Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК). Откриване на структурата на дезоксирибонуклеиновите киселини

За първи път в ядрото са открити нуклеинови киселини и следователно клетките са кръстени на този органоид (от латински. "Ядро" - ядрото). Има два вида нуклеини - дезоксирибонуклеинова киселина и рибонуклеинова киселина. Биологичната значимост на тези макромолекули е голяма. С тяхното участие е синтез на протеини, те съхраняват и предават наследствена информация от поколение на поколение.

Нуклеинови киселини

Физико-химичните структури и процеси, лежащи в основата на предаването на генетични характеристики, бяха до голяма степен установени през 1953 г. Откриването на нуклеинови киселини настъпва 85 години по-рано - през 1868 г., когато Ф. Мишер, който открои нуклеините, обявява съществуването на ядрена субстанция. По времето, когато това събитие съвпадна с публикуването на произведения на Г. Мендел върху хибридите на растенията, които говориха за наследствени фактори.

През 1927 г. руският природонаучен Колцов в статията си „Наследственост и молекули” заявява, че в хромозомите на клетките са открити големи полимерни молекули. Наред с тях са области, които контролират прехвърлянето на знаци от родители на деца. Но Колцов погрешно счита протеиновите молекули за носители на наследствена информация. През същите години Левин в САЩ предоставя доказателства за съществуването на РНК и ДНК.

Откриване на структурата на дезоксирибонуклеиновите киселини

Публикуването на книгата на Шрьодингер, основателя на квантовата механика на възгледите на физиката върху процесите в живия организъм, оказа голямо влияние върху работата на Ф. Крик и Дж. Уотсън върху изследването на състава на ДНК молекулата. Структурата на дезоксирибонуклеиновата киселина за дълго време не може да бъде дешифрирана.

Уотсън и Крик през 1953 г. откриват структурата на дезоксирибонуклеиновите киселини, предлагат ДНК модел - двойна спирала. Така се появи нова посока в науката - молекулярна генетика. За преписи генетичен код Информационният Крийк и Уотсън получиха Нобелова награда през 1962 година.

Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК)

Молекулата се формира от две полинуклеотидни вериги, допълнително сгънати в двойна спирала. уникален ДНК структура се състои в известно редуване на нуклеотиди, специфични за всеки сегмент от макромолекулата. Веригата на дезоксирибонуклеиновата киселина е полимер, броят на мономерите-нуклеотиди е няколко десетки хиляди. В последователността на мономерите се кодира генетична информация за признаците на организма. Така дезоксирибонуклеиновата киселина има следните характеристики:

• химичен състав и свойства - нуклеинова киселина;
• ДНК се образува от азотни бази;
• дезоксирибозата присъства като въглехидрат;
• Биополимерна структура, дезоксирибонуклеотиди са мономери;
• мономерите са свързани с фосфатни частици.

Химическа природа на носителя на генетична информация

Поради огромния брой фосфатни остатъци, дезоксирибонуклеиновата киселина има свойствата на силна многоосновна киселина (нейните соли присъстват в тъканите). За да изпълним задачата да опишем структурата на ДНК, трябва да си припомним съдържанието на две теми в органичната химия: "Въглехидрати" и "Азотсъдържащи органични вещества". Например се предлага следното упражнение: да се характеризират мономерите на дезоксирибонуклеиновата киселина. В отговора трябва да се отбележи, че фосфорна киселина и въглехидратите имат еднаква структура във всички нуклеотиди. Азотните основи по химична природа са производни на пурин и пиримидин. Общо има 4 вида такива структури: аденин, гуанин (пурин); цитозин и тимин (пиримидин). Мономерите съставляват ДНК веригата, както следва:

(Азотна база + въглехидратна дезоксирибоза = нуклеозид) + остатък на фосфорната киселина = нуклеотид.

Имената на последните идват от имената на азотни основи. Мономерите са свързани помежду си. ковалентна връзка създаване на последователност от нуклеотиди (това е дезоксирибонуклеинова киселина).

Формулата за ДНК мономери е както следва:

Отделни завои на ДНК веригата държат водородни връзки заедно, хидрофобните взаимодействия играят определена роля. Температурите над 50 ° C отслабват силата на привличане между основите. При следващо нагряване, полинуклеотидните вериги се разделят, ДНК се разтопява. Денатурация се получава, когато се загрява до 80 ° С.

Принципът на взаимно допълване в молекулата

Една ДНК нишка съдържа азотни бази, които са подредени в специфичен ред по отношение на структурите на втората полинуклеотидна "лента". Образуват се две комплементарни двойки: аденин (А), свързан с тимин (Т); гуанин (D), комплементарен на цитозин (С). Всяка от частите на една двойка допълва другата, като половинките на счупената чаша. Думата "допълва" е от гръцки произход. Преведено означава „добавяне“.

Когато е известна последователността на нуклеотидите в една верига на ДНК, съставът на втория се установява съгласно принципа на комплементарността. Комбинацията от нуклеотиди се дължи на взаимодействието на водородни атоми и кислород. Между аденилови и тимидилови нуклеотиди възникват 2 водородни връзки, гуанил и цитозил свързват 3 подобни "моста".

Редупликация на нуклеотидна верига

Способността на молекулата на ДНК да се удвои е нейното уникално свойство, което осигурява прехвърлянето на наследени черти от едно поколение живи организми към друго (последващо). Редупликацията на дезоксирибонуклеиновата киселина е нейното удвояване. Възникват следните процеси и явления:

1. ДНК молекула преди клетъчното деление се върти от едната страна на спиралата.
2. Разделянето на веригата на две части става под влиянието на катализатор (ензим).
3. Свободните нуклеотиди се подреждат от всяка клетка по всяка половина, образувайки втора верига.
4. Възстановяването на двойната верига се извършва на принципа на взаимното допълване.
5. Има две ДНК молекули със същата последователност от мономери.

Практическото значение на откриването на структурата и функциите на ДНК

Дезоксирибонуклеиновата киселина първо е синтезирана извън тялото от северноамериканския изследовател А. Корнберг (1967). Неговият сънародник и колега X. Коран изкуствено получил полидезоксирибонуклеотид за една година, която в своята структура отговаряла на ген или част от спирална молекула на носителя на наследствена информация. Специалистите от Харвардското медицинско училище през 1969 г. успяха да определят границите на един ген и да го споделят с останалата част от веригата.

Изследвайки структурата и функциите на нуклеиновите киселини, учените обясниха същността на предаването на наследствената информация, необходима за биосинтеза на протеини в клетка. Откриването на структурата на ДНК играе огромна роля в диагностиката и лечението на наследствени заболявания, селекция. Промяната в наследствената природа на организмите се нарича "генно инженерство". Сега е възможно да се създадат генетично модифицирани обекти (ГМО) с предварително определени характеристики.

Положителната оценка на многобройните открития в тази област трябва да бъде допълнена с коментар за възможните отрицателни ефекти от консумацията на храни с ГМО. На държавно ниво са приети закони за осигуряване на биологичната безопасност на населението. Създадени са организации, които следят за спазването на правилата за внос и продажба на продукти, съдържащи ГМО. Те трябва да бъдат съответно етикетирани. В някои страни за такива стоки се отделят отделни стелажи в супермаркетите. Биологичните продукти са обозначени като "без ГМО". Цените на подобни продукти могат да бъдат няколко пъти по-високи.