Deoxyribonukleová kyselina (DNA). Objevování struktury deoxyribonukleových kyselin

Poprvé byly v jádře nalezeny nukleové kyseliny, a proto jsou tyto buňky pojmenovány po tomto organoidu (z latiny "Nucleus" - jádro). Existují dva typy nukleinů - kyselina deoxyribonukleová a kyselina ribonukleová. Biologický význam těchto makromolekul je velký. S jejich účastí je syntéza proteinů, zachovávají a předávají dědičnou informaci z jedné generace na druhou.

Nukleové kyseliny

Fyzicko-chemické struktury a procesy, které jsou základem přenosu genetických vlastností, byly do značné míry zavedeny v roce 1953. Objev nukleových kyselin se objevil 85 let dříve - v roce 1868, kdy F. Misher, který vyzdvihl nuklein, prohlásil existenci jaderné látky. V době, kdy se tato událost shodovala s publikací práce G. Mendela o hybridy rostlin, která se zabývala dědičnými faktory.

V roce 1927 ruský přírodovědec Koltsov ve svém článku "Dědictví a molekuly" uvedl, že v chromozomech buněk byly nalezeny velké molekuly polymeru. Podél nich jsou oblasti, které kontrolují přenos znamení od rodičů k dětem. Ale Koltsov omylem považoval molekuly bílkovin za nosiče dědičných informací. Ve stejných letech poskytuje Levin v USA důkazy o existenci RNA a DNA.

Objevování struktury deoxyribonukleových kyselin

Publikace knihy Schrodingera, zakladatele kvantové mechaniky o postupech fyziky v procesech v živém organismu, měla velký vliv na práci F. Cricka a J. Watsona o studiu složení molekuly DNA. Struktura deoxyribonukleové kyseliny po dlouhou dobu nemohla být dešifrována.

Watson a Crick v roce 1953 objevili strukturu deoxyribonukleových kyselin, navrhli DNA model - dvojitý šroubovice. Tak se objevil nový směr ve vědě - molekulární genetika. Pro přepisy genetický kód Informace o společnosti Creek a Watson získaly Nobelovu cenu v roce 1962.

Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Molekula je tvořena dvěma polynukleotidovými řetězci, navíc složenými do dvojité šroubovice. Unikátní Struktura DNA spočívá v určité střídání nukleotidů specifických pro každý segment makromolekuly. Řetěz deoxyribonukleové kyseliny je polymer, počet nukleotidů je několik desítek tisíc. V sekvenci monomerů jsou kódovány genetické informace o známkách organismu. Deoxyribonukleová kyselina má tedy následující vlastnosti:

• chemické složení a vlastnosti - nukleová kyselina;
• DNA je tvořena dusíkatými bázemi;
• deoxyribosa je přítomna jako sacharid;
• Biopolymer ve struktuře, deoxyribonukleotidy jsou monomery;
• monomery jsou spojeny s fosfátovými částicemi.

Chemická povaha nosiče genetické informace

Vzhledem k obrovskému počtu fosfátových zbytků má kyselina deoxyribonukleová vlastnosti silné polybázické kyseliny (její soli jsou přítomny v tkáních). Abychom splnili úkol popisu struktury DNA, musíme připomenout obsah dvou témat v organické chemii: "Sacharidy" a "Organické látky obsahující dusík". Například je doporučeno následující cvičení: charakterizovat monomery deoxyribonukleové kyseliny. V odpovědi je třeba poznamenat kyselina fosforečná a sacharidy mají stejnou strukturu ve všech nukleotidech. Dusíkaté báze podle své chemické povahy jsou deriváty purinu a pyrimidinu. Celkově existují 4 typy těchto struktur: adenin, guanin (purin); cytosin a thymin (pyrimidin). Monomery tvoří řetězec DNA následujícím způsobem:

(Dusíkatá báze + deoxyribosa sacharidů = nukleosid) + zbytek kyseliny fosforečné = nukleotid.

Jména z nich pocházejí z názvů dusíkatých základů. Monomery jsou navzájem spojeny. kovalentní vazbu vytvoření sekvence nukleotidů (to je kyselina deoxyribonukleová).

Vzorec pro DNA monomery je následující:

Samostatné obraty řetězce DNA drží vodíkové vazby dohromady, hydrofobní interakce hrají určitou roli. Teploty nad 50 ° C oslabují sílu přitažlivosti mezi základnami. Po dalším zahřívání se polynukleotidové řetězce oddělí, DNA se roztaví. Denaturace nastává při zahřátí na 80 ° C.

Princip komplementarity v molekule

Jeden řetězec DNA obsahuje dusíkaté báze, které jsou uspořádány ve specifickém pořadí vzhledem ke strukturám druhé polynukleotidové "pásky". Dvě komplementární páry se tvoří: adenin (A), spojený s thyminem (T); guanin (D), komplementární k cytosinu (C). Každá z částí jednoho páru doplňuje druhý, jako poloviny rozbitého poháru. Slovo "doplněk" je řeckého původu. Přeložené znamená "doplnění".

Pokud je známa sekvence nukleotidů v jednom řetězci DNA, složení druhé se stanoví podle principu komplementarity. Kombinace nukleotidů nastává v důsledku interakce atomů vodíku a kyslíku. Mezi adenylovými a thymidylovými nukleotidy vznikají 2 vodíkové vazby, guanyl a cytosyl spojují 3 podobné "můstky".

Redukce nukleotidového řetězce

Schopnost DNA molekuly zdvojnásobit je její jedinečná vlastnost, která zajišťuje přenos zděděných znaků z jedné generace živých organismů na druhou (následně). Redukcí deoxyribonukleové kyseliny je její zdvojnásobení. Objevují se následující procesy a jevy:

1. Molekula DNA před rozdělením buněk na jedné straně šroubovice.
2. Rozštěpení řetězce na dvě části se objevuje pod vlivem katalyzátoru (enzymu).
3. Volné nukleotidy jsou z každé buňky uspořádány podél každé poloviny a tvoří druhou část.
4. Zábava dvojitého řetězce nastává na principu komplementarity.
5. Existují dvě molekuly DNA se stejnou sekvencí monomerů.

Praktický význam objevu struktury a funkcí DNA

Deoxyribonukleovou kyselinu nejprve syntetizovala mimo tělo severoamerický výzkumník A. Kornberg (1967). Jeho krajan a kolega X. Koran uměle obdržel polydeoxyribonukleotid za rok, který ve své struktuře odpovídal genu nebo části spirální molekuly nosiče dědičných informací. Specialisté na Harvardské lékařské škole v roce 1969 dokázali určit hranice jednoho genu a sdílet je s ostatním řetězcem.

Studiem struktury a funkcí nukleových kyselin vědci vysvětlili podstatu přenosu dědičných informací nezbytných pro biosyntéze proteinů v kleci. Objev struktury DNA hrála obrovskou roli při diagnostice a léčbě dědičných onemocnění, výběru. Změna dědičného charakteru organismů se nazývá "genetické inženýrství". Nyní je možné vytvářet geneticky modifikované objekty (GMO) s předem stanovenými vlastnostmi.

Pozitivní hodnocení mnoha objevů v této oblasti by mělo být doplněno komentářem k možným negativním dopadům spotřeby potravin na GMO. Na státní úrovni byly přijaty zákony pro zajištění biologické bezpečnosti obyvatelstva. Byly zřízeny organizace, které kontrolují dodržování pravidel pro dovoz a prodej produktů obsahujících GMO. Musí být odpovídajícím způsobem označeny. V některých zemích jsou pro takové zboží přiděleny oddělené regály v supermarketech. Ekologické produkty jsou označeny jako "ne GMO". Ceny podobných výrobků mohou být několikanásobně vyšší.