Познание мира

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является наследственным материалом человека и всех живых организмов. Это двухцепочечная молекула с уникальной закрученной спиральной структурой. ДНК состоит из нуклеотидов, каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: основной цепи, состоящей из сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы, и азотсодержащего основания, присоединенного к сахару. Каждая цепь имеет много нуклеотидов или говорит о большом количестве сахара, фосфатной группы и азотистых оснований. Эти азотистые основания дополняют азотистые основания другой цепи для сохранения спиральной симметрии. Каждая пара оснований связана водородной связью. Эти азотистые основания представляют собой аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Эти основания отвечают за хранение генетической информации. Большая часть ДНК расположена в ядре клетки, так называемая ядерная ДНК, однако небольшое количество ДНК также находится в митохондриях и поэтому называется митохондриальной ДНК.

Свойства ДНК

1. ДНК состоит из двух спиральных цепей, намотанных вокруг одной оси. Если она свернута справа, она известна как правосторонняя спираль ДНК, а если свернута слева, то она известна как левосторонняя спираль. Однако ДНК с правой спиралью является наиболее стабильной, поэтому ее структуру следует рассматривать как стандартную.
2. Две цепочки спиралей идут антипараллельно друг другу. Таким образом, одна нить проходит от 5 футов до 3 футов, а другая — от 3 футов до 5 футов.
3. Обе нити денатурируют при нагревании и могут ренатурировать при охлаждении. Однако температура, при которой эти цепи постоянно находятся отдельно, называется температурой плавления и варьируется в зависимости от конкретной последовательности ДНК.
4. Например, область с более высокой концентрацией CG имеет более высокую температуру плавления, потому что эти основания связаны тремя водородными связями, которые требуют больше энергии для разрыва, чем область более высокой концентрации AT, которые связаны только двумя водородными связями.
5. Эти азотистые основания хранят генетическую информацию и, таким образом, кодируют аминокислоты, из которых состоят белки.

Структура и состав ДНК

1. ДНК состоит из двух спиральных цепей, которые переплетаются друг с другом, образуя двойную спираль. Наиболее широко распространенной структурой ДНК является ДНК с правой спиралью, также известная как B-форма ДНК, которая имеет диаметр 1,9 нм.
2. Эти спиральные цепи проходят антипараллельно друг другу, одна полинуклеотидная цепь проходит от 5 ‘до 3’, а другая полинуклеотидная цепь проходит от 3 ‘до 5’. Эти цепи связаны друг с другом азотными основаниями посредством водородной связи.
3. Водородная связь способствует специфичности спаривания оснований. Аденин предпочтительно соединяется с тимином через 2 водородные связи. Точно так же цитозин предпочтительно соединяется с гуанином через 3 водородные связи. 
4. Спаривание оснований происходит, когда пиримидины спариваются с пуринами, потому что пиримидины относятся к одинарной кольцевой структуре тимина и цитозина, а пурины относятся к двойным кольцевым структурам, аденину и тимину.
5. Пары оснований A = T и G ≡ C известны как дополнительные пары оснований. Следовательно, количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина.
6. На геометрию ДНК влияет расстояние между скелетами и угол, под которым азотистые основания прикрепляются к скелету.
7. Большая канавка возникает, когда позвонки находятся далеко друг от друга, а малая канавка возникает, когда они расположены близко.
8. Регулярность спиральной структуры образует два повторяющихся и чередующихся пространства: большие и второстепенные канавки.
9. Двойная спиральная структура ДНК очень регулярна, каждый виток спирали составляет примерно 10 пар оснований. В дополнение к водородной связи между основаниями, ступенчатость оснований также стабилизирует структуру, существуют взаимодействия между ступенчатыми ароматическими кольцами оснований.
10. Расстояние между каждым витком составляет 3,4 нм.
11. Большая канавка имеет ширину 2,2 нм, а малая канавка — 1,1 нм.

Типы ДНК на основе форм

А-образная форма

1. Основное различие между формами ДНК A и B заключается в конформации сахарного кольца дезоксирибозы. Для формы B он находится в эндоконформации C2, а для формы A — в эндоконформации C3.
2. Еще одно важное различие между A и B-формой заключается в расположении или, скажем, размещении пар азотистых оснований в дуплексе. 
3. В форме B пары оснований находятся почти в центре по оси спирали, тогда как в форме A пары оснований отклонены от центральной оси к большой канавке.
4. Расстояние между двумя парами оснований составляет 0,29 нм. Один виток спирали содержит 11 пар оснований длиной 2,8 нм.
5. Ширина спирали составляет 2.3 нм, что больше, чем у B-формы.

B-форма

1. Стандартная общеизвестная структура ДНК была описана Уотсоном и Криком и представляет собой правую двойную спираль.
2. Двойные спиральные цепи проходят антипараллельно друг другу, одна проходит от 5 ‘до 3’, а другая — от 3 ‘до 5’, и соединяются вместе посредством комплементарного спаривания азотистых оснований.
3. Основываясь на правилах Чаргаффа, основания связаны друг с другом только тогда, когда один пурин одной цепи соединяется с одним пиримидином другой цепи.
4. Образованная пара представляет собой пару кето-оснований с амино-основанием, пурин с пиримидином.
5. Две нити молекулы ДНК представляют собой плектонемную спираль, что означает, что эти две нити свернуты вокруг одной оси и переплетаются друг с другом.
6. Следствием этой плектонемической спирали является то, что эти две нити не могут быть разделены без вращения ДНК.
7. Расстояние между парами оснований составляет 0,34 нм. Один виток спирали содержит 10 пар оснований длиной 3,4 нм.
8. Эта форма ДНК имеет диаметр 1,9 нм, что означает, что ширина спирали составляет 1,9 нм.
9. Широкая и неглубокая большая бороздка 2,2 нм, что делает ее легко доступной для белков, а также узкая и малая бороздка 1,1 нм.

Z-форма

1. Это левая спираль, и она имеет совершенно другую структуру по сравнению с формами A и B.
2. Эта форма ДНК может образовываться, когда ДНК находится в чередующихся пурино-пиримидиновых последовательностях.
3. Основа — это не гладкая спираль, а неправильный зигзаг, который является результатом чередования последовательностей пуринов и пиримидинов.
4. ДНК в форме B может принимать форму Z, когда белки связаны с ДНК в одной спиральной конформации и заставляют ДНК принимать другую конформацию.
5. Это усвоение происходит в нуклеотиде G, сахар в этой форме имеет эндоконформацию C3, а основание гуанина находится в синконформации.
6. В результате гуанин снова оказывается на сахарном кольце, что необычно, чем формы B и A.
7. Он длиннее и тоньше, чем формы B и A.
8. Ширина спирали составляет 1,8 нм, это наименьшая из трех форм.
9. Расстояние между парами оснований составляет 0,37 нм. Один виток спирали содержит 12 пар оснований длиной 4,56 нм.
10. Большая канавка плоская, а малая узкая и глубокая.

Типы ДНК по месту нахождения

Ядерная ДНК

1. Эти ДНК расположены внутри ядра, организованного в хромосоме.
2. У человека эти хромосомы составляют 43 пары, линейные с открытыми концами и содержат 3 миллиарда нуклеотидов.
3. Ядерная ДНК содержит гены, которые транскрибируются в мРНК и в конечном итоге транслируются в белки, необходимые для функционирования и поддержания целостности клетки.
4. Унаследован от обоих родителей, поэтому диплоиден и считается уникальным для каждого человека, за исключением однояйцевых близнецов.
5. Обычно присутствует в двух экземплярах на ячейку.

Митохондриальная ДНК

1. Расположен внутри митохондрий.
2. Маленький и круглый по структуре.
3. Наследуется только от матери, поэтому является гаплоидом.
4. Присутствует в гораздо большем количестве экземпляров, т.е. 100–10 000 на ячейку.
5. Он имеет всего 16 500 пар оснований и кодирует белки, специфичные для митохондрий. Эти белки жизненно важны для производства энергии.
6. Белки, кодируемые митохондриальной ДНК, также играют ключевую роль во внутриклеточном транспорте белков.

Функции ДНК

1. ДНК хранит полную генетическую информацию, необходимую для определения организма.
2. Это источник информации, необходимой для синтеза клеточных белков и других макромолекул, необходимых организму.
3. Он отвечает за идентификацию и определение индивидуальности данного организма.
4. Его также можно использовать в качестве целевого элемента при диагностике конкретного заболевания. 
5. Он может реплицироваться, давая начало двум дочерним клеткам и передавая одну копию дочерним клеткам во время деления клеток. Таким образом, сохраняя генетический материал из поколения в поколение.