Сколько у нас генов?

Репликация (редупликация) ДНК

Репликация ДНК — процесс самоудвоения, главное свойство молекулы ДНК. Репликация относится к категории реакций матричного синтеза, идет с участием ферментов. Под действием ферментов молекула ДНК раскручивается, и около каждой цепи, выступающей в роли матрицы, по принципам комплементарности и антипараллельности достраивается новая цепь. Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна цепь является материнской, а вторая — вновь синтезированной. Такой способ синтеза называется полуконсервативным.

«Строительным материалом» и источником энергии для репликации являются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, ТТФ, ГТФ, ЦТФ), содержащие три остатка фосфорной кислоты. При включении дезоксирибонуклеозидтрифосфатов в полинуклеотидную цепь два концевых остатка фосфорной кислоты отщепляются, и освободившаяся энергия используется на образование фосфодиэфирной связи между нуклеотидами.

В репликации участвуют следующие ферменты:

1. геликазы («расплетают» ДНК);
2. дестабилизирующие белки;
3. ДНК-топоизомеразы (разрезают ДНК);
4. ДНК-полимеразы (подбирают дезоксирибонуклеозидтрифосфаты и комплементарно присоединяют их к матричной цепи ДНК);
5. РНК-праймазы (образуют РНК-затравки, праймеры);
6. ДНК-лигазы (сшивают фрагменты ДНК).

С помощью геликаз в определенных участках ДНК расплетается, одноцепочечные участки ДНК связываются дестабилизирующими белками, образуется репликационная вилка. При расхождении 10 пар нуклеотидов (один виток спирали) молекула ДНК должна совершить полный оборот вокруг своей оси. Чтобы предотвратить это вращение ДНК-топоизомераза разрезает одну цепь ДНК, что дает ей возможность вращаться вокруг второй цепи.

ДНК-полимераза может присоединять нуклеотид только к 3′-углероду дезоксирибозы предыдущего нуклеотида, поэтому данный фермент способен передвигаться по матричной ДНК только в одном направлении: от 3′-конца к 5′-концу этой матричной ДНК. Так как в материнской ДНК цепи антипараллельны, то на ее разных цепях сборка дочерних полинуклеотидных цепей происходит по-разному и в противоположных направлениях. На цепи 3’–5′ синтез дочерней полинуклеотидной цепи идет без перерывов; эта дочерняя цепь будет называться лидирующей. На цепи 5’–3′ — прерывисто, фрагментами (фрагменты Оказаки), которые после завершения репликации ДНК-лигазами сшиваются в одну цепь; эта дочерняя цепь будет называться запаздывающей (отстающей).

Купить проверочные работы по биологии

Особенностью ДНК-полимеразы является то, что она может начинать свою работу только с «затравки» (праймера). Роль «затравок» выполняют короткие последовательности РНК, образуемые при участи фермента РНК-праймазы и спаренные с матричной ДНК. РНК-затравки после окончания сборки полинуклеотидных цепочек удаляются.

Репликация протекает сходно у прокариот и эукариот. Скорость синтеза ДНК у прокариот на порядок выше (1000 нуклеотидов в секунду), чем у эукариот (100 нуклеотидов в секунду). Репликация начинается одновременно в нескольких участках молекулы ДНК. Фрагмент ДНК от одной точки начала репликации до другой образует единицу репликации — репликон.

Репликация происходит перед делением клетки. Благодаря этой способности ДНК осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним.

Непостоянные мотивы

В 1953 году генетики Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли двойную спираль ДНК. В ней азотистые основания (аденин, гуанин, тимин, цитозин) первой цепи в строгом соответствии соединяются с основаниями второй цепи: например, аденин соединяется только с тимином.

Учёные из Института медицинских исследований Гарвана (Австралия) обнаружили в клетках человека принципиально новые формы организации ДНК. В ней азотистые основания, например цитозин, сплетаются с цитозином не на противоположной, а на одной и той же цепи, образуя соединение, напоминающее узел. Впервые биологам удалось получить столь необычные формы ДНК в конце XX века в лабораторных условиях. Наиболее благоприятной для этих «конструкций» ДНК оказалась кислая среда, нетипичная для организма человека, поэтому учёные не надеялись обнаружить подобные структуры в живых клетках.

Чтобы найти необычные узлы внутри клетки, учёные создали крошечный зонд — фрагмент антитела, который умеет распознавать узлы ДНК. Благодаря этому зонду в ядрах нескольких типов человеческих клеток были найдены узлы ДНК. С помощью специальных флуоресцентных маркеров генетики смогли «подсветить» области, где располагались новые формы ДНК, которые они назвали i-мотивами. Светящиеся отметки то исчезали, то появлялись снова. В результате исследователи пришли к выводу, что, образовавшись, новая форма ДНК распадается, а затем формируется вновь на различных стадиях жизни клетки.

«Мы думаем, что формирование и распад i-мотивов ДНК позволяют им «включать» или «отключать» работу определённых генов, а также влиять на скорость считывания информации с этих генов», — отметил Дэниел Крайст.

Учёные считают, что именно из-за своего «непостоянства» новая форма ДНК долгое время ускользала от их глаз.

• globallookpress.com

Как и для чего делают ДНК тест?

Так как ДНК содержится в каждой клетке нашего тела, изучая генетический материал – кровь, кожу, волосы, слюну и т.п. – с помощью принципов микробиологии – ученые могут узнать владельца конкретной ДНК. Однако для получения точных результатов специалисты советуют сдать кровь из вены. Сегодня анализ ДНК позволяет определить наследственную предрасположенность к разным заболеваниям, которыми страдали или страдают родственники человека. Одним из таких заболеваний является шизофрения – в своей предыдущей статье я подробно рассказывала о том, почему эту болезнь так сложно лечить и изучать.

Более того, проанализировав ДНК специалисты могут рассказать о том, какие заболевания могут возникнуть у человека в будущем, определить индивидуальную непереносимость лекарств, склонность к наркомании и алкоголизму и многое другое.

ДНК есть у всех живых организмов.

Наиболее распространенным тестом ДНК является метод полимеразной цепной реакции или ПЦР. На сегодняшний день это один из новейших и наиболее точных способов диагностики. Несмотря на то, что этот метод до сих пор считается экспериментальным, он широко и успешно применяется в медицине. Так, большинство тестов на наличие/отсутствие в организме нового коронавируса SARS-CoV-2, которые проводятся во всем мире, являются именно ПЦР-тесты. Метод ПЦР в 1993 году разработал ученый Кэри Муллис, который получил за свое открытие Нобелевскую премию. Суть метода заключается в применении особых ферментов, которые много раз копируют фрагменты ДНК возбудителей болезни (как, например, с коронавирусом) которые можно обнаружить в пробах генетического материала, например в крови. Затем специалисты сверяют полученные фрагменты с базой данной, что позволяет выявить тип возбудителя болезни и его количество в организме.

Так выглядит амплификатор

Однако выявление и определение склонности к заболеваниям не является единственной областью, в которой прибегают к использованию тестов ДНК. Так, появление ДНК-тестов – как в свое время дактилоскопия (метод определения отпечатков пальцев) – изменило криминалистику. Благодаря анализу ДНК следователи имеют возможность собрать генетический материал преступника и поймать его. Но самое популярное использование ДНК-тестов – определение отцовства. Возможно дело в том, что этот анализ позволяет получить практически 100% результат. Недавно мой коллега Николай Хижняк в своей статье подробно рассказал о будущих возможностях исследования ДНК, рекомендую к прочтению.

Подводя черту отмечу, что сегодня загадка кода ДНК еще не раскрыта. Мы стоим в самом начале познания, что же это такое на самом деле? Приоткрыв небольшую щелочку двери мы можем только догадываться о том, какие перспективы в будущем для человека может открыть понимание что такое ДНК и как мы можем использовать эти знания!

Живые микросхемы

Ученые пытаются разгадать тайну изменения человеческой ДНК в космосе

Когда ученые мечтали о новом способе взглянуть на молекулы и процессы в клетках, на их пути стояла одна преграда. Они хотели создать устройство на основе ДНК, которое будет действовать как единая микросхема, включаться и выключаться. Проблема была в том, что переключатель нужно было активировать электричеством.

Наконец, ученым удалось решить эту проблему, зажав антрахиноны (вещество такое) между небольшими участками ДНК. Это природное соединение с удовольствием приспособилось к имплантации и было способно производить окислительно-восстановительные реакции.

Во время окислительно-восстановительных процессов электроны заряжают определенные молекулы, покидая другие. Результатом является электрический импульс. При стимуляции наконечником электрода антрахиноны отлично справились с этой задачи. В зависимости от того, сколько электронов они захватили, схемы либо проводили ток, либо нет.

Переключатели, каждый из которых в тысячу раз тоньше волоса, прокладывают путь для микроскопических молекулярных устройств. Адаптации этого измененного генетического кода могут позволить нам изучать химические реакции внутри клеток как никогда прежде, с особым упором на те, что связаны с болезнью.

Расы — генетическая реальность

Существуют ли на самом деле генетические различия рас? Интересный факт о понятие «Расы» заключается в том, что многие учёные генетики, а за ними и биологи, ещё с конца двадцатого века поставили это понятие под сомнение, и утверждают, что оно не актуально современным знаниям. Всё понятие рас построено на характерных физических различиях, но для генетики это всего лишь переменные мутации, которые возникли внутри одного вида под длительным воздействием различных климатических зон обитания людей. Для того, что бы претендовать на уникальную наследственность, этого мало, и выявлять тут нечего.

Возможно отчасти в связи с расколом в понимании термина «Раса» в научном сообществе, он был с легкостью использован, как информационное оружие в мировых политических играх, и полностью дискредитирован деструктивными идеологиями, не редко религиозного толка.

Так же генетические открытия вступили в противоборство с идеями расового превосходства, которые пытаются опереться на психологию и евгенику. С одной стороны генетические исследования показали, что в человечестве есть генетически уникальные особенности, имеющие территориальную привязку, и в тоже время ДНК людей совпадает на 99,9%, что делает бессмысленной расовую теорию.

Дошло до того, что в процессе сравнительных экспериментов ученые выяснили, что разница в ДНК между представителями разных народностей с яркими отличительными чертами, меньше, чем у шимпанзе внутри одной стаи. Уникальным каждого из нас делают сотые доли процента всего генетического потенциала.

В эти же сотые доли процентов входят средовые различия между расами: быт, культура, политическое устройство страны, развитость её экономики и уровень жизни населения, доступность медицины и образования. Одним словом отличия людей разной национальности не редко сводится к аспектам социального характера. К тому, в каких экономических условиях живет общество, и насколько эти условия позволяют человеку раскрыть свой созидательный потенциал. Те же народы, что в неблагоприятных условиях могут всем обществом проявлять склонность к насилию и саморазрушению, в условиях более мягких и гармоничных проявят уникальные особенности и таланты.

Хромосома: определение и описание

Считается, что хромосомы это нуклеотидные биомеханизмы, которые находятся в ядре клетки. Эти биомеханизмы являются носителями и передатчиками наследственной информации, и в свою очередь содержат в себе двойную спираль дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Чем отличаются хромосомы друг от друга

На примере Х хромосомы, цепи нуклеотидов могут пересекаться внутри хромосомы различно:

1.  В перекрестии хромосомы, пересекаясь точно посередине друг друга.
2.  Там же, но пересекаясь не точно.

Во втором случае одни концы получившегося перекрестия будут длиннее, а другие короче. Называют такие концы длинным и коротким плечом хромосомы. Отсюда и форма Y хромосомы, у которой ярко выражены длинные плечи, а короткие настолько не велики, что схематически не указываются.

Науке известных хромосомы трёх основных форм:

•  Х хромосома, которая встречается у женщин и у мужчин.
•  Y хромосома, встречающаяся только у мужчин.
•  В хромосома изредка встречается у растений, и считается отмирающей, поскольку редко наследуется. Обычно её наличие в растении связывают с его слабостью и болезненностью.

Всего в клетке человеческого организма находится 46 парных хромосом: 22 пары «обычных» и одна пара половых (ХХ у женщин и XY у мужчин). Интересный факт – если добавить или отнять всего одну пару хромосом, человек может стать помидором или орангутангом.

Строение и функции ДНК

ДНК — полимер, мономерами которой являются дезоксирибонуклеотиды. Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком (для построения этой модели они использовали работы М. Уилкинса, Р. Франклин, Э. Чаргаффа).

Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси, т.е. представляет собой двойную спираль (исключение — некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют одноцепочечную ДНК). Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами — 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Молекулярный вес — десятки и сотни миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека — около 2 м. В эукариотических клетках ДНК образует комплексы с белками и имеет специфическую пространственную конформацию.

Мономер ДНК — нуклеотид (дезоксирибонуклеотид) — состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и 3) фосфорной кислоты. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов. Пиримидиновые основания ДНК (имеют в составе своей молекулы одно кольцо) — тимин, цитозин. Пуриновые основания (имеют два кольца) — аденин и гуанин.

Моносахарид нуклеотида ДНК представлен дезоксирибозой.

Название нуклеотида является производным от названия соответствующего основания. Нуклеотиды и азотистые основания обозначаются заглавными буквами.

Азотистое основание	Название нуклеотида	Обозначение
Аденин	Адениловый	А (A)
Гуанин	Гуаниловый	Г (G)
Тимин	Тимидиловый	Т (T)
Цитозин	Цитидиловый	Ц (C)

Полинуклеотидная цепь образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. При этом между 3′-углеродом остатка дезоксирибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает фосфоэфирная связь (относится к категории прочных ковалентных связей). Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5′-углеродом (его называют 5′-концом), другой — 3′-углеродом (3′-концом).

Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное: против аденина одной цепи в другой цепи всегда располагается тимин, а против гуанина — всегда цитозин, между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином — три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (аденин — тимин, гуанин — цитозин) и избирательно соединяются друг с другом, называется принципом комплементарности. Следует отметить, что Дж. Уотсон и Ф. Крик пришли к пониманию принципа комплементарности после ознакомления с работами Э. Чаргаффа. Э. Чаргафф, изучив огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, установил, что в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина — тимину («правило Чаргаффа»), но объяснить этот факт он не смог.

Из принципа комплементарности следует, что последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой.

Цепи ДНК антипараллельны (разнонаправлены), т.е. нуклеотиды разных цепей располагаются в противоположных направлениях, и, следовательно, напротив 3′-конца одной цепи находится 5′-конец другой. Молекулу ДНК иногда сравнивают с винтовой лестницей. «Перила» этой лестницы — сахарофосфатный остов (чередующиеся остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты); «ступени» — комплементарные азотистые основания.

Функция ДНК — хранение и передача наследственной информации.

ПЦР-исследование на ДНК вируса

Подготовка к анализу

Выше уже отмечалось, что для постановки диагноза нужно сдать ПЦР гепатита B. Чтобы исследование было точным, пациенту нужно соблюсти ряд несложных правил. Первое и самое главное – сдавать анализ натощак. Только так можно получить точный результат. Пить воду в день исследования можно.

Также накануне исследования крайне не рекомендуется принимать алкогольные напитки. В идеале – воздерживаться от приема спиртного хотя бы за 3-5 дней до проведения забора крови. Известны случаи, когда вследствие употребления алкоголя человек получал ложноположительный или ложноотрицательный результат. Хотя на сегодняшний день это считается практически невозможным, так как ПЦР – высокоточный анализ.

Не помешает:

• В день исследования не курить.
• Накануне сдачи соблюдать диету.
• По рекомендации врача прервать прием препаратов, которые в той или иной степени способны оказывать влияние на полученный результат.
• Избегать физических нагрузок.

Если человек уже проходит противовирусную терапию, то прерывать прием ЛС накануне ПЦР не нужно. Цена комплексного ПЦР-исследования в частных лабораториях (Синево, Гемотест и пр.) стартует от 2000 рублей.

Качественный анализ

Обнаруживать ДНК ВРВ помогает качественный ПЦР-анализ. Он назначается не только при подозрении на гепатит Б. Проходить качественное исследование рекомендуется тем людям, которые проходят или закончили прохождение противовирусной терапии. ПЦР может назначаться людям, которые проживают с инфицированным человеком.

Цель качественного ПЦР – обнаружить ДНК вирусного агента. Расшифровка проводится очень просто. Качественный анализ дает либо положительный, либо отрицательный результат. В первом случае вирус обнаружен, во втором – нет.

Но есть один нюанс. Несмотря на то, что ПЦР достаточно точный анализ, получить ложноположительный или ложноотрицательный результат можно. По словам гепатологов, лучше сдать исследование два раза в разных лабораториях.

Количественный анализ

Количественный анализ на гепатит B проводится тоже в обязательном порядке при подозрении на наличие ВРВ в организме. Что такое количественное исследование и зачем оно нужно? Как понятно из названия, анализ помогает определить количество инфекционного агента в организме. При помощи исследования врач может оценить степень тяжести патологии.

Также количественный анализ нужно сдавать тем людям, которые уже проходят лечение. При помощи него можно определить эффективность терапевтических мероприятий, и по необходимости внести коррективы.

Единица измерения вируса – МЕ/мл. Иногда используется ДНК/мл (количество копий). Усредненное значение – 1 МЕ/мл = 5 копий/мл. Если результат анализа меньше 75 МЕ/мл, то ВРВ у пациента отсутствует.

Расшифровка количественного исследования следующая:

1. До 2 * 105 копий/мл. Означает, что вирус ведет себя не очень активно. В таких случаях вылечить ВРВ относительно нетяжело.
2. От 2 * 105 до 2 * 106 копий/мл. Означает, что активность вируса средняя. Инфекционный агент достаточно активен, и вероятность хронизации воспалительного процесса достаточно высокая.
3. От 2 * 106 до 2 * 107. Виремия большая. Активность вируса очень высокая, воспалительный процесс протекает реактивно.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – своеобразный чертеж жизни, сложный код, в котором заключены данные о наследственной информации. Эта сложная макромолекула способна хранить и передавать наследственную генетическую информацию из поколения в поколение.

ДНК определяет такие свойства любого живого организма как наследственность и изменчивость. Закодированная в ней информация задает всю программу развития любого живого организма. Генетически заложенные факторы предопределяют весь ход жизни человека.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.

ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы.

Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи).

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей.

Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух параллельных неразветвленных полинуклеотидных цепей, закрученных в противоположные стороны вокруг общей оси.

Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфата и дезоксирибозы – снаружи.

Две спирали удерживаются вместе водородными связями между парами азотистых оснований. Водородные связи образуются между определенными основаниями: тимин (Т) образует водородные связи только с аденином (А), а цитозин (Ц) – только с гуанином (Г). В первой паре азотистых оснований две водородные связи, а во второй – три.

Такие пары оснований называются комплементарными парами. А такое пространственное соответствие молекул, способствующее их сближению и образованию водородных связей, называется комплементарностью. Комплементарность обусловливает спиралевидную модель ДНК.

Две спирали в молекуле ДНК комплементарны друг другу. Последовательность нуклеотидов в одной из спиралей определяет последовательность нуклеотидов в другой.

В каждой паре оснований, связанных водородными связями, одно из оснований – пуриновое, а другое пиримидиновое. Общее число остатков пуриновых оснований в молекуле ДНК равно числу остатков пиримидиновых оснований.

Таким образом,

• ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А),
• ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г).

Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков.

Репликация ДНК

Двухспиральная структура ДНК с комплементарными полинуклеотидными цепями обеспечивает возможность самоудвоения (репликации) этой молекулы.

Перед удвоением водородные связи разрываются, и две цепи раскручиваются и расходятся. Каждая цепь затем служит матрицей для образования на ней комплементарной цепи.

После разделения цепей происходит саморепликация, т.е. образование новой двойной спирали, идентичной исходной.

После репликации образуются две дочерние молекулы ДНК, в каждой из которых одна спираль взята из родительской ДНК, а другая (комплементарная) синтезирована заново.

Таким образом, сохраняется и передается новому поколению исходная структура ДНК.

Длина полинуклеотидных цепей ДНК практически неограничена. Число пар оснований в двойной спирали может меняться от нескольких тысяч у простейших вирусов до сотен миллионов у человека.

Видеофильм «ДНК. Код Жизни»

Рубрики: Нуклеиновые кислоты

Роль в клетке

Конечно одна, даже большая двойная спираль не способна вместить в себя весь объем информации необходимый для такого сложного проекта, как человеческое тело. Возможно, поэтому эти цепочки объединены в пары, что делает их похожими на букву «Х». Хромосомы в свою очередь тоже парные, и их у человека 46 пар.

Помимо того, что хромосома содержит в себе подробную инструкцию по функционированию клетки, она же путем активации актуальных моменту генов, провоцирует клетку вырабатывать определённые белки с самыми различными свойствами. Например, в борьбе с опухолями активно участвует ген старости, который старит её недоброкачественнее клетки и не даёт им бесконечно делиться.

ДНК – хранитель генетической информации

Организмы используют расстановку нуклеотидов ДНК для кодирования информации, указывающей аминокислотную последовательность первичной структуры их белков. Этот способ похож на то, как мы кодируем слова в предложении при помощи букв.

Предложение, написанное на русском языке, состоит из комбинации 33 букв алфавита в определённом порядке; код молекулы ДНК состоит из комбинации четырёх типов нуклеотидов в специфической последовательности: А, T, Г, Ц.

ДНК в организмах содержится в виде двух цепей, обёрнутых в виде спирали вокруг друг друга и вместе вокруг общей оси, либо в линейной форме, либо кольцевой у большинства прокариот, а также в хлоропластах и митохондриях эукариот. Исключение – одноцепочечная молекула ДНК некоторых фагов — вирусов, поражающих бактериальные клетки. Две нити ДНК соединены связями-перемычками, как винтовая лестница ступенями. Такая структура молекулы называется двойной спиралью. Каждый шаг винтовой лестницы ДНК состоит из пары оснований. Основание одной цепи притягивается водородной связью к основанию другой цепи.

Строение ДНК

Правила спаривания возникают из наиболее стабильной конфигурации водородного скрепления между двумя основаниями: пары аденина с тимином двумя водородными связями (в ДНК) или с урацилом (в РНК) и пары цитозина с гуанином — тремя водородными связями.

Основания, которые участвуют в сопряжении, дополняют друг друга, это свойство носит название комплементарности. Если известна последовательность оснований одной цепи ДНК, то благодаря специфичности их соединения, становится известна структура её партнёра — второй цепи.

Схема строения ДНК

В клетках эукариот ДНК дополнительно комплектуется с белками для формирования структур, называемых хромосомами. Это структуры более высокого порядка, которые влияют на функцию ДНК, поскольку участвуют в контроле за экспрессией генов.

Определение размеров молекул ДНК стало возможным только после изобретения методов электронной микроскопии, ультрацентрифугирования, электрофореза.

Расшифровка структуры ДНК имеет свою предысторию. В 1950 г. американский ученый Э. Чаргафф и его коллеги, исследуя состав молекулы ДНК, установили следующие закономерности, впоследствии названные правилами Чаргаффа.

1. Количество адениловых нуклеотидов в молекуле ДНК равно количеству тимидиловых (А = Т), а количество гуаниловых — количеству цитидиловых (Г = Ц).
2. Количество пуриновых азотистых оснований равно количеству пиримидиновых (А + Г = Т + Ц).
3. Суммарное количество адениловых и цитидиловых нуклеотидов равно суммарному количеству тимидиловых и гуаниловых нуклеотидов (А + Ц = Т + Г), что следует из первого правила.

Это открытие способствовало установлению пространственной структуры ДНК и определению ее роли в передаче наследственной информации от одного поколения другому. В 1953 г. на основании правил Чаргаффа и данных о пространственной структуре молекулы ДНК, полученных английским биофизиком М. Уилкинсом, американский ученый Дж. Уотсон и англичанин Ф. Крик предложили трехмерную модель структуры ДНК, которая получила название «двойной спирали». За разработку модели молекулы ДНК Дж. Уотсон, Ф. Крик и М. Уилкинс в 1962 г. были удостоены Нобелевской премии.

Параметры двойной спирали ДНК

Заключение

Подводя итог всему вышесказанному, хотелось бы отметить, что мир молекул РНК и ДНК, в отрыве от привычной для нас функции «передачи информации», таит в себе множество интересных возможностей и неожиданных проявлений. Более того, многогранность этих возможностей позволяет рассматривать их с совершенно различных сторон — в частности, как и было представлено в этой статье, работа механизмов на основе нуклеиновых кислот может быть представлена даже в виде функционирования реально существующего языка программирования.

Наличие подобных ракурсов, не лишенных изрядной доли смысла, возможно, станет интересным для людей самых различных профессий и специальностей, что станет причиной вовлеченности в изучение основы нашего существования все большего и большего числа людей.

В самом начале данной статьи уже упоминалось, что подобный взгляд, да и сам термин «ДНК-программирование» являются неотъемлемыми составляющими одной большой прикладной науки, носящей название синтетической биологии. Изучить живое, «взломать» его программный код, чтобы понять, как это живое работает, и на основе полученных знаний создать нечто новое — задача целого ряда дисциплин и уровней, начиная от организменного и заканчивая молекулярным и даже атомным. Наука не стоит на месте и, возможно, уже в самом ближайшем времени мы сможем «перепрограммировать» самих себя.