Наследствена информация: съхранение и трансфер. Генетичният код. Веригата на ДНК

След откриването на принципа на молекулярната организация на такова вещество като ДНК през 1953 г. започва да се развива молекулярната биология. По-нататъшно в процеса на изследване учени

Всеки ден на молекулярно ниво се появяват най-сложните процеси. Как се състои молекулата ДНК, от какво се състои? И каква роля играят ДНК молекулите в клетката? Ще разясним подробно всички процеси, които се случват в двойната верига.

Какво е наследствена информация?

И така, откъде започна всичко? Eв през 1868 г. откриват нуклеинови киселини в ядрата на бактериите. А през 1928 г. Н. Колцов изтъква теорията, че в ДНК цялата генетична информация за живия организъм е криптирана. Тогава Дж. Уотсън и Ф. Крик намериха модел за сега известната ДНК спирала през 1953 г., за което заслужаваха признание и награда - Нобеловата награда.

Какво е ДНК като цяло? Това вещество се състои от 2 обединен нишки, по-точно спирали. Секция от такава верига с специфичен информацията се нарича ген.

ДНК съхранява цялата информация за това какви протеини ще се формират и в какъв ред. Макромолекулата на ДНК е невероятен носител на материали обем информация, която се записва със строга последователност от отделни тухли - нуклеотиди. Общо 4 нуклеотида, те се допълват взаимно химически и геометрично. Този принцип на допълване или допълване в науката ще бъде описан по-късно. Това правило играе ключова роля в кодирането и декодирането на генетичната информация.

Тъй като ДНК веригата е невероятно дълга, няма повторения в тази последователност. Всяко живо същество има своя собствена уникална ДНК верига.

Функции на ДНК

За функции дезоксирибонуклеинова киселина - съхранение на наследствена информация и - негов прехвърляне на потомството. Без тази функция геномът на вида не би могъл да бъде запазен и развит от хиляди години. Организми, които са претърпели сериозно мутации на гени, по-често не оцеляват или губят способността да произвеждат потомство. Така се получава естествената защита срещу дегенерация на вида.

още една основна функция е изпълнението на съхраняваната информация. Клетката не може да създаде живак протеин без инструкциите, съхранени в двойната верига.

Съставът на нуклеиновите киселини

Сега вече знаем със сигурност какво представляват самите нуклеотиди - ДНК тухли. Те се състоят от 3 вещества:

• Ортофосфорна киселина.
• Азотна основа. Пиримидинови бази - които имат само един пръстен. Те включват тимин и цитозин. Пуринови бази, в които има 2 пръстена. Това е гуанин и аденин.
• Захароза. В ДНК - дезоксирибозата, в РНК - рибозата.

Броят на нуклеотидите винаги е равен на броя на азотните бази. В специални лаборатории нуклеотидът се разцепва и от него се извлича азотна основа. Така че проучете индивидуалните свойства на тези нуклеотиди и възможните мутации в тях.

Нива на организация на наследствената информация

Разделете 3 нива на организация: ген, хромозомален и геномен. Цялата информация, необходима за синтезиране на нов протеин, се съдържа в малка част от генната верига. Това означава, че генът се счита за най-ниското и най-просто ниво на кодиращата информация.

Гените, от своя страна, се сглобяват в хромозоми. Поради подобна организация на носителя на наследствен материал от групата характеристики чрез специфичен законите се редуват и се прехвърлят от едно поколение на друго. Трябва да се отбележи, че гените в организма са невероятни, но информацията не се губи, дори когато се рекомбинира много пъти.

Разделете няколко типа гени:

• за функционални цели съществуват 2 вида: структурни и регулаторни последователности;
• върху влиянието върху процесите, протичащи в клетката, отличават: свръхестествени, летални, условно летални гени, както и генни мутатори и антимутатори.

Гените по протежение на хромозомата са подредени в линеен ред. В хромозомите, информацията не е фокусирана случайно, има определена последователност. Има дори карта, в която се показват позициите или локусите на гени. Например, е известно, че хромозома номер 18 кодира данни за цвета на очите дете.

И какво е геном? Това е името на целия набор от нуклеотидни последователности в клетката на тялото. Геномът характеризира целия вид, а не отделните видове.

Какъв е генетичният код на човек?

Факт е, че целият огромен потенциал на човешкото развитие е бил положен още в периода на зачеването. Цялата наследствена информация, която е необходима за развитието на зигота и растежа дете вече след раждането, е кодиран в гените. Парцелите на ДНК са най-основните носители на наследствена информация.

Човек има 46 хромозоми или 22 соматични двойки плюс една сексуално определяща хромозома от всеки родител. Този диплоиден набор от хромозоми кодира целия физически вид на човека, неговите умствени и физически способности и предразположеност към болести. Соматичните хромозоми са външно неразличими, но носят различна информация, защото една от тях е от бащата, а другата е от майката.

Мъжкият код се различава от женския с последната двойка хромозоми - HU. Женският диплоиден комплект е последната двойка XX. хора отива до една X хромозома от биологичната майка, а после тя предадена дъщери. Генитална U-хромозома предадена синове.

Човешките хромозоми се различават значително по размер. Например, най-малката двойка хромозоми е номер 17. И най-голямата двойка е 1 и 3.

Диаметърът на двойната спирала при хората е само 2 nm. ДНК е толкова плътно усукана, че се вписва в ядрото на малка клетка, въпреки че негов Дължината ще бъде 2 метра, ако негов размотавам. Дължината на спиралата е стотици милиони нуклеотиди.

Как се предава генетичният код?

И така, каква роля играят ДНК молекулите в клетката по време на разделянето? Гените - носители на наследствена информация - се намират във всяка клетка на тялото. За да предадете кода си на детски организъм, много същества се делят му ДНК на 2 идентични спирали. Това се нарича репликация. В процеса на репликация на ДНК, специални "машини" се допълват от всяка верига. След генетичните спирални бифуркати, ядрото и всички органели започват да се разделят, а след това цялата клетка.

Но при хората друг процес на трансфер на гени е сексуален. Знаците на бащата и майката са смесени, новият генетичен код съдържа информация от двамата родители.

Съхранението и предаването на наследствена информация са възможни поради сложната организация на ДНК спиралата. В края на краищата, както казахме, структурата на протеините е криптирана в гените. Веднъж създаден по време на зачеването, този код през целия живот ще се копира. Кариотипът (личен набор от хромозоми) не се променя по време на обновяването на клетките на органите. Трансферът на информация се осъществява с помощта на секс гамети - мъже и жени.

Само вируси, съдържащи една РНК верига, не могат да предават информацията си на потомството. Следователно, за да се възпроизведат, те се нуждаят от човешки или животински клетки.

Реализация на наследствена информация

В ядрото на клетката постоянно се появяват важни процеси. Цялата информация, записана в хромозомите, се използва за изграждане на протеини от аминокиселини. Но веригата ДНК никога не напуска ядрото, така че тук е необходима помощта на друго важно съединение = РНК. Само РНК е в състояние да проникне в мембраната на ядрото и да взаимодейства с ДНК веригата.

Чрез взаимодействието на ДНК и 3 вида РНК се осъществява цялата кодирана информация. На какво ниво е прилагането на наследствена информация? Всички взаимодействия се проявяват на нивото на нуклеотидите. Информационната РНК копира частта от ДНК веригата и носи това копие на рибозомата. Тук започва синтеза на нуклеотидите на новата молекула.

За да може тРНК да копира необходимата част от веригата, спиралата се разгръща и след завършване на процеса на преобразуване отново се възстановява. и този процес може да се появи едновременно от двете страни на 1 хромозома.

Принципът на взаимно допълване

ДНК спирали се състоят от 4 нуклеотида - аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (Т). Те са свързани чрез водородни връзки съгласно правилото за взаимно допълване. Работата на Е. Чаргоф помогна да се установи това правило оттогава учен забелязали някои закономерности в поведението на тези вещества. Е. Чарго открива, че моларното съотношение на аденин към тимин е едно. И точно същото съотношение на гуанин към цитозин е винаги равно на едно.

Въз основа на работата си генетиката формира правило за взаимодействието на нуклеотидите. Правилото на допълняемостта е, че аденинът се свързва само с тимин и гуанин с цитозин. По време на декодирането на спиралата и синтеза на нов протеин в рибозомата, това правило за преплитане спомага бързо да се намери желаната аминокиселина, която е прикрепена към транспортната РНК.

РНК и нейните видове

Какво е наследствена информация? Тази последователност нуклеотиди в двойния нишък на ДНК. И какво е РНК? В от е негов работи? РНК или рибонуклеинова киселина, помага за извличането на информация от ДНК, декодиране негов и въз основа на принципа на допълняемост създават клетките, необходими за клетките.

Разпределете 3 вида РНК. Всеки от тях изпълнява стриктно своята функция.

1. Информацията (mRNA), или ощенегов наречена матрица. То отива точно в центъра на клетката, в ядрото. Намира в една от хромозомите необходимия генетичен материал за изграждането на протеин и копира едната страна на двойната верига. Копирането отново се основава на принципа на взаимно допълване.
2. транспорт Има малка молекула, която има декодери - нуклеотиди от едната страна и аминокиселини от другата страна. Задачата на тРНК е да я достави в "магазина", т.е. до рибозомата, където синтезира необходимата аминокиселина.
3. rRNA е рибозомален. Той контролира количеството протеин, който се произвежда. Състои се от 2 части - аминокиселина и пептидна секция.

Единствената разлика в декодирането е, че РНК няма тимин. Вместо тимин, има урацил. Но тогава, в процеса на синтез на протеини, с TRNK, той все още инсталира всички аминокиселини правилно. Ако има дефекти в декодирането на информацията, възниква мутация.

Репарация на увредена ДНК молекула

Процес на възстановяване повреден двойната верига се нарича ремонт. В процес на ремонт повреден гените се премахват.

След това необходимата последователност от елементи се възпроизвежда точно и се реже на същото място на веригата, от която е извлечена. Всичко това се дължи на специални химикали - ензими.

Защо се появяват мутации?

Защо някои гени започват да се променят и престават да изпълняват своята функция - съхранението на жизненоважна наследствена информация? Това се дължи на грешка при декодирането. Например, ако аденин е случайно заменя на тимин.

Има и хромозомни и геномни мутации. Хромозомалните мутации се появяват, ако парцелите наследствена информация изчезнат, се удвояват или дори се прехвърлят и се интегрират в друга хромозома.

Най-много са геномните мутации сериозно. Тяхната причина е промяната в броя на хромозомите. Тоест, когато вместо двойка - диплоиден комплект - в кариотипа има трипътен набор.

Най-известният пример за триплоидна мутация е синдром на Даун, в който личен набор от хромозоми 47. Тези деца образуват 3 хромозома на мястото на 21-вата двойка.

Съществува и мутация като полиплоиди. Но полиплоид се среща само в растенията.