Определение AND, характеристик, структуры, функции, свойств и компонентов
Определение ДНК
ДНК - это нуклеиновая кислота, которая находится в ядре клетки и служит для хранения всей информации о живых существах в виде генетического материала. ДНК также определяет унаследованные черты организмов. Есть так много преимуществ, которые мы можем получить от использования ДНК. Особенно в вопросах, связанных с генетикой.
ДНК состоит из последовательности нуклеотидов. Нуклеотид - это комбинация фосфатной группы, пентозного сахара и азотистого основания. Нуклеозид представляет собой комбинацию пентозного сахара и азотистого основания. Каждый нуклеотид содержит группу сахара дезоксирибозы, имеющую 5 атомов углерода, фосфатную группу и азотистое основание. Все нуклеотиды в ДНК содержат одни и те же сахарные и фосфатные группы и поэтому называются «основой ДНК». Азотистые основания ДНК всегда связаны пуриновыми и пиримидиновыми группами. Пуриновые основания - это аденин (A) и гуанин (G), а пиримидиновые основания - это цитозин (C) и тимин (T). В ДНК G соединяется с C, а A - с T.
ДНК с парами азотистых оснований - настоящая форма генов. Обычно один ген содержит от десятков до сотен тысяч пар оснований. ДНК регулирует жизнь клеток и тела живого существа в процессе репликации (дупликации) и транскрипции (печати). Репликация полезна для деления и размножения клеток, а транскрипция - для синтеза белка. В результате синтеза белка образуются различные вещества и органеллы, регулирующие организм и влияющие на природу живых существ.
Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Функции рекомбинантной ДНК в биологических науках
История ДНК
ДНК была впервые очищена в 1868 году швейцарским ученым Фридрихом Мишером в Тюбингене, Германия, который назвал ее нуклеином в честь ее расположения в ядре клетки. Однако исследования роли ДНК в клетках начались только в начале 20 века, вместе с открытием генетических постулатов Менделя. Согласно этой теории, ДНК и белок считаются двумя наиболее вероятными молекулами как носителями генетических признаков.
Два эксперимента в десятилетие 40-х годов доказали функцию ДНК как генетического материала. В исследовании Эйвери и его коллег экстракты одной бактериальной клетки не смогли превратиться в другую бактериальную клетку, если ДНК в экстракте не была оставлена нетронутой. Эксперименты, проведенные Херши и Чейзом, доказали то же самое с использованием радиоактивных индикаторов.
В то время нерешенной загадкой было: «Какова структура ДНК, чтобы она могла служить генетическим материалом». На этот вопрос ответили Фрэнсис Крик и его коллега Джеймс Уотсон на основе результатов дифракции рентгеновских лучей на ДНК Мориса Уилкинса и Розалинды Франклин.
В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик определили ДНК как полимер, состоящий из 4 оснований нуклеиновых кислот, двух пуриновых групп: аденина и гуанина; и два других из группы пиримидинов: цитозин и тимин. Четыре азотистых основания связаны с фосфатом глюкозы.
Морис Уилкинс и Розалинда Франклин обнаружили, что молекула ДНК имеет форму спирали, которая вращается каждые 3,4 нм. расстояние между молекулами азотистых оснований составляет 0,34 нм, поэтому можно определить, что существует 10 молекул азотистых оснований в каждом вращении. ДНК. Узнав, что диаметр спирали ДНК составляет около 2 нм, было обнаружено, что ДНК состоит не из 1 цепи, а из 2 спиральных цепей.
Крик, Уотсон и Уилкинс получили Нобелевскую премию по медицине в 1962 году за это открытие. Франклин, будучи в то время мертвым, не мог быть удостоен этой награды.
Развитие науки и технологий о клетках привело людей к новым знаниям. Прогресс в понимании клеток произошел примерно в 1950-х годах. В то время Эймс Атсон и Фрэнсис Крик смогли объяснить структуру ДНК на хромосомах на основе имеющихся данных. Основываясь на данных дифракции рентгеновских лучей, они пришли к выводу, что структура ДНК похожа на витую лестницу или двойную спираль.
Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Полуконсервативная репликация ДНК - определение, компоненты, модель, дисперсия, эксперты
Функция ДНК
В общем, ДНК выполняет три функции, а именно:
- Носитель генетической информации
ДНК как химическая форма генов является носителем генетической информации живых существ. ДНК несет в себе инструкции по формированию характеристик и свойств живых существ. -
Играйте роль в самовоспроизведении и наследовании черт
Поскольку ДНК содержит всю информацию о природе живых существ, она также должна иметь информацию для самовоспроизведения (репликации). Репликация ДНК обеспечивает возможность передачи ДНК от одной клетки к другой. -
Выражение генетической информации
Гены несут информацию для образования определенных белков. Этот процесс происходит через механизм синтеза белка. Процесс образования белка происходит в процессе транскрипции ДНК в РНК и трансляции РНК с образованием полипептидной цепи. -
Выявлять различные заболевания
Многие заболевания можно обнаружить с помощью анализа ДНК. Такие как рак простаты, болезнь Альцгеймера и т. Д. Тесты ДНК также могут обнаружить облысение и дегенеративные заболевания (наследственные). Таким образом, мы можем разобраться с этим как можно раньше. -
Помощь полиции
ДНК используется в криминалистической деятельности, а именно при применении научных концепций в праве. ДНК очень полезна для идентификации жертв и подозреваемых на месте преступления. Судебно-медицинские доказательства - самые точные доказательства в законе. Дактилоскопия ДНК или дактилоскопия ДНК в судебно-медицинском анализе, которая упрощает полиции поимку преступников. -
Ищу семью
Когда мы сомневаемся в своих родителях, являются ли они нашими биологическими родителями или нет, мы можем выяснить это с помощью анализа ДНК. Кроме того, мы также можем идентифицировать тела, которые не опознаются, чтобы было известно, кто их семьи или младенцы меняются местами. -
Генетическая манипуляция
Очищая ДНК организма, мы можем манипулировать ею и создавать тот же организм или смешивать ее с другой ДНК, чтобы произвести организм, который нам нужен. Обычно мы применяем его к растениям, чтобы получить лучшие семена. ДНК Для сельского хозяйства трансгенных растений или растений, ДНК которых сконструирована таким образом, чтобы они могли давать более высокие урожаи высокой или иметь желаемые свойства, такие как устойчивость к гербицидам, или может жить на земле, которая сухой
Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Объяснение регуляции уровня сахара в крови в организме
Характеристики ДНК
ДНК содержит генетический код, который играет роль в управлении деятельностью организма. Вот краткое изложение некоторых характеристик ДНК:
- Содержит фосфатную (P) группу, дезоксирибозный сахар и азотную основу.
- По закону Чаргаффа: сумма (A-T) + сумма (G-C) = 100%
- Азотистые основания связаны водородными связями.
- Угол между C1 и N Тимин: 50 °
- Угол между C1 и N аденином: 51 °
- Угол между C1 и N цитозином: 52 °
- Угол между C1 и N гуанином: 54 °
- Расстояние связи H между A-T: No. 6 с No. 4 = 2,85; Нет. 1 с No. 3 = 2,90
- Связующее расстояние H между G-C: No. 6 с No. 4 = 2,83; Нет. 1 с No. 3 = 2,86; Нет. 2 с No. 2 = 2,84.
- Связующее расстояние между атомами сахара C1 в основании N A-T: 11,1 °
- Связующее расстояние между атомами сахара C1 в основании N G-C: 10,8 °
- Сахарный скелет дезоксирибозы и фосфатная группа находятся снаружи, в то время как основание N находится внутри спирали.
- Диаметр = 20 (ангстрем)
- Расстояние между парами оснований N = 3,4
- Вращение = 36 °
- Молекулярный вес: 660 дальтон (D)
Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Определение и функция плазмы крови по мнению биологов
Структура ДНК
Химическая структура ДНК делает ее очень подходящей для хранения биологической информации о каждом живом существе. Основа ДНК устойчива к химическому расщеплению, и обе нити двухцепочечной структуры ДНК хранят одинаковую биологическую информацию. Следовательно, биологическая информация будет воспроизведена при разделении двух цепей ДНК. Большая часть ДНК (более 98% у людей) не кодирует, что означает, что она не кодирует функции белков.
ДНК представляет собой полинуклеотидную макромолекулу, состоящую из повторяющихся нуклеотидных полимеров, расположенных в двух экземплярах, образующих двойную спираль ДНК и закрученных вправо. Каждый нуклеотид состоит из трех молекулярных групп, а именно:
- 5-углеродный сахар (2-дезоксирибоза)
- Основания азота состоят из пуриновых групп, а именно аденина (аденин = A) и гуанина (гуанини = G), пиримидиновых групп, а именно цитозина (цитозин = C) и тимина (тимин = T).
- Фосфатная группа
Ниже приводится расположение химических структур компонентов, составляющих ДНК:
И пурины, и пиримидины связаны с дезоксирибозой с образованием молекулы, называемой нуклеозидом или дезоксирибонуклеозидом, которая является элементарным предшественником для синтеза ДНК.
Предшественник - это начальный элемент в образовании дезоксирибонуклеозидных соединений, связанных с фосфатной группой. ДНК состоит из четырех типов нуклеотидных мономеров. Четыре азотистых нуклеотидных основания в ДНК не равны по количеству.
В каждой молекуле ДНК количество аденина (A) всегда равно количеству тимина (T). Точно так же количество гуанина (G) и цитозина (C) всегда одинаково. Это явление называется правилом Чаргаффа. Аденин (A) всегда соединяется с тимином (T) и образует две водородные связи (A = T), а цитозин (C) всегда соединяется с гуанином (G) и образует 3 водородные связи (C = G).
ДНК - это макромолекула, первичная структура которой представляет собой двухцепочечный полинуклеотид. Эта конструкция похожа на лестницу. Ступени - это азотистые основания со связями A-T и G-C. Две «основы» - это сахар рибоза. Мононуклеотиды химически связаны друг с другом через фосфодиэфирные связи.
Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Определение типов функций и характеристик белых кровяных телец (лейкоцитов)
Репликация ДНК
Способность к размножению - важная характеристика живых существ. Это можно наблюдать на молекулярном уровне, а именно: распространение генетического материала посредством репликации. Для этого процесса требуется дезоксирибонуклеотидное сырье, ферменты и нуклеотиды. В процессе репликации ДНК образуется такая же новая цепочка ДНК. ДНК также может производить новые цепи РНК в процессе транскрипции.
Репликация начинается с разворачивания спирали и разделения цепи ферментом геликазы с образованием двух отдельных полос. Обе полосы функционируют как новые шаблоны ДНК с помощью ферментов ДНК-полимеразы. Следует отметить, что есть одна особенность двойной спирали ДНК, которая влияет на репликацию, а именно то, что две цепи ДНК антипараллельны. То есть сахарно-фосфатные связи двух полос имеют противоположные направления.
Репликация - это процесс синтеза ДНК. Когда клетка делится путем митоза, каждая клетка, полученная в результате деления, содержит полную и идентичную ДНК в качестве своего родителя. Репликацию ДНК можно разделить на:
1. консервативная модель,
то есть две старые цепи ДНК остаются неизменными, служа матрицами для двух новых цепей ДНК. или Согласно консервативной модели репликации, все двойные спиральные полосы ДНК служат матрицами. В результате этого процесса образуется полоса ДНК.
2. полуконсервативная модель,
то есть две старые цепи ДНК разделяются, и новая цепь синтезируется по принципу комплементации на каждой из старых цепей ДНК. Эта модель репликации ДНК была предложена Атсоном и Криком вскоре после того, как предложили модель двойной спирали ДНК. Эта модель объясняет, что после того, как ленты распутываются в отдельные ленты, каждая лента функционирует как форма. Каждая одиночная группа формирует свою партнерскую группу, так что образуются две новые двойные гели-группы.
3. дисперсионная модель,
т.е. некоторые части обеих старых цепей ДНК используются в качестве матриц для синтеза новых цепей ДНК. Согласно этой модели спиральная полоса (двойная спираль) разрывается, затем фрагменты ДНК образуют две новые цепи. Старые части ДНК будут связаны с новой ДНК на обеих нитях двойной спирали. Из трех гипотез полуконсервативная гипотеза более широко используется учеными при объяснении репликации ДНК. Несколько исследований также подтвердили гипотезу полуконсервативности как механизма репликации ДНК.
Из трех моделей репликации полуконсервативная модель является правильной моделью для процесса репликации ДНК.Эта полуконсервативная репликация ДНК применима как к прокариотическим, так и к эукариотическим организмам. Разница между прокариотической и эукариотической репликацией заключается в типе и количестве задействованных ферментов, а также в скорости и степени репликации. сложность репликации ДНК. У эукариотических организмов события репликации происходят до митотического деления, именно в фазе синтеза в цикл.
Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Определение летальных генов и их видов
Компоненты ДНК
ДНК - это молекула, несущая генетический материал, который находится в ядре каждой живой клетки, включая вирусы. ДНК - это нуклеиновая кислота, состоящая из белков и углеводов. ДНК очень важна для живых существ, потому что она несет генетическую информацию, определяющую природу или форму живых существ.
Последовательность ДНК состоит из шести компонентов, образующих двойную спиральную структуру. Вот шесть компонентов, составляющих последовательность ДНК. Давайте посмотрим на первый:
-
Дезоксирибоза
2-дезоксирибоза или дезоксисахарид представляет собой моносахарид с молекулярной формулой H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H. Этот сахар имеет пять атомов углерода и представляет собой рибозный сахар, в котором отсутствует один атом кислорода. Дезоксирибоза связывается с фосфатной группой и азотистым основанием (цитозин, тимин, аденин или гуанин). -
Фосфатная группа
Фосфат - это неорганический элемент с молекулярной формулой PO43-. Этот элемент действует как буферный агент. -
Цитозин
Цитозин (цитозин) - одно из четырех азотистых оснований. В гене цитозин обозначается буквой C. В ДНК цитозин связывается с гуанином и образует три водородные связи (пунктирная линия на рисунке). -
Тимин
Тимин (тимин) - одно из четырех азотистых оснований. Тимин также называют 5-метилурацилом. В РНК тимин заменен урацилом. В ДНК тимин соединяется с аденином с образованием двух водородных связей. В генах тимин обозначается буквой Т. -
Аденин
Аденин (аденин) - одно из четырех азотистых оснований. Помимо того, что аденин является компонентом ДНК, он также является частью АТФ (аденозинтрифосфата), который богат энергией. В гене аденин обозначается буквой А. -
Гуанин
Гуанин (гуанин) - одно из четырех азотистых оснований. В ДНК гуанин связывается с цитозином и образует три водородные связи. В гене гуанин обозначается буквой G.
Физико-химические свойства ДНК
ДНК - это полимер нуклеотидов. Нуклеотиды в ДНК связаны друг с другом фосфодиэфирными связями, которые образуются. Катион углерода одного нуклеотида состоит из сахара пантозы (дезоксирибозы), одного фосфата и одного основания. азот.
Азотистое основание связано с первым углеродом сахара дезоксирибозы, а фосфат - с пятым углеродом того же сахара. Азотистые основания, составляющие нуклеотиды, сгруппированы в 2 группы, а именно:
- Пурины - это азотистые основания, структура которых имеет форму двух колец. К ним относятся: аденин и гуанин.
- Примидины - это азотистые основания, структура которых представляет собой кольцо. К ним относятся: цитозин и тимин.
Закон Чаргаффа:
Чаргафф изучил относительные пропорции пуринов и пуримидинов в ДНК ряда организмов. Результаты показали, что в ДНК любого организма числа A = T и C = G. С помощью дифракции рентгеновских лучей известно, что ДНК имеет спиралевидное расположение.
Уотсон и Крик:
Уотсон и Крик обнаружили, что ДНК имеет форму двойной спирали. Каждая молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, расположенных антипараллельно, образуя структуру двойной спирали.
- Две полинуклеотидные цепи расположены в виде спиральной двойной спирали.
- Цепи сахара и фосфата образуют внешний каркас спирали.
- Азотистые основания, прикрепленные к сахару, выступают в центр спирали.
- Расстояние между двумя нитями составляет 1,1 нм, они заполнены азотистым основанием.
- Расстояние между двумя базами - 3,4 А
- Каждый виток спирали содержит 10 оснований
- Каждый виток спирали имеет расстояние 34 А
- Две нити (полинуклеотидные цепи) антипараллельны, что означает, что цепь имеет направление, противоположное ее партнерской цепи. Например, цепь заканчивается 5-фосфатной группой, а парная цепь заканчивается 3 OH (гидроксильной) группой.
- Две полинуклеотидные цепи комплементарны, что означает, что порядок нуклеотидов в цепи определяет последовательность нуклеотидов в другой цепи.
- Между одним азотистым основанием и его партнерским основанием связаны водородные связи.
*) Две водородные связи между A и T
*) Три водородные связи между C и G - Азотное основание может сочетаться только с T, а C с G
- Количество возможных последовательностей оснований бесконечно, разные последовательности кодируют разную информацию.
Транскрипция ДНК
Транскрипция ДНК - это процесс формирования РНК из ДНК в качестве матрицы. Процесс транскрипции производит мРНК, рРНК и тРНК. Образование РНК осуществляется ферментом РНК-полимеразой. Процесс транскрипции состоит из 3 этапов, а именно:
-
Инициирование: фермент РНК-полимераза копирует ген, так что связывание РНК-полимеразы происходит в определенном месте, а именно прямо перед транскрибируемым геном. Место, где ген (ДНК) встречается с РНК-полимеразой, называется промотором. Затем РНК-полимераза открывает двойную спираль ДНК. Одна из цепей ДНК служит шаблоном. Нуклеотиды промотора у эукариот представляют собой 5'-GNNCAATCT-3 'и 5'-TATAAAT-3'. Символ N обозначает нуклеотид (может быть A, T, G, C). У прокариот промоторные последовательности представляют собой 5'-TTGACA-3 'и 5'-TATAAT-3'.
-
Удлинение: фермент РНК-полимераза перемещается по молекуле ДНК, открывая двойную спираль и привязывая рибонуклеотиды к 3'-концу растущей РНК.
-
Прекращение: происходит в определенном месте. Процесс терминации транскрипции характеризуется диссоциацией фермента РНК-полимеразы от ДНК и высвобождением РНК.
мРНК у эукариот претерпевает модификацию перед трансляцией, тогда как у прокариот, например, у бактерий, мРНК является конечной транскрипцией генов. Вновь транскрибируемый 5'-конец мРНК представляет собой pppNpN, где N - сахарный компонент нуклеотида, p - фосфат. Зрелая мРНК имеет структуру 7mGpppNpN, где 7mG представляет собой нуклеотид, несущий 7-метилгуанин, добавленный после транскрипции. На 3'-конце находится pNpNpA (pA) npA. Этот поли-А-хвост был добавлен с помощью поли (А) -полимеразы. но в мРНК, кодирующей гистоны, отсутствует поли А.
Результаты транскрипции - это те, которые имеют интроны (сегменты ДНК, которые не кодируют биологическую информацию) и должны быть удалены, и имеют экзоны, а именно сегменты, которые несут биологическую информацию. Интроны удаляются с помощью процесса, называемого сплайсингом. Процесс сращивания происходит в ядре.
Склейка начинается с разрыва на 5-м конце, затем прикрепляется свободный 5-й конец. где-то на интроне и образуют структуру, подобную лассо, которая возникает из-за связи 5'-2'фосфодиэфир. Кроме того, участок разреза на конце 3 отсоединен, так что два экзона объединяются.
рРНК и тРНК являются конечными продуктами процесса транскрипции, тогда как мРНК будет подвергаться трансляции.
тРНК - это адапторная молекула, которая считывает нуклеотидную последовательность мРНК и преобразует ее в аминокислоты.
Структура молекулы тРНК подобна листу клевера, который состоит из 5 компонентов, а именно:
- Акцепторное плечо - это место прикрепления аминокислот.
- Группа D или DHU: содержит дигидроурацил пиримидин,
- Рука антикодона: имеет антикодон, основание которого комплементарно основанию мРНК.
- Дополнительная рука
- Рукав TUU: содержит буквы T, U и C
- Перевод
У прокариот, состоящих из одной камеры, процессы транскрипции и трансляции происходят вместе. Трансляция - это процесс трансляции кодонов мРНК в полипептиды. В процессе трансляции важным правилом является генетический код. В генетическом коде нуклеотидная последовательность мРНК представлена группами по три человека. Каждая группа из трех называется кодоном. При трансляции кодон распознается антикодоновым плечом, присутствующим на тРНК.
Механизм перевода:
-
Посвящение. Этот процесс начинается с присоединения небольшой субъединицы рибосомы к мРНК. Прикрепление происходит в определенном месте, а именно в 5'-AGGAGGU-3 ', тогда как у эукариот оно происходит в структуре кэпа (7mGpppNpN). Затем рибосома смещается в 3'-направлении, пока не встретит кодон AUG. Этот кодон является стартовым кодоном. Аминокислота, переносимая исходной тРНК, - метионин. Метионин - это аминокислота, кодируемая AUG. В бактериях метионин превращается в нформилметионин. Комбинированная структура мРНК, малой рибосомальной субъединицы и тРНК-N-формилметионина называется комплексом инициации. У эукариот инициирующий комплекс образуется более сложным способом, в котором задействованы многие белки-факторы инициации.
-
удлинение. Следующим этапом является прикрепление большого вспомогательного блока к малому вспомогательному устройству, в результате чего образуются два отдельных места. На первом месте находится сайт P (пептидил), который занимает тРНК-Nформилметионин. Второе место - это место А (аминоацил), которое находится во втором кодоне и пусто. Процесс удлинения происходит, когда тРНК с правильным антикодоном и аминокислотой входит в сайт A. В результате оба места на рибосоме заполняются, и между двумя аминокислотами возникает пептидная связь. Связь тРНК с N-формилметионином затем освобождается, так что две аминокислоты цепи находятся на месте A. Затем рибосомы сдвигаются так, что аминокислоты тРНК находятся в сайте P, а сайт A остается пустым. Кроме того, тРНК с правильным антикодоном с третьим кодоном войдет в сайт A, и процесс будет продолжаться, как и раньше.
-
Прекращение действия. Процесс трансляции остановится, когда место A встретит конечный кодон, а именно UAA, UAG, UGA. В этих кодонах отсутствует тРНК, несущая соответствующий антикодон. Затем введите фактор высвобождения (RF) в сайт А и высвободите полипептидную цепь, образованную последней тРНК. Затем рибосомы превращаются в маленькие и большие субъединицы.