ЗМІСТ СТАТТІ
Сучасна людина добре знає, що таке ДНК. Глибокі наукові дослідження цього питання дозволили отримати вичерпну інформацію в цій сфері. Перші знання про ДНК ми дізнаємося ще в школі, де нам пояснюють, що це структури з генетичною інформацією. Від їх правильного формування залежить психічне і фізичне здоров’я, все характеристики організму і мозкової діяльності.
Що таке ДНК простими словами?
ДНК, або дезоксирибонуклеїнової кислоти – це рівень організації живої природи. У кожній рослині, тварині і людині є три види макромолекул: ДНК, РНК і білки. У ДНК зберігається вся генетична інформація і інформація про будову двох інших макромолекул. Роль ДНК у передачі спадкової інформації можна порівняти з роллю креслення або коду, на якому базуються основні дані про організм. Дана макромолекула визначає генетичний набір ознак, мінливість і розвиток організму.
Відкриття дезоксирибонуклеїнових кислот
Відкриття дезоксирибонуклеїнових кислот Уотсоном і Криком датується 1 953 роком. Ці вчені, досліджуючи, що таке ДНК, запропонували структуру молекули у вигляді подвійної спіралі. Їх гіпотеза була пізніше підтверджена, а самим ученим вручили в 1962 році Нобелівську премію з медицини. Ці дослідження і відкриття стали можливі завдяки роботам інших вчених, які працювали раніше над цією проблемою.
Перші дослідження в цій області належать Йогану Мішера, виділити в 1869 році ДНК як окрему структуру. Спочатку ДНК отримало назву нуклеїнова кислота. Структура ДНК вважалася занадто простий, щоб зберігати генетичну інформацію, і їй приписали властивість зберігання запасів фосфору в організмі. Подальші дослідження вчених різних країн привели до думки про найскладнішої структурі ДНК і про її головній ролі в передачі спадкової інформації. Сучасні дослідження ведуться шляхом дослідження точного складу ДНК, її структури, можливості змін і мутацій.
Будова дезоксирибонуклеїнової кислоти
Структура дезоксирибонуклеїнової кислоти настільки складна, що вчені досі продовжують вивчати, що таке ДНК, і робити відкриття в цій галузі. ДНК – це макромолекула, що складається з нуклеотидів, об’єднаних в полінуклеотідниє ланцюжки. Ці ланцюги з’єднуються за допомогою водневих зв’язків попарно і закручуються по спіралі, найчастіше вправо. Крім деяких вірусів, ДНК всіх живих організмів мають двуспіральную структуру.
Кожен ланцюжок ДНК являє собою чергування цукрів і фосфатів. Для ДНК характерний ряд підстав:
- гуанін;
- тимін;
- цитозин;
- аденін.
Види нуклеотидів, що знаходяться на одного ланцюга, об’єднуються з конкретними підставами на інший ланцюга. Такі зв’язку підстав називають комплементарними і мають на увазі точне відображення інформації одного ланцюга в інший.
Типи нуклеотидів ДНК і РНК
Молекула нуклеотидів в ДНК і РНК складається з таких частин:
- азотистих основ (тимін, гуанін, цитозин і аденін);
- фосфорна кислота;
- п’ятивуглецевий цукор.
Нуклеотидний цукор складається з п’яти вуглецевих атомів, утворюючи пентозу. Вид пентози, з якого складається нуклеотид, визначає вид нуклеїнової кислоти:
- рибонуклеїнова кислота – РНК, якщо пентоза складається з рибози.
- Дезоксирибонуклеїнова кислота. Кожен нуклеотид дезоксирибонуклеїнової кислоти ДНК обов’язково містить дезоксирибози. На відміну від араб дезоксирибоза містить на один атом кисню менше.
Як нуклеотиди ДНК з’єднані в один ланцюг?
Щоб утворилася ланцюг ДНК з нуклеотидів, необхідна реакція конденсації. У процесі цієї реакції вуглець залишку цукру одного нуклеотиду і залишок фосфорної кислоти іншого вступають в складну зв’язок, утворюючи нерозгалужені полінуклеотідниє ланцюжки. Структура ДНК складається з ряду таких нуклеотидних ланцюгів. Між нуклеотидами утворюються міцні фосфодіефірні містки, що зменшують ризик появи проблем в структурі нуклеотидів.
функції ДНК
Вчені виділяють такі функції ДНК в клітині:
- Збереження спадкової інформації. У ДНК зберігається код білків, які визначають функції, будова та властивості всіх клітин.
- Передача генетичної інформації. У момент поділу клітин спіраль ДНК розкручується і на кожну нитку добудовується за принципом комплементарності друга нитка, призначена для нової клітини.
- Синтез молекул РНК. ДНК передає генетичну інформацію в цитоплазму, де здійснюється синтез білка за допомогою РНК. Сама молекула РНК утворюється на молекулі ДНК за принципом комплементарності. Цей процес називається транскрипцією. У процесі транскрипції з’являються три різних види РНК: рибосомальная, транспортна, інформаційна.
ДНК і хромосоми
Набір генів живого організму називається геномом. Геном містить велику інформацію, яка міститься в парах ДНК. Пара молекул ДНК називається хромосомою. У людини є 23 пари хромосом різні за формою і довжині, кожна пара відповідає за свою ознаку або особливість. Дезоксирибонуклеїнової кислоти, об’єднуючись в пари, найчастіше перетинається у вигляді Х або Y. 22 пари хромосом людини є соматичними, а одна пара – статевий.
пошкодження ДНК
Вивчаючи, що таке з’єднання ДНК, вчені прийшли до висновку, що молекула ДНК має складну хімічну структуру, в якій постійно відбуваються хімічні процеси. В результаті цих процесів і зовнішніх впливів в макроклетке можуть виникати пошкодження. Кількість таких пошкоджень може досягати щодня декількох тисяч подій. Пошкодження поділяються на такі види:
- одноцепочной – найбільш розповсюджені.
- Двуцепочние – пошкодження двох ланцюгів ДНК, що ускладнює відновлювальні процеси і може стати причиною загибелі клітини.
- окислювальні пошкодження, причиною яких є надлишок форм азоту або кисню.
- Депурінізація – виникнення ділянки в ланцюзі ДНК без азотистих основ.
- дезамінування – перетворення цитозину в урацил.
- Депірімідінізація – перетворення цитозину на тимін.
Пошкодження ДНК і репарація
Молекула ДНК має два ланцюги, ідентичні один одному. При пошкодженні частини одного ланцюга включається процес репарації, в ході якого відбувається зчитування та копіювання частини цілого ланцюга. Пошкодження ДНК і їх репарація відбуваються щодня в кожній живій клітині. Репарація дозволяє відновлювати функціональність клітини і підтримувати обмінні процеси.
У деяких випадках репараційні процеси виявляються неефективними. Йдеться про такі ситуації:
- двуцепочние пошкодження, коли відсутня можливість зчитування робочого ділянки кола;
- пошкодження великих ділянок;
- постійний вплив негативних зовнішніх чинників, які не дозволяють завершити відновлення.
Деякі репараційні процеси можуть приводити до появи таких помилок. Іноді репараційні процеси є джерелом появи мутацій, що передаються наступним поколінням, що потенційно є джерелом онкозахворювань. Невиправлені пошкодження ДНК можуть запускати програму апоптозу – загибелі клітини. Нагромаджені пошкодження ДНК призводять до захворювань і процесу старіння організму.
Пошкодження ДНК і мутації
Стійке зміна генотипу, що відбулося в результаті якихось причин, називають мутацією. Процес, що приводить до появи мутацій, називають мутагенезу, а організм зі зміненими клітинами називають мутантом. У ДНК людини мутації пов’язані з порушеннями в ланцюзі стандартних пар основ. Щоб усунути наслідки пошкоджень клітини, включаються репараційні механізми. Пошкоджені ділянки можуть вилучатися і замінюватися правильними. Якщо репараційні механізми не справляються з пошкодженням, це призводить до мутації інших генів і утворенню захворювань.
Мутації можуть виникати на етапі передачі генетичної інформації від батьків дитині. Багато видів мутацій є нешкідливими і не помітними. Вчені стверджують, що на кожне покоління клітин припадає до 200 важливих мутацій, які нам не помітні. Якщо ж мутаційні зміни порушують роботу клітини, це призводить до виникнення серйозного захворювання або смерті організму.
