ДНХ (дезоксирибонуклеины хүчил) нь амьд бодисын хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг юм. Түүгээр дамжуулан удамшлын мэдээллийг хойч үедээ хадгалах, дамжуулах нь тодорхой хязгаарт хувьсах боломжтой байдаг. Амьд системд шаардлагатай бүх уургийн нийлэгжилт нь ДНХ матрицгүйгээр боломжгүй юм. Доор бид уургийн биосинтез дэх ДНХ-ийн бүтэц, үүсэх, үндсэн үйл ажиллагаа, гүйцэтгэх үүргийг авч үзэх болно.
ДНХ молекулын бүтэц
Дезоксирибонуклеины хүчил нь хоёр хэлхээнээс тогтсон макромолекул юм. Түүний бүтэц нь хэд хэдэн түвшний зохион байгуулалттай.
ДНХ-ийн гинжин хэлхээний анхдагч бүтэц нь аденин, гуанин, цитозин эсвэл тимин гэсэн дөрвөн азотын суурийн аль нэгийг агуулсан нуклеотидын дараалал юм. Нэг нуклеотидын дезоксирибозын сахар нь нөгөө нуклеотидын фосфатын үлдэгдэлтэй нэгдэх үед гинж үүсдэг. Энэ процесс нь уураг-катализатор болох ДНХ лигазын оролцоотойгоор явагддаг
- ДНХ-ийн хоёрдогч бүтэц нь давхар мушгиа (илүү нарийвчлалтай бол давхар шураг) юм. Газар нь чадвартайөөр хоорондоо дараах байдлаар холбогдоно: аденин ба тимин нь устөрөгчийн давхар холбоо, гуанин ба цитозин нь гурвалсан холбоог үүсгэдэг. Энэ шинж чанар нь гинж нь хоорондоо холбогддог үндсэн нэмэлт байдлын зарчмын үндэс суурь юм. Энэ тохиолдолд давхар гинжний мушгиа (ихэвчлэн баруун тийш) мушгих болно.
- Гуравдагч бүтэц гэдэг нь нэмэлт устөрөгчийн холбоогоор дамжин үүсдэг асар том молекулын нийлмэл хэлбэр юм.
- Дөрөвдөгч бүтэц нь тодорхой уураг, РНХ-тэй хослуулан үүсдэг ба ДНХ-ийг эсийн цөмд савлах арга юм.
ДНХ-ийн функцүүд
Амьд системд ДНХ ямар үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг авч үзье. Энэхүү биополимер нь бие махбодид шаардлагатай янз бүрийн уураг, РНХ, түүнчлэн янз бүрийн зохицуулалтын цэгүүдийн бүтцийг агуулсан матриц юм. Ерөнхийдөө эдгээр бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь биеийн генетикийн хөтөлбөрийг бүрдүүлдэг.
ДНХ-ийн биосинтезээр дамжуулан удамшлын программыг хойч үедээ дамжуулж, амьдралын үндэс болсон мэдээллийн удамшлыг баталгаажуулдаг. ДНХ нь мутацид орох чадвартай бөгөөд үүний улмаас нэг биологийн зүйлийн амьд организмын хувьсах чанар үүсч, үүний үр дүнд байгалийн шалгарлын үйл явц, амьд системийн хувьсал үүсэх боломжтой.
Бэлгийн нөхөн үржихүйн үед эцэг эхийн удамшлын мэдээллийг нэгтгэж организм-удамшлын ДНХ үүсдэг. Хосолсон үед янз бүрийн хувилбарууд гарч ирдэг бөгөөд энэ нь хувьсах чадварыг бий болгодог.
Генетик программ хэрхэн үрждэг
Нэмэлт бүтэцтэй тул ДНХ молекулын матриц өөрөө нөхөн үржих боломжтой. Энэ тохиолдолд түүнд агуулагдах мэдээллийг хуулбарлана. Хоёр охин "давхар спираль" үүсгэх молекулын давхардлыг ДНХ-ийн хуулбар гэж нэрлэдэг. Энэ бол олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хамарсан нарийн төвөгтэй процесс юм. Гэхдээ тодорхой хялбаршуулсан тохиолдолд үүнийг диаграм хэлбэрээр дүрсэлж болно.
Хуулбарлах нь ДНХ-ийн тодорхой хэсэг дэх ферментийн тусгай цогцолбороор эхэлдэг. Үүний зэрэгцээ давхар гинж задарч, репликацын салаа үүсгэн ДНХ биосинтезийн үйл явц явагддаг - гинж бүр дээр нэмэлт нуклеотидын дараалал үүсдэг.
Хуулбарлах цогцолборын онцлог
Хуулбарлах нь ДНХ полимераз гол үүрэг гүйцэтгэдэг реплизомын цогц ферментийн оролцоотойгоор явагддаг.
ДНХ-ийн биосинтезийн гинжний нэг нь тэргүүлэгч бөгөөд тасралтгүй үүсдэг. Хоцрогдсон хэлхээ үүсэх нь богино дарааллыг хавсаргах замаар явагддаг - Оказаки хэлтэрхий. Эдгээр хэсгүүдийг ДНХ лигаза ашиглан холбодог. Ийм процессыг хагас тасралтгүй гэж нэрлэдэг. Нэмж дурдахад энэ нь хагас консерватив шинж чанартай байдаг, учир нь шинээр үүссэн молекул бүрт гинжний нэг нь эх, хоёр дахь нь охин байдаг.
ДНХ-ийн хуулбар нь эсийн хуваагдлын гол үе шатуудын нэг юм. Энэ үйл явц нь удамшлын мэдээллийг шинэ үеийнхэнд шилжүүлэх, мөн организмын өсөлт хөгжилтийн үндэс болдог.
Уураг гэж юу вэ
Уураг ньбүх амьд организмын эсийн хамгийн чухал функциональ элемент. Тэд катализатор, бүтцийн, зохицуулалт, дохиолол, хамгаалалтын болон бусад олон үүргийг гүйцэтгэдэг.
Уургийн молекул нь амин хүчлийн үлдэгдлүүдийн дарааллаар үүссэн биополимер юм. Энэ нь нуклейн хүчлийн молекулуудын нэгэн адил анхдагчаас дөрөвдөгч хүртэлх хэд хэдэн түвшний бүтцийн зохион байгуулалттай байдгаараа онцлог юм.
Амьд системд маш олон төрлийн уураг үүсгэхэд ашигладаг 20 өөр (каноник) амин хүчлүүд байдаг. Дүрмээр бол уураг нь бие даан нийлэгждэггүй. Нарийн төвөгтэй уургийн молекул үүсэхэд тэргүүлэх үүрэг нь нуклейн хүчлүүд болох ДНХ ба РНХ-д хамаарна.
Генетик кодын мөн чанар
Тиймээс ДНХ нь хүний биед ургаж, амьдрахад шаардлагатай уургийн талаарх мэдээллийг хадгалдаг мэдээллийн матриц юм. Уургууд нь амин хүчлүүд, ДНХ (болон РНХ) нь нуклеотидуудаас бүрддэг. ДНХ молекулын тодорхой нуклеотидын дараалал нь тодорхой уургийн тодорхой амин хүчлийн дараалалтай тохирч байна.
Эсэд 20 төрлийн уургийн бүтцийн нэгж - каноник амин хүчлүүд, ДНХ-д 4 төрлийн нуклеотид байдаг. Тиймээс амин хүчил бүр нь ДНХ-ийн матриц дээр гурван нуклеотидын нэгдэл хэлбэрээр бичигдсэн байдаг - гурвалсан, гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь азотын суурь юм. Энэхүү захидал харилцааны зарчмыг генетикийн код гэж нэрлэдэг ба үндсэн гурвалсануудыг кодон гэж нэрлэдэг. Ген ньуураг болон суурийн зарим үйлчилгээний хослолыг агуулсан кодонуудын дараалал - эхлэл кодон, зогсоох кодон болон бусад.
Генетик кодын зарим шинж чанарууд
Генетик код нь бараг бүх нийтийнх бөгөөд маш цөөхөн зүйлийг эс тооцвол нянгаас эхлээд бүх организмд адилхан байдаг. Энэ нь нэгдүгээрт, дэлхий дээрх бүх амьдралын хэлбэрүүдийн харилцан хамаарал, хоёрдугаарт, код нь өөрөө эртний гэдгийг гэрчилдэг. Магадгүй, анхдагч амьдрал оршин тогтнох эхний үе шатанд кодын янз бүрийн хувилбарууд нэлээд хурдан үүссэн боловч зөвхөн нэг нь хувьслын давуу талыг олж авсан.
Түүнээс гадна, энэ нь өвөрмөц (хоёрдмол утгагүй): өөр өөр амин хүчлүүд нэг гурвалсанаар кодлогддоггүй. Түүнчлэн, генетикийн код нь доройтол буюу илүүдлээр тодорхойлогддог - хэд хэдэн кодон нь ижил амин хүчилтэй тохирч болно.
Генетикийн бүртгэлийг тасралтгүй уншдаг; цэг таслалуудын үүргийг мөн суурийн гурвалсан байдлаар гүйцэтгэдэг. Дүрмээр бол удамшлын "текст"-д давхцсан бүртгэл байдаггүй, гэхдээ энд бас үл хамаарах зүйлүүд байдаг.
ДНХ-ийн функциональ нэгжүүд
Организмын бүх удамшлын материалын нийлбэрийг геном гэдэг. Тиймээс ДНХ нь геномын тээвэрлэгч юм. Геномын найрлагад зөвхөн тодорхой уургийг кодлодог бүтцийн генүүд ордоггүй. ДНХ-ийн нэлээд хэсэг нь өөр өөр функциональ зорилготой мужуудыг агуулдаг.
Тиймээс ДНХ-д:
- зохицуулалтГенетик шилжүүлэгч ба бүтцийн генийн илэрхийлэл зохицуулагч зэрэг тодорхой РНХ-г кодлодог дараалал;
- транскрипцийн процессыг зохицуулдаг элементүүд - уургийн биосинтезийн эхний үе шат;
- псевдогенууд нь мутацийн улмаас уураг кодлох, эсхүл хөрвүүлэх чадвараа алдсан нэгэн төрлийн "чулуужсан ген" юм;
- хөдөлгөөнт генетикийн элементүүд - транспозон ("үсрэх ген") гэх мэт геном дотор шилжих боломжтой бүсүүд;
- теломерууд нь хромосомын төгсгөлд байдаг тусгай бүсүүд бөгөөд үүний ачаар хромосом дахь ДНХ нь репликацын үйл явдал бүрээр богиносохоос хамгаалагдсан байдаг.
Уургийн биосинтезд ДНХ-ийн оролцоо
ДНХ нь тогтвортой бүтэц үүсгэх чадвартай бөгөөд түүний гол элемент нь азотын суурийн нэмэлт нэгдэл юм. ДНХ-ийн давхар хэлхээ нь нэгдүгээрт, молекулын бүрэн нөхөн үржихүй, хоёрдугаарт, уургийн нийлэгжилтийн явцад ДНХ-ийн бие даасан хэсгүүдийг унших боломжийг олгодог. Энэ процессыг транскрипци гэж нэрлэдэг.
Транскрипцийн явцад тодорхой ген агуулсан ДНХ-ийн хэсэг мушгигддаггүй бөгөөд гинжний аль нэгэнд - загвар нэг - РНХ молекулыг кодлогч гэж нэрлэдэг хоёр дахь гинжин хэлхээний хуулбар болгон нэгтгэдэг. Энэхүү синтез нь мөн суурийн шинж чанарт тулгуурлан нэмэлт хосуудыг үүсгэдэг. ДНХ-ийн кодчилдоггүй, үйлчилгээний бүс ба РНХ полимераза ферментүүд нийлэгжилтэнд оролцдог. РНХ аль хэдийн уургийн нийлэгжилтийн загвар болж үйлчилдэг ба ДНХ нь цаашдын үйл явцад оролцдоггүй.
Урвуу орчуулга
Удаан хугацааны туршид матриц гэж үздэг байсангенетикийн мэдээллийг хуулбарлах нь зөвхөн нэг чиглэлд явагдана: ДНХ → РНХ → уураг. Энэ схемийг молекул биологийн гол догма гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч судалгааны явцад зарим тохиолдолд РНХ-ээс ДНХ руу урвуу транскрипц гэж нэрлэгддэг хуулбарлах боломжтой болох нь тогтоогдсон.
РНХ-аас ДНХ-д генетикийн материалыг шилжүүлэх чадвар нь ретровирусын онцлог шинж юм. Ийм РНХ агуулсан вирусын ердийн төлөөлөгч нь хүний дархлал хомсдолын вирус юм. Вирусын геномыг халдвар авсан эсийн ДНХ-д нэгтгэх нь РНХ загвар дээр ДНХ биосинтезийн катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг урвуу транскриптаза (ревертаза) тусгай ферментийн оролцоотойгоор явагддаг. Ревертаза нь мөн вирусийн бөөмийн нэг хэсэг юм. Шинээр үүссэн молекул нь эсийн ДНХ-д нэгдэж, вирусын шинэ тоосонцор үүсгэх үүрэгтэй.
Хүний ДНХ гэж юу вэ
Эсийн цөмд агуулагдах хүний ДНХ нь 23 хос хромосомтой бөгөөд ойролцоогоор 3,1 тэрбум хос нуклеотид агуулдаг. Цөмийн ДНХ-ээс гадна хүний эсүүд бусад эукариот организмын нэгэн адил митохондрийн эсийн органеллуудын удамшлын хүчин зүйл болох митохондрийн ДНХ агуулдаг.
Цөмийн ДНХ-ийн кодлогч генүүд (тэдгээрийн 20-25 мянга нь байдаг) хүний геномын багахан хэсгийг буюу ойролцоогоор 1.5%-ийг бүрдүүлдэг. ДНХ-ийн үлдсэн хэсгийг өмнө нь "хог" гэж нэрлэдэг байсан боловч олон тооны судалгаагаар дээр дурдсан геномын кодлогдоогүй хэсгүүд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна. Мөн үйл явцыг судлах нь маш чухал юмхүний ДНХ-д урвуу транскрипц.
Шинжлэх ухаан нь хүний ДНХ-ийн бүтэц, үйл ажиллагааны талаар нэлээд тодорхой ойлголттой болсон хэдий ч энэ чиглэлээр эрдэмтдийн цаашдын ажил шинэ нээлт, биоанагаахын шинэ технологи авчрах болно.
