Подробна Статистика
Статии: 3530
Коментари към статиите: 3580
Снимки: 2072
Обяви: 1548
Връзки: 287
Фирми: 345
Теми във форума: 3236
Мнения във форума: 59164
Потребители във форума: 2105
Продукти в магазина: 2628
|
|
|
Дезоксирибонуклеинови киселини – ДНК |
|
|
29 декември 2007 |
Всички структури в клетката, междуклетъчните пространства и телесните течности в многоклетъчните организми са изградени от белтъци. Белтъците са най-застъпената група органични съединения в живите организми. Многообразието им се дължи на също толкова голямото многообразие на друга група органични молекули – нуклеиновите киселини. Днес се знае, че една част от тях носят програмата, по която се синтезират белтъците, а друга вземат пряко участие в белтъчния синтез.
Названието нуклеинови киселини идва от факта, че са изолирани от ядрен материал /нуклеус – ядро/. По-късно било установено, че се срещат и в цитоплазмата.Въпреки че са открити доста отдавна /в 1868 г. от швейцарския учен Ф.Мишер/, едва през 40-те години на 20 век бе установен химичният им състав и бяха получени първите доказателства, че именно това са молекулите, чрез които се съхранява и предава клетъчната програма за синтеза на белтъци в клетката. Тя се предава при делене на майчината клетка на двете нови дъщерни клетки, т.е. унаследява се от следващото клетъчно поколение и затова се нарича още наследствена или генетична програма или информация.
Чрез съвременната микроскопска техника се установи, че НК са линейни, неразклонени хетерополимери, като някои са с огромна дължина, значително по-голяма от тази на белтъците. Мономерите, от които са изградени – нуклеотидите, са по-сложни от мономерите на белтъците – аминокиселините /фиг.1./.
нуклеотид - схема DatsoPic 1.2 © 2007 by Andrey Datso
В изграждането на нуклеотидите участват два вида монозахариди от по 5 въглеродни атома – рибоза или дезоксирибоза. Един С-атом от молекулата на монозахарида се свързва с фосфатен остатък, а друг – с азотната база. Азотните бази, които се съдържат в нуклеотидите са два типа – големи /пуринови/ и малки /пиримидинови/. Големите бази са аденин/А/ и гуанин/Г/, а малките – тимин/Т/, урацил/У/ и цитозин/Ц/.
Както белтъците са полимери на аминокиселините, така НК са полимери на нуклеотидите. При свързване на нуклеотидите се отделя вода, както при белтъците и се образува полинуклеотидна верига. Полинуклеотидните вериги на НК биват два вида – дезоксирибонуклеинови /ДНК/ и рибонуклеинови /РНК/. В ДНК монозахаридният остатък е дезоксирибоза, а в РНК – рибоза. Азотните бази в ДНК са А,Г,Ц и Т, а в РНК – А,Г,Ц и У. В полинуклеотидната верига от фосфатните и от монозахаридните остатъци се образува захарофосфатния скелет на НК. От него „стърчат” азотните бази. Има още една интересна подробност – единият край на полинуклеотидната верига винаги има свободен фосфатен остатък, а другият – свободна хидроксилна група – т.е. НК имат посока.За начало винаги се приема фосфатния остатък, а за край – хидроксилната група. Посоката на полинуклеотидната верига е много съществена за правилното „прочитане” на информацията, записана в ДНК.
Наличието на фосфатни остатъци придава на НК киселинни свойства и отрицателни заряди. Това е причина те лесно да образуват комплекси с белтъци, в които преобладават положителни заряди.
НК са разнообразни по строеж и големина биополимери. Разнообразието им се определя от подреждането на азотните бази на отделните нуклеотиди в състава на полинуклеотдната верига по точно определен ред. Това определя индивидуалността на всяка молекула НК.
През 1953 г.бе направено едно от най-значимите открития в биологията – американският генетик Д.Уотсън и английският физик Ф.Крик разкриха в Кембридж структурата на ДНК, за което бяха удостоени по-късно с Нобелова награда. Откритието бе вълнуващо не само защото бе разгадана една важна химична структура, а защото от нея произтичаше важно следствие – чрез последователността на базите във веригите на ДНК може да бъде записана наследствената информация.
Установи се, че ДНК имат двойноспирална структура. Двете полинуклеотидни вериги са свързани само с нековалентни връзки и имат противоположни посоки, т.е. антипаралелен ход. Именно двойната спирала на ДНК е структурата, в която е записана цялата наследствена програма на всяка жива клетка.
Основна отличителна черта на двойната спирала е, че при нейното изграждане една голяма база от едната полинуклеотидна верига се свързва с малка база от срещуположната полинуклеотидна верига: базата А се свързва с Т, а базата Г – с Ц и обратно.Така винаги се спазва точно определена съответност /комплементарност/.
Азотните бази на нуклеотидите са насочени навътре от захарофосфатния скелет на молекулата и като че ли са скрити в нея. Базите на срещуположните полинуклеотидни вериги са свързани помежду си със слаби водородни връзки, като А се свързва с Т с две водородни връзки, а Г с Ц – с три. За една голяма молекула, като тази на ДНК, броя на водородните връзки е голям, така че, макар и слаби, но многобройни, те осигуряват стабилност на спиралата. Само стабилна молекула може да съхранява наследствената програма на клетката. Само по този начин може да се изгради спирала, при която разстоянието между двете полинуклеотидни вериги навсякъде по дължината и да е едно и също. Изискването за комплементарност между А /голяма база/ и Т /малка база/ и Г /голяма база/ и Ц /малка база/ предопределя начина, по който може да се синтезира ново, точно копие на ДНК.
Освен със стабилност, ДНК се характеризира и със способност да се променя. При определени въздействия, една база от ДНК може да се замени с друга, при което смисълът на информацията в нея може да се промени. При определени условия в разтвор /висока температура, висока киселинност или алкалност на средата/ двойноспиралната структура на ДНК се нарушава и молекулата се денатурира, подобно на белтъците – двете полинуклеотидни вериги се разделят една от друга. Често този процес се нарича „топене”. Когато разтворът на денатурирана ДНК се постави отново при физиологични условия /температура и киселинност, характерни за живия организъм/, двете полинуклеотидни вериги се свързват отново в двойна спирала по правилото за комплементарност.
ДНК са стабилни, но и изменчиви молекули както в структурно, така и в химично отношение. Само съчетанието на стабилност с известна изменчивост може да осигури изпълнението на сложните им биологични функции.
В прокариотните клетки ДНК е под формата на кръгова, свръхспирализирана молекула /плазмид/. Еукариотните организми съдържат значително по-голямо количество ДНК, която е съсредоточена в ядрото на клетките. Молекулите на ДНК са отворени и двуверижни. Някои клетъчни органели – митохондрии и хлоропласти, притежават малко ДНК, различна от ДНК в ядрото.
С усложняване на клетъчната структура информацията в клетката нараства, дължината на ДНК също се увеличава. За да се побере в клетъчното ядро, тя трябва да намали обема си. Това се постига чрез свързването и с различни белтъци, при което молекулата допълнително се нагъва, придобива по-сложна, но и по-компактна пространствена структура.
Основните биологични функции на ДНК са съхраняването и предаването на клетъчната програма. В молекулата на ДНК е записана цялата информация, необходима за съществуването на клетката.
Клетъчната програма е информацията за цялостната биологична характеристика на клетката, за нейните структурни и функционални особености. Функционалните особености на всяка клетка се определят основно от нейните белтъци. Съществува съответствие между последователността на аминокиселините на даден белтък и последователността на нуклеотидите в определен участък от ДНК.А именно – на всяка аминокиселина от белтъка съответства последователност от три нуклеотида от ДНК /код/.
Наборът от всички тройки нуклеотиди, които съответстват на 20-те аминокиселини в белтъците, се нарича генетичен код. Той е тризначен и чрез него клетката прочита и изпълнява записаната в ДНК информация.
Прочитането на информацията от ДНК има определена посока. В противен случай клетката не би могла да получава точни, недвусмислени указания за синтезата на белтъците.
Участък от ДНК, който носи информация за синтезата на една полипептидна верига /белтък/, се нарича ген. Генът е най-малката функционална единица за наследственост.Съвкупността от всички гени в клетката, представлява нейния геном.
Нуклеотидната последователност в ДНК е много важен показател. Много изследвания са посветени на създаването на методи за установяване на тази последователност в ДНК с различен произход.Много усилия са положени, за да се разкрие броя на гените и начините, по които те функционират. Нуклеотидната последователност на ДНК е характерна за всеки индивид. В началото на нашия век две лаборатории независимо една от друга публикуваха резултатите от разчитането на човешкия геном. Оказа се, че вместо предполагаемите около 100 000 гена, човекът притежава значително по-малко количество гени - около 25 – 30 000. Решаването на тази задача ще даде отговори на много въпроси: за продължителността на човешкия живот, за предразположението към различни заболявания, за склонността към престъпни прояви, за наличието на изключителни способности и др.
ДНК е не само молекула, която съхранява наследствената информация. Тя може и да я предава от майчината на дъщерните клетки, когато клетката се дели. При подготовката на клетката за делене, всяка молекула ДНК се удвоява – тя се деспирализира от определено място и по принципа на съответствието срещу всеки нуклеотид от старата верига , съдържащ определена азотна база, застава съответен /комплементарен/ свободен нуклеотид. Така последователността на нуклеотидите в старата верига диктува подреждането на нуклотидите в новосинтезиращата се верига.Отделните подредени нуклеотиди се свързват и образуват нова полинуклеотидна верига.Този процес на удвояване на ДНК в клетката се нарича репликация /удвояване/.
При удвояването на ДНК родителската ДНК-молекула представлява модел /матрица/, по която се синтезира новата ДНК-молекула., а принципът е известен като матричен.
От всичко изложено дотук се разбира, че ДНК са изключително важни за живота поради ролята им в запазването и предаването на генетичната информация в поколенията.
- Основна литература:
- Биология и здравно образование – ЗП, учебник за 9 клас, Огнян Димитров и съавтори, 2001-2003 г.,изд.Булвест 2000”, София
- ДНК – план
1. Увод
2. Откриване
3. Структура на НК:
- линейни, неразклонени хетерополимери;
- мономери – нуклеотиди;
- строеж на нуклеотид;
- схема на нуклеотид;
- полинуклеотидна верига;
- видове НК – ДНК и РНК;
- изграждане на захарофосфатния скелет;
- посока на НК, значение;
- химичен характер на НК;
- големина, разнообразие, индивидуалност на НК;
4. Структура на ДНК:
- откритието на Уотсън и Крик;
- двойна спирала, ход на веригите;
- свързване на базите;
- бази – разположение, връзки между тях, комплементарност;
- денатурация;
- ДНК – стабилни, но и изменчиви молекули;
- ДНК в прокариотните клетки;
- ДНК в еукариотните клетки, извънядрена ДНК;
5. ДНК – главна молекула на наследствеността:
- основни функции на ДНК – съхраняване и предаване на клетъчната програма;
- клетъчна програма;
- генетичен код;
- ген;
- геном на клетката;
- значение на нуклеотидната последователност;
- разшифроване на човешкия геном;
- предаване на наследствената информация /репликация/.
6. Заключение
- Автор: Гълъбина Борисова
- Послепис:
Това е тема от Програмата по Биология за 9 клас, за МУ - София. Но същата тема я има и в програмите за другите вузове. Освен от 9 клас там са включени и теми от 8 и 10 клас.
Към темата сме приложили и разширен план на самата тема.
Можете и да ползвате само плана, за да си оформите сами темата.
- Зоомания се интересува кои теми представляват интерес за вас – моля пишете ни на:
Този е-мейл адрес е защитен от спам ботове, трябва ДжаваСкрипт поддръжка за да го видите
Коментари () |
|
|
|
 |
|
|
|
|
