DNA (deoksiribonükleik asit), canlı maddenin en önemli bileşenlerinden biridir. Bu sayede kalıtsal bilgilerin nesilden nesile korunması ve aktarılması, belirli sınırlar içinde değişkenlik olasılığı ile gerçekleştirilir. Canlı bir sistem için gerekli olan tüm proteinlerin sentezi, DNA matrisi olmadan imkansız olurdu. Aşağıda DNA'nın yapısını, oluşumunu, temel işleyişini ve protein biyosentezindeki rolünü ele alacağız.
DNA molekülünün yapısı
Deoksiribonükleik asit, iki zincirden oluşan bir makromoleküldür. Yapısının birkaç organizasyon düzeyi vardır.
DNA zincirinin birincil yapısı, her biri dört azotlu bazdan birini içeren bir nükleotid dizisidir: adenin, guanin, sitozin veya timin. Zincirler, bir nükleotidin deoksiriboz şekeri, diğerinin fosfat kalıntısına bağlandığında ortaya çıkar. Bu işlem, bir protein katalizörü - DNA ligazının katılımıyla gerçekleştirilir
- DNA'nın ikincil yapısı sözde çift sarmaldır (daha doğrusu çift vida). Zeminler yeteneklibirbirleriyle şu şekilde bağlanır: adenin ve timin bir çift hidrojen bağı oluşturur ve guanin ve sitozin bir üçlü oluşturur. Bu özellik, zincirlerin birbirine bağlı olduğu temel tamamlayıcılık ilkesinin temelini oluşturur. Bu durumda, çift zincirin sarmal (çoğunlukla sağda) bükülmesi meydana gelir.
- Üçüncül yapı, ek hidrojen bağları yoluyla oluşan devasa bir molekülün karmaşık bir şeklidir.
- Kuaterner yapı, spesifik proteinler ve RNA ile kombinasyon halinde oluşturulur ve DNA'nın hücre çekirdeğinde paketlenme şeklidir.
DNA işlevleri
DNA'nın canlı sistemlerde oynadığı rolü ele alalım. Bu biyopolimer, çeşitli proteinlerin yapısının, vücudun ihtiyaç duyduğu RNA'nın yanı sıra çeşitli düzenleyici sitelerin bir kaydını içeren bir matristir. Genel olarak tüm bu bileşenler vücudun genetik programını oluşturur.
DNA biyosentezi yoluyla, genetik program gelecek nesillere aktarılır ve yaşam için temel olan bilginin kalıtsallığını sağlar. DNA, bir biyolojik türün canlı organizmalarının değişkenliğinin ortaya çıkması nedeniyle mutasyona uğrayabilir ve bunun sonucunda doğal seleksiyon süreci ve canlı sistemlerin evrimi mümkündür.
Eşeyli üreme sırasında, bir organizmanın soyundan gelenin DNA'sı, babadan ve anneden gelen kalıtsal bilgilerin birleştirilmesiyle oluşturulur. Birleştirildiğinde, değişkenliğe de katkıda bulunan çeşitli varyasyonlar vardır.
Genetik program nasıl yeniden üretilir
Tamamlayıcı yapı nedeniyle, DNA molekülünün matriks kendi kendini çoğ altması mümkündür. Bu durumda, içerdiği bilgiler kopyalanır. Bir molekülün iki kızı "çift sarmal" oluşturmak üzere kopyalanmasına DNA replikasyonu denir. Bu, birçok bileşeni içeren karmaşık bir süreçtir. Ancak belirli bir sadeleştirme ile bir diyagram olarak gösterilebilir.
Replikasyon, DNA'nın belirli alanlarındaki özel bir enzim kompleksi tarafından başlatılır. Aynı zamanda, çift zincir çözülür ve DNA biyosentezinin gerçekleştiği bir replikasyon çatalı oluşturur - zincirlerin her biri üzerinde tamamlayıcı nükleotit dizilerinin birikmesi.
Çoğ altma kompleksinin özellikleri
Replikasyon ayrıca, DNA polimerazın ana rolü oynadığı replizomlar olan karmaşık bir dizi enzimin katılımıyla da devam eder.
DNA biyosentezi sırasında zincirlerden biri liderdir ve sürekli oluşur. Gecikmeli bir iplikçik oluşumu, kısa diziler - Okazaki parçaları eklenerek gerçekleşir. Bu fragmanlar, DNA ligaz kullanılarak bağlanır. Böyle bir sürece yarı sürekli denir. Ek olarak, yeni oluşan moleküllerin her birinde zincirlerden biri ebeveyn, ikincisi ise kızı olduğu için yarı muhafazakar olarak karakterize edilir.
DNA replikasyonu, hücre bölünmesindeki en önemli adımlardan biridir. Bu süreç, kalıtsal bilgilerin yeni nesle aktarılmasının yanı sıra organizmanın büyümesinin temelini oluşturur.
Proteinler nelerdir
Proteintüm canlı organizmaların hücrelerindeki en önemli fonksiyonel element. Katalitik, yapısal, düzenleyici, sinyalizasyon, koruyucu ve diğer birçok işlevi yerine getirirler.
Bir protein molekülü, bir dizi amino asit kalıntısından oluşan bir biyopolimerdir. Nükleik asit molekülleri gibi, birincilden kuaternere kadar çeşitli yapısal organizasyon seviyelerinin varlığı ile karakterize edilir.
Yaşayan sistemler tarafından çok çeşitli proteinler oluşturmak için kullanılan 20 farklı (kanonik) amino asit vardır. Kural olarak, protein kendi başına sentezlenmez. Karmaşık bir protein molekülünün oluşumunda lider rol, nükleik asitlere - DNA ve RNA'ya aittir.
Genetik kodun özü
Yani DNA, vücudun büyümesi ve yaşaması için gerekli proteinler hakkında bilgi depolayan bir bilgi matrisidir. Proteinler amino asitlerden, DNA (ve RNA) nükleo titlerden yapılır. DNA molekülünün belirli nükleotid dizileri, belirli proteinlerin belirli amino asit dizilerine karşılık gelir.
Bir hücrede 20 tip protein yapısal birimi - kanonik amino asitler - ve DNA'da 4 tip nükleotit vardır. Böylece her amino asit, DNA matrisi üzerine üç nükleotidin bir kombinasyonu olarak yazılır - anahtar bileşenleri azotlu bazlar olan bir üçlü. Bu yazışma ilkesine genetik kod, baz üçlülerine ise kodon denir. genbir protein kaydını ve bazların bazı hizmet kombinasyonlarını (bir başlangıç kodonu, bir durdurma kodonu ve diğerleri) içeren bir kodon dizisi.
Genetik kodun bazı özellikleri
Genetik kod neredeyse evrenseldir - çok az istisna dışında, bakterilerden insanlara kadar tüm organizmalarda aynıdır. Bu, ilk olarak, Dünya'daki tüm yaşam formlarının ilişkisine ve ikinci olarak, kodun kendisinin eskiliğine tanıklık eder. Muhtemelen, ilkel yaşamın varlığının ilk aşamalarında, kodun farklı versiyonları oldukça hızlı bir şekilde oluştu, ancak sadece bir tanesi evrimsel bir avantaj elde etti.
Ayrıca, spesifiktir (belirsizdir): farklı amino asitler aynı üçlü tarafından kodlanmaz. Ayrıca, genetik kod dejenerasyon veya fazlalık ile karakterize edilir - birkaç kodon aynı amino aside karşılık gelebilir.
Genetik kayıt sürekli okunur; noktalama işaretlerinin işlevleri de üçlü bazlar tarafından gerçekleştirilir. Kural olarak, genetik "metin"de çakışan kayıtlar yoktur, ancak burada da istisnalar vardır.
DNA'nın fonksiyonel birimleri
Bir organizmanın tüm genetik materyalinin toplamına genom denir. Böylece DNA, genomun taşıyıcısıdır. Genomun bileşimi, yalnızca belirli proteinleri kodlayan yapısal genleri içermez. DNA'nın önemli bir kısmı farklı fonksiyonel amaçlara sahip bölgeler içerir.
Yani, DNA şunları içerir:
- düzenleyicigenetik anahtarlar ve yapısal gen ekspresyonunun düzenleyicileri gibi spesifik RNA'ları kodlayan diziler;
- transkripsiyon sürecini düzenleyen elementler - protein biyosentezinin ilk aşaması;
- psödogenler, mutasyonlar nedeniyle bir proteini kodlama veya kopyalanma yeteneklerini kaybetmiş bir tür "fosil gen"dir;
- mobil genetik elementler - transpozonlar ("atlayan genler");
- telomerler kromozomların uçlarındaki özel bölgelerdir, bu sayede kromozomlardaki DNA her replikasyon olayında kısalmaktan korunur.
gibi genom içinde hareket edebilen bölgeler
Protein biyosentezinde DNA'nın rolü
DNA, temel unsuru azotlu bazların tamamlayıcı bileşiği olan kararlı bir yapı oluşturabilir. DNA'nın çift sarmalı, ilk olarak, molekülün tam olarak yeniden üretilmesini ve ikinci olarak, protein sentezi sırasında DNA'nın tek tek bölümlerinin okunmasını sağlar. Bu işleme transkripsiyon denir.
Transkripsiyon sırasında, belirli bir geni içeren DNA'nın bir bölümü bükülmez ve zincirlerden birinde - şablon bir - bir RNA molekülü, kodlayıcı olarak adlandırılan ikinci zincirin bir kopyası olarak sentezlenir. Bu sentez aynı zamanda bazların tamamlayıcı çiftler oluşturma özelliğine de dayanmaktadır. DNA'nın kodlanmayan hizmet bölgeleri ve RNA polimeraz enzimi sentezde yer alır. RNA zaten protein sentezi için bir şablon görevi görür ve DNA sonraki süreçte yer almaz.
Ters transkripsiyon
Uzun bir süre matrisingenetik bilginin kopyalanması sadece bir yöne gidebilir: DNA → RNA → protein. Bu şema moleküler biyolojinin merkezi dogması olarak adlandırılmıştır. Bununla birlikte, araştırma sırasında, bazı durumlarda RNA'dan DNA'ya kopyalamanın mümkün olduğu bulundu - sözde ters transkripsiyon.
Genetik materyali RNA'dan DNA'ya aktarma yeteneği, retrovirüslerin özelliğidir. Bu tür RNA içeren virüslerin tipik bir temsilcisi, insan immün yetmezlik virüsüdür. Viral genomun enfekte olmuş bir hücrenin DNA'sına entegrasyonu, bir RNA şablonu üzerinde DNA biyosentezi için bir katalizör görevi gören özel bir enzim - ters transkriptazın (revertaz) katılımıyla gerçekleşir. Revertaz da viral partikülün bir parçasıdır. Yeni oluşan molekül, yeni viral partiküller üretmeye hizmet ettiği hücresel DNA'ya entegre edilir.
İnsan DNA'sı nedir
Hücre çekirdeğinde bulunan insan DNA'sı 23 çift kromozom halinde paketlenir ve yaklaşık 3,1 milyar çift nükleotit içerir. Nükleer DNA'ya ek olarak, insan hücreleri, diğer ökaryotik organizmalar gibi, mitokondriyal hücre organellerinin kalıtımında bir faktör olan mitokondriyal DNA'yı içerir.
Nükleer DNA'nın kodlayıcı genleri (20 ila 25 bin adet vardır) insan genomunun yalnızca küçük bir bölümünü oluşturur - yaklaşık %1,5. DNA'nın geri kalanı daha önce "çöp" olarak adlandırılıyordu, ancak çok sayıda çalışma, yukarıda tartışılan genomun kodlamayan bölgelerinin önemli rolünü ortaya koyuyor. süreçleri incelemek de son derece önemlidir.insan DNA'sında ters transkripsiyon.
Bilim, yapısal ve işlevsel açıdan insan DNA'sının ne olduğu konusunda zaten oldukça net bir anlayış oluşturmuştur, ancak bilim adamlarının bu alandaki daha fazla çalışması yeni keşifler ve yeni biyomedikal teknolojiler getirecektir.
