Դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու - ԴՆԹ - ծառայում է որպես ժառանգական տեղեկատվության կրող, որը փոխանցվում է կենդանի օրգանիզմների կողմից հաջորդ սերունդներին, և որպես մատրիցա սպիտակուցների և տարբեր կարգավորող գործոնների կառուցման համար, որոնք օրգանիզմը պահանջում է աճի և կյանքի գործընթացներում: Այս հոդվածում մենք կկենտրոնանանք ԴՆԹ-ի կառուցվածքի ամենատարածված ձևերի վրա: Մենք նաև ուշադրություն կդարձնենք, թե ինչպես են կառուցվում այս ձևերը և ինչ ձևով է ԴՆԹ-ն ապրում կենդանի բջջի ներսում։
ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կազմակերպման մակարդակներ
Կա չորս մակարդակ, որոնք որոշում են այս հսկա մոլեկուլի կառուցվածքն ու մորֆոլոգիան:
- Առաջնային մակարդակը կամ կառուցվածքը շղթայում նուկլեոտիդների կարգն է։
- Երկրորդական կառուցվածքը հայտնի «կրկնակի պարույրն» է։ Հենց այս արտահայտությունն է նստել, թեև իրականում նման կառուցվածքը պտուտակ է հիշեցնում։
- Երրորդական կառուցվածքը ձևավորվում է այն պատճառով, որ թույլ ջրածնային կապեր են առաջանում ԴՆԹ-ի կրկնակի ոլորված շղթայի առանձին հատվածների միջև,տալով մոլեկուլին բարդ տարածական կոնֆորմացիա։
- Չորրորդական կառուցվածքն արդեն ԴՆԹ-ի բարդ համալիր է՝ որոշ սպիտակուցներով և ՌՆԹ-ով: Այս կոնֆիգուրացիայի դեպքում ԴՆԹ-ն փաթեթավորված է բջջի միջուկի քրոմոսոմների մեջ:
Առաջնային կառուցվածք. ԴՆԹ-ի բաղադրիչներ
Բլոկները, որոնցից կառուցված է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մակրոմոլեկուլը, նուկլեոտիդներ են, որոնք միացություններ են, որոնցից յուրաքանչյուրը ներառում է՝
- ազոտային հիմք՝ ադենին, գուանին, թիմին կամ ցիտոզին։ Ադենինը և գուանինը պատկանում են պուրինային հիմքերի խմբին, ցիտոզինը և թիմինը պատկանում են պիրիմիդինին;
- հինգ ածխածնային մոնոսաքարիդ դեզօքսիրիբոզ;
- Օրթոֆոսֆորական թթվի մնացորդ.
Պոլինուկլեոտիդային շղթայի ձևավորման մեջ կարևոր դեր է խաղում շաքարի շրջանաձև մոլեկուլում ածխածնի ատոմներից առաջացած խմբերի կարգը։ Նուկլեոտիդում ֆոսֆատի մնացորդը միացված է դեզօքսիրիբոզի 5'-խմբին (կարդացեք «հինգ պարզ»), այսինքն՝ ածխածնի հինգերորդ ատոմին։ Շղթայի երկարացումն առաջանում է հաջորդ նուկլեոտիդի ֆոսֆատային մնացորդը դեզօքսիրիբոզի ազատ 3'-խմբին կցելով:
Այսպիսով, ԴՆԹ-ի առաջնային կառուցվածքը պոլինուկլեոտիդային շղթայի տեսքով ունի 3'- և 5' ծայրեր: ԴՆԹ-ի մոլեկուլի այս հատկությունը կոչվում է բևեռականություն. շղթայի սինթեզը կարող է գնալ միայն մեկ ուղղությամբ:
երկրորդային կառուցվածքի ձևավորում
ԴՆԹ-ի կառուցվածքային կազմակերպման հաջորդ քայլը հիմնված է ազոտային հիմքերի փոխլրացման սկզբունքի վրա՝ միմյանց հետ զույգերով կապվելու ունակության վրա։ջրածնային կապերի միջոցով: Կոմպլեմենտարությունը՝ փոխադարձ համապատասխանությունը, առաջանում է, քանի որ ադենինը և թիմինը կազմում են կրկնակի կապ, իսկ գուանինը և ցիտոսինը՝ եռակի կապ: Ուստի կրկնակի շղթա կազմելիս այս հիմքերը կանգնած են միմյանց դեմ՝ կազմելով համապատասխան զույգեր։
Պոլինուկլեոտիդային հաջորդականությունները գտնվում են հակազուգահեռ երկրորդական կառուցվածքում: Այսպիսով, եթե շղթաներից մեկը նման է 3' - AGGZATAA - 5', ապա հակառակը կունենա հետևյալ տեսքը. 3' - TTATGTST - 5':
Երբ ձևավորվում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլ, կրկնապատկված պոլինուկլեոտիդային շղթան ոլորվում է, և աղերի կոնցենտրացիան, ջրի հագեցվածությունը և մակրոմոլեկուլի կառուցվածքը որոշում են, թե ինչ ձևեր կարող է ստանալ ԴՆԹ-ն տվյալ կառուցվածքային քայլում: Հայտնի են մի քանի նման ձևեր, որոնք նշվում են լատիներեն A, B, C, D, E, Z տառերով։
C, D և E կոնֆիգուրացիաները չեն հայտնաբերվել վայրի բնության մեջ և նկատվել են միայն լաբորատոր պայմաններում: Մենք կդիտարկենք ԴՆԹ-ի հիմնական ձևերը՝ այսպես կոչված կանոնական A և B, ինչպես նաև Z կոնֆիգուրացիան:
A-DNA-ն չոր մոլեկուլ է
A-աձևը աջ ձեռքի պտուտակ է՝ յուրաքանչյուր հերթափոխով 11 լրացուցիչ հիմքերով: Դրա տրամագիծը 2,3 նմ է, իսկ պարույրի մեկ պտույտի երկարությունը՝ 2,5 նմ։ Զուգակցված հիմքերով կազմված հարթությունները մոլեկուլի առանցքի նկատմամբ ունեն 20° թեքություն։ Հարևան նուկլեոտիդները կոմպակտ դասավորված են շղթաներով. նրանց միջև կա ընդամենը 0,23 նմ:
ԴՆԹ-ի այս ձևն առաջանում է ցածր հիդրացիայի և նատրիումի և կալիումի իոնային կոնցենտրացիայի բարձրացման դեպքում: Դա բնորոշ էգործընթացներ, որոնցում ԴՆԹ-ն բարդույթ է կազմում ՌՆԹ-ի հետ, քանի որ վերջինս ի վիճակի չէ այլ ձևեր ընդունել: Բացի այդ, A-ձևը բարձր դիմացկուն է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման նկատմամբ: Այս կոնֆիգուրացիայի մեջ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն հայտնաբերված է սնկային սպորներում:
Թաց B-DNA
Աղի ցածր պարունակությամբ և խոնավացման բարձր աստիճանով, այսինքն՝ նորմալ ֆիզիոլոգիական պայմաններում ԴՆԹ-ն ընդունում է իր հիմնական ձևը B։ Բնական մոլեկուլները, որպես կանոն, գոյություն ունեն B ձևով։ Հենց նա է ընկած դասական Ուոթսոն-Քրիքի մոդելի հիմքում և ամենից հաճախ պատկերված է նկարազարդումներում:
Այս ձևը (այն նաև աջակողմյան է) բնութագրվում է նուկլեոտիդների ավելի քիչ կոմպակտ տեղադրմամբ (0,33 նմ) և պտուտակի մեծ քայլով (3,3 նմ): Մեկ պտույտը պարունակում է 10,5 բազային զույգ, որոնցից յուրաքանչյուրի պտույտը նախորդի համեմատ կազմում է մոտ 36 °: Զույգերի հարթությունները գրեթե ուղղահայաց են «կրկնակի պարույրի» առանցքին։ Նման կրկնակի շղթայի տրամագիծն ավելի փոքր է, քան A- ձևի տրամագիծը, այն հասնում է ընդամենը 2 նմ-ի:
Ոչ կանոնական Z-DNA
Ի տարբերություն կանոնական ԴՆԹ-ի, Z-տիպի մոլեկուլը ձախակողմյան պտուտակ է: Այն ամենաբարակն է բոլորից՝ ունենալով ընդամենը 1,8 նմ տրամագիծ։ Նրա կծիկները, 4,5 նմ երկարությամբ, կարծես երկարավուն են. ԴՆԹ-ի այս ձևը պարունակում է 12 զույգ հիմքեր մեկ հերթափոխում: Բավական մեծ է նաև հարակից նուկլեոտիդների միջև հեռավորությունը՝ 0,38 նմ։ Այսպիսով, Z-աձևն ունի նվազագույն շրջադարձ:
Այն ձևավորվում է B տիպի կոնֆիգուրացիայից այն հատվածներում, որտեղ պուրինըև պիրիմիդինային հիմքերը՝ լուծույթում իոնների պարունակության փոփոխությամբ։ Z-DNA-ի ձևավորումը կապված է կենսաբանական ակտիվության հետ և շատ կարճաժամկետ գործընթաց է։ Այս ձևը անկայուն է, ինչը դժվարություններ է ստեղծում նրա գործառույթների ուսումնասիրության մեջ։ Առայժմ դրանք հստակ չեն:
ԴՆԹ-ի վերարտադրությունը և դրա կառուցվածքը
ԴՆԹ-ի և՛ առաջնային, և՛ երկրորդական կառուցվածքներն առաջանում են մի երևույթի ժամանակ, որը կոչվում է վերարտադրություն՝ մայր մակրոմոլեկուլից երկու նույնական «կրկնակի պարույրների» ձևավորում: Կրկնօրինակման ընթացքում սկզբնական մոլեկուլը արձակվում է, և ազատված առանձին շղթաների վրա ձևավորվում են լրացուցիչ հիմքեր։ Քանի որ ԴՆԹ-ի կեսերը հակազուգահեռ են, այս գործընթացը նրանց վրա ընթանում է տարբեր ուղղություններով. 3'-վերջից մինչև 5'-վերջ մայր շղթաների հետ կապված, այսինքն՝ նոր շղթաներ աճում են 5' → 3' ուղղությամբ: Առաջատար շարանը շարունակաբար սինթեզվում է դեպի վերարտադրության պատառաքաղը; հետամնաց շղթայի վրա պատառաքաղից սինթեզ է կատարվում առանձին հատվածներով (Օկազակիի բեկորներ), որոնք այնուհետև կարվում են հատուկ ֆերմենտի՝ ԴՆԹ լիգազի միջոցով։
Մինչ սինթեզը շարունակվում է, դուստր մոլեկուլների արդեն ձևավորված ծայրերը ենթարկվում են պարուրաձև ոլորման: Այնուհետև, մինչև կրկնօրինակման ավարտը, նորածին մոլեկուլները սկսում են ձևավորել երրորդական կառուցվածք՝ գերոլորում կոչվող գործընթացում:
Սուպեր ոլորված մոլեկուլ
ԴՆԹ-ի գերոլորված ձևն առաջանում է, երբ կրկնակի շղթա ունեցող մոլեկուլը լրացուցիչ շրջադարձ է կատարում: Այն կարող է լինել ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ (դրական) կամդեմ (այս դեպքում խոսվում է բացասական գերոլորման մասին)։ Օրգանիզմների մեծ մասի ԴՆԹ-ն բացասաբար է գերոլորված, այսինքն՝ հակառակ «կրկնակի պարույրի» հիմնական պտույտների:
Լրացուցիչ օղակների՝ գերոլորիկների առաջացման արդյունքում ԴՆԹ-ն ձեռք է բերում բարդ տարածական կոնֆիգուրացիա։ Էուկարիոտիկ բջիջներում այս գործընթացը տեղի է ունենում բարդույթների ձևավորմամբ, որոնցում ԴՆԹ-ն բացասաբար պտտվում է հիստոնային սպիտակուցային համալիրների շուրջ և ստանում նուկլեոսոմային ուլունքներով թելի ձև: Թեմայի ազատ հատվածները կոչվում են կապողներ: Ոչ հիստոնային սպիտակուցները և անօրգանական միացությունները նույնպես մասնակցում են ԴՆԹ-ի մոլեկուլի գերոլորված ձևի պահպանմանը։ Ահա թե ինչպես է ձևավորվում քրոմատինը` քրոմոսոմների նյութը:
Քրոմատինի շղթաները նուկլեոսոմային ուլունքներով կարող են ավելի բարդացնել մորֆոլոգիան մի գործընթացում, որը կոչվում է քրոմատինի խտացում:
ԴՆԹ-ի վերջնական կոմպակտացում
Միջուկում դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մակրոմոլեկուլի ձևը դառնում է չափազանց բարդ՝ խտանալով մի քանի քայլով:
- Նախ, թելիկը ոլորվում է հատուկ սոլենոիդային տիպի կառուցվածքի մեջ՝ 30 նմ հաստությամբ քրոմատինային ֆիբրիլ: Այս մակարդակում ԴՆԹ-ն ծալվում և կրճատվում է իր երկարությունը 6-10 անգամ։
- Այնուհետև, ֆիբրիլը ձևավորում է զիգզագ օղակներ հատուկ փայտամածի սպիտակուցների օգնությամբ, ինչը նվազեցնում է ԴՆԹ-ի գծային չափը արդեն 20-30 անգամ:
- Խիտ փաթեթավորված օղակաձև տիրույթները ձևավորվում են հաջորդ մակարդակում, որոնք առավել հաճախ ունեն ձև, որը պայմանականորեն կոչվում է «լամպի վրձին»: Նրանք միանում են ներմիջուկային սպիտակուցինմատրիցա. Նման կառույցների հաստությունն արդեն 700 նմ է, մինչդեռ ԴՆԹ-ն կրճատվել է մոտավորապես 200 անգամ։
- Մորֆոլոգիական կազմակերպման վերջին մակարդակը քրոմոսոմային է: Օղակային տիրույթները սեղմվում են այնպես, որ ձեռք է բերվում 10000 անգամ ընդհանուր կրճատում: Եթե ձգված մոլեկուլի երկարությունը մոտ 5 սմ է, ապա քրոմոսոմների մեջ փաթեթավորվելուց հետո այն նվազում է մինչև 5 միկրոն։
ԴՆԹ ձևի բարդության ամենաբարձր մակարդակը հասնում է միտոզի մետաֆազի վիճակին։ Հենց այդ ժամանակ այն ձեռք է բերում բնորոշ տեսք՝ երկու քրոմատիդներ, որոնք կապված են կծկման-ցենտրոմերով, որն ապահովում է քրոմատիդների դիվերգենցիան բաժանման գործընթացում։ Ինտերֆազային ԴՆԹ-ն կազմակերպվում է մինչև դոմենային մակարդակ և բաշխվում է բջջի միջուկում առանց որևէ որոշակի հերթականության: Այսպիսով, մենք տեսնում ենք, որ ԴՆԹ-ի մորֆոլոգիան սերտորեն կապված է նրա գոյության տարբեր փուլերի հետ և արտացոլում է կյանքի համար այս կարևորագույն մոլեկուլի գործունեության առանձնահատկությունները։
