МЕДИЧНА БІОЛОГІЯ, АНАТОМІЯ, ФІЗІОЛОГІЯ ТА ПАТОЛОГІЯ ЛЮДИНИ - Я.І.Федонюк 2010

БІОЛОГІЯ

РОЗДІЛ 1. БІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ

1.3. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧНИЙ І КЛІТИННИЙ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

1.3.3. Спадковий апарат еукаріотичних клітин і його функціонування - молекулярний рівень

ДНК: хімічний склад, просторова організація, роль у реалізації генетичної інформації

ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) - високомолекулярна органічна сполука, біополімер, мономерами якого є нуклеотиди, з'єднані між собою в довгий полінуклеотидний ланцюг. Відносна молекулярна маса ДНК сягає 1500000 - 2000000 і більше. Число і порядок розташування нуклеотидів у ньому становить первинну структуру молекули ДНК. Кожний нуклеотид складається з трьох компонентів: 1) залишку фосфорної кислоти; 2) цукру пентози - дезоксирибози (звідси і назва цієї кислоти - дезоксирибонуклеїнова); 3) однієї з чотирьох азотистих основ: аденіну (А), гуаніну (Г), цитозину (Ц), тиміну (Т). Аденін і гуанін належать до класу пуринових, цитозин і тимін - до класу піримідинових основ. У складі нуклеотиду дезоксирибоза розташована посередині - між фосфорною кислотою і азотистою основою. Сполука азотистої основи і пентози (дезоксирибози) називається нуклеозидом (дезоксирибонуклеозидом). Нуклеотиди сполучаються між собою за допомогою фосфодіефірних зв'язків, які утворюються між Зґ- і 5ґ- гідроксильними групами дезоксирибоз сусідніх нуклеотидів. У полінуклеотидному ланцюзі ДНК виділяють два кінці. Один кінець несе гідроксильну групу (-ОН), яка зв'язана з Зг-вуглецем цукру дезоксирибози, а на іншому кінці знаходиться залишок фосфорної кислоти в 5ґ-положенні цукру.

ДНК характеризується певними закономірностями, встановленими в 1950 р. американським біохіміком Е.Чаргаффом (народився в м.Чернівці). Правила Чаргаффа:

1) сума пуринових основ дорівнює сумі піримідинових основ: А+Г = Т+Ц;

2) кількість основ з кетогрупою в 6-му положенні дорівнює кількості основ з аміногрупою в 6-му положенні: Г+Т=А+Ц, або (Г+Т)/(А+Ц) = 1;

3) вміст аденіну дорівнює вмісту тиміну, а вміст гуаніну дорівнює вмісту цитозину (правило еквівалентності): А=Т, Г=Ц. Згідно з правилами Чаргаффа, склад ДНК різних організмів може варіювати лише за відношенням (А+Т)/(Г+Ц), але для організмів даного виду це відношення є постійним: у людини воно дорівнює 1,54, у бактерії кишкової палички - 1,0.

Уотсон Джеймс Крік Френсис

(народ. 1928 р.). (народ. 1916 р.).

У 1953 р. американський біохімік Дж. Уотсон і англійський фізик Ф.Крік, працюючи в Кембриджському університеті, на основі даних хімічного і рентгеноструктурного аналізів запропонували модель просторової структури ДНК у вигляді подвійної спіралі (Нобелівська премія, 1962). За моделлю Уотсона-Кріка, молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених вправо навколо спільної осі в подвійна спіраль. Два ланцюги в молекулі ДНК антипаралельні: один ланцюг має напрямок 5 → 3', інший - 3 → 5 Подвійна спіраль молекули ДНК утримується водневими звуязками між основами протилежних ланцюгів. Спарювання основ здійснюється за принципом комплементарності: аденін одного ланцюга завжди з’єднаний з тиміном іншого (А-Т), а гуанін - з цитозином (Г-Ц). Між аденіном і тиміном утворюються два водневі звуязки, між гуаніном і цитозином - три. Спарені основи розташовані між двома ланцюгами, перпендикулярно загальній осі. Вся структура нагадує гвинтову драбину, бічні частини якої утворені цукрофосфатним каркасом, а східці - спареними основами. Діаметр спіралі - 2 нм, відстань між азотистими основами впродовж осі спіралі - 0,34 нм, десять пар нуклеотидів утворюють один повний виток подвійної спіралі довжиною 3,4 нм (рис. 1.38, 1.39).

Рис. 1.38. Схема будови подвійної спіралі (біспіралі) молекули ДНК.

Рис. 1.39. Схема, яка ілюструє комплементарність (А—Т, Г-Ц) і антипаралельність двох ланцюгів молекули ДНК.

Існують різні форми подвійної спіралі ДНК (А, В, С, Т, Z). Вище описана В-форма. У живій клітині подвійна спіраль, що становить вторинну структуру ДНК, не має вигляду розгорнутої нитки, а додатково згорнута в просторі за допомогою гістонових білків, утворюючи суперспіраль - третинну структуру. Суперспіралізація забезпечує економну упаковку велетенської молекули ДНК у хромосомі. Крім ядерної ДНК, у клітинах еукаріотів є мітохондріальна ДНК (у рослин і тварин) і пластидна ДНК (у рослин). Мітохондріальні ДНК значно менші, ніж ядерні, мають структуру дволанцюгового кільця і не зв'язані з гістонами.

Молекули ДНК у різних рослин і тварин побудовані з одних і тих імих нуклеотидів чотирьох типів: аденілового, гуанілового, итидилового і тимідилового (А, Г, Ц, Т), але відрізняються між собою і кількістю та порядком чергування нуклеотидів. Дана обставина ізначаєуніверсальність і одночасно унікальність ДНК. ДНК кожного иду характеризується відносною зстійністю і видовою специфічністю. Принцип комплементарності - ійважливіша особливість структури іспіралі ДНК, яка забезпечує її іатність виконувати дві функції: 1) токаталітичну (аутосинтетичну) - інтез ДНК на матриці ДНК юплікація) і 2) гетерокаталітичну етеросинтетичну) - синтез РНК на атриці ДНК (транскрипція). Обидві ункції пов'язані з біологічною роллю НК як носія генетичної інформації - 5ереження, передавання і реалізація гнетичної інформації