post

ДНК – носител на наследственост

ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) – представлява химично съединение (хетерополимер) със сложна структура. В нея е закодирана информацията, която определя какви белези се унаследяват от родителите в техните потомци.

Нуклеинови киселини

Заедно с белтъците, втората най-важна съставка за живота са нуклеиновите киселини. Те са хетерополимерни органични макромолекули, чиито дълги вериги са изградени от по-малки органични молекули наречени мономери. Мономерите на нуклеиновите киселини носят названието мононуклеотиди или само нуклеотиди.

В началото на биохимичната еволюция, която предшества биологичната, нуклеиновите киселини се утвърдили като основни информационни матрици. Единствено в тях, от тогава до днес, се закодира информацията са синтез на големите белтъчни молекули.

На практика, нуклеиновите киселини са информационен носител за всички форми на живот на планетата Земя. В природата съществуват два основни вида, които са фундаментални за живия свят – дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) и рибонуклеиновата киселина (РНК).

Химичен състав и структура на ДНК

Всеки мононуклеотид от веригата на ДНК съдържа в себе си основните химични елементи характерни за органичните съединения – въглерод (C) и водород (H). Освен това, химичния състав на мономерите включва кислород (O), азот (N) и фосфор (P). Изброените елементи изграждат трите главни съставни части на всеки нулеотид:

1. Пентоза – това е монозахарид (въглехидратна молекула), който при рибонукленовата киселина (РНК) е рибоза, а при дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) е дезоксирибоза. Двата монозахарида се различават само по един кислороден атом, който при дезоксирибозата отсъства (оттам и представката дезокси-) от хидроксилната група на втора позиция.

ДНК, пентоза

Пентозите рибоза и дезоксирибоза – неделима част от структурните единици съответно на РНК и ДНК

2. Азотна база – представлява азотсъдържащ органичен пръстен (или пръстени), който е свързан със съответния вид пентоза. В ДНК азотните бази са четири различни вида – аденин, тимин, гуанин и цитозин. Във вторичната структура те образуват взаимно допълващи се комплементарни двойки. Аденинът винаги съответства на тимина, а гуанина допълва цитозина. При РНК положението е подобно, но с малката разлика, че базата тимин е заместена от урацил. Аденинът и гуанинът носят общото название пуринови бази, а цитозинът, тиминът и урацилът – пиримидинови бази.

Комплементарност на азотни бази в двойната спирала на ДНК

Комплементарност на азотни бази в двойната спирала на ДНК – червените прекъснати линии посредата са водородните връзки, а „монозахарид“ е съответната пентоза.

3. Фосфатен остатък от фосфорна киселина е третата съставна част на един нуклеотид.

Начина, по който мононуклеотидите се подреждат във веригата на ДНК определя нейната първична структура. И тъй като те се различават само по азотните си бази, тяхната последователност се оказва определящият фактор. Подреждането им е в основата на генетичния код.

Първична и вторична структура

За да стане ясна цялата структура, трябва да се обърне детайлно внимание на строежа на мономерите на ДНК.

Пентозата винаги се разполага в „центъра“ на всеки мононуклеотид. На първа позиция (1′) в нейния пръстен, тя се свързва с азотната база, а на противоположната пета позиция (5′) образува връзка с фосфатния остатък.

ДНК, нуклеотид, мононуклеотид

мононуклеотид – главната структурна единица на ДНК

В клетките, мононуклеотидите се срещат под формата на макроергични съединения: ди- и трифосфати. При хидролитичното откъсване на един или два фосфатни остатъка, се отделя голямо количество енергия, която се използва за нуждите на клетката.

Първична структура на ДНК

Под формата на монофосфати, нуклеотидите се нареждат и свързват в първичната структура на ДНК-веригата.

За да се образува верижната молекула на нуклеиновите киселини, всеки мононуклеотид формира на третата позиция (3′) в пръстена на пентозата си, нова връзка с фосфатния остатък на друг мононуклеотид. След многократно повторение на този процес се изгражда и цялата полимерна верига. Връзките, които се образуват между нуклеотидите в една верига се наричат фосфодиестерни връзки.

Всичко казано дотук все още описва първичната структура на ДНК, но остава въпроса как се формира вторичната структура?

ДНК, РНК

Схематично представяне на РНК и на двойната спирала на ДНК; лиценз на изобр.:CC BY-SA 3.0

Вторична структура на ДНК

През 1953 година Френсис Крик и Джеймз Уотсън стигнали до извода, че пространствената структура на ДНК в клетките включва не една, а две вериги. Те са увити една срещу друга в двойна спирала. ДНК-веригите притежават антипаралелен ход, което ще рече, че 3′ края на първата е срещу 5′ края на втората. Базите са насочени към вътрешността на тази структура, а фосфатните остатъци навън от нея.

По правилото за комплементарност, на всяка азотна база от едната верига, съответства точно определена допълваща я азотна база от другата верига. Между всички базови двойки се образуват водородни връзки, които свързват ДНК веригите в стабилна двойноспирална структура.

днк

Анимиран триизмерен модел на ДНК

ДНК молекулите са най-големите природни биополимери с тегло до 100 D. Тяхната функция е да бъдат носители на наследствената информация и да я предават в поколенията чрез процеса репликация (създаване на идентични копия на основата на комплементарността). Използването на тази информация става посредством транскрипция. Т.е. тя се „презаписва“ комплементарно на информационна РНК, откъдето пък чрез транслация, се „превежда“ на езика на белтъците.

Генетичен код

Както стана дума вече, кодирането на информацията става чрез различното подреждане азотните бази по дължината на веригата. Три съседни нуклеотида образуват триплет, наричан още кодон. Всеки триплет носи информацията само за една α-аминокиселина и нейното място в белтъчната верига.

Целият генетичен код е триплетен, универсален и изроден. Универсален е, защото всички организми на Земята имат еднакъв принцип на кодиране. Изроден е, защото няколко различни кодона поотделно, са способни да отговарят за една и съща аминокиселина. Изродеността следва от факта, че α-аминокиселините са само 20, а триплетите са 43=64.

При процеса транслация, протеините (белтъците) се формират чрез последователното свързване на α-аминокиселините в белтъчна структура. Последователността от кодони, която е отговорна за синтеза на един единствен белтък се нарича ген. Гените са най-малките функционални единици на наследствеността и изменчивостта.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!