Мономер днк. Які мономери утворюють молекулу днк?
Відео: Будова і функції нуклеїнових кислот
Нуклеїнові кислоти, особливо ДНК, досить добре відомі в науці. Пояснюється це тим, що вони є речовинами клітини, від яких залежить збереження і передача її спадкової інформації. ДНК, відкрите ще в 1868 році Ф. Мішер, являє собою молекули з яскраво вираженими кислотними властивостями. Вчений виділив її з ядер лейкоцитів - клітин імунної системи. Протягом наступних 50 років дослідження нуклеїнових кислот проводилися епізодично, так як більшість вчених біохіміків вважали головними органічними речовинами, такими, що відповідають в тому числі і за спадкові ознаки, білки.
З моменту розшифровки будови ДНК, проведеної Уотсоном і Криком в 1953 році, починаються серйозні дослідження, які з`ясували що, дезоксирибонуклеїнової кислоти - це полімер, а мономерами ДНК служать нуклеотиди. Їх види та будова будуть вивчені нами в даній роботі.
Нуклеотиди як структурні одиниці спадкової інформації
Одне з фундаментальних властивостей живої матерії - це збереження і передача інформації про будову і функції як клітини, так і всього організму в цілому. Цю роль виконує дезоксирибонуклеїнова кислота, а мономери ДНК - нуклеотиди є своєрідними «цеглинки», з яких і побудована унікальна конструкція речовини спадковості. Розглянемо, якими ж ознаками керувалася жива природа, створюючи суперспіраль нуклеїнової кислоти.
Як утворюються нуклеотиди
Щоб відповісти на це питання, нам знадобляться деякі знання з області хімії органічних сполук. Зокрема, ми нагадаємо, що в природі існує група азотовмісних гетероциклічних глікозидів, з`єднаних з моносахаридами - пентози (дезоксирибозою або рибозой). Вони називаються нуклеозидами. Наприклад, аденозин і інші види нуклеозидов присутні в цитоплазмі клітини. Вони вступають в реакцію етерифікації з молекулами ортофосфорної кислоти. Продуктами цього процесу і будуть нуклеотиди. Кожен мономер ДНК, а їх чотири види, має назву, наприклад, гуанінових, тимінових і цитозинових нуклеотид.
Пуринові мономери ДНК
У біохімії прийнятакласифікація, що розділяє мономери ДНК і їх будову на дві групи: так, пуриновими є адениновую і гуанінових нуклеотиди. Вони містять у своєму складі похідні пурину - органічної речовини, що має формулу C5H4N4. Мономер ДНК - гуанінових нуклеотид, також містить пуриновое азотистих основ, поєднане з дезоксирибозою N-гликозидной зв`язком, що знаходиться в бетоконфігураціі.
піримідинові нуклеотиди
Азотисті основи, звані цитидину і тимідину, є похідними органічної речовини пиримидина. Його формула C4H4N2. Молекула являє собою шестичленна плоский гетероцикл, що містить два атоми нітрогену. Відомо, що замість тимінових нуклеотиду в молекулах рибонуклеїнової кислоти, таких як рРНК, тРНК, іРНК, міститься ураціловий мономер. У процесі транскрипції, під час списування інформації з гена ДНК на молекулу іРНК, тимінових нуклеотид заміщається на адениновую, а адениновую нуклеотид - на ураціловий в синтезується ланцюга іРНК. Тобто справедливою буде такий запис: А - У, Т - А.
правило Чаргаффа
У попередньому розділі ми вже частково торкнулися принципів відповідності мономерів в ланцюгах ДНК і в комплексі ген-іРНК. Відомий біохімік Е. Чаргафф встановив абсолютно унікальна властивість молекул дезоксирибонуклеїнової кислоти, а саме, що кількість аденінових нуклеотидів в ній завжди одно тимінових, а гуанінових - цитозинових. Головною теоретичною базою принципів Чаргаффа послужили дослідження Уотсона і Крика, які встановили, які мономери утворюють молекулу ДНК і яку просторову організацію вони мають. Ще одна закономірність, виведена Чаргаффу і названа принципом комплементарності, вказує на хімічну спорідненість пуринових і піримідинових основ і їх здатність при взаємодії між собою утворювати водневі зв`язки. Це означає, що розташування мономерів в обох ланцюгах ДНК строго детерміноване: так, навпаки А першого ланцюга ДНК може перебувати тільки Т інший і між ними виникають дві водневі зв`язку. Навпаки гуанінових нуклеотиду може розташовуватися тільки цитозинових. У цьому випадку між азотистими підставами утворюються три водневі зв`язку.
Роль нуклеотидів в генетичному коді
Для здійснення реакції біосинтезу білка, що відбувається в рибосомах, існує механізм перекладу інформації про амінокислотним складом пептиду з послідовності нуклеотидів іРНК в послідовність амінокислот. Виявилося, що три поруч розташованих мономера несуть в собі інформацію про одну з 20 можливих амінокислот. Це явище отримало назву генетичний код. У рішенні задач з молекулярної біології його застосовують для визначення як амінокислотного складу пептиду, так і для з`ясування питання: які мономери утворюють молекулу ДНК, іншими словами, який склад відповідного гена. Наприклад, триплет (кодон) ААА в гені кодує амінокислоту фенілаланін в молекулі білка, а в генетичному коді їй буде відповідати триплет UUU в ланцюзі іРНК.
Відео: Jack Szostak (Harvard / HHMI) Part 1: The Origin of Cellular Life on Earth
Взаємодія нуклеотидів в процесі редуплікації ДНК
Як було з`ясовано раніше, структурні одиниці, мономери ДНК - це нуклеотиди. Їх певна послідовність в ланцюгах є матрицею для процесу синтезу дочірньої молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти. Це явище відбувається в S-стадії інтерфази клітини. Послідовність нуклеотидів нової молекули ДНК збирається на материнських ланцюгах під дією ферменту ДНК-полімерази з урахуванням принципу комплементарності (А - Т, Д - З). Реплікація відноситься до реакцій матричного синтезу. Це означає, що мономери ДНК і їх будову в материнських ланцюгах є основою, тобто матрицею для її дочірньої копії.
Чи може змінюватися будова нуклеотиду
До слова скажемо, що дезоксирибонуклеїнової кислоти - це дуже консервативна структура клітинного ядра. Цьому є логічне пояснення: спадкова інформація, що зберігається в хроматині ядра, повинна бути незмінною і копіюватися без спотворень. Ну а клітинний геном постійно знаходиться «під прицілом» факторів зовнішнього середовища. Наприклад, таких агресивних хімічних сполук, як алкоголь, лікарський засіб, радіоактивне випромінювання. Всі вони є так званими мутагенами, під впливом яких будь-який мономер ДНК може змінити свою хімічну будову. Таке спотворення в біохімії називають точковой мутацією. Частота виникнення їх в геномі клітини досить висока. Мутації виправляються добре налагодженою роботою клітинної репарационной системи, що включає в себе набір ферментів.
Одні з них, наприклад рестріктази, «вирізають» пошкоджені нуклеотиди, полімерази забезпечують синтез нормальних мономерів, лігази «зшивають» відновлені ділянки гена. Якщо ж вищеописаний механізм з якоїсь причини в клітці не спрацьовує і дефектний мономер ДНК залишається в її молекулі, мутація підхоплюється процесами матричного синтезу і фенотипно проявляється у вигляді білків з порушеними властивостями, нездатних виконувати необхідні функції, властиві їм у клітинному обміні речовин. Це є серйозним негативним чинником, що знижує життєздатність клітини і скорочують тривалість її життя.
