ԴՆԹ (դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու) կենդանի նյութի ամենակարևոր բաղադրիչներից մեկն է։ Դրա միջոցով կատարվում է ժառանգական տեղեկատվության պահպանումն ու փոխանցումը սերնդեսերունդ՝ որոշակի սահմաններում փոփոխականության հնարավորությամբ։ Կենդանի համակարգի համար անհրաժեշտ բոլոր սպիտակուցների սինթեզն անհնարին կլիներ առանց ԴՆԹ մատրիցայի։ Ստորև մենք կքննարկենք ԴՆԹ-ի կառուցվածքը, ձևավորումը, հիմնական գործառույթը և դերը սպիտակուցների կենսասինթեզում:
ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կառուցվածքը
Դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն երկու շղթայից բաղկացած մակրոմոլեկուլ է։ Նրա կառուցվածքն ունի կազմակերպման մի քանի մակարդակ։
ԴՆԹ-ի շղթայի առաջնային կառուցվածքը նուկլեոտիդների հաջորդականություն է, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է չորս ազոտային հիմքերից մեկը՝ ադենին, գուանին, ցիտոսին կամ թիմին: Շղթաներն առաջանում են, երբ մի նուկլեոտիդի դեզօքսիրիբոզային շաքարը միանում է մյուսի ֆոսֆատ մնացորդին։ Այս պրոցեսն իրականացվում է պրոտեին-կատալիզատորի՝ ԴՆԹ լիգազի մասնակցությամբ։
- ԴՆԹ-ի երկրորդական կառուցվածքը, այսպես կոչված, կրկնակի պարույրն է (ավելի ճիշտ՝ կրկնակի պտուտակ): Հողերը ունակ ենմիմյանց հետ կապվում են հետևյալ կերպ՝ ադենինը և թիմինը առաջացնում են կրկնակի ջրածնային կապ, իսկ գուանինը և ցիտոսինը՝ եռակի։ Այս հատկանիշի հիմքում ընկած է հիմքերի փոխլրացման սկզբունքը, ըստ որի շղթաները միացված են միմյանց։ Այս դեպքում տեղի է ունենում կրկնակի շղթայի պարուրաձև (ավելի հաճախ՝ աջ) ոլորում։
- Երրորդական կառուցվածքը հսկայական մոլեկուլի բարդ կոնֆորմացիա է, որն առաջանում է լրացուցիչ ջրածնային կապերի միջոցով:
- Չորրորդական կառուցվածքը ձևավորվում է հատուկ սպիտակուցների և ՌՆԹ-ի հետ համատեղ և հանդիսանում է ԴՆԹ-ի փաթեթավորման ձևը բջջի միջուկում:
ԴՆԹ ֆունկցիաներ
Եկեք դիտարկենք ԴՆԹ-ի դերը կենդանի համակարգերում: Այս բիոպոլիմերն իրենից ներկայացնում է մատրիցա, որը պարունակում է տարբեր սպիտակուցների, մարմնին անհրաժեշտ ՌՆԹ-ի կառուցվածքի, ինչպես նաև տարբեր տեսակի կարգավորող տեղամասերի գրառում: Ընդհանուր առմամբ, այս բոլոր բաղադրիչները կազմում են մարմնի գենետիկ ծրագիրը։
ԴՆԹ-ի կենսասինթեզի միջոցով գենետիկական ծրագիրը փոխանցվում է հաջորդ սերունդներին՝ ապահովելով կյանքի համար հիմնարար տեղեկատվության ժառանգականությունը: ԴՆԹ-ն ունակ է մուտացիայի ենթարկվել, ինչի շնորհիվ առաջանում է մեկ կենսաբանական տեսակի կենդանի օրգանիզմների փոփոխականությունը և արդյունքում հնարավոր է բնական ընտրության և կենդանի համակարգերի էվոլյուցիայի գործընթացը։
Սեռական վերարտադրության ընթացքում օրգանիզմ-հետնորդի ԴՆԹ-ն ձևավորվում է հայրական և մայրական ժառանգական տեղեկատվության համադրմամբ: Երբ համակցված են, կան տարբեր տատանումներ, ինչը նույնպես նպաստում է փոփոխականությանը:
Ինչպես է վերարտադրվում գենետիկական ծրագիրը
Կոմպլեմենտար կառուցվածքի շնորհիվ հնարավոր է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մատրիցային ինքնավերարտադրումը։ Այս դեպքում դրանում պարունակվող տեղեկատվությունը պատճենվում է։ Երկու դուստր «կրկնակի պարույրներ» ձևավորելու համար մոլեկուլի կրկնօրինակումը կոչվում է ԴՆԹ-ի վերարտադրություն: Սա բարդ գործընթաց է, որը ներառում է բազմաթիվ բաղադրիչներ: Բայց որոշակի պարզեցմամբ այն կարող է ներկայացվել որպես գծապատկեր:
Կրկնօրինակումը սկսվում է ԴՆԹ-ի որոշակի հատվածներում գտնվող ֆերմենտների հատուկ համալիրի միջոցով: Միևնույն ժամանակ, կրկնակի շղթան արձակվում է՝ ձևավորելով կրկնօրինակման պատառաքաղ, որտեղ տեղի է ունենում ԴՆԹ-ի կենսասինթեզի գործընթացը՝ յուրաքանչյուր շղթայի վրա փոխլրացնող նուկլեոտիդային հաջորդականությունների կուտակում։
։
Կրկնօրինակման համալիրի առանձնահատկությունները
Վերարտադրությունն ընթանում է նաև ֆերմենտների բարդ հավաքածուի՝ ռեպլիզոմների մասնակցությամբ, որոնցում գլխավոր դերը խաղում է ԴՆԹ պոլիմերազը։
ԴՆԹ-ի կենսասինթեզի շղթաներից մեկը առաջատարն է և անընդհատ ձևավորվում է։ Հետաձգված շղթայի ձևավորումը տեղի է ունենում կարճ հաջորդականություններ կցելով՝ Օկազակիի բեկորները: Այս բեկորները կապվում են ԴՆԹ լիգազի միջոցով: Նման գործընթացը կոչվում է կիսամյակային: Բացի այդ, այն բնութագրվում է որպես կիսապահպանողական, քանի որ նոր ձևավորված մոլեկուլներից յուրաքանչյուրում շղթաներից մեկը ծնողն է, իսկ երկրորդը՝ դուստրը։
ԴՆԹ-ի վերարտադրությունը բջիջների բաժանման հիմնական քայլերից մեկն է: Այս գործընթացի հիմքում ընկած է ժառանգական տեղեկատվության փոխանցումը նոր սերնդին, ինչպես նաև օրգանիզմի աճը։
Ինչ են սպիտակուցները
Սպիտակուցըբոլոր կենդանի օրգանիզմների բջիջներում ամենակարեւոր ֆունկցիոնալ տարրը: Նրանք կատարում են կատալիտիկ, կառուցվածքային, կարգավորող, ազդանշանային, պաշտպանիչ և շատ այլ գործառույթներ։
Սպիտակուցի մոլեկուլը բիոպոլիմեր է, որը ձևավորվում է ամինաթթուների մնացորդների հաջորդականությամբ: Այն, ինչպես նուկլեինաթթվի մոլեկուլները, բնութագրվում է կառուցվածքային կազմակերպման մի քանի մակարդակների առկայությամբ՝ առաջնայինից մինչև չորրորդական։
Գոյություն ունեն 20 տարբեր (կանոնական) ամինաթթուներ, որոնք օգտագործվում են կենդանի համակարգերի կողմից՝ սպիտակուցների հսկայական բազմազանություն ստեղծելու համար: Որպես կանոն, սպիտակուցը ինքնուրույն չի սինթեզվում։ Բարդ սպիտակուցային մոլեկուլի ձևավորման գործում առաջատար դերը պատկանում է նուկլեինաթթուներին՝ ԴՆԹ-ին և ՌՆԹ-ին։
Գենետիկ կոդի էությունը
Այսպիսով, ԴՆԹ-ն տեղեկատվական մատրիցա է, որը պահպանում է տեղեկատվությունը մարմնի աճի և կյանքի համար անհրաժեշտ սպիտակուցների մասին: Սպիտակուցները կառուցված են ամինաթթուներից, ԴՆԹ-ն (և ՌՆԹ-ն)՝ նուկլեոտիդներից։ ԴՆԹ-ի մոլեկուլի որոշ նուկլեոտիդային հաջորդականություններ համապատասխանում են որոշակի սպիտակուցների ամինաթթուների որոշակի հաջորդականությունների:
Բջջում կա սպիտակուցի կառուցվածքային միավորների 20 տեսակ՝ կանոնական ամինաթթուներ, իսկ ԴՆԹ-ում՝ 4 տեսակի նուկլեոտիդներ: Այսպիսով, յուրաքանչյուր ամինաթթու գրված է ԴՆԹ-ի մատրիցի վրա որպես երեք նուկլեոտիդների համակցություն՝ եռյակ, որի հիմնական բաղադրիչները ազոտային հիմքերն են: Համապատասխանության այս սկզբունքը կոչվում է գենետիկ կոդ, իսկ բազային եռյակները՝ կոդոններ։ Գենն էկոդոնների հաջորդականություն, որը պարունակում է սպիտակուցի գրառում և հիմքերի որոշ սպասարկման համակցություններ՝ մեկնարկային կոդոն, կանգառ կոդոն և այլն:
Գենետիկ կոդի որոշ հատկություններ
Գենետիկ կոդը գրեթե համընդհանուր է. շատ քիչ բացառություններով, այն նույնն է բոլոր օրգանիզմներում՝ բակտերիայից մինչև մարդ: Սա վկայում է, առաջին հերթին, Երկրի վրա կյանքի բոլոր ձևերի փոխհարաբերությունների մասին, և երկրորդ՝ հենց կոդի հնության մասին։ Հավանաբար, պարզունակ կյանքի գոյության վաղ փուլերում կոդի տարբեր տարբերակներ ձևավորվեցին բավականին արագ, բայց միայն մեկը ստացավ էվոլյուցիոն առավելություն։
Բացի այդ, այն սպեցիֆիկ է (միանշանակ). տարբեր ամինաթթուներ չեն կոդավորված նույն եռյակով: Բացի այդ, գենետիկ կոդը բնութագրվում է այլասերվածությամբ կամ ավելորդությամբ. մի քանի կոդոններ կարող են համապատասխանել նույն ամինաթթունին:
Գենետիկ գրառումը շարունակաբար ընթերցվում է. կետադրական նշանների գործառույթները կատարվում են նաև հիմքերի եռյակներով։ Որպես կանոն, գենետիկ «տեքստում» համընկնող գրառումներ չկան, բայց այստեղ էլ կան բացառություններ։
ԴՆԹ-ի ֆունկցիոնալ միավորներ
Օրգանիզմի ողջ գենետիկ նյութի ամբողջությունը կոչվում է գենոմ: Այսպիսով, ԴՆԹ-ն գենոմի կրողն է: Գենոմի կազմը ներառում է ոչ միայն որոշակի սպիտակուցներ կոդավորող կառուցվածքային գեներ։ ԴՆԹ-ի զգալի մասը պարունակում է տարբեր ֆունկցիոնալ նպատակներով շրջաններ։
Այսպիսով, ԴՆԹ-ն պարունակում է՝
- կարգավորիչհատուկ ՌՆԹ-ներ կոդավորող հաջորդականություններ, ինչպիսիք են գենետիկ անջատիչները և կառուցվածքային գեների արտահայտման կարգավորիչները;
- տարրեր, որոնք կարգավորում են տրանսկրիպցիայի գործընթացը՝ սպիտակուցի կենսասինթեզի սկզբնական փուլ;
- կեղծածինները «բրածո գեների» մի տեսակ են, որոնք կորցրել են սպիտակուցը կոդավորելու կամ տառադարձվելու իրենց ունակությունը մուտացիաների պատճառով;
- շարժական գենետիկ տարրեր - շրջաններ, որոնք կարող են շարժվել գենոմի ներսում, օրինակ՝ տրանսպոզոնները («ցատկող գեներ»);
- տելոմերները քրոմոսոմների ծայրերում գտնվող հատուկ շրջաններ են, որոնց շնորհիվ քրոմոսոմների ԴՆԹ-ն պաշտպանվում է կրկնօրինակման յուրաքանչյուր իրադարձության ժամանակ կրճատվելուց:
ԴՆԹ-ի ներգրավվածությունը սպիտակուցների կենսասինթեզում
ԴՆԹ-ն ի վիճակի է ձևավորել կայուն կառուցվածք, որի առանցքային տարրը ազոտային հիմքերի կոմպլեմենտար միացությունն է։ ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթան ապահովում է, առաջին հերթին, մոլեկուլի ամբողջական վերարտադրությունը, և երկրորդը, ԴՆԹ-ի առանձին հատվածների ընթերցումը սպիտակուցի սինթեզի ժամանակ: Այս գործընթացը կոչվում է տառադարձում։
Տրանսկրիպցիայի ընթացքում որոշակի գեն պարունակող ԴՆԹ-ի մի հատվածը ոլորվում է, իսկ շղթաներից մեկի՝ կաղապարի վրա, ՌՆԹ-ի մոլեկուլը սինթեզվում է որպես երկրորդ շղթայի պատճեն, որը կոչվում է կոդավորող: Այս սինթեզը հիմնված է նաև հիմքերի՝ փոխլրացնող զույգեր կազմելու հատկության վրա։ Սինթեզին մասնակցում են ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ պոլիմերազ ֆերմենտի ոչ կոդավորող, սպասարկման շրջանները։ ՌՆԹ-ն արդեն ծառայում է որպես սպիտակուցի սինթեզի ձևանմուշ, և ԴՆԹ-ն չի մասնակցում հետագա գործընթացին:
Հակադարձ տառադարձում
Երկար ժամանակ համարվում էր, որ մատրիցըԳենետիկական տեղեկատվության պատճենումը կարող է գնալ միայն մեկ ուղղությամբ՝ ԴՆԹ → ՌՆԹ → սպիտակուց: Այս սխեման կոչվել է մոլեկուլային կենսաբանության կենտրոնական դոգմա: Այնուամենայնիվ, հետազոտության ընթացքում պարզվել է, որ որոշ դեպքերում հնարավոր է պատճենել ՌՆԹ-ից ԴՆԹ՝ այսպես կոչված հակադարձ տրանսկրիպցիա։
Գենետիկ նյութը ՌՆԹ-ից ԴՆԹ տեղափոխելու ունակությունը բնորոշ է ռետրովիրուսներին։ Նման ՌՆԹ պարունակող վիրուսների բնորոշ ներկայացուցիչը մարդու իմունային անբավարարության վիրուսն է։ Վիրուսային գենոմի ինտեգրումը վարակված բջջի ԴՆԹ-ին տեղի է ունենում հատուկ ֆերմենտի մասնակցությամբ՝ հակադարձ տրանսկրիպտազի (ռեվերտազ), որը գործում է որպես ԴՆԹ-ի կենսասինթեզի կատալիզատոր ՌՆԹ կաղապարի վրա: Revertase-ը նույնպես վիրուսային մասնիկի մի մասն է: Նոր ձևավորված մոլեկուլը ինտեգրվում է բջջային ԴՆԹ-ին, որտեղ այն ծառայում է նոր վիրուսային մասնիկներ արտադրելու համար։
Ինչ է մարդու ԴՆԹ
Մարդու ԴՆԹ-ն, որը պարունակվում է բջջի միջուկում, փաթեթավորված է 23 զույգ քրոմոսոմների մեջ և պարունակում է մոտ 3,1 միլիարդ զույգ նուկլեոտիդներ: Բացի միջուկային ԴՆԹ-ից, մարդու բջիջները, ինչպես մյուս էուկարիոտիկ օրգանիզմները, պարունակում են միտոքոնդրիալ ԴՆԹ՝ միտոքոնդրիալ բջիջների օրգանելների ժառանգականության գործոն:
Միջուկային ԴՆԹ-ի կոդավորող գեները (դրանք 20-ից 25 հազարն են) կազմում են մարդու գենոմի միայն մի փոքր մասը՝ մոտավորապես 1,5%: ԴՆԹ-ի մնացած մասը նախկինում կոչվում էր «աղբ», սակայն բազմաթիվ ուսումնասիրություններ ցույց են տալիս գենոմի ոչ կոդավորող շրջանների նշանակալի դերը, որոնք քննարկվել են վերևում: Չափազանց կարևոր է նաև գործընթացների ուսումնասիրությունըհակադարձ տառադարձում մարդու ԴՆԹ-ում։
Գիտությունն արդեն ձևավորել է բավականին հստակ պատկերացում այն մասին, թե ինչ է մարդկային ԴՆԹ-ն կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ առումով, սակայն այս ոլորտում գիտնականների հետագա աշխատանքը նոր բացահայտումներ և կենսաբժշկական նոր տեխնոլոգիաներ կբերի:
:
