Содержание
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)
Основная часть ДНК сосредоточена в хромосомах клетки. Незначительная ее часть находится в митохондриях и пластидах. У прокариот – кольцевая ДНК, плазмиды. ДНК – это длинная полинуклеотидная цепь, которая может достигать 10 м. Соответственно, она имеет большую молекулярную массу. В ядре ДНК размещается благодаря образованию компактной структуры. Происходит это из-за взаимодействия с основными белками – гистонами (от греч. гистос – ткань). Гистоны одинаковые почти у всех эукариот. Двойная спираль ДНК намотана на молекулы пистонов, образующих сердцевину, и сокращается почти в пять раз. Образуется нуклеосома (от лат .nucleus – ядро от греч. сома – тело). Нуклеосомы взаимодействуют с другими белками и образуют спираль высшего уровня.
Первооткрыватели структуры ДНК
Американский биохимик Дж. Уотсон и английский генетик Ф. Крик в 1953 году предложили модель пространственной структуры ДНК. Позднее она была подтверждена экспериментально. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Они соединены между собой водородными связями, которые образуются между нуклеотидами: два – между аденином и тимином, три – между цитозином и гуанином. Каждый нуклеотид расположен в плоскости, которая перпендикулярна оси спирали. Две полинуклеотидные цепи ДНК, в соответствии с предложенной моделью, образуют правозакрученую спираль – вторичную структуру ДНК. Спирали ДНК разнонаправлены. Между азотистыми основаниями расстояние составляет 0,34 нм. Шаг спирали равняется 3,4 нм и содержит десять пар азотистых оснований, диаметр спирали составляет около 2 нм. Спираль ДНК может испытывать пространственное уплотнение и формировать суперспираль – третичную структуру.
Это возможно потому, что ДНК соединяется с ядерными белками.
Последним уровнем структурной организации ДНК является хромосома, которая наиболее компактна в период деления. У многих прокариот, некоторых вирусов, в митохондриях и хлоропластах эукариот ДНК имеет кольцевую структуру и не соединяется с белками.
Американский ученый Э. Чаргафф и его коллеги в 1950 году исследовали состав ДНК и обнаружили определенные закономерности. Правило Э. Чаргаффа (для ДНК): число адениловых нуклеотидов равняется количеству тимидиловых, а гуаниловых количеству цитозидиловых, то есть А = Т, Г = Ц, или А + Г (Ц) = Т + Ц (Г). Соотношение (А + Г)/ (Т + Ц) = 1.
Принцип комплементарности
Принцип комплементарности (от лат. complementum – дополнение) – это правило строгого соответствия: аденина (А) – тимину (Т) или урацилу (У), гуанина (Г) – цитозину (Ц).
Молекулы ДНК способны к самоудвоению – репликации (от англ. replica – отражение), редупликации (от лат. duplicatio– удвоение). В основе ее лежит принцип комплементарности. В новообразованной цепи последовательность нуклеотидов определяется их последовательностью в цепи первичной молекулы ДНК. Одна цепь принадлежит материнской молекуле, вторая – синтезируется. Такой метод называется полуконсервативным. Синтез новых цепей катализируется ферментом ДНК-полимеразой. Фермент этот движется вдоль каждой цепи от З’-конца до 5′-конца. Репликация начинается одновременно на многих участках ДНК. Синтезированные участки ДНК собираются потом в единое целое. Удвоение происходит в синтетический период интерфазы. Скорость репликации ДНК у млекопитающих составляет приблизительно 50 нуклеотидов в секунду. Под влиянием внешних факторов могут возникнуть любые повреждения. Они могут быть исправлены на матрице второй цепи. Соответствующие ферменты удаляют поврежденные участки, встраивают новые. Этот процесс называется репарацией.
Двухспиральная ДНК полностью или частично может распадаться на отдельные цепи и терять биологическую активность при определенных условиях (действие кислот, щелочей, высоких или низких температур и т. п.). Происходит процесс денатурации ДНК, то есть разрыв водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. После прекращения действия факторов ДНК может восстановить двухспиральное строение, то есть может происходить процесс ренатурации.
Функции ДНК
Сохраняет, воссоздает наследственную информацию, во время деления материнской клетки обеспечивает ее передачу дочерним клеткам, из нее происходит синтез белка. Количество ДНК в клетке является видовым признаком.