Структура молекули ДНК

структура молекули ДНК

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) - матеріальний носій генетичної інформації. Це високомолекулярна природне з'єднання, що міститься в ядрах клітин живих організмів. Молекули ДНК разом з білками-гистонами утворюють речовину хромосом. Гістони входять до складу ядер клітин і беруть участь в підтримці і зміні структури хромосом на різних стадіях клітинного циклу, в регуляції активності генів. Окремі ділянки молекул ДНК відповідають певним генам. Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених одна навколо іншої в спіраль (рис. 7.1). Ланцюги побудовані з великої кількості мономерів чотирьох типів - нуклеотидів, специфічність яких визначається одним з чотирьох азотистих основ:аденін (А), тимін (Т), цитозин (С) і гуанін (G). Сочетатаніе трьох поруч стоять нуклеотидів у ланцюгу ДНК утворюють генетичний код. Порушення послідовності нуклеотидів у ланцюгу ДНК призводить до спадкових змін в організмі - мутацій. ДНК точно відтворюється при діленні клітин, що забезпечує в ряду поколінь клітин і організмів передачу спадкових ознак і специфічних форм обміну речовин.

Структура молекули ДНК

Мал. 7.1. Структура молекули ДНК.

Структурна модель ДНК у вигляді подвійної спіралі була запропонована в 1953 р американським біохіміком Дж. Уотсоном (р. 1928) і англійським біофізиком і генетиком Ф. Криком (р. 1916). Модель Уотсона-Кріка дозволила пояснити багато властивостей і біологічні функції молекули ДНК. За розшифровку генетичного коду Дж. Уотсон, Ф. Крик і англійський біофізик М. Уілкінс (р. 1916), який вперше отримав високоякісну рентгенограму молекули ДНК, удостоєні Нобелівської премії 1962 р

ДНК - це дивовижне природне утворення зі спіральною симетрією. Довгі переплетені нитки цепочечной структури ДНК складаються з молекул цукру і фосфатів. До молекулам цукру приєднуються азотисті основи, утворюючи поперечні зв'язки між двома спіральними нитками. Витягнута молекула ДНК нагадує деформовану гвинтоподібну сходи. Це дійсно макромолекула: її молекулярна маса може досягати 10 9. Незважаючи на складну будову, молекула ДНК містить лише чотири азотистих підстави: A, T, C, G. Між аденином і тиміном утворюються водневі зв'язку. Вони настільки структурно відповідають один одному, що аденін розпізнає тимін і зв'язується з ним, і навпаки. Цитозин і гуанін - ще одна пара аналогічного типу. В даних нуклеотидних парах таким чином А завжди пов'язується з Т, а З з G (рис. 7.2). Такий зв'язок відповідає принципом компліментарності. Число базових пар: аденін-тимін і цитозин-гуанін, наприклад, у людини грандіозно: одні дослідники вважають, що їх 3 млрд., А інші - більш 3,5 млрд.

Структура молекули ДНК

Здатність азотистих основ до розпізнавання свого партнера призводить до згортання сахарофосфатнимі ланцюгів у вигляді подвійної спіралі, структура якої експериментально визначена в результаті рентгенівських спостережень. Взаємодії між азотистими підставами надзвичайно специфічні, тому спіраль може сформуватися лише в тому випадку, якщо послідовності підстав в обох ланцюгах повністю ідентичні.

Сахарофосфатнимі групу разом з одним з азотистих основ А, Т, С або G, що утворить нуклеотид (Рис.7.3), можна представити у вигляді своєрідного будівельного блоку. З таких блоків і складається молекула ДНК. За допомогою послідовності нуклеотидів кодується інформація в молекулі ДНК. У ній міститься інформація, необхідна, наприклад, для виробництва білків, потрібних живому організму.

Структура молекули ДНК

Молекула ДНК може копіюватися в процесі катализируемой ферментами реплікації, що полягає в її подвоєнні. При реплікації відбувається розрив водневих зв'язків з утворенням одинарних ланцюгів, які служать в якості матриці при ферментативному синтезі таких же послідовностей будівельних блоків. Процес реплікації включає, таким чином, розрив старих і формування нових водневих зв'язків. На початку реплікації дві протилежні ланцюга починають розкручуватися і відділятися одна від одної (рис.7.4). У точці розкручування фермент прилаштовує нові ланцюги до двох старих за принципом компліментарності: Т в нового ланцюга розташовується проти А в старій і т. Д., В результаті утворюються дві ідентичні подвійні спіралі. Внаслідок відносної слабкості таких зв'язків реплікація відбувається без порушення сильніших ковалентних зв'язків в сахарофосфатнимі ланцюгах. Кодування генетичної інформації і реплікація молекули ДНК - взаємопов'язані найважливіші процеси, необхідні для розвитку живого організму.

Структура молекули ДНК

Генетична інформація кодується послідовністю нуклеотидів ДНК. Основні роботи по розшифровці генетичного коду провели американські біохіміки М. Ніренберг (р. 1927), X. Корану (р. 1922) і Р. Холлі (р. 122); лауреати Нобелівської премії 1968 г. Три послідовних нуклеотиду складають одиницю генетичного коду, звану кодоном. Кожен кодон кодує ту чи іншу амінокислоту, загальне число яких дорівнює 20. Молекулу ДНК можна представити у вигляді послідовності букв-нуклеотидів, що утворюють текст з великого їх числа, наприклад, АСАТ- TGGAG. У такому тексті і міститься інформація, яка визначає специфіку кожного організму: людини, дельфіна і т. Д. Генетичний код всього живого, будь то рослина, тварина або бактерія, однаковий. Наприклад, кодон GGU у всіх організмах кодує амінокислоту гліцин. Така особливість генетичного коду разом зі схожістю амінокислотного складу всіх білків свідчить про біохімічному єдність життя, яке, мабуть, відображає походження всіх живих істот від єдиного предка.

Клітка, молекула, ДНК - мікросвіт людини, життя всередині організму

УВАГА. ДАНИЙ МАТЕРІАЛ перероблено, доповнюючи і ВКЛЮЧЕНО ДО КНИГУ «Творіння або еволюція? Скільки років Землі? ». ДЛЯ ЧИТАННЯ ПЕРЕЙДІТЬ НА СТОРІНКУ -> ДНК, білок, клітина - дуже складний мікросвіт

Щоб переконатися в абсурдності самозародження, давайте подивимося, як влаштований мікросвіт. Відзначимо, що розглянемо ми його лише поверхово, так як він занадто складний.

Клітка - елементарна одиниця будови і життєдіяльності всіх живих організмів. Вона має власний обміном речовин, здатна до самостійного існування, самовідтворення і розвитку. Кожна клітина - це місто в мініатюрі, що складається з електростанцій, шляхопроводів, очисних споруд і т.д. Клітка складається з ядра, мембрани, цитоплазми, хромосом, рибосом, ДНК, РНК, білків і багатьох інших елементів, кожен з яких, в свою чергу, має власний мікросвіт. Природно, клітина може існувати і виконувати свої функції, якщо всі ці структури створені одночасно.

Молекула білка (протеїну) складається з 50 - 40000 з'єднаних між собою амінокислот.

Структура молекули ДНК

Мал. Принцип будови білка з амінокислот

Причому різноманітність білкових структур, що створюються з 20 видів амінокислот, важко переоцінити. Так, ланцюжок з 100 амінокислот (невеликий білок) може бути представлена ​​більш ніж в 10 в 130 ступеня варіантах, просто кажучи, 10 і 130 нулів. Для прикладу: в світовому океані 10 в 40 ступені молекул води (10 і 40 нулів). Причому, місце розташування кожної амінокислоти в структурі білка має величезне значення, як в комп'ютерній програмі. Якщо хоч один елемент переставити місцями, молекула протеїну не працюватиме, а значить, не зможе функціонувати і виконувати своє призначення і клітина, тобто частина організму, в якій потрібні клітини з цими білками не працюватимуть. Уявіть, як мізерно мала можливість спонтанного появи самого простого протеїну і тим більше конкретного який потрібен клітці і як наслідок організму! Але ж для функціонування найпростіших клітини і організму потрібні тисячі різних протеїнів.

Без рибосом і РНК амінокислоти не можуть з'єднатися в протеїн, тим більше саме в такий, який необхідний на даному етапі конкретної клітці. РНК бере інформацію про це потрібному білку з ДНК, а рибосоми виступають в якості будівельного майданчика.

Структура молекули ДНК

Мал. Синтез білка в клітині

У молекулі ДНК хромосом людини налічується від 50 до 245 мільйонів складно збудованих пар азотистих основ. Біохіміки вважають, що в 1 молекулі ДНК можливо 10 в 87 степені варіантів з'єднання знаходиться в ній матеріалу. І лише один варіант дозволить створити Вас особисто - з усіма правильно функціонуючими органами і індивідуальними якостями. Вчені-матеріалісти вважають, що землі 4,5 млрд. Років. Цей період часу відповідає 10 в 25 ступені секунд. Тобто, якщо кожну секунду придумувати один варіант ДНК, то і віку Землі не вистачить, для того щоб створити одну функціонуючу ДНК. Але справа не тільки в надзвичайно складних ДНК. Справа в тому, що ДНК є програмою, яку можна порівняти з комп'ютерним кодом. Тільки цей код по своїй величині і складності перевершує програми, створені людиною. Славетний програміст Білл Гейтс так говорив про ДНК: "Людська ДНК подібна комп'ютерній програмі, тільки нескінченно досконаліше". Задумайтесь, раз є програма, то потрібен і зчитує механізм, інакше будь-яка програма всього лише сміття. Так ось, ДНК містить і код для створення механізму для зчитування інформації з себе і подальшого будівництва за цією програмою всього організму. У ДНК записано де і в який час в людині має бути створений певний білок і інші елементи. З однієї клітини, в якій знаходиться ДНК, починається самостроітельства будь-якого організму. Ділитися молекулі ДНК дозволяє її будова. Вона складається з двох паралельних ідентичних ниток нуклеотидів, пов'язаних слабкою хімічної водневої зв'язком. Коли молекула ділиться, ланцюжок розривається, залишаючи всю інформацію в кожній з отриманих нових клітин.

Структура молекули ДНК

Мал. структура ДНК

Хто створив матеріал для клітини? Хто з'єднав цей матеріал в клітину? Хто придумав різні - відрізняються один від одного, призначені для різних функцій, але небоходімие кожному організму клітини. Хто записав інформацію у вигляді програми в ДНК? Хто створив механізм для прочитання і виконання цієї інформації? Про геніальної складності клітини знятий науково-документальний фільм "Чудо в клітці (диво клітини)", в якому у вигляді анімації показано які архіскладні відбуваються всередині клітини процеси. Існує безліч відеоматеріалів про це "Життя клітини", "Мир клітини" і ін. Для аналізу теорії Дарвіна потрібно розуміти, що в ті часи наука могла побачити в мікроскоп лише великі бактерії, а клітина представлялася людям малесенькій ємністю з рідиною. Тим більше їм нічого не було відомо про мікробіології та генетики.

Сьогодні багато вчених усвідомлюють неймовірну складність будови клітини і в цілому організму. Частина з них стають на бік креационистов. Але багато хто вірить в випадок. Таким чином ми бачимо не протистояння вчених проти релігії, а дві релігії - 1) віра в Бога і творіння і 2) віра в випадкове щасливе зародження життя і її подальше саморозвиток. Але навіть простого розуму достатньо, щоб зрозуміти практичну неможливість останнього. Подумайте, як мільйони неживих елементів за допомогою хімічних зв'язків зорганізувалися в складні величезні структури ДНК, РНК, рибосоми, білки і т.д., дотримуючись строго певну послідовність (в тому числі, програму), а потім, "продумавши" і "розподіливши" між собою взаємодії, оточивши себе оболонкою, створили з себе живий організм - клітку з величезними різноманітними можливостями і функціями. Як потім клітини, ділячись, розповзалися не в кисіль, а створювали окремі органи, тканини, кістки, судини, мозок, які складно взаємодіючи між собою, утворювали життєздатний і здатний до самовідтворення організм. Звідки з'явився чоловічий рід і жіночий? Якщо припустити, що ми походимо від амеби, то правильніше було б теорія розподілу. Як в процесі еволюції всередині виду його представники ділилися поступово на чоловічий рід і жіночий, причому зберігаючи життєздатність і набуваючи можливість унікального відтворення собі подібних, та ще різними способами (внутрішнє, зовнішнє, подвійне запліднення ...)? Як з'являлися на світ нові істоти, наприклад, ссавці, коли будова жіночого і чоловічого організмів ще тільки знаходилося в процесі поділу і розвитку? Адже недорозвинені спермотозоидов, яйцеклітини і матка просто не здатні створити жива істота. Як різностатеві істоти і їх органи розвивалося паралельно будучи при цьому життєздатними. Сьогодні ми бачимо, що навіть невелике відхилення або захворювання в сперматозоїдах, яйцеклітинах і матці робить людину безплідним. А кажучи про еволюційний розвиток, просто неминуче поступове вдосконалення всього як зовнішнього так і внутрішнього, в тому числі і органів розмноження. Як розмножувалися недорозвинені істоти з недорозвиненими органами розмноження і як розмножувалися проміжні форми? Відповіді на ці питання у матеріалістів немає, та й не може бути.

Тут доречно згадати про риторичному питанні, на який матеріалісти ніколи не зможуть знайти відповіді: "Що було раніше курка чи яйце?". Не дивлячись на уявну комічність питання, він дуже серйозний. Курка, не могла б з'явитися без яйця - досконалого пристрою для утворення ембріона, зростання зародка і розвитку його в курку. Так і яйце не могло з'явитися раптом нізвідки без курки. Дана взаємовиключна аналогія накладається і на інші спірні моменти матеріалістичної теорії еволюції. Як було вище зазначено, будь-який організм має ДНК, в яку записана вся інформація про нього. Без цього готового ДНК із закладеною в нього інформацією не було б цього досконалого організму. Так і ДНК можна взяти тільки з уже створеного істоти.

Сер Фред Хойль професор астрономії в Кембриджі присвятив багато часу математичного обчислення можливості випадкового виникнення життя і згодом заявив: «Швидше за смерч, промчав через кладовище старих автомобілів, може зібрати« Боїнг-747 »з непотребу, піднятого в повітря, ніж з неживої природи зможе виникнути жива ».

Тому, наука досі не може привести повторюваного прикладу самозародження життя!

КЛЕТКА, МОЛЕКУЛА, ДНК - мікросвіт ЛЮДИНИ, ЖИТТЯ ВСЕРЕДИНІ ОРГАНИЗМА

Самореплицирующихся молекули. Природний відбір самореплицирующихся молекул

Структура молекули ДНК

Мал. 1.4 Можлива тривимірна структура молекули РНК. В результаті спарювання нуклеотидів, розташованих в різних ділянках однієї й тієї ж рібополінуклеотідной ланцюга, вся молекула набуває певну конформацію (Alberts B. et al., Molecular biology of the cell, New York, Garland, 1989).

Таким чином, молекула РНК володіє двома найважливішими властивостями: - закодована в послідовності нуклеотидів інформація передається в процесі реплікації, а унікальна просторова структура визначає характер взаємодії з іншими полінуклеотидні молекулами і реакцію на зовнішні умови. Обидва цих властивості - інформаційне і функціональне - є необхідними передумовами еволюційного процесу.

утворення і руйнування ковалентних зв'язків, в тому числі і між нуклеотидами;

деякі спеціалізовані молекули РНК можуть каталізувати зміни в інших молекулах РНК, розрізаючи нуклеотидную послідовність в певній точці (РНК-компонент рибонуклеази Р з E. coli здатний самостійно проявляти каталітичну активність в процесі дозрівання тРНК);

інші типи РНК можуть вирізати частину своєї власної послідовності і зшивати розрізані кінці (самосплайсінга рРНК у Tetrahymena thermophila).

Можна припустити, що деякі з перерахованих реакцій мали першорядне значення в первинному бульйоні. Наприклад, певна каталітична РНК, діючи на власні копії, забезпечувала свою реплікацію більш ефективно. З іншого боку, що знаходяться в розчині інші молекули РНК, могли сприяти реплікації першої молекули. Якщо ці сприятливі ефекти пов'язані між собою, то різні типи РНК, що володіють тією чи іншою специфічністю щодо каталізуються реакції, повинні були сформувати кооперативну систему, яка реплицироваться з надзвичайно високою ефективністю. Схема трьох послідовних стадій еволюції самореплицирующихся системи молекул РНК, здатних спрямовувати навіть синтез білків приведена на рис. 1.5.

Структура молекули ДНК

Мал. 1.5 А - каталітична молекула РНК з'єднує нуклеотиди для відтворення власної нуклеотидноїпослідовності. В - сімейство каталітичних молекул РНК, в якому одна з них переважно каталізує реплікацію інших РНК. З - поява нових каталітичних РНК, здатних приєднувати до себе активовані амінокислоти. Внаслідок комплементарного спаровування з кодує молекулою РНК послідовність таких РНК діє як матриця для синтезу полімерів з амінокислот, в результаті чого з'являються перші генетично детерміновані послідовності білків. Таким чином, РНК служать першими посередниками між послідовностями нуклеотидів і амінокислот ( Alberts B . et al ., Molecular biology of the cell, New York, Garland, 1989).

Отже, передбачається, що 3,5-4 млрд. Років тому самореплицирующихся системи молекул РНК поклали початок еволюційному розвитку на Землі. Системи молекул РНК з різними наборами послідовностей конкурували за запаси попередників, необхідних їм для побудови копій (аналогічно конкуренції організмів за харчові ресурси в сучасних умовах). Успіх «виживання» кожної самореплицирующихся системи залежав від точності і швидкості копіювання, а також від стабільності копій.

На сьогоднішній день представляється можливим, що РНК примітивним способом могла забезпечувати первинний синтез білків. Очевидно в пребіотіческіх умовах, попередники інформаційних і транспортних РНК направляли примітивний синтез поліпептидів без допомоги білків (рис. 1.5 С). Каталітична функція молекул РНК підтверджується тим фактом, що в сучасних рибосомах Хвороби належить роль головного каталізатора процесу синтезу білка.

(2) Нуклеїнові кислоти. Будова азотистих основ. Пуринові і піримідинові підстави. Будова нуклеозидов і нуклеотидів.

Нуклеїнові кислоти виконують ряд важливих біологічних функцій, не властивих іншим полімерним речовин. Зокрема, вони забезпечують зберігання і передачу спадкової інформації і беруть безпосередню участь в механізмах реалізації цієї інформації шляхом програмування синтезу всіх клітинних білків. Структурні компоненти нуклеїнових кислот виконують, крім того, функції кофакторов (коензим А, уридин-діфосфатглюкоза і ін.), Аллостеріческіх ефекторів, входять до складу коферментів (никотинамидадениндинуклеотид, флавінаденіндінуклеотід і ін.), Приймаючи тим самим безпосередню участь в обміні речовин, а також в акумулюванні (накопиченні), перенесення і трасформации енергії. Вони є попередниками вторинних посередників (месенджерів) - циклічних мононуклеотидів (цАМФ і цГМФ), що виконують важливу функцію в передачі внутрішньоклітинних сигналів.

Структура молекули ДНК

Структура молекули ДНКСтруктура молекули ДНК

Молекула пурину складається з двох конденсованих кілець: піримідину і імідазолу.

Структура молекули ДНК Структура молекули ДНКСтруктура молекули ДНК

Два пуринових підстави, постійно зустрічаються в гидролизатах нуклеїнових кислот, мають наступну будову:

Структура молекули ДНКСтруктура молекули ДНК

^ Первинна структура ДНК. Послідовно розташовані нуклеотиди в молекулах ДНК і РНК ковалентно пов'язані між собою в ланцюг через залишок фосфорної кислоти: 5'-гідроксильна група моносахарида одного нуклеотиду приєднана до 3'-гідроксильної групі моносахарида сусіднього нуклеотиду за допомогою фосфодіефірних зв'язку..

Структура молекули ДНК

Пуриновое або пиримидиновое підставу в нуклеотидах з'єднується з вуглеводом N-гликозидной зв'язком. У складі нуклеїнових кислот виявляються тільки β-нуклеотиди. Прикладом можуть служити два мононуклеотида: аденозин-5'-монофосфорної кислота (АМФ) і цітідін-5-монофосфорної кислота (ЦМФ):

Структура молекули ДНК

Таким чином, ковалентні остови нуклеїнових кислот складаються з монотонно чергуються фосфатних і Сахарідний груп; основи

^ Склад нуклеозидов і мононуклеотидів

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

− 3 = 2