Tulad ng mga protina, ang mga nucleic acid ay mga biopolymer, at ang kanilang tungkulin ay mag-imbak, magpatupad at maglipat ng genetic (namamana) na impormasyon sa mga buhay na organismo.

Mayroong dalawang uri ng nucleic acid - deoxyribonucleic (DNA) at ribonucleic (RNA). Ang mga monomer sa mga nucleic acid ay mga nucleotide. Ang bawat isa sa kanila ay naglalaman ng nitrogenous base, isang limang-carbon na asukal (deoxyribose sa DNA, ribose sa RNA) at isang phosphoric acid residue.

Ang DNA ay naglalaman ng apat na uri ng nucleotides na naiiba sa nitrogenous base sa kanilang komposisyon - adenine (A), guanine (G), cytosine (C) at thymine (T). Ang molekula ng RNA ay mayroon ding 4 na uri ng mga nucleotide na may isa sa mga nitrogenous base - adenine, guanine, cytosine at uracil (U). Kaya, ang DNA at RNA ay naiiba sa parehong nilalaman ng asukal sa mga nucleotide at sa isa sa mga nitrogenous base (Talahanayan 1).

Talahanayan 1

Mga bahagi ng DNA at RNA nucleotides

Malaki ang pagkakaiba ng mga molekula ng DNA at RNA sa kanilang istraktura at pag-andar.

Ang isang molekula ng DNA ay maaaring magsama ng malaking bilang ng mga nucleotide - mula sa ilang libo hanggang daan-daang milyon (ang tunay na higanteng mga molekula ng DNA ay maaaring "makikita" gamit ang isang electron microscope). Sa istruktura, ito ay isang double helix ng mga polynucleotide chain(Larawan 1) na konektado ng mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga nitrogenous na base ng mga nucleotide. Dahil dito, ang mga polynucleotide chain ay mahigpit na nakahawak sa isa't isa.

Sa pag-aaral ng iba't ibang mga DNA (sa iba't ibang uri ng mga organismo), natagpuan na ang adenine ng isang kadena ay maaari lamang magbigkis sa thymine, at ang guanine ay maaari lamang magbigkis sa cytosine ng isa pa. Samakatuwid, ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides sa isang strand ay mahigpit na tumutugma sa pagkakasunud-sunod ng kanilang pag-aayos sa isa pa. Ang kababalaghang ito ay pinangalanan complementarity(i.e. mga karagdagan), at ang kabaligtaran na polynucleotide chain ay tinatawag pantulong. Ito ang dahilan para sa natatanging pag-aari ng DNA sa lahat ng inorganic at organic na mga sangkap - kakayahang magparami o pagdodoble(Larawan 2). Sa kasong ito, sa una, ang mga pantulong na kadena ng mga molekula ng DNA ay magkakaiba (sa ilalim ng impluwensya ng isang espesyal na enzyme, ang mga bono sa pagitan ng mga pantulong na nucleotide ng dalawang kadena ay nawasak). Pagkatapos, sa bawat kadena, ang synthesis ng isang bagong komplementaryong chain ("nawawala") ay nagsisimula dahil sa mga libreng nucleotides, na palaging naroroon sa malalaking dami sa cell. Bilang resulta, sa halip na isang molekula ng DNA ("magulang"), dalawa ("anak na babae") ang nabuo, na magkapareho sa istraktura at komposisyon sa bawat isa, gayundin sa orihinal na molekula ng DNA. Ang prosesong ito ay palaging nauuna sa paghahati ng cell at tinitiyak ang paglilipat ng namamana na impormasyon mula sa mother cell patungo sa anak na babae at lahat ng kasunod na henerasyon.

kanin. isa. Dobleng helix ng DNA. Dalawang kadena ang nakabalot sa isa't isa. Ang bawat chain (inilalarawan bilang isang ribbon) ay binubuo ng mga alternating sugar at phosphate group. Ang mga hydrogen bond sa pagitan ng mga nitrogenous na base (A, T, G at C) ay humahawak sa dalawang kadena

kanin. 2.Pagtitiklop ng DNA. Ang double helix ay "unfastened" nimahina ang mga bono ng hydrogen na nag-uugnay sa komplementaryong mga base ng dalawang kadena. Ang bawat isa sa mga lumang kadena ay nagsisilbing isang matrispara sa pagbuo ng isang bago: nucleotides na may komplementaryong pumila ang mga base laban sa lumang kadena at kumonektamagkasama

Ang mga molekula ng RNA ay karaniwang single-stranded (hindi katulad ng DNA) at naglalaman ng mas maliit na bilang ng mga nucleotide. Mayroong tatlong uri ng RNA (Talahanayan 2), na naiiba sa laki ng mga molecule at ang mga function na ginanap - impormasyon (mRNA), ribosomal (rRNA) at transportasyon (tRNA).

talahanayan 2

TatlomabaitRNA

Ang Messenger RNA (i-RNA) ay matatagpuan sa nucleus at cytoplasm ng cell, may pinakamahabang polynucleotide chain sa RNA at gumaganap ng function ng paglilipat ng namamana na impormasyon mula sa nucleus patungo sa cytoplasm ng cell.

Ang Transfer RNA (t-RNA) ay matatagpuan din sa nucleus at cytoplasm ng cell, ang kadena nito ay may pinaka kumplikadong istraktura, at ito rin ang pinakamaikling (75 nucleotides). Ang T-RNA ay naghahatid ng mga amino acid sa mga ribosom sa panahon ng pagsasalin - biosynthesis ng protina.

Ribosomal RNA (r-RNA) ay matatagpuan sa nucleolus at ribosomes ng cell, ay may isang kadena ng katamtamang haba. Ang lahat ng uri ng RNA ay nabuo sa panahon ng transkripsyon ng kaukulang mga gene ng DNA.

Mga nucleic acid- Ito ay mga high-molecular organic compound na pinakamahalagang biological na kahalagahan. Una silang natuklasan sa nucleus ng mga selula (sa dulo XIX c.), samakatuwid ang kaukulang pangalan (nucleus - nucleus). Ang mga nucleic acid ay nag-iimbak at nagpapadala ng namamana na impormasyon.

Mayroong dalawang uri ng mga nucleic acid: deoxyribonucleic(DNA)-at ribonucleic acid (RNA). Ang pangunahing lokasyon ng DNA ay ang nucleus ng cell. Ang DNA ay natagpuan din sa ilang mga organel (plastids, mitochondria, centrioles). Ang mga RNA ay matatagpuan sa nucleolus, ribosome, at cytoplasm mga selula.

Ang molekula ng DNA ay binubuo ng dalawang helical strands na nakapilipit sa tabi ng isa't isa. Ang mga monomer nito ay nucleotides. Ang bawat nucleotide ay isang kemikal na tambalan na binubuo ng tatlong sangkap: isang nitrogenous base, isang limang-atom na asukal na deoxyribose, at isang residue ng phosphoric acid. Mayroong apat na uri ng nitrogenous base: adenine (A), thymine (T), guanine (G) at cytosine (C), na bumubuo ng apat na uri ng nucleotides sa molekula ng DNA: adenyl, thymidyl, guanyl at cytidyl.

Diagram ng istraktura ng nucleotide

Ang mga nitrogenous base sa molekula ng DNA ay magkakaugnay ng hindi pantay na bilang ng mga bono ng hydrogen. Adenine - thymine ay tumutugma sa bawat isa sa spatial na pagsasaayos at bumubuo ng dalawang hydrogen bond. Sa parehong paraan, ang mga molekula ng guanine at cytosine ay tumutugma sa kanilang pagsasaayos; sila ay konektado sa pamamagitan ng tatlong hydrogen bond. Ang kakayahan para sa pumipili na pakikipag-ugnayan ng adenine sa thymine, at guanine sa cytosine, batay sa spatial na pag-aayos ng mga atomo ng mga molekulang ito, ay tinatawag complementarity (pagkadagdag). Sa isang polynucleotide chain, ang mga katabing nucleotide ay pinagsama-sama sa pamamagitan ng isang asukal (deoxyribose) at isang phosphoric acid residue. Maraming libu-libong mga nucleotide ang konektado sa serye sa isang molekula ng DNA. Ang molekular na timbang ng tambalang ito ay umaabot sa sampu at daan-daang milyon.

Ang DNA ay tinatawag na substance of heredity. Ang biological hereditary information ay naka-encrypt (naka-encode) sa mga molekula ng DNA gamit ang isang kemikal na code. Ang mga selula ng lahat ng nabubuhay na nilalang ay may parehong code. Ito ay batay sa pagkakasunud-sunod ng koneksyon sa mga hibla ng DNA ng apat na nitrogenous base: A, T, G, C. Nabubuo ang iba't ibang kumbinasyon ng tatlong katabing nucleotides. triplets tinawag mga codon. Ang pagkakasunud-sunod ng mga codon sa DNA strand, sa turn, ay tumutukoy (nag-encode) sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa polypeptide protein chain. Para sa bawat isa sa 20 amino acid, kung saan ang mga cell ay nagtatayo ng lahat ng mga protina ng isang partikular na organismo, nang walang pagbubukod, mayroong sarili nitong partikular na codon, at ang mga kalapit na triplet ay hindi nagsasapawan: sa proseso ng pagbabasa ng impormasyon mula sa isang molekula ng DNA, ang nitrogenous Ang mga base ng isang codon ay hindi kailanman kasama sa isa pa - isang triple ng mga nucleotide na iyon ang binabasa at ayon sa pagkakasunud-sunod ng paglitaw ng mga ito sa partikular na codon na iyon. Ang bawat triplet ay tumutugma sa isa sa 20 amino acid.

Sa apat na nitrogenous base (G, C, A, T) ang bawat triplet ay may kasamang tatlo lamang sa iba't ibang kumbinasyon:

G-A-T, C-G-A, A-C-T, G-C-G, T-C-T, atbp. Maaaring mayroong 4x4x4 = 64 tulad ng hindi umuulit na kumbinasyon, at ang bilang ng mga amino acid ay 20.

Bilang resulta, ang ilang mga amino acid ay na-code para sa maraming triplets. Ito kalabisan ang code ay napakahalaga para sa pagtaas ng pagiging maaasahan ng paghahatid ng genetic na impormasyon. Halimbawa, ang amino acid arginine ay tumutugma sa mga triplet na HCA, HCH, HCT, HCC. Malinaw na ang isang random na pagpapalit ng ikatlong nucleotide sa mga triplet na ito ay hindi makakaapekto sa istraktura ng synthesized na protina sa anumang paraan. Ang diagram sa ibaba ay eskematiko na nagpapakita ng pagkakasunud-sunod ng limang codon triplets sa isang maliit na seksyon ng isang DNA strand. Ang paghahalili ng mga indibidwal na nucleotide sa isang strand ng DNA ay maaaring mag-iba ayon sa gusto mo, ngunit ang kanilang pagkakasunud-sunod sa isa pang strand ay dapat na komplementaryo dito, halimbawa:

1st thread GAT____ CGA____ATST____GCG____TCT, atbp.

2nd thread CTA____GCT____TGA____CGTs____ AGA, atbp.

Ang cell ay may kinakailangang mekanismo ng pagdodoble sa sarili (self-reproduction) genetic code. Ang proseso ng pagdodoble sa sarili ay nagpapatuloy sa mga yugto: una, sa tulong ng mga enzyme, ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga nitrogenous na base ay nasira. Bilang resulta nito, ang isang strand ng DNA ay umalis mula sa isa pa, pagkatapos ang bawat isa sa kanila ay nag-synthesize ng bago sa pamamagitan ng paglakip ng mga pantulong na nucleotide na matatagpuan sa cytoplasm. Dahil ang bawat isa sa mga base sa mga nucleotide ay maaaring mag-attach ng isa pang base na komplementaryo lamang sa sarili nito, pagkatapos ay isang eksaktong kopya ng "ina" na molekula ng DNA ay muling ginawa. Sa madaling salita, ang bawat strand ng DNA ay nagsisilbing template, at ang pagdodoble nito ay tinatawag synthesis ng matrix. Ang matrix synthesis ay kahawig ng pag-cast sa isang matrix ng mga barya, medalya, typographic type, atbp., kung saan ang hardened casting ay dapat na eksaktong kopya ng orihinal na anyo. Samakatuwid, sa mga buhay na selula, bilang isang resulta ng pagdoble, ang mga bagong molekula ng DNA ay may parehong istraktura tulad ng mga orihinal: ang isang strand ay ang orihinal, at ang pangalawa ay muling pinagsama.

Dahil ang mga bagong molekula ng DNA ay may parehong istraktura tulad ng mga orihinal, ang parehong namamana na impormasyon ay napanatili sa mga cell ng anak na babae. Gayunpaman, sa kaganapan ng isang muling pagsasaayos o pagpapalit ng mga nucleotide sa iba, o ang kanilang kumpletong pagkawala sa anumang rehiyon ng DNA, ang magreresultang pagbaluktot ay eksaktong makokopya sa mga molekulang DNA ng anak. . Ito ang ano molekular na mekanismo ng pagkakaiba-iba: anumang pagbaluktot ng namamana na impormasyon sa isang seksyon ng DNA sa proseso ng pagkopya sa sarili ay ipapadala mula sa cell patungo sa cell, mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon

Ang isa pang mahalagang katangian ng mga molekula ng DNA ay ang kakayahang mag-synthesize ng mga ribonucleic acid sa magkahiwalay na mga seksyon ng mga naka-disconnect na strand. Para dito, ang mga enzyme (RNA polymerase) ay ginagamit at kinakailangan para sa

Pag-aaksaya ng enerhiya. Inilipat ng DNA ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides sa RNA strand ayon sa prinsipyo ng matrix synthesis. Ang prosesong ito ay tinatawag na transkripsyon Ang RNA ay isang single-stranded na molekula, ito ay mas maikli kaysa sa DNA. Ang bawat nucleotide sa loob nito ay binubuo ng limang-atom ribose na asukal, mga residue ng phosphoric acid at isang nitrogenous base. Mayroon ding apat sa kanila dito: adenine, guanine, cytosine, ngunit sa halip na thymine ay mayroong uracil (U), na malapit dito sa istraktura, pantulong sa adenine.

Diagram ng istraktura ng isang ribonucleotide

Ihiwalay ang RNA impormasyon(mRNA), transportasyon(tRNA) at ribosomal(rRNA). Sa kasong ito, inaalis ng mRNA ang impormasyon mula sa isang bahagi ng molekula ng DNA at pagkatapos ay lumilipat sa mga ribosom na matatagpuan sa cytoplasm ng cell, habang ang tRNA ay naghahatid ng mga residue ng amino acid sa mga ribosom. Ang tRNA strand ay maikli at binubuo lamang ng 70-80 nucleotides. Ang isa sa mga seksyon ng tRNA ay naglalaman ng isang triplet, kung saan ang isa sa 20 amino acid ay nakalakip. Ang bawat amino acid ay may sariling tRNA. Ang pagdaragdag ng isang amino acid ay isinaaktibo ng isang tiyak na enzyme, dahil sa kung saan ang tRNA ay "kinikilala" ang isa o isa pang amino acid. Ang pangalawang rehiyon ng tRNA ay may triplet na pantulong sa isa sa mRNA triplets; ang triplet na ito sa tRNA ay tinatawag anticodon. Sa huli, ang amino acid ay tumatagal ng lugar nito sa polypeptide chain alinsunod sa impormasyon sa mRNA, na kinikilala dahil sa complementarity ng tRNA anticodon sa mRNA codon.

Ang rRNA ay bahagi ng mga ribosom, na bumubuo ng mga ribosomal na katawan na may mga protina, na siyang lugar ng synthesis ng protina. Nagbubuklod din ito sa mRNA, at ang kumplikadong ito ay nagsasagawa ng synthesis ng protina.

Mga katangian ng paghahambing ng DNA at RNA(T.L. Bogdanova. Biology. Mga takdang-aralin at pagsasanay. Isang gabay para sa mga aplikante sa mga unibersidad. M., 1991)

Ang mga nucleic acid ay may mahalagang papel sa cell, na tinitiyak ang mahahalagang aktibidad at pagpaparami nito. Ginagawang posible ng mga katangiang ito na tawagin silang pangalawang pinakamahalagang biyolohikal na molekula pagkatapos ng mga protina. Maraming mga mananaliksik ang naglagay ng DNA at RNA sa unang lugar, na nagpapahiwatig ng kanilang pangunahing kahalagahan sa pag-unlad ng buhay. Gayunpaman, nakatakda silang kumuha ng pangalawang lugar pagkatapos ng mga protina, dahil ang batayan ng buhay ay tiyak na molekula ng polypeptide.

Ang mga nucleic acid ay isa pang antas ng buhay, mas kumplikado at kawili-wili dahil sa katotohanan na ang bawat uri ng molekula ay gumagawa ng isang tiyak na trabaho para dito. Dapat itong tingnan nang mas detalyado.

Ang konsepto ng mga nucleic acid

Lahat ng nucleic at RNA) ay biological heterogenous polymers na naiiba sa bilang ng mga chain. Ang DNA ay isang double-stranded polymer molecule na naglalaman ng genetic na impormasyon ng mga eukaryotic organism. Ang mga pabilog na molekula ng DNA ay maaaring naglalaman ng namamana na impormasyon ng ilang mga virus. Ang mga ito ay HIV at adenovirus. Mayroon ding 2 espesyal na uri ng DNA: mitochondrial at plastid (na matatagpuan sa mga chloroplast).

Ang RNA, sa kabilang banda, ay may maraming iba pang mga uri, dahil sa iba't ibang mga pag-andar ng nucleic acid. Mayroong nuclear RNA, na naglalaman ng namamana na impormasyon ng bakterya at karamihan sa mga virus, matrix (o messenger RNA), ribosomal at transportasyon. Lahat sila ay kasangkot sa alinman sa imbakan o pagpapahayag ng gene. Gayunpaman, ito ay kinakailangan upang maunawaan nang mas detalyado kung ano ang mga function ng nucleic acids gumanap sa cell.

Dobleng stranded na molekula ng DNA

Ang ganitong uri ng DNA ay isang perpektong sistema ng imbakan para sa namamana na impormasyon. Ang double-stranded na molekula ng DNA ay isang solong molekula na binubuo ng mga heterogenous na monomer. Ang kanilang gawain ay upang bumuo ng mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga nucleotide ng isa pang kadena. Ito ay binubuo ng isang nitrogenous base, isang orthophosphate residue, at isang limang-carbon monosaccharide deoxyribose. Depende sa kung anong uri ng nitrogenous base ang sumasailalim sa isang partikular na monomer ng DNA, mayroon itong sariling pangalan. Mga uri ng DNA monomer:

• deoxyribose na may orthophosphate residue at isang adenyl nitrogenous base;
• thymidine nitrogenous base na may deoxyribose at isang orthophosphate residue;
• isang cytosine nitrogenous base, deoxyribose, at isang orthophosphate residue;
• orthophosphate na may deoxyribose at isang guanine nitrogenous residue.

Sa pagsulat, upang gawing simple ang scheme, ang adenyl residue ay itinalaga bilang "A", ang guanine residue ay itinalaga bilang "G", ang thymidine residue ay "T", at ang cytosine residue ay "C". Mahalaga na ang genetic na impormasyon ay inilipat mula sa double-stranded na molekula ng DNA patungo sa messenger RNA. Ito ay may ilang mga pagkakaiba: dito, bilang isang nalalabi sa karbohidrat, walang deoxyribose, ngunit ribose, at sa halip na ang thymidyl nitrogenous base, ang uracil ay matatagpuan sa RNA.

Istraktura at pag-andar ng DNA

Ang DNA ay binuo sa prinsipyo ng isang biological polymer, kung saan ang isang chain ay nilikha nang maaga ayon sa isang naibigay na template, depende sa genetic na impormasyon ng parent cell. Ang mga nucleotide ng DNA ay konektado dito sa pamamagitan ng mga covalent bond. Pagkatapos, ang iba pang mga nucleotide ay nakakabit sa mga nucleotide ng single-stranded na molekula. Kung sa isang solong-stranded na molekula ang simula ay kinakatawan ng nucleotide adenine, pagkatapos ay sa pangalawang (komplementaryong) chain ito ay tumutugma sa thymine. Ang guanine ay pantulong sa cytosine. Kaya, nabuo ang isang double-stranded na molekula ng DNA. Ito ay matatagpuan sa nucleus at nag-iimbak ng namamana na impormasyon, na naka-encode ng mga codon - triplets ng mga nucleotides. Mga function ng double-stranded DNA:

• pagpapanatili ng namamana na impormasyong natanggap mula sa parent cell;
• pagpapahayag ng gene;
• hadlang sa mga pagbabago sa mutational.

Kahalagahan ng mga protina at nucleic acid

Ito ay pinaniniwalaan na ang mga pag-andar ng mga protina at nucleic acid ay karaniwan, lalo na: sila ay kasangkot sa pagpapahayag ng gene. Ang nucleic acid mismo ay ang kanilang lugar ng imbakan, at ang protina ay ang resulta ng pagbabasa ng impormasyon mula sa gene. Ang gene mismo ay isang seksyon ng isang mahalagang molekula ng DNA, na naka-pack sa isang chromosome, kung saan ang impormasyon tungkol sa istruktura ng isang partikular na protina ay naitala sa pamamagitan ng mga nucleotide. Isang gene code para sa amino acid sequence ng isang protina lamang. Ito ay ang protina na magpapatupad ng namamana na impormasyon.

Pag-uuri ng mga uri ng RNA

Ang mga pag-andar ng mga nucleic acid sa cell ay lubhang magkakaibang. At ang mga ito ay pinakamarami sa kaso ng RNA. Gayunpaman, ang multifunctionality na ito ay kamag-anak pa rin, dahil ang isang uri ng RNA ay responsable para sa isa sa mga function. Mayroong mga sumusunod na uri ng RNA:

• nuclear RNA ng mga virus at bakterya;
• matrix (impormasyon) RNA;
• ribosomal RNA;
• messenger RNA ng plasmids (chloroplasts);
• ribosomal RNA ng mga chloroplast;
• mitochondrial ribosomal RNA;
• mitochondrial messenger RNA;
• ilipat ang RNA.

Mga function ng RNA

Ang klasipikasyong ito ay naglalaman ng ilang uri ng RNA, na nahahati depende sa lokasyon. Gayunpaman, sa functional terms, dapat silang nahahati sa 4 na uri lamang: nuclear, informational, ribosomal at transport. Ang function ng ribosomal RNA ay protina synthesis batay sa nucleotide sequence ng messenger RNA. Sa kasong ito, ang mga amino acid ay "dinala" sa ribosomal RNA, "sinabay" sa messenger RNA, sa pamamagitan ng isang transport ribonucleic acid. Ito ay kung paano nagpapatuloy ang synthesis sa anumang organismo na mayroong mga ribosom. Ang istraktura at pag-andar ng mga nucleic acid ay nagbibigay ng parehong pangangalaga ng genetic na materyal at ang paglikha ng mga proseso ng synthesis ng protina.

Mga mitochondrial nucleic acid

Kung halos lahat ay nalalaman tungkol sa mga pag-andar sa cell na ginagampanan ng mga nucleic acid na matatagpuan sa nucleus o cytoplasm, kung gayon mayroon pa ring kaunting impormasyon tungkol sa mitochondrial at plastid DNA. Ang mga partikular na ribosomal at messenger RNA ay natagpuan din dito. Ang mga nucleic acid na DNA at RNA ay naroroon dito kahit na sa karamihan ng mga autotrophic na organismo.

Posible na ang nucleic acid ay pumasok sa cell sa pamamagitan ng symbiogenesis. Ang landas na ito ay itinuturing ng mga siyentipiko bilang ang pinaka-malamang dahil sa kakulangan ng mga alternatibong paliwanag. Ang proseso ay isinasaalang-alang bilang mga sumusunod: isang symbiotic autotrophic bacterium ang nakapasok sa loob ng cell sa isang tiyak na panahon. Bilang isang resulta, ang isang ito ay naninirahan sa loob ng cell at nagbibigay ito ng enerhiya, ngunit unti-unting bumababa.

Sa mga unang yugto ng pag-unlad ng ebolusyon, malamang, ang isang symbiotic na non-nuclear bacterium ay nagdulot ng mga mutational na proseso sa nucleus ng host cell. Pinahintulutan nito ang mga gene na responsable para sa pag-iimbak ng impormasyon tungkol sa istraktura ng mga mitochondrial protein na ipasok sa nucleic acid ng host cell. Gayunpaman, sa ngayon ay walang gaanong impormasyon tungkol sa mga pag-andar na ginagawa ng mga nucleic acid ng mitochondrial na pinagmulan sa cell.

Marahil, ang ilang mga protina ay na-synthesize sa mitochondria, ang istraktura nito ay hindi pa naka-encode ng nuclear DNA o RNA ng host. Malamang din na ang cell ay nangangailangan ng sarili nitong mekanismo ng synthesis ng protina dahil lamang sa maraming mga protina na na-synthesize sa cytoplasm ay hindi makakapasok sa double membrane ng mitochondria. Kasabay nito, ang mga organel na ito ay gumagawa ng enerhiya, at samakatuwid, kung mayroong isang channel o isang tiyak na carrier para sa protina, ito ay magiging sapat para sa paggalaw ng mga molekula at laban sa gradient ng konsentrasyon.

Plasmid DNA at RNA

Ang mga plastid (chloroplast) ay mayroon ding sariling DNA, na malamang na responsable para sa pagpapatupad ng mga katulad na pag-andar, tulad ng kaso sa mitochondrial nucleic acid. Mayroon din itong sariling ribosomal, messenger at transfer RNA. Bukod dito, ang mga plastid, na hinuhusgahan sa bilang ng mga lamad, at hindi sa bilang ng mga biochemical na reaksyon, ay mas kumplikado. Nangyayari na maraming mga plastid ang may 4 na layer ng lamad, na ipinaliwanag ng mga siyentipiko sa iba't ibang paraan.

Ang isang bagay ay malinaw: ang mga pag-andar ng mga nucleic acid sa cell ay hindi pa ganap na pinag-aralan. Hindi alam kung ano ang kahalagahan ng mitochondrial protein-synthesizing system at ang analogous chloroplastic system. Hindi rin lubos na malinaw kung bakit kailangan ng mga cell ng mitochondrial nucleic acid kung ang mga protina (malinaw na hindi lahat) ay naka-encode na sa nuclear DNA (o RNA, depende sa organismo). Bagama't pinipilit tayo ng ilang mga katotohanan na sumang-ayon na ang sistema ng pag-synthesize ng protina ng mitochondria at mga chloroplast ay may pananagutan para sa parehong mga pag-andar tulad ng nuclear DNA at cytoplasmic RNA. Nag-iimbak sila ng namamana na impormasyon, pinaparami ito at ipinapasa sa mga cell ng anak na babae.

Buod

Mahalagang maunawaan kung anong mga function sa cell ang ginagawa ng mga nucleic acid na nuclear, plastid at mitochondrial na pinagmulan. Nagbubukas ito ng maraming mga prospect para sa agham, dahil ang mekanismo ng symbiotic, ayon sa kung saan lumitaw ang maraming mga autotrophic na organismo, ay maaaring kopyahin ngayon. Ito ay magiging posible upang makakuha ng isang bagong uri ng cell, marahil kahit isang tao. Kahit na ito ay masyadong maaga upang pag-usapan ang tungkol sa mga prospect para sa pagpapakilala ng multimembrane plastid organelles sa mga cell.

Mas mahalaga na maunawaan na ang mga nucleic acid ay responsable para sa halos lahat ng mga proseso sa cell. Ito ay ang pangangalaga ng impormasyon tungkol sa istraktura ng cell. Bukod dito, mas mahalaga na ang mga nucleic acid ay gumanap ng tungkulin ng paglilipat ng namamana na materyal mula sa mga selulang magulang patungo sa mga selulang anak. Ginagarantiyahan nito ang karagdagang pag-unlad ng mga proseso ng ebolusyon.

Mahigit isang daang taon na ang nakalilipas (noong 1869), si Friedrich Miescher, na nag-aaral ng mga pus cell, ay naghiwalay ng isang bagong uri ng mga kemikal na compound mula sa nuclei ng mga selulang ito, na kung saan ay sama-sama niyang tinawag na "nuclein". Ang mga sangkap na ito, na kalaunan ay tinawag na nucleic acid, ay acidic, hindi pangkaraniwang mayaman sa phosphorus, at naglalaman din ng carbon, oxygen, hydrogen, at nitrogen. Ang kanilang kasunod na pag-aaral ay nagpakita na mayroong dalawang uri ng nucleic acid: deoxyribonucleic acid (DNA) at ribonucleic acid (RNA), na isang mahalagang bahagi ng kumplikadong mga protina - mga nucleoprotein na nasa lahat ng mga selula ng hayop, bakterya, virus, at halaman.

Ang mga nucleoprotein [ayon sa pagkakabanggit, deoxyribonucleoproteins (DNP) at ribonucleoproteins (RNP)] ay naiiba sa isa't isa sa komposisyon, sukat at mga katangian ng physicochemical. Ang mga pangalan ng nucleoproteins ay sumasalamin lamang sa likas na katangian ng bahagi ng carbohydrate (pentose) na bahagi ng mga nucleic acid. Sa RNP, ang carbohydrate ay kinakatawan ng ribose; sa DNP, ito ay kinakatawan ng deoxyribose. Ang pangalang "nucleoproteins" ay nauugnay sa pangalan ng cell nucleus, kung saan sila unang natuklasan. Gayunpaman, naitatag na ngayon na ang DNP at RNP ay nakapaloob din sa iba pang mga subcellular na istruktura. Sa kasong ito, ang mga DNP ay higit na naka-localize sa nucleus, at mga RNP - sa cytoplasm. Kasabay nito, ang mga DNP ay natuklasan sa mitochondria, at ang mga high-molecular-weight na RNP ay natagpuan din sa nuclei at nucleoli.

Kemikal na komposisyon ng mga nucleic acid

Ang paghihiwalay ng mga nucleic acid mula sa kanilang complex na may mga protina at ang kanilang kasunod na kumpletong hydrolysis ay naging posible upang matukoy ang kemikal na komposisyon ng mga nucleic acid. Kaya, ang purine at pyrimidine base, carbohydrates (ribose at deoxyribose), at phosphoric acid ay natagpuan sa hydrolyzate sa panahon ng kumpletong hydrolysis.

Nitrogenous bases (N-bases)

Ang istraktura ng purine at pyrimidine base ay batay sa dalawang aromatic heterocyclic compound - purine at pyrimidine. Ang molekula ng perimidine ay naglalaman ng isang heterocycle. Ang molekula ng purine ay binubuo ng dalawang pinagsamang singsing: pyrimidine at imidazole.

Bigyang-pansin! Ang pagbilang ng mga atom sa aromatic ring ng nitrogenous bases ay isinasagawa sa Arabic numerals na walang prime ["]. Ang simbolo ["] (binibigkas bilang "stroke" o "prim") ay nagpapahiwatig na ang katumbas na numero ay nagsasaad ng mga atomo ng pentose ring, halimbawa 1 "(tingnan sa ibaba).

Ang mga nucleic acid ay naglalaman ng tatlong pangunahing base ng pyrimidine: cytosine (C), uracil (U) at thymine (T):

at dalawang purine - adenine (A) at guanine (G)

Ang isa sa mga mahalagang katangian ng mga nitrogenous base (na naglalaman ng mga hydroxy group) ay ang posibilidad ng kanilang pagkakaroon sa dalawang tautomeric form, sa partikular na lactim at lactam form, depende sa pH value ng medium. Ang mga pagbabagong tautomeric ay maaaring kinakatawan ng halimbawa ng uracil.

Ito ay lumabas na sa komposisyon ng mga nucleic acid, ang lahat ng hydroxy derivatives ng purines at pyrimidines ay nasa lactam form.

Bilang karagdagan sa mga pangunahing base, ang mga bihirang (minor) na nitrogenous na base ay natuklasan sa komposisyon ng mga nucleic acid. Ang mga menor de edad na base ay higit na matatagpuan sa mga transfer RNA, kung saan ang kanilang listahan ay lumalapit sa 50, sa mga bakas na halaga sa ribosomal RNA at sa DNA. Sa paglilipat ng mga RNA, ang mga menor de edad na base ay umabot ng hanggang 10% ng lahat ng mga nucleotide, na malinaw na may mahalagang pisyolohikal na kahulugan (proteksyon ng molekula ng RNA mula sa pagkilos ng mga hydrolytic enzymes). Kasama sa mga menor de edad na base ang karagdagang methylated purine at pyrimidine base, halimbawa, 2-methyladenine, 1-methylguanine, 5-methylcytosine, 5-hydroxymethylcytosine, atbp.

Mga karbohidrat

Ang mga karbohidrat (pentoses) sa mga nucleic acid ay kinakatawan ng ribose at 2-deoxyribose, na nasa anyong β-D-ribofuranose (mga formula sa kaliwa).

Sa komposisyon ng ilang phage DNA, natagpuan ang isang molekula ng glucose, na konektado ng isang glycosidic bond na may 5-hydroxymethylcytosine.

Conformation ng carbohydrate ring (pentose)

Para sa carbohydrate cycle (pentose) ng mga nucleic acid, ang planar conformation, kapag ang carbon atoms C1", C2", C3", C4" at ang oxygen heteroatom ay nasa parehong eroplano, ay energetically hindi kanais-nais. Kabilang sa maraming teoretikal na posibleng conformation ng mga nalalabi na ito, dalawa lamang ang natanto sa polynucleotides: alinman sa C2'-endoconformations o C3'-endoconformations. Ang mga conformation na ito ay lumilitaw sa panahon ng pag-ikot sa paligid ng C4 "bond, na humahantong sa gayong pagbaluktot ng singsing, kung saan ang isa sa mga atomo ng pentose (five-membered furanose ring) ay nasa labas ng eroplanong nilikha ng iba pang apat na atomo. Ang conformation ay isang endo- o exo-structure, depende sa kung ang isang partikular na atom ay matatagpuan sa parehong bahagi ng eroplano bilang C5" o sa kabilang panig.

Ang mga sangkap kung saan ang mga nitrogenous base ay konektado sa pentose ay tinatawag na nucleosides (Larawan 2).

Ang mga nucleoside ay N-glycosides. Sa kanila, ang pyrimidine nitrogenous base (isang heterocycle) ay konektado sa pentose sa pamamagitan ng isang glycosidic bond sa pamamagitan ng N-1, purine sa pamamagitan ng N-9. Depende sa uri ng pentose, dalawang uri ng nucleosides ay nakikilala - deoxyribonucleosides na naglalaman ng 2-deoxyribose, at ribonucleosides na naglalaman ng ribose.

Ang mga deoxyribonucleoside ay matatagpuan lamang sa DNA, habang ang mga ribonucleoside ay matatagpuan lamang sa RNA. Ang Pyrimidine at purine nucleoside ay naglalaman ng kaukulang nitrogenous base:

Bilang karagdagan sa mga pangunahing, mayroong mga menor de edad na nucleoside, na kinabibilangan ng mga menor de edad na nitrogenous base. Karamihan sa mga menor de edad na nucleoside ay matatagpuan sa tRNA. Ang pinakakaraniwang menor de edad na nucleoside na matatagpuan sa lahat ng tRNA ay dihydrouridine, pseudouridine (dinaglat bilang Ψ), at ribothymidine. Ang pseudouridine ay kulang sa karaniwang N-glycosidic bond. Sa loob nito, ang C-1 atom ng ribose ay konektado sa C-5 atom ng uracil.

Dahil sa mga steric na dahilan, ang mga purine base sa komposisyon ng purine nucleotides sa DNA ay maaari lamang tumagal ng dalawang sterically accessible conformation na may kaugnayan sa deoxyribose residue, na tinutukoy bilang syn-conformations at anti-conformations.

Kasabay nito, ang mga base ng pyrimidine ng pyrimidine nucleotides ay naroroon sa DNA sa anyo ng mga anti-conformers, na nauugnay sa mga steric mismatches na lumitaw sa pagitan ng carbohydrate na bahagi ng nucleotide at carbonyl oxygen sa posisyon ng C-2 ng pyrimidine . Dahil dito, pangunahing nakukuha ng mga base ng pyrimidine ang anti-conformation (Nelson D.L., Cox M.M., Lehninger Principles of Biochemistry, W.H. Freeman (ed.), San Francisco, 2004).

Ang mga nucleotide ay mga compound ng kaukulang uri ng nucleoside na may phosphoric acid. Ang mga ito ay nahahati din sa ribonucleotides na naglalaman ng ribose at deoxyribonucleotides na naglalaman ng 2-deoxyribose. Ang pangalan ng nucleotide ay nagmula sa uri ng nitrogenous base at ang bilang ng phosphoric acid residues. Kung mayroong isang phosphoric acid residue - nucleoside monophosphate (halimbawa, dAMP - deoxyadenosine monophosphate), dalawang residues - nucleoside diphosphate (halimbawa, dADP - deoxyadenosine diphosphate), tatlong residues - nucleoside triphosphate (halimbawa, dATP - deoxyadenosine triphosphate). Ang mga residu ng phosphoric acid ay nakakabit sa 5" carbon ng deoxyribose at itinalagang α, β, γ.

Nasa ibaba ang istraktura ng adenyl nucleotides.

Ang Phosphate ay maaaring ilakip sa iba't ibang posisyon ng pentose ring (sa ribonucleotides - sa mga posisyon 2", 3", 5", sa deoxyribonucleotides - sa mga posisyon na 3", 5"). Ang mga libreng nucleotide sa cell ay naglalaman ng phosphate group sa posisyon 5 ". Ang nucleoside-5 "-phosphates ay kasangkot sa biological synthesis ng nucleic acids at nabuo sa panahon ng kanilang pagkabulok. Dahil ang nucleoside-5"-phosphates, o mononucleotides, ay mga derivatives ng kaukulang mga nucleoside, ang parehong pangunahing at bihirang ribomononucleotides at deoxyribomononucleotides ay nakikilala .

Ang pagpapahaba ng pospeyt na dulo ng mononucleotide sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga karagdagang pospeyt ay humahantong sa pagbuo ng mga nucleoside polyphosphate. Ang mga nucleoside diphosphate at nucleoside triphosphate ay kadalasang matatagpuan sa mga selula. Ang mga sumusunod ay ang mga pangalan at pagdadaglat para sa mga nucleoside phosphate:

Ang lahat ng mga nucleoside phosphate ay nasa cell sa anyo ng mga anion, samakatuwid ang mga adenosine phosphate ay mas wastong itinalaga bilang AMP 2-, ADP 3-, ATP 4-. Ang ADP at ATP ay macroergic, iyon ay, mga compound na mayaman sa enerhiya na ang enerhiya ng kemikal ay ginagamit ng katawan para sa iba't ibang mga function. Ang natitirang nucleoside di- at ​​triphosphate ay kasangkot din sa mga reaksyon ng synthesis ng mga biological substance.

Mga internasyonal na pamantayang pagdadaglat

Ang mga pag-aaral ng nucleic acid ay gumagamit ng atom numbering at abbreviation schemes na inirerekomenda ng Commission of the International Union of General and Applied Chemistry (IUPAC) at ng International Union of Biochemists (IUB). Ang subcommittee ng IUPAC-IUB ay nakabuo ng magkakatulad na pamantayang kahulugan (IUPAC-IUB, 1983).

Mga pagdadaglat at simbolo na ginagamit para sa mga base, nucleoside at nucleotides (Arnott S., 1970).

Sa Fig.5. ang atomic numbering system na pinagtibay para sa mga nucleotides ay ipinakita. Ang mga simbolo na nagsasaad ng mga atom ng asukal ay nakikilala mula sa mga para sa mga base atom sa pamamagitan ng isang simbolo ng gitling. Ang gulugod ng polynucleotide ay inilarawan sa direksyon P -> O5" -> C5" -> C4" -> C3" -> O3" -> P.

Sa singsing ng asukal, ang pagnunumero ay: C1" -> C2" -> C3" -> C4" -> O4" -> C5".

Ang dalawang hydrogen atoms sa C5" at C2" na atom sa deoxyribose, gayundin ang dalawang libreng oxygen atoms sa phosphorus atoms, ay itinalaga ang mga numero 1 at 2, at ito ay ginagawa tulad ng sumusunod: kung titingnan mo ang kadena sa ang direksyon O5 "-> C5", pagkatapos ay gumagalaw nang pakanan, sunud-sunod nating ipapasa ang mga atomo C4", H5"1, H5"2. Katulad nito, kung titingnan natin ang kahabaan ng kadena sa direksyon O3" -> P - O5", pagkatapos kapag gumagalaw nang pakanan ay sunud-sunod nating ipapasa ang mga atomo O5 ", Op1, Op2.

Pangkalahatang katangian ng mga nucleic acid

Ang mga nucleic acid o polynucleotides ay mga macromolecular substance na binubuo ng mga mononucleotides na naka-link sa isang chain ng 3,5"-phosphodiester bond..

Ang kabuuang nilalaman ng DNA at RNA sa mga cell ay nakasalalay sa kanilang functional na estado. Sa spermatozoa, ang halaga ng DNA ay umabot sa 60% (sa mga tuntunin ng dry mass ng mga cell), sa karamihan ng mga cell 1-10, at sa mga kalamnan tungkol sa 0.2%. Ang nilalaman ng RNA ay karaniwang 5-10 beses na mas malaki kaysa sa DNA. Ang ratio ng RNA/DNA sa atay, pancreas, embryonic tissues, at sa pangkalahatan sa mga tissue na aktibong nagsi-synthesize ng protina ay mula 4 hanggang 10. Sa mga tissue na may katamtamang synthesis ng protina, ang ratio ay mula 0.3 hanggang 2.5. Ang mga virus ay sumasakop sa isang espesyal na lugar. Maaari silang magkaroon ng alinman sa DNA (DNA viruses) o RNA (RNA viruses) bilang kanilang genetic material.

Sa mga bacterial cell na walang nucleus (prokaryotes), ang DNA molecule (chromosome) ay matatagpuan sa isang espesyal na zone ng cytoplasm - ang nucleoid. Kung ito ay nauugnay sa lamad ng cell ng isang bacterium, kung gayon ito ay tinatawag na mesosome. Ang isang mas maliit na fragment ng DNA ay matatagpuan sa labas ng chromosomal zone na ito. Ang ganitong mga segment ng DNA sa bacteria ay tinatawag na plasmids o episomes. Sa mga cell na may nucleus (eukaryotes), ang DNA ay ipinamamahagi sa pagitan ng nucleus, kung saan ito ay bahagi ng chromosome at nucleolus, at extranuclear organelles (mitochondria at chloroplasts). May mga obserbasyon na ang napakaliit na halaga ng DNA ay naroroon sa mga microsome.

Humigit-kumulang 1-3% ng DNA ng isang cell ay extranuclear DNA, at ang iba ay puro sa nucleus. Nangangahulugan ito na ang mga namamana na katangian ay katangian hindi lamang para sa nucleus, kundi pati na rin para sa mitochondria at chloroplasts ng mga selula. Ang mga mature na itlog ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang hindi karaniwang mataas na nilalaman ng extranuclear DNA, kung saan ito ay naroroon sa maraming mitochondria at yolk lamellae, at sa huli ay hindi ito isang genetic na materyal, ngunit isang reserba ng mga nucleotide.

Ang RNA ay mas pantay na ipinamamahagi sa buong cell kaysa sa DNA. Ang sitwasyong ito lamang ay nagpapahiwatig na ang pag-andar ng RNA ay mas pabago-bago at magkakaibang. Sa mga selula ng mas matataas na organismo, halos 11% ng lahat ng RNA ay matatagpuan sa nucleus, mga 15% sa mitochondria, 50% sa ribosome, at 24% sa hyaloplasm.

Ang molekular na timbang ng DNA ay nakasalalay sa antas ng pagiging kumplikado ng isang buhay na bagay: sa bakterya ito ay 2 10 9 , sa mga tao at hayop umabot ito sa 10 11 . Sa bakterya, ang DNA ay nasa anyo ng isang higanteng molekula, mahinang nauugnay sa mga protina. Sa iba pang mga bagay, ang DNA ay napapalibutan ng mga protina o simpleng amine. Sa mga virus, ito ang pinakasimpleng pangunahing mga protina o polyamines (putrescine at spermidine), na neutralisahin ang negatibong singil ng molekula ng DNA sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga grupong pospeyt nito. Sa spermatozoa ng ilang mga hayop at isda, ang DNA ay bumubuo ng mga complex na may mga protamine at tulad ng histone na protina. Sa mga chromosome ng mga selula ng tao at iba pang mas matataas na organismo, ang DNA ay nauugnay sa mga histone at non-histone na protina. Ang ganitong mga protina-DNA complex ay tinatawag na deoxyribonucleoproteins (DNPs).

Ang RNA ay may mas mababang molekular na timbang kaysa sa DNA. Depende sa function na ginanap, ang molekular na timbang at komposisyon ng mga nucleotides, ang mga sumusunod na pangunahing uri ng RNA ay nakikilala: impormasyon, o template (mRNA), transportasyon (tRNA) at ribosomal (rRNA). Ang iba't ibang mga rRNA ay naiiba sa timbang ng molekular (Talahanayan 13). Bilang karagdagan sa tatlong pangunahing uri, mayroong mga menor de edad, o bihirang, mga RNA, ang nilalaman nito sa cell ay bale-wala, at ang kanilang mga pag-andar ay pinag-aaralan lamang.

Karamihan sa mga uri ng RNA ay nauugnay sa iba't ibang mga protina sa cell. Ang ganitong mga complex ay tinatawag na ribonucleoproteins (RNPs). Ang katangian ng mga nucleic acid ay ibinubuod sa talahanayan. isa.

Physico-chemical na katangian ng mga nucleic acid

Ang mga katangian ng physicochemical ng mga nucleic acid ay tinutukoy ng kanilang mataas na molekular na timbang at antas ng istrukturang organisasyon. Ang mga nucleic acid ay nailalarawan sa pamamagitan ng: colloidal at osmotic na mga katangian, mataas na lagkit at densidad ng mga solusyon, optical na katangian, at ang kakayahang mag-denature.

Ang mga colloidal na katangian ay tipikal para sa lahat ng macromolecular compound. Kapag natunaw, bumubukol ang mga nucleic acid at bumubuo ng malapot na solusyon tulad ng mga colloid. Ang kanilang hydrophilicity ay pangunahing nakasalalay sa mga phosphate. Sa solusyon, ang mga molekula ng nucleic acid ay may anyo ng isang polyanion na may binibigkas na mga katangian ng acid. Sa physiological pH, lahat ng nucleic acid ay polyanion at napapalibutan ng mga counterion mula sa mga protina at inorganic na kasyon. Ang solubility ng double-stranded nucleic acids ay mas masahol pa kaysa sa single-stranded.

Denaturasyon at renaturation. Ang denaturation ay isang pag-aari na likas sa mga macromolecule na may spatial na organisasyon. Ang denaturation ay sanhi ng pag-init, pagkakalantad sa mga kemikal na pumuputol sa mga bono ng hydrogen at van der Waals na nagpapatatag sa pangalawa at tertiary na istraktura ng mga nucleic acid. Halimbawa, ang pag-init ng DNA ay humahantong sa paghahati ng double helix sa mga single strands, ibig sabihin, ang "helix-coil" na paglipat ay sinusunod. Sa mabagal na paglamig, ang mga chain ay muling pinagsama ayon sa prinsipyo ng complementarity. Ang isang katutubong DNA double helix ay nabuo. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na renaturation. Sa mabilis na paglamig, hindi nangyayari ang renaturation.

Ang isang pagbabago sa optical na aktibidad ng mga nucleic acid ay katangian, na kasama ng kanilang denaturation at renaturation. Ang mga helical (organisadong) na seksyon ng mga nucleic acid ay umiikot sa eroplano ng polarized na ilaw, ibig sabihin, sila ay optically active, at ang pagkasira ng mga helical na seksyon ay nagpapawalang-bisa sa optical na aktibidad ng mga nucleic acid.

Ang lahat ng mga nucleic acid ay may pinakamataas na optical density sa isang wavelength na humigit-kumulang 260 nm, na tumutugma sa maximum na pagsipsip ng mga nitrogenous base. Gayunpaman, ang rate ng pagsipsip ng isang natural na nucleic acid ay mas mababa kaysa sa pinaghalong sarili nitong mga nucleotide, na nakuha, halimbawa, sa pamamagitan ng hydrolysis ng nucleic acid na ito, o mga solong hibla. Ang dahilan ay ang istrukturang organisasyon ng DNA at RNA, na nagiging sanhi ng isang klasikong epekto - isang pagbawas sa optical density. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na hypochromic effect. Ito ay pinakamataas na ipinahayag sa mga nucleic acid na may helical na istruktura (halimbawa, DNA) at naglalaman ng maraming mga pares ng HC (ang mga pares ng HC ay may tatlong hydrogen bond, at samakatuwid ay mas mahirap na sirain ang mga ito).

Molecular hybridization ng mga nucleic acid. Ang isang napakahalagang paraan para sa pagtukoy ng antas ng homology, o pagkakaugnay, ng mga nucleic acid ay batay sa kakayahan ng mga nucleic acid na muling magbago pagkatapos ng denaturation. Ito ay tinatawag na molecular hybridization. Ito ay batay sa komplementaryong pagpapares ng mga single-stranded na rehiyon ng mga nucleic acid.

Ang pamamaraang ito ay naging posible upang ipakita ang mga tampok ng pangunahing istraktura ng DNA. Lumalabas na sa DNA ng mga hayop mayroong paulit-ulit (hanggang sa 100,000 beses) na paulit-ulit na mga seksyon na may parehong pagkakasunud-sunod ng nucleotide. Binubuo nila ang hanggang 10-20% ng lahat ng DNA. Ang kanilang hybridization ay napakabilis. Ang natitirang bahagi ng DNA ay kinakatawan ng mga natatanging sequence na hindi nadoble. Ang mga seksyong ito ng DNA ay nag-hybrid nang napakabagal. Ang posibilidad ng kanilang pagkakatulad sa iba't ibang mga organismo ay mababa. Gamit ang paraan ng molecular hybridization, posibleng maitatag ang homology ng DNA ng isang organismo ng isang uri ng DNA ng ibang species o ang homology ng RNA sa mga segment ng DNA.

Mga nucleic acid at taxonomy ng mga organismo

Ang mga nucleic acid ay ang materyal na tagapagdala ng namamana na impormasyon at tinutukoy ang pagtitiyak ng mga species ng organismo na nabuo sa kurso ng ebolusyon. Ang pag-aaral ng mga tampok ng komposisyon ng nucleotide ng DNA ng iba't ibang mga organismo ay naging posible na lumipat mula sa systematics ayon sa mga panlabas na tampok sa genetic systematics. Ang direksyong ito sa molecular biology ay tinatawag na gene systematics. Ang nagtatag nito ay ang natitirang biochemist ng Sobyet na si A. N. Belozersky.

Ang paghahambing ng komposisyon ng nucleotide ng DNA ng iba't ibang mga organismo ay humantong sa mga kagiliw-giliw na konklusyon. Ito ay lumabas na ang koepisyent ng pagtitiyak ng DNA, i.e., ang ratio ng G + C hanggang A + T, ay nag-iiba nang malaki sa mga microorganism at medyo pare-pareho sa mas mataas na mga halaman at hayop. Sa mga microorganism, ang mga pagbabago sa pagkakaiba-iba ay sinusunod mula sa matinding uri ng HC hanggang sa binibigkas na uri ng AT. Ang DNA ng mas matataas na organismo ay matatag na nagpapanatili ng AT-type. Maaaring makuha ng isa ang impresyon na ang pagtitiyak ng DNA ay nawawala sa mas mataas na mga organismo. Sa katunayan, ito ay tiyak sa kanila tulad ng sa bakterya, ngunit ang pagtitiyak nito ay natutukoy hindi gaanong sa pamamagitan ng pagkakaiba-iba sa komposisyon ng mga nucleotides kundi sa pagkakasunud-sunod ng kanilang paghalili sa kadena. Ang mga kagiliw-giliw na konklusyon batay sa komposisyon ng nucleotide ng DNA ay ginawa ni A. N. Belozersky at ng kanyang mga mag-aaral tungkol sa pinagmulan ng mga multicellular na hayop at mas mataas na mga halaman. Ang kanilang AT-type na DNA ay pinakamalapit sa DNA ng mga fungi, kaya ang mga hayop at fungi ay malinaw na sinusubaybayan ang kanilang mga ninuno mula sa isang karaniwang ninuno - napaka-primitive na mga organismo na tulad ng kabute.

Ang higit pang impormasyon tungkol sa relasyon ng mga organismo ay ibinibigay ng paraan ng molecular hybridization. Gamit ang pamamaraang ito, naitatag ang mataas na homology ng DNA ng tao at monkey. Bukod dito, sa mga tuntunin ng komposisyon ng DNA ng tao, ito ay naiiba lamang ng 2-3% mula sa chimpanzee DNA, kaunti pa mula sa gorilla DNA, ng higit sa 10% mula sa DNA ng iba pang mga unggoy, at mula sa bacterial DNA ng halos 100% . Ang mga tampok ng pangunahing istraktura ng DNA ay maaari ding gamitin sa taxonomy. Ang homology sa mga lugar ng paulit-ulit na pagkakasunud-sunod (mabilis na hybridization) ay ginagamit para sa macrosystematics, at para sa mga natatanging fragment ng DNA (mabagal na hybridization) - para sa microsystematics (sa antas ng species at genera). Naniniwala ang mga siyentipiko na unti-unting posible na maitayo ang buong genealogical tree ng buhay na mundo mula sa DNA.

Ano ang alam natin tungkol sa mga nucleic acid?

Ang mga nucleic acid ay natuklasan sa ikalawang kalahati ng ika-19 na siglo. Ang Swiss biochemist na si F. Miescher, na naghiwalay ng isang sangkap na may mataas na nilalaman ng nitrogen at posporus mula sa nuclei ng mga selula at tinawag itong "nuclein" ( mula sa lat. nucleos - nucleus).
Ang mga nucleic acid ay nag-iimbak ng namamana na impormasyon tungkol sa istraktura at paggana ng bawat cell at lahat ng nabubuhay na nilalang sa Earth.

Mayroong dalawang uri ng mga nucleic acid − DNA(deoxyribonucleic acid) at RNA(ribonucleic acid).

Ang mga nucleic acid, tulad ng mga protina, ay partikular sa mga species, iyon ay, ang mga organismo ng bawat species ay may sariling uri ng DNA. Upang malaman ang mga dahilan para sa pagtitiyak ng mga species, isaalang-alang ang istraktura ng mga nucleic acid.

Ang mga molekula ng nucleic acid ay napakahabang mga kadena, na binubuo ng maraming daan-daan at kahit milyon-milyong mga nucleotide. Ang anumang nucleic acid ay naglalaman lamang ng apat na uri ng nucleotides. Ang mga pag-andar ng mga molekula ng nucleic acid ay nakasalalay sa kanilang istraktura, ang kanilang mga constituent nucleotides, ang kanilang bilang sa kadena, at ang pagkakasunud-sunod ng tambalan sa molekula.

Ang bawat nucleotide ay binubuo ng tatlong bahagi: isang nitrogenous base, isang carbohydrate, at phosphoric acid. Ang bawat DNA nucleotide ay naglalaman ng isa sa apat na uri ng nitrogenous bases (adenine - A, thymine - T, guanine - G o cytosine - C), pati na rin ang isang deoxyribose carbohydrate at isang phosphoric acid residue.

Kaya, ang DNA nucleotides ay naiiba lamang sa uri ng nitrogenous base.
Ang molekula ng DNA ay binubuo ng isang malaking bilang ng mga nucleotide na konektado sa isang kadena sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod. Ang bawat uri ng molekula ng DNA ay may sariling numero at pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide.

Ang mga molekula ng DNA ay napakahaba. Halimbawa, ang isang literal na rekord ng pagkakasunud-sunod ng nucleotide sa mga molekula ng DNA mula sa isang selula ng tao (46 chromosome) ay mangangailangan ng isang aklat na may humigit-kumulang 820,000 na pahina.

Ang paghalili ng apat na uri ng mga nucleotide ay maaaring bumuo ng isang walang katapusang bilang ng mga variant ng mga molekula ng DNA. Ang mga tampok na ito ng istraktura ng mga molekula ng DNA ay nagpapahintulot sa kanila na mag-imbak ng isang malaking halaga ng impormasyon tungkol sa lahat ng mga palatandaan ng mga organismo.

Noong 1953, ang American biologist na si J. Watson at ang English physicist na si F. Crick ay lumikha ng isang modelo para sa istruktura ng molekula ng DNA. Natuklasan ng mga siyentipiko na ang bawat molekula ng DNA ay binubuo ng dalawang hibla na konektado ng 1000 at paikot-ikot. Parang double helix. Sa bawat kadena, apat na uri ng mga nucleotide ang humalili sa isang tiyak na pagkakasunod-sunod.

Ang komposisyon ng nucleotide ng DNA ay naiiba sa iba't ibang uri ng bakterya, fungi, halaman, at hayop. Ngunit hindi ito nagbabago sa edad, kaunti lamang ang nakasalalay sa mga pagbabago sa kapaligiran. Ang mga nucleotide ay ipinares, iyon ay, ang bilang ng adenyl nucleotides sa anumang molekula ng DNA ay katumbas ng bilang ng thymidyl nucleotides (AT), at ang bilang ng cytidyl nucleotides ay katumbas ng bilang ng guanyl nucleotides (CG). Ito ay dahil sa ang katunayan na ang koneksyon ng dalawang kadena sa isa't isa sa isang molekula ng DNA ay sumusunod sa isang tiyak na panuntunan, ibig sabihin: ang adenine ng isang kadena ay palaging konektado ng dalawang hydrogen bond lamang sa thymine ng kabilang kadena, at guanine ng tatlong hydrogen. mga bono na may cytosine, iyon ay, ang mga nucleotide chain ng isang molekula ng DNA ay komplementaryo, umakma sa bawat isa.
Ang DNA ay naglalaman ng lahat ng bakterya, ang karamihan sa mga virus. Ito ay matatagpuan sa nuclei ng mga selula ng mga hayop, fungi at halaman, pati na rin sa