Նուկլեինաթթուները, հատկապես ԴՆԹ-ն, բավականին հայտնի են գիտության մեջ: Դա բացատրվում է նրանով, որ դրանք բջջի այն նյութերն են, որոնցից կախված է նրա ժառանգական տեղեկատվության պահպանումն ու փոխանցումը։ ԴՆԹ-ն, որը հայտնաբերվել է դեռևս 1868 թվականին Ֆ. Միշերի կողմից, մոլեկուլ է ընդգծված թթվային հատկություններով։ Գիտնականն այն առանձնացրել է լեյկոցիտների միջուկներից՝ իմունային համակարգի բջիջներից։ Հետագա 50 տարիների ընթացքում նուկլեինաթթուների ուսումնասիրությունները ժամանակ առ ժամանակ անցկացվեցին, քանի որ կենսաքիմիկոսների մեծամասնությունը սպիտակուցները համարում էր հիմնական օրգանական նյութերը, որոնք պատասխանատու են, ի թիվս այլ բաների, ժառանգական հատկությունների համար:
:
Վաթսոնի և Կրիկի կողմից ԴՆԹ-ի կառուցվածքի վերծանումից ի վեր՝ 1953 թվականին, սկսվեցին լուրջ հետազոտություններ, որոնք պարզեցին, որ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն պոլիմեր է, իսկ նուկլեոտիդները ծառայում են որպես ԴՆԹ մոնոմեր։ Նրանց տեսակները և կառուցվածքը կուսումնասիրվեն մեր կողմից այս աշխատանքում:
Նուկլեոտիդները որպես ժառանգական տեղեկատվության կառուցվածքային միավորներ
Կենդանի նյութի հիմնարար հատկություններից է ինչպես բջջի, այնպես էլ ամբողջ օրգանիզմի կառուցվածքի և գործառույթների մասին տեղեկատվության պահպանումն ու փոխանցումը։ընդհանրապես. Այս դերը խաղում է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն, իսկ ԴՆԹ մոնոմերները՝ նուկլեոտիդները մի տեսակ «աղյուսներ» են, որոնցից կառուցված է ժառանգական նյութի յուրահատուկ կառուցվածքը։ Եկեք նայենք, թե ինչ նշաններով է առաջնորդվել վայրի բնությունը նուկլեինաթթուների սուպերգլուխ ստեղծելիս։
Ինչպես են ձևավորվում նուկլեոտիդները
Այս հարցին պատասխանելու համար մեզ անհրաժեշտ է որոշակի գիտելիքներ օրգանական քիմիայի մասին: Մասնավորապես, հիշեցնում ենք, որ բնության մեջ կա ազոտ պարունակող հետերոցիկլիկ գլիկոզիդների խումբ՝ զուգակցված մոնոսաքարիդների՝ պենտոզների (դեօքսիրիբոզ կամ ռիբոզա) հետ։ Դրանք կոչվում են նուկլեոզիդներ։ Օրինակ՝ ադենոզինը և նուկլեոզիդների այլ տեսակներ առկա են բջջի ցիտոզոլում։ Օրթոֆոսֆորական թթվի մոլեկուլների հետ մտնում են էստերիկացման ռեակցիայի մեջ։ Այս գործընթացի արգասիքները կլինեն նուկլեոտիդներ։ ԴՆԹ-ի յուրաքանչյուր մոնոմեր, և կան չորս տեսակներ, ունի անուն, ինչպիսիք են գուանին, թիմին և ցիտոզին նուկլեոտիդները:
ԴՆԹ-ի պուրինային մոնոմերներ
Կենսաքիմիայում ընդունված է դասակարգում, որը ԴՆԹ-ի մոնոմերները և դրանց կառուցվածքը բաժանում է երկու խմբի. օրինակ՝ ադենինը և գուանինի նուկլեոտիդները պուրին են: Դրանք պարունակում են պուրինի ածանցյալներ՝ օրգանական նյութ, որն ունի C5H4N44. ԴՆԹ-ի մոնոմերը՝ գուանինի նուկլեոտիդը, պարունակում է նաև պուրինային ազոտային հիմք, որը կապված է դեզօքսիռիբոզի հետ N-գլիկոզիդային կապով բետա կոնֆիգուրացիայի մեջ։
Պիրիմիդին նուկլեոտիդներ
Ազոտային հիմքեր,կոչվում են ցիտիդին և թիմիդին, պիրիմիդին օրգանական նյութի ածանցյալներն են: Դրա բանաձևն է C4H4N2: Մոլեկուլը վեց անդամից հարթ հետերոցիկլ է, որը պարունակում է ազոտի երկու ատոմ։ Հայտնի է, որ թիմին նուկլեոտիդի փոխարեն, ռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլները, ինչպիսիք են rRNA, tRNA և mRNA, պարունակում են ուրացիլային մոնոմեր։ Տրանսկրիպցիայի ժամանակ ԴՆԹ-ի գենից ինՌՆԹ մոլեկուլ տեղեկատվության փոխանցման ժամանակ թիմին նուկլեոտիդը փոխարինվում է ադենինով, իսկ ադենինի նուկլեոտիդը սինթեզված mRNA շղթայում փոխարինվում է ուրացիլով։ Այսինքն՝ արդարացի կլինի հետևյալ ռեկորդը՝ A - U, T - A.
Chargaff կանոն
Նախորդ բաժնում մենք արդեն մասամբ անդրադարձել ենք ԴՆԹ-ի շղթաներում և գեն-mRNA համալիրում մոնոմերների համապատասխանության սկզբունքներին: Հայտնի կենսաքիմիկոս Է. Չարգաֆը հաստատել է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլների միանգամայն եզակի հատկությունը, այն է, որ դրանում ադենինի նուկլեոտիդների թիվը միշտ հավասար է թիմինին, իսկ գուանինը` ցիտոսինին: Չարգաֆի սկզբունքների հիմնական տեսական հիմքը Ուոթսոնի և Քրիքի հետազոտություններն էին, ովքեր պարզեցին, թե որ մոնոմերներն են կազմում ԴՆԹ-ի մոլեկուլը և ինչ տարածական կազմակերպություն ունեն։ Մեկ այլ օրինաչափություն, որը ստացվել է Չարգաֆֆի կողմից և կոչվում է կոմպլեմենտարության սկզբունք, ցույց է տալիս պուրինային և պիրիմիդինային հիմքերի քիմիական հարաբերությունները և միմյանց հետ փոխազդելու ժամանակ ջրածնային կապեր ձևավորելու նրանց կարողությունը: Սա նշանակում է, որ մոնոմերների դասավորությունը ԴՆԹ-ի երկու շղթաներում էլ խստորեն որոշված է. օրինակ, ԴՆԹ-ի առաջին շղթայի հակառակ A-ն կարող է լինել.միայն T-ն է տարբեր, և նրանց միջև առաջանում է երկու ջրածնային կապ: Գուանինի նուկլեոտիդին հակառակ կարող է տեղակայվել միայն ցիտոզինը։ Այս դեպքում ազոտային հիմքերի միջև ձևավորվում է երեք ջրածնային կապ։
Նուկլեոտիդների դերը գենետիկ կոդի մեջ
Ռիբոսոմներում տեղի ունեցող սպիտակուցի կենսասինթեզի ռեակցիան իրականացնելու համար գոյություն ունի պեպտիդի ամինաթթուների կազմի մասին տեղեկատվությունը mRNA նուկլեոտիդային հաջորդականությունից դեպի ամինաթթուների հաջորդականություն փոխանցելու մեխանիզմ: Պարզվել է, որ երեք հարակից մոնոմերներ կրում են տեղեկատվություն 20 հնարավոր ամինաթթուներից մեկի մասին։ Այս երեւույթը կոչվում է գենետիկ կոդ։ Մոլեկուլային կենսաբանության խնդիրներ լուծելիս այն օգտագործվում է ինչպես պեպտիդի ամինաթթուների բաղադրությունը որոշելու, այնպես էլ այն հարցը պարզելու համար, թե որ մոնոմերներն են կազմում ԴՆԹ-ի մոլեկուլը, այլ կերպ ասած՝ ինչպիսի՞ն է համապատասխան գենի բաղադրությունը։ Օրինակ, AAA եռյակը (կոդոն) գենում կոդավորում է ամինաթթու ֆենիլալանինը սպիտակուցի մոլեկուլում, իսկ գենետիկ կոդում այն կհամապատասխանի mRNA շղթայում UUU եռյակին:
:
Նուկլեոտիդների փոխազդեցությունը ԴՆԹ-ի կրկնօրինակման գործընթացում
Ինչպես պարզվել էր ավելի վաղ, կառուցվածքային միավորները, ԴՆԹ մոնոմերները նուկլեոտիդներ են։ Նրանց հատուկ հաջորդականությունը շղթաներում հանդիսանում է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի դուստր մոլեկուլի սինթեզի ձևանմուշը։ Այս երեւույթը տեղի է ունենում բջջային ինտերֆազի S փուլում։ ԴՆԹ-ի նոր մոլեկուլի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը հավաքվում է մայր շղթաների վրա՝ ԴՆԹ պոլիմերազային ֆերմենտի գործողության ներքո՝ հաշվի առնելով սկզբունքը.կոմպլեմենտարություն (A - T, D - C): Կրկնօրինակումը վերաբերում է մատրիցների սինթեզի ռեակցիաներին: Սա նշանակում է, որ ԴՆԹ-ի մոնոմերները և դրանց կառուցվածքը մայր շղթաներում ծառայում են որպես հիմք, այսինքն՝ մատրիցա դրա երկրորդական պատճենի համար:
Կարո՞ղ է փոխվել նուկլեոտիդի կառուցվածքը
Ի դեպ, ասենք, որ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն բջջի միջուկի խիստ պահպանողական կառուցվածքն է։ Դրա տրամաբանական բացատրությունը կա՝ միջուկի քրոմատինում պահվող ժառանգական տեղեկատվությունը պետք է լինի անփոփոխ և պատճենվի առանց աղավաղումների։ Դե, բջջային գենոմը մշտապես գտնվում է շրջակա միջավայրի գործոնների «ատրճանակի տակ»: Օրինակ, այնպիսի ագրեսիվ քիմիական միացություններ, ինչպիսիք են ալկոհոլը, թմրանյութերը, ռադիոակտիվ ճառագայթումը: Դրանք բոլորն էլ այսպես կոչված մուտագեններ են, որոնց ազդեցության տակ ԴՆԹ-ի ցանկացած մոնոմեր կարող է փոխել իր քիմիական կառուցվածքը։ Կենսաքիմիայում նման աղավաղումը կոչվում է կետային մուտացիա։ Բջջի գենոմում դրանց առաջացման հաճախականությունը բավականին բարձր է։ Մուտացիաները շտկվում են բջջային վերականգնման համակարգի լավ գործող աշխատանքով, որը ներառում է մի շարք ֆերմենտներ:
Դրանցից մի քանիսը, օրինակ՝ սահմանափակումները, «կտրում» են վնասված նուկլեոտիդները, պոլիմերազներն ապահովում են նորմալ մոնոմերների սինթեզը, լիգազները «կարում» են գենի վերականգնված հատվածները։ Եթե ինչ-ինչ պատճառներով վերը նկարագրված մեխանիզմը բջջում չի գործում, և ԴՆԹ-ի արատավոր մոնոմերը մնում է նրա մոլեկուլում, մուտացիան վերցվում է մատրիցային սինթեզի գործընթացներով և ֆենոտիպիկորեն դրսևորվում է խախտված հատկություններով սպիտակուցների տեսքով։ ի վիճակի չեն կատարել իրենց բնորոշ անհրաժեշտ գործառույթներըբջջային նյութափոխանակություն. Սա լուրջ բացասական գործոն է, որը նվազեցնում է բջջի կենսունակությունը և կրճատում նրա կյանքի տևողությունը։
