Pagkatapos matuklasan ang prinsipyo ng molekular na organisasyon ng naturang sangkap gaya ng DNA noong 1953, nagsimulang umunlad ang molecular biology. Dagdag pa, sa proseso ng pananaliksik, nalaman ng mga siyentipiko kung paano muling pinagsama-sama ang DNA, ang komposisyon nito at kung paano gumagana ang genome ng ating tao.
Araw-araw, ang mga kumplikadong proseso ay nagaganap sa antas ng molekular. Paano nakaayos ang molekula ng DNA, ano ang binubuo nito? Ano ang papel na ginagampanan ng mga molekula ng DNA sa isang cell? Pag-usapan natin nang detalyado ang lahat ng prosesong nagaganap sa loob ng double chain.
Ano ang namamana na impormasyon?
Kaya paano nagsimula ang lahat? Noon pang 1868, natagpuan ang mga nucleic acid sa nuclei ng bacteria. At noong 1928, iniharap ni N. Koltsov ang teorya na nasa DNA na ang lahat ng genetic na impormasyon tungkol sa isang buhay na organismo ay naka-encrypt. Pagkatapos ay nakahanap sina J. Watson at F. Crick ng isang modelo para sa ngayon ay kilalang DNA helix noong 1953, kung saan sila ay karapat-dapat sa pagkilala at isang parangal - ang Nobel Prize.
Ano pa rin ang DNA? Ang sangkap na ito ay binubuo ng 2pinagsamang mga thread, mas tiyak na mga spiral. Ang isang seksyon ng naturang chain na may ilang partikular na impormasyon ay tinatawag na gene.
Iniimbak ng
DNA ang lahat ng impormasyon tungkol sa kung anong uri ng mga protina ang mabubuo at sa anong pagkakasunud-sunod. Ang DNA macromolecule ay isang materyal na carrier ng hindi kapani-paniwalang napakaraming impormasyon, na naitala sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod ng mga indibidwal na bloke ng gusali - mga nucleotide. Mayroong 4 na nucleotides sa kabuuan, sila ay umakma sa bawat isa sa kemikal at geometriko. Ang prinsipyong ito ng complementation, o complementarity, sa agham ay ilalarawan sa ibang pagkakataon. Ang panuntunang ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-encode at pag-decode ng genetic na impormasyon.
Dahil hindi kapani-paniwalang mahaba ang DNA strand, walang mga pag-uulit sa sequence na ito. Ang bawat buhay na bagay ay may sariling natatanging DNA strand.
DNA functions
Ang mga function ng deoxyribonucleic acid ay kinabibilangan ng pag-iimbak ng namamana na impormasyon at paghahatid nito sa mga supling. Kung wala ang function na ito, ang genome ng isang species ay hindi mapangalagaan at mabuo sa loob ng millennia. Ang mga organismo na sumailalim sa mga pangunahing mutation ng gene ay mas malamang na hindi mabuhay o mawalan ng kakayahang gumawa ng mga supling. Kaya mayroong natural na proteksyon laban sa pagkabulok ng mga species.
Ang isa pang mahalagang function ay ang pagpapatupad ng nakaimbak na impormasyon. Hindi makakagawa ang cell ng anumang mahahalagang protina nang walang mga tagubilin na nakaimbak sa double strand.
Komposisyon ng mga nucleic acid
Ngayon ay mapagkakatiwalaang alam na kung ano mismo ang binubuo nilaAng mga nucleotide ay ang mga bloke ng pagbuo ng DNA. Naglalaman ang mga ito ng 3 substance:
- Orthophosphoric acid.
- Nitrogen base. Mga base ng pyrimidine - na mayroon lamang isang singsing. Kabilang dito ang thymine at cytosine. Mga base ng purine na naglalaman ng 2 singsing. Ito ay guanine at adenine.
- Sucrose. Sa DNA - deoxyribose, Sa RNA - ribose.
Ang bilang ng mga nucleotide ay palaging katumbas ng bilang ng mga nitrogenous base. Sa mga espesyal na laboratoryo, ang isang nucleotide ay pinutol at isang nitrogenous base ay nakahiwalay dito. Kaya pinag-aaralan nila ang mga indibidwal na katangian ng mga nucleotide na ito at mga posibleng mutasyon sa kanila.
Mga antas ng organisasyon ng namamana na impormasyon
May 3 antas ng organisasyon: gene, chromosomal at genomic. Ang lahat ng impormasyong kailangan para sa synthesis ng isang bagong protina ay nakapaloob sa isang maliit na seksyon ng kadena - ang gene. Ibig sabihin, ang gene ay itinuturing na pinakamababa at pinakasimpleng antas ng impormasyon sa pag-encode.
Gene, sa turn, ay binuo sa mga chromosome. Salamat sa tulad ng isang organisasyon ng carrier ng namamana na materyal, ang mga pangkat ng mga katangian ay kahalili ayon sa ilang mga batas at ipinadala mula sa isang henerasyon patungo sa isa pa. Dapat tandaan na mayroong napakaraming gene sa katawan, ngunit hindi nawawala ang impormasyon kahit na ito ay muling pinagsama nang maraming beses.
Paghiwalayin ang ilang uri ng mga gene:
- may 2 uri ayon sa kanilang functional na layunin: structural at regulatory sequence;
- sa pamamagitan ng impluwensya sa mga prosesong nagaganap sa cell, mayroong: supervital, lethal, conditionally lethal genes, pati na rin ang mutator genesat mga antimutator.
Ang mga gene ay matatagpuan sa kahabaan ng chromosome sa isang linear na pagkakasunud-sunod. Sa mga chromosome, ang impormasyon ay hindi random na nakatutok, mayroong isang tiyak na pagkakasunud-sunod. Mayroong kahit isang mapa na nagpapakita ng mga posisyon, o gene loci. Halimbawa, alam na ang data sa kulay ng mga mata ng isang bata ay naka-encrypt sa chromosome number 18.
Ano ang genome? Ito ang pangalan ng buong hanay ng mga nucleotide sequence sa cell ng katawan. Tinutukoy ng genome ang buong species, hindi isang indibidwal.
Ano ang genetic code ng tao?
Ang katotohanan ay ang lahat ng napakalaking potensyal ng pag-unlad ng tao ay inilatag na sa panahon ng paglilihi. Ang lahat ng namamana na impormasyon na kinakailangan para sa pagbuo ng zygote at paglaki ng bata pagkatapos ng kapanganakan ay naka-encrypt sa mga gene. Ang mga seksyon ng DNA ay ang pinakapangunahing tagapagdala ng namamana na impormasyon.
Ang isang tao ay may 46 na chromosome, o 22 somatic pares at isang chromosome na tumutukoy sa kasarian mula sa bawat magulang. Ang diploid na set ng mga chromosome na ito ay naka-encode sa buong pisikal na anyo ng isang tao, ang kanyang mental at pisikal na kakayahan at predisposisyon sa mga sakit. Ang mga somatic chromosome ay panlabas na hindi nakikilala, ngunit nagdadala sila ng iba't ibang impormasyon, dahil ang isa sa kanila ay mula sa ama, ang isa ay mula sa ina.
Ang male code ay naiiba sa babae sa pamamagitan ng huling pares ng chromosomes - XY. Ang babaeng diploid set ay ang huling pares, XX. Ang mga lalaki ay nakakakuha ng isang X chromosome mula sa kanilang biyolohikal na ina, at pagkatapos ay ipinapasa ito sa kanilang mga anak na babae. Ang sex Y chromosome ay ipinapasa sa mga anak na lalaki.
Mga chromosome ng tao nang malakiiba-iba ang laki. Halimbawa, ang pinakamaliit na pares ng chromosome ay 17. At ang pinakamalaking pares ay 1 at 3.
Diameter ng double helix ng tao ay 2 nm lang. Ang DNA ay napakahigpit na nakapulupot na ito ay kasya sa maliit na nucleus ng cell, bagaman ito ay magiging hanggang 2 metro ang haba kung aalisin ang sugat. Ang haba ng helix ay daan-daang milyong nucleotides.
Paano ipinapadala ang genetic code?
Kaya, ano ang papel na ginagampanan ng mga molekula ng DNA sa isang cell sa panahon ng paghahati? Ang mga gene - mga tagapagdala ng namamana na impormasyon - ay nasa loob ng bawat cell ng katawan. Upang maipasa ang kanilang code sa isang anak na organismo, hinahati ng maraming nilalang ang kanilang DNA sa 2 magkaparehong helice. Ito ay tinatawag na pagtitiklop. Sa proseso ng pagtitiklop, ang DNA ay nag-unwind at ang mga espesyal na "machine" ay kumukumpleto sa bawat chain. Pagkatapos magbifurcate ng genetic helix, magsisimulang maghati ang nucleus at lahat ng organelles, at pagkatapos ay ang buong cell.
Ngunit ang isang tao ay may ibang proseso ng paglilipat ng gene - sekswal. Ang mga palatandaan ng ama at ina ay magkakahalo, ang bagong genetic code ay naglalaman ng impormasyon mula sa parehong mga magulang.
Ang pag-iimbak at paghahatid ng namamana na impormasyon ay posible dahil sa kumplikadong organisasyon ng DNA helix. Pagkatapos ng lahat, tulad ng sinabi namin, ang istraktura ng mga protina ay naka-encrypt sa mga gene. Kapag nalikha sa panahon ng paglilihi, ang code na ito ay kokopyahin ang sarili nito sa buong buhay. Ang karyotype (personal na hanay ng mga chromosome) ay hindi nagbabago sa panahon ng pag-renew ng mga selula ng organ. Ang paghahatid ng impormasyon ay isinasagawa sa tulong ng mga sex gametes - lalaki at babae.
Tanging ang mga virus na naglalaman ng isang solong strand ng RNA ang hindi makapagpadala ng kanilang impormasyon sa kanilang mga supling. Samakatuwid, upangpara magparami, kailangan nila ng mga selula ng tao o hayop.
Pagpapatupad ng namamana na impormasyon
Sa cell nucleus, patuloy na nagaganap ang mahahalagang proseso. Ang lahat ng impormasyon na naitala sa mga chromosome ay ginagamit upang bumuo ng mga protina mula sa mga amino acid. Ngunit ang DNA strand ay hindi kailanman umaalis sa nucleus, kaya isa pang mahalagang tambalan, RNA, ang kailangan dito. Ang RNA lang ay nagagawang tumagos sa nuclear membrane at nakikipag-ugnayan sa DNA chain.
Sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng DNA at 3 uri ng RNA, naisasakatuparan ang lahat ng naka-encode na impormasyon. Sa anong antas ang pagpapatupad ng namamana na impormasyon? Ang lahat ng mga pakikipag-ugnayan ay nangyayari sa antas ng nucleotide. Kinokopya ng Messenger RNA ang isang segment ng DNA chain at dinadala ang kopyang ito sa ribosome. Dito magsisimula ang synthesis ng isang bagong molekula mula sa mga nucleotide.
Upang makopya ng mRNA ang kinakailangang bahagi ng chain, ang helix ay magbubukas, at pagkatapos, sa pagkumpleto ng proseso ng pag-recoding, ay maibabalik muli. Bukod dito, maaaring mangyari ang prosesong ito nang sabay-sabay sa 2 panig ng 1 chromosome.
Principle of complementarity
Ang
DNA helices ay binubuo ng 4 na nucleotides - ito ay adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T). Ang mga ito ay konektado sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen ayon sa tuntunin ng complementarity. Ang mga gawa ni E. Chargaff ay nakatulong upang maitatag ang panuntunang ito, dahil napansin ng siyentipiko ang ilang mga pattern sa pag-uugali ng mga sangkap na ito. Natuklasan ni E. Chargaff na ang molar ratio ng adenine sa thymine ay katumbas ng isa. Katulad nito, ang ratio ng guanine sa cytosine ay palaging isa.
Batay sa kanyang trabaho, nakabuo ang mga geneticist ng panuntunan ng pakikipag-ugnayannucleotides. Ang panuntunan ng complementarity ay nagsasaad na ang adenine ay pinagsama lamang sa thymine, at guanine sa cytosine. Sa panahon ng pag-decode ng helix at ang synthesis ng isang bagong protina sa ribosome, nakakatulong ang alternation rule na ito upang mabilis na mahanap ang kinakailangang amino acid na nakakabit sa transfer RNA.
RNA at mga uri nito
Ano ang namamana na impormasyon? Ito ang pagkakasunod-sunod ng mga nucleotides sa double strand ng DNA. Ano ang RNA? Ano ang kanyang trabaho? Ang RNA, o ribonucleic acid, ay tumutulong sa pagkuha ng impormasyon mula sa DNA, pag-decode nito at, batay sa prinsipyo ng complementarity, lumikha ng mga protina na kinakailangan para sa mga cell.
Sa kabuuan, 3 uri ng RNA ang nakahiwalay. Ang bawat isa sa kanila ay mahigpit na gumaganap ng kanyang tungkulin.
- Impormasyon (mRNA), o kung hindi, ito ay tinatawag na matrix. Ito ay papunta mismo sa gitna ng cell, sa nucleus. Nahanap nito sa isa sa mga chromosome ang kinakailangang genetic material para sa pagbuo ng isang protina at kinokopya ang isa sa mga gilid ng double chain. Nangyayari muli ang pagkopya ayon sa prinsipyo ng complementarity.
- Ang transportasyon ay isang maliit na molekula na may mga nucleotide decoder sa isang gilid, at sa kabilang panig ay tumutugma sa pangunahing amino acid code. Ang gawain ng tRNA ay ihatid ito sa "workshop", iyon ay, sa ribosome, kung saan sini-synthesize nito ang kinakailangang amino acid.
- rRNA ay ribosomal. Kinokontrol nito ang dami ng protina na ginawa. Binubuo ng 2 bahagi - amino acid at peptide site.
Ang
Ang pagkakaiba lang kapag nagde-decode ay walang thymine ang RNA. Sa halip na thymine, ang uracil ay naroroon dito. Ngunit pagkatapos, sa proseso ng synthesis ng protina, na may tRNA ito ay tama pa rinnagtatakda ng lahat ng mga amino acid. Kung mayroong anumang mga pagkabigo sa pag-decode ng impormasyon, magkakaroon ng mutation.
Pag-aayos ng isang nasirang molekula ng DNA
Ang proseso ng pagkukumpuni ng nasirang double chain ay tinatawag na reparation. Sa proseso ng pag-aayos, ang mga nasirang gene ay inaalis.
Pagkatapos ay eksaktong kopyahin ang kinakailangang pagkakasunod-sunod ng mga elemento at bumagsak pabalik sa parehong lugar sa chain kung saan ito kinuha. Nangyayari ang lahat ng ito salamat sa mga espesyal na kemikal - mga enzyme.
Bakit nangyayari ang mga mutasyon?
Bakit nagsisimulang mag-mutate ang ilang gene at huminto sa pagganap ng kanilang function - ang pag-iimbak ng mahahalagang namamana na impormasyon? Ito ay dahil sa isang error sa pag-decode. Halimbawa, kung ang adenine ay aksidenteng napalitan ng thymine.
Mayroon ding chromosomal at genomic mutations. Nagaganap ang mga chromosomal mutations kapag ang mga piraso ng namamana na impormasyon ay nahulog, nadoble, o kahit na inilipat at isinama sa isa pang chromosome.
Genomic mutations ang pinakaseryoso. Ang kanilang dahilan ay isang pagbabago sa bilang ng mga chromosome. Ibig sabihin, kapag sa halip na isang pares - isang diploid set, isang triploid set ang nasa karyotype.
Ang pinakatanyag na halimbawa ng triploid mutation ay ang Down syndrome, kung saan ang isang personal na hanay ng mga chromosome ay 47. Sa gayong mga bata, 3 chromosome ang nabuo bilang kapalit ng ika-21 na pares.
Kilala rin ang mutation bilang polyploidy. Ngunit polyplodiamatatagpuan lamang sa mga halaman.
