Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) - один з двох типів нуклеїнових кислот, який забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку і функціонування живих організмів. Основна роль ДНК в клітинах - довготривале зберігання інформації про структуру РНК і білків.
З хімічної точки зору, ДНК - це довга полімерна молекула, що складається з повторюваних блоків, нуклеотидів. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) і фосфатної групи. Зв'язки між нуклеотидами в ланцюжку утворюються за рахунок дезоксирибози і фосфатної групи. У переважній більшості випадків (окрім деяких вірусів, що містять одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК складається з двох ланцюжків, орієнтованих азотистими основами один до одного. Ця дволанцюжкова молекула утворює спіраль. В цілому структура молекули ДНК отримала назву «подвійної спіралі».
У ДНК зустрічається чотири види азотистих основ (аденін, гуанін, тимін і цитозин). Азотисті основи одного з ланцюжків сполучені з азотистими основами іншого ланцюжка водневими зв'язками згідно принципу комплементарності: аденін з'єднується тільки з тиміном, гуанін - тільки з цитозином.
ДНК є носієм генетичної інформації, записаної у вигляді послідовності нуклеотидів за допомогою генетичного коду. З молекулами ДНК пов'язані два основоположних властивості живих організмів - спадковість і мінливість. В ході процесу, званого репликацией ДНК, утворюються дві копії початкового ланцюжка, успадковані дочірніми клітинами при розподілі, таким чином утворилися клітини виявляються генетично ідентичні вихідній.
Генетична інформація реалізується при експресії генів у процесах транскрипції (синтезу молекул РНК на матриці ДНК) і трансляції (синтезу білків на матриці РНК).
Послідовність нуклеотидів «кодує» інформацію про різні типи РНК: інформаційних, або матричних (іРНК), рибосомальних (рРНК) і транспортних (тРНК). Всі ці типи РНК синтезуються на основі ДНК в процесі транскрипції. Роль їх у біосинтезі білків (процесі трансляції) різна. Інформаційна РНК містить інформацію про послідовність амінокислот у білку, рибосомальні РНК служать основою для рибосом (складних нуклеопротеінових комплексів, основна функція яких - збірка білку з окремих амінокислот на основі іРНК), транспортні РНК доставляють амінокислоти до місця збірки білків - в активний центр рибосоми, « повзучої »по іРНК.
Генетична інформація, закодована в ДНК, повинна бути прочитана і зрештою виражена в синтезі різних біополімерів, з яких складаються клітини. Послідовність основ у ланцюжку ДНК безпосередньо визначає послідовність основ в РНК, на яку вона «переписується» в процесі, званому транскрипцією. У разі мРНК, ця послідовність визначає амінокислоти білка. Співвідношення між нуклеотидної послідовністю мРНК і амінокислотною послідовністю визначається правилами трансляції, які називаються генетичним кодом. Генетичний код складається з трибуквених «слів», званих кодонами, що складаються з трьох нуклеотидів (тобто ACT CAG TTT і т. П.). Під час транскрипції нуклеотиди гену копіюються на синтезируемую РНК РНК-полімеразою. Ця копія у разі мРНК декодується рибосомою, яка «читає» послідовність мРНК, здійснюючи спаровування матричної РНК з транспортними РНК, які приєднані до амінокислот. Оскільки в тринуклеотидних комбінаціях використовуються 4 основи, всього можливі 64 кодони (4sup3- комбінації). Кодони кодують 20 стандартних амінокислот, кожній з яких відповідає в більшості випадків більше одного кодону. Один з трьох кодонів, які розташовуються в кінці мРНК, не означає амінокислоту і визначає кінець білка, це «стоп» або «нонсенс» кодони - TAA, TGA, TAG.
Розподіл клітин необхідно для розмноження одноклітинного і зростання багатоклітинного організму, але до поділу клітина повинна подвоїти геном, щоб дочірні клітини містили ту ж генетичну інформацію, що і початкова клітина. З декількох теоретично можливих механізмів подвоєння (реплікації) ДНК реалізується напівконсервативний. Два ланцюжки розділяються, а потім кожна комплементарна послідовність ДНК відтворюється ферментом ДНК-полімеразою. Цей фермент будує полінуклеотидних ланцюг, знаходячи правильне підставу через комплементарное спаровування підстав і приєднуючи його до зростаючого ланцюжка. ДНК-полімераза не може починати новий ланцюг, а тільки лише нарощувати вже існуючий, тому вона потребує короткої ланцюжку нуклеотидів (праймерів), синтезованих праймазой. Так як ДНК-полімерази можуть будувати ланцюжок тільки у напрямку 5 '-> 3', для копіювання антипаралельних ланцюгів використовуються різні механізми.
Джерело:
Додатково:
- науковий сайт про ДНК;
- публічна лекція першовідкривача ДНК Джеймса Уотсона, можна скачати;
- стаття члена-кореспондента Російської академії медичних наук, професора В.С.Репин "Молекулярна інформація - міф чи реальність?"