DNA (asid deoksiribonukleik) ialah salah satu komponen terpenting bagi bahan hidup. Melaluinya, pemeliharaan dan penghantaran maklumat turun-temurun dari generasi ke generasi dijalankan dengan kemungkinan kebolehubahan dalam had tertentu. Sintesis semua protein yang diperlukan untuk sistem hidup adalah mustahil tanpa matriks DNA. Di bawah ini kita akan mempertimbangkan struktur, pembentukan, fungsi asas dan peranan DNA dalam biosintesis protein.
Struktur molekul DNA
Asid deoksiribonukleik ialah makromolekul yang terdiri daripada dua helai. Strukturnya mempunyai beberapa peringkat organisasi.
Struktur utama rantai DNA ialah jujukan nukleotida, setiap satu mengandungi satu daripada empat bes nitrogen: adenine, guanina, sitosin atau timin. Rantaian timbul apabila gula deoksiribosa satu nukleotida dicantumkan dengan residu fosfat yang lain. Proses ini dijalankan dengan penyertaan pemangkin protein - DNA ligase
- Struktur sekunder DNA ialah apa yang dipanggil heliks berganda (lebih tepat, skru berganda). Alasan mampuberhubung antara satu sama lain seperti berikut: adenine dan timin membentuk ikatan hidrogen berganda, dan guanin dan sitosin membentuk tiga kali ganda. Ciri ini mendasari prinsip saling melengkapi asas, mengikut rantaian yang disambungkan antara satu sama lain. Dalam kes ini, berpusing heliks (lebih kerap ke kanan) rantai berganda berlaku.
- Struktur tertier ialah konformasi kompleks molekul besar yang berlaku melalui ikatan hidrogen tambahan.
- Struktur kuaternari terbentuk dalam kombinasi dengan protein dan RNA tertentu dan merupakan cara DNA dibungkus dalam nukleus sel.
fungsi DNA
Mari kita pertimbangkan peranan DNA dalam sistem hidup. Biopolimer ini ialah matriks yang mengandungi rekod struktur pelbagai protein, RNA yang diperlukan oleh badan, serta pelbagai jenis tapak pengawalseliaan. Secara umum, semua komponen ini membentuk program genetik badan.
Melalui biosintesis DNA, program genetik diteruskan kepada generasi seterusnya, memastikan pewarisan maklumat asas kepada kehidupan. DNA mampu bermutasi, yang menyebabkan kebolehubahan organisma hidup satu spesies biologi timbul dan, sebagai hasilnya, proses pemilihan semula jadi dan evolusi sistem hidup adalah mungkin.
Semasa pembiakan seksual, DNA keturunan organisma terbentuk dengan menggabungkan maklumat keturunan bapa dan ibu. Apabila digabungkan, terdapat pelbagai variasi, yang turut menyumbang kepada kebolehubahan.
Cara program genetik dihasilkan semula
Disebabkan oleh struktur pelengkap, pembiakan sendiri matriks molekul DNA adalah mungkin. Dalam kes ini, maklumat yang terkandung di dalamnya disalin. Penduaan molekul untuk membentuk dua anak perempuan "heliks berganda" dipanggil replikasi DNA. Ini adalah proses yang kompleks yang melibatkan banyak komponen. Tetapi dengan penyederhanaan tertentu, ia boleh diwakili sebagai gambar rajah.
Replikasi dimulakan oleh kompleks enzim khas dalam kawasan DNA tertentu. Pada masa yang sama, rantai berganda itu terlepas, membentuk garpu replikasi, di mana proses biosintesis DNA berlaku - pembentukan jujukan nukleotida pelengkap pada setiap rantai.
Ciri kompleks replikasi
Replikasi juga diteruskan dengan penyertaan set kompleks enzim - replisom, di mana polimerase DNA memainkan peranan utama.
Salah satu rantai dalam perjalanan biosintesis DNA ialah peneraju dan terbentuk secara berterusan. Pembentukan untaian ketinggalan berlaku dengan melampirkan urutan pendek - serpihan Okazaki. Serpihan ini diikat menggunakan ligase DNA. Proses sedemikian dipanggil separa berterusan. Di samping itu, ia dicirikan sebagai separa konservatif, kerana dalam setiap molekul yang baru terbentuk, salah satu rantai adalah induk, dan yang kedua ialah anak perempuan.
Replikasi DNA ialah salah satu langkah utama dalam pembahagian sel. Proses ini mendasari pemindahan maklumat keturunan kepada generasi baharu, serta pertumbuhan organisma.
Apakah itu protein
Protein ialahelemen berfungsi yang paling penting dalam sel semua organisma hidup. Mereka melaksanakan fungsi pemangkin, struktur, pengawalseliaan, isyarat, perlindungan dan banyak lagi.
Molekul protein ialah biopolimer yang dibentuk oleh urutan sisa asid amino. Ia, seperti molekul asid nukleik, dicirikan oleh kehadiran beberapa peringkat organisasi struktur - dari primer hingga kuaternari.
Terdapat 20 asid amino (kanonik) berbeza yang digunakan oleh sistem hidup untuk membina pelbagai jenis protein. Sebagai peraturan, protein tidak disintesis sendiri. Peranan utama dalam pembentukan molekul protein kompleks adalah milik asid nukleik - DNA dan RNA.
Intipati kod genetik
Jadi, DNA ialah matriks maklumat yang menyimpan maklumat tentang protein yang diperlukan untuk tubuh membesar dan hidup. Protein dibina daripada asid amino, DNA (dan RNA) daripada nukleotida. Urutan nukleotida tertentu molekul DNA sepadan dengan urutan asid amino tertentu bagi protein tertentu.
Terdapat 20 jenis unit struktur protein - asid amino kanonik - dalam sel, dan 4 jenis nukleotida dalam DNA. Jadi setiap asid amino ditulis pada matriks DNA sebagai gabungan tiga nukleotida - triplet, komponen utamanya ialah bes nitrogen. Prinsip korespondensi ini dipanggil kod genetik, dan triplet asas dipanggil kodon. Gen adalahjujukan kodon yang mengandungi rekod protein dan beberapa gabungan perkhidmatan asas - kodon mula, kodon henti dan lain-lain.
Sesetengah sifat kod genetik
Kod genetik hampir universal - dengan sangat sedikit pengecualian, ia adalah sama dalam semua organisma, daripada bakteria kepada manusia. Ini memberi kesaksian, pertama, kepada hubungan semua bentuk kehidupan di Bumi, dan kedua, dengan zaman purba kod itu sendiri. Mungkin, pada peringkat awal kewujudan kehidupan primitif, versi kod yang berbeza terbentuk agak cepat, tetapi hanya satu yang menerima kelebihan evolusi.
Selain itu, ia khusus (tidak jelas): asid amino yang berbeza tidak dikodkan oleh triplet yang sama. Selain itu, kod genetik dicirikan oleh degenerasi, atau redundansi - beberapa kodon boleh sepadan dengan asid amino yang sama.
Rekod genetik dibaca secara berterusan; fungsi tanda baca juga dilakukan oleh triplet asas. Sebagai peraturan, tiada rekod bertindih dalam "teks" genetik, tetapi di sini juga terdapat pengecualian.
Unit fungsi DNA
Keseluruhan semua bahan genetik sesuatu organisma dipanggil genom. Oleh itu, DNA adalah pembawa genom. Komposisi genom termasuk bukan sahaja gen struktur yang mengekod protein tertentu. Sebahagian penting DNA mengandungi kawasan dengan tujuan fungsi yang berbeza.
Jadi, DNA mengandungi:
- kawal seliaurutan pengekodan RNA tertentu, seperti suis genetik dan pengawal selia ekspresi gen struktur;
- elemen yang mengawal proses transkripsi - peringkat awal biosintesis protein;
- pseudogenes ialah sejenis "gen fosil" yang telah kehilangan keupayaannya untuk mengekod protein atau ditranskripsikan kerana mutasi;
- elemen genetik mudah alih - kawasan yang boleh bergerak dalam genom, seperti transposon ("gen melompat");
- telomeres ialah kawasan istimewa di hujung kromosom, berkat DNA dalam kromosom dilindungi daripada memendek dengan setiap peristiwa replikasi.
Penglibatan DNA dalam biosintesis protein
DNA mampu membentuk struktur yang stabil, unsur utamanya ialah sebatian pelengkap bes nitrogen. Untai ganda DNA menyediakan, pertama, pembiakan lengkap molekul, dan kedua, bacaan bahagian individu DNA semasa sintesis protein. Proses ini dipanggil transkripsi.
Semasa transkripsi, bahagian DNA yang mengandungi gen tertentu tidak dipintal, dan pada salah satu rantai - templat satu - molekul RNA disintesis sebagai salinan rantai kedua, yang dipanggil pengekodan. Sintesis ini juga berdasarkan sifat asas untuk membentuk pasangan pelengkap. Bukan pengekodan, kawasan perkhidmatan DNA dan enzim RNA polimerase mengambil bahagian dalam sintesis. RNA sudah berfungsi sebagai templat untuk sintesis protein, dan DNA tidak terlibat dalam proses selanjutnya.
Transkripsi terbalik
Untuk masa yang lama dipercayai bahawa matrikspenyalinan maklumat genetik hanya boleh pergi ke satu arah: DNA → RNA → protein. Skim ini telah dipanggil dogma pusat biologi molekul. Walau bagaimanapun, semasa penyelidikan, didapati bahawa dalam beberapa kes adalah mungkin untuk menyalin daripada RNA ke DNA - yang dipanggil transkripsi terbalik.
Keupayaan untuk memindahkan bahan genetik daripada RNA kepada DNA adalah ciri retrovirus. Wakil tipikal virus yang mengandungi RNA tersebut ialah virus kekurangan imun manusia. Penyepaduan genom virus ke dalam DNA sel yang dijangkiti berlaku dengan penyertaan enzim khas - transkripase terbalik (revertase), yang bertindak sebagai pemangkin untuk biosintesis DNA pada templat RNA. Revertase juga merupakan sebahagian daripada zarah virus. Molekul yang baru terbentuk disepadukan ke dalam DNA selular, di mana ia berfungsi untuk menghasilkan zarah virus baharu.
Apakah itu DNA manusia
DNA manusia, yang terkandung dalam nukleus sel, dibungkus ke dalam 23 pasang kromosom dan mengandungi kira-kira 3.1 bilion nukleotida berpasangan. Selain DNA nuklear, sel manusia, seperti organisma eukariotik lain, mengandungi DNA mitokondria, faktor keturunan organel sel mitokondria.
Pengekodan gen DNA nuklear (terdapat dari 20 hingga 25 ribu daripadanya) membentuk hanya sebahagian kecil daripada genom manusia - kira-kira 1.5%. Selebihnya DNA sebelum ini dipanggil "sampah", tetapi banyak kajian mendedahkan peranan penting kawasan bukan pengekodan genom, yang dibincangkan di atas. Ia juga amat penting untuk mengkaji prosestranskripsi terbalik dalam DNA manusia.
Sains telah pun membentuk pemahaman yang agak jelas tentang apa itu DNA manusia dari segi struktur dan fungsi, tetapi usaha selanjutnya saintis dalam bidang ini akan membawa penemuan baharu dan teknologi bioperubatan baharu.
