ДНК молекула: нива на структурна организация

ДНК молекулата е полинуклеотид, чиито мономерни единици са четири дезоксирибонуклеотида (dAMP, dGMP, dCMF и dTMP). Съотношение и последователността на тези нуклеотидите в ДНК на различни организми са различни. В допълнение към основните азотни бази съществуват и други дезоксирибонуклеотиди в ДНК с незначителни бази: 5-метилцитозин, 5-хидроксиметилцитозин, 6-метиламинопурин.

След възможността за използване на метода на рентгенова кристалография за изучаване на биологични макромолекули и получаване на перфектни рентгенови модели, беше възможно да се изясни молекулната структура на ДНК. Този метод се основава на факта, че лъч от паралелни рентгенови лъчи, настъпили върху кристален клъстер от атоми, образува дифракционен модел, който зависи главно от атомната маса на тези атоми, тяхното местоположение в пространството. През 40-те години на миналия век се развива теория за триизмерната структура на ДНК молекулата. У. Астбъри доказва това дезоксирибонуклеинова киселина е куп от насложени равнинни нуклеотиди.

Основната структура на ДНК молекулата

С първичната структура на нуклеиновите киселини се има предвид последователността на подреждането на нуклеотидите в полинуклеотидната верига на ДНК. Нуклеотидите са свързани помежду си чрез фосфодиестерни връзки, които се образуват между OH групата в позиция 5 на дезоксирибозата на един нуклеотид и ОН групата на 3-то място на петозата на другата.

Биологичните свойства на нуклеиновите киселини се определят от качествената връзка и последователността на нуклеотидите по полинуклеотидната верига.

Нуклеотидният състав на ДНК в организми от различни таксономични групи е специфичен и се определя от съотношението (Г + К) / (А + Т). Като се използва факторът на специфичност, се определя степента на хетерогенност на нуклеотидния състав на ДНК в организми от различен произход. Така при висшите растения и животни съотношението (T + U) / (A + T) варира незначително и има стойност по-голяма от 1. За микроорганизмите коефициентът на специфичност варира в широки граници от 0.35 до 2.70. В същото време соматични клетки от този биологичен вид съдържат ДНК от същия нуклеотиден състав, т.е. може да се каже, че ДНК от един вид е идентична по отношение на съдържанието на HS двойки бази.

Определянето на хетерогенността на състава на ДНК нуклеотида по коефициента на специфичност все още не предоставя информация за неговите биологични свойства. Последното се дължи на различна последователност от отделни нуклеотидни места в полинуклеотидната верига. Това означава, че генетичната информация в молекулите на ДНК е кодирана в специфична последователност от нейните мономерни единици.

ДНК молекулата съдържа нуклеотидни последователности, предназначени за иницииране и прекратяване на синтезните процеси ДНК (репликация), синтеза на РНК (транскрипция), протеинов синтез (Broadcast). Има нуклеотидни последователности, които служат за свързване на специфични активиращи и инхибиторни регулаторни молекули, както и нуклеотидни последователности, които не носят никаква генетична информация. Има и модифицирани области, които защитават молекулата от действието на нуклеази.

Проблемът на нуклеотидната последователност на ДНК не е напълно решен досега. Определянето на нуклеотидната последователност на нуклеиновите киселини е труден процес, включващ прилагането на метод за специфично разцепване на нуклеаза на молекули в отделни фрагменти. Досега пълната нуклеотидна последователност на азотните бази е установена за повечето tRNAs с различен произход.

ДНК молекула: вторична структура

Уотсън и Крик са проектирали модел на двойната спирала на дезоксирибонуклеиновата киселина. Според този модел, две полинуклеотидни вериги се увиват един около друг, като по този начин формират един вид спирала.

Азотните бази в тях са разположени вътре в структурата, а фосфодиестерната гръбнак е външна.

ДНК молекула: третична структура

Линейната ДНК в клетката има формата на удължена молекула, тя е опакована в компактна структура и заема само 1/5 от обема на клетката. Например, дължината на човешката хромозомна ДНК достига 8 cm и е опакована така, че да попадне в хромозома с дължина 5 nm. Това опаковане е възможно поради наличието на спирализирани ДНК структури. От това следва, че двойноверижна ДНК спирала в пространството може да бъде по-нататък положена в определена третична структура - свръхвисока. Суперспирулната конформация на ДНК е характерна за хромозомите на висшите организми. Такава трета структура се стабилизира от ковалентни връзки с аминокиселинните остатъци, които образуват протеините, които образуват нуклеопротеиновия комплекс (хроматин). Ето защо ДНК еукариотни клетки се свързва с протеини от основно естество - хистони, както и киселинни протеини и фосфопротеини.