Deoxyribonucleic acid - DNA - nagsisilbing tagapagdala ng namamana na impormasyong ipinadala ng mga buhay na organismo sa mga susunod na henerasyon, at isang matrix para sa pagbuo ng mga protina at iba't ibang regulatory factor na kinakailangan ng katawan sa mga proseso ng paglaki at buhay. Sa artikulong ito, tututuon natin kung ano ang mga pinakakaraniwang anyo ng istruktura ng DNA. Bibigyan din natin ng pansin kung paano binuo ang mga form na ito at sa anong anyo ang DNA naninirahan sa loob ng isang buhay na cell.
Mga antas ng organisasyon ng molekula ng DNA
Mayroong apat na antas na tumutukoy sa istruktura at morpolohiya ng higanteng molekula na ito:
- Ang pangunahing antas, o istraktura, ay ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa chain.
- Ang pangalawang istraktura ay ang sikat na "double helix". Ang pariralang ito ang naayos na, bagama't sa katunayan ang gayong istraktura ay kahawig ng isang tornilyo.
- Nabuo ang tertiary structure dahil sa katotohanan na ang mahinang hydrogen bond ay umusbong sa pagitan ng mga indibidwal na seksyon ng double-stranded twisted strand ng DNA,pagbibigay sa molekula ng isang kumplikadong spatial conformation.
- Ang quaternary structure ay isa nang kumplikadong complex ng DNA na may ilang protina at RNA. Sa pagsasaayos na ito, ang DNA ay nakabalot sa mga chromosome sa cell nucleus.
Pangunahing Istraktura: Mga Bahagi ng DNA
Ang mga bloke kung saan nabuo ang macromolecule ng deoxyribonucleic acid ay mga nucleotides, na mga compound, na ang bawat isa ay kinabibilangan ng:
- nitrogenous base - adenine, guanine, thymine o cytosine. Ang adenine at guanine ay kabilang sa pangkat ng mga purine base, ang cytosine at thymine ay kabilang sa pyrimidine;
- five-carbon monosaccharide deoxyribose;
- Orthophosphoric acid residue.
Sa pagbuo ng polynucleotide chain, isang mahalagang papel ang ginagampanan ng pagkakasunud-sunod ng mga pangkat na nabuo ng mga carbon atom sa isang pabilog na molekula ng asukal. Ang phosphate residue sa nucleotide ay konektado sa 5'-group (basahin ang "five primes") ng deoxyribose, iyon ay, sa ikalimang carbon atom. Nagaganap ang pagpapahaba ng kadena sa pamamagitan ng paglalagay ng phosphate residue ng susunod na nucleotide sa libreng 3'-grupo ng deoxyribose.
Kaya, ang pangunahing istruktura ng DNA sa anyo ng polynucleotide chain ay may 3'- at 5'-ends. Ang katangiang ito ng molekula ng DNA ay tinatawag na polarity: ang synthesis ng isang chain ay maaari lamang pumunta sa isang direksyon.
Pagbuo ng pangalawang istruktura
Ang susunod na hakbang sa istrukturang organisasyon ng DNA ay batay sa prinsipyo ng pagkakatugma ng mga nitrogenous base - ang kanilang kakayahang kumonekta nang magkapares sa isa't isasa pamamagitan ng hydrogen bond. Complementarity - mutual correspondence - nangyayari dahil ang adenine at thymine ay bumubuo ng isang double bond, at ang guanine at cytosine ay bumubuo ng isang triple bond. Samakatuwid, kapag bumubuo ng double chain, ang mga base na ito ay nakatayo sa tapat ng isa't isa, na bumubuo ng mga katumbas na pares.
Polynucleotide sequence ay matatagpuan sa pangalawang istraktura na antiparallel. Kaya, kung ang isa sa mga chain ay mukhang 3' - AGGZATAA - 5', ang kabaligtaran nito ay magiging ganito: 3' - TTATGTST - 5'.
Kapag nabuo ang isang molekula ng DNA, ang dobleng polynucleotide chain ay baluktot, at ang konsentrasyon ng mga asing-gamot, saturation ng tubig, at ang istruktura ng macromolecule mismo ay tumutukoy kung anong mga anyo ang maaaring gawin ng DNA sa isang partikular na hakbang sa istruktura. Alam ang ilang ganitong anyo, na tinutukoy ng mga letrang Latin na A, B, C, D, E, Z.
Configurations C, D at E ay hindi matatagpuan sa wildlife at naobserbahan lamang sa mga kondisyon ng laboratoryo. Titingnan natin ang mga pangunahing anyo ng DNA: ang tinatawag na canonical A at B, gayundin ang Z configuration.
Ang
A-DNA ay isang tuyong molekula
Ang
A-shape ay isang right hand screw na may 11 komplementaryong base pairs sa bawat pagliko. Ang diameter nito ay 2.3 nm, at ang haba ng isang pagliko ng spiral ay 2.5 nm. Ang mga eroplano na nabuo ng mga nakapares na base ay may slope na 20° na may paggalang sa axis ng molekula. Ang mga kalapit na nucleotide ay siksik na nakaayos sa mga kadena - mayroon lamang 0.23 nm sa pagitan ng mga ito.
Ang form na ito ng DNA ay nangyayari na may mababang hydration at may tumaas na ionic na konsentrasyon ng sodium at potassium. Ito ay tipikal para samga proseso kung saan ang DNA ay bumubuo ng isang kumplikadong may RNA, dahil ang huli ay hindi nakakakuha ng iba pang mga anyo. Bilang karagdagan, ang A-form ay lubos na lumalaban sa ultraviolet radiation. Sa pagsasaayos na ito, ang deoxyribonucleic acid ay matatagpuan sa fungal spore.
Basang B-DNA
Na may mababang nilalaman ng asin at mataas na antas ng hydration, iyon ay, sa ilalim ng normal na mga kondisyong pisyolohikal, ang DNA ay ipinapalagay ang pangunahing anyo nito B. Ang mga natural na molekula ay umiiral, bilang panuntunan, sa B-form. Siya ang sumasailalim sa klasikal na modelong Watson-Crick at kadalasang inilalarawan sa mga ilustrasyon.
Ang form na ito (ito rin ay kanang kamay) ay nailalarawan sa pamamagitan ng hindi gaanong compact na paglalagay ng mga nucleotide (0.33 nm) at isang malaking screw pitch (3.3 nm). Ang isang pagliko ay naglalaman ng 10.5 na mga pares ng base, ang pag-ikot ng bawat isa sa kanila na may kaugnayan sa nauna ay halos 36 °. Ang mga eroplano ng mga pares ay halos patayo sa axis ng "double helix". Ang diameter ng naturang double chain ay mas maliit kaysa sa A-form - umabot lang ito sa 2 nm.
Non-canonical Z-DNA
Hindi tulad ng canonical DNA, ang Z-type molecule ay isang left-handed screw. Ito ang pinakamanipis sa lahat, na may diameter na 1.8 nm lamang. Ang mga likid nito, 4.5 nm ang haba, ay tila pinahaba; ang anyo ng DNA na ito ay naglalaman ng 12 nakapares na base bawat pagliko. Ang distansya sa pagitan ng mga katabing nucleotides ay medyo malaki din - 0.38 nm. Kaya ang Z-shape ay may pinakamababang twist.
Ito ay nabuo mula sa isang B-type na configuration sa mga lugar kung saan purineat mga base ng pyrimidine, na may pagbabago sa nilalaman ng mga ion sa solusyon. Ang pagbuo ng Z-DNA ay nauugnay sa biological na aktibidad at isang napaka-maikling proseso. Ang form na ito ay hindi matatag, na lumilikha ng mga kahirapan sa pag-aaral ng mga pag-andar nito. Sa ngayon, hindi pa malinaw ang mga ito.
DNA replication at ang istraktura nito
Parehong ang pangunahin at pangalawang istruktura ng DNA ay bumangon sa panahon ng isang phenomenon na tinatawag na replication - ang pagbuo ng dalawang magkaparehong "double helix" mula sa parent macromolecule. Sa panahon ng pagtitiklop, ang orihinal na molekula ay humihina, at ang mga komplementaryong base ay nabubuo sa mga inilabas na solong kadena. Dahil ang mga halves ng DNA ay antiparallel, ang prosesong ito ay nagpapatuloy sa kanila sa iba't ibang direksyon: na may kaugnayan sa mga parent chain mula sa 3'-end hanggang 5'-end, iyon ay, ang mga bagong chain ay lumalaki sa direksyon na 5' → 3'. Ang nangungunang strand ay patuloy na na-synthesize patungo sa replication fork; sa lagging strand, ginagawa ang synthesis mula sa tinidor sa magkakahiwalay na mga seksyon (mga fragment ng Okazaki), na pagkatapos ay pinagsasama-sama ng isang espesyal na enzyme, ang DNA ligase.
Habang nagpapatuloy ang synthesis, ang nabuo nang mga dulo ng mga molekula ng anak na babae ay sumasailalim sa helical twisting. Pagkatapos, bago makumpleto ang pagtitiklop, ang mga bagong panganak na molekula ay magsisimulang bumuo ng isang tertiary na istraktura sa isang prosesong tinatawag na supercoiling.
Super Twisted Molecule
Ang supercoiled na anyo ng DNA ay nangyayari kapag ang isang double-stranded na molekula ay gumagawa ng dagdag na twist. Maaari itong maging clockwise (positibo) olaban sa (sa kasong ito ang isa ay nagsasalita ng negatibong supercoiling). Ang DNA ng karamihan sa mga organismo ay negatibong supercoiled, ibig sabihin, laban sa mga pangunahing pagliko ng "double helix."
Bilang resulta ng pagbuo ng mga karagdagang loop - supercoils - nakakakuha ang DNA ng isang kumplikadong spatial configuration. Sa mga eukaryotic na selula, ang prosesong ito ay nangyayari sa pagbuo ng mga complex kung saan ang DNA ay negatibong umiikot sa paligid ng mga histone protein complex at nagkakaroon ng anyo ng isang thread na may mga nucleosome beads. Ang mga libreng seksyon ng thread ay tinatawag na mga linker. Ang mga non-histone na protina at mga inorganic na compound ay nakikibahagi rin sa pagpapanatili ng supercoiled na hugis ng molekula ng DNA. Ganito nabubuo ang chromatin - ang substance ng mga chromosome.
Ang mga chromatin strand na may mga nucleosomal beads ay may kakayahang higit pang gawing kumplikado ang morpolohiya sa isang prosesong tinatawag na chromatin condensation.
Huling compactization ng DNA
Sa nucleus, ang hugis ng deoxyribonucleic acid macromolecule ay nagiging lubhang kumplikado, na nagko-compact sa ilang hakbang.
- Una, ang filament ay nakapulupot sa isang espesyal na solenoid-type na istraktura - isang chromatin fibril na 30 nm ang kapal. Sa antas na ito, tinitiklop at pinapaikli ng DNA ang haba nito ng 6-10 beses.
- Dagdag pa, ang fibril ay bumubuo ng mga zigzag loop sa tulong ng mga partikular na scaffold protein, na binabawasan ang linear size ng DNA nang 20-30 beses.
- Nabubuo ang mga domain ng siksik na loop sa susunod na antas, kadalasang may hugis na karaniwang tinatawag na "lamp brush." Nakakabit sila sa intranuclear proteinmatris. Ang kapal ng naturang mga istraktura ay 700 nm na, habang ang DNA ay pinaikli ng humigit-kumulang 200 beses.
- Ang huling antas ng morphological na organisasyon ay chromosomal. Ang mga loop domain ay siksik sa isang lawak na ang kabuuang pagpapaikli ng 10,000 beses ay nakakamit. Kung ang haba ng naka-stretch na molekula ay humigit-kumulang 5 cm, pagkatapos ay pagkatapos i-pack sa mga chromosome ay bumababa ito sa 5 microns.
Ang pinakamataas na antas ng komplikasyon ng anyo ng DNA ay umabot sa estado ng metaphase ng mitosis. Ito ay pagkatapos na ito ay nakakakuha ng isang katangian na hitsura - dalawang chromatids na konektado sa pamamagitan ng isang constriction-centromere, na tinitiyak ang pagkakaiba-iba ng mga chromatids sa proseso ng paghahati. Ang Interphase DNA ay inayos hanggang sa antas ng domain at ipinamamahagi sa cell nucleus nang walang partikular na pagkakasunud-sunod. Kaya, nakikita natin na ang morpolohiya ng DNA ay malapit na nauugnay sa iba't ibang yugto ng pag-iral nito at sumasalamin sa mga tampok ng paggana nitong pinakamahalagang molekula para sa buhay.
