Как осуществляется синтез днк кратко

Содержание
  1. Транскрипция и трансляция
  2. Репликация ДНК – удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio – удвоение)
  3. Транскрпиция (лат. transcriptio — переписывание)
  4. Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)
  5. Примеры решения задачи №1
  6. Пример решения задачи №2
  7. Пример решения задачи №3
  8. Биосинтез ДНК — характеристики и структура реакции
  9. История жизни — это история биосинтеза
  10. Дезоксирибонуклеиновая кислота: коротко о главном
  11. Принципы биосинтеза: матричность, комплементарность и полуконсервативность
  12. Этапы процедуры биосинтеза
  13. Особенности биосинтеза
  14. Биосинтез ДНК: реакция в пробирке
  15. Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)
  16. Строение ДНК
  17. Строение нуклеотидов в молекуле ДНК
  18. Уровни структуры ДНК
  19.  Правило Чаргаффа
  20. Модель ДНК Уотсона-Крика
  21. Интересные факты о ДНК
  22. Изучение ДНК: строение молекулы ДНК. Структура. Синтез ДНК. Репликация
  23. Строение ДНК-молекулы
  24. Структура ДНК
  25. Синтез ДНК. Репликация
  26. Функции ДНК
  27. Формы ДНК, структура и синтез
  28. Уровни организации молекулы ДНК
  29. Первичная структура: компоненты ДНК
  30. Образование вторичной структуры
  31. А-ДНК – сухая молекула
  32. Влажная B-ДНК
  33. Неканоническая Z-ДНК
  34. Репликация ДНК и ее строение
  35. Суперскрученная молекула
  36. Окончательная компактизация ДНК
  37. Синтез ДНК
  38. Описание этого явления
  39. История открытия синтеза
  40. Принцип деления ДНК
  41. Для чего необходим процесс синтеза
  42. Использование в медицине и генетике
  43. Перспективы развития
  44. Интересные факты

Транскрипция и трансляция

Как осуществляется синтез днк кратко

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице – нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом “генетическом языке”. Скоро вы все поймете – мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится – перерисуйте его себе :)

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) – АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать – УАГ (кодон иРНК). тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись – АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК – удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio – удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) – в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.

Транскрпиция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А – У, Т – А, Г – Ц, Ц – Г (загляните в “генетический словарик” выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК – промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

  • Инициация (лат. injicere — вызывать)
  • Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

  • Элонгация (лат. elongare — удлинять)
  • Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.

  • Терминация (лат. terminalis — заключительный)
  • Достигая особого участка цепи ДНК – терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень – в процесс трансляции. Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК.

Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

  • Инициация
  • Информационная РНК (иРНК, синоним – мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц. Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту, соответствующую кодону АУГ – метионин.

  • Элонгация
  • Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) – У (урацил), Г (гуанин) – Ц (цитозин). В основе этого также лежит принцип комплементарности.Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу иРНК одновременно – образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.

  • Терминация
  • Синтез белка – полипептидной цепи из аминокислот – в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция – завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй – из верхнего горизонтального, третий – из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота :)

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА – Глн. Попробуйте самостоятельно найти аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота – Ала, ААА – Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк: это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.

“Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода”

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

“Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ.

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК”

Обратите свое пристальное внимание на слова “Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК “. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу синтезировать с ДНК фрагмент тРНК – другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой – мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК – АЦГ соответствует антикодону тРНК – УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК, так что переведем антикодон тРНК – УГЦ в кодон иРНК – АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ – Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК – так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%. 100% – (20%+20%) = 60% – столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? :)

Источник: https://studarium.ru/article/121

Биосинтез ДНК — характеристики и структура реакции

Как осуществляется синтез днк кратко

Биосинтез непросто описать людям, далеким от биологии. В интернете полно статей и учебников, написанных научным языком — скучно и непонятно. Мы совсем без терминов тоже не обошлись, но постарались описать механизм биосинтеза как можно проще.

История жизни — это история биосинтеза

Жизнь появилась около 3.5–4 миллиардов лет назад. За это время произошло много всего интересного: в атмосфере Земли появилось очень ценное вещество — свободный кислород, произошло несколько оледенений и массовых вымираний живых организмов, обезьянки из рода Homo научились заострять камни для добычи пищи, а уже через 2.5 миллиона лет выпустили первый айфон.

Все это время жизнь сохранялась и поддерживалась. И по большому счету, биологическая история Земли — увлекательная история о том, как воспроизводилась и менялась ДНК.

Прежде, чем читать про биосинтез, давайте бегло пробежимся по самой ДНК.

Дезоксирибонуклеиновая кислота: коротко о главном

ДНК — как карта памяти, в ней вся информация, необходимая для развития любого организма. Как именно проявится эта информация, во многом зависит от того, как работают другие нуклеиновые кислоты — РНК. Но про них расскажем в другой раз.

Структура ДНК известна всем: знаменитую двойную спираль постоянно показывают в фантастических фильмах про мутантов и используют в качестве иллюстрации к научпоп-статьям.

Каждая спираль состоит из нуклеозидов, их может быть четыре типа:

  • Аденозин (А)
  • Тимидин (Т)
  • Гуанозин (Г)
  • Цитидин (Ц)

Это те буквы, которыми написан текст жизни. Каждое слово в нем — отдельный ген. Каждый в какой-то степени определяет наше здоровье, способности, внешний вид — практически все.

Чтобы жизнь на Земле продолжалась, клетки (а вместе с ними и ДНК) должны делиться. Необходимость в делении клеток возникает также при росте организма и обновлении тканей. При этом ДНК клетки сначала удваивается, а затем распределяется по новым клеткам.

Этот процесс, когда весь генетический материал удваивается, и есть биосинтез ДНК  — репликация, если говорить строгим научным языком.

Пожалуй, важнейшая характеристика ДНК — способность сохраняться почти неизменной в ряду поколений. Именно поэтому у двух людей рождается человеческий малыш, а не котенок или щенок. Причем не случайный малыш, а похожий на маму и папу. Такую сохранность обеспечивают основные принципы репликации.

Принципы биосинтеза: матричность, комплементарность и полуконсервативность

Репликация — сложный матричный процесс, и многие его детали до сих пор неизвестны. За открытия в области изучения репликации присуждено несколько Нобелевских премий, что подчеркивает важность изучения этого процесса для науки.

В репликации матрица — это одна из спиралей ДНК. По ней можно безошибочно достроить вторую цепь. Только в биосинтезе ДНК новая цепочка — не точная копия исходной, а скорее ее зеркальное отражение. Создается она по двум простым правилам комплементарности:

Это значит, что если на одной спирали находится аденозин, то на второй напротив нее всегда стоит тимидин, а напротив гуанозина — цитидин.

Когда биосинтез завершился, из одной ДНК получаем две абсолютно такие же. В каждой из новых ДНК одна цепочка материнская, а вторая — достроенная по принципу «А–Т, Г–Ц» . Половинка старая, половинка новая — такой принцип называется полуконсервативным.

Этапы процедуры биосинтеза

Биосинтез ДНК в клетке происходит с участием большого числа специальных белков. Место действия — ядро клетки.

Главный белок — ДНК-полимераза. Она умеет достраивать одноцепочечную ДНК до двухцепочечной по принципу комплиментарности. Однако для этого надо провести подготовительные работы.

№1: расплести двухцепочечную спираль

За это отвечают специальные «ножницы» — геликазы. ДНК очень длинная, а делящаяся клетка не может долго ждать — поэтому для ускорения процесса тысячи геликаз расплетают ДНК в тысячах мест одновременно.

Аккуратная двухцепочечная молекула ДНК после геликаз превращается в «растрепанную косичку» — тут и там спираль распадается на одиночные нити. Но этого недостаточно: полимераза не может сесть на ДНК в любом понравившемся ей месте и начать синтез. Для этого ей нужно подготовить специальную посадочную площадку — праймер, или попросту затравку.

№2: создать затравку

Этим занимаются праймазы. Они садятся на одноцепочечную ДНК и синтезирует короткий хвостик из нескольких десятков букв-нуклеозидов. Это и есть тот самый праймер.

№3: синтезировать вторую цепочку

Тут все просто. Полимераза садится на затравку, ползет по расплетенной спирали и синтезирует вторую цепочку. Когда она встречает следующую затравку, она сваливается с ДНК, садится на новую затравку и опять начинает синтез.

Особенности биосинтеза

Процесс репликации ДНК очень точный, однако и в нем могут возникать ошибки: примерно одна на миллион. Поэтому репликация всегда включает в себя репарацию. 

Биологическая роль репарации — исправление погрешностей. Благодаря этому частота ошибок снижается до одного на миллиард. Но даже с такой высокой точностью с каждым делением в ДНК остаются ошибки. И иногда они могут приводить к различным заболеваниям, в том числе и раку. Об этом мы тоже как-нибудь обязательно расскажем подробнее.

Биосинтез ДНК: реакция в пробирке

Биологов хлебом не корми, а только дай какой-нибудь биологический процесс в пробирке воспроизвести. Вот и репликация давно уже учеными «приручена» и используется в диагностике.

В 1983 году Кэри Муллисом был придуман метод аналог биосинтеза ДНК в лаборатории — полимеразная цепная реакция (ПЦР). Для этого в пробирку помещают ферменты, затравки, нуклеозиды и другие необходимые компоненты. После этого запускают цикл биосинтеза интересующих последовательностей ДНК.

Такая схема подходит для генетических тестов:

  • на выявление предрасположенностей к различным заболеваниям;
  • на выявление индивидуальных особенностей метаболизма;
  • на определение отцовства;
  • для поиска преступников.

Источник: https://mygenetics.ru/blog/genetika/chto-takoe-biosintez-dnk/

Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)

Как осуществляется синтез днк кратко

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это линейный органический полимер, мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.

Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула.

 Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой.

Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации).

Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген.

Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма. Одни из них кодируют белки,  другие — только молекулы РНК.

Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:

  • синтеза РНК (транскрипции): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).
  • синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы.

Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.

Строение ДНК

ДНК – это линейный органический полимер. Его мономерные звенья – нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из:

  • азотистого основания;
  • пятиуглеродного сахара (пентозы);
  • фосфатной группы (рисунок 1).Рисунок 1 : ДНК – строение одной цепочки нуклеотидов

При этом,  фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка,  а  органическое основание — к 1′-атому.

Основания в ДНК бывают двух типов:

  • Пуриновые: аденин ( А ) и гуанин (G);
  • Пиримидиновые: цитозин (С) и тимин (Т);(рисунок 2),Рисунок 2: Азотистые основания- пуриновые и пиримидиновые

Строение нуклеотидов в молекуле ДНК

В ДНК моносахарид представлен  2′-дезоксирибозой, содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН),  а  в РНКрибозой, имеющей 2 гидроксильные группы(OH).

Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец),  а  на другом — 5′-фосфатная группа (5′-конец).

Уровни структуры ДНК

Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:

  • первичную;
  • вторичную;
  • третичную.

Первичная структура  ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК стабилизируется  водородными связями между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек,  закрученных вправо вокруг одной оси.

Общий виток спирали- 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм.

Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК.

Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов.

Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме. Так, в вытянутой форме длина молекулы ДНК составляет  8 см,  а в форме суперспирали укладывается в 5 нм.

 Правило Чаргаффа

Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:

  1. У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т  или (А + G)/(C + Т)=1.
  2. В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +C) равно количеству оснований с кетогруппами (G + Т):   А +C= G + Т или (А +C)/(G + Т)= 1
  3. Правило эквивалентности, то есть : А=Т, Г=Ц; А/Т = 1;  Г/Ц=1.
  4. Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности меньше 1, и колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98, у микроорганизмов он больше 1.

Модель ДНК Уотсона-Крика

Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).

Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3).

При этом аденин образует пару только с тимином,  а  гуанин — с цитозином.

Пара оснований  А—Т  стабилизируется двумя водородными связями,  а  пара G—Стремя.

Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.

Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’—З’-фосфодиэфирными связями, образует «боковины винтовой лестницы»,  а  пары оснований  А—Т  и G—С — ее ступеньки (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика

Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′.

В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:

  • 5′-TAGGCAT-3′
  • 3-ATCCGTA-5′.

В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева,  а  3′-конец — справа.

Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.

Модель ДНК Уотсона—Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:

  • согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
  • нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.

Интересные факты о ДНК

  1. Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации. При этом, ДНК всех клеток человеческого организма занимают 60 млрд. терабайт, что сохраняются на 150-160 граммах ДНК. [2]
  2. Международный день ДНК отмечается 25 апреля.

    Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот», где описали двойную спираль молекулы ДНК. [3]

Список литературы: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.

Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
Б.Глик,
Дж. Пастернак,
Источник: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
[2] MPlast.

by – портал: “ДНК 1 клетки человека вмещает 1,5 гигабайта информации – лучший винчестер на планете” – 27 апреля 2016 года
[3] Журнал NATURE: “Molecular Structure of Nucleic Acids” – 25 апреля 1953 года
Дата в источнике: 2002 год

Источник: https://mplast.by/encyklopedia/dnk-dezoksiribonukleinovaya-kislota/

Изучение ДНК: строение молекулы ДНК. Структура. Синтез ДНК. Репликация

Как осуществляется синтез днк кратко

Для детального понимания сути метода ПЦР-диагностики необходимо совершить небольшой экскурс в школьный курс биологии.

Еще из школьных учебников мы знаем, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — универсальный носитель генетической информации и наследственных признаков у всех существующих на Земле организмов. Исключение составляют только некоторые микроорганизмы, например, вирусы — универсальным носителем генетической информации у них является РНК – одноцепочечная рибонуклеиновая кислота.

Строение ДНК-молекулы

Открытие ДНК молекулы произошло в 1953 году. Френсис Крик и Джеймс Уотсон открыли структуру двойной спирали ДНК, их работа впоследствии была отмечена Нобелевской премией.

ДНК представляет собой двойную нить, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из «кирпичиков» — из последовательно соединенных нуклеотидов.

Каждый нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований — гуанин (G), аденин (A) (пурины), тимин (T) и цитозин (C) (пиримидины), связанное с дезоксирибозой, к последней, в свою очередь, присоединена фосфатная группа.

Между собой соседние нуклеотиды соединены в цепи фосфодиэфирной связью, образованной 3’-гидроксильной (3’-ОН) и 5’-фосфатной группами (5’-РО3). Это свойство обуславливает наличие полярности в ДНК, т. е. противоположной направленности, а именно 5’- и 3’-концов: 5’-концу одной нити соответствует 3’-конец второй нити.

Наименование услугиСтоимостьСпец цена*
Жидкостная цитология 2 200 руб.
Соскоб на грибы (демодекс) 650 руб.
Анализ мочи общий 350 руб.
Анализ мочи (2-х стаканная проба) 630 руб.
Анализ кала общий (копрограмма) 430 руб.
Смотреть весь прайс-лист
* На специальные цены не действуют дополнительные акции и карты привилегий.

Структура ДНК

Первичная структура ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов ДНК в цепи. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК записывают в виде буквенной формулы ДНК: например — AGTCATGCCAG, запись ведется с 5’- на 3’-конец цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК образуется за счет взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, водородных связей. Классический пример вторичной структуры ДНК — двойная спираль ДНК.

Двойная спираль ДНК — самая распространенная в природе форма ДНК, состоящая из двух полинуклеотидных цепей ДНК. Построение каждой новой цепи ДНК осуществляется по принципу комплементарности, т. е.

 каждому азотистому основанию одной цепи ДНК соответствует строго определенное основание другой цепи: в комплемнтарной паре напротив A стоит T, а напротив G располагается C и т.д.

Синтез ДНК. Репликация

Уникальным свойством ДНК является ее способность удваиваться (реплицироваться).

 В природе репликация ДНК происходит следующим образом: с помощью специальных ферментов (гираз), которые служат катализатором (веществами, ускоряющими реакцию), в клетке происходит расплетение спирали в том ее участке, где должна происходить репликация (удвоение ДНК). Далее водородные связи, которые связывают нити, разрываются и нити расходятся.

В построении новой цепи активным «строителем» выступает специальный фермент — ДНК-полимераза. Для удвоения ДНК необходим также стратовый блок или «фундамент», в качестве которого выступает небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК.

Этот стартовый блок, а точнее – комплементарный участок цепи родительской ДНК — взаимодействует с праймером — одноцепочечным фрагментом из 20—30 нуклеотидов. Происходит репликация или клонирование ДНК одновременно на обеих нитях.

Из одной молекулы ДНК образуются две молекулы ДНК, в которых одна нить от материнской молекулы ДНК, а вторая, дочерняя, вновь синтезированная.

Таким образом, процесс репликации ДНК (удваивания) включает в себя три основных этапа:

  • Расплетение спирали ДНК и расхождение нитей
  • Присоединение праймеров
  • Образование новой цепи ДНК дочерней нити

В основе анализа методом ПЦР лежит принцип репликации ДНК — синтеза ДНК, который современным ученым удалось воссоздать искусственно: в лаборатории врачи вызывают удвоение ДНК, но только не всей цепи ДНК, а ее небольшого фрагмента.

Функции ДНК

Молекула ДНК человека — носитель генетической информации, которая записана в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. В результате описанной выше репликации ДНК происходит передача генов ДНК от поколения к поколению.

Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК (мутации) может приводить к генетическим нарушениям в организме.

Источник: https://policlinica.ru/stroenie-dnk.html

Формы ДНК, структура и синтез

Как осуществляется синтез днк кратко

Дезоксирибонуклеиновая кислота – ДНК – служит носителем наследственной информации, передаваемой живыми организмами следующим поколениям, и матрицей для строительства белков и различных регуляторных факторов, потребных организму в процессах роста и жизнедеятельности. В этой статье мы остановимся на том, какими бывают наиболее распространенные формы структуры ДНК. Также мы обратим внимание на то, как строятся эти формы и в каком виде ДНК пребывает внутри живой клетки.

Уровни организации молекулы ДНК

Различают четыре уровня, определяющих строение и морфологию этой гигантской молекулы:

  • Первичный уровень, или структура – это порядок нуклеотидов в цепи.
  • Вторичная структура представляет собой знаменитую «двойную спираль». Устоялось именно это словосочетание, хотя на самом деле подобная структура напоминает винт.
  • Третичная структура образуется вследствие того, что между отдельными участками двухцепочечной закрученной нити ДНК возникают слабые водородные связи, придающие молекуле сложную пространственную конформацию.
  • Четвертичная структура – это уже сложный комплекс ДНК с некоторыми белками и РНК. В такой конфигурации ДНК упакована в хромосомы в ядре клетки.

Первичная структура: компоненты ДНК

Блоками, из которых строится макромолекула дезоксирибонуклеиновой кислоты, являются нуклеотиды, представляющие собой соединения, в состав каждого из которых входят:

  • азотистое основание – аденин, гуанин, тимин или цитозин. Аденин и гуанин относятся к группе пуриновых оснований, цитозин и тимин – пиримидиновых;
  • пятиуглеродный моносахарид дезоксирибоза;
  • остаток ортофосфорной кислоты.

При образовании полинуклеотидной цепочки важную роль играет порядок групп, образуемых атомами углерода в кольцевой молекуле сахара. Фосфатный остаток в нуклеотиде соединен с 5’-группой (читается «пять прайм») дезоксирибозы, то есть с пятым атомом углерода. Наращивание цепочки происходит путем присоединения к свободной 3’-группе дезоксирибозы фосфатного остатка следующего нуклеотида.

Таким образом, первичная структура ДНК в форме полинуклеотидной цепи – имеет 3’- и 5’-концы. Это свойство молекулы ДНК называется полярностью: синтез цепи может идти только в одном направлении.

Образование вторичной структуры

Следующий шаг в структурной организации ДНК базируется на принципе комплементарности азотистых оснований – их способности попарно соединяться друг с другом посредством водородных связей.

Комплементарность – взаимное соответствие – возникает по той причине, что аденин и тимин образуют двойную связь, а гуанин и цитозин – тройную.

Поэтому при формировании двойной цепи эти основания встают друг напротив друга, образуя соответствующие пары.

Полинуклеотидные последовательности располагаются во вторичной структуре антипараллельно. Так, если одна из цепочек имеет вид 3’ – АГГЦАТАА – 5’, то противоположная будет выглядеть следующим образом: 3’ – ТТАТГЦЦТ – 5’.

При образовании молекулы ДНК происходит закручивание сдвоенной полинуклеотидной цепи, причем от концентрации солей, от водонасыщенности, от строения самой макромолекулы зависит, какие формы может принимать ДНК на данной структурной ступени. Известно несколько таких форм, обозначаемых латинскими буквами A, B, C, D, E, Z.

Конфигурации C, D и E не встречены в живой природе и наблюдались только в лабораторных условиях. Мы рассмотрим основные формы ДНК: так называемые канонические A и B, а также конфигурацию Z.

А-ДНК – сухая молекула

А-форма – это правый винт с 11 комплементарными парами оснований в каждом витке. Диаметр его составляет 2,3 нм, а длина одного витка спирали – 2,5 нм. Плоскости, образуемые спаренными основаниями, имеют наклон 20° по отношению к оси молекулы. Соседние нуклеотиды расположены в цепочках компактно – между ними всего 0,23 нм.

Такая форма ДНК возникает при низкой гидратации и при повышенной ионной концентрации натрия и калия. Она характерна для процессов, в которых ДНК образует комплекс с РНК, поскольку последняя не способна принимать иные формы. Кроме того, А-форма весьма устойчива к ультрафиолетовому облучению. В этой конфигурации дезоксирибонуклеиновая кислота содержится в грибных спорах.

Влажная B-ДНК

При малом содержании солей и высокой степени гидратации, то есть в нормальных физиологических условиях, ДНК принимает свою главную форму B. Природные молекулы существуют, как правило, в В-форме. Именно она лежит в основе классической модели Уотсона-Крика и чаще всего изображается на иллюстрациях.

Данной форме (она также правозакрученная) свойственна меньшая компактность размещения нуклеотидов (0,33 нм) и большой шаг винта (3,3 нм). Один виток содержит 10,5 пары оснований, поворот каждой из них относительно предыдущей составляет около 36°. Плоскости пар почти перпендикулярны оси «двойной спирали». Диаметр такой сдвоенной цепочки меньше, чем у А-формы – он достигает только 2 нм.

Неканоническая Z-ДНК

В отличие от канонических ДНК, молекула типа Z представляет собой левозакрученный винт. Она самая тонкая из всех, имеет диаметр всего 1,8 нм. Витки ее длиной 4,5 нм как бы вытянуты; эта форма ДНК содержит 12 спаренных оснований на каждый виток. Расстояние между соседними нуклеотидами также достаточно велико – 0,38 нм. Так что Z-форма характеризуется наименьшей степенью скрученности.

Образуется она из конфигурации B-типа на тех участках, где в составе нуклеотидной последовательности чередуются пуриновые и пиримидиновые основания, при изменении содержания ионов в растворе.

Формирование Z-ДНК связано с биологической активностью и является очень кратковременным процессом. Подобная форма нестабильна, что создает трудности при исследовании ее функций.

Пока что они в точности не ясны.

Репликация ДНК и ее строение

И первичная, и вторичная структуры ДНК возникают в ходе явления, называемого репликацией – образования из материнской макромолекулы двух идентичных ей «двойных спиралей». При репликации исходная молекула расплетается, и на освободившихся одиночных цепочках происходит наращивание комплементарных оснований.

Поскольку половинки ДНК антипараллельны, этот процесс протекает на них в разных направлениях: по отношению к материнским цепочкам от 3’-конца к 5’-концу, то есть новые цепочки растут в направлении 5’ → 3’.

Лидирующая цепь синтезируется непрерывно в сторону репликационной вилки; на отстающей цепи синтез совершается от вилки отдельными участками (фрагменты Оказаки), которые затем сшивает между собой особый фермент – ДНК-лигаза.

Пока продолжается синтез, уже сформированные концы дочерних молекул претерпевают винтообразное закручивание. Затем, еще до окончания репликации новорожденные молекулы начинают образовывать третичную структуру в процессе, именуемом сверхспирализацией.

Суперскрученная молекула

Сверхспирализованная форма ДНК возникает, когда двухцепочечная молекула совершает дополнительное закручивание. Оно может быть направлено по часовой стрелке (положительно) либо против (в этом случае говорят об отрицательной сверхспирализации). ДНК большинства организмов суперскручена отрицательно, то есть против основных витков «двойной спирали».

В результате образования дополнительных петель – супервитков – ДНК приобретает сложную пространственную конфигурацию.

В клетках эукариот этот процесс происходит с формированием комплексов, в которых ДНК отрицательно навивается на гистоновые белковые комплексы и принимает вид нити с бусинами-нуклеосомами. Свободные участки нити называются линкерами.

В поддержании суперскрученной формы молекулы ДНК принимают участие и негистоновые белки, а также неорганические соединения. Так образуется хроматин – вещество хромосом.

Хроматиновые нити с нуклеосомными бусинами способны к дальнейшему усложнению морфологии в процессе, называемом конденсацией хроматина.

Окончательная компактизация ДНК

В ядре форма макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты становится чрезвычайно сложной, компактизируясь в несколько этапов.

  1. Во-первых, нить сворачивается в особую структуру типа соленоида – хроматиновую фибриллу толщиной в 30 нм. На этом уровне ДНК, сворачиваясь, сокращает свою длину в 6-10 раз.
  2. Далее фибрилла при помощи специфических скэффолд-белков образует зигзагообразные петли, что уменьшает линейный размер ДНК уже в 20-30 раз.
  3. На следующем уровне формируются плотно упакованные петельные домены, чаще всего имеющие форму, условно названную «ламповая щетка». Они прикрепляются к внутриядерному белковому матриксу. Толщина таких структур составляет уже 700 нм, ДНК при этом укорачивается приблизительно в 200 раз.
  4. Последний уровень морфологической организации – хромосомный. Петельные домены уплотняются настолько, что достигается общее укорочение в 10 000 раз. Если длина растянутой молекулы – около 5 см, то после упаковки в хромосомы она уменьшается до 5 мкм.

Высшего уровня усложнения формы ДНК достигает в состоянии метафазы митоза. Именно тогда она приобретает характерный облик – две хроматиды, соединенные перетяжкой-центромерой, которая обеспечивает расхождение хроматид в процессе деления.

Интерфазная ДНК организована до доменного уровня и распределяется в ядре клетки без особого порядка.

Таким образом, мы видим, что морфология ДНК тесно связана с различными фазами ее существования и отражает особенности функционирования этой важнейшей для жизни молекулы.

Источник: https://News4Auto.ru/formy-dnk-stryktyra-i-sintez/

Синтез ДНК

Как осуществляется синтез днк кратко

Синтез ДНК (или репликация, иногда встречается термин редупликация) – образование новой молекулы этого вещества на базе (матрице) исходной. В ходе деления клеток каждая вновь образовавшаяся клетка получает ДНК, являющуюся точной копией начальной.

Описание этого явления

Благодаря синтезу нуклеиновой кислоты обеспечивается полная и уникальная передача наследственной информации. Именно поэтому существует замена поколений, и более того, из поколения в поколение вся информация передается неизменной.

Репликация – довольно сложный механизм, который осуществляется взаимодействием уникального белкового комплекса. Этот комплекс называется реплисома.

Принцип синтеза ДНК

Синтез ДНК имеет три стадии: инициация, элонгация, терминация. Редупликация начинается не с какого угодно участка спирали, а только со строго определенного. Этот участок является сайтом репликации. Геном же может содержать как один такой сайт, так и много. Инициация невозможна без так называемого репликона. На этом участке собственно и начинается репликация.

На сайте инициации происходит так называемое расплетание двойной спирали ДНК. В этом месте образуется репликационная вилка, где с помощью реплисомы и начинается синтез.

Во время элонгации благодаря таким ферментам, как хеликаза и топоизомераза происходит вращение спирали. Правильность записи информации обеспечивается правилом комплементарности, а также ДНК-полимеразой.

Явление происходит непрерывно, по направлению репликационной вилки. Во время этого затрачивается определенное количество энергии.

Когда исчерпываются возможности ДНК-матрицы, репликация прекращается. По-видимому, на этом же этапе прекращаются и ферментные реакции, обеспечивающие точность протекания деления. Следует отметить, что точность редупликации достаточно высока, а вероятность ошибки очень низкая. Если же случается ошибка синтеза, то она легко исправляется во время репарации.

История открытия синтеза

Нуклеиновые соединения изучаются еще с середины 19 века. К 1872 г. было выделено дезоксирибонуклеиновую кислоту. К началу ХХ века было установлено, что молекулы ДНК являются полимерами, которые состоят из нуклеотидов (всего их – четыре).

В 1930 году установлено, что это вещество считается обязательной составляющей всех живых организмов, поэтому встал вопрос об изучении синтеза ДНК. Для этого было исследовано типы нуклеотидной связи, строение всех нуклеотидов.

В 1950-х гг. было обнаружено, что образцы ДНК состоят из двух цепей. В 1953 г. благодаря опытам Д. Уотсона и Ф. Крика было предложено трехмерную модель дезоксирибонуклеиновой кислоты.

В 1958 г. на основании опытов над клетками бактерий эшерихий было изучено основные особенности процесса образования ДНК. Многое для современного представления репликации было сделано через исследовательскую деятельность М. Мезельсона, а также Ф. Сталя. Было доказано, что молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты состоит из двух цепей – исходной и только что синтезированной.

Принцип деления ДНК

Синтез ДНК или репликация – это ключевое событие в процессе деления клетки. Существуют такие основополагающие принципы этого важнейшего в биологии явления:

· Матричность. Это значит, что явление редупликации полностью последовательное, а его последовательность обеспечивается правилом комплементарности.

· Полуконсервативность. Это значит, что одна цепь молекулы считается заново синтезированной, а другая цепь является материнской.

· Направленность. Она обеспечивается строгими биологическими процессами.

· Полунепрерывность. Это значит, что одна цепь биополимера проходит редупликацию непрерывно, а другая – как набор коротких отдельных фрагментов. Они получили название по фамилии исследователя этого процесса Оказаки.

· Получение дезоксирибонуклеиновой кислоты начинается только со строго определенных участков ДНК – сайтов инициации.

Для чего необходим процесс синтеза

ДНК – это уникальнейший носитель наследственного материала. Плотность информации в этом объекте не имеет аналогов. Причем вся информация записывается только посредством комбинаций четырех нуклеотидов.

Редупликация также обеспечивает основополагающие свойства всех живых организмов – наследственность и изменчивость. В ходе построения новой нити образуются две абсолютно точные копии цепи. Все они являются биологически идентичными исходной цепи.

В случае же ошибки во время образования нуклеиновой кислоты происходит репарация, благодаря которой биоинформация возобновляется. Таким образом обеспечивается хранение наследственной информации и недопущение ее изменения. Поэтому биологические виды, да и вообще жизнь на Земле могут сохраняться.

Использование в медицине и генетике

Применение методов копирования ДНК в медицине и генетике используется для:

· Изучения причин и особенностей процессов мутаций в генах;

· Исследования особенностей инфицирования человека бактериями и вирусами;

· Установления родства;

· Исследование ДНК на предмет установления отцовства. И в первом, и во втором случаях материал можно взять из лейкоцитов, крови, слюны, срезов тканей;

Изучение этого сложного процесса – важная составляющая создания новых сортов растений и пород животных.

Перспективы развития

Процессы появления нуклеиновых соединений находят свое применение в генной инженерии. Здесь имеются огромные возможности для того, чтобы получать нужные качества и характеристики генетически модифицированных организмов. Возможно также выведение таких организмов, которые имеют наперед заданные свойства.

Достигнутый уровень знаний в медицине позволяет использовать деление ДНК для получения вакцин, способных излечивать от тяжелых вирусных и бактериальных инфекций.

Интересные факты

В ходе исследования особенностей репликации нуклеиновых кислот были установлены такие особенности:

· Большинство случаев онкозаболеваний вызваны отсутствием репарации.

· Повреждение цепи под воздействием факторов окружающей среды у человека происходит в каждой клетке ежечасно. Тем не менее, генетическая информация в человеке сохраняется стабильной;

· Самое близкое генетически сходное животное к нам – это свинья;

· Устойчивость бактерий к некоторым лекарствам объясняется ошибками синтеза;

 · Спираль этой кислоты можно увидеть только под электронным микроскопом.

Источник: https://testdnk.pro/informacia/sintez-dnk.html

Ваш лекарь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: