Что такое ДНК, или почему каждый из нас наполовину банан?

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.

Структура ДНК
Структура ДНК

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!

Различия между РНК и ДНК
Различия между РНК и ДНК

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.

Синтеза белка
Синтеза белка

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

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!

Теги

Adblock
detector