MOSKVA 25. apríla - RIA Novosti, Tatyana Pichugina. Presne pred 65 rokmi publikovali britskí vedci James Watson a Francis Crick článok o dešifrovaní štruktúry DNA, ktorý položil základy pre nová veda — molekulárna biológia. Tento objav veľa zmenil v živote ľudstva. RIA Novosti hovorí o vlastnostiach molekuly DNA a o tom, prečo je taká dôležitá.

V druhej polovici 19. storočia bola biológia veľmi mladou vedou. Vedci len začínali študovať bunku a koncept dedičnosti, aj keď ho už sformuloval Gregor Mendel, nebol široko akceptovaný.

Na jar roku 1868 prišiel na univerzitu v Tübingene (Nemecko) študovať mladý švajčiarsky lekár Friedrich Miescher. vedecká práca. Mal v úmysle zistiť, z akých látok sa bunka skladá. Na pokusy som zvolil leukocyty, ktoré sa dajú ľahko získať z hnisu.

Oddelením jadra od protoplazmy, bielkovín a tukov objavil Misher zlúčeninu s vysokým obsahom fosforu. Túto molekulu nazval nukleín (lat. „jadro“ – jadro).

Táto zlúčenina vykazovala kyslé vlastnosti, preto bol vytvorený termín "nukleová kyselina". Jeho predpona „deoxyribo“ znamená, že molekula obsahuje H-skupiny a cukry. Potom sa ukázalo, že v skutočnosti ide o soľ, ale názov sa nezmenil.

Začiatkom 20. storočia už vedci vedeli, že nukleín je polymér (teda veľmi dlhá, flexibilná molekula opakujúcich sa jednotiek), jednotky sú zložené zo štyroch dusíkatých zásad (adenín, tymín, guanín a cytozín), resp. nukleín je obsiahnutý v chromozómoch - kompaktných štruktúrach, ktoré sa vyskytujú v deliacich sa bunkách. Ich schopnosť prenášať dedičné znaky preukázal americký genetik Thomas Morgan pri pokusoch na Drosophile.

Model, ktorý vysvetlil gény

Ale to, čo robí deoxyribonukleová kyselina, skrátene DNA, v bunkovom jadre, nebolo dlho pochopené. Verilo sa, že hrá určitú štrukturálnu úlohu v chromozómoch. Proteínovej povahe sa pripisovali jednotky dedičnosti – gény. Prelom sa podaril americkému výskumníkovi Oswaldovi Averymu, ktorý experimentálne dokázal, že genetický materiál sa prenáša z baktérie na baktériu prostredníctvom DNA.

Bolo jasné, že DNA treba študovať. Ale ako? V tom čase mali vedci k dispozícii iba röntgenové lúče. Aby presvitali cez biologické molekuly, museli byť kryštalizované, čo je náročné. Dešifrovanie štruktúry proteínových molekúl z röntgenových záznamov sa uskutočnilo v Cavendish Laboratory (Cambridge, UK). Mladí výskumníci, ktorí tam pracujú, James Watson a Francis Crick, nemali svoje vlastné experimentálne údaje o DNA, a tak použili röntgenové snímky kolegov z King's College Mauricea Wilkinsa a Rosalind Franklinovej.

Watson a Crick navrhli model štruktúry DNA, ktorý presne zodpovedá röntgenovým vzorom: dve paralelné vlákna sú skrútené do pravotočivej špirály. Každý reťazec sa skladá z ľubovoľného súboru dusíkatých báz navlečených na kostru ich cukrov a fosfátov a držaných pohromade vodíkovými väzbami natiahnutými medzi bázami. Navyše adenín sa kombinuje iba s tymínom a guanín s cytozínom. Toto pravidlo sa nazýva princíp komplementarity.

Watsonov a Crickov model vysvetlil štyri hlavné funkcie DNA: replikáciu genetického materiálu, jeho špecifickosť, ukladanie informácií v molekule a jeho schopnosť mutovať.

Vedci svoj objav zverejnili v časopise Nature 25. apríla 1953. O desať rokov neskôr boli spolu s Mauriceom Wilkinsom ocenení nobelová cena v biológii (Rosalind Franklin zomrela v roku 1958 na rakovinu vo veku 37 rokov).

„Teraz, o viac ako polstoročie neskôr, možno konštatovať, že objav štruktúry DNA zohral vo vývoji biológie rovnakú úlohu ako vo fyzike – objav atómové jadro. Objasnenie štruktúry atómu viedlo k zrodu nového, kvantová fyzika, a objav štruktúry DNA viedol k zrodu novej, molekulárnej biológie,“ píše Maxim Frank-Kamenetsky, vynikajúci genetik, výskumník DNA, autor knihy „Najdôležitejšia molekula“.

Genetický kód

Teraz zostávalo zistiť, ako táto molekula funguje. Bolo známe, že DNA obsahuje pokyny na syntézu bunkových proteínov, ktoré vykonávajú všetku prácu v bunke. Proteíny sú polyméry tvorené opakujúcimi sa súbormi (sekvenciami) aminokyselín. Okrem toho existuje iba dvadsať aminokyselín. Živočíšne druhy sa od seba líšia súborom bielkovín v bunkách, teda rôznym poradím aminokyselín. Genetika tvrdila, že tieto sekvencie sú dané génmi, ktoré, ako sa vtedy verilo, slúžia ako prvé stavebné kamene života. Ale čo sú to gény, nikto poriadne nevedel.

Jasnosť urobil autor teórie veľký tresk fyzik Georgy Gamov, zamestnanec Univerzity Georgea Washingtona (USA). Na základe modelu dvojvláknovej špirály DNA Watsona a Cricka navrhol, že gén je úsek DNA, teda určitá sekvencia väzieb – nukleotidov. Keďže každý nukleotid je jednou zo štyroch dusíkatých báz, ide len o to zistiť, ako štyri prvky kódujú dvadsať. Toto bol nápad genetický kód.

Začiatkom 60. rokov 20. storočia sa zistilo, že proteíny sa syntetizujú z aminokyselín v ribozómoch – v akejsi „továrni“ vo vnútri bunky. Na spustenie syntézy bielkovín sa enzým priblíži k DNA, rozpozná určitú oblasť na začiatku génu, syntetizuje kópiu génu vo forme malej RNA (nazýva sa to matrix), potom sa z aminokyselín v ribozóm.

Zistili tiež, že genetický kód je trojpísmenový. To znamená, že tri nukleotidy zodpovedajú jednej aminokyseline. Jednotka kódu sa nazýva kodón. V ribozóme sa informácie z mRNA čítajú postupne kodón po kodóne. A každá z nich zodpovedá niekoľkým aminokyselinám. Ako vyzerá šifra?

Na túto otázku odpovedali Marshall Nirenberg a Heinrich Mattei z USA. V roku 1961 prvýkrát oznámili svoje výsledky na biochemickom kongrese v Moskve. Do roku 1967 bol genetický kód úplne rozlúštený. Ukázalo sa, že je univerzálny pre všetky bunky všetkých organizmov, čo malo pre vedu ďalekosiahle dôsledky.

Objav štruktúry DNA a genetického kódu sa úplne preorientoval biologický výskum. Skutočnosť, že každý jednotlivec má jedinečnú sekvenciu DNA, dramaticky zmenila forenznú vedu. Rozlúštenie ľudského genómu dalo antropológom úplne nový spôsob, ako študovať evolúciu nášho druhu. Novovynájdený editor DNA CRISPR-Cas urobil obrovský pokrok genetické inžinierstvo. V tejto molekule je zrejme uložené aj riešenie najpálčivejších problémov ľudstva: rakovina, genetické choroby, starnutie.

DNA(kyselina deoxyribonukleová) je biologický polymér pozostávajúci z dvoch polynukleotidových reťazcov navzájom spojených. Monoméry, ktoré tvoria každý z reťazcov DNA, sú zložité organické zlúčeniny, ktoré obsahujú jednu zo štyroch dusíkatých báz: adenín (A) alebo tymín (T), cytozín (C) alebo guanín (G), päťatómový cukor pentóza – deoxyribóza, tzv. podľa ktorej bola pomenovaná samotná DNA, ako aj zvyšok kyseliny fosforečnej. Tieto zlúčeniny sa nazývajú nukleotidy.

Tieto reťazce sú navzájom spojené vodíkovými väzbami medzi svojimi dusíkatými bázami podľa princípu komplementarity. Adenín jedného reťazca je spojený dvoma vodíkovými väzbami s tymínom iného reťazca a tri vodíkové väzby sú vytvorené medzi guanínom a cytozínom rôznych reťazcov. Takéto spojenie dusíkatých zásad poskytuje silné spojenie medzi dvoma reťazcami a udržiava medzi nimi rovnakú vzdialenosť.

Ďalším dôležitým znakom asociácie dvoch polynukleotidových reťazcov v molekule DNA je ich antiparalelnosť: 5' koniec jedného reťazca je spojený s 3' koncom druhého a naopak.

molekula DNA, komp. Z dvoch reťazí tvorí špirálu skrútenú okolo vlastnej osi. Priemer špirály je 2 nm, dĺžka stúpania je 3,4 nm. Každý ťah obsahuje 10 párov nukleotidov.

* Najčastejšie sú dvojité špirály pravotočivé. Väčšina molekúl DNA v roztoku je v pravotočivej - B-forme (B-DNA). Existujú však aj ľavoruké formy (Z-DNA). Koľko tejto DNA sa nachádza v bunkách a aký je jej biologický význam, zatiaľ nebolo stanovené.

* Teda v štruktúrnej organizácii molekuly DNA možno rozlišovať primárna štruktúra - polynukleotidový reťazec sekundárna štruktúra- dva komplementárne a antiparalelné polynukleotidové reťazce spojené vodíkovými väzbami a terciárna štruktúra - trojrozmerná špirála s vyššie uvedenými priestorovými charakteristikami.

9. Typy RNA v bunke. Funkcie rôznych RNA

Úlohu sprostredkovateľa, ktorého funkciou je previesť dedičnú informáciu uloženú v DNA do pracovnej podoby, zohráva ribonukleové kyseliny - RNA.

Dvojvláknové a jednovláknové molekuly RNA sú známe. Dvojvláknové RNA slúžia na uchovávanie a reprodukciu dedičnej informácie v niektorých vírusoch, t.j. plnia funkcie chromozómov. Jednovláknové RNA uskutočňujú prenos informácií o sekvencii aminokyselín v proteínoch z chromozómu do miesta ich syntézy a podieľajú sa na procesoch syntézy.

Na rozdiel od molekúl DNA sú ribonukleové kyseliny reprezentované jedným polynukleotidovým reťazcom, ktorý pozostáva zo štyroch typov nukleotidov obsahujúcich cukor, ribózu, fosfát a jednu zo štyroch dusíkatých báz – adenín, guanín, uracil alebo cytozín. RNA je syntetizovaná na molekulách DNA pomocou RNA polymerázových enzýmov v súlade s princípom komplementarity a antiparalelizmu a uracil je komplementárny k DNA adenínu v RNA. Celý rad RNA pôsobiacich v bunke možno rozdeliť do troch hlavných typov: mRNA, tRNA, rRNA.

Matrixová alebo informačná RNA (mRNA alebo mRNA). Prepis. Aby sa syntetizovali proteíny s požadovanými vlastnosťami, na miesto ich konštrukcie sa pošle „inštrukcia“ v poradí, v akom sú aminokyseliny zahrnuté v peptidovom reťazci. Táto inštrukcia je obsiahnutá v nukleotidovej sekvencii matica, alebo informačná RNA(mRNA, mRNA) syntetizované na zodpovedajúcich oblastiach DNA. Proces syntézy mRNA je tzv prepis.

Syntéza mRNA začína objavením špeciálneho miesta v molekule DNA pomocou RNA polymerázy, ktoré označuje miesto, kde začína transkripcia - promótor. Po naviazaní na promótor RNA polymeráza rozvinie susedný závit skrutkovice DNA. Dve vlákna DNA sa v tomto bode rozchádzajú a na jednom z nich enzým syntetizuje mRNA. Zostavenie ribonukleotidov do reťazca nastáva v súlade s ich komplementaritou s nukleotidmi DNA a tiež antiparalelne s reťazcom templátovej DNA. Vzhľadom na skutočnosť, že RNA polymeráza je schopná zostaviť polynukleotid iba od 5' konca po 3' koniec, môže ako templát pre transkripciu slúžiť iba jedno z dvoch reťazcov DNA, a to to, ktoré je privrátené k enzýmu so svojimi 3. ' koniec ( 3" → 5"). Takáto reťaz sa nazýva kodogénne

tRNA- RNA, ktorej funkciou je transport aminokyselín do miesta syntézy bielkovín. tRNA sa tiež priamo podieľajú na raste polypeptidového reťazca, spájajú sa - sú v komplexe s aminokyselinou - ku kodónu mRNA a zabezpečujú konformáciu komplexu potrebnú na vytvorenie novej peptidovej väzby.

Každá aminokyselina má svoju vlastnú tRNA. tRNA je jednovláknová RNA, ale vo svojej funkčnej forme má konformáciu „ďatelinového listu“ alebo „ďatelinového listu“. Aminokyselina je kovalentne pripojená na 3" koniec molekuly pomocou enzýmu aminoacyl-tRNA syntetázy, ktorý je špecifický pre každý typ tRNA. V mieste C sa nachádza antikodón zodpovedajúci aminokyseline.

(rRNA)- niekoľko molekúl RNA, ktoré tvoria základ ribozómu. Hlavnou funkciou rRNA je implementácia translačného procesu - čítanie informácií z mRNA pomocou adaptorových molekúl tRNA a katalyzovanie tvorby peptidové väzby medzi aminokyselinami pripojenými k tRNA.

Ribozomálne RNA nie sú len štruktúrnou zložkou ribozómov, ale zabezpečujú aj ich väzbu na špecifickú nukleotidovú sekvenciu mRNA. Toto nastaví štartovací a čítací rámec pre tvorbu peptidového reťazca. Okrem toho poskytujú interakciu medzi ribozómom a tRNA. Početné proteíny, ktoré tvoria ribozómy, spolu s rRNA vykonávajú štrukturálne aj enzymatické úlohy.

Prvé dôkazy o úlohe DNA ako nositeľa dedičnej informácie organizmov pritiahli veľkú pozornosť na štúdium nukleových kyselín. V roku 1869 F. Miescher izoloval z jadier buniek špeciálnu látku, ktorú nazval nukleín. Po 20 rokoch bol tento názov nahradený termínom nukleová kyselina. V roku 1924 R. Felgen vyvinul metódu na cytologické rozpoznávanie nukleových kyselín prostredníctvom ich špecifického farbenia a ukázal, že DNA je lokalizovaná v jadrách buniek a RNA v cytoplazme. V roku 1936 A.N. Belozersky a I.I. Dubrovskaya izoloval čistú DNA z jadier rastlinných buniek. Začiatkom 30. rokov 20. storočia. boli objasnené základné chemické princípy štruktúry cukrov nukleových kyselín a v roku 1953 bol vytvorený štruktúrny model DNA.

Hlavnou štruktúrnou jednotkou nukleových kyselín je nukleotid, ktorý pozostáva z troch chemických látok rôzne časti, spojené kovalentnými väzbami (obr. 5.2).

Ryža. 5.2. Štrukturálne vzorce: a- nukleotidy; b- DNA; v - RNA (pozri tiež s. 110)

Ryža. 5.2. Koniec. Štrukturálne vzorce: a- nukleotidy; 6 - DNA; v- RNA

Prvá časť je cukor obsahujúci päť atómov uhlíka: deoxyribóza v DNA a ribóza v RNA.

Druhá časť nukleotidu - purínová alebo pyrimidínová dusíkatá báza, kovalentne naviazaná na prvý atóm uhlíka cukru, tvorí štruktúru tzv. nukleozid. DNA obsahuje purínové bázy - adenín(A) a guanín(D) - a pyrimidínové zásady - tymín(T) a cytozín(C). Zodpovedajúce nukleozidy sa nazývajú deoxyadenozín, deoxyguanozín, deoxytymidín a deoxycytidín. RNA obsahuje rovnaké purínové bázy ako DNA, pyrimidínovú bázu cytozín a namiesto tymínu obsahuje uracil(U); zodpovedajúce nukleozidy sa nazývajú adenozín, guanozín, uridín a cytidín.

Treťou časťou nukleotidu je fosfátová skupina, ktorá spája susedné nukleozidy do polymérneho reťazca prostredníctvom fosfodiesterových väzieb medzi 5-uhlíkovým atómom jedného cukru a 3" uhlíkovým atómom druhého cukru (obr. 5.2, b, v). Nukleotidy sa nazývajú nukleozidy s jednou alebo viacerými fosfátovými skupinami pripojenými éterovými väzbami na 3"- alebo 5- atómy uhlíka. Syntéze nukleových kyselín predchádza syntéza nukleotidov, resp. nukleotidy sú produkty chemickej alebo enzymatickej hydrolýzy nukleových kyselín.

Nukleové kyseliny- veľmi dlhé polymérne reťazce pozostávajúce z mononukleotidov spojených 5- a 3'-fosfodiesterovými väzbami. Neporušená molekula DNA obsahuje v závislosti od typu organizmu niekoľko tisíc až mnoho miliónov nukleotidov, neporušená molekula RNA obsahuje od 100 do 100 tisíc alebo viac nukleotidov.

Výsledky analýz nukleotidového zloženia DNA rôznych druhov od E. Chargaffa ukázali, že molekulárny pomer rôznych dusíkatých báz - adenínu, guanínu, tymínu, cytozínu - sa značne líši. V dôsledku toho sa dokázalo, že DNA vôbec nie je monotónny polymér pozostávajúci z rovnakých tetranukleotidov, ako sa predpokladalo v 40. rokoch 20. storočia. storočia a že plne disponuje komplexnosťou nevyhnutnou na uchovávanie a prenos dedičnej informácie vo forme špecifickej sekvencie nukleotidových báz.

Výskum E. Chargaffa tiež odhalil vlastnosť, ktorá je vlastná všetkým molekulám DNA: molárny obsah adenínu sa rovná obsahu tymínu a molárny obsah guanínu sa rovná obsahu cytozínu. Tieto rovnosti sa nazývajú pravidlo Chargaffovej ekvivalencie: [A] = [T], [G] = [C]; počet purínov sa rovná počtu pyrimidínov. V závislosti od druhu sa mení iba pomer ([A] + [T]) / ([G] + [C]) (tabuľka 5.1).

Základný pomer je tzv nukleotid(konkrétne) špecifickosť. V Chargaffovom objave bola formulovaná dôležitá štrukturálna vlastnosť DNA, ktorá sa neskôr premietla do štrukturálneho modelu DNA od J. Watsona a F. Cricka (1953), ktorý v skutočnosti ukázal, že Chargaffove pravidlá nekladú žiadne obmedzenia na možný počet kombinácie rôznych sekvencií báz, ktoré môžu tvoriť molekuly DNA.

Pozícia na nukleotidovej špecifickosti vytvorila základ nového odvetvia biológie - génová systematika, ktorý funguje na základe porovnávania zloženia a štruktúry nukleových kyselín na vytvorenie prirodzeného systému organizmov.

Podľa Watson-Crickovho modelu sa molekula DNA skladá z dvoch polynukleotidových reťazcov (vlákna, vlákna), ktoré sú navzájom spojené pomocou priečnych vodíkové väzby medzi dusíkatými bázami podľa komplementárneho princípu (adenín jedného reťazca je spojený dvoma vodíkovými väzbami s tymínom opačného reťazca a guanín a cytozín rôznych reťazcov sú navzájom spojené tromi vodíkovými väzbami). V tomto prípade sú dva polynukleotidové reťazce jednej molekuly antiparalelné, t.j. oproti 3 "koncu jedného reťazca je 5" koniec druhého reťazca a naopak (obr. 5.3). Treba si však uvedomiť súčasné údaje, že genetický materiál niektorých vírusov predstavujú jednovláknové (jednovláknové) molekuly DNA. Na základe údajov röntgenovej difrakčnej analýzy DNA J. Watson a F. Crick tiež dospeli k záveru, že jej dvojvláknová molekula má sekundárnu štruktúru vo forme špirály, stočenej v smere zľava doprava, ktorá sa neskôr sa stal známy ako 5-forma (obr. 5.4). Dodnes je dokázané, že okrem najbežnejšej 5-formy je možné detekovať segmenty DNA, ktoré majú inú konfiguráciu – ako pravotočivé (formy A, C) a skrútené sprava doľava (ľavák alebo tvar Z) (obr. 5.4). Medzi týmito formami sekundárnej štruktúry DNA sú určité rozdiely (tabuľka 5.2). Takže napríklad vzdialenosť medzi dvoma susednými pármi dusíkatých báz v dvojvláknovej špirále, vyjadrená v nanometroch (nm), pre 5-formu a Z-formu je charakterizovaná rôznymi hodnotami (0,34 a 0,38 nm, v uvedenom poradí). Na obr. 5.5 ukazuje moderné trojrozmerné modely „ľavorukých“ a „pravorukých“ foriem DNA.

Ryža. 5.3. schematické znázornenie primárnej štruktúry fragmentu molekuly dvojvláknovej DNA: A - adenín; G - guanín; T - tymín; C - cytozín

Ryža. 5.4.

Tabuľka 5.2

Vlastnosti rôzne formy dvojreťazce DNA

Molekuly RNA sa v závislosti od ich štruktúrnych a funkčných vlastností delia na niekoľko typov: informačná (matrixová) RNA (mRNA alebo mRNA), ribozomálna RNA (rRNA), transferová RNA (tRNA), malá jadrová RNA (snRNA) atď. Na rozdiel od DNA sú molekuly RNA vždy jednovláknové (jednovláknové). Môžu však vytvárať zložitejšie (sekundárne) konfigurácie v dôsledku komplementárneho spojenia jednotlivých úsekov takéhoto reťazca na základe interakcie komplementárnych dusíkatých báz (A-U a G-C). Ako príklad uvažujme konfiguráciu ďatelinového listu pre molekulu fenylalanínovej transferovej RNA (obr. 5.6).

Ryža. 5.6.

V roku 1953 D. Watson a F. Crick navrhli model štruktúry DNA, ktorý bol založený na nasledujúcich postulátoch:

• 1. DNA je polymér pozostávajúci z nukleotidov spojených 3"- a 5"-fosfodiesterovými väzbami.
• 2. Zloženie nukleotidov DNA sa riadi Chargaffovými pravidlami.
• 3. Molekula DNA má štruktúru Dvojitý helix, pripomínajúce točité schodisko, o čom svedčia röntgenové obrazce reťazcov DNA, ktoré prvýkrát získali M. Wilkins a R. Franklin.
• 4. Štruktúra polyméru, ako ju ukazuje acidobázická titrácia natívnej (prírodnej) DNA, je stabilizovaná vodíkovými väzbami. Titrácia a zahrievanie natívnej DNA spôsobí jej výraznú zmenu fyzikálne vlastnosti Nedeštruuje sa najmä viskozita, premena na denaturovanú formu a kovalentné väzby.

DNA- polymér, ktorého monoméry sú deoxyribonukleotidy. Model priestorovej štruktúry molekuly DNA vo forme dvojitej špirály bol navrhnutý v roku 1953 ᴦ. J. Watson a F. Crick (na stavbu tohto modelu použili prácu M. Wilkinsa, R. Franklina, E. Chargaffa).

molekula DNA tvorené dvoma polynukleotidovými reťazcami, špirálovito stočenými okolo seba a spolu okolo pomyselnej osi, ᴛ.ᴇ. je dvojitá špirála (výnimka – niektoré vírusy obsahujúce DNA majú jednovláknovú DNA). Priemer dvojitej špirály DNA je 2 nm, vzdialenosť medzi susednými nukleotidmi je 0,34 nm a na jednu otáčku špirály pripadá 10 párov báz. Dĺžka molekuly môže dosiahnuť niekoľko centimetrov. Molekulová hmotnosť - desiatky a stovky miliónov. Celková dĺžka DNA v ľudskom bunkovom jadre je asi 2 m.V eukaryotických bunkách tvorí DNA komplexy s proteínmi a má špecifickú priestorovú konformáciu.

DNA monomér - nukleotid (deoxyribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. Dusíkaté zásady nukleových kyselín patria do tried pyrimidínov a purínov. Pyrimidínové bázy DNA(majú jeden kruh v molekule) - tymín, cytozín. Purínové základy(majú dva kruhy) - adenín a guanín.

Monosacharid nukleotidu DNA je reprezentovaný deoxyribózou.

Názov nukleotidu je odvodený od názvu zodpovedajúcej bázy. Nukleotidy a dusíkaté bázy sú označené veľkými písmenami.

Polynukleotidový reťazec vzniká ako výsledok nukleotidových kondenzačných reakcií. V tomto prípade medzi 3"-uhlíkom deoxyribózového zvyšku jedného nukleotidu a zvyškom kyseliny fosforečnej druhého, fosfoéterová väzba(patrí do kategórie silných kovalentných väzieb). Jeden koniec polynukleotidového reťazca končí 5" uhlíkom (nazýva sa to 5" koniec), druhý končí 3" uhlíkovým (3" koncom).

Proti jednému reťazcu nukleotidov je druhý reťazec. Usporiadanie nukleotidov v týchto dvoch reťazcoch nie je náhodné, ale striktne definované: tymín je vždy umiestnený proti adenínu jedného reťazca v druhom reťazci a cytozín je vždy proti guanínu, medzi adenínom a tymínom vznikajú dve vodíkové väzby, medzi guanínom a cytozínom - tri vodíkové väzby. Vzor, podľa ktorého sú nukleotidy rôznych reťazcov DNA usporiadané striktne usporiadaným spôsobom (adenín - tymín, guanín - cytozín) a sú navzájom selektívne spojené, sa bežne nazýva princíp komplementarity. Treba poznamenať, že J. Watson a F. Crick pochopili princíp komplementarity po prečítaní diel E. Chargaffa. E. Chargaff, ktorý študoval veľké množstvo vzorky tkanív a orgánov rôzne organizmy zistili, že v akomkoľvek fragmente DNA obsah guanínových zvyškov vždy presne zodpovedá obsahu cytozínu a adenínu tymínu ( „Pravidlo Chargaffa“.), ale túto skutočnosť nevedel vysvetliť.

Z princípu komplementarity vyplýva, že nukleotidová sekvencia jedného reťazca určuje nukleotidovú sekvenciu iného reťazca.

Reťazce DNA sú antiparalelné (opačné), ᴛ.ᴇ. nukleotidy rôznych reťazcov sú umiestnené v opačných smeroch, a preto oproti 3 "koncu jedného reťazca je 5" koniec druhého. Molekula DNA sa niekedy prirovnáva k točitému schodisku. „Zábradlie“ tohto rebríčka je cukor-fosfátová kostra (striedajúce sa zvyšky deoxyribózy a kyseliny fosforečnej); ʼʼkrokyʼʼ - doplnkové dusíkaté bázy.

Funkcia DNA- uchovávanie a prenos dedičných informácií.

Štruktúra a funkcie DNA - pojem a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie "Štruktúra a funkcie DNA" 2017, 2018.

Deoxyribonukleová kyselina Polymér sa skladá z nukleotidov.

Nukleotid DNA sa skladá z

• dusíkaté bázy (4 typy v DNA: adenín, tymín, cytozín, guanín)
• deoxyribózový monocukor
• kyselina fosforečná

Nukleotidy sú navzájom pevne spojené kovalentná väzba cez cukor jedného nukleotidu a kyselinu fosforečnú v druhom. Ukázalo sa polynukleotidový reťazec.

Dva polynukleotidové reťazce sú navzájom spojené slabými vodíkovými väzbami medzi dusíkatými bázami podľa pravidla komplementárnosť: tymín je vždy oproti adenínu, guanín vždy oproti cytozínu (zhodujú sa navzájom formou a počtom vodíkových väzieb - medzi A a T sú dve väzby, medzi C a G - 3). Vznikne dvojité vlákno DNA, ktoré sa skrúti Dvojitý helix.

Funkcia DNA

DNA je súčasťou chromozómov dedičná informácia(o znakoch organizmu, o primárnej štruktúre bielkovín).

DNA je schopná sebazdvojenie (replikácia, reduplikácia). Samozdvojenie nastáva v interfáze pred štiepením. Po duplikácii sa každý chromozóm skladá z dvoch chromatidov, ktoré sa pri budúcom delení premenia na dcérske chromozómy. Vďaka vlastnej duplikácii dostane každá z budúcich dcérskych buniek rovnakú dedičnú informáciu.

Rozdiely medzi RNA a DNA v štruktúre

• ribóza namiesto deoxyribózy
• nie tymín, namiesto toho uracil
• Jednovláknové

Typy RNA

• informačná (matrixová) RNA
  • prenáša informácie o štruktúre proteínu z jadra (z DNA) do cytoplazmy (do ribozómu);
  • najmenej v bunke;
• transfer RNA
  • transportuje aminokyseliny do ribozómu;
  • najmenší, má tvar ďatelinového listu;
• ribozomálna RNA
  • je súčasťou ribozómu;
  • najväčší čo do veľkosti a množstva

Úlohy pre pravidlo komplementarity

V DNA je toľko tymínu ako adenínu, zvyšok (až 100%) pripadá na cytozín a guanín, tie sú tiež rovnako rozdelené. Napríklad: ak je guanín 15%, potom cytozín je tiež 15%, celkovo 30%, čo znamená, že adenín a tymín tvoria 100-30=70%, teda adenín 70/2=35% a tymín je tiež 35%

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Aký proces počas mitózy produkuje dcérske bunky so sadou chromozómov, ktorá je rovnaká ako u rodičov?
1) tvorba chromatidov
2) spiralizácia chromozómov
3) rozpustenie jadrového obalu
4) delenie cytoplazmy

Odpoveď

Zoberme si nákres zobrazujúci fragment molekuly biopolyméru. Určte (A), čo slúži ako jeho monomér, (B) v dôsledku akého procesu sa počet týchto molekúl v bunke zvyšuje, (C) aký princíp je základom jeho kopírovania. Pre každé písmeno vyberte príslušný výraz z poskytnutého zoznamu.
1) komplementárnosť
2) replikácia
3) nukleotid
4) denaturácia
5) uhľohydráty
6) vysielať
7) transkripcia

Odpoveď

Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, sa používajú na opis molekuly znázornenej na obrázku. organickej hmoty. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) vykonáva enzymatickú funkciu
2) uchováva a prenáša dedičné informácie
3) pozostáva z dvoch nukleotidových reťazcov
4) v komplexe s proteínmi tvorí chromozómy
5) podieľa sa na procese prekladu

Odpoveď

Vytvorte súlad medzi charakteristikami molekuly nukleovej kyseliny a jej typom: 1) tRNA, 2) DNA. Napíšte čísla 1 a 2 v správnom poradí.
A) pozostáva z jedného polynukleotidového reťazca
B) transportuje aminokyseliny do ribozómu
B) pozostáva zo 70-80 nukleotidových zvyškov
D) uchováva dedičné informácie
D) schopné replikácie
E) je špirála

Odpoveď

NUKLEOTID Z INÉHO PÁRU
1. V DNA tvoria nukleotidy s tymínom 23 %. Určte percento nukleotidov s guanínom, ktoré tvoria molekulu. Do odpovede zapíšte zodpovedajúce číslo.

Odpoveď

2. V DNA tvoria nukleotidy s cytozínom 13 %. Určte percento nukleotidov s adenínom, ktoré tvoria molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

3. V DNA tvoria nukleotidy s adenínom 18 %. Určte percento nukleotidov s cytozínom, ktoré tvoria molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

4. V DNA tvoria nukleotidy s tymínom 36 %. Určte percento nukleotidov s guanínom, ktoré tvoria molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

5. V DNA tvoria nukleotidy s tymínom 28 %. Určte percento nukleotidov s guanínom, ktoré tvoria molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

NUKLEOTID Z ROVNAKÉHO PÁRU
1. Fragment molekuly DNA obsahuje 15 % adenínu. Koľko tymínu je v tomto fragmente DNA? Ako odpoveď napíšte iba číslo (percento tymínu).

Odpoveď

2. V určitej molekule DNA tvoria nukleotidy s guanínom 28 %. Určte percento nukleotidov s cytozínom, ktoré tvoria túto molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

3. V určitej molekule DNA tvoria nukleotidy s adenínom 37 %. Určte percento nukleotidov s tymínom, ktoré tvoria túto molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

NUKLEOTID - SÚČET JEDNÉHO PÁRU
1. Koľko percent nukleotidov s adenínom a tymínom celkovo obsahuje molekula DNA, ak podiel jej nukleotidov s cytozínom je 26 % celkový počet? Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

2. V DNA tvoria nukleotidy s cytozínom 15 %. Určte percento nukleotidov s tymínom a adenínom v množstve, ktoré tvorí molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

SÚČET JEDNÉHO PÁRU - NUKLEOTID
1. Aké je percento nukleotidov s adenínom v molekule DNA, ak nukleotidy s guanínom a cytozínom tvoria spolu 18 %? Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

2. V DNA tvoria nukleotidy s guanínom a cytozínom 36 %. Určte percento nukleotidov s adenínom, ktoré tvoria molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

3. V určitej molekule DNA je celkový podiel nukleotidov s adenínom a tymínom 26 %. Určte percento nukleotidov s guanínom, ktoré tvoria túto molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

4. V určitej molekule DNA je celkový podiel nukleotidov s cytozínom a guanínom 42 %. Určte percento nukleotidov s adenínom, ktoré tvoria túto molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

5. V určitej molekule DNA tvoria nukleotidy s adenínom a tymínom celkovo 54 %. Určte percento nukleotidov s cytozínom, ktoré tvoria túto molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

SÚČET RÔZNYCH PÁROV
1. Fragment molekuly DNA obsahuje 10 % tymínu. Koľko adenínu a guanínu je v tomto fragmente DNA? Ako odpoveď si zapíšte iba celkové množstvo adenínu a guanínu.

Odpoveď

2. V DNA tvoria nukleotidy s tymínom 35 %. Určte percento nukleotidov s cytozínom a adenínom v množstve, ktoré tvorí molekulu. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

Vyberte tri možnosti. Ako sa molekula DNA líši od molekuly mRNA?
1) schopný sebazdvojnásobenia
2) nemôže sa zdvojnásobiť
3) zúčastňuje sa reakcií matricového typu
4) nemôže slúžiť ako templát pre syntézu iných molekúl
5) pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov stočených do špirály
6) je neoddeliteľnou súčasťou chromozómov

Odpoveď

1. Analyzujte tabuľku. Vyplňte prázdne bunky tabuľky pomocou pojmov a výrazov uvedených v zozname. Pre každú bunku s písmenami vyberte príslušný výraz z poskytnutého zoznamu.
1) uracil
2) stavba tela ribozómu
3) prenos informácií o primárnej štruktúre proteínu
4) rRNA

Odpoveď

2. Analyzujte tabuľku. Pre každú bunku s písmenami vyberte príslušný výraz z poskytnutého zoznamu.
1) rRNA
2) tvorba v komplexe s proteínmi tela ribozómu
3) uchovávanie a prenos dedičných informácií
4) uracil
5) tRNA
6) aminokyselina

8) syntéza mRNA

Odpoveď

3. Analyzujte tabuľku "Typy RNA". Pre každú bunku označenú písmenom vyberte príslušný výraz z poskytnutého zoznamu.
1) mRNA
2) tRNA
3) komplementárne s časťou molekuly DNA, ktorá nesie informácie o primárnej štruktúre jedného proteínu
4) obsahuje tymín a deoxyribózu
5) schopné replikácie
6) je súčasťou ribozómov, podieľa sa na syntéze bielkovín
7) pozostáva z dvoch nití špirálovito omotaných okolo seba

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Molekuly sú klasifikované ako biologické polyméry.
1) ribóza
2) glukóza
3) aminokyseliny

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Väzba, ktorá sa vyskytuje medzi dusíkatými bázami dvoch komplementárnych reťazcov DNA
1) iónové
2) peptid
3) vodík
4) kovalentné polárne

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. K spojeniu dvoch reťazcov v molekule DNA dochádza v dôsledku
1) hydrofóbne interakcie nukleotidov
2) peptidové väzby medzi dusíkatými zásadami
3) interakcie komplementárnych dusíkatých zásad
4) iónové interakcie nukleotidov

Odpoveď

Koľko nukleotidov s cytozínom obsahuje molekula DNA, ak počet nukleotidov s tymínom je 120, čo je 15 % z celkového počtu? Do odpovede zapíšte zodpovedajúce číslo.

Odpoveď

V RNA tvoria nukleotidy s uracilom a adenínom po 10 %. Určte percento nukleotidov s tymínom zahrnutých v komplementárnom dvojvláknovom reťazci DNA. Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

Úsek reťazca DNA bakteriofága lambda obsahuje 23 nukleotidov s tymínom, koľko nukleotidov s cytozínom v tomto úseku, ak je jeho dĺžka 100 nukleotidov? Ako odpoveď zapíšte iba počet nukleotidov.

Odpoveď

Molekula mRNA obsahuje 200 nukleotidov s uracilom, čo je 10 % z celkového počtu nukleotidov. Koľko nukleotidov (v %) s adenínom obsahuje jedno z vlákien molekuly DNA? Do odpovede zapíšte zodpovedajúce číslo.

Odpoveď

Fragment molekuly DNA obsahuje 60 nukleotidov. Z toho je 12 nukleotidov tymín. Koľko guanínových nukleotidov je v tomto fragmente? Do odpovede napíšte iba číslo.

Odpoveď

Vytvorte súlad medzi znakom nukleovej kyseliny a jej typom: 1) i-RNA, 2) t-RNA. Zapíšte si čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) má tvar ďatelinového listu
B) dodáva aminokyseliny do ribozómu
C) má najmenšiu veľkosť nukleových kyselín
D) slúži ako matrica pre syntézu proteínov
D) prenáša dedičnú informáciu z jadra do ribozómu

Odpoveď

Vytvorte súlad medzi charakteristikami a organickými látkami bunky: 1) mRNA, 2) tRNA, 3) rRNA. Zapíšte si čísla 1-3 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) dodáva aminokyseliny na transláciu
B) obsahuje informácie o primárnej štruktúre polypeptidu
B) je súčasťou ribozómu
D) slúži ako matica na preklad
D) aktivuje aminokyselinu

Odpoveď

1. Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, možno použiť na opis molekuly RNA. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov stočených do špirály
2) pozostáva z jedného polynukleotidového nezvinutého reťazca
3) prenáša dedičnú informáciu z jadra do ribozómu
4) má najväčšiu veľkosť nukleových kyselín
5) pozostáva z AUHC nukleotidov

Odpoveď

2. Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, možno použiť na opis molekuly RNA. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov stočených do špirály
2) prenáša informácie na miesto syntézy bielkovín
3) v komplexe s proteínmi vytvára telo ribozómu
4) schopný sebazdvojnásobenia
5) transportuje aminokyseliny do miesta syntézy bielkovín

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Kópia jedného alebo skupiny génov, ktoré nesú informácie o štruktúre proteínov, ktoré vykonávajú jednu funkciu, je molekula

2) tRNA
3) ATP
4) mRNA

Odpoveď

Úsek jedného z dvoch reťazcov molekuly DNA obsahuje 300 nukleotidov s adenínom (A), 100 nukleotidov s tymínom (T), 150 nukleotidov s guanínom (G) a 200 nukleotidov s cytozínom (C). Koľko nukleotidov je v dvoch reťazcoch DNA? Svoju odpoveď napíšte ako číslo.

Odpoveď

1. Koľko nukleotidov obsahuje fragment molekuly dvojvláknovej DNA, ktorý obsahuje 14 nukleotidov s adenínom a 20 nukleotidov s guanínom? Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

2. Koľko nukleotidov obsahuje fragment molekuly dvojvláknovej DNA, ak obsahuje 16 nukleotidov s tymínom a 16 nukleotidov s cytozínom? Do odpovede zapíšte iba príslušné číslo.

Odpoveď

Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, sa používajú na opis schémy štruktúry molekuly organickej látky znázornenej na obrázku. Identifikujte dva znaky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.