Бидний амьдарч буй цаг үе бол гайхалтай өөрчлөлтүүд, асар их ахиц дэвшлээр тэмдэглэгдсэн бөгөөд хүмүүс улам олон шинэ асуултын хариултыг авдаг. Амьдрал хурдацтай урагшилж, саяхныг хүртэл боломжгүй мэт санагдаж байсан зүйл биелж эхэлж байна. Өнөөдөр шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолын зохиол мэт санагдаж байгаа зүйл удахгүй бодит байдлын шинж чанарыг олж авах бүрэн боломжтой.
ХХ зууны сүүлийн хагасын хамгийн чухал нээлтүүдийн нэг бол хүн төрөлхтөн байгалийн нууцыг тайлахад ойртсон РНХ ба ДНХ-ийн нуклейн хүчлүүд юм.
Нуклейн хүчил
Нуклейн хүчил нь макромолекулын шинж чанартай органик нэгдлүүд юм. Эдгээр нь устөрөгч, нүүрстөрөгч, азот, фосфороос бүрдэнэ.
Тэднийг 1869 онд идээ бээрийг шинжилсэн Ф. Мишер нээсэн. Гэсэн хэдий ч тэр үед түүний нээлтийг төдийлөн ач холбогдол өгөөгүй. Хожим нь эдгээр хүчлүүд нь бүх амьтан, ургамлын эсээс олдсон үед л тэдний асар их үүргийг ойлгосон.
Хоёр төрлийн нуклейн хүчил байдаг: РНХ ба ДНХ (рибонуклеин ба дезоксирибонуклеин)хүчил). Энэ нийтлэл нь рибонуклеины хүчлийн тухай боловч ерөнхий ойлголттой болохын тулд ДНХ гэж юу болохыг мөн авч үзье.
Дезоксирибонуклеины хүчил гэж юу вэ?
ДНХ нь азотын суурийн устөрөгчийн холбоогоор харилцан нөхөх хуулийн дагуу холбогдсон хоёр хэлхээнээс бүрдэх нуклейн хүчил юм. Урт гинж нь спираль хэлбэртэй, нэг эргэлт нь бараг арван нуклеотид агуулдаг. Давхар мушгиа диаметр нь хоёр миллиметр, нуклеотидын хоорондох зай нь ойролцоогоор хагас нанометр юм. Нэг молекулын урт заримдаа хэдэн сантиметр хүрдэг. Хүний эсийн цөмийн ДНХ-ийн урт нь бараг хоёр метр юм.
ДНХ-ийн бүтцэд генетикийн бүх мэдээлэл агуулагддаг. ДНХ нь репликацтай байдаг бөгөөд энэ нь нэг молекулаас туйлын ижил хоёр охин молекул үүсэх процессыг хэлнэ.
Өмнө дурьдсанчлан гинж нь нуклеотидуудаас бүрдэх ба тэдгээр нь эргээд азотын суурь (аденин, гуанин, тимин, цитозин) болон фосфорын хүчлийн үлдэгдэлээс бүрддэг. Бүх нуклеотидууд нь азотын суурьт ялгаатай байдаг. Устөрөгчийн холбоо нь бүх суурийн хооронд үүсдэггүй, жишээлбэл, аденин нь зөвхөн тимин эсвэл гуанинтай нэгдэж чаддаг. Тиймээс биед тимидил нуклеотид шиг олон аденил нуклеотид байдаг бөгөөд гуанил нуклеотидын тоо нь цитидил нуклеотидуудтай тэнцүү байна (Чаргаффын дүрэм). Эндээс харахад нэг гинжний дараалал нь нөгөө гинжний дарааллыг урьдчилан тодорхойлдог бөгөөд гинж нь бие биенээ толин тусгал мэт санагддаг. Хоёр гинжин хэлхээний нуклеотидууд эмх цэгцтэй байрладаг, мөн сонгомол холбогдсон байдаг ийм хэв маягийг гэнэ.харилцан нөхөх зарчим. Устөрөгчийн нэгдлүүдээс гадна давхар мушгиа нь мөн гидрофобоор харилцан үйлчилдэг.
Хоёр гинж эсрэг чиглэлд, өөрөөр хэлбэл эсрэг чиглэлд байрладаг. Иймд нэг гинжний гурван' төгсгөлийн эсрэг талд нөгөө гинжний таван' төгсгөл байна.
ДНХ-ийн молекул нь гадна талаасаа мушгиа шаттай төстэй бөгөөд хашлага нь сахар-фосфатын нуруу, шат нь нэмэлт азотын суурь юм.
Рибонуклеины хүчил гэж юу вэ?
РНХ нь рибонуклеотид гэж нэрлэгддэг мономер бүхий нуклейн хүчил юм.
Химийн шинж чанараараа ДНХ-тэй маш төстэй, учир нь хоёулаа нуклеотидын полимер бөгөөд эдгээр нь пентозын (таван нүүрстөрөгчийн сахар) үлдэгдэл дээр тогтсон фосфоржуулсан N-гликозид, дээр нь фосфатын бүлэг байдаг. тав дахь нүүрстөрөгчийн атом ба эхний нүүрстөрөгчийн атом дахь азотын суурь.
Энэ нь нэг полинуклеотидын гинж (вирусаас бусад) бөгөөд ДНХ-ээс хамаагүй богино.
Нэг РНХ мономер нь дараах бодисын үлдэгдэл юм:
- азотын суурь;
- таван нүүрстөрөгчийн моносахарид;
- фосфорын хүчил.
РНХ нь пиримидин (урацил ба цитозин) ба пурин (аденин, гуанин) суурьтай. Рибоз бол РНХ нуклеотидын моносахарид юм.
РНХ ба ДНХ-ийн ялгаа
Нуклейн хүчил нь бие биенээсээ дараах байдлаар ялгаатай:
- эс дэх түүний хэмжээ нь физиологийн төлөв байдал, нас, эрхтний хамаарлаас хамаарна;
- ДНХ нь нүүрс ус агуулдагдезоксирибоз ба РНХ - рибоз;
- ДНХ-ийн азотын суурь нь тимин, РНХ-д урацил;
- ангиуд нь өөр өөр функцийг гүйцэтгэдэг боловч ДНХ матриц дээр нийлэгждэг;
- ДНХ нь давхар спираль, РНХ нь нэг хэлхээ;
- түүний ДНХ-ийн Chargaff дүрмийн хувьд ердийн зүйл биш;
- РНХ илүү бага суурьтай;
- гинж уртаараа ихээхэн ялгаатай.
Судлагын түүх
РНХ эсийг анх Германы биохимич Р. Алтман мөөгөнцрийн эсийг судалж байхдаа нээжээ. 20-р зууны дундуур ДНХ-ийн генетикийн үүрэг нь батлагдсан. Зөвхөн тэр үед л РНХ-ийн төрөл, үйл ажиллагаа гэх мэтийг тодорхойлсон. Эсийн массын 80-90% хүртэл рРНХ-д ногдож, уурагтай хамт рибосомыг бүрдүүлж, уургийн биосинтезд оролцдог.
Уургийн нийлэгжилтэнд удамшлын мэдээллийг агуулсан тодорхой зүйл байх ёстой гэж өнгөрсөн зууны жараад онд анх санал болгосон. Үүний дараа генийн нэмэлт хуулбарыг төлөөлдөг ийм мэдээллийн рибонуклеины хүчлүүд байдгийг шинжлэх ухаанаар тогтоосон. Тэдгээрийг мөн элч РНХ гэж нэрлэдэг.
Тээврийн хүчил гэж нэрлэгддэг хүчлүүд нь тэдгээрт бичигдсэн мэдээллийн кодыг тайлахад оролцдог.
Хожим нь нуклеотидын дарааллыг тодорхойлох, хүчиллэг орон зайд РНХ-ийн бүтцийг тогтоох аргуудыг боловсруулж эхэлсэн. Тиймээс рибозим гэж нэрлэгддэг тэдгээрийн зарим нь полирибонуклеотидын гинжийг задалж чаддаг болохыг тогтоожээ. Үүний үр дүнд дэлхий дээр амьдрал үүсч байх үедРНХ нь ДНХ, уураггүйгээр ажилласан. Түүнээс гадна бүх өөрчлөлтийг түүний оролцоотойгоор хийсэн.
Рибонуклеины хүчлийн молекулын бүтэц
Бараг бүх РНХ нь полинуклеотидын дан гинж бөгөөд тэдгээр нь эргээд монорибонуклеотидууд - пурин ба пиримидины суурьуудаас тогтдог.
Нуклеотидуудыг суурийн эхний үсгээр тэмдэглэнэ:
- аденин (A), A;
- гуанин (G), G;
- цитозин (C), C;
- uracil (U), U.
Тэдгээр нь гурав ба таван фосфодиэфирийн холбоогоор холбогддог.
РНХ-ийн бүтцэд хамгийн олон тооны нуклеотид (хэдэн арваас хэдэн арван мянга хүртэл) ордог. Тэдгээр нь үндсэндээ нэмэлт сууриудаас үүссэн богино давхар судалтай хоёрдогч бүтэц үүсгэж болно.
Рибнуклейн хүчлийн молекулын бүтэц
Урьд дурьдсанчлан молекул нь нэг судалтай бүтэцтэй. РНХ нь нуклеотидын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд хоёрдогч бүтэц, хэлбэрээ авдаг. Энэ нь полимер бөгөөд мономер нь элсэн чихэр, фосфорын хүчлийн үлдэгдэл, азотын сууринаас бүрдэх нуклеотид юм. Гаднах байдлаар молекул нь ДНХ-ийн гинжний аль нэгтэй төстэй. РНХ-ийн нэг хэсэг болох аденин ба гуанин нуклеотидууд нь пурин юм. Цитозин ба урацил нь пиримидины суурь юм.
Синтезийн процесс
РНХ молекулыг нийлэгжүүлэхийн тулд загвар нь ДНХ молекул юм. Рибонуклеины хүчлийн матриц дээр дезоксирибонуклеины хүчлийн шинэ молекулууд үүсэх үед урвуу үйл явц бас тохиолддог. ИймЗарим төрлийн вирусыг хуулбарлах явцад үүсдэг.
Биосинтезийн үндэс нь рибонуклеины хүчлийн бусад молекулууд болж чаддаг. Эсийн цөмд тохиолддог түүний транскрипцид олон фермент оролцдог ч хамгийн чухал нь РНХ полимераз юм.
Үзсэн тоо
РНХ-ийн төрлөөс шалтгаалаад үүрэг нь ч өөр өөр байдаг. Хэд хэдэн төрөл байдаг:
- мэдээллийн i-RNA;
- рибосомын рРНХ;
- т-РНХ тээвэрлэх;
- бага;
- рибозим;
- вирус.
Мэдээллийн Рибонуклеины хүчил
Ийм молекулуудыг мөн матриц гэж нэрлэдэг. Эдгээр нь эсийн нийт эсийн хоёр орчим хувийг эзэлдэг. Эукариот эсүүдэд тэдгээр нь ДНХ-ийн загвар дээрх цөмд нийлэгжиж, дараа нь цитоплазм руу орж, рибосомтой холбогддог. Цаашилбал, тэдгээр нь уургийн нийлэгжилтийн загвар болж хувирдаг: тэдгээр нь амин хүчлийг зөөвөрлөх дамжуулагч РНХ-ээр нэгддэг. Уургийн өвөрмөц бүтцэд хэрэгждэг мэдээллийг хувиргах үйл явц ингэж явагддаг. Зарим вирусын РНХ-д энэ нь бас хромосом юм.
Жэйкоб, Мано нар энэ төрөл зүйлийг нээсэн юм. Хатуу бүтэцгүй, түүний гинж нь муруй гогцоо үүсгэдэг. Ажиллахгүй байгаа i-РНХ нь нугалж, бөмбөлөг хэлбэртэй болж, ажиллах нөхцөлд нээгддэг.
i-РНХ нь нийлэгжиж буй уураг дахь амин хүчлүүдийн дарааллын талаарх мэдээллийг агуулдаг. Амин хүчил бүрийг генетикийн кодыг ашиглан тодорхой байршилд кодлодог:
- гурвалсан байдал - дөрвөн мононуклеотидээс жаран дөрвөн кодон (генетик код) үүсгэх боломжтой;
- хөндлөн огтлолцдоггүй - мэдээлэл нэг чиглэлд хөдөлдөг;
- тасралтгүй байдал - үйл ажиллагааны зарчим нь нэг мРНХ нь нэг уураг байдаг;
- нийтлэг байдал - нэг буюу өөр төрлийн амин хүчлийг бүх амьд организмд ижил аргаар кодлодог;
- дегенераци - хорин амин хүчлийг мэддэг бөгөөд жаран нэг кодон, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь хэд хэдэн генетик кодоор кодлогдсон байдаг.
Рибосомын рибонуклеины хүчил
Ийм молекулууд нь эсийн РНХ-ийн дийлэнх хувийг, тухайлбал нийт эсийн наян-ерэн хувийг бүрдүүлдэг. Тэд уурагтай нэгдэж рибосом үүсгэдэг - эдгээр нь уургийн нийлэгжилтийг гүйцэтгэдэг органелл юм.
Рибосом нь жаран таван хувь рРНХ, гучин таван хувь уураг юм. Энэхүү полинуклеотидын гинж нь уурагтай хамт амархан эвхэгддэг.
Рибосом нь амин хүчил ба пептидийн хэсгүүдээс бүрдэнэ. Тэдгээр нь контактын гадаргуу дээр байрладаг.
Рибосомууд эс дотор чөлөөтэй хөдөлж, уурагуудыг зөв газарт нэгтгэдэг. Тэдгээр нь тийм ч тодорхой биш бөгөөд мРНХ-ийн мэдээллийг уншихаас гадна тэдэнтэй матриц үүсгэж чаддаг.
Рибонуклеины хүчлийг тээвэрлэх
т-РНХ хамгийн их судлагдсан. Тэд эсийн рибонуклеины хүчлийн арван хувийг бүрдүүлдэг. Эдгээр төрлийн РНХ нь тусгай ферментийн ачаар амин хүчлүүдтэй холбогдож, рибосомд хүрдэг. Үүний зэрэгцээ амин хүчлүүд нь тээвэрлэлтээр дамждагмолекулууд. Гэсэн хэдий ч өөр өөр кодонууд амин хүчлийг кодлодог. Дараа нь хэд хэдэн зөөвөрлөгч РНХ тэдгээрийг зөөнө.
Идэвхгүй байх үед энэ нь бөөрөнхий хэлбэртэй, харин хошоонгор навч шиг ажилладаг.
Үүнд дараах хэсгүүдийг ялгасан болно:
- ACC-ийн нуклеотидын дараалалтай хүлээн авагч иш;
- рибосомтой хавсаргах сайт;
- энэ тРНХ-д холбогдсон амин хүчлийг кодлодог антикодон.
Рибонуклеины хүчлийн бага зүйл
Сүүлийн үед РНХ-ийн зүйлүүд жижиг РНХ гэж нэрлэгддэг шинэ ангиар дүүрсэн. Эдгээр нь үр хөврөлийн хөгжилд генийг асааж, унтрааж, эс доторх үйл явцыг хянадаг бүх нийтийн зохицуулагч юм.
Рибозимууд мөн саяхан тодорхойлогдож байгаа бөгөөд тэдгээр нь РНХ-ийн хүчил исгэхэд идэвхтэй оролцож, катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг.
Вирүсийн төрлийн хүчил
Вирус нь рибонуклеины хүчил эсвэл дезоксирибонуклеины хүчил агуулсан байж болно. Тиймээс холбогдох молекулуудын хамт тэдгээрийг РНХ агуулсан гэж нэрлэдэг. Ийм вирус эсэд ороход урвуу транскрипц үүсдэг - эсэд нэгтгэгдсэн рибонуклеины хүчлийн үндсэн дээр шинэ ДНХ гарч ирдэг бөгөөд энэ нь вирусын оршин тогтнох, нөхөн үржихүйг баталгаажуулдаг. Өөр нэг тохиолдолд нэмэлт РНХ үүсэх нь ирж буй РНХ дээр үүсдэг. Вирус нь уураг бөгөөд амин чухал үйл ажиллагаа, нөхөн үржихүй нь ДНХгүйгээр явагддаг, гэхдээ зөвхөн вирусын РНХ-д агуулагдах мэдээллийн үндсэн дээр явагддаг.
Хуулбарлах
Нийтлэг ойлголтыг сайжруулахын тулд зайлшгүй шаардлагатайХоёр ижил нуклейн хүчлийн молекулыг үүсгэдэг хуулбарлах үйл явцыг авч үзье. Эсийн хуваагдал ингэж эхэлдэг.
Энэ нь ДНХ полимеразууд, ДНХ-ээс хамааралтай, РНХ полимеразууд болон ДНХ лигазуудыг агуулдаг.
Хуулбарлах процесс нь дараах алхмуудаас бүрдэнэ:
- цөхрөх - эхийн ДНХ-ийн дараалсан задрал нь бүх молекулыг эзэлдэг;
- Гинж нь салж буй устөрөгчийн холбоо тасарч, хуулбарлах салаа гарч ирнэ;
- эцэг гинжин хэлхээний суллагдсан сууринд dNTP-уудыг тохируулах;
- dNTP молекулуудаас пирофосфатыг задалж, ялгарах энергийн улмаас фосфородиэфирийн холбоо үүсэх;
- амьсгалах.
Охин молекул үүссэний дараа цөм, цитоплазм болон бусад хэсгүүд хуваагдана. Ийнхүү генетикийн бүх мэдээллийг бүрэн хүлээн авсан хоёр охин эс үүсдэг.
Үүнээс гадна эсэд нийлэгждэг уургийн анхдагч бүтцийг кодлодог. ДНХ нь энэ үйл явцад шууд бус шууд бусаар оролцдог бөгөөд энэ нь ДНХ дээр уураг үүсэхэд оролцдог РНХ-ийн нийлэгжилт явагддагтай холбоотой юм. Энэ процессыг транскрипци гэж нэрлэдэг.
Сирүүлэг
Бүх молекулын нийлэгжилт нь транскрипцийн үед, өөрөөр хэлбэл тодорхой ДНХ-ийн опероноос генетикийн мэдээллийг дахин бичих явцад явагддаг. Процесс нь зарим талаараа хуулбарлахтай төстэй, зарим талаараа тэс өөр.
Ижил төстэй талууд нь дараах хэсгүүд юм:
- ДНХ-ийн цөхрөлөөс эхэлдэг;
- устөрөгчийн хагарал үүсдэггинжний суурийн хоорондох холболтууд;
- Тэдэнд нэмэлт NTF;
- устөрөгчийн холбоо үүсдэг.
Хуулбарлахаас ялгаатай:
- транскрипцийн үед зөвхөн транскриптанд тохирох ДНХ-ийн хэсэг нь мушгигддаггүй бол репликацын үед молекул бүхэлдээ мушгигддаггүй;
- хүчээр буулгахдаа тохируулж болох NTF-уудыг тимины оронд рибоз, урацил агуулсан;
- мэдээлэл зөвхөн тодорхой бүсээс хасагдана;
- Молекул үүссэний дараа устөрөгчийн холбоо болон нийлэгжсэн гинж тасарч, гинж нь ДНХ-ээс мултарч мултарсан.
Хэвийн үйл ажиллагааны хувьд РНХ-ийн үндсэн бүтэц нь зөвхөн экзоноос хуулбарласан ДНХ-ийн хэсгүүдээс бүрдэх ёстой.
Төлөвшлийн процесс нь шинээр үүссэн РНХ-д эхэлдэг. Чимээгүй бүсүүдийг хасаж, мэдээллийн бүсүүдийг нэгтгэж полинуклеотидын гинж үүсгэдэг. Цаашилбал, төрөл зүйл бүр өөр өөрийн өөрчлөлттэй байдаг.
i-RNA-д эхний төгсгөлд наалддаг. Полиаденилатыг эцсийн талбайд хавсаргасан.
TRNA-ийн суурь нь бага зэргийн зүйл үүсгэхийн тулд өөрчлөгдсөн.
РРНХ-д бие даасан суурь нь мөн метилждэг.
Уургийг устгахаас хамгаалж, цитоплазм руу тээвэрлэлтийг сайжруулна. Гүйцсэн РНХ тэдгээртэй холбогддог.
Доксирибонуклеин ба рибонуклеин хүчлүүдийн ач холбогдол
Нуклейн хүчлүүд нь организмын амьдралд маш чухал үүрэгтэй. Энэ нь тэдгээрт хадгалагдаж, цитоплазм руу шилжиж, охин эсүүдээр өвлөгддөгэс бүрт нийлэгжсэн уургийн тухай мэдээлэл. Эдгээр нь бүх амьд организмд байдаг бөгөөд эдгээр хүчлүүдийн тогтвортой байдал нь эсийн болон бүхэл бүтэн организмын хэвийн үйл ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэдний бүтцэд гарсан аливаа өөрчлөлт нь эсийн өөрчлөлтөд хүргэнэ.
