Структура и функции днк

Связь ДНК в передаче генов

Мы часто слышим обвинения в адрес генов, когда речь заходит о дурных склонностях и привычках человека. Попробуем разобраться, что такое гены и какую роль играет ДНК в передаче наследственных данных, переносит ли она негативную информацию. Каковы же функции нуклеиновых кислот в клетке?

Ген – это особый участок молекулы ДНК, образующийся из уникальных сочетаний нуклеотидов. Каждый тип гена находится в специально отведенном для этого участке спирали ДНК, никуда не мигрируя. Число нуклеотидов в генах постоянно. Например, ген, отвечающий за синтез инсулина, в своем составе имеет 60 пар нуклеотидов.

Также в цепочке ДНК находятся т.н. «некодирующие последовательности». Роль их в передаче генетического материала не до конца установлена. Предполагается, что эти последовательности отвечают за порядок в работе генов и «закручивают» хромосомы.

Весь объем генов в организме носит название геном. Он в свою очередь равномерно распределяется в 46 парах молекул ДНК. Каждая такая пара называется хромосома. Следовательно, организм человека состоит из 46 пар хромосом, в которые вложена вся генетическая информация, начиная от внешности, заканчивая предрасположенностью к различным заболеваниям.

Хромосомы различаются по своей морфологии и размеру. Основных форм две – Х и У. Человеческий организм содержит парные хромосомы, т.е. каждая хромосома имеет свою точную копию. Таким образом, в норме мы имеем 23 парные хромосомы. Каждая хромосомная пара выполняет свою функцию, отвечая за конкретные признаки. 22 пары хромосом отвечают за соматические признаки и лишь одна за половые. Сочетание хромосом ХХ означает, что на свет появится девочка, а сочетание ХУ – мальчик.

Строение ДНК-молекулы

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – высокомолекулярное соединение, которое содержится в каждой клетке живого организма. ДНК является материальным носителем генетической информации, то есть обеспечивает ее хранение и воспроизведение.

    Состоит ДНК из множества единиц дезоксирибонуклеотидов, которые делятся на четыре типа. Они образуют специфические последовательности, характерные для каждого конкретного живого организма. Эти дезоксирибонуклеотиды представляют собой трехкомпонентные образования, которые состоят из гетероциклического основания (пурины — аденин или гуанин, или пиримидины — тимин или цитозин), которые в свою очередь соединяются с дизоксирибозой.

    В клетках прокариот содержится одна хромосома, в состав которой входит двойная цепь ДНК. Эукариотические клетки содержат несколько молекул ДНК, которые связаны с белками и организованы внутри ядра. Ядро окружено двухмембранной системой.

Генетика человека

Каждая клетка в организме человека содержит от 25 000 до 35 000 генов. Гены несут переданную от родителей информацию, которая определяет черты внешности и характера. Гены содержат последовательности нуклеотидных оснований в нуклеиновых кислотах для производства специфических белков.

Информация, содержащаяся в ДНК, не преобразуется напрямую в белки, а должна сначала транскрибироваться в процессе, называемом транскрипцией ДНК. Этот процесс происходит в ядре наших клеток.

Факторы транскрипции — это особые белки, которые определяют, включён ген или нет. Эти белки связываются с ДНК и либо помогают в процессе транскрипции, либо ингибируют процесс. Транскрипционные факторы важны для дифференцировки клеток, поскольку они определяют, какие гены в клетке экспрессируются. Например, гены, экспрессируемые в эритроцитах, отличаются от генов, экспрессируемых в половых клетках.

Общие сведения

Нуклеиновая кислота, которая несёт генетическую информацию в клетке и способна к саморепликации и синтезу РНК, называется ДНК. Другими словами, ДНК относится к молекулам внутри клеток, которые несут генетическую информацию и передают её из поколения в поколение. Научное название для ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота.

Человек получает свою ДНК от своих родителей, учёные называют это «наследственным материалом» (информация, которая передаётся следующему поколению). Ни у кого в мире не будет такого же генетического кода. Дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой большую молекулу в форме двойной спирали. Это немного похоже на лестницу, которую скрутили много раз.

Каждая из двух цепей лестницы представляет собой длинную последовательность нуклеотидов, или отдельных единиц, состоящих из молекул:

• фосфата;
• сахара под названием дезоксирибоза, содержащих пять атомов углерода;
• азотсодержащих частиц.

Существует четыре типа азотсодержащих областей, называемых основаниями:

• аденин (А);
• цитозин (С);
• гуанин (G);
• тимин (T).

Спирализация молекулы. Явление комплементарности

Величина молекулы ДНК человека чудовищно огромна (в масштабах других молекул, конечно)! В геноме одной-единственной клетки (46 хромосом) содержится примерно 3,1 млрд пар нуклеотидов. Длина цепочки ДНК, составленной таким количеством звеньев, равняется примерно двум метрам. Трудно представить, каким образом настолько громоздкую молекулу можно разместить в пределах крохотной клетки.

Но природа позаботилась о более компактной упаковке и защите своего генома — две цепочки соединяются между собой азотистыми основаниями и образуют хорошо известную двойную спираль. Таким образом, удается сократить длину молекулы почти в шесть раз.

Порядок взаимодействия азотистых оснований строго определен явлением комплементарности. Аденин может соединяться исключительно с тимином, а цитозин взаимодействует только с гуанином. Эти комплементарные пары подходят друг другу как ключ и замок, как кусочки пазла.

Теперь давайте посчитаем, сколько же памяти в компьютере (ну или на флешке) должна занимать вся информация об этой маленькой (в масштабе нашего с вами мира) молекуле. Количество пар нуклеотидов — 3,1х109. Всего значений 4, что означает — для одной пары достаточно 2-х бит информации (22 значений). Умножаем все это друг на друга и получаем 6200000000 бит, или 775000000 байт, или 775000 килобайт, или 775 мегабайт. Что примерно соответствует емкости CD диска или объему какой-нибудь 40-минутной серии фильма в среднем качестве.

Функции нуклеотидов

Местонахождение в клетках аминокислот, белка и нуклеотидов поддерживает их жизнедеятельность, а также сохранение, передачу и верную реализацию генетической наследственности. Стоит в отдельности рассмотреть функции ДНК, РНК и их разновидностей в жизни живых организмов.

Значение ДНК

В клетках ДНК вся информация в основном сосредоточена в ядре клетки. Бактериальная среда, как правило, в формуле занимает одну кольцевую молекулу, находится в неправильной формы образовании в цитоплазме, именуемым нуклеотидом. Гены, входящие в состав наследственной информации генома, являются единицей передачи генетической наследственности. Признак частицы — открытая рама считывания.

1. Самая важная биологическая функция вида — генетическая, клетка является носителем генетической информации (благодаря этой особенности, каждый вид на планете обладает своими индивидуальными особенностями).
2. Наследственную информацию ДНК способно передавать в ряду целых поколений не без дополнительного участия и РНК.
3. Осуществляет процессы регуляции биосинтеза белка.

Свойства РНК

В природе различают три разновидности РНК, каждая из которых предназначена для выполнения особой роли в осуществлении синтеза белка.

1. Транспортная предназначена для транспортировки активированных аминокислот по организму к рибосомам. Это необходимо для осуществления синтеза полипептидных молекул. Исследования показали, что одна транспортная молекула способна связаться лишь с одной из 20 аминокислот. Они служат в качестве транспортировщиков специфических аминокислот и углеводов. Длина транспортной цепи значительно короче матричной, в состав входит приблизительно 80 нуклеотидов, визуально имеет вид клеверного листа.
2. Матричная занимается копированием наследственного кода из ядра в цитоплазму. За счет этого процесса осуществляется синтез разнообразных белков. Схема строения представляет собой одноцепочную молекулу, она является неотъемлемой составляющей цитоплазмы. В составе молекулы содержится до нескольких тысяч нуклеотидов, они занимаются транспортировкой наследственной информации через мембрану ядра к очагу синтеза на рибосоме. Копирование информации осуществляется посредством транскрипции.
3. Рибосомная задействует около 73 белков для формирования рибосом. Они собой представляют клеточные органеллы, на которых осуществляется сбор полипептидных молекул. Основные задачи рибосомной молекулы — это формирование центра рибосомы (активного); неотъемлемый структурный элемент рибосом, обеспечивающий их правильное функционирование; первоначальное взаимодействие рибосомы с кодоном-инициатором для выявления рамки считывания; обеспечение взаимодействия рибосомных молекул с транспортными.

Функции ДНК

Основными функциями ДНК являются:

1. Хранение наследственной информации. Последовательность аминокислот, находящихся в молекуле белка, определяется порядком, в котором расположены нуклеотидные остатки в молекуле ДНК. Также в ней зашифрована вся информация о свойствах и признаках организма.
2. ДНК способна передавать наследственную информацию следующему поколению. Это возможно из-за способности к репликации – самоудвоению. ДНК способна распадаться на две комплементарные цепочки, и на каждой из них (в соответствии с принципом комплементарности) восстанавливается исходная последовательность нуклеотидов.
3. При помощи ДНК происходит биосинтез белков, ферментов и гормонов.

Синтез ДНК. Репликация

Уникальным свойством ДНК является ее способность удваиваться (реплицироваться). В природе репликация ДНК происходит следующим образом: с помощью специальных ферментов (гираз), которые служат катализатором (веществами, ускоряющими реакцию), в клетке происходит расплетение спирали в том ее участке, где должна происходить репликация (удвоение ДНК). Далее водородные связи, которые связывают нити, разрываются и нити расходятся.

В построении новой цепи активным «строителем» выступает специальный фермент — ДНК-полимераза. Для удвоения ДНК необходим также стратовый блок или «фундамент», в качестве которого выступает небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК. Этот стартовый блок, а точнее — комплементарный участок цепи родительской ДНК — взаимодействует с праймером — одноцепочечным фрагментом из 20—30 нуклеотидов. Происходит репликация или клонирование ДНК одновременно на обеих нитях. Из одной молекулы ДНК образуются две молекулы ДНК, в которых одна нить от материнской молекулы ДНК, а вторая, дочерняя, вновь синтезированная.

Таким образом, процесс репликации ДНК (удваивания) включает в себя три основных этапа:

• Расплетение спирали ДНК и расхождение нитей
• Присоединение праймеров
• Образование новой цепи ДНК дочерней нити

В основе анализа методом ПЦР лежит принцип репликации ДНК — синтеза ДНК, который современным ученым удалось воссоздать искусственно: в лаборатории врачи вызывают удвоение ДНК, но только не всей цепи ДНК, а ее небольшого фрагмента.

Определение ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, является биологическим макромолекула это несет наследственную информацию во многих организмах. ДНК необходима для производства белков, регуляции, обмена веществ и размножения клетка, Большие сжатые молекулы ДНК со связанными белками, называемыми хроматином, в основном присутствуют внутри ядра. Некоторые цитоплазматические органеллы, такие как митохондрии также содержат молекулы ДНК.

ДНК обычно представляет собой двухцепочечный полимер нуклеотидов, хотя одноцепочечная ДНК также известна. Нуклеотиды в ДНК – это молекулы, состоящие из дезоксирибоза сахар, фосфат и азотистая основа, Азотистые основания в ДНК бывают четырех типов – аденин, гуанин, тимин и цитозин. Фосфатные и дезоксирибозные сахара образуют структуру, напоминающую остов, с азотистыми основаниями, вытянутыми как ступеньки лестницы. Каждый сахар молекула через его третий и пятый атомы углерода связаны с одной молекулой фосфата каждая.

Репликация ДНК и ее строение

И первичная, и вторичная структуры ДНК возникают в ходе явления, называемого репликацией – образования из материнской макромолекулы двух идентичных ей «двойных спиралей». При репликации исходная молекула расплетается, и на освободившихся одиночных цепочках происходит наращивание комплементарных оснований. Поскольку половинки ДНК антипараллельны, этот процесс протекает на них в разных направлениях: по отношению к материнским цепочкам от 3’-конца к 5’-концу, то есть новые цепочки растут в направлении 5’ → 3’. Лидирующая цепь синтезируется непрерывно в сторону репликационной вилки; на отстающей цепи синтез совершается от вилки отдельными участками (фрагменты Оказаки), которые затем сшивает между собой особый фермент – ДНК-лигаза.

Пока продолжается синтез, уже сформированные концы дочерних молекул претерпевают винтообразное закручивание. Затем, еще до окончания репликации новорожденные молекулы начинают образовывать третичную структуру в процессе, именуемом сверхспирализацией.

Обзор

В «смягчено» двуспиральном сегменте B-ДНК , две нити скрутить вокруг оси спирала один раз каждые 10.4-10.5 пар оснований в последовательности . Добавление или уменьшение поворотов, как это могут делать некоторые ферменты , вызывает напряжение. Если бы сегмент ДНК при деформации скручивания был замкнут в круг, соединив его два конца, а затем позволил бы свободно двигаться, кольцевая ДНК искривилась бы в новую форму, такую ​​как простая восьмерка. Такое искривление и есть суперспираль . Форма существительного «суперспираль» часто используется в контексте топологии ДНК .

Положительно свернутая (намотанная) ДНК временно генерируется во время репликации и транскрипции ДНК, и, если она быстро не расслабляется, ингибирует (регулирует) эти процессы. Простая восьмерка — это простейшая суперспираль, и это форма, которую принимает круглая ДНК, чтобы приспособиться к одному слишком большому или слишком малому спиральному витку. Два лепестка восьмерки будут повернуты либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки относительно друг друга, в зависимости от того, перемотана спираль или нет. Для каждого дополнительного винтового закручивания лепестки будут совершать еще одно вращение вокруг своей оси. Как правило, ДНК большинства организмов имеет отрицательную суперспираль.

Лобальные искривления кольцевой ДНК, такие как вращение восьмерки вышеупомянутых долей, называются корчем . Приведенный выше пример показывает, что скручивание и изгиб взаимозаменяемы. Математически суперскручение можно представить как сумму скручивания и изгиба. Скручивание — это количество витков спирали в ДНК, а изгиб — это количество раз, когда двойная спираль пересекает саму себя (это суперспирали). Дополнительные спиральные скручивания являются положительными и приводят к положительной суперспирализации, в то время как вычитающее скручивание вызывает отрицательную суперспирацию. Многие ферменты топоизомеразы воспринимают сверхспирализацию и либо генерируют, либо рассеивают ее, изменяя топологию ДНК.

Частично из-за того, что хромосомы могут быть очень большими, сегменты в середине могут действовать так, как будто их концы закреплены. В результате они могут быть неспособны распределить избыточное скручивание по остальной хромосоме или поглотить скручивание для восстановления после перемотки — другими словами, сегменты могут стать сверхспиральными . В ответ на суперскручение они будут изгибаться, как если бы их концы были соединены.

Суперспиральная ДНК образует две структуры; plectoneme или тороид , или комбинацией обоих. Отрицательно свернутая молекула ДНК будет образовывать либо однозарядную левую спираль, то есть тороид, либо двухстартовую правостороннюю спираль с концевыми петлями, плектонему. Плектонемы обычно более распространены в природе, и это форма , которую принимает большинство бактериальных плазмид . Для более крупных молекул обычно образуются гибридные структуры — петля на тороиде может переходить в плектонему. Если все петли на тороиде расширяются, он становится точкой ветвления в плектонемной структуре. Суперспирализация ДНК важна для упаковки ДНК во всех клетках и, по-видимому, также играет роль в экспрессии генов.

Структура ДНК

Ранее ученые представляли, что модель строения ДНК периодическая, где повторяются одинаковые группы нуклеотидов (комбинаций молекул фосфата и сахара). Определенная комбинация последовательности нуклеотидов предоставляет возможность «кодировать» информацию. Благодаря исследованиям выяснилось, что у разных организмов структура различается.

Особенно известны в изучении вопроса, что такое ДНК американские ученые Александер Рич, Дэйвид Дэйвис и Гэри Фелзенфелд. Они в 1957 году представили описание нуклеиновой кислоты из трех спиралей. Спустя 28 лет, ученый Максим Давидович Франк-Каменицкий продемонстрировал, как дезоксирибонуклеиновая кислота, которая состоит из двух спиралей, складывается Н-образной формой из 3 нитей.

Структура у дезоксирибонуклеиновой кислоты двухцепочечная. В ней нуклеотиды попарно соединены в длинные полинуклеотидные цепи. Эти цепочки при помощи водородных связей делают возможным образование двойной спирали. Исключение – вирусы, у которых одноцепочечный геном. Существуют линейные ДНК (некоторые вирусы, бактерии) и кольцевые (митохондрии, хлоропласты).

Суперскрученная молекула

Сверхспирализованная форма ДНК возникает, когда двухцепочечная молекула совершает дополнительное закручивание. Оно может быть направлено по часовой стрелке (положительно) либо против (в этом случае говорят об отрицательной сверхспирализации). ДНК большинства организмов суперскручена отрицательно, то есть против основных витков «двойной спирали».

В результате образования дополнительных петель – супервитков – ДНК приобретает сложную пространственную конфигурацию. В клетках эукариот этот процесс происходит с формированием комплексов, в которых ДНК отрицательно навивается на гистоновые белковые комплексы и принимает вид нити с бусинами-нуклеосомами. Свободные участки нити называются линкерами. В поддержании суперскрученной формы молекулы ДНК принимают участие и негистоновые белки, а также неорганические соединения. Так образуется хроматин – вещество хромосом.

Хроматиновые нити с нуклеосомными бусинами способны к дальнейшему усложнению морфологии в процессе, называемом конденсацией хроматина.

Деление нуклеиновой кислоты

ДНК может копировать себя. Обе нити кислоты открываются и делают копию каждой. Таким образом, каждая новая ДНК имеет одну копию старой, из которой, в свою очередь, сделана копия. Митохондрии содержат небольшое количество ДНК. Этот генетический материал известен как митохондриальная ДНК или мтДНК.

Каждая клетка содержит от сотен до тысяч митохондрий, которые лежат в цитоплазме. Митохондриальная кислота содержит 37 генов, которые помогают ей нормально функционировать. Тринадцать из этих генов предоставляют инструменты для создания ферментов, участвующих в производстве энергии путём окислительного фосфорилирования. Остальные гены помогают в создании молекул, называемых трансферными РНК (тРНК) и рибосомными РНК (рРНК), которые помогают в синтезе белка.

Основы цитологии

1. Клеточная теория
2. Строение и функции оболочки клетки
3. Цитоплазма и ее органоиды: эндоплазматическая сеть, митохондрии и пластиды
4. Аппарат Гольджи, лизосомы и другие органоиды цитоплазмы.

Клеточные включения

• Клеточное ядро
• Прокариотические клетки
• Неклеточные формы жизни — вирусы
• Химический состав клетки. Неорганические вещества
• Органические вещества клетки.

Белки, их строение

• Свойства и функции белков
• Углеводы. Липиды
• Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК
• Обмен веществ клетки. Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ
• Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ
• Пластический обмен. Биосинтез белков. Синтез и-РНК
• Синтез полипептидной цепи на рибосоме
• Особенности пластического и энергетического обменов растительной клетки

В зависимости от того, какой моносахарид содержится в структурном звене полинуклеотида — рибоза или 2-дезоксирибоза, различают

• рибонуклеиновые кислоты (РНК) и
• дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

В главную (сахарофосфатную) цепь РНК входят остатки рибозы, а в ДНК 2-дезоксирибозы.

Нуклеотидные звенья макромолекул ДНК могут содержать аденин, гуанин, цитозин и тимин.

Состав РНК отличается тем, что вместо тимина присутствует урацил.

Молекулярная масса ДНК достигает десятков миллионов а.е.м.

Структура ДНК

   В ДНК условно можно выделить первичную, вторичную и третичную структуры. Первичная структура ДНК – это количество, качество и порядок расположения остатков дезоксирибонуклеотидов в полинуклеотидных цепях. Вторичная структура ДНК — представляетсобой организацию полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, направленных противоположно друг другу и правозакрученых вокруг спиральной оси с образованием двойного типа спирали. Ее диаметр составляет 1,8-2,0 нм с периодом идентичности 3,4 нм.

  Углеводно-фосфатные группы в спирали расположены снаружи (сахарофосфатное основание), а азотистые основания — внутри. Азотистые основания двух цепей связываются между собой водородными связями по принципу комплементарности: аденин образует двойную связь с тимином, а гуанин в свою очередь — три связи с цитозином. Двойная спираль — характерное строение для большинства  ДНК-молекул. Одноцепную ДНК содержат некоторые вирусы, а также кольцевые формы ДНК — плазмиды.

    Третичная структура ДНК — это образование в пространстве спиралевидных и суперспиралевидных форм молекулы ДНК. Третичная структура ДНК (прокариот и эукариот) отличается некоторыми особенностями, которые связаны со строением и функцией клеток. Третичная структура ДНК эукариот образуется благодаря множественной суперспирализации молекулы и реализуется в виде комплексов ДНК с белками.

 ДНК эукариот практически полностью находится в хромосомах ядер, и лишь небольшое количество содержится в митохондриях (митохондриальная ДНК).

Функции

Упаковка генома

Суперспирализация ДНК важна для упаковки ДНК во всех клетках. Поскольку длина ДНК может в тысячи раз превышать длину клетки, упаковка этого генетического материала в клетку или ядро ​​(у эукариот) является сложной задачей. Суперспирализация ДНК уменьшает пространство и позволяет упаковывать ДНК. У прокариот преобладают плектонемные суперспирали из-за круговой хромосомы и относительно небольшого количества генетического материала. У эукариот суперспирализация ДНК существует на многих уровнях как плектонемных, так и соленоидных суперспиралей, причем соленоидная суперспирализация оказывается наиболее эффективной для уплотнения ДНК. Соленоидная суперспирализация достигается с помощью гистонов с образованием волокна 10 нм. Это волокно затем свернуто в 30-нм волокно, а затем наматывается на себя еще много раз.

Упаковка ДНК значительно увеличивается во время митоза, когда дублированные сестринские ДНК разделяются на дочерние клетки. Было показано, что конденсин , большой белковый комплекс, который играет центральную роль в сборке митотических хромосом, индуцирует положительные суперспирали зависимым от гидролиза АТФ способом in vitro . Суперспирализация также может играть важную роль во время интерфазы в формировании и поддержании топологически ассоциирующих доменов (TAD).

Суперспирализация также необходима для синтеза ДНК / РНК. Поскольку ДНК должна быть размотана для действия ДНК / РНК- полимеразы , в результате будут возникать суперспирали. Область перед полимеразным комплексом будет размотана; это напряжение компенсируется положительными суперспиралями перед комплексом. За комплексом перематывается ДНК, и возникают компенсаторные отрицательные суперспирали. Топоизомеразы, такие как ДНК-гираза (топоизомераза типа II), играют роль в снятии некоторых стрессов во время синтеза ДНК / РНК.

Экспрессия гена

Специализированные белки могут распаковывать небольшие сегменты молекулы ДНК, когда она реплицируется или транскрибируется в РНК . Но работа, опубликованная в 2015 году, показывает, как ДНК открывается сама по себе.

Простое скручивание ДНК может обнажить внутренние основания снаружи без помощи каких-либо белков. Кроме того, сама транскрипция искажает ДНК в живых клетках человека, сжимая одни части спирали и ослабляя ее в других. Это напряжение вызывает изменения формы, в первую очередь раскрытие спирали для считывания. К сожалению, эти взаимодействия очень трудно изучать, потому что биологические молекулы легко изменяются. В 2008 году было отмечено, что транскрипция скручивает ДНК, оставляя за собой след из перескрученной (или отрицательно сверхспиральной) ДНК. Более того, они обнаружили, что сама последовательность ДНК влияет на то, как молекула реагирует на сверхспирализацию. Например, исследователи определили конкретную последовательность ДНК, которая регулирует скорость транскрипции; по мере того, как количество суперспиралей увеличивается и уменьшается, он замедляет или ускоряет скорость, с которой молекулярные механизмы считывают ДНК. Предполагается, что эти структурные изменения могут вызывать стресс в другом месте на своем протяжении, что, в свою очередь, может обеспечивать триггерные точки для репликации или экспрессии генов. Это означает, что это очень динамичный процесс, в котором и ДНК, и белки влияют друг на друга на то, как действует и реагирует другой.

Роль в клетке

Основная роль ДНК в клетках – передача наследственных генов и выживание будущего поколения. От нее зависят не только внешние данные будущей особи, но и ее характер и здоровье. Дезоксирибонуклеиновая кислота находится в суперскрученном состоянии, но для качественного процесса жизнедеятельности она должна быть раскрученной. С этим ей помогают ферменты — топоизомеразы и хеликазы.

Топоизомеразы относятся к нуклеазам, они способны изменять степень скрученности. Еще одна их функция – участие в транскрипции и репликации (делении клеток). Хеликазы разрывают водородные связи между основаниями. Существуют ферменты лигазы, которые нарушенные связи «сшивают», и полимеразы, которые участвуют в синтезе новых цепей полинуклеотидов.

Функции РНК

Функции РНК: реализует наследственную информацию, принимает участие в синтезе белков.

Информационная (матричная) РНК (иРНК) представляет собой копию участка ДНК, то есть одного или нескольких генов. Она переносит генетическую информацию к месту синтеза полипептидной цепи и принимает в нем непосредственное участие. Соответственно длине участка ДНК, которое и РНК копирует, она состоит из 300-30 000 нуклеотидов. Часть и РНК в клетке составляет около 5 % общего количества. Молекулы и РНК относительно нестабильные – быстро распадаются на нуклеотиды. Срок их жизни составляет в клетках эукариот до нескольких часов, у микроорганизмов – несколько минут.

Подобно молекуле ДНК, и РНК имеет вторичную и третичную структуры, которые формируются с помощью водородных связей, гидрофобных, электростатических взаимодействий и т. п.

Рибосомная РНК составляет 60 % массы рибосом, около 85 % общего количества РНК клетки. Включает 3000-5000 нуклеотидов. Она не принимает участия в передаче наследственной информации. Входит в состав рибосомы и взаимодействует с ее белками, которых у эукариот около 100. У эукариот есть четыре типа рибосомной РНК, у прокариот — три. Выполняет структурную функцию: обеспечивает определенное пространственное расположение иРНК и тРНК на рибосоме.

Транспортная (тРНК) — переносит аминокислоты к месту синтеза белка. По принципу комплементарности узнает участок иРНК, отвечающий аминокислоте, которая транспортируется. К месту синтеза белка каждая аминокислота транспортируется своей тРНК. тРНК транспортируются элементами цитоскелета клетки.

Имеет форму трехлистника (листка клевера) — постоянную вторичную структуру, которая обеспечивается водородными связями. На верхушке тРНК расположен триплет нуклеотидов, соответствующий кодону иРНК и называющийся антикодоном. Возле основания есть участок, к которому благодаря ковалентной связи молекула аминокислоты прикрепляется. Содержит тРНК 70-90 нуклеотидов. Составляет до 10 % общего количества РНК. Известно около 60 видов тРНК.

тРНК может иметь довольно компактную L-подобной неправильной формы третичную структуру.

Заключение

Строение ДНК позволяет ей являться хранителем генетической информации, а также передавать ее следующим поколениям. Какие есть особенности у этой молекулы?

1. Стабильность. Это возможно благодаря гликозидным, водородным и фосфодиэфирным связям, а также механизму репарации индуцированных и спонтанных повреждений.
2. Возможность репликации. Этот механизм позволяет в соматических клетках сохранять диплоидное число хромосом.
3. Существование генетического кода. При помощи процессов трансляции и транскрипции последовательность оснований, находящихся в ДНК, преобразуется в последовательность аминокислот, находящихся в полипептидной цепи.
4. Способность к генетической рекомбинации. При этом образуются новые сочетания генов, которые сцеплены между собой.

Таким образом, строение и функции ДНК позволяют ей играть неоценимую роль в организмах живых существ. Известно, что длина 46-ти молекул ДНК, находящихся в каждой клетке человека, равна почти 2 м, а число нуклеотидных пар составляет 3,2 млрд.