Содержание материала
Какова структура ДНК?
Это руководство написано в нескольких комбинациях, но ограничено всего 4 буквами: A, T, G и C. Каждая буква обозначает азотную основу: А — аденин, Т — тимин, Г — гуанин и С — цитозин. Каждое живое существо имеет огромный запас этих 4 основ, каждое из которых связано с пентозным сахаром и молекулой фосфата. Вместе они известны как нуклеотиды. Эти нуклеотиды собраны в две длинные спиральные пряди, похожие на косу из волос. Основания на двух нитях соединяются друг с другом; А с Т и Г с С, образуя пары оснований.
Таким образом, молекула ДНК подобна лестнице, которая крутится, как штопор, при этом сахар и фосфат действуют как боковые направляющие, а пары оснований действуют как ступеньки.
Видео
Что такое нуклеотиды
Нуклеотиды – это четыре элемента, которые являются основой биоязыка программирования цепи ДНК, так же, как ноль и единица являются основой ассемблера (первого из языков программирования). Уникальная последовательность нуклеотидов в одной из двух цепочек ДНК является геном. Если хотя бы немного изменить эту последовательность, то ген уже будет поврежден или разрушен.
Но что делает ДНК?
ДНК — это как набор инструкций, которые регулируют расположение аминокислот. Она состоит из различных 3-х буквенных кодов, называемых кодонами. Эти кодоны должны быть интерпретированы для достижения правильной аминокислоты. Думайте об этом как о пароле, который, если ввести его правильно, даст вам аминокислоту — как крошечный блок Лего! В совокупности все эти блоки дают начало белку. Вот почему аминокислоты также известны как «строительные блоки жизни».
Однако, чтобы понять, как именно декодируются кодоны, нам нужно отправиться в штаб-квартиру.
ДНК хранится в «штаб-квартире» клетки, ядре, где различные «секретные агенты», называемые ферментами, получают этот важный документ (ДНК). Им нужна информация, хранящаяся в ДНК, для создания важных машин, известных как белки.
К сожалению, эти агенты сталкиваются с трудным препятствием. Сырье (аминокислоты) и фабрика (рибосома), необходимые для создания машин (белки), находятся вне ядра. Поначалу это не может показаться проблемой, поскольку ДНК может быть просто выведена за пределы ядра, верно? Однако в этом-то и проблема… поскольку ДНК — такой ценный «документ», она не может покинуть штаб-квартиру!
Вместо этого кусочки информации из ДНК копируются в более мелкие одноцепочечные молекулы, известные как информационная рибонуклеиновая кислота (РНК). МРНК выходит из штаб-квартиры и попадает на фабрику белка, которой является рибосома. В рибосоме инструкции по присоединению аминокислот, кодируемые на РНК, интерпретируются как образование белка. Аминокислоты прикрепляются одна за другой, как бусинки в ожерелье, до тех пор, пока процесс не будет завершен, как определено кодами инструкций.
Вновь построенные белки, с небольшими изменениями по пути, образуют клетки, которые, в свою очередь, образуют ткани, которые затем образуют органы. В совокупности все эти органы образуют живое существо.
Теперь тип живого существа полностью зависит от последовательности и количества вышеупомянутых оснований ДНК. Например, полное руководство для людей состоит из 3 миллиардов букв или оснований. Около 99% этих баз одинаковы у всех людей. Только оставшийся 1% делает каждого из нас уникальным.
Притча о слепых белках и ДНК
Безусловно, ДНК далеко до структурного разнообразия белков с их неисчислимыми фолдами, укладками и т.п. Однако и у нее можно выделить иерархию уровней организации: от первичной (последовательность нуклеотидов) через небольшое разнообразие вторичных и третичных структурных блоков до четвертичной. Последняя представляет собой надмолекулярные объединения — как между разными молекулами ДНК, так и между ДНК и ДНК-связывающими белками.
Как информация ДНК превращается в свойства организма?
ДНК — это код, поэтому для начала ее надо расшифровать и переписать на язык другой нуклеиновой кислоты — рибонуклеиновой кислоты или РНК. Этот процесс называется транскрипция. РНК очень похожа на ДНК, однако вместо нуклеотидов с дезоксирибозой, в цепочку объединяются нуклеотиды с другим сахарным остатком — рибозой ( получаются рибонуклеотиды). Кроме того, РНК обычно является одноцепочечной.
РНК словно под диктовку переписывается с последовательности ДНК так же, как при удвоении, да-да, вы догадались, по правилу комплементарности. Но есть одно исключение: в РНК азотистое основание Тимин заменено на основание Урацил: а значит, если в кодирующей ДНК А — то в РНК считается У. Присоединяет нуклеотиды РНК-полимераза.
Когда «буквенный» состав ДНК переписан в РНК происходит ее созревание: лишние части (интроны) вырезаются, а нужные (экзоны) сшиваются вместе. Получившаяся РНК — это инструкция к сборке белка. Читают эту инструкцию органеллы под названием рибосомы, а сам процесс называется трансляция.
Рибосомы насаживаются на начало цепи РНК и движутся по ней в направлении к ее концу. В ходе движения рибосомы читают РНК по слогам, а вернее, по триплетам или кодонам,то есть по трем нуклеотидам-буквам: АГЦ, АЦА, ААГ и так далее. Каждый такой триплет обозначает какую-то аминокислоту, как показано в таблице. Аминокислоты — это строительные кирпичики белков.
УУУ — фенилаланин УУЦ — фенилаланинУУА — лейцин УУГ | УЦУ УАЦ — серин УЦА УЦГ | УАУ — Тирозин УАЦ УАА — стоп-кодон УАГ— стоп-кодон | УГУ — цистеин УГЦ УГА — стоп-кодон УГГ — триптофан |
ЦУУ ЦУЦ ЦУА — ЛейцинЦУГ | ЦЦУ ЦЦЦ ЦЦА — пролин ЦЦГ | ЦАУ —гистидин ЦАЦ ЦАА — глютамин ЦАГ | ЦГУ ЦГЦ — аргинин ЦГА ЦГГ |
АУУАУЦ—ИзолейцинАУААУГ — метионин. | АЦУ АЦЦ АЦА —треонин АЦГ | ААУ— аспарагинААЦААА —лизин ААГ | АГУ— серин АГЦ АГЦ — аргинин АГГ |
ГУУГУЦГУА ВалинГУГ | ГЦУ ГЦЦГЦА — аланин ГЦГ | ГАУ —аспарагиновая кислота ГАЦ ГАА —глутаминовая кислота ГАГ | ГГУ ГГЦ — глицин ГГА ГГГ |
Когда кодон прочитан, рибосома понимает, какую аминокислоту надо присоединить, например, прочитала АЦА, — значит надо присоединить треонин, и вызывает соответствующий переносчик — транспортную РНК. Итак, рибосома движется по РНК, читает кодоны друг за другом и по о очереди вызывает тРНК с аминокислотами, которые навешиваются одна на другую. Получившаяся цепочка из аминокислот — это белок или его часть.
Почти все наши свойства определяют белки. Группу крови определяют белки на поверхности эритроцитов, белок фермент лактаза определяет вашу способность переваривать лактозу, а белок-рецептор дофамина может определять предрасположенность человека к рискованному поведению.Так послание ДНК, закодированное в А, Т, Г, Ц, через РНК, находит свое выражение в белке, который что-то делает и определяет свойства организма.
Функции
ДНК содержится главным образом в ядрах клеток и митохондриях. При делении ядра происходит и деление дезоксирибонуклеиновой кислоты. Вся информация о строении скелета, мышечных тканей, цвете глаз, волос, даже предрасположенности к определённым заболеваниям зашифрованы в генетическом коде. Процесс деления ДНК называется репликация. Но это не просто деление на две или более частей – это копирование. Причем полное и безоговорочное. Это и есть важнейшая функция этой таинственной молекулы.
Сохранить и передать всю информацию в следующее поколение без изменений задача не легкая. Иногда случаются сбои. Такие сбои называются мутациями. В процессе создания новой цепочки ДНК одно, два или несколько азотистых оснований могут замениться на другие. Например, тимин поменялся на аденин. В результате образуется новая структура, которая будет дальше передаваться уже только в измененном виде.
Расшифровка ДНК
ДНК-расшифровка стала возможна только благодаря открытию полимеразной цепной реакции, и происходит она следующим образом:
Проба, содержащая образцы дезоксирибонуклеиновой кислоты, быстро нагревается. Это необходимо, чтобы двойная спираль раскрутилась и распалась на две самостоятельные нити.
-
К интересующему исследователей участку цепи генов прилепляется полимераза. Эта процедура происходит при немного более низких температурах.
-
Полимераза активирует деление пойманного участка – так происходит синтез необходимых для изучения участков генов.
-
Участки пропитываются специальной краской, которая светится при воздействии направленного пучка лазера. Так получают картину гена, которую можно изучать и расшифровывать.
Таким образом, изучение ДНК стало доступным инструментом, который позволяет людям узнать о себе много нового и может помочь сохранить здоровье, избавиться от уже имеющихся заболеваний, похудеть, сохранить молодость и улучшить качество своей жизни!
