Будова ДНК: особливості, схема. Яку будову має молекула ДНК?

ДНК є універсальним джерелом та зберігачем спадкової інформації, яка записана за допомогою спеціальної послідовності нуклеотидів, вона визначає властивості всіх живих організмів.

Середня молекулярна маса нуклеотиду приймається рівною 345, а кількість нуклеотидних залишків може досягати кількох сотень, тисяч і навіть мільйонів. ДНК в своїй основній масі знаходиться в ядрах клітин. Трохи міститься у хлоропластах та мітохондріях. Проте ДНК ядра клітини – це одна молекула. Вона складається з безлічі молекул, які розподілені за різними хромосомами, їх кількість змінюється залежно від організму. Це і є особливості будови ДНК.

Історія відкриття ДНК

Будова та функції ДНК були відкриті Джеймсом Вотсоном та Френсісом Криком, їм навіть була вручена Нобелівська премія у 1962 році.

Але вперше виявив нуклеїнові кислоти швейцарський вчений Фрідріх Йоган Мішер, який працював у Німеччині. У 1869 році він вивчав тваринні клітини – лейкоцити. Для їхнього одержання використовував пов'язки з гноєм, які діставалися йому з лікарень. З гною Мішер вимивав лейкоцити, та якщо з них виділяв білок. У ході цих досліджень вченому вдалося встановити, що в лейкоцитах крім білків є ще щось, якесь невідоме на той момент речовина. Воно являло собою ниткоподібний або пластівцевий осад, який виділявся, якщо створити кисле середовище. Осад відразу розчинявся при додаванні лугу.

Вчений з допомогою мікроскопа виявив, що з відмиванні лейкоцитів з допомогою соляної кислоти від клітин залишаються ядра.Тоді він зробив висновок, що в ядрі є невідома речовина, яку він назвав нуклеїном (слово nucleus в перекладі означає ядро).

Провівши хімічний аналіз, Мішер з'ясував, що нова речовина у своєму складі має вуглець, водень, кисень і фосфор.

Таким чином, у ХІХ столітті було відкрито існування нуклеїнових кислот. Однак у той час ніхто не міг навіть подумати про те, яка важлива роль їм належить.

Речовина спадковості

Будівлю ДНК продовжували досліджувати, і в 1944 році група бактеріологів під керівництвом Освальда Евері отримала докази того, що ця молекула заслуговує на серйозну увагу. , що викликають захворювання, з тими, які безпечні для живих організмів. Спочатку хвороботворні клітини вбивали, а потім додавали до них ті, які захворювань не викликають.

Результати досліджень вразили всіх. Були такі живі клітини, які після взаємодії з мертвими навчалися викликати хворобу.

Будова

Отже, необхідно розібратися з тим, яку будову має молекула ДНК.Встановлено, що ядра клітин ссавців містять багато цих клітин, вони розподілені за хромосомами, їх налічується 46.

Вивчаючи будову ДНК, 1924 року Фельген вперше встановив її локалізацію. Докази, отримані під час експериментів, показали, що ДНК перебуває у мітохондріях (1-2%). В інших місцях ці молекули можуть перебувати при вірусній інфекції, базальних тільцях, а також у яйцеклітинах деяких тварин. Відомо, що чим складніше організм, тим більше ДНК більше. Кількість молекул, що у клітині, залежить від функції і становить зазвичай 1-10%. Найменше їх перебуває у міоцитах (0,2%), більше – у статевих клітинах (60%).

Будова ДНК показала, що у хромосомах вищих організмів вони пов'язані з простими білками – альбумінами, гістонами та іншими, які усі разом утворюють ДНП (дезоксирибонуклеопротеїд). Зазвичай велика молекула нестійка, і для того, щоб вона залишалася цілою і незмінною в ході еволюції, створено так звану репаруючу систему, що складається з ферментів – лігаз і нуклеаз, які відповідають за «ремонт» молекули.

Хімічна будова ДНК

ДНК є полімером, полінуклеотидом, що складається з величезної кількості (до десятків тисяч мільйонів) мононуклеотидів. Будова ДНК має такий вигляд: мононуклеотиди містять азотисті основи – цитозин (Ц) та тимін (Т) – з похідних піримідинів, аденін (А) та гуанін (Г) – з похідних пурину. Крім азотистих основ, у складі молекули людини та тварин є 5-метилцитозин - мінорна піримідинова основа. З фосфорною кислотою та дезоксирибозою зв'язуються азотисті основи. Схема будови ДНК показана нижче.

Правила Чаргафа

Будова та біологічна роль ДНК вивчалися Еге. Чаргаффом 1949 року.У ході досліджень він виявив закономірності, які спостерігаються у кількісному розподілі азотистих основ:

1. ∑Т + Ц = ∑А + Г (тобто число піримідинових основ дорівнює числу пуринових).
2. Завжди кількість залишків аденіну дорівнює кількості залишків тиміну, а кількість гуаніну дорівнює цитозину.
3. Коефіцієнт специфічності має формулу: Г+Ц/А+Т. Наприклад, у людини вона дорівнює 1,5, у бика – 1,3.
4. Сума "А + Ц" дорівнює сумі "Г + Т", тобто аденіну та цитозину є стільки ж, скільки гуаніну та тиміну.

Модель будови ДНК

Її створили Вотсон та Крик. Залишки фосфатів та дезоксирибоз розташовуються по хребту двох закручених спіралеподібним чином полінуклеотидних ланцюгів. Визначено, що площинні структури піримідинових і пуринових основ розташовуються перпендикулярно до осі ланцюга і утворюють як би ступені сходів у вигляді спіралі. Встановлено також, що завжди з'єднується з Т за допомогою двох водневих зв'язків, а Г прикріплено до Ц вже трьома такими ж зв'язками. Цьому явищу дали назву "принцип вибірковості та комплементарності".

рівні структурної організації

Вигнутий як спіраль полінуклеотидний ланцюг – це первинна структура, яка має певний якісний та кількісний набір мононуклеотидів, пов'язаних 3',5'-фосфодіефірним зв'язком. Таким чином, кожен з ланцюгів має 3'-кінець (дезоксирибозу) і 5'-кінець (фосфатний). Ділянки, які містять генетичну інформацію, названі структурними генами.

Двоспіральна молекула – це вторинна структура. Причому її полінуклеотидні ланцюги антипаралельні та зв'язуються водневими зв'язками між комплементарними основами ланцюгів.Встановлено, що у кожному витку цієї спіралі міститься 10 нуклеотидних залишків, довжина її дорівнює 3,4 нм. Цю структуру підтримують також Ван-дер-Ваальсові сили взаємодії, які спостерігаються між основами одного ланцюга, що включають відштовхувальні та притягуючі компоненти. Ці сили пояснюються взаємодією електронів у сусідніх атомах. Електростатична взаємодія також стабілізує вторинну структуру. Воно виникає між позитивно зарядженими молекулами гістонів і зарядженою негативно ниткою ДНК.

Третинна структура – ​​це намотування ланцюгів ДНК на гістони чи суперспіралізація. Описано п'ять видів гістонів: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.

Укладання нуклеосом у хроматин – це четвертинна структура, тому молекула ДНК, що має довжину кілька сантиметрів, може складатися до 5 нм.

Функції ДНК

Основними функціями ДНК є:

1. Зберігання спадкової інформації. Послідовність амінокислот, що у молекулі білка, визначається порядком, у якому розташовані нуклеотидні залишки в молекулі ДНК. Також у ній зашифрована вся інформація про властивості та ознаки організму.
2. ДНК здатна передавати спадкову інформацію наступному поколінню. Це можливо через здатність до реплікації – самоподвоєння. ДНК здатна розпадатися на два комплементарні ланцюжки, і на кожному з них (відповідно до принципу комплементарності) відновлюється вихідна послідовність нуклеотидів.
3. За допомогою ДНК відбувається біосинтез білків, ферментів та гормонів.

Висновок

Будова ДНК дозволяє їй бути зберігачем генетичної інформації, а також передавати її наступним поколінням. Які особливості у цієї молекули?

1. Стабільність.Це можливо завдяки глікозидним, водневим та фосфодіефірним зв'язкам, а також механізму репарації індукованих та спонтанних ушкоджень.
2. Можливість реплікації. Цей механізм дозволяє у соматичних клітинах зберігати диплоїдну кількість хромосом.
3. Існування генетичного коду. За допомогою процесів трансляції та транскрипції послідовність основ, що знаходяться в ДНК, перетворюється на послідовність амінокислот, що знаходяться в поліпептидному ланцюзі.
4. Здатність до генетичної рекомбінації. При цьому утворюються нові поєднання генів, які зчеплені між собою.

Таким чином, будова та функції ДНК дозволяють їй відігравати неоціненну роль в організмах живих істот. Відомо, що довжина 46 молекул ДНК, що знаходяться в кожній клітині людини, дорівнює майже 2 м, а число нуклеотидних пар становить 3,2 млрд.

БІОХІМІЯ ТА МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ - В. ЕЛЛІОТ - 2002

У цьому розділі ми познайомимося зі структурою ДНК і поняттям гена, а в двох наступних буде розказано про синтез ДНК та її роль в утворенні білка. Головна функція ДНК пов'язана з її участю в синтезі білків, амінокислотна послідовність яких визначає всі множини процесів, що становлять основу життя протягом мільйонів років еволюції.

Що таке нуклеїнові кислоти?

Дезоксирибонуклеїнова кислота, або ДНК, вперше була виділена із клітинних ядер. Тому вона була названа нуклеїновою (від лат. Nucleus – ядро). Її кислотні властивості зумовлені наявністю у складі молекули залишків фосфорної кислоти. Як вуглеводний компонент виступає 2-дезокси-D-рибоза. У сукупності все це і визначило назву – дезоксирибонуклеїнова кислота.У клітинах є і інший тип нуклеїнових кислот - рибонуклеїнові, в яких вуглевод представлений D-рибозою. Тому і називаються вони рибонуклеїновими, або РНК (див. Розділ 21). На відміну від D-рибози, 2-дезокси-D-рибоза не містить кисню при другому вуглецевому атомі; її зазвичай називають просто дезоксирибозою.

В еукаріотичних клітинах основна маса ДНК міститься в ядрі (незначні кількості присутні в мітохондріях та хлоропластах), тоді як більшість РНК знаходиться в цитоплазмі, хоча синтезується вона в ядрі (крім РНК мітохондрій та хлоропластів). Хоча синтез нуклеотидів був розглянутий у розділі 18, для зручності викладу ми знову повернемося до цього класу сполук. Але спочатку про ДНК.

Первинна структура ДНК

ДНК – полінуклеотид. Будова нуклеотиду можна представити так: фосфат-цукор-основа.

А так виглядає структура дезоксирибонуклеотиду, для простоти наведена у неіонізованій формі.

Цукор представлений, як зазначалося вище, 2-дезокси-D-рибозою (Дезоксирибозою) і знаходиться у формі фуранози, утворюючи п'ятичленний цикл. При нумерації атомів дезоксирибозного циклу додається штрих ('), щоб відрізнити її від нумерації атомів у підставах, тому атоми вуглецю у вуглеводному залишку позначаються як 1', 2', 3', 4' і 5' (вимовляється "п'ять штрих" і т .д) і номери записуються із зовнішнього боку циклу.

Які підстави входять до ДНК?

На відміну від білків, утворених 20 амінокислотами, у складі ДНК зустрічається лише 4 різних підстави, структура яких не набагато складніша, ніж структура амінокислот. Підстави представлені аденіном, гуаніном, цитозином і тиміном, або, скорочено, А, G, С та Т відповідно. А і G – пурини, С і Т – піримідини.Нумерація атомів у основах записується всередині циклу.

Зверніть увагу на метильну групу в тіміні! Надалі назви підстав будуть наводитися у скороченому варіанті.

Підстави можуть існувати в таутомерних формах (кето-енол та аміно-іміно), і при нейтральних значеннях pH основи в ДНК знаходяться переважно у формі кето- та аміно-таутомерів:

а не в енольній та імінній формах:

Зв'язок основ з дезоксирибозою

Перший атом вуглецю цукру зв'язується глікозидним зв'язком з атомом азоту в положенні 9 або 1 пуринової або піримідинової основи відповідно. Цей зв'язок називається β-глікозидний, що визначається структурою вуглеводного кільця.

З'єднання, що складається з основи та вуглеводу, називається нуклеозид; якщо вуглевод представлений дезоксирибозою -Дезоксирибонуклеозидом. Усі дезоксирибонуклеозиди мають свої назви.

Нуклеозид, що містить як основу аденін, називається дезоксіаденозин, похідне гуаніну - дезоксигуанозин. Дезоксицитидин та дезокситимідин є дезоксинуклеозидами цитозину та тиміну відповідно.

Якими є фізичні властивості компонентів полінуклеотидів?

У ДНК нуклеотиди присутні у вигляді 5'-фосфатних похідних - dAMP, dGMP, dCMP та dTMP. Раніше вказувалося, що останній нуклеотид можна позначати просто як ТМР, оскільки його рибозний аналог практично не зустрічається.

Обидві гідроксильні групи фосфорної кислоти при фізіологічних значеннях pH іонізовані, так що рК_а однієї ~2, а інший ~7. Це свідчить про їхню гідрофільність. Завдяки фосфатним залишкам молекула ДНК несе сильний негативний заряд. Цукор з його гідроксильними групами також виявляє гідрофільні властивості.Підстави, навпаки, майже нерозчинні у воді та мають яскраво виражений гідрофобний характер, хоча ряд атомів при цьому зберігає здатність до утворення водневих зв'язків.

Подумки віднімемо від двох нуклеотидів молекулу води. У цьому випадку структура, що вийшла, буде являти собою динуклеотид (наведена неіонізована форма):

Утворення динуклеотиду супроводжується великою позитивною зміною вільної енергії ∆G°′, отже, синтез не може йти шляхом прямої конденсації двох нуклеотидів.

У мононуклеотиді фосфатна група з'єднана з дезоксирибозою простим ефірним зв'язком. У динуклеотиді утворюється фосфодіефірний зв'язок. Вона називається діефірною тому, що фосфат з'єднаний з двома залишками вуглеводів:

У наведеному вище динуклеотиді це 3', 5'-фосфодіефірний зв'язок, де фосфат зв'язує 3'-ОН-групу одного нуклеотиду з 5'-ОН-групою іншого нуклеотиду. Якщо далі подібним чином приєднувати нуклеотиди, то отримаємо структуру, яка називається полінуклеотидом. Первинна структура ДНК – полінуклеотид величезної довжини. Говорячи про білки, ми відзначали наявність поліпептидного кістяка з виступаючими із нього залишками амінокислот. Полінуклеотид також має свій кістяк, що складається з груп цукор-фосфат-цукор, що чергуються, а основи приєднуються до кожного залишку цукру в положенні Р. Кодована інформація записана у послідовності підстав. Ланцюг ДНК можна схематично представити так.

Структуру ланцюга можна зобразити у такому вигляді.

У клітині є ряд нуклеотидів (наприклад, АМР), а також рибонуклеїнові кислоти, що містять рибозу як вуглеводний компонент.Передбачається, що рибонуклеотиди з'явилися в ході еволюції раніше за дезоксирибонуклеотиди, а, отже, РНК з'явилася раніше за ДНК. У той же час клітини йдуть на значні енергетичні витрати, щоб перетворити рибонуклеотиди на дезоксирибонуклеотиди, необхідні синтезу ДНК. Чому?

Одна з вельми переконливих причин зберігання генетичної інформації, що мільйони років накопичувалася у вигляді молекул ДНК, полягає в наступному: хімічні молекули завжди характеризуються певним ступенем нестабільності та здатністю до спонтанного розпаду. Молекули ДНК залишаються незмінними і, в основному, інтактними протягом багатьох поколінь. Крім того, ДНК стабільніша, ніж РНК. Це пов'язано з тим, що 2'-ОН-група рибози легко піддається нуклеофільній атаці в присутності фосфату гідроксильних іонів. В результаті відбувається розщеплення фосфодіефірного зв'язку з утворенням 2', 3'-циклічних нуклеотидів, а в ДНК, де 2'-ОН-групи відсутні, цього бути не може.

Іон ВІН - сприяє перетворенню 2'-ОН-групи на групу 2'-O - , яку атакує атом фосфору. Це призводить до розриву полінуклеотидного ланцюга та утворення 2',3'-циклічного нуклеотиду. Подальший гідроліз циклічного нуклеотиду дає суміш 2'- та 3'-нуклеотидів, залежно від місця гідролізу.

Відмінність у стабільності РНК і ДНК підтверджується ще й тим, що розведений розчин NaОН повністю руйнує РНК при кімнатній температурі і не діє на ДНК. Виходить, ДНК більш стабільний та надійний зберігач інформації, ніж РНК. Зауважимо, що факт використання деякими вірусами РНК як носія інформації не суперечить висловленому твердженню.

Вся ДНК майже завжди існує у вигляді подвійного ланцюга, крім ДНК деяких вірусів.Іншими словами, ДНК – це дві полінуклеотидні молекули, що становлять пару. Що ж утримує їх разом? Комплементарність пар основ. Це означає, що коли А і Т у двох ланцюгах ДНК розташовані один проти одного, між ними спонтанно утворюються 2 водневі зв'язки. Нагадаємо, що водневі зв'язки мають малий радіус дії, тому для їх утворення потрібне точне розташування пари атомів. G і С також представляють комплементарну пару, щоправда, між ними виникає 3 водневі зв'язки. Інші комбінації підстав не можуть бути комплементарними, тому G не утворює пару з А або Т і т. д. У ДНК зустрічаються тільки пари А-Т і G-С, вони відомі як пари підстав Уотсона-Крика. Вражає те, що утворення водневих зв'язків – повністю спонтанний процес, що не потребує ферментативного каталізу. Адже водневі

зв'язки - слабкі та легко рвуться, наприклад, при підвищенні температури. Незначне нагрівання супроводжуватиметься порушенням спарювання основ, а охолодження – зворотною асоціацією молекул.

Геометрія пар основ наведена на рис. 19.1.

Мал. 19.1. Водневі зв'язки в парах основ Уотсона-Крику

Зауважимо, що пара основ завжди містить один пурин (велика молекула) та один піримідин (менша молекула); отже, пара підстав завжди має однаковий розмір. Спонтанний процес утворення пар основ називають гібридизацією. Якщо молекулу ДНК розрізати на тисячі коротких дволанцюгових фрагментів довжиною від 20 до 100 нуклеотидів, а потім нагріти до температури близько 95 ° С, спарені ланцюги кожного фрагмента ДНК відокремляться один від одного: наступить плавлення ДНК. Воно відбувається через розрив водневих зв'язків під дією тепла і призводить до утворення одноланцюгових фрагментів ДНК з різною послідовністю основ. Втім, якщо розчин знову охолодити, фрагменти почнуть повільно спаровуватися зі своїми колишніми комплементарними ланцюгами (рис. 19.2). Така техніка гібридизації, іноді звана відпалом, лежить в основі молекулярної біології гена (див. Розділ 24). Термодинамічною рушійною силою гібридизації стає вивільнення енергії, що відбувається при утворенні водневих зв'язків та інших слабких взаємодій. У найбільш стабільному стані величина вільної енергії мінімальна. Це відповідає такому спарюванню основ, при якому з'являється максимальна кількість водневих зв'язків. Експериментальний доказ гібридизації свідчить: G-С та А-Т пари основ утворюються спонтанно, і це реально існуючий феномен.

Мал. 19.2. Спонтанна гібридизація комплементарних фрагментів ДНК Для демонстрації принципів гібридизації послідовність основ наведена лише на одному фрагменті ДНК

Внаслідок комплементарності основ кількість G в молекулі ДНК збігається з кількістю С, а кількість А - з кількістю Т. Різні ДНК розрізняються за вмістом пар [А+Т] та [G+С] через відмінність їх нуклеотидного складу. Це пояснює їх відмінності як носіїв генетичної інформації.

У першому наближенні ланцюг ДНК можна подати у вигляді довгих суцільних ліній, що відповідають сахарофосфатному кістяку; основи, що утримуються водневими зв'язками, завжди орієнтовані всередину.

Зауважимо, що на ділянках ДНК, багатих [G+С], два ланцюги утримуватимуться разом сильніше, ніж на ділянці, де більше пар [А+Т].

Однак слабкі взаємодії істотно впливають на конформацію великих молекул, і ДНК тут - не виняток. Тому наведена вище структура із прямими ланцюгами в нормальних умовах не зустрічається.

Довжина фосфодіефірного зв'язку становить 0,6 нм (1 нанометр = 10-9 м), а товщина основ - близько 0,33 нм, так що в прямій, схожій на сходи, структурі між ними повинні залишатися проміжки. Площини підстав, як говорилося, гидрофобны. У «прямій» структурі вони змушені перебувати у водному оточенні, що надає молекулі нестабільності. Що ж можна зробити для зв'язку між собою гідрофобних основ та виключення їх контакту з Н₂O? Потрібно укласти їх один на одного, зігнувши при цьому фосфодіефірний зв'язок; тоді гідрофобні взаємодії між площинами основ сприятимуть їх укладання (рис. 19.3 а).

Кожна з пар, що лежать в одній площині, паралельна сусіднім прилеглим парам, і всі вони утворюють так звану стос основ. Причому підстави орієнтовані в такий спосіб, що між протилежними ланцюгами можуть утворитися водневі зв'язки. Втім, така «сходова» структура не зустрічається у ДНК, оскільки неможлива стереохімічно. Насправді два ланцюги ДНК утворюють спіраль, в якій основи розташовані всередині, а гідрофільні цукрові та фосфатні групи зовні (рис. 19.3, б, в).

Мал. 19.3. Модель укладання нуклеотидів у ДНК: а - Тип зв'язку пар основ у структурі «похилих сходів»; б - контур кістяка в подвійній спіралі ДНК; в - те, що і б, зображені пари основ в центрі спіралі (кожний циліндр - пара основ); г - розташування двох сусідніх пар основ у подвійній спіралі. Показано усунення, що визначається структурою подвійної спіралі.S – цукор, Р – фосфат, В – основа. На рис. 19.4 наведено більш докладну модель, відповідну в

Завдяки такій структурі забезпечується тісна взаємодія пар основ і виключається їх контакт з водою, але стос основ вже не абсолютно вертикальна. Пари підстав злегка зміщені щодо один одного; як показано на рис. 19.3 г на один виток припадає близько 10 пар.

Спіраль правозакручена; якщо дивитися вздовж її осі, то повороти слідують за годинниковою стрілкою (уявіть, що ви закручуєте гвинт, тримаючи викрутку у правій руці: напрямок обертання дає уявлення про напрямок повороту спіралі). Структура подвійної спіралі

така, що вона має дві борозенки – велику та малу (див. рис. 19.3, б). Хоча борозенки показані на площині, їх важко зобразити поза тривимірним простором. Якщо у вас є можливість ознайомитись з об'ємною моделлю ДНК, це допоможе зрозуміти напрямок спіралі та виявити на ній дві борозенки, що надзвичайно важливо. Частина кожної основи видно як з великої, так і малої борозенок: це робить їх доступними для взаємодії з іншими молекулами. Велика борозенка забезпечує більш легке взаємодію Космосу з білками, які «дізнаються» відповідні підстави. Пари підстав зовсім не схожі, якщо їх розглядати з боку двох різних борозенок (рис. 19.4); Значення цього факту буде роз'яснено у розділі 21, де обговорюється генетична регуляція.

Мал. 19.4. Схематичне зображення, що показує, що з боку великої та малої борозенок та сама пара основ у ДНК виглядає по-різному

ДНК-зв'язуючі білки, призначені для впізнавання специфічних послідовностей ДНК, можуть приєднуватися до відповідних ділянок без розкручування спіралі

Описана вище конформація ДНК відома як В-форма (Мал. 19.5): саме в такій формі ДНК зазвичай знаходиться в клітині. Однак, ДНК може змінювати свою конфігурацію в залежності від умов. При дегідратації подвійна спіраль набуває більш сплющеної форми з великим кутом нахилу основ, і в цьому випадку її називають A-формою. У такій формі ДНК зустрічається у суперечках. Відома та інша конфігурація - Z-форма, коли сахарофосфатний кістяк утворює зигзагоподібну (англ. zigzag) лінію вздовж спіралі. У Z-формі подвійна спіраль закручена вліво, а В-формі - вправо. Є відомості, що Z-форма зустрічається в умовах високої іонної сили розчину в коротких молекулах синтетичної ДНК з почергово пуриновими і піримідиновими основами. Біологічне значення А- та Z-форми поки невідоме, проте не виключена можливість пристосувального зміни конфігурації ДНК на коротких ділянках хромосом.

Мал. 19.5. Модель В-форми ДНК. Представлено тривимірну модель фрагмента ДНК з двома великими та однією малою борозенками.

Важливою властивістю подвійної спіралі є її спроможність згинатися. Молекула ДНК може бути в мільйон разів довшою, ніж клітини чи ядра найбільших розмірів; щоб поміститися в них, молекула має бути гнучкою.

Слід зазначити, що хоча ДНК майже завжди знаходиться у формі подвійної спіралі, існують і одноланцюгові ДНК, наприклад, у деяких вірусах бактерій. Тоді забезпечення термодинамічної стабільності молекули утворюється складна скручена структура. Головне, що й у разі життєвий цикл вірусу включає стадію, коли ДНК перебуває у вигляді подвійний спіралі (див.розділ 23); отже, основні принципи передачі генетичної інформації, що передбачають утворення комплементарних пар підстав, залишаються чинними.

Ланцюги ДНК антипаралельні: що це означає?

Під антипаралельної ми розуміємо структуру, в якій два ланцюги у подвійній спіралі ДНК мають протилежну спрямованість. Два антипаралельні ланцюги ДНК наведено на рис. 19.6.

Мал. 19.6. Два антипаралельні ланцюги ДНК. В - основи

Що означає полярність, чи напрям ланцюга ДНК? Кожен лінійний ланцюг має два кінці, на одному з них розташована 5-ОН-група дезоксирибози (не пов'язана з іншим нуклеотидом). Іноді вона буває фосфорильована. Це - 5'-кінець. На іншому розташована вільна 3'-ОН-група (вона також не пов'язана з іншим нуклеотидом і може бути етерифікована фосфатною групою). Це - 3'-кінець. Тому на кожному кінці подвійної спіралі завжди є один 5'-кінець і один 3'-кінець. Ви ніколи не побачите два 5'-кінця або два 3'-кінці разом! Це означає антипаралельність. Якщо фрагмент ДНК має кільцеву форму (вільні кінці відсутні), полярність окремих ниток все одно зберігається. Це можна проілюструвати з прикладу розташування в ланцюгах вуглеводних компонентів.

Ви можете дізнатись напрямок, орієнтуючись на положення 5' та 3'. Так, на наведеній зліва структурі ланцюг йде в напрямку 5' -> 3' зверху вниз, а праворуч - 5' -> 3' відповідає напрямку знизу вгору (умовимося позначати напрямок послідовності нуклеотидів у ДНК від 5' -> 3').

Зверніть увагу на протиріччя, що здається! Коли ви рухаєтеся ланцюгом ДНК у напрямку 5' —> 3' (від 5'-кінця до 3'-кінця), кожен фосфодіефірний зв'язок, який ви «проходите», утворений між 3'-ОН-групою дезоксирибози попереднього і 5' -ОН-груп-пой дезоксирибози наступного нуклеотиду. Це означає, що - з положення фосфату - ви слідуєте від 3'-кінця до 5'-кінця ланцюга. Слід пам'ятати, що напрям 5' -> 3' для нитки лінійної молекули ДНК означає, що ви рухаєтеся від кінцевої 5'-ОН-групи до кінцевої 3'-ОН-групи, або від 5'-групи одного залишку дезоксирибози до 3' -групі сусіднього. Це слід запам'ятати, як з важливості самого питання, так розуміння матеріалу наступних глав.

Антипаралельне розташування ланцюгів висуває певні стереохімічні вимоги до структури подвійної спіралі.

Існують правила написання послідовності розташування нуклеотидів у ДНК. Просту полінуклеотидну структуру прийнято зображати у вигляді послідовності букв, що позначають відповідні основи нуклеотидів. А іноді у вигляді літери «р», розташованої між основами, вказується фосфодіефірний зв'язок (наприклад, СрАрТрGр, і т. д.).

Припустимо, у нас є фрагмент дволанцюжкової ДНК з наступною послідовністю підстав:

Іноді записують послідовність для кожного ланцюга, але в більшості випадків немає необхідності зображувати обидва ланцюги, оскільки друга комплементарна

першою. Тому, незважаючи на наявність у гені двох ланцюгів, його структуру часто становлять у вигляді простої послідовності підстав. За умови, що вона записується з 5'-кінця зліва, спеціального позначення 5'- та 3'-кінців не потрібно.Таким чином, наведена вище структура може бути позначена як CATGTA.

Які розміри молекули ДНК?

Розміри молекул ДНК, якщо орієнтуватися за кількістю входять до складу підстав, сильно різняться. Але навіть найкоротші з них є дуже великими молекулами, а молекули ДНК з найдовшими ланцюгами просто гігантські. Невеликі ДНК вірусів складаються з кількох тисяч пар основ; ДНК Е. coli містить близько 4 млн пар основ. Геном людини (повна сума ДНК хромосом) досягає довжини 1-2 м і включає 6 млрд пар основ. Якщо врахувати, що людина складається з 1013 клітин, і підрахувати сумарну довжину його ДНК, вийде астрономічна величина, порівнянна з діаметром сонячної системи.

Зрозуміло, що більше інформації необхідно зберегти, тим більше ДНК потрібно. Отже, чим складніше організм, тим більше ДНК містять його клітини. Втім, це дотримується не завжди. Наприклад, великі клітини бобів містять більше ДНК, ніж клітини людини, а земноводних її більше, ніж в інших хребетних. Поява аномалій (помилок) у структурі ДНК призводить до втрати деяких функціональних властивостей.

Як ДНК упакована в ядрі?

У біохімії часто доводиться стикатися з разючими рішеннями еволюцією тих чи інших проблем! Упаковка ДНК – одна з них.

У клітинах людини міститься 46 хромосом, а загальна довжина ув'язненої в клітині ДНК становить 1-2 м, причому вона упакована в ядрі, діаметр якого в мільйони разів менший. Значить, потрібна ретельно продумана система укладання. В еукаріотичних клітинах ДНК знаходиться у складі хроматину - комплексу ДНК з білками. Білки представлені переважно гістонами - основними білками, багатими на аргінін і лізин: завдяки своєму позитивному заряду вони утворюють іонні зв'язки з розташованими на зовнішній стороні подвійної спіралі ДНК негативно зарядженими фосфатними групами. Амінокислотна послідовність еукаріотів гістонів високо консервативна. Наприклад, первинна структура гістонів, виділених з рослини (горох) і ссавця (корова), відрізняється лише на дві амінокислоти, та й ці заміни не дуже суттєві (валін на ізолейцин, лізин на аргінін). Настільки виражена сталість структури дозволяє припустити, що такий білок повинен точно взаємодіяти з настільки ж консервативною структурою або структурами.

Почнемо з розгляду чотирьох гістонів – Н2А, Н2В, НЗ та Н4. Вони утворюють октамерний білковий комплекс, званий нуклеосомною серцевиною (англ. Nucléosome соге), навколо якого молекула ДНК здійснює два обороти (близько 146 пар основ). Такий комплекс октамера гістонових білків із ДНК є основною структурною одиницею хроматину і називається нуклеосомою. Окремі нуклеосоми з'єднуються лінійними ділянками ДНК - лінкерами (Рис. 19.7, а, б). Якщо хроматин у пробірці обробити ферментом, виділеним з мікроорганізмів і здатним Гідролізувати ДНК на нуклеотиди, лінійні ділянки ДНК дійсно піддаються гідролізу, а близько 146 пар основ, «намотаних» на нуклеосомну серцевину, виявляються захищеними від дії ферменту (він не в змозі гідро ДНК). Екстрагована після такої обробки ДНК містить неушкоджені фрагменти. Це спостереження лягло в основу уявлень про нуклеосомну структуру.

Нуклеосоми мають приблизно 10 нм у діаметрі та утворюють нитки товщиною 10 нм (див. рис.19.7, б). І все ж такої упаковки ДНК недостатньо, у її подальшій організації бере участь п'ятий гістон: він не входить до складу нуклеосоми і роль його не зовсім зрозуміла. Далі нитка 10 нм завтовшки конденсується з утворенням нитки завтовшки 30 нм (рис. 19.7, в). Така упаковка нуклеосом найчастіше описується як соленоїдна; втім, це лише одна з моделей. Згідно з іншою моделлю, упаковка має зигзагоподібну форму. Оскільки точна структура соленоїда ще встановлена, схема 30-нанометрової нитки наводиться без деталей упаковки. Електронна мікрофотографія такої нитки представлена ​​на рис. 19.8. При цьому ДНК конденсується у 100 разів, тобто відбувається стократне зменшення її довжини. Нитки товщиною 30 нм утворюють довгі петлі, прикріплені до центрального хромосом, що підтримує білку (рис 19.7, г). За рахунок формування петель структура стає ще компактнішою, але поки не з'ясовано, чи включає таке скручування додаткову спіралізацію, що забезпечує 10 000-кратну конденсацію вихідної молекули ДНК.

Мал. 19.7 Модель упаковки хроматину у еукаріотів: а - Нуклеосома; б – нуклеосоми з лінкерними ділянками ДНК; в - нитка хроматину 30 нм завтовшки; г - петлі цієї нитки, прикріплені до центрального білка, що підтримує. Петлі далі конденсуються шляхом надспіралізації, утворюючи надзвичайно компактну метафазну хромосому. Остання стадія конденсації малюнку не представлена

Мал. 19.8. Електронна мікрофотографія нитки хроматину 30 нм товщини

Таким чином, є кілька рівнів організації ДНК: 1) закручування довкола нуклеосом; 2) упаковка нуклеосом у 30-нанометрову нитку, що поєднує 3-5 нуклеосом; 3) утворення петлі завдовжки тисячі нуклеосом, прикріпленої до центральної підтримуючої структури; 4) формування з петлі спіралі та/або складки (див. рис. 19.7, а, г).

Для виконання своєї функції упакована ДНК має бути доступна ферментам, що беруть участь у зчитуванні генетичної інформації та реплікації.

У клітинах Е. coli подвійна спіраль ДНК має кільцеву форму. Вона довша за клітину приблизно в 1000 разів. У прокаріотів немає ядерної мембрани і немає впорядкованих структур на кшталт еукаріотичних нуклеосів. Тим не менш, у Е. coli знайдені гістоноподібні білки, які, ймовірно, виконують подібну функцію. Оскільки в бактеріальних клітинах білки пов'язані з ДНК менш міцно, ніж еукаріотичні гістони, нуклеосомоподібні комплекси не виявляються. Петельна структура ДНК у Е. coli стабілізується білками, але деталі цього процесу до кінця не зрозумілі.

Як структура ДНК співвідноситься з компактними хромосомами еукаріотів, видимими у світловий мікроскоп?

Хромосоми в пофарбованих еукаріотичних клітинах, що діляться, видно у світловому мікроскопі як компактні щільні утворення, подібні тим, що зображені на рис. 19.9.

Мал. 19.9. Хромосома у метафазі складається з двох дочірніх хроматид.

Компактні структури в клітинах, що діляться, представляють так звані метафазні хромосоми. Там ДНК знаходиться в найбільш конденсованому стані, що допомагає переміщенню хромосом після їхнього поділу в кожну з дочірніх клітин.

Найбільш щільно упакована область ДНК, що складається з послідовностей, що повторюються, припадає на центроміру. Вона утримує разом пару хроматид, а на зовнішніх поверхнях розташовуються комплекси білків. кінетохора. Для поділу дочірніх хромосом до кінетохору прикріплюються мікротрубочки мітотичного веретена (див. Розділ 29). Після поділу клітини хромосоми стають менш упакованими; їх називають інтерфазними хромосомами ДНК метафазних хромосом функціонально інертна, а інтерфазна функціонально активна (порівняно з простою ниткою ДНК інтерфазні хромосоми більш упаковані). Ступінь конденсації ДНК в еукаріотичних клітинах є дуже важливим. Перш ніж використовувати інформацію, що міститься в молекулах, ДНК повинна стати доступна ферментам та іншим білкам і не мати щільно упакованої структури. Певні ділянки еукаріотів хромосом містять ДНК, яка, імовірно, не входить в структуру гена, т.е. е. не несе інформації, яка потрібна на синтезу білка. ДНК у цих місцях навіть в інтерфазних хромосомах залишається конденсованою у вигляді так званого гетерохроматину, в той час як функціонуючі області - еухроматин - менш конденсовані. Функція гетерохроматину остаточно не ясна.

У хроматині крім гістонів є й інші, негістонові білки. Вони беруть участь в утворенні довгих петель ДНК, прикріплених до осьових білкових структур, що підтримують. Таким чином, хроматин є складною структурою. Залежно від експресії гена змінюються і рівень його упаковки, і рівень упаковки самої ДНК в хроматині. Термін експресія гена відноситься до процесу синтезу білка, контрольованого геном, і також використовується у випадках кодування генами специфічних молекул РНК (див. 283).

Що таке ген у молекулярних термінах?

Ген - одиниця спадковості.Він є частиною гігантської молекули ДНК і містить закодовану інформацію про послідовність амінокислот одного поліпептидного ланцюга (див. с. 264, де дається детальний опис гена). Інформація зберігається у вигляді послідовності підстав ДНК, і один ген відрізняється від іншого лише закодованою інформацією. Для більшої наочності можна провести аналогію між хромосомою та магнітною стрічкою: тоді ген порівняний із фрагментом музичного запису, а послідовність основ – з магнітними сигналами. Вище сказане відноситься до «стандартних» (типових) генів, що кодують білок. Їхня переважна більшість.

Деякі варіації «стандартного» гена

Іноді існують множинні копії одного й того ж гена. Наприклад, гени деяких гістонових білків: сотні копій, що тандемно повторюються, виявлені у морських їжаків. Це може бути результатом дуплікації гена у процесі еволюції. Численні копії гена здатні забезпечувати прискорений синтез білка. В еволюційному плані це дозволяє пристосувати одну з копій до виконання якоїсь іншої (альтернативної) функції. Існують також псевдогени - копії функціональних генів, здатні до експресії, які синтезують нефункціональний білок або білковий фрагмент.

Є група генів, які не кодують білків: це гени рибосомної та транспортної РНК. Вони кодують молекули РНК, необхідні синтезу білків (див. розділ 22).

Звичайний «стандартний» ген є фрагментом ДНК, розташований у певному місці хромосоми. Послідовності ДНК не завжди жорстко фіксовані; іноді в них є фрагменти, здатні переміщатися з одного місця ДНК до іншого. Вони називаються рухомими, або стрибаючими генами (Див. С. 259).Хромосоми можуть включати нові гени з ретровірусів (див. с. 313).

Структура гена який завжди постійна. За певних умов відрізок ДНК, що відповідає якомусь гену, може ампліфікуватися, так що вийде величезна кількість копій гена і відповідно різко збільшиться (приблизно у 1000 разів) синтез закодованого в ньому білка. Таке явище спостерігається в експериментах на культурі клітин раку мишей, оброблених метотрексатом - лікарським препаратом «антифолатної» дії, що використовується для лікування лейкемій (див. с. 226).

У клітинах людини не вся ДНК перебуває у вигляді генів. Наприклад, у наших хромосомах існують досить протяжні (довжиною кілька сотень основ) ділянки ДНК, сотні і тисячі разів, що повторюються, розкидані по всій довжині хромосоми. Прикладом можуть бути Alu-послідовності (Alu - абревіатура повної назви ферменту, який здійснює їх гідроліз). Функцію Alu-послідовностей не встановлено.

Ще один вид послідовностей ДНК, що повторюються. сателітна ДНК: вона часто зустрічається в ділянці центроміри хромосом і є частиною гетерохроматину. Сателітний термін виник тому, що гігантська молекула еукаріотичної ДНК при виділенні звичайним способом розщеплювалася на фрагменти. При їх аналізі в градієнті щільності більша частина ДНК осідала однією смугою, у той час як ділянки ДНК, що повторюються, мають іншу щільність, відокремлювалися від попередньої смуги (тобто виявлялися як сателіти). Сателітна ДНК складається з коротких послідовностей, що повторюються у тандемному порядку (один за одним). Довжина кожного фрагмента приблизно 10 5 основ. Інші послідовності ДНК, що повторюються, розсіяні по хромосомі.

Де ми зараз перебуваємо?

Щоб не втратити основної нитки міркування серед великої кількості деталей, нагадаємо, що ми спочатку мали справу зі структурою білка, після чого перейшли до питань, пов'язаних із процесом його біосинтезу. Тепер ми звернемося до біосинтезу ДНК. По-перше, це логічне продовження вивчення структури ДНК; по-друге, допоможе розуміння наступних етапів синтезу білка. Тому в наступному розділі ми обговоримо синтез ДНК, а потім перейдемо до вивчення шляхів передачі генетичної інформації, що безпосередньо пов'язана з біосинтезом білка.

1. Напишіть структуру динуклеотиду.

2. Рибонуклеїнова кислота (РНК) з'явилася раніше за дезоксирибонуклеїнову кислоту. Чому виникла ДНК?

3. Підстави в ДНК гідрофобні. Поясніть, як це впливає на структуру дволанцюжкової ДНК.

4. Назвіть основні характеристики подвійної спіралі ДНК. Це ліво- чи правозакручена спіраль? Скільки пар основ формують один виток спіралі ДНК?

5. Поясніть, що означає антипаралельність ланцюгів ДНК у подвійній спіралі.

6. Поясніть, що означає напрямок 5' -> 3' у лінійній молекулі ДНК.

7. Якщо ви бачите структуру ДНК, записану як САТАGССG, що вона означає, виходячи із структури подвійної спіралі та полярності її ланцюгів? Поясніть свою відповідь.

8. Що таке нуклеосома? Що підтверджує її існування?

Біологічна бібліотека – матеріали для студентів, вчителів, учнів та їх батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми лише конвертуємо у зручний формат матеріали, які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Якщо ви володієте авторським правом на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його або отримати посилання на місце комерційного розміщення матеріалів, зверніться для погодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми витратили багато зусиль, щоб привести інформацію у зручний вигляд.

ДНК. Будова дезоксирибонуклеїнової кислоти та її функції у клітині

ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) відноситься до нуклеїнових кислот (поряд з РНК), які є полімерами, а точніше – полінуклеотидами (мономер – нуклеотид).

ДНК відповідає за зберігання та передачу при розподілі клітин генетичного коду. Саме через молекули ДНК реалізуються спадковість та мінливість. На ДНК синтезуються усі види РНК. Далі різні типи РНК спільно забезпечують синтез білків клітини, т. е. реалізують генетичну інформацію.

У клітинах еукаріотів переважна кількість ДНК знаходиться в ядрі, де вони утворюють комплекси з особливими білками, в результаті чого утворюються хромосоми. У клітинах прокаріотів існує одна велика кільцева (або лінійна) молекула ДНК (також у комплексі з білками). Крім того в клітинах еукаріотів своя ДНК є в мітохондріях і хлоропластах.

Будова ДНК

У разі ДНК кожен нуклеотид складається з 1) азотистої основи, яка може бути аденіном, гуаніном, цитозином або тиміном, 2) дезоксирибози, 3) фосфорної кислоти.

Послідовність нуклеотидів у ланцюжку ДНК визначає первинну структуру молекули. Для ДНК характерна вторинна структура молекули у формі подвійної спіралі (найчастіше правозакрученої).При цьому два ланцюги ДНК з'єднуються між собою водневими зв'язками, що утворюються між комплементарними азотистими основами.

Подвійна правозакручена спіраль ДНК

У деяких вірусів ДНК складається з одного кола.

До складу ДНК входять такі: аденін, гуанін, тімін і цитозин. Аденін і гуанін відносяться до пуринам, а тімін і цитозин - до піримідинів. Іноді до складу ДНК входить урацил, який характерний для РНК, де заміщає тімін.

Азотисті основи одного ланцюга молекули ДНК з'єднуються з азотистими основами іншого строго за принципом комплементарності: аденін тільки з тиміном (утворюють між собою два водневі зв'язки), а гуанін тільки з цитозином (три зв'язки).

Аденін комплементарний тиміну, а гуанін – цитозину. Між аденіном і тиміном утворюються два водневі зв'язки, а між гуаніном та цитозином – три. Таким чином, гуанін та цитозин з'єднані між собою трохи міцніше (хоча водневі зв'язки в принципі слабкі). Кількість зв'язків визначається особливостями будови молекул.

Аденін і гуанін відносяться до пуринів і складаються з двох кілець. Тімін і цитозин відносяться до піримідинових основ, що складаються з одного кільця. Таким чином між кістяками (що складаються з дезоксирибози і фосфорної кислоти, що чергуються) двох ланцюгів ДНК при будь-якій парі нуклеотидів різних ланцюгів завжди існує три кільця (оскільки двокільцевий пурин завжди комплементарний тільки певному однокільцевому піримідину). Це дозволяє зберігати ширину між ланцюгами молекули ДНК однакової протягом усього (приблизно 2,3 нм).

Азотиста основа в самому нуклеотиді пов'язана з першим атомом вуглецю циклічної форми дезоксирибозияка є пентозою (вуглеводом з п'ятьма атомами вуглецю).Зв'язок є ковалентним, глікозидним (C-N). На відміну від рибози, у дезоксирибози відсутня одна з гідроксильних груп. Кільце дезоксирибози формують чотири атоми вуглецю та один атом кисню. П'ятий атом вуглецю знаходиться поза кільцем і з'єднаний через атом кисню із залишком фосфорної кислоти. Через атом кисню у третього атома вуглецю приєднується залишок фосфорної кислоти сусіднього нуклеотиду.

Таким чином, в одному ланцюгу ДНК сусідні нуклеотиди пов'язані між собою ковалентними зв'язками між дезоксирибозою та фосфорною кислотою (фосфодіефірний зв'язок). Утворюється фосфат-дезоксирибозний кістяк. Перпендикулярно йому, назустріч іншому ланцюжку ДНК, спрямовані азотисті основи, які з'єднуються з основами другого ланцюжка водневими зв'язками.

В одному витку спіралі знаходиться приблизно 10 нуклеотидів. Довжина одного нуклеотиду приблизно 0,34 нм. Довжина молекул ДНК зазвичай величезна, перевищує мільйони нуклеотидів. Тому, щоб компактніше розміститися в ядрі клітини, ДНК піддається різного ступеня «надспіралізації».

При зчитуванні інформації з ДНК (тобто синтез на ній РНК, цей процес називається транскрипцією) відбувається деспіралізація (процес зворотної спіралізації), два ланцюжки розходяться під дією спеціального ферменту. Водневі зв'язки слабкі, тому поділ і надалі зшивання ланцюгів відбувається за малої витраті енергії. РНК синтезується на ДНК згідно з тим самим принципом комплементарності. Тільки замість тиміну в РНК аденіну комплементарний урацил.

Генетичний код, записаний на молекулах ДНК, складається з триплетів (послідовностей трьох нуклеотидів), що позначають одну амінокислоту (мономер білка).Проте більшість ДНК не кодує білок. Значення таких ділянок молекули по-різному, багато в чому остаточно не з'ясовано.

Перед поділом клітини завжди відбувається подвоєння кількості ДНК. Цей процес називається реплікацією. Вона має напівконсервативний характер: ланцюги однієї молекули ДНК розходяться, і на кожній добудовується свій новий комплементарний ланцюг. У результаті однієї дволанцюгової молекули ДНК виходять дві двухцепочные ДНК, ідентичні першої.

Будова ДНК така, що кістяки з'єднаних водневими зв'язками полінуклеотидних ланцюжків спрямовані в різні сторони (кажуть "різноспрямовані", "антипаралельні"). З того боку, де одна закінчується фосфорною кислотою, сполученою з п'ятим атомом вуглецю дезоксирибози, інша закінчується "вільним" третім атомом вуглецю (вуглець, вільний від фосфорної кислоти). Тобто кістяк одного ланцюжка перевернуть як би з ніг на голову щодо іншого. Таким чином, у будові ланцюжків ДНК розрізняють 5'-кінці та 3'-кінці.

При реплікації та транскрипції синтез завжди йде у напрямку від 5'-кінця до 3', оскільки нові нуклеотиди можуть приєднуватися тільки до вільного 3' атома вуглецю.

Будова та роль ДНК як речовини, що відповідає за спадкову інформацію, було з'ясовано у 40-50-х роках XX століття. У 1953 році Д. Вотсон та Ф. Крик визначили дволанцюжкову структуру ДНК (чому також сприяли ранні роботи інших вчених). Раніше Е. Чаргафф з'ясував, що у ДНК кількість тиміну завжди відповідає аденіну, а кількість гуаніну – цитозину. Хоча як хімічна речовина ДНК була відома ще у XIX столітті. У 40-х роках XX ст. стало зрозуміло, що саме ДНК є носієм генетичної інформації.

Подвійна спіраль вважається вторинною структурою молекули ДНК. У клітинах еукаріотів переважна кількість ДНК знаходиться в хромосомах, де пов'язана з білками та іншими речовинами, а також піддається більш щільній упаковці.

Функції ДНК

ДНК зберігає спадкову інформацію як генів. Порядок нуклеотидів гена визначає порядок амінокислот в одному білку (або поліпептиді, якщо білок складається з кількох поліпептидних ланцюгів). Тобто ДНК кодує білки організму. Далі білки визначають решту — будову, властивості, функції клітин та організму.

ДНК здійснює передачу спадкової інформації при розподілі клітин у процесі зростання чи розмноження. У процесі поділу клітини подвійна спіраль ДНК подвоюється (за допомогою механізму редуплікації). При цьому відбувається розкручування подвійної спіралі ДНК і кожного ланцюга добудовується інша за принципом компліментарності азотистих основ. У результаті виходять дві подвійні спіралі ДНК. Ці ідентичні молекули розходяться при розподілі у різні клітини, передаючи у кожну ідентичну спадкову інформацію.

На ДНК здійснюється синтез РНК, Т.е. е. ДНК відповідає за передачу генетичної інформації до цитоплазми. Синтез білка відбувається у цитоплазмі, та його синтез здійснює РНК. А на ДНК синтезується саме РНК. Причому трьох видів: інформаційна, транспортна та рибосомальна. РНК синтезується однією з ланцюгів ДНК також за принципом компліментарності (як це відбувається при подвоєнні ДНК). Далі інформаційна РНК визначає послідовність амінокислот у білку, транспортна РНК доставляє амінокислоти до місця синтезу, а рибосомальна РНК входить до складу рибосом, які є місцем синтезу білка. Синтез РНК на ДНК називається транскрипцією, а синтез білка на РНК - трансляцією.

У ДНК також містяться послідовності нуклеотидів, що не кодують білок. Роль цієї інформації повною мірою не вивчена та невідома.