Deoksiribonükleik asit - DNA - canlı organizmalar tarafından gelecek nesillere aktarılan kalıtsal bilgilerin taşıyıcısı ve büyüme ve yaşam süreçlerinde vücudun ihtiyaç duyduğu proteinlerin ve çeşitli düzenleyici faktörlerin yapımı için bir matris görevi görür. Bu yazıda, DNA yapısının en yaygın biçimlerinin neler olduğuna odaklanacağız. Ayrıca bu formların nasıl oluştuğuna ve canlı bir hücrede DNA'nın hangi formda bulunduğuna da dikkat edeceğiz.
DNA molekülünün organizasyon seviyeleri
Bu dev molekülün yapısını ve morfolojisini belirleyen dört seviye vardır:
- Birincil seviye veya yapı, zincirdeki nükleotidlerin sırasıdır.
- İkincil yapı, ünlü "çift sarmal" dır. Aslında böyle bir yapı bir vidayı andırsa da, yerleşen bu ifadedir.
- Üçüncül yapı, çift sarmallı bükülü DNA sarmalının tek tek bölümleri arasında zayıf hidrojen bağlarının ortaya çıkması nedeniyle oluşur,moleküle karmaşık bir uzaysal konformasyon kazandırmak.
- Kuaterner yapı zaten bazı proteinler ve RNA ile karmaşık bir DNA kompleksidir. Bu konfigürasyonda DNA, hücre çekirdeğinde kromozomlar halinde paketlenir.
Birincil Yapı: DNA'nın Bileşenleri
Deoksiribonükleik asit makromolekülünün oluşturulduğu bloklar, her biri aşağıdakileri içeren bileşikler olan nükleotidlerdir:
- azotlu baz - adenin, guanin, timin veya sitozin. Adenin ve guanin pürin bazları grubuna, sitozin ve timin pirimidine aittir;
- beş karbonlu monosakkarit deoksiriboz;
- Ortofosforik asit kalıntısı.
Polinükleotid zincirinin oluşumunda, dairesel bir şeker molekülündeki karbon atomlarının oluşturduğu grupların sırası önemli bir rol oynar. Nükleotitteki fosfat kalıntısı, deoksiribozun 5'-grubuna ("beş primer" okunur), yani beşinci karbon atomuna bağlanır. Zincir uzaması, bir sonraki nükleotidin bir fosfat kalıntısının deoksiribozun serbest 3'-grubuna bağlanmasıyla gerçekleşir.
Böylece, DNA'nın bir polinükleotid zinciri şeklindeki birincil yapısı 3'- ve 5'-uçlara sahiptir. DNA molekülünün bu özelliğine polarite denir: bir zincirin sentezi sadece bir yöne gidebilir.
İkincil yapı oluşumu
DNA'nın yapısal organizasyonundaki bir sonraki adım, azotlu bazların tamamlayıcılığı ilkesine dayanır - bunların birbirleriyle çiftler halinde bağlanabilme yeteneklerihidrojen bağları yoluyla. Tamamlayıcılık - karşılıklı yazışma - çünkü adenin ve timin bir çift bağ oluşturur ve guanin ve sitozin bir üçlü bağ oluşturur. Bu nedenle, bir çift zincir oluştururken, bu bazlar birbirinin karşısında durarak karşılık gelen çiftleri oluşturur.
Polinükleotid dizileri, ikincil yapıda antiparalel olarak bulunur. Yani, zincirlerden biri 3' - AGGZATAA - 5' gibi görünüyorsa, bunun tersi şöyle görünecektir: 3' - TTATGTTST - 5'.
Bir DNA molekülü oluşturulduğunda, çift polinükleotit zinciri bükülür ve tuzların konsantrasyonu, su doygunluğu ve makromolekülün yapısı, DNA'nın belirli bir yapısal adımda hangi formları alabileceğini belirler. Latin harfleri A, B, C, D, E, Z ile gösterilen bu tür birkaç form bilinmektedir.
Konfigürasyon C, D ve E vahşi yaşamda bulunmaz ve yalnızca laboratuvar koşullarında gözlemlenmiştir. DNA'nın ana formlarına bakacağız: kanonik A ve B olarak adlandırılanların yanı sıra Z konfigürasyonu.
A-DNA kuru bir moleküldür
A-şekli, her dönüşte 11 tamamlayıcı taban çiftine sahip bir sağ vidadır. Çapı 2.3 nm ve spiralin bir dönüşünün uzunluğu 2.5 nm'dir. Eşleştirilmiş bazların oluşturduğu düzlemler, molekül eksenine göre 20°'lik bir eğime sahiptir. Komşu nükleo titler, zincirler halinde kompakt bir şekilde düzenlenmiştir - aralarında sadece 0.23 nm vardır.
DNA'nın bu formu, düşük hidrasyon ve artan iyonik sodyum ve potasyum konsantrasyonu ile oluşur. için tipikDNA'nın RNA ile bir kompleks oluşturduğu süreçler, çünkü ikincisi başka biçimler alamaz. Ek olarak, A-formu ultraviyole radyasyona karşı oldukça dirençlidir. Bu konfigürasyonda, mantar sporlarında deoksiribonükleik asit bulunur.
Islak B-DNA
Düşük tuz içeriği ve yüksek derecede hidrasyon ile, yani normal fizyolojik koşullar altında, DNA ana B formunu alır. Doğal moleküller, kural olarak, B formunda bulunur. Klasik Watson-Crick modelinin temelini oluşturan ve çoğunlukla çizimlerde tasvir edilen kişidir.
Bu form (aynı zamanda sağlaktır), nükleotidlerin daha az kompakt yerleşimi (0.33 nm) ve büyük vida aralığı (3.3 nm) ile karakterize edilir. Bir dönüş 10.5 baz çifti içerir, her birinin bir öncekine göre dönüşü yaklaşık 36 °'dir. Çiftlerin düzlemleri "çift sarmal" eksenine neredeyse diktir. Böyle bir çift zincirin çapı A-formununkinden daha küçüktür - sadece 2 nm'ye ulaşır.
Kanonik olmayan Z-DNA
Kanonik DNA'nın aksine, Z tipi molekül solak bir vidadır. Sadece 1.8 nm çapa sahip olan en incesidir. 4.5 nm uzunluğundaki bobinleri uzamış gibi görünüyor; DNA'nın bu formu, dönüş başına 12 eşleştirilmiş baz içerir. Bitişik nükleo titler arasındaki mesafe de oldukça büyüktür - 0.38 nm. Böylece Z-şekli en az bükülmeye sahiptir.
Pürinin olduğu alanlarda B tipi bir konfigürasyondan oluşur.ve çözeltideki iyon içeriğinde bir değişiklik ile pirimidin bazları. Z-DNA oluşumu biyolojik aktivite ile ilişkilidir ve çok kısa süreli bir süreçtir. Bu form kararsızdır, bu da işlevlerinin incelenmesinde zorluklar yaratır. Şimdiye kadar tam olarak net değiller.
DNA replikasyonu ve yapısı
DNA'nın hem birincil hem de ikincil yapıları, replikasyon adı verilen bir fenomen sırasında ortaya çıkar - ana makromolekülden iki özdeş "çift sarmalın" oluşumu. Replikasyon sırasında, orijinal molekül çözülür ve serbest bırakılan tek zincirler üzerinde tamamlayıcı bazlar oluşur. DNA yarıları antiparalel olduğundan, bu süreç onlar üzerinde farklı yönlerde ilerler: 3' ucundan 5' ucuna kadar ana zincirlerle ilgili olarak, yani yeni zincirler 5' → 3' yönünde büyür. Önde gelen iplikçik, replikasyon çatalına doğru sürekli olarak sentezlenir; gecikmeli iplik üzerinde, ayrı bölümlerde (Okazaki fragmanları) çataldan sentez yapılır, bunlar daha sonra özel bir enzim olan DNA ligaz tarafından birbirine dikilir.
Sentez devam ederken, yavru moleküllerin önceden oluşturulmuş uçları sarmal bükülmeye maruz kalır. Daha sonra, replikasyon tamamlanmadan önce, yeni doğan moleküller süper sarmal adı verilen bir süreçte üçüncül bir yapı oluşturmaya başlar.
Süper Bükülmüş Molekül
DNA'nın süper sarmal formu, çift sarmallı bir molekül fazladan bir bükülme yaptığında oluşur. Saat yönünde (pozitif) veyakarşı (bu durumda olumsuz süper sarmadan söz edilir). Çoğu organizmanın DNA'sı, "çifte sarmalın" ana dönüşlerine karşı negatif olarak süper kıvrılmıştır.
Ek ilmeklerin - süper bobinlerin - oluşumunun bir sonucu olarak, DNA karmaşık bir uzaysal konfigürasyon kazanır. Ökaryotik hücrelerde bu işlem, DNA'nın histon protein kompleksleri etrafında negatif olarak sarıldığı ve nükleozom boncukları ile bir iplik şeklini aldığı komplekslerin oluşumu ile gerçekleşir. İş parçacığının serbest bölümlerine bağlayıcılar denir. Histon olmayan proteinler ve inorganik bileşikler de DNA molekülünün süper sarmal şeklini korumada yer alır. Kromatin bu şekilde oluşur - kromozomların maddesi.
Nükleozomal boncuklara sahip kromatin iplikleri, kromatin yoğunlaşması adı verilen bir süreçte morfolojiyi daha da karmaşık hale getirebilir.
DNA'nın son sıkıştırılması
Çekirdekte, deoksiribonükleik asit makromolekülünün şekli son derece karmaşık hale gelir ve birkaç adımda sıkıştırılır.
- İlk olarak, filament özel bir solenoid tipi yapıya sarılır - 30 nm kalınlığında bir kromatin fibril. Bu seviyede DNA katlanır ve uzunluğunu 6-10 kat kıs altır.
- Ayrıca, fibril, DNA'nın doğrusal boyutunu zaten 20-30 kat az altan spesifik iskele proteinlerinin yardımıyla zikzak döngüler oluşturur.
- Yoğun paketlenmiş döngü alanları bir sonraki seviyede oluşturulur ve çoğunlukla geleneksel olarak "lamba fırçası" olarak adlandırılan bir şekle sahiptir. İntranükleer proteine bağlanırlar.matris. Bu tür yapıların kalınlığı zaten 700 nm iken, DNA yaklaşık 200 kat kıs altılmıştır.
- Morfolojik organizasyonun son seviyesi kromozomaldir. Döngü alanları, toplam 10.000 kat kısalma elde edilecek şekilde sıkıştırılır. Gerilmiş molekülün uzunluğu yaklaşık 5 cm ise, kromozomlara paketlendikten sonra 5 mikrona düşer.
DNA formunun en yüksek komplikasyon seviyesi mitoz metafaz durumuna ulaşır. O zaman karakteristik bir görünüm kazanır - bölünme sürecinde kroma titlerin ayrılmasını sağlayan bir daralma-santromer ile birbirine bağlanan iki kromatit. Fazlar arası DNA, etki alanı düzeyine kadar düzenlenir ve hücre çekirdeğinde belirli bir sırayla dağıtılır. Böylece DNA'nın morfolojisinin, varlığının çeşitli evreleriyle yakından ilişkili olduğunu ve yaşam için bu en önemli molekülün işleyişinin özelliklerini yansıttığını görüyoruz.
