Много хора винаги са се интересували защо някои от характеристиките, които родителите имат, се предават на детето (например цвят на очите, коса, форма на лицето и други). Науката го е доказала това предаванеЕдна черта зависи от генетичния материал или ДНК.
Какво е ДНК?
Нуклеотид
Както бе споменато, основната структурна единица на дезоксирибонуклеиновата киселина е нуклеотидът. Това е комплексно образование. Съставът на ДНК нуклеотид е както следва.
В центъра на нуклеотида е петкомпонентна захар (в ДНК, за разлика от РНК, която съдържа рибоза). Към него е прикрепена азотна основа, от която се разграничават 5 вида: аденин, гуанин, тимин, урацил и цитозин. Освен това всеки нуклеотид съдържа и остатък от фосфорна киселина.
Съставът на ДНК включва само тези нуклеотиди, които имат тези структурни единици.
Всички нуклеотиди са подредени във верига и следват един друг. Групирани в триплети (по три нуклеотида), те образуват последователност, в която всеки триплет съответства на определена аминокиселина. Резултатът е верига.
Те са свързани помежду си чрез връзки между азотни основи. Основната връзка между нуклеотидите на паралелните вериги е водород.
Нуклеотидните последователности са в основата на гените. Нарушаването на тяхната структура води до неуспех в синтеза на протеини и проява на мутации. Съставът на ДНК включва едни и същи гени, които се определят в почти всички хора и ги отличават от другите организми.
Нуклеотидна модификация
В някои случаи, за по-стабилен трансфер на определена характеристика, се използва модификация на азотна основа. Химичен съставДНК се модифицира чрез добавяне на метилова група (CH3). Такава модификация (на един нуклеотид) прави възможно стабилизирането на генната експресия и трансфера на черти към дъщерните клетки.
Това "подобряване" на структурата на молекулата по никакъв начин не засяга свързването на азотни основи.
Тази модификация се използва и при инактивирането на X хромозомата. В резултат на това се образуват тела на Бар.
При засилена карциногенеза ДНК анализът показва, че веригата от нуклеотиди е подложена на метилиране на много бази. В направените наблюдения беше отбелязано, че източникът на мутацията обикновено е метилиран цитозин. Обикновено при туморен процес деметилирането може да помогне за спиране на процеса, но поради своята сложност тази реакция не се провежда.
ДНК структура
В структурата на молекулата се разграничават два вида структура. Първият тип е линейна последователност, образувана от нуклеотиди. Изграждането им се подчинява на определени закони. Записването на нуклеотиди върху ДНК молекула започва от 5' края и завършва в 3' края. Втората верига, разположена срещуположно, е изградена по същия начин, само че в пространственото отношение молекулите са една срещу друга, а 5'-краят на едната верига е разположен срещу 3'-края на втората.
Вторичната структура на ДНК е спирала. Причинява се от наличието на водородни връзки между нуклеотидите, разположени един срещу друг. Образува се водородна връзка между комплементарни азотни бази (например само тиминът може да бъде срещу аденин на първата верига, а цитозин или урацил може да бъде срещу гуанин). Тази точност се дължи на факта, че изграждането на втората верига се извършва на базата на първата, следователно има точно съответствие между азотните основи.
Синтез на молекула
Как се образува една ДНК молекула?
В цикъла на формирането му се разграничават три етапа:
- Прекъсване на веригите.
- Прикрепване на синтезиращи звена към една от веригите.
- Завършване на втората верига според принципа на допълване.
На етапа на разделяне на молекулата основната роля се играе от ензими - ДНК гирази. Тези ензими са фокусирани върху разрушаването на водородните връзки между веригите.
След като веригите се разделят, основният синтезиращ ензим, ДНК полимераза, влиза в действие. Закрепването му се наблюдава в раздел 5'. Освен това този ензим се придвижва към 3'-края, като едновременно с това прикрепя необходимите нуклеотиди към съответните азотни бази. След като достигне определено място (терминатор) в 3'-края, полимеразата се изключва от оригиналната верига.
След образуването на дъщерната верига се образува водородна връзка между базите, която държи новообразуваната ДНК молекула заедно.
Къде може да се намери тази молекула?
Ако се задълбочите в структурата на клетките и тъканите, можете да видите, че ДНК се съдържа главно в отговорна за образуването на нови, дъщерни клетки или техните клонове. В същото време, намирайки се в него, той се разделя между новообразуваните клетки равномерно (образуват се клонове) или на части (това явление често може да се наблюдава по време на мейозата). Поражението на ядрото води до нарушаване на образуването на нови тъкани, което води до мутация.
Освен това в митохондриите се намира специален вид наследствен материал. В тях ДНК е малко по-различна от тази в ядрото (митохондриалната дезоксирибонуклеинова киселина има пръстеновидна форма и изпълнява малко по-различни функции).
Самата молекула може да бъде изолирана от всякакви клетки на тялото (за изследване най-често се използва намазка от вътрешната страна на бузата или кръв). Няма генетичен материал само в ексфолиращия епител и някои кръвни клетки (еритроцити).
Функции
Съставът на ДНК молекулата определя изпълнението на нейната функция за предаване на информация от поколение на поколение. Това се случва поради синтеза на определени протеини, които причиняват проявата на един или друг генотипен (вътрешен) или фенотипен (външен - например цвят на очите или косата) признак.
Трансферът на информация се осъществява чрез внедряването й от генетичния код. Въз основа на информацията, криптирана в генетичния код, се произвеждат специфични информационни, рибозомни и трансферни РНК. Всеки от тях е отговорен за определено действие - информационната РНК се използва за синтезиране на протеини, рибозомната РНК участва в сглобяването на протеинови молекули, а транспортната РНК образува съответните протеини.
Всяка повреда в тяхната работа или промяна в структурата води до нарушаване на изпълняваната функция и появата на нетипични характеристики (мутации).
ДНК тестът за бащинство ви позволява да определите наличието на свързани черти между хората.
Генетични тестове
За какво може да се използва изследването на генетичен материал в момента?
ДНК анализът се използва за определяне на много фактори или промени в тялото.
На първо място, изследването ви позволява да определите наличието на вродени, наследствени заболявания. Такива заболявания включват синдром на Даун, аутизъм, синдром на Марфан.
ДНК също може да се изследва, за да се определят семейните връзки. Тестът за бащинство отдавна се използва широко в много, предимно правни, процеси. Това изследване се предписва при определяне на генетичната връзка между извънбрачни деца. Често кандидатите за наследство правят този тест, когато възникнат въпроси от властите.
Почти всеки е чувал за съществуването на ДНК молекули в живите клетки и знае, че тази молекула е отговорна за предаването на наследствена информация. Огромен куп различни филми, в една или друга степен, изграждат сюжетите си върху свойствата на малка, но горда, много важна молекула.
Малко хора обаче могат поне приблизително да обяснят какво точно е част от молекулата на ДНК и как протичат процесите на разчитане на цялата тази информация за „структурата на целия организъм“. Само малцина могат да разчетат „дезоксирибонуклеинова киселина“ без колебание.
Нека се опитаме да разберем от какво се състои и как изглежда най-важната молекула за всеки от нас.
Структурата на структурната връзка - нуклеотид
Молекулата на ДНК съдържа много структурни звенатъй като е биополимер. Полимерът е макромолекула, която се състои от множество малки повтарящи се фрагменти, свързани последователно. Точно както веригата е съставена от брънки.
Структурната единица на макромолекулата на ДНК е нуклеотидът. В състава на нуклеотидите на молекулата на ДНК влизат остатъците от три вещества - фосфорна киселина, захарид (дезоксирибоза) и една от четирите възможни азотсъдържащи основи.
Съставът на молекулата на ДНК включва азотни основи: аденин (А), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T).
Съставът на нуклеотидната верига се показва от редуването на включените в нея бази: -AAGCGTTAGCACGT- и др. Последователността може да бъде всяка. Това образува единична верига на ДНК.
Спирална молекула. Феноменът на взаимното допълване
Размерът на човешката ДНК молекула е чудовищно огромен (в мащаба на другите молекули, разбира се)! Геномът на една клетка (46 хромозоми) съдържа приблизително 3,1 милиарда базови двойки. Дължината на ДНК веригата, съставена от такъв брой връзки, е приблизително два метра. Трудно е да си представим как такава обемиста молекула може да бъде поставена в малка клетка.
Но природата се погрижи за по-компактна опаковка и защита на своя геном - две вериги са свързани помежду си с азотни бази и образуват добре познатата двойна спирала. Така е възможно да се намали дължината на молекулата почти шест пъти.
Редът на взаимодействие на азотните основи е строго определен от явлението на комплементарност. Аденинът може да се свърже само с тимина, докато цитозинът може да се свърже само с гуанина. Тези допълващи се двойки пасват заедно като ключ и ключалка, като парчета от пъзел.
Сега нека изчислим колко памет в компютър (добре или на флаш устройство) трябва да заема цялата информация за тази малка (в мащаба на нашия свят) молекула. Броят на базовите двойки е 3,1x10 9. Има общо 4 стойности, което означава, че 2 бита информация са достатъчни за една двойка (2 2 стойности). Умножаваме всичко това едно по друго и получаваме 6200000000 бита, или 775000000 байта, или 775000 килобайта, или 775 мегабайта. Което приблизително отговаря на капацитета на CD диск или обема на някоя 40-минутна филмова поредица със средно качество.
Образуване на хромозоми. Определяне на човешкия геном
В допълнение към спирализацията, молекулата многократно се подлага на уплътняване. Двойната спирала започва да се усуква като кълбо конец – този процес се нарича супернавиване и се осъществява с помощта на специален протеин хистон, върху който веригата се навива като намотка.
Този процес намалява дължината на молекулата с още 25-30 пъти. Подложена на още няколко нива на опаковане, все по-уплътнена, една ДНК молекула, заедно със спомагателни протеини, образува хромозома.
Цялата информация, която се отнася до формата, вида и особеностите на функционирането на нашето тяло, се определя от набор от гени. Генът е строго определен участък от ДНК молекула. Състои се от непроменена последователност от нуклеотиди. Освен това генът е твърдо детерминиран не само от неговия състав, но и от позицията си спрямо други части на веригата.
Рибонуклеинова киселина и нейната роля в протеиновия синтез
Има и други видове освен ДНК нуклеинова киселина- матрична, транспортна и рибозомна РНК (рибонуклеинова киселина). Веригите на РНК са много по-малки и по-къси, което ги прави способни да проникнат през ядрената мембрана.
Молекулата на РНК също е биополимер. Неговите структурни фрагменти са подобни на тези, които са част от ДНК, с малко изключение на захарида (рибоза вместо дезоксирибоза). Има четири вида азотни основи: познатите ни A, G, C и урацил (U) вместо тимин. Снимката по-горе показва всичко това ясно.
Макромолекулата на ДНК е способна да предава информация на РНК в неусукана форма. Развиването на спиралата става с помощта на специален ензим, който разделя двойната спирала на отделни вериги - като половинките на брава с цип.
В същото време се създава комплементарна РНК верига, успоредна на ДНК веригата. След като копира информацията и попадне от ядрото в средата на клетката, РНК веригата инициира процесите на синтез на протеина, кодиран от гена. Синтезът на протеини се извършва в специални клетъчни органели - рибозоми.
Рибозомата, докато чете веригата, определя в каква последователност трябва да се свържат аминокиселините, една след друга - докато информацията се чете в РНК. След това синтезираната верига от аминокиселини приема определена 3D форма.
Тази обемна структурна молекула е протеин, способен да изпълнява кодираните функции на ензими, хормони, рецептори и строителен материал.
заключения
За всяко живо същество протеинът (протеинът) е крайният продукт на всеки ген. Именно протеините определят цялото разнообразие от форми, свойства и качества, които са криптирани в нашите клетки.
Уважаеми читатели на блогове, знаете ли къде е ДНК, оставете коментари или отзиви, които бихте искали да знаете. Някой ще намери това за много полезно!
Молекулата на ДНК се състои от две вериги, образуващи двойна спирала. Структурата му е дешифрирана за първи път от Франсис Крик и Джеймс Уотсън през 1953 г.
Първоначално молекулата на ДНК, състояща се от двойка нуклеотидни вериги, усукани една около друга, повдигна въпроси защо има такава форма. Учените нарекоха това явление комплементарност, което означава, че само определени нуклеотиди могат да бъдат разположени един срещу друг в неговите нишки. Например аденинът винаги е срещу тимина, а гуанинът винаги е срещу цитозина. Тези нуклеотиди на ДНК молекулата се наричат комплементарни.
Схематично това е показано по следния начин:
Т - А
C - G
Тези двойки образуват химична нуклеотидна връзка, която определя реда, в който са подредени аминокиселините. В първия случай тя е малко по-слаба. Връзката между C и G е по-силна. Некомплементарните нуклеотиди не образуват двойки един с друг.
Относно структурата
И така, структурата на ДНК молекулата е специална. Той има такава форма по причина: факт е, че броят на нуклеотидите е много голям и е необходимо много място за настаняване на дълги вериги. Именно поради тази причина веригите са присъщи на спиралното усукване. Това явление се нарича спирализация, то позволява нишките да бъдат скъсени пет или шест пъти.
Някои молекули от такъв план се използват от тялото много активно, други рядко. Последните, в допълнение към спирализацията, също са подложени на такова „компактно опаковане“ като супернавиване. И тогава дължината на ДНК молекулата намалява 25-30 пъти.
Какво представлява "опаковката" на една молекула?
Хистоновите протеини участват в процеса на супернавиване. Имат структура и вид на макара за конец или прът. Върху тях се навиват спираловидни нишки, които веднага стават „компактно опаковани“ и заемат малко място. Когато се наложи да се използва една или друга нишка, тя се развива от намотка, например от хистонов протеин, и спиралата се развива в две успоредни вериги. Когато молекулата на ДНК е в това състояние, от нея могат да бъдат прочетени необходимите генетични данни. Има обаче едно условие. Получаването на информация е възможно само ако структурата на ДНК молекулата е разплетена. Достъпните за четене хромозоми се наричат еухроматини и ако са суперспирализирани, това вече са хетерохроматини.
Нуклеинова киселина
Нуклеиновите киселини, подобно на протеините, са биополимери. Основната функция е съхраняването, внедряването и предаването на наследствена (генетична информация). Те са два вида: ДНК и РНК (дезоксирибонуклеинови и рибонуклеинови). Мономерите в тях са нуклеотиди, всеки от които има остатък от фосфорна киселина, петвъглеродна захар (дезоксирибоза / рибоза) и азотна основа. Кодът на ДНК включва 4 вида нуклеотиди - аденин (A) / гуанин (G) / цитозин (C) / тимин (T). Те се различават по съдържащата се в тях азотна основа.
В една ДНК молекула броят на нуклеотидите може да бъде огромен - от няколко хиляди до десетки и стотици милиони. Такива гигантски молекули могат да се видят през електронен микроскоп. В този случай ще бъде възможно да се види двойна верига от полинуклеотидни вериги, които са свързани помежду си с водородни връзки на азотните основи на нуклеотидите.
Проучване
В хода на изследването учените са установили, че видовете ДНК молекули в различните живи организми са различни. Установено е също, че гуанинът с една верига може да се свързва само с цитозин, а тиминът с аденин. Подреждането на нуклеотидите на една верига стриктно съответства на паралелната. Благодарение на тази комплементарност на полинуклеотидите, ДНК молекулата е способна на дублиране и самовъзпроизвеждане. Но първо, комплементарните вериги, под въздействието на специални ензими, които разрушават сдвоените нуклеотиди, се разминават и след това във всяка от тях започва синтезът на липсващата верига. Това се дължи на свободните нуклеотиди, налични в големи количества във всяка клетка. В резултат на това вместо „родителската молекула“ се образуват две „дъщерни“, еднакви по състав и структура, а кодът на ДНК става оригинален. Този процес е предшественик на клетъчното делене. Той осигурява предаването на всички наследствени данни от майчините клетки към дъщерните клетки, както и към всички следващи поколения.
Как се разчита генният код?
Днес се изчислява не само масата на една ДНК молекула - възможно е да се намерят и по-сложни данни, които преди това не са били достъпни за учените. Например, можете да прочетете информация за това как тялото използва собствената си клетка. Разбира се, първоначално тази информация е в кодирана форма и има формата на определена матрица и следователно трябва да бъде транспортирана до специален носител, който е РНК. Рибонуклеиновата киселина е в състояние да проникне в клетката през ядрената мембрана и да прочете кодираната информация, която вече е вътре. Така РНК е носител на скрити данни от ядрото към клетката и се различава от ДНК по това, че съдържа рибоза вместо дезоксирибоза и урацил вместо тимин. Освен това РНК е едноверижна.
Синтез на РНК
Задълбочен анализ на ДНК показа, че след като РНК напусне ядрото, тя навлиза в цитоплазмата, където може да бъде интегрирана като шаблон в рибозомите (специални ензимни системи). Водени от получената информация, те могат да синтезират подходящата последователност от протеинови аминокиселини. Рибозомата научава от триплетния код кой вид органично съединение трябва да бъде прикрепено към възникващата протеинова верига. Всяка аминокиселина има свой специфичен триплет, който я кодира.
След завършване на формирането на веригата тя придобива специфичност пространствена формаи се превръща в протеин, способен да изпълнява своите хормонални, градивни, ензимни и други функции. За всеки организъм това е генен продукт. Именно от него се определят всички видове качества, свойства и прояви на гените.
Гени
На първо място, процесите на секвениране бяха разработени с цел получаване на информация за това колко гена има структурата на една ДНК молекула. И въпреки че изследванията позволиха на учените да напреднат далеч по този въпрос, все още не е възможно да се знае точният им брой.
Преди няколко години се предполагаше, че ДНК молекулите съдържат приблизително 100 000 гена. Малко по-късно цифрата намалява до 80 000, а през 1998 г. генетиците заявяват, че в една ДНК присъстват само 50 000 гена, които са само 3% от цялата дължина на ДНК. Но те бяха поразени от последните заключения на генетиците. Сега те твърдят, че геномът съдържа 25-40 хиляди от споменатите единици. Оказва се, че само 1,5% от хромозомната ДНК е отговорна за кодирането на протеини.
Изследването не спря дотук. Паралелен екип от специалисти по генно инженерство установи, че броят на гените в една молекула е точно 32 000. Както можете да видите, все още е невъзможно да се получи окончателен отговор. Твърде много противоречия. Всички изследователи разчитат само на своите открития.
Имало ли е еволюция?
Въпреки факта, че няма доказателства за еволюцията на молекулата (тъй като структурата на ДНК молекулата е крехка и има малък размер), учените все пак направиха едно предположение. Въз основа на лабораторни данни те изразиха версия със следното съдържание: молекула на начална фазаот външния си вид имаше формата на прост самовъзпроизвеждащ се пептид, който включваше до 32 аминокиселини, съдържащи се в древните океани.
След самовъзпроизвеждане, поради силите на естествения подбор, молекулите имат способността да се предпазват от въздействието на външни елементи. Те започнаха да живеят по-дълго и да се размножават в големи количества. Молекулите, които се озоваха в липидния балон, получиха всички шансове да се възпроизведат. В резултат на поредица от последователни цикли липидните мехурчета приемат формата на клетъчни мембрани и едва по-нататък - добре познати частици. Трябва да се отбележи, че днес всяка част от молекулата на ДНК е сложна и добре функционираща структура, всички характеристики на която все още не са напълно проучени от учените.
Модерен свят
Наскоро учени от Израел разработиха компютър, който може да извършва трилиони операции в секунда. Днес това е най-бързата кола на Земята. Цялата тайна се крие в това, че иновативното устройство функционира от ДНК. Професорите казват, че в близко бъдеще такива компютри дори ще могат да генерират енергия.
Специалисти от института Weizmann в Реховот (Израел) преди година обявиха създаването на програмируем молекулярен компютър, състоящ се от молекули и ензими. Те замениха силиконовите микрочипове с тях. Към днешна дата отборът върви напред. Сега само една ДНК молекула може да предостави на компютъра необходимите данни и да осигури необходимото гориво.
Биохимичните "нанокомпютри" не са измислица, те вече съществуват в природата и се проявяват във всяко живо същество. Но често те не се контролират от хората. Човек все още не може да оперира с генома на което и да е растение, за да изчисли, да речем, числото "Пи".
Идеята за използване на ДНК за съхраняване/обработка на данни за първи път удря светлите глави на учените през 1994 г. Тогава една молекула беше използвана за решаване на проста математическа задача. Оттогава редица изследователски групи предложиха различни проекти, свързани с ДНК компютри. Но тук всички опити се основаваха само на енергийната молекула. Не можете да видите такъв компютър с просто око, той изглежда като прозрачен разтвор на вода в епруветка. В него няма механични части, а само трилиони биомолекулни устройства – и това е само в една капка течност!
Човешка ДНК
Какъв вид човешка ДНК, хората разбраха през 1953 г., когато учените за първи път успяха да демонстрират на света двуверижен модел на ДНК. За това Кърк и Уотсън получиха Нобелова награда, тъй като това откритие стана фундаментално през 20 век.
С течение на времето, разбира се, те доказаха, че не само както в предложената версия, структурираната човешка молекула може да изглежда така. След по-подробен ДНК анализ те откриха A-, B- и лявата форма на Z-. Форма А- често е изключение, тъй като се образува само при липса на влага. Но това е възможно само с лабораторни изследвания, за естествената среда това е аномално, в жива клетка такъв процес не може да се случи.
B-формата е класическа и е известна като двойна дясна верига, но Z-формата не само е усукана назад, наляво, но има и по-зигзагообразен вид. Учените са идентифицирали и G-квадруплексната форма. В структурата си не 2, а 4 нишки. Според генетиците тази форма се среща в онези области, където има излишно количество гуанин.
Изкуствено ДНК
Днес вече съществува изкуствена ДНК, която е идентично копие на истинската; тя перфектно повтаря структурата на естествената двойна спирала. Но за разлика от оригиналния полинуклеотид, в изкуствения има само два допълнителни нуклеотида.
Тъй като дублажът е създаден въз основа на информация, получена в хода на различни изследвания на истинска ДНК, тя също може да бъде копирана, самовъзпроизвеждана и еволюираща. Върху създаването на подобна изкуствена молекула експертите работят от около 20 години. Резултатът е невероятно изобретение, което може да използва генетичния код по същия начин като естествената ДНК.
Към четирите съществуващи азотни бази генетиката добави още две, които са създадени по метода на химическа модификация на естествени основи. За разлика от естествената, изкуствената ДНК се оказа доста къса. Съдържа само 81 базови двойки. Въпреки това, той също се размножава и се развива.
Репликацията на изкуствено получена молекула се осъществява благодарение на полимеразната верижна реакция, но засега това не се случва самостоятелно, а чрез намесата на учените. Те самостоятелно добавят необходимите ензими към споменатата ДНК, като я поставят в специално приготвена течна среда.
Краен резултат
Процесът и крайният резултат от развитието на ДНК могат да бъдат повлияни от различни фактори, като например мутации. Това обуславя задължителното изследване на пробите от материя, така че резултатът от анализите да е надежден и надежден. Пример е тест за бащинство. Но човек не може да не се радва, че такива инциденти като мутация са рядкост. Независимо от това, пробите от материя винаги се проверяват отново, за да се получи по-точна информация въз основа на анализа.
растителна ДНК
Благодарение на високотехнологичното секвениране (HTS) е направена революция в областта на геномиката - изолирането на ДНК от растения също е възможно. Разбира се, получаване от растителен материал на молекулното тегло на ДНК Високо качествопричинява известни затруднения поради големия брой копия на митохондриите и хлоропластите на ДНК, както и високо нивополизахариди и фенолни съединения. В този случай се използват различни методи за изолиране на структурата, която разглеждаме.
Водородна връзка в ДНК
Водородната връзка в молекулата на ДНК е отговорна за електромагнитното привличане, създадено между положително заредения водороден атом, който е прикрепен към електроотрицателния атом. Това диполно взаимодействие не попада под критерия за химическо свързване. Но може да се реализира междумолекулно или в различни части на молекулата, тоест вътрешномолекулно.
Водороден атом е прикрепен към електроотрицателен атом, който е донорът на тази връзка. Електроотрицателен атом може да бъде азот, флуор, кислород. Той - чрез децентрализация - привлича към себе си електронен облак от водородното ядро и прави водородния атом зареден (частично) положително. Тъй като размерът на H е малък в сравнение с други молекули и атоми, зарядът също е малък.
Дешифриране на ДНК
Преди да дешифрират ДНК молекула, учените първо вземат огромен брой клетки. За най-точната и успешна работа са ви необходими около милион от тях. Резултатите, получени по време на изследването, непрекъснато се сравняват и записват. Днес секвенирането на генома вече не е рядкост, а достъпна процедура.
Разбира се, дешифрирането на генома на една клетка е неподходящо упражнение. Данните, получени в хода на подобни изследвания, не представляват интерес за учените. Но е важно да се разбере, че всички съществуващи в момента методи за декодиране, въпреки тяхната сложност, не са достатъчно ефективни. Те ще ви позволят да прочетете само 40-70% от ДНК.
Професорите от Харвард обаче наскоро обявиха метод, чрез който 90% от генома може да бъде декодиран. Техниката се основава на добавянето на праймерни молекули към изолирани клетки, с помощта на които започва репликацията на ДНК. Но дори този метод не може да се счита за успешен, той все още трябва да бъде усъвършенстван, преди да бъде открито използван в науката.
След откриването на принципа на молекулярната организация на вещество като ДНК през 1953 г. започва да се развива молекулярната биология. Освен това в процеса на изследване учените откриха как се рекомбинира ДНК, нейния състав и как е подреден нашият човешки геном.
Всеки ден на молекулярно ниво протичат сложни процеси. Как е устроена ДНК молекулата, от какво се състои? Каква роля играят ДНК молекулите в клетката? Нека поговорим подробно за всички процеси, протичащи в двойната верига.
Какво е наследствена информация?
И така, как започна всичко? Още през 1868 г. открит в ядрата на бактериите. И през 1928 г. Н. Колцов изложи теорията, че цялата генетична информация за живия организъм е кодирана в ДНК. Тогава Дж. Уотсън и Ф. Крик откриват през 1953 г. модел за вече добре известната спирала на ДНК, за което заслужават признание и награда – Нобелова награда.
Какво изобщо е ДНК? Това вещество се състои от 2 комбинирани нишки, по-точно спирали. Част от такава верига с определена информация се нарича ген.
ДНК съхранява цялата информация за това какъв вид протеини ще се образуват и в какъв ред. Макромолекулата на ДНК е материален носител на невероятно обемна информация, която е записана в строга последователност от отделни градивни елементи – нуклеотиди. Има общо 4 нуклеотида, те се допълват химически и геометрично. Този принцип на допълване или комплементарност в науката ще бъде описан по-късно. Това правило играе ключова роля при кодирането и декодирането на генетичната информация.
Тъй като ДНК веригата е невероятно дълга, в тази последователност няма повторения. Всяко живо същество има своя собствена уникална ДНК верига.
Функции на ДНК
Функциите включват съхранение на наследствена информация и предаването й на потомството. Без тази функция геномът на даден вид не би могъл да се запази и развие в продължение на хилядолетия. Организмите, които са претърпели големи генни мутации, е по-вероятно да не оцелеят или да загубят способността си да произвеждат потомство. Така че има естествена защита срещу израждането на вида.
Друга съществена функция е прилагането на съхранената информация. Клетката не може да произведе никакъв жизненоважен протеин без инструкциите, които се съхраняват в двойната верига.
Състав на нуклеинови киселини
Сега вече е надеждно известно от какво се състоят самите нуклеотиди, градивните елементи на ДНК. Те включват 3 вещества:
- Ортофосфорна киселина.
- азотна основа. Пиримидинови бази – които имат само един пръстен. Те включват тимин и цитозин. Пуринови бази, съдържащи 2 пръстена. Това са гуанин и аденин.
- захароза. ДНК съдържа дезоксирибоза, РНК съдържа рибоза.
Броят на нуклеотидите винаги е равен на броя на азотните бази. В специални лаборатории нуклеотидът се разцепва и от него се изолира азотна основа. Така те изучават индивидуалните свойства на тези нуклеотиди и възможните мутации в тях.
Нива на организация на наследствената информация
Има 3 нива на организация: генно, хромозомно и геномно. Цялата информация, необходима за синтеза на нов протеин, се съдържа в малък участък от веригата - гена. Тоест генът се счита за най-ниското и най-просто ниво на кодиране на информация.
Гените от своя страна се сглобяват в хромозоми. Благодарение на такава организация на носителя на наследствен материал, групи от признаци се редуват по определени закони и се предават от едно поколение на друго. Трябва да се отбележи, че в тялото има невероятно много гени, но информацията не се губи, дори когато се рекомбинира многократно.
Има няколко вида гени:
- На функционално предназначениеРазличават се 2 типа: структурни и регулаторни последователности;
- според влиянието върху процесите, протичащи в клетката, има: свръхжизнени, летални, условно летални гени, както и мутаторни и антимутаторни гени.
Гените са подредени по дължината на хромозомата в линеен ред. В хромозомите информацията не е произволно фокусирана, има определен ред. Има дори карта, показваща позиции или генни локуси. Например, известно е, че данните за цвета на очите на детето са криптирани в хромозома номер 18.
Какво е геном? Това е името на целия набор от нуклеотидни последователности в клетката на тялото. Геномът характеризира целия вид, а не отделен индивид.
Какво представлява човешкият генетичен код?
Факт е, че целият огромен потенциал на човешкото развитие е заложен още в периода на зачеването. Цялата наследствена информация, която е необходима за развитието на зиготата и растежа на детето след раждането, е кодирана в гените. Участъците от ДНК са най-основните носители на наследствена информация.
Хората имат 46 хромозоми или 22 соматични двойки плюс по една определяща пола хромозома от всеки родител. Този диплоиден набор от хромозоми кодира целия физически облик на човека, неговите умствени и физически способности и предразположеност към заболявания. Соматичните хромозоми са външно неразличими, но носят различна информация, тъй като едната е от бащата, другата е от майката.
Мъжкият код се различава от женския в последната двойка хромозоми - XY. Женският диплоиден набор е последната двойка, XX. Мъжете получават една X хромозома от биологичната си майка и след това се предава на дъщерите им. Половата Y хромозома се предава на синовете.
Човешките хромозоми се различават значително по размер. Например, най-малката двойка хромозоми е #17. И най-голямата двойка е 1 и 3.
Диаметърът на двойната спирала при хората е само 2 nm. ДНК е толкова плътно навита, че се побира в малкото ядро на клетката, въпреки че ще бъде дълго до 2 метра, ако се развие. Дължината на спиралата е стотици милиони нуклеотиди.
Как се предава генетичният код?
И така, каква роля играят ДНК молекулите в клетката по време на деленето? Гените - носители на наследствена информация - са във всяка клетка на тялото. За да предадат своя код на дъщерен организъм, много същества разделят своята ДНК на 2 еднакви спирали. Това се нарича репликация. В процеса на репликация ДНК се развива и специални "машини" завършват всяка верига. След като генетичната спирала се раздвои, ядрото и всички органели започват да се делят, а след това и цялата клетка.
Но човек има различен процес на генен трансфер - полов. Признаците на бащата и майката са смесени, новият генетичен код съдържа информация и от двамата родители.
Съхраняването и предаването на наследствена информация е възможно благодарение на сложната организация на спиралата на ДНК. В крайна сметка, както казахме, структурата на протеините е криптирана в гените. Веднъж създаден в момента на зачеването, този код ще се копира през целия живот. Кариотипът (личен набор от хромозоми) не се променя по време на обновяването на органните клетки. Предаването на информация се осъществява с помощта на полови гамети – мъжки и женски.
Само вируси, съдържащи една верига РНК, не са в състояние да предадат информацията си на своето потомство. Следователно, за да се размножават, те се нуждаят от човешки или животински клетки.
Внедряване на наследствена информация
В клетъчното ядро непрекъснато протичат важни процеси. Цялата информация, записана в хромозомите, се използва за изграждане на протеини от аминокиселини. Но ДНК веригата никога не напуска ядрото, така че тук е необходимо друго важно съединение, РНК. Просто РНК е в състояние да проникне през ядрената мембрана и да взаимодейства с ДНК веригата.
Чрез взаимодействието на ДНК и 3 вида РНК се реализира цялата кодирана информация. На какво ниво е внедряването на наследствената информация? Всички взаимодействия се случват на нуклеотидно ниво. Месинджър РНК копира сегмент от ДНК веригата и довежда това копие до рибозомата. Тук започва синтеза на нуклеотидите на нова молекула.
За да може иРНК да копира необходимата част от веригата, спиралата се разгъва и след завършване на процеса на прекодиране се възстановява отново. Освен това този процес може да се случи едновременно от 2 страни на 1 хромозома.
Принципът на допълване
Те се състоят от 4 нуклеотида - това са аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (Т). Те са свързани с водородни връзки според правилото за комплементарност. Трудовете на Е. Чаргаф помогнаха да се установи това правило, тъй като ученият забеляза някои модели в поведението на тези вещества. Е. Чаргаф открива, че моларното отношение на аденин към тимин е равно на единица. И по същия начин съотношението гуанин към цитозин винаги е равно на едно.
Въз основа на работата му генетиците са формирали правило за взаимодействие на нуклеотидите. Правилото за комплементарност гласи, че аденинът се свързва само с тимин, а гуанинът - с цитозин. По време на декодирането на спиралата и синтеза на нов протеин в рибозомата, това правило за редуване помага бързо да се намери необходимата аминокиселина, която е прикрепена към трансферната РНК.
РНК и нейните видове
Какво е наследствена информация? нуклеотиди в двойната верига на ДНК. Какво е РНК? Каква е нейната работа? РНК или рибонуклеиновата киселина помага да се извлече информация от ДНК, да се декодира и, въз основа на принципа на комплементарността, да се създадат протеини, необходими за клетките.
Общо се изолират 3 вида РНК. Всеки от тях изпълнява стриктно своята функция.
- Информационен (mRNA), или още се нарича матрица. Той отива точно в центъра на клетката, в ядрото. Той намира в една от хромозомите необходимия генетичен материал за изграждане на протеин и копира една от страните на двойната верига. Копирането става отново според принципа на допълване.
- транспорте малка молекула, която има нуклеотидни декодери от едната страна и аминокиселини, съответстващи на основния код от другата страна. Задачата на tRNA е да я достави до "работилницата", тоест до рибозомата, където синтезира необходимата аминокиселина.
- рРНК е рибозомна.Той контролира количеството протеин, който се произвежда. Състои се от 2 части - аминокиселинен и пептиден сайт.
Единствената разлика при декодирането е, че РНК няма тимин. Вместо тимин тук присъства урацил. Но след това, в процеса на протеинов синтез, с tRNA, той все още правилно установява всички аминокиселини. Ако има някакви неуспехи в декодирането на информация, тогава възниква мутация.
Ремонт на увредена ДНК молекула
Процесът на възстановяване на повредена двойна верига се нарича възстановяване. По време на процеса на възстановяване увредените гени се отстраняват.
Тогава необходимата последователност от елементи се възпроизвежда точно и се срива обратно на същото място във веригата, откъдето е извлечена. Всичко това се случва благодарение на специални химикали- ензими.
Защо възникват мутации?
Защо някои гени започват да мутират и престават да изпълняват функцията си - съхраняване на жизненоважна наследствена информация? Това се дължи на грешка при декодиране. Например, ако аденинът случайно бъде заменен с тимин.
Има също хромозомни и геномни мутации. Хромозомни мутации възникват, когато части от наследствена информация липсват, дублират се или дори се прехвърлят и интегрират в друга хромозома.
Най-сериозни са геномните мутации. Причината за тях е промяна в броя на хромозомите. Тоест, когато вместо двойка - диплоиден набор, в кариотипа присъства триплоиден набор.
Най-известният пример за триплоидна мутация е синдромът на Даун, при който личният набор от хромозоми е 47. При такива деца на мястото на 21-вата двойка се образуват 3 хромозоми.
Има и такава мутация като полиплоидия. Но полиплоидията се среща само при растенията.
ВНИМАНИЕ!!! ТОЗИ МАТЕРИАЛ Е РЕВИЗИРАН, ДОБАВЕН И ВКЛЮЧЕН В КНИГАТА „Сътворение или еволюция? На колко години е Земята? МОЛЯ, ОТИДЕТЕ НА СТРАНИЦАТА, ЗА ДА ПРОЧЕТЕТЕ -->
За да се убедим в абсурдността на спонтанното генериране, нека видим как работи микрокосмосът. Имайте предвид, че ще го разгледаме само повърхностно, тъй като е твърде сложно.
Клетката е елементарна единица на структурата и жизнената дейност на всички живи организми. Има собствен метаболизъм, способен е на самостоятелно съществуване, самовъзпроизвеждане и развитие. Всяка клетка е град в миниатюра, състоящ се от електроцентрали, надлези, пречиствателни съоръжения и др. Клетката се състои от ядро, мембрана, цитоплазма, хромозоми, рибозоми, ДНК, РНК, протеини и много други елементи, всеки от които на свой ред има свой собствен микрокосмос. Естествено, една клетка може да съществува и да изпълнява функциите си, ако всички тези структури са създадени едновременно.
Белтъчната молекула (протеин) се състои от 50 - 40 000 аминокиселини, свързани помежду си.
Ориз. Принципът на структурата на протеин от аминокиселини
Освен това разнообразието от протеинови структури, създадени от 20 вида аминокиселини, не може да бъде надценено. И така, верига от 100 аминокиселини (малък протеин) може да бъде представена в повече от 10 на 130-та степен, с други думи, 10 и 130 нули. Например: в океаните има от 10 до 40-та степен водни молекули (10 и 40 нули). Освен това местоположението на всяка аминокиселина в протеиновата структура е от голямо значение, както в компютърна програма. Ако поне един елемент бъде пренареден, протеиновата молекула няма да работи, което означава, че няма да може да функционира и да изпълнява предназначението си, а клетката, тоест частта от тялото, в която са необходими клетки с тези протеини, няма да работи. Представете си колко незначителна е възможността за спонтанна поява на най-простия протеин и още повече специфичния, който е необходим на клетката и в резултат на това на тялото! Но за функционирането на най-простите клетки и организми са необходими хиляди различни протеини.
Без рибозоми и РНК аминокиселините не могат да се комбинират в протеин, особено в този, който е необходим на този етап в определена клетка. РНК взема информацията за този желан протеин от ДНК, а рибозомите действат като градивен елемент.
Ориз. Синтез на протеини в клетка
В една ДНК молекула на човешки хромозоми има от 50 до 245 милиона сложно подредени двойки азотни бази. Биохимиците са изчислили, че в 1 ДНК молекула има от 10 до 87 варианта на свързване на материала в нея. И само един вариант ще ви позволи да създадете вас лично - с всички правилно функциониращи органи и индивидуални качества. Учените материалисти смятат, че Земята е на 4,5 милиарда години. Този период от време съответства на 10 на 25-та степен на секундите. Тоест, ако всяка секунда се изобретява един вариант на ДНК, тогава възрастта на Земята няма да е достатъчна, за да се създаде една функционираща ДНК. Но не става въпрос само за пълната сложност на ДНК. Факт е, че ДНК е програма, която може да се сравни с компютърен код. Само този код превъзхожда програмите, създадени от човека по своя размер и сложност. Известният програмист Бил Гейтс каза следното за ДНК: "Човешката ДНК е като компютърна програма, само безкрайно по-съвършена." Помислете за това, след като има програма, тогава е необходим и механизъм за четене, в противен случай всяка програма е просто боклук. И така, ДНК също съдържа код за създаване на механизъм за четене на информация от себе си и по-нататъшно изграждане на целия организъм според тази програма. В ДНК е записано къде и по кое време трябва да се създаде определен протеин и други елементи в човека. От една клетка, в която се намира ДНК, започва самоизграждането на всеки организъм. Структурата на ДНК молекулата позволява нейното делене. Състои се от две успоредни еднакви вериги от нуклеотиди, свързани чрез слаба химична водородна връзка. Когато молекулата се дели, веригата се прекъсва, оставяйки цялата информация във всяка от получените нови клетки.
Ориз. ДНК структура
Кой е създал материала за клетката? Кой свърза този материал в клетка? Кой измисли различни - различни една от друга, предназначени за различни функции, но необходими за всеки организъм клетки. Кой е написал информацията под формата на програма в ДНК? Кой създаде механизма за четене и изпълнение на тази информация? Научен документален филм, заснет за гениалната сложност на клетката " Чудо в клетка (чудо в клетка)", в който под формата на анимация е показано какви изключително сложни процеси протичат вътре в клетката. Има много видеоклипове за това "Животът на клетката", "Светът на клетката" и т.н. За да анализирате теорията на Дарвин, трябва да разберете, че в онези дни науката можеше да види само големи бактерии, а клетката беше представена на хората като малък контейнер с течност. Освен това те не знаеха нищо за микробиологията и генетиката.
Днес много учени са наясно с невероятната сложност на структурата на клетката и целия организъм. Някои от тях са на страната на креационистите. Но мнозина вярват в шанса. Така виждаме не конфронтацията на учените срещу религията, а две религии - 1) вярата в Бог и творението и 2) вярата в случайното щастливо зараждане на живота и по-нататъшното му саморазвитие. Но дори простият разум е достатъчен, за да се разбере практическата невъзможност на последното. Помислете как милиони неживи елементи с химически връзкиорганизирани в сложни огромни структури от ДНК, РНК, рибозоми, протеини и т.н., спазвайки строго определена последователност (включително програмата), и след това, като „обмислят“ и „разпределят“ взаимодействията помежду си, обграждат се с обвивка, създадена от жив организъм - клетка с огромно разнообразие от възможности и функции. Как тогава клетките, деляйки се, не се разливат на желе, а създават отделни органи, тъкани, кости, кръвоносни съдове, мозък, които, взаимодействайки помежду си по сложен начин, образуват жизнеспособен и способен да се самовъзпроизвежда организъм. Откъде дойде мъжкии женски? Ако приемем, че сме еволюирали от амеба, тогава теорията за деленето би била по-правилна. Как в процеса на еволюция в рамките на един вид неговите представители постепенно се разделиха на мъжки и женски, като същевременно запазиха жизнеспособността си и придобиха способността да възпроизвеждат уникално себеподобните си и дори различни начини(вътрешно, външно, двойно оплождане...)? Как са се появили новите същества, например бозайниците, когато структурата на женските и мъжките организми все още е била в процес на разделяне и развитие? В края на краищата, недоразвитите сперматозоиди, яйца и матката просто не са в състояние да създадат живо същество. Как разнополовите същества и техните органи са се развивали успоредно, докато са били жизнеспособни. Днес виждаме, че дори едно малко отклонение или заболяване в спермата, яйцеклетките и матката прави човек безплоден. И говорейки за еволюционно развитие, постепенното усъвършенстване на всичко, както външно, така и вътрешно, включително и органите за възпроизводство, е просто неизбежно. Как са се размножавали недоразвитите същества с недоразвити репродуктивни органи и как са се възпроизвеждали междинните форми? Материалистите нямат отговори на тези въпроси и не могат да имат.
Тук е уместно да си припомним един риторичен въпрос, на който материалистите никога няма да могат да намерят отговор: „Какво беше преди кокошката или яйцето?“. Въпреки привидно комичния въпрос, той е много сериозен. Пилето не би могло да възникне без яйцето, перфектното устройство за образуването на ембриона, растежа на ембриона и развитието му в пиле. Така че яйцето не можеше да се появи внезапно от нищото без пиле. Тази взаимно изключваща се аналогия се наслагва върху други противоречиви точки в материалистическата теория на еволюцията. Както беше отбелязано по-горе, всеки организъм има ДНК, която съдържа цялата информация за него. Без тази готова ДНК с информация, вградена в нея, този съвършен организъм не би съществувал. Така че ДНК може да бъде взето само от вече създадено същество.
Сър Фред Хойл, професор по астрономия в Кеймбридж, посвети голяма част от времето си на математическите изчисления на възможността за случайно възникване на живота и впоследствие заяви: „По-вероятно е торнадо, минаващо през сметището, да сглоби Боинг 747 от боклук, изхвърлен във въздуха, отколкото от неживата природа може да възникне жив."
Следователно науката все още не може да даде повтарящ се пример за спонтанно зараждане на живот!
КЛЕТКА, МОЛЕКУЛА, ДНК - ЧОВЕШКИЯТ МИКРОСВЯТ, ЖИВОТЪТ В ОРГАНИЗМА
Радиовъглеродният метод е грешен
Магнитното поле на Земята отслабва
"Пробити" слоеве
Ерозия на почвата на начално ниво
Луната е на по-малко от 10 000 години
Нарастването на населението съответства на библейската възраст на Земята
Луна близо до Земята
Ледените пръстени не показват години
Кораловият риф расте от по-малко от 5000 години
Динозаврите са надеждни свидетели
Всички хора са произлезли от една и съща двойка
Цивилизации и писменост на по-малко от 5000 години
Слоевете на Земята нямат собствена датировка. Геоложки слоеве. Геоложки мащаб
Липса на научни доказателства. Кент Ховинд
