A DNS-reduplikáció folyamata során a sejtmagban. DNS-replikációs folyamat. Replikációs sebesség és pontosság

1. Mikor történik a replikáció?- Az interfázis szintetikus fázisában, jóval a sejtosztódás előtt. A replikáció és a mitózis profázis közötti időszakot az interfázis posztszintetikus fázisának nevezik, amely alatt a sejt tovább növekszik, és ellenőrzi, hogy a duplikáció megfelelően történt-e.

2. Ha 46 kromoszóma volt a duplázódás előtt, hány lesz a megkettőzés után?- A kromoszómák száma nem változik, ha a DNS-t megkétszerezzük. A megkettőződés előtt egy személynek 46 egy kromoszómája van (egy kettős DNS-szálból), a megkettőzés után pedig 46 kettős kromoszóma (két azonos kettős DNS-szálból áll, amelyek a centromérán kapcsolódnak egymáshoz).

3. Miért van szükség replikációra?- Hogy a mitózis során minden leánysejt megkaphassa a saját DNS-másolatát. A mitózis során a 46 kettős kromoszóma mindegyike két egyedi kromoszómára oszlik; két 46 egyedi kromoszómából álló sorozatot kapunk; ez a két halmaz két leánysejtté válik szét.

A DNS szerkezetének három alapelve

Félig konzervatív- minden leány-DNS tartalmaz egy láncot az anyai DNS-ből és egy újonnan szintetizáltat.

Komplementaritás- AT/CG. Az egyik DNS-szál adeninjével szemben mindig van egy másik DNS-szál timinje, és a citozinnal szemben mindig van guanin.

Antiparallelizmus- A DNS-szálak egymással ellentétes végén helyezkednek el. Ezeket a végeket nem tanulják az iskolában, így egy kicsit részletesebben (majd a vadonba).

A DNS monomerje egy nukleotid, a nukleotid központi része dezoxiribóz. 5 szénatomos (a legközelebbi képen a bal alsó dezoxiribóz számozott atomjai). Lássuk: az első szénatomhoz egy nitrogéntartalmú bázis kapcsolódik, az ötödikhez egy adott nukleotid foszforsava, a harmadik atom készen áll a következő nukleotid foszforsavának megkötésére. Így minden DNS-láncnak két vége van:

• 5" végén foszforsav található;
• A 3" vége ribózt tartalmaz.

Az antiparallel szabály az, hogy a DNS kettős szálának egyik végén (például a legközelebbi kép felső végén) az egyik szálnak 5"-os, a másiknak pedig 3"-os vége van. A replikációs folyamat szempontjából fontos, hogy a DNS-polimeráz csak a 3"-os végét tudja meghosszabbítani. A DNS-lánc csak a 3"-os végén tud növekedni.

Ezen a képen a DNS megkettőződése alulról felfelé megy végbe. Látható, hogy a bal oldali lánc ugyanabba az irányba növekszik, a jobb pedig az ellenkező irányba.

A következő képen top új lánc("vezető szál") ugyanabban az irányban nyúlik meg, amelyben a duplikáció történik. Alul új lánc("lemaradó szál") nem nyúlhat ugyanabba az irányba, mert ott van egy 5"-os vége, ami, mint emlékszünk, nem nő. Ezért az alsó szál rövid (100-200 nukleotid) Okazaki segítségével nő. töredékek, amelyek mindegyike 3"-os irányban nő. Minden Okazaki-fragmens a primer 3"-os végéből nő ("RNS primerek", a primerek pirosak az ábrán).

Replikációs enzimek

A replikáció általános iránya- a DNS megkettőződésének iránya.
Szülői DNS- régi (anyai) DNS.
Zöld felhő a „Szülői DNS” mellett- helikáz enzim, amely megbontja a hidrogénkötéseket a régi (anya) DNS-lánc nitrogénbázisai között.
Szürke oválisok a DNS-szálakon, amelyeket éppen most választottak el egymástól- destabilizáló fehérjék, amelyek megakadályozzák a DNS-szálak összekapcsolódását.
DNS pol III- DNS polimeráz, amely új nukleotidokat ad a felső (vezető, folyamatosan szintetizált) DNS-szál 3"-os végéhez (Vezető szál).
Primase- primáz enzim, ami primert készít (piros Lego darab). Most balról jobbra számoljuk a primereket:

• az első alapozó még nincs kész, a primaza most készül;
• a második primerből a DNS-polimeráz DNS-t épít fel - a DNS-kettőződés irányával ellentétes irányba, de a 3"-os vég irányába;
• a harmadik primerből már felépült a DNS-lánc (Lemaradt szál), közel került a negyedik alapozóhoz;
• a negyedik primer a legrövidebb, mert a DNS polimeráz (DNS pol I) eltávolítja (alias RNS, semmi köze a DNS-hez, csak a jobb végére volt szükségünk belőle) és DNS-sel helyettesíti;
• Az ötödik alapozó már nincs a képen, teljesen ki lett vágva, rés maradt a helyén. DNS ligáz (DNS ligáz)összevarrja ezt a törést úgy, hogy az alsó (lemaradt) DNS-szál sértetlen legyen.

A szuper képen nincs feltüntetve a topoizomeráz enzim, de később a tesztek során megjelenik, szóval ejtsünk róla pár szót. Itt van egy kötél, amely három nagy szálból áll. Ha három elvtárs megragadja ezt a három szálat, és elkezdi három különböző irányba húzni, akkor a kötél hamarosan abbahagyja a kibomlást, és szoros hurkokká tekered. Ugyanez történhet a DNS-sel, amely egy kétszálú kötél, ha nem a topoizomeráz esetében.

A topoizomerosis elvágja a két DNS-szál közül az egyiket, majd (második kép, piros nyíl) a DNS az egyik szála körül forog, így nem képződnek szoros hurkok (csökken a topológiai stressz).

Terminál alulreplikáció

A replikációs enzimekkel készült szuperképből jól látszik, hogy a primer eltávolítása után megmaradt helyen a DNS polimeráz teszi teljessé a következő Okazaki fragmentumot. (Tényleg világos? Ha valami, akkor a szuperfestményen az Okazaki töredékeket körökben lévő számok jelzik.) Amikor a szuperfestmény replikációja eléri a logikai (bal oldali) végét, akkor az utolsó (bal szélső) Okazaki töredék nincs „következő”, így nem lesz senki, aki befejezze a DNS-t a primer eltávolítása után maradt üres helyen.

Íme egy másik rajz neked. A fekete DNS-szál régi, anyai eredetű. A DNS megkettőződése, a szupermintával ellentétben, balról jobbra haladva történik. Mivel a jobb oldali új (zöld) DNS-nek 5"-os vége van, lemarad, és egyedi fragmentumok (Okazaki) hosszabbítják meg. Minden Okazaki-fragmens a primerének 3"-os végétől (kék téglalap) nő. A primereket, mint emlékszünk, a DNS-polimeráz távolítja el, amely ezen a ponton fejezi be a következő Okazaki-fragmenst (ezt a folyamatot piros ellipszis jelzi). A kromoszóma végén nincs, aki kitöltse ezt a részt, mivel nincs következő Okazaki fragmentum, ott már van egy üres hely (Rés). Így minden replikáció után a leánykromoszómák mindkét 5"-os vége lerövidül (terminális alulreplikáció).

Az őssejteknek (a bőrben, a vörös csontvelőben, a herékben) sokkal több mint 60-szor kell osztódniuk. Ezért működik bennük a telomeráz enzim, amely minden replikáció után meghosszabbítja a telomereket. A telomeráz kiterjeszti a DNS túlnyúló 3"-os végét, így az Okazaki-fragmens méretére nő. Ezt követően a primáz egy primert szintetizál rajta, a DNS-polimeráz pedig a DNS alulreplikált 5"-os végét.

Tesztek

1. A replikáció olyan folyamat, amelyben:
A) transzfer RNS szintézis megy végbe;
B) DNS-szintézis (másolás) történik;
C) a riboszómák felismerik az antikodonokat;
D) peptidkötések jönnek létre.

2. Párosítsa a prokarióták replikációjában részt vevő enzimek funkcióit a nevükkel!

3. Eukarióta sejtekben történő replikáció során a primerek eltávolítása
A) csak DNSáz aktivitással rendelkező enzim végzi
B) Okazaki töredékeket képez
B) csak lemaradt szálakban fordul elő
D) csak a sejtmagban fordul elő

4. Ha kivonja az fX174 bakteriofág DNS-ét, azt találja, hogy az 25% A-t, 33% T-t, 24% G-t és 18% C-t tartalmaz. Mivel magyarázná ezeket az eredményeket?
A) A kísérlet eredményei hibásak; valahol hiba volt.
B) Feltételezhetjük, hogy A százalékos aránya megközelítőleg megegyezik T-ével, ami C-re és G-re is igaz. Ezért a Chargaff-szabály nem sérül, a DNS kétszálú és félig konzervatívan replikálódik.
B) Mivel A és T, és ennek megfelelően C és G százalékos aránya eltérő, a DNS egyszálú; azt egy speciális enzim replikálja, amely egy speciális replikációs mechanizmust követ, egyetlen szál templátként.
D) Mivel sem A nem egyenlő T-vel, és G sem egyenlő C-vel, a DNS-nek egyszálúnak kell lennie, replikációja a komplementer szál szintetizálásával és ennek a kétszálú formának a használatával történik templátként.

5. A diagram kétszálú DNS-replikációra vonatkozik. Mindegyik I., II., III. négyzethez válasszon egy enzimet, amely ezen a területen működik.

A) Telomeráz
B) DNS topoizomeráz
B) DNS polimeráz
D) DNS-helikáz
D) DNS-ligáz

6. Könnyű nitrogénizotópot (N-14) tartalmazó tápközegből származó baktériumtenyészetet egy osztódásnak megfelelő ideig nehéz izotópot (N-15) tartalmazó táptalajba vittünk át, majd visszahelyeztük egy könnyű nitrogéntartalmú táptalajba. izotóp. A baktériumok DNS-összetételének elemzése két replikációnak megfelelő periódus után a következőket mutatta:

7. Egy ritka genetikai betegséget immunhiány, szellemi és fizikai retardáció, valamint mikrokefália jellemez. Tegyük fel, hogy egy ilyen szindrómában szenvedő páciens DNS-kivonatában majdnem azonos mennyiségű hosszú és nagyon rövid DNS-szakaszt talált. Melyik enzim hiányzik/hibás ebben a betegben a legvalószínűbb?
A) DNS-ligáz
B) Topoizomeráz
B) DNS polimeráz
D) Helicase

8. A DNS-molekula egy kettős hélix, amely négy különböző típusú nitrogénbázist tartalmaz. A DNS replikációjára és kémiai szerkezetére vonatkozó alábbi állítások közül melyik igaz?
A) A két szál bázissorrendje megegyezik.
B) A DNS kettős szálában a purintartalom megegyezik a pirimidinek tartalmával.
C) Mindkét lánc 5’→3’ irányban szintetizálódik folyamatosan.
D) Az újonnan szintetizált nukleinsav első bázisának hozzáadását a DNS polimeráz katalizálja.
E) A DNS polimeráz hibajavító aktivitása 5’→3’ irányban történik.

9. A legtöbb DNS-polimeráz a következő aktivitással is rendelkezik:
A) ligáz;
B) endonukleáz;
B) 5"-exonukleáz;
D) 3"-exonukleáz.

10. A DNS-helikáz egy kulcsfontosságú DNS-replikációs enzim, amely a kétszálú DNS-t egyszálú DNS-sé tekeri. Az alábbiakban egy kísérletet ismertetünk ezen enzim tulajdonságainak meghatározására.

A kísérletre vonatkozó alábbi állítások közül melyik igaz?
A) A gél tetején megjelenő sáv csak ssDNS, 6,3 kb méretű.
B) A gél alján megjelenő sáv 300 bp-os jelölt DNS.
B) Ha a hibridizált DNS-t csak DNS-helikázzal kezeljük, és a reakció teljesen lezajlott, a sávok elrendezése úgy néz ki, mint a b 3. sávjában.
D) Ha a hibridizált DNS-t csak forralással kezeljük helikáz kezelés nélkül, a sávelrendezés a b 2. sávban látható módon jelenik meg.
E) Ha a hibridizált DNS-t csak forralt helikázzal kezeljük, a sávelrendezés úgy néz ki, mint az 1. sávban a b.

Kerületi Olimpia 2001
- Össz-oroszországi Olimpia 2001
- Nemzetközi Olimpia 2001
- Nemzetközi Olimpia 1991
- Nemzetközi Olimpia 2008
- Kerületi Olimpia 2008
- Nemzetközi Olimpia 2010
Ezen olimpiák teljes szövege megtalálható.

Kedves középiskolások! Ez a munkafüzet azért készült, hogy segítsen megtanulni, hogyan válaszoljon sokféle típusú és megfogalmazású kérdésre. Ezeket gyakran „tesztfeladatoknak” nevezik. Ennek sikeres végrehajtásához tudnia kell, hogy milyen feladatok vannak, miben tér el az egyik feladattípus a másiktól. A munkafüzet első témája a következő részekből áll: oktatás, képzés és ellenőrzés. A többi témakör csak képzési és ellenőrzési részeket (teszteket) tartalmaz. A képzési rész példákat mutat be az érvelésre, a legtöbb kérdésre adott válaszokat és megjegyzéseket. A válaszokat a képzési részben is megadjuk, de a helyes választást Önnek kell elmagyaráznia. Ehhez a szabad sorokban hozzá kell adni a szükséges érveket, amelyek megcáfolják a helytelen válaszokat. A kitöltött sorok jelzik az érvelés logikáját.
Végül a teszt részben teljesen és önállóan kell elvégezni a munkát. A jegyzetfüzet használatával az „Általános biológia” kurzus tanulmányozásakor megtanulja helyesen megérteni a feladat jelentését, saját maga tegyen fel kérdéseket és válaszoljon rá, bizonyítja válaszainak helyességét és cáfolja a helytelen válaszokat. Az oktatási és képzési részekben különböző nehézségi szintű feladatokkal ismerkedhetsz meg, amelyek leggyakrabban különböző tesztlapokban találhatók. Az ellenőrző rész nagyon egyszerű és összetettebb kérdéseket is tartalmaz. Szinte minden kérdés és feladat a különféle vizsgák, de mindenekelőtt az egységes államvizsga letételére való felkészülést célozza. Pontosan ez kapcsolódik ehhez a szerkezethez és a munkafüzet ezen formájához. Nemcsak egyéni munkára készült, hanem tanárral vagy osztálytársakkal való közös munkára is.

A tesztekben, tesztekben és vizsgákon található feladatok típusai (a feladatok példái az Unified State Exam 2007 demóverziójából vannak idézve)

Képzési rész

Amikor elkezd dolgozni a jegyzetfüzettel, alaposan tanulmányozza a különböző típusú feladatok példáit. Tanuld meg felismerni őket. A tesztfeladatok a következő típusokra oszlanak.

1. Feladatok több helyes válasz kiválasztásával.

Amikor egy ilyen kérdésre válaszol, nagyon figyelmesen el kell olvasnia, és pontosan meg kell értenie a jelentését. Mit kérdez a kérdés? A tudományos kutatási módszer jellemzőiről. Mik ezek a tünetek? Szerkezeti jellemzők és a kromoszómák száma. Lehetséges-e észlelni ezeket a jeleket anélkül, hogy behatolnánk a sejtbe? Nem, te nem tudod. Az alábbi módszerek közül melyik teszi lehetővé, hogy mikroszkóp segítségével behatoljon egy sejtbe? Csak citogenetikai. Tehát ez lesz a helyes válasz.
Választhat egy másik, hosszabb érvelési utat, emlékezve más kutatási módszerek jellemzőire.

A kérdésre adott helyes válasz kiválasztása lehet rendkívül egyszerű vagy meglehetősen bonyolult. Ha pontosan megérti a kérdés jelentését, és tudja, hogy a kromatid szerkezetében különbözik a DNS-molekulától, és a sejtosztódás során keletkezik a mitózis interfázisában, akkor a választás egyszerű - a helyes válasz az 1.
A kételyek a következő érveléshez vezethetnek: a 2. és 3. pont teljesen nyilvánvaló, és nem választható helyes válaszként. Egy nem osztódó sejtben nem képződnek kromatidák, és a baktériumsejtben létező cirkuláris DNS-molekula nem kromatid szerkezetű. Az 1. és 4. pont zavaró lehet, mert... Az emlékezet azt mondja, hogy egy kromoszóma két kromatidából, a DNS-molekula pedig két láncból áll. Itt érdemes újra elolvasni a kérdést, és átgondolni a jelentését. A DNS a kromatid része, így a helyes válasz az 1.

2. Feladatok feleletválasztós helyes válaszokkal.

A több helyes válasz közül választható feladat elvégzéséhez jól kell emlékeznie egy tárgy jellemzőire, vagy képesnek kell lennie arra, hogy következtetéseket vonjon le a már birtokában lévő információk alapján. Ez a kérdés megköveteli, hogy rendelkezzen pontos tudással, memóriával és arra, hogy a birtokában lévő információk alapján a helyes válaszokat le tudja következtetni. Először próbálja meg kiválasztani azokat a pontokat, amelyekben magabiztos. Például biztosan tudja, hogy minden sejtnek van citoplazmája. Ezért az első kiválasztott elem a 2. Minden sejtet sejtmembrán borít, vagy organellumáik membránszerkezettel rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy a 4. pont választható helyesnek. A logika azt diktálja, hogy egy sejt nem létezhet fehérjék nélkül, mert minden élő rendszer fehérjéket használ szerkezeti komponensként. De ezeket a fehérjéket szintetizálni kell, ami azt jelenti, hogy léteznie kell egy olyan berendezésnek, amelyen a bioszintézis végbemegy. Ezek riboszómák. Tehát a 6-os válasz helyes.

Választhat más érvelési módot is, de általában hasonló lesz az általunk javasolthoz.

3. Feladatok egy objektum tulajdonságaival és jellemzőivel való összehasonlítására

Összehasonlítani, összehasonlítani – ez azt jelenti, hogy összekapcsolunk egy tárgyat és annak tulajdonságait és tulajdonságait. Tehát például egy tárgy lehet egy bizonyos tudomány - anatómia vagy fiziológia, és tulajdonságai - a tudomány tanulmányozásának tárgya, azaz. azokat a jelenségeket vagy folyamatokat, amelyeket tanulmányoz.

Az ilyen típusú feladatok elvégzéséhez olyan műveletet kell végrehajtani, mint a jellemzők kiválasztása az objektumok összehasonlításához. Amikor ezekre a kérdésekre válaszol, fel kell használnia a birtokában lévő tudást. Néhányat nem csak leckéken, hanem élettapasztalatok eredményeként is szerzett. Tudod például jól, hogy a békák vízben fejlődnek, legtöbbjük sima és csúszós. A kétéltűek két jelét már most észreveheti. Azt is tudja, hogy a krokodilok, kígyók, teknősök és gyíkok a szárazföldön rakják le tojásaikat, és nem törődnek utódaikkal. Ez azt jelenti, hogy a tojásnak nagy mennyiségű tápanyaggal kell rendelkeznie. Békák ívnak. Ez egy jól ismert tény. De hogy milyen megtermékenyítésük van, azon el kell gondolkodni. A kérdés azonban tartalmazza a „legtöbb fajnál” szavakat. Ha tudod, hogy a hüllőkben a megtermékenyítés mindig belső, akkor egyértelmű, hogy a B pont a kétéltűekre vonatkozik. Gyerekkora óta tudja, hogy a béka több fejlődési szakaszon megy keresztül: egy ebihal kibújik a tojásból, amely aztán felnőtt kétéltűvé alakul. Hüllőkben ilyen átalakulások nem fordulnak elő. A megjegyzés elemzése után maga is megnevezheti a helyes válaszokat.

4. Feladatok az események, jelenségek, folyamatok sorrendjének meghatározására

Az ilyen feladatok elvégzésekor el kell tudni képzelni a kérdéses folyamatot vagy műveletet. Ezen kívül mindig keresni kell a jelzést a kérdésben, hogy mikortól érdemes elkezdeni a sorozat felépítését. Ha nincs ilyen jelzés, akkor ez a sorrend csak szigorúan definiálható.

A kérdés megválaszolásakor meg kell határozni a folyamat kezdeti és végső mozzanatát. Ebben az esetben a végső pont nyilvánvaló - ez a D pont. Felmerülhet a kérdés az A és B pontok sorrendjével kapcsolatban, de tudnia kell, hogy minden biokémiai reakció enzimek hatására kezdődik. Ezért a kezdeti szakasz B. Ezután a molekula letekercselése a második szakasz (A), ekkor válik világossá a sorrend - először a részek szétválása (C), majd az újak növekedése (D). Tehát a válasz: BAVGD.

5. Szabadon megválaszolható kérdések

AZ ÖRÖKSÉG MOLEKULÁRIS ALAPJA. ÖRÖKLETES INFORMÁCIÓK MEGVALÓSÍTÁSA.

Mi az örökletes információ?

Az örökletes információ alatt a fehérjék szerkezetére és az emberi szervezet fehérjeszintézisének természetére vonatkozó információkat értjük. Szinonimája: genetikai információ.

A nukleinsavak vezető szerepet játszanak az örökletes információk tárolásában és megvalósításában. A nukleinsavak olyan polimerek, amelyek monomerjei nukleotidok. A nukleinsavakat először F. Miescher fedezte fel 1869-ben gennyből származó leukociták magjában. A név a latin nucleus - mag szóból származik. Kétféle nukleinsav létezik: DNS és RNS

A nukleinsavak funkciói

A DNS genetikai információkat tárol. A DNS géneket tartalmaz. Az RNS-ek részt vesznek a fehérje bioszintézisében (azaz az örökletes információ megvalósításában)

A DNS szerepének feltárása az örökletes információ tárolásában. 1944-ben Oswald Avery, Macklin McCarty és Colin MacLeod bizonyítékot nyújtottak be arra vonatkozóan, hogy a gének a DNS-ben találhatók. Pneumococcusokkal dolgoztak, amelyeknek két törzse van: patogén (S-törzs) és nem patogén (R-törzs). Az egerek S törzzsel való fertőzése halálukhoz vezet

Ha az R törzset bejuttatjuk, az egerek túlélik. DNS-t, fehérjéket és poliszacharidokat izoláltunk az elölt S-törzs baktériumokból, és hozzáadtuk az R-törzshez. A DNS hozzáadása egy nem patogén törzs kórokozóvá történő átalakulását okozza.

A DNS szerkezetének felfedezésének története.

A DNS szerkezetét 1953-ban fedezte fel J. Watson és F. Crick. Munkájuk során E. Chargaff biokémikus és R. Franklin, M. Wilkins biofizikusok adatait használták fel.

E. Chargaff munkája: 1950-ben Erwin Chargaff biokémikus megállapította, hogy a DNS-molekulában:

1) A=T és G=C

2) A purinbázisok (A és G) összege egyenlő a pirimidinbázisok (T és C) összegével: A+G=T+C

Vagy A+G/T+C=1

R. Franklin és M. Ulkins munkája: Az 50-es évek elején. R. Franklin és M. Wilkins biofizikusok röntgenfelvételeket készítettek a DNS-ről, amelyek azt mutatták, hogy a DNS kettős hélix alakú. 1962-ben F. Crick, J. Watson és Maurice Wilkins fiziológiai és orvosi Nobel-díjat kapott a DNS szerkezetének megfejtéséért

DNS szerkezet

A DNS egy polimer, amely monomerekből - nukleotidokból áll. A DNS-nukleotid szerkezete: A DNS-nukleotid három vegyület maradékából áll:

1) Dezoxiribóz monoszacharid

2) Foszfát - foszforsav maradék

3) A négy nitrogéntartalmú bázis egyike - adenin (A), timin (T), guanin (G) és citozin (C).

Nitrogénbázisok: A és G purinszármazékok (két gyűrű), T és C pirimidinszármazékok (egy gyűrű).

Az A kiegészíti a T-t

G komplementer C-vel

A és T között 2 hidrogénkötés, G és C között 3 hidrogénkötés jön létre

Egy nukleotidban a dezoxiribóz szénatomjai 1'-től 5'-ig vannak számozva.
Az 1'-szénhez nitrogéntartalmú bázist, az 5'-szénhez foszfátot adunk. A nukleotidok foszfodiészter kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Ennek eredményeként polinukleotid lánc képződik, melynek váza váltakozó foszfát- és cukor-dezoxiribózmolekulákból áll.

A nitrogéntartalmú bázisok a molekula oldalán helyezkednek el. A lánc egyik vége 5', a másik pedig 3' (a megfelelő szénatomok megjelölésével). Az 5' végén van egy szabad foszfát, ez a molekula kezdete. A 3' végén egy OH csoport található. Ez a molekula farka. Új nukleotidok adhatók a 3' véghez.

DNS szerkezete:

A Crick–Watson modell szerint a DNS két polinukleotid láncból áll, amelyek spirálba vannak tekercselve. Spirális jobb (B-alakú)

A DNS szálai antiparallel módon helyezkednek el. Az egyik polinukleotid lánc 5' vége egy másik polinukleotid lánc 3' végéhez kapcsolódik.

A DNS-molekulában kis és nagy barázdák láthatók.

Különféle szabályozó fehérjék kapcsolódnak hozzájuk.

Két láncban a nitrogéntartalmú bázisok a komplementaritás elve szerint vannak elrendezve, és hidrogénkötésekkel kapcsolódnak össze

A és T – két hidrogénkötés

G és C - három

A DNS méretei: a DNS-molekula vastagsága 2 nm, a hélix két menete közötti távolság 3,4 nm, egy teljes körben 10 nukleotidpár található. Egy nukleotidpár átlagos hossza 0,34 nm. A molekula hossza változó. Az Escherichia coli baktériumban a kör alakú DNS 1,2 mm hosszú. Emberben a 46 kromoszómából izolált 46 DNS teljes hossza körülbelül 190 cm, ezért 1 emberi DNS-molekula átlagos hossza meghaladja a 4 cm-t.

A DNS lineáris képe. Ha a DNS-szálakat vonalként ábrázoljuk, akkor általában a szálat a tetején 5'-3' irányban ábrázolják.

5’ ATTGTTCCGAGTA 3’

3' TAATSAGGCTTSAT 5"

A DNS lokalizációja eukarióta sejtekben:

1) A mag a kromoszómák része;

2) mitokondriumok;

3) Növényekben - plasztidok.

A DNS funkciója: örökletes (genetikai) információkat tárol. A DNS géneket tartalmaz. Egy emberi sejtnek kevesebb, mint 30 000 génje van.

A DNS tulajdonságai

Az önmegkettőzés (reduplikáció) képessége A reduplikáció a DNS szintézise.

A DNS-károsodás helyreállításának képessége.

Denaturáló és renaturáló képesség. Denaturáció - magas hőmérséklet és lúgok hatására a DNS-láncok közötti hidrogénkötések megszakadnak, és a DNS egyszálúvá válik. A renaturáció fordított folyamat. Ezt a tulajdonságot a DNS-diagnosztikában használják.

A reduplikáció a DNS szintézise.

A folyamat a sejtosztódás előtt megy végbe, az interfázis szintetikus periódusában.

A folyamat lényege: A helikáz enzim megbontja a hidrogénkötéseket két DNS-szál között, és letekercselik a DNS-t. Minden anyaláncon egy leánylánc szintetizálódik a komplementaritás elve szerint. A folyamatot a DNS-polimeráz enzim katalizálja.

A reduplikáció eredményeként két leány-DNS képződik, amelyek szerkezete megegyezik az anya-DNS-molekulával.

Nézzük meg részletesebben a többszörözési folyamatot

1) A reduplikáció félig konzervatív folyamat, mert a leánymolekula megkapja az egyik szálat az anyai DNS-től, és újra szintetizálja a másodikat

2) A DNS-t három foszfáttal - ATP, TTP, GTP, CTP - tartalmazó nukleotidokból szintetizálják. Amikor foszfodiészter kötés képződik, két foszfát válik el egymástól.

3) A DNS-szintézis bizonyos pontokon kezdődik - a replikáció kezdeti pontjain. Ezeken a területeken sok A-T pár található. Az iniciációs ponthoz speciális fehérjék kapcsolódnak.

A helikáz enzim elkezdi letekerni az anyai DNS-t. A DNS-szálak eltérnek egymástól.

A reduplikációt a DNS-polimeráz enzim katalizálja.
A kezdeti ponttól kezdve a DNS polimeráz enzim két ellentétes irányba mozog. Az elágazó szálak között szög alakul ki - egy replikációs villa.

3) Az anyai DNS-szálak antiparallelek. A leányszálak az anyaszálhoz képest párhuzamosan szintetizálódnak, így a leányszálak szintézise a replikációs villa régiójában két ellentétes irányban történik. Az egyik lánc szintézise az enzim mozgásának irányában történik. Ez a lánc gyorsan és folyamatosan szintetizálódik (vezető). A másodikat az ellenkező irányban kis fragmentumok szintetizálják - Okazaki fragmentumok (lemaradt lánc).

4) A DNS-polimeráz enzim önmagában nem tudja elindítani a leány DNS-szál szintézisét.

A vezető szál és bármely Okazaki-fragmens szintézise egy primer szintézisével kezdődik. A primer egy 10-15 nukleotid hosszúságú RNS-darab. A primer a primáz enzimet szintetizálja az RNS nukleotidokból. A DNS-polimeráz DNS-nukleotidokat kapcsol a primerhez.

Ezt követően a primereket kivágjuk, és a rést megtöltjük DNS-nukleotidokkal.

A fragmenseket enzimek - ligázok - térhálósítják

5) A reduplikációban részt vevő enzimek: helikáz, topoizomeráz, destabilizáló fehérjék, DNS polimeráz, ligáz.

6) A DNS-molekula hosszú. Nagyszámú replikációs origó képződik benne.
A DNS-t replikonoknak nevezett fragmentumokban szintetizálják. A replikon a két replikációs origó közötti régió. Egy emberi szomatikus sejtben több mint 50 000 replikon található 46 kromoszómán. 1 emberi szomatikus sejt DNS-szintézise több mint 10 óráig tart.

A szaporodás a fő tulajdonság, amely megkülönbözteti az élő szervezeteket az élettelenektől. Abszolút minden élőlényfaj képes szaporítani a saját fajtáját, különben a faj nagyon gyorsan eltűnne. A különböző lények szaporodási módjai nagyon különböznek egymástól, de mindezen folyamatok alapja a sejtosztódás, és a DNS-replikáció mechanizmusán alapul.

A sejtosztódás nem feltétlenül jár együtt a szervezet szaporodásának folyamatával. A növekedés és a regeneráció a sejtektől is függ. De az egysejtű lényekben, köztük baktériumokban és protozoonokban, a sejtosztódás a fő szaporodási folyamat.

A többsejtű élőlények sokkal tovább élnek, mint az egysejtűek, és élettartamuk meghaladja az őket alkotó sejtek élettartamát, esetenként nagyon sokszor.

Hogyan történik a DNS-reduplikáció?

A DNS-hélix megkettőződése a sejtosztódás során a legfontosabb folyamat. A spirál két hasonlóra oszlik, és minden kromoszómalánc teljesen azonos a szülővel. Ezért a folyamatot reduplikációnak nevezik. A hélix két egyforma „ felét” kromatidáknak nevezzük.

A DNS-hélix bázisai között (ezek az adenin-timin és guanin-citozin) komplementer hidrogénkötések vannak, amelyeket a reduplikáció során speciális enzimek bontják fel. A komplementer kötések azok, amikor egy pár csak egymással tud kapcsolódni. Ha a DNS-hélix bázisairól beszélünk, akkor például a guanin és a citozin egy komplementer párt alkot. A DNS-szál két részre hasad, majd mindegyik nukleotidhoz egy újabb komplementer nukleotid kapcsolódik. Így kiderül, hogy két új spirál képződik, teljesen egyforma.

A mitózis a sejtosztódás folyamata

A sejtek általában mitózissal osztódnak. Ez a folyamat több fázisból áll, és ezek közül a maghasadás a legelső. A sejtmag osztódása után a citoplazma is osztódik. Ehhez a folyamathoz kapcsolódik a sejt életciklusának fogalma: ez az az idő, amely eltelik attól a pillanattól kezdve, hogy a sejt elválik a szülőtől, amíg meg nem osztja magát.

A mitózis a reduplikációval kezdődik. E folyamat után a sejtmag héja elpusztul, és egy ideig a sejtmag egyáltalán nem létezik a sejtben. Ebben az időben a kromoszómák a lehető legnagyobb mértékben csavarodnak, és mikroszkóp alatt jól láthatóak. A két új hélix ezután elválik, és a sejt pólusai felé halad. Amikor a spirálok elérik a céljukat - mindegyik közeledik a sejtpólusához -, letekernek. Ugyanakkor maghéjak kezdenek kialakulni körülöttük. Amíg ez a folyamat befejeződik, a citoplazma osztódása már megkezdődött. A mitózis utolsó fázisa akkor következik be, amikor két teljesen azonos sejt válik el egymástól.

Az ATP nukleinsavak szerkezete és funkciói

NAK NEK nukleinsavak közé tartoznak a nagy polimer tartalmú vegyületek, amelyek a hidrolízis során purin- és pirimidinbázisokra, pentózra és foszforsavra bomlanak. A nukleinsavak szenet, hidrogént, foszfort, oxigént és nitrogént tartalmaznak. A nukleinsavak két osztálya létezik: ribonukleinsavak (RNS)És dezoxiribonukleinsavak (DNS).

A DNS szerkezete és funkciói

DNS- olyan polimer, amelynek monomerjei dezoxiribonukleotidok. A DNS-molekula térbeli szerkezetének kettős hélix formájú modelljét 1953-ban javasolták J. Watson és F. Crick (a modell felépítéséhez M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff munkáit használták fel ).

DNS molekula két polinukleotid lánc alkotja, amelyek spirálisan csavarodnak egymás körül és együtt egy képzeletbeli tengely körül, azaz. kettős hélix (néhány DNS-tartalmú vírus kivételével egyszálú DNS-sel rendelkezik). A DNS kettős hélix átmérője 2 nm, a szomszédos nukleotidok távolsága 0,34 nm, a hélix fordulatánként 10 nukleotidpár található. A molekula hossza elérheti a több centimétert is. Molekulatömeg - tíz- és százmilliók. Az emberi sejt magjában lévő DNS teljes hossza körülbelül 2 m. Az eukarióta sejtekben a DNS komplexeket képez a fehérjékkel, és specifikus térbeli konformációval rendelkezik.

DNS monomer - nukleotid (dezoxiribonukleotid)- három anyag maradékaiból áll: 1) nitrogéntartalmú bázis, 2) öt szénatomos monoszacharid (pentóz) és 3) foszforsav. A nukleinsavak nitrogénbázisai a pirimidinek és purinok osztályába tartoznak. DNS pirimidin bázisok(egy gyűrű van a molekulájukban) - timin, citozin. Purin bázisok(két gyűrűje van) - adenin és guanin.

A DNS nukleotid monoszacharidja a dezoxiribóz.

Egy nukleotid neve a megfelelő bázis nevéből származik. A nukleotidokat és a nitrogénbázisokat nagybetűkkel jelöljük.

A polinukleotid lánc nukleotidkondenzációs reakciók eredményeként jön létre. Ebben az esetben az egyik nukleotid dezoxiribóz-maradékának 3"-os szénatomja és egy másik foszforsav-maradéka között, foszfoészter kötés(az erős kovalens kötések kategóriájába tartozik). A polinukleotid lánc egyik vége egy 5" szénnel (úgynevezett 5" vég), a másik vége egy 3" szénnel (3" vég).

A nukleotidok egyik szálával szemben van egy második szál. A nukleotidok elrendeződése ebben a két láncban nem véletlenszerű, hanem szigorúan meghatározott: a timin mindig az egyik lánc adeninjével szemben helyezkedik el a másik láncban, a citozin pedig mindig a guaninnal szemben, az adenin és a timin között két hidrogénkötés jön létre, és három hidrogénkötések jönnek létre a guanin és a citozin között. Azt a mintát, amely szerint a különböző DNS-láncok nukleotidjai szigorúan rendeződnek (adenin - timin, guanin - citozin) és szelektíven kapcsolódnak egymáshoz, ún. a komplementaritás elve. Megjegyzendő, hogy J. Watson és F. Crick azután értette meg a komplementaritás elvét, hogy megismerkedtek E. Chargaff műveivel. E. Chargaff, miután megvizsgálta a különféle organizmusok szöveteinek és szerveinek nagyszámú mintáját, azt találta, hogy bármely DNS-fragmensben a guanin-tartalom mindig pontosan megegyezik a citozin, az adenin és a timin tartalmával. "Chargaff szabálya"), de ezt a tényt nem tudta megmagyarázni.

A komplementaritás elvéből az következik, hogy az egyik lánc nukleotidszekvenciája határozza meg a másik lánc nukleotidszekvenciáját.

A DNS-szálak antiparallel (többirányú), azaz. A különböző láncok nukleotidjai ellentétes irányban helyezkednek el, és ezért az egyik lánc 3"-os végével szemben van a másik 5"-os vége. A DNS-molekulát néha egy csigalépcsőhöz hasonlítják. Ennek a lépcsőnek a „korlátja” egy cukor-foszfát gerinc (váltakozó dezoxiribóz és foszforsav maradványok); A „lépések” komplementer nitrogénbázisok.

A DNS funkciója- örökletes információk tárolása és továbbítása.

DNS replikáció (reduplikáció)

DNS replikáció- az önduplikáció folyamata, a DNS-molekula fő tulajdonsága. A replikáció a mátrixszintézis reakciók kategóriájába tartozik, és enzimek részvételével megy végbe. Az enzimek hatására a DNS-molekula feltekercselődik, és minden lánc köré egy új lánc épül, amely templátként működik, a komplementaritás és az antiparallelizmus elve szerint. Így minden leány DNS-ben az egyik szál anyai, a második pedig újonnan szintetizálódik. Ezt a szintézis módszert ún félig konzervatív.

A replikáció „építőanyaga” és energiaforrása dezoxiribonukleozid-trifoszfátok(ATP, TTP, GTP, CTP), amely három foszforsav-maradékot tartalmaz. Amikor dezoxiribonukleozid-trifoszfátokat beépítenek egy polinukleotid láncba, két terminális foszforsavmaradék lehasad, és a felszabaduló energiát foszfodiészter kötés kialakítására használják fel a nukleotidok között.

A következő enzimek vesznek részt a replikációban:

1. helikázok ("letekerdő" DNS);
2. destabilizáló fehérjék;
3. DNS topoizomerázok (vágott DNS);
4. DNS-polimerázok (válassza ki a dezoxiribonukleozid-trifoszfátokat, és komplementeren kapcsolja a DNS-templátszálhoz);
5. RNS-primázok (RNS primereket képeznek);
6. DNS-ligázok (a DNS-fragmenseket összekapcsolják).

A helikázok segítségével a DNS bizonyos szakaszokon feloldódik, a DNS egyszálú szakaszait destabilizáló fehérjék kötik meg, és egy replikációs villa. 10 nukleotidpárnyi eltérés esetén (a hélix egy fordulata) a DNS-molekulának teljes fordulatot kell tennie a tengelye körül. Ennek a rotációnak a megakadályozása érdekében a DNS-topoizomeráz elvágja a DNS egyik szálát, lehetővé téve, hogy az a második szál körül forogjon.

A DNS-polimeráz csak az előző nukleotid dezoxiribóz 3"-os szénatomjához tud nukleotidot kötni, ezért ez az enzim csak egy irányba tud a templát DNS mentén mozogni: ennek a templát DNS-nek a 3"-os végétől az 5"-os végéig. Mivel az anya-DNS-ben a láncok antiparallelek, ezért annak különböző láncain a leánypolinukleotid láncok összeépülése eltérően és ellentétes irányban történik. A 3"–5" láncon a leánypolinukleotid lánc szintézise megszakítás nélkül megy végbe; láncot fogják hívni vezető. 5"–3" láncon - szakaszosan, töredékesen ( Okazaki töredékei), amelyeket a replikáció befejezése után DNS-ligázok varrnak egy szálba; ezt a gyermekláncot fogják hívni lemaradva (lemaradva).

A DNS-polimeráz különlegessége, hogy csak azzal tudja megkezdeni munkáját "magok" (alapozó). A „primerek” szerepét az RNS-primáz enzim által alkotott, templát DNS-sel párosított rövid RNS-szekvenciák töltik be. Az RNS primereket a polinukleotid láncok összeállításának befejezése után eltávolítjuk.

A replikáció hasonlóan megy végbe prokariótákban és eukariótákban. A DNS-szintézis sebessége prokariótákban egy nagyságrenddel magasabb (1000 nukleotid/másodperc), mint az eukariótákban (100 nukleotid/másodperc). A replikáció egyszerre indul meg a DNS-molekula több részében. Az egyik replikációs origótól a másikig terjedő DNS-fragmens replikációs egységet képez. replikon.

A replikáció a sejtosztódás előtt történik. A DNS ezen képességének köszönhetően az örökletes információ átkerül az anyasejtből a leánysejtekbe.

Javítás („javítás”)

Jóvátétel a DNS nukleotid szekvencia károsodásának megszüntetésének folyamata. A sejt speciális enzimrendszerei végzik ( javító enzimek). A DNS szerkezet helyreállításának folyamatában a következő szakaszok különböztethetők meg: 1) a DNS-javító nukleázok felismerik és eltávolítják a sérült területet, aminek következtében a DNS-láncban rés keletkezik; 2) a DNS-polimeráz kitölti ezt a hiányt, és a második („jó”) szálból másolja az információkat; 3) A DNS-ligáz „térhálósítja” a nukleotidokat, befejezve a javítást.

Három javítási mechanizmust tanulmányoztak a legtöbbet: 1) fotorepair, 2) excisionális vagy replikációs előtti javítás, 3) posztreplikatív javítás.

A DNS szerkezetében bekövetkező változások a sejtben folyamatosan reaktív metabolitok, ultraibolya sugárzás, nehézfémek és sóik stb. hatására következnek be. Ezért a javítórendszerek hibái növelik a mutációs folyamatok sebességét és örökletes betegségeket (xeroderma pigmentosum, progeria, stb.).

Az RNS felépítése és funkciói

RNS- olyan polimer, amelynek monomerjei ribonukleotidok. A DNS-től eltérően az RNS-t nem két, hanem egy polinukleotid lánc alkotja (azzal az eltéréssel, hogy egyes RNS-tartalmú vírusok kettős szálú RNS-sel rendelkeznek). Az RNS-nukleotidok képesek hidrogénkötéseket kialakítani egymással. Az RNS-láncok sokkal rövidebbek, mint a DNS-láncok.

RNS monomer - nukleotid (ribonukleotid)- három anyag maradékaiból áll: 1) nitrogéntartalmú bázis, 2) öt szénatomos monoszacharid (pentóz) és 3) foszforsav. Az RNS nitrogéntartalmú bázisai szintén a pirimidinek és purinok osztályába tartoznak.

Az RNS pirimidin bázisai az uracil, citozin, a purin bázisok az adenin és a guanin. Az RNS nukleotid monoszacharidja a ribóz.

Kiemel háromféle RNS: 1) információs(hírvivő) RNS - mRNS (mRNS), 2) szállítás RNS – tRNS, 3) riboszómális RNS – rRNS.

Az RNS minden típusa el nem ágazó polinukleotid, sajátos térbeli konformációval rendelkezik, és részt vesz a fehérjeszintézis folyamataiban. Az összes RNS-típus szerkezetére vonatkozó információkat a DNS tárolja. Az RNS DNS-templáton történő szintetizálásának folyamatát transzkripciónak nevezik.

RNS-ek átviteleáltalában 76 (75-95) nukleotidot tartalmaznak; molekulatömeg - 25 000-30 000. A tRNS a sejt teljes RNS-tartalmának körülbelül 10%-át teszi ki. A tRNS funkciói: 1) aminosavak szállítása a fehérjeszintézis helyére, riboszómákba, 2) transzlációs közvetítő. Körülbelül 40 fajta tRNS található egy sejtben, mindegyiknek egyedi nukleotidszekvenciája van. Azonban minden tRNS több intramolekuláris komplementer régióval rendelkezik, amelyeknek köszönhetően a tRNS-ek lóherelevél-szerű konformációt kapnak. Bármely tRNS-nek van egy hurok a riboszómával (1), egy antikodon hurok (2), egy hurok az enzimmel (3), egy akceptor szár (4) és egy antikodon (5). Az aminosavat az akceptor szár 3"-os végéhez adjuk. Antikodon- három nukleotid, amelyek „azonosítják” az mRNS kodont. Hangsúlyozni kell, hogy egy specifikus tRNS az antikodonjának megfelelő, szigorúan meghatározott aminosavat képes szállítani. Az aminosav és a tRNS közötti kapcsolat specifitása az aminoacil-tRNS szintetáz enzim tulajdonságainak köszönhetően érhető el.

Riboszomális RNS 3000-5000 nukleotidot tartalmaznak; molekulatömeg - 1 000 000-1 500 000. Az rRNS a sejt teljes RNS-tartalmának 80-85% -át teszi ki. A riboszómális fehérjékkel komplexben az rRNS riboszómákat képez - organellumokat, amelyek fehérjeszintézist hajtanak végre. Az eukarióta sejtekben az rRNS szintézis a sejtmagvakban megy végbe. Az rRNS funkciói 1) a riboszómák szükséges szerkezeti komponense, és ezáltal a riboszómák működésének biztosítása; 2) a riboszóma és a tRNS kölcsönhatásának biztosítása; 3) a riboszóma és az mRNS iniciátor kodonjának kezdeti megkötése és a leolvasási keret meghatározása, 4) a riboszóma aktív centrumának kialakulása.

Messenger RNS-ek nukleotidtartalma és molekulatömege változott (50 000 és 4 000 000 között). Az mRNS a sejt teljes RNS-tartalmának legfeljebb 5%-át teszi ki. Az mRNS funkciói: 1) genetikai információ átvitele a DNS-ből a riboszómákba, 2) mátrix egy fehérjemolekula szintéziséhez, 3) a fehérjemolekula elsődleges szerkezetének aminosavszekvenciájának meghatározása.

Az ATP felépítése és funkciói

Adenozin-trifoszforsav (ATP)- univerzális forrás és fő energiatároló az élő sejtekben. Az ATP minden növényi és állati sejtben megtalálható. Az ATP mennyisége átlagosan 0,04% (a sejt nedves tömegének), a legnagyobb mennyiségben (0,2-0,5%) a vázizmokban található.

Az ATP a következő csoportokból áll: 1) egy nitrogéntartalmú bázis (adenin), 2) egy monoszacharid (ribóz), 3) három foszforsav. Mivel az ATP nem egy, hanem három foszforsavmaradékot tartalmaz, a ribonukleozid-trifoszfátok közé tartozik.

A sejtekben végbemenő munka nagy része az ATP hidrolízis energiáját használja fel. Ebben az esetben, amikor a foszforsav terminális maradékát elimináljuk, az ATP ADP-vé (adenozin-difoszforsav) alakul, és amikor a második foszforsavmaradékot elimináljuk, AMP-vé (adenozin-monofoszforsav) alakul. A szabadenergia-hozam a foszforsav terminális és második maradékának eliminálásakor 30,6 kJ. A harmadik foszfátcsoport eliminációját mindössze 13,8 kJ felszabadulás kíséri. A foszforsav terminális és második, második és első maradéka közötti kötéseket nagyenergiájúnak (high-energy) nevezzük.

Az ATP-tartalékok folyamatosan feltöltődnek. Minden élőlény sejtjében az ATP szintézis a foszforiláció folyamatában megy végbe, azaz a foszforiláció során. foszforsav hozzáadása az ADP-hez. A foszforiláció változó intenzitással megy végbe a légzés (mitokondriumok), a glikolízis (citoplazma) és a fotoszintézis (kloroplasztiszok) során.

Az ATP a fő kapcsolat az energia felszabadulásával és felhalmozódásával járó folyamatok és az energiafelhasználással járó folyamatok között. Ezenkívül az ATP más ribonukleozid-trifoszfátokkal (GTP, CTP, UTP) együtt az RNS-szintézis szubsztrátja.