff. E. Chargaff, după ce a studiat un număr mare de mostre de țesuturi și organe ale diferitelor organisme, a descoperit că în orice fragment de ADN conținutul de reziduuri de guanină corespunde întotdeauna exact conținutului de citozină, iar adenina timinei ( „Regula lui Chargaff”), dar nu a putut explica acest fapt.

Din principiul complementarității rezultă că secvența de nucleotide a unui lanț determină secvența de nucleotide a celuilalt.

Catenele de ADN sunt antiparalele (multidirectionale), i.e. nucleotidele diferitelor lanțuri sunt situate în direcții opuse și, prin urmare, opus capătului de 3" al unui lanț se află capătul de 5" al celuilalt. Molecula de ADN este uneori comparată cu o scară în spirală. „Balustrada” acestei scări este o coloană vertebrală de zahăr-fosfat (reziduuri alternative de deoxiriboză și acid fosforic); „treptele” sunt baze azotate complementare.

Funcția ADN-ului- stocarea si transmiterea informatiilor ereditare.

Replicarea ADN (reduplicare)

- procesul de autoduplicare, principala proprietate a moleculei de ADN. Replicarea aparține categoriei reacțiilor de sinteză a matricei și are loc cu participarea enzimelor. Sub acțiunea enzimelor, molecula de ADN se desfășoară, iar în jurul fiecărui lanț se construiește un nou lanț, acționând ca șablon, după principiile complementarității și antiparalelismului. Astfel, în fiecare ADN fiică, o catenă este catena mamă, iar a doua este nou sintetizată. Această metodă de sinteză se numește semiconservatoare.

„Materialul de construcție” și sursa de energie pentru replicare sunt trifosfați dezoxiribonucleozidici(ATP, TTP, GTP, CTP), care conține trei resturi de acid fosforic. Când trifosfații dezoxiribonucleozidici sunt încorporați într-un lanț polinucleotidic, două resturi terminale de acid fosforic sunt scindate, iar energia eliberată este utilizată pentru a forma o legătură fosfodiester între nucleotide.

Următoarele enzime sunt implicate în replicare:

1. helicaze („desfășurați” ADN);
2. proteine ​​destabilizatoare;
3. ADN topoizomeraze (ADN tăiat);
4. ADN polimeraze (selectează trifosfații dezoxiribonucleozidici și le atașează complementar la catena matriță de ADN);
5. primaze ARN (formează primeri ARN);
6. ADN ligaze (leagă fragmentele de ADN între ele).

Cu ajutorul helicazelor, ADN-ul este dezlegat în anumite secțiuni, secțiunile monocatenar ale ADN-ului sunt legate de proteine ​​destabilizatoare și un furcă de replicare. Cu o divergență de 10 perechi de nucleotide (o tură a helixului), molecula de ADN trebuie să facă o revoluție completă în jurul axei sale. Pentru a preveni această rotație, ADN-topoizomeraza taie o catenă de ADN, permițându-i să se rotească în jurul celei de-a doua catene.

ADN polimeraza poate atașa o nucleotidă numai la carbonul de 3" al dezoxiribozei nucleotidei anterioare, prin urmare această enzimă se poate deplasa de-a lungul ADN-ului șablon într-o singură direcție: de la capătul de 3" la capătul de 5" al acestui ADN șablon Deoarece în ADN-ul mamă lanțurile sunt antiparalele, atunci pe diferitele sale lanțuri se produce în mod diferit și în direcții opuse sinteza lanțului polinucleotid fiice lanțul fiice va fi numit; conducere. Pe un lanț de 5"-3" - intermitent, în fragmente ( fragmente din Okazaki), care, după terminarea replicării, sunt cusute într-o singură catenă de ADN ligaze; acest lanț de copii se va numi întârziat (rămânând în urmă).

O caracteristică specială a ADN polimerazei este că își poate începe lucrul numai cu "seminte" (grund). Rolul „amorselor” este îndeplinit de secvențe scurte de ARN formate din enzima ARN primaza și asociate cu ADN șablon. Primerii ARN sunt îndepărtați după ce asamblarea lanțurilor de polinucleotide este finalizată.

Replicarea se desfășoară în mod similar în procariote și eucariote. Rata de sinteză a ADN-ului la procariote este cu un ordin de mărime mai mare (1000 de nucleotide pe secundă) decât la eucariote (100 de nucleotide pe secundă). Replicarea începe simultan în mai multe părți ale moleculei de ADN. Un fragment de ADN de la o origine de replicare la alta formează o unitate de replicare - replicon.

Replicarea are loc înainte de diviziunea celulară. Datorită acestei capacități a ADN-ului, informațiile ereditare sunt transferate de la celula mamă la celulele fiice.

Reparație („reparație”)

Reparații este procesul de eliminare a deteriorării secvenței de nucleotide ADN. Efectuat de sisteme enzimatice speciale ale celulei ( enzime reparatoare). În procesul de refacere a structurii ADN-ului se pot distinge următoarele etape: 1) nucleazele de reparare a ADN-ului recunosc și îndepărtează zona deteriorată, în urma căreia se formează un gol în lanțul ADN; 2) ADN polimeraza umple acest gol, copiend informațiile din a doua catenă („bună”); 3) ADN ligaza „reticulă” nucleotidele, completând repararea.

Cele mai studiate au fost trei mecanisme de reparare: 1) fotoreparare, 2) reparare excizională sau pre-replicativă, 3) reparare post-replicativă.

Modificările în structura ADN-ului apar în celulă în mod constant sub influența metaboliților reactivi, radiațiilor ultraviolete, metalelor grele și sărurilor acestora etc. Prin urmare, defectele sistemelor de reparare cresc rata proceselor de mutație și provoacă boli ereditare (xeroderma pigmentosum, progeria, etc.).

Structura și funcțiile ARN

- un polimer ai cărui monomeri sunt ribonucleotide. Spre deosebire de ADN, ARN-ul este format nu din două, ci dintr-un singur lanț de polinucleotide (cu excepția faptului că unii virusuri care conțin ARN au ARN dublu catenar). Nucleotidele ARN sunt capabile să formeze legături de hidrogen între ele. Lanțurile de ARN sunt mult mai scurte decât lanțurile de ADN.

Monomer ARN - nucleotidă (ribonucleotidă)- constă din reziduuri a trei substanțe: 1) o bază azotată, 2) o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (pentoză) și 3) acid fosforic. Bazele azotate ale ARN aparțin, de asemenea, claselor de pirimidine și purine.

Bazele pirimidinice ale ARN sunt uracil și citozină, iar bazele purinice sunt adenina și guanina. Monozaharida nucleotidă ARN este riboza.

A evidentia trei tipuri de ARN: 1) informativ(mesager) ARN - ARNm (ARNm), 2) transport ARN - ARNt, 3) ribozomal ARN - ARNr.

Toate tipurile de ARN sunt polinucleotide neramificate, au o conformație spațială specifică și participă la procesele de sinteză a proteinelor. Informațiile despre structura tuturor tipurilor de ARN sunt stocate în ADN. Procesul de sinteză a ARN-ului pe un șablon de ADN se numește transcripție.

Transfer ARN-uri conțin de obicei 76 (de la 75 la 95) nucleotide; greutate moleculară - 25.000-30.000 ARNt reprezintă aproximativ 10% din conținutul total de ARN din celulă. Funcțiile ARNt: 1) transportul aminoacizilor la locul sintezei proteinelor, la ribozomi, 2) intermediar de translație. Există aproximativ 40 de tipuri de ARNt găsite într-o celulă, fiecare dintre ele având o secvență unică de nucleotide. Cu toate acestea, toate ARNt-urile au mai multe regiuni complementare intramoleculare, datorită cărora ARNt-urile capătă o conformație asemănătoare frunzei de trifoi. Orice ARNt are o buclă pentru contactul cu ribozomul (1), o buclă anticodon (2), o buclă pentru contactul cu enzima (3), o tulpină acceptor (4) și un anticodon (5). Aminoacidul este adăugat la capătul de 3" al tulpinii acceptoare. Anticodon- trei nucleotide care „identifică” codonul ARNm. Trebuie subliniat faptul că un ARNt specific poate transporta un aminoacid strict definit corespunzător anticodonului său. Specificitatea conexiunii dintre aminoacid și ARNt se realizează datorită proprietăților enzimei aminoacil-ARNt sintetaza.

ARN ribozomal conţin 3000-5000 de nucleotide; greutate moleculară - 1.000.000-1.500.000 ARNr reprezintă 80-85% din conținutul total de ARN din celulă. În complex cu proteinele ribozomale, ARNr formează ribozomi - organele care realizează sinteza proteinelor. În celulele eucariote, sinteza ARNr are loc în nucleoli. Funcțiile ARNr: 1) o componentă structurală necesară a ribozomilor și, astfel, asigurând funcționarea ribozomilor; 2) asigurarea interacțiunii ribozomului și ARNt; 3) legarea inițială a ribozomului și codonul inițiator al ARNm și determinarea cadrului de citire, 4) formarea centrului activ al ribozomului.

ARN mesager a variat în conținutul de nucleotide și greutatea moleculară (de la 50.000 la 4.000.000). ARNm reprezintă până la 5% din conținutul total de ARN din celulă. Funcțiile ARNm: 1) transfer de informații genetice de la ADN la ribozomi, 2) matrice pentru sinteza unei molecule de proteine, 3) determinarea secvenței de aminoacizi a structurii primare a unei molecule de proteine.

Structura și funcțiile ATP

Acid adenozin trifosforic (ATP)- o sursă universală și un acumulator principal de energie în celulele vii. ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. Cantitatea de ATP este în medie de 0,04% (din greutatea umedă a celulei), cea mai mare cantitate de ATP (0,2-0,5%) se găsește în mușchii scheletici.

ATP constă din reziduuri: 1) o bază azotată (adenină), 2) o monozaharidă (riboză), 3) trei acizi fosforici. Deoarece ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic, acesta aparține trifosfaților ribonucleozidici.

Cea mai mare parte a muncii care se întâmplă în celule utilizează energia hidrolizei ATP. În acest caz, când restul terminal al acidului fosforic este eliminat, ATP se transformă în ADP (acid adenozin difosforic), iar când al doilea reziduu de acid fosforic este eliminat, acesta se transformă în AMP (acid adenozin monofosforic). Randamentul de energie liberă la eliminarea ambelor reziduuri terminale și secundare de acid fosforic este de 30,6 kJ. Eliminarea celei de-a treia grupări fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ. Legăturile dintre terminalul și al doilea, al doilea și primul reziduu de acid fosforic se numesc de înaltă energie (high-energy).

Rezervele de ATP sunt reînnoite în mod constant. În celulele tuturor organismelor, sinteza ATP are loc în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de acid fosforic la ADP. Fosforilarea are loc cu intensitate variabilă în timpul respirației (mitocondrii), glicolizei (citoplasmei) și fotosintezei (cloroplaste).

ATP este principala legătură între procesele însoțite de eliberarea și acumularea de energie și procesele care au loc cu consumul de energie. În plus, ATP, împreună cu alți trifosfați ribonucleozidici (GTP, CTP, UTP), este un substrat pentru sinteza ARN.

Mergi la cursurile nr. 3„Structura și funcțiile proteinelor. enzime"

Mergi la cursurile nr. 5"Teoria celulei. Tipuri de organizare celulară”