Строение ДНК — Энциклопедия MPlast.by
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это линейный органический полимер, мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.
Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).
ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула. Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой. Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации).
Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген.
Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма.
Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:
- синтеза РНК (транскрипции): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).
- синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных
Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.
Строение ДНК
ДНК – это линейный органический полимер.
Его мономерные звенья – нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из:
При этом, фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка, а органическое основание — к 1′-атому.
Основания в ДНК бывают двух типов:
Строение нуклеотидов в молекуле ДНК
В ДНК моносахарид представлен 2′-дезоксирибозой, содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН), а в РНК — рибозой, имеющей 2 гидроксильные группы (OH).
Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец), а на другом — 5′-фосфатная группа (5′-конец).
Уровни структуры ДНК
Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:
- первичную;
- вторичную;
- третичную.
Первичная структура ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.
Вторичная структура ДНК стабилизируется водородными связями между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек, закрученных вправо вокруг одной оси.
Общий виток спирали- 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм.
Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК. Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов. Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме.
Правило Чаргаффа
Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:
- У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т или (А + G)/(C + Т)=1.
- В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +C)
- Правило эквивалентности, то есть : А=Т, Г=Ц; А/Т = 1; Г/Ц=1.
- Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности
Модель ДНК Уотсона-Крика
Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).
Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3). При этом аденин образует пару только с тимином, а гуанин
Пара оснований А—Т стабилизируется двумя водородными связями, а пара G—С — тремя.Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.
Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика
Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′.
В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность
- 5′-TAGGCAT-3′
- 3-ATCCGTA-5′.
В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева, а 3′-конец — справа.
Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.
- согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
- нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.
Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.Интересные факты о ДНК
- Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации
- Международный день ДНК отмечается 25 апреля. Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот», где описали двойную спираль молекулы ДНК. [3]
Список литературы: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.
Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
Автор: Б.Глик,
Источник: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
[2] MPlast.by — портал: «ДНК 1 клетки человека вмещает 1,5 гигабайта информации – лучший винчестер на планете» — 27 апреля 2016 года
[3] Журнал NATURE: «Molecular Structure of Nucleic Acids» — 25 апреля 1953 года
Дата в источнике: 2002 год
Найдите три ошибки в тексте «ДНК». Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. ( 1)ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые соединены между собой пептидными связями. (2) Полинуклеотидные цепи ДНК за счёт этих связей образуют правозакрученную спираль. (3)Молекулы ДНК находятся в ядре, митохондриях и цитоплазме. (4)ДНК способна к самоудвоению — репарации. (5)Основная функция ДНК
Найдите три ошибки в тексте «ДНК». Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. ( 1)ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые соединены между собой пептидными связями.
(2) Полинуклеотидные цепи ДНК за счёт этих связей образуют правозакрученную спираль. (3)Молекулы ДНК находятся в ядре, митохондриях и цитоплазме. (4)ДНК способна к самоудвоению — репарации. (5)Основная функция ДНК — хранение и передача наследственной информации. (6)Количество молекул ДНК строго специфично для каждого вида. (7)В молекулах ДНК закодирована информация о первичнойструктуре всех белков организма.
Учебник Курсы Книги Тесты Вопросы
Личный кабинет
Задание ЕГЭ по биологии
Линия заданий — 24
Наслаждайтесь
интересным учебником
и решайте
десятки тестов
на Studarium,
мы всегда рады вам! =)
2307.
Найдите три ошибки в тексте «ДНК». Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.
(1)ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые соединены между собой пептидными связями. (2) Полинуклеотидные цепи ДНК за счёт этих связей образуют правозакрученную спираль. (3)Молекулы ДНК находятся в ядре, митохондриях и цитоплазме. (4)ДНК способна к самоудвоению — репарации. (5)Основная функция ДНК — хранение и передача наследственной информации. (6)Количество молекул ДНК строго специфично для каждого вида. (7)В молекулах ДНК закодирована информация о первичной структуре всех белков организма.
Ошибки допущены в предложениях 1, 3, 4:
1) ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые соединены между собой водородными связями связями (между аденином и тимином две водородные связи, между гуанином и цитозином — три)
3) Молекулы ДНК находятся в ядре, митохондриях и хлоропластах (митохондрии и пластиды — полуавтономные органоиды)
4) ДНК способна к самоудвоению — репликации (дупликации)
Репарация — восстановление молекулы ДНК, в ходе которого устраняются химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса — 2307.
P.S. Мы нашли статью, которая относится к данной теме, изучите ее — Неорганические и органические вещества клетки 😉
P.S.S. Для вас готово следующее случайное задание. Мы сами не знаем, но вас ждет что-то интересное!
20.20: Двойная спираль — Химия LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 49633
- Эд Витц, Джон В. Мур, Джастин Шорб, Ксавьер Прат-Ресина, Тим Вендорф и Адам Хан
- Цифровая библиотека химического образования (ChemEd DL)
Мур, Джастин Шорб, Ксавьер Прат-Ресина, Тим Вендорф и Адам ХанСтруктура ДНК представляет собой нечто большее, чем просто первичная последовательность азотистых оснований. Вторичная структура также играет решающую биохимическую роль. Каждая молекула ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидов, закрученных друг вокруг друга в виде двойной спирали и удерживаемых вместе водородными связями. Эта водородная связь включает только азотистые основания. Каждое из пуриновых оснований может образовывать водородную связь с одним и только с одним из пиримидиновых оснований.
Таким образом, аденин может образовывать водородные связи с тимином, а гуанин — с цитозином, как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\). Обратите внимание, что в обоих случаях имеется точное совпадение атомов водорода на одном основании с атомами азота или кислорода на другом. Также обратите внимание, что расстояние от связи сахара до связи сахара по каждой из пар оснований на рисунке \(\PageIndex{1}\) почти одинаково.
Это объясняет, почему в ДНК встречаются только эти две комбинации. Другие комбинации (например, аденин-цитозин) далеко не так выгодны с энергетической точки зрения.
Вся спираль просто поместится внутри цилиндра диаметром 2000 мкм.
Рисунок \(\PageIndex{2}\) Двойная спираль ДНК. Показаны три различных представления. Внизу атомы показаны в виде сфер, заполняющих пространство; в середине группы сахаров и фосфатов обозначены буквами S и P, а азотистые основания – буквами A, C, G и T. В самой верхней части пары оснований представлены перекладинами.Расстояние между парами оснований составляет 340 пм, и на один полный оборот спирали приходится 10,5 пар оснований.
Две нуклеотидные цепи в двойной спирали считаются комплементарными друг другу. Из-за точного спаривания оснований мы всегда можем отличить последовательность оснований в одной цепи от последовательности в другой. Таким образом, если первые шесть оснований в одной цепочке — это AGATCC, мы знаем, что первые шесть оснований в другой будут TCTAGG. Таким образом, обе цепочки являются альтернативными представлениями одной и той же информации. Если одно или два основания в одной из цепей находятся не на своем месте, это можно распознать из-за несовпадения с комплементарной нитью.
Репарационные ферменты могут затем исправить последовательность оснований вдоль неправильной цепи. Последнее, что нужно сделать, это то, что две нити равны антипараллельный . Это означает, что одна нить снизу вверх идет от 5′-углерода к 3′-углероду, а комплементарная нить идет от 3′ к 5′ снизу вверх.
Эта модель двойной спирали ДНК была впервые предложена в 1953 году Джеймсом Д. Уотсоном (род. 1928) и Фрэнсисом Криком (1916–2004). Это была важная веха в истории науки, так как она ознаменовала рождение новой области, молекулярной биологии, в которой свойства живых организмов, наконец, можно было объяснить с точки зрения структуры их молекул. В 1962 Крик и Уотсон разделили Нобелевскую премию с М. Ф. Х. Уилкинсом, чьи рентгеновские кристаллографические данные помогли им сформулировать свою модель. Розалинда Франклин (1920-1958), выполнившая эксперименты по рентгеновской кристаллографии, не получила Нобелевской премии, так как они не присуждаются посмертно, но должны быть включены в любое обсуждение открытия двойной спирали.
Увлекательный отчет об этом открытии, который не всегда выставляет автора в выгодном свете, можно найти в книге Уотсона «Двойная спираль».0032
Эта страница под названием 20.20: The Double Helix распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0, авторами, ремиксами и/или кураторами являются Эд Витц, Джон В. Мур, Джастин Шорб, Ксавьер Прат-Ресина, Тим Вендорф и Адам Хан.
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Автор
- ХимПРАЙМ
- Лицензия
- CC BY-NC-SA
- Версия лицензии
- 4,0
- Показать страницу TOC
- № на стр.
- Теги
- антипараллельный
- дополнительный
3.8: Нуклеиновые кислоты — биология LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 17001
- Сюзанна Ваким и Мандип Грюал
- Колледж Бьютт
Кто есть кто?
Однояйцевые близнецы ясно показывают важность генов, которые делают нас такими, какие мы есть. Гены, в свою очередь, были бы невозможны без нуклеиновых кислот.
Нуклеиновые кислоты представляют собой класс биохимических соединений, включающий ДНК и РНК. Эти молекулы построены из небольших мономеров, называемых 9.0147 нуклеотидов . Многие нуклеотиды связываются друг с другом, образуя цепь, называемую полинуклеотидом . Нуклеиновая кислота ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) состоит из двух полинуклеотидных цепей. Нуклеиновая кислота РНК (рибонуклеиновая кислота) состоит всего из одной полинуклеотидной цепи.
Структура нуклеиновых кислот
Каждый нуклеотид состоит из трех меньших молекул:
- молекулы сахара (сахар дезоксирибозы в ДНК и сахар рибозы в РНК).
- фосфатная группа.
- азотистое основание.
Нуклеотиды соединены в ДНК, как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\).
Молекула сахара одного нуклеотида связывается с фосфатной группой следующего нуклеотида. Эти две молекулы чередуются, образуя основу нуклеотидной цепи. Азотистые основания в нуклеиновой кислоте торчат из остова. Существует четыре различных азотистых основания: цитозин, аденин, гуанин и либо тимин (в ДНК), либо урацил (в РНК). В ДНК водородные связи образуются между основаниями двух нуклеотидных цепей и удерживают цепи вместе. Каждый тип основания связывается только с одним другим типом основания: цитозин всегда связывается с гуанином, а аденин всегда связывается с тимином. Эти пары оснований называются комплементарных пар оснований .
Благодаря водородной связи комплементарных оснований молекулы ДНК автоматически принимают известную форму, называемую двойной спиралью, которая показана на анимации на рисунке \(\PageIndex {4}\). Двойная спираль похожа на винтовую лестницу. Форма двойной спирали образуется естественным образом и является очень прочной, что затрудняет разделение двух полинуклеотидных цепей.
Роли нуклеиновых кислот
ДНК клеток организована в структуры, называемые хромосомами, как показано на рисунке \(\PageIndex{5}\). Буквы A, T, G и C обозначают основания аденин, тимин, гуанин и цитозин. Последовательность этих четырех оснований в ДНК представляет собой код, содержащий инструкции по созданию белков. Спираль ДНК обернута вокруг белков, называемых гистонами, с образованием нуклеосом. Затем они структурируются в хроматин и, наконец, в хромосомы. Клетки человека имеют 46 хромосом; другие организмы имеют разное число хромосом.
ДНК составляет гены, а последовательность оснований в ДНК составляет генетический код. Между «началами» и «остановками» код содержит инструкции для правильной последовательности аминокислот в белке. Информация в ДНК передается от родительских клеток к дочерним всякий раз, когда клетки делятся. Информация в ДНК также передается от родителей к потомству при размножении организмов. Именно так наследуемые характеристики передаются от одного поколения к другому.
Рубрика: Биология человека в новостях
Посмотрите на неандертальцев на рисунке \(\PageIndex{6}\). Изображение представляет собой художественную реконструкцию этих близких родственников человека, которые, кажется, исчезли из Европы около 50 000 лет назад. Мнение о том, что неандертальцы были жестокими животными и вымерли, когда их настигли современные люди, пересматривается по мере того, как мы узнаем больше об этих интересных представителях рода Homo.
Рисунок \(\PageIndex{6}\): Неандертальцы были коренастыми и с бочкообразной грудью, но данные ДНК показывают, что они спаривались с современными людьми тысячи лет назад. Несколько лет назад ученым удалось извлечь ДНК из окаменелых костей неандертальцев (см. рисунок \(\PageIndex{7}\)). Когда ДНК неандертальца сравнили с ДНК современного человека, исследователи обнаружили сходство в ДНК неандертальцев и современных народов европейского происхождения, что позволяет предположить, что современные люди скрещивались с неандертальцами.
Некоторые эксперты теперь считают, что неандертальцы не вымерли, а просто были включены в гораздо большую популяцию Homo sapiens .
Новое исследование, опубликованное в журнале Science в начале 2016 года, показывает, что наша унаследованная ДНК неандертальца может быть чем-то большим, чем просто интересным любопытством или полезным свидетельством нашего эволюционного прошлого. Эти фрагменты ДНК могут на самом деле влиять на наше здоровье сегодня. В исследовании, опубликованном в Science , ученые искали последовательности ДНК неандертальца в ДНК из электронной базы данных, составленной из медицинских карт почти 30 000 современных взрослых американцев. Ученые обнаружили, что определенные сегменты ДНК неандертальцев особенно распространены у людей с определенными заболеваниями, такими как депрессия и повышенная свертываемость крови.
Другие фрагменты ДНК неандертальца, по-видимому, усиливают иммунный ответ на определенные паразиты и другие патогены.
Большинство сегментов ДНК неандертальцев, которые сохранились в нашем современном генофонде, вероятно, были полезными в доисторические времена. Однако теперь они могут увеличить риск заболевания, потому что с тех пор наш образ жизни и окружающая среда сильно изменились. Например, повышение свертываемости крови помогло бы предотвратить опасные для жизни кровотечения при травмах или родах в прошлом, но сегодня оно может увеличить риск образования тромбов и инсультов у пожилых людей с малоподвижным образом жизни. Даже фрагменты ДНК неандертальца, повышающие иммунитет, теперь могут принести больше вреда, чем пользы американцам, живущим в среде, где паразитов гораздо меньше. Они могут сделать нашу иммунную систему сверхактивной и вызвать аллергию и аутоиммунные расстройства.
Обзор
- Что такое нуклеиновые кислоты?
- Чем РНК отличается по структуре от ДНК?
- Опишите нуклеотид. Объясните, как нуклеотиды связываются друг с другом, образуя полинуклеотид.
- Какую роль азотистые основания в нуклеотидах играют в структуре и функции ДНК?
- Какова роль РНК?
- Объясните, почему Марк и Скотт Келли так похожи, используя то, что вы узнали о нуклеиновых кислотах из этой статьи.
- Верно или неверно. A, C, G и T представляют собой основания в РНК.
- Верно или неверно. Две полинуклеотидные цепи РНК закручиваются в двойную спираль.
- Верно или неверно. Цитозин всегда связывается с гуанином в ДНК.
- Если часть цепи ДНК имеет последовательность оснований: ATTG, какова соответствующая последовательность оснований, с которой она связывается в другой цепи?
- Расположите в порядке от наименьшего к наибольшему уровню организации следующее: ДНК; нуклеотид; полинуклеотид
- В процессе репликации ДНК две полинуклеотидные цепи отделяются друг от друга, но каждая отдельная цепь остается нетронутой. Какие связи разрываются в этом процессе?
- Связи между соседними сахарами и фосфатными группами
- Связи внутри нуклеотидов
- Связи между дополнительными основаниями
- Связи между аденином и гуанином
- Аденин, гуанин, цитозин и тимин:
- Нуклеотиды
- Азотистые основания
- Сахара в ДНК и РНК
- Фосфатные группы
- Некоторые болезни и расстройства вызываются генами. Объясните, почему эти генетические нарушения могут передаваться от родителей к детям.
Объясните, как нуклеотиды связываются друг с другом, образуя полинуклеотид.
Какие связи разрываются в этом процессе?Attributions
- Twins by Peter Voerman, лицензия CC BY-NC 2.0 через Flickr.com
- нуклеотида ДНК от OpenStax, лицензия CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
- нуклеотида ДНК от OpenStax, лицензия CC BY 4.0 через Wikimedia Commons ДНК
- , собранная Яхобром, опубликована в открытом доступе через Wikimedia Commons Макроструктура ДНК
- от OpenStax, лицензия CC BY 4.
Leave A Comment