เหตุใดโมเลกุลกรดนิวคลีอิกจึงถูกเรียกว่าโมเลกุลโพลีเมอร์ กรดนิวคลีอิก. โครงสร้างและหน้าที่

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งสหพันธรัฐรัสเซีย

สถาบันการศึกษาอิสระของรัฐบาลกลาง

อุดมศึกษา

"มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีการวิจัยแห่งชาติ KAZAN"

สถาบันวิศวกรรมอาหาร

สาขาวิชาเทคโนโลยีชีวภาพอาหาร

บทคัดย่อในหัวข้อ

กรดนิวคลีอิก. ดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ

เสร็จสิ้นโดย: Radenko V.

กลุ่ม 625 เอ็ม-52

กรดนิวคลีอิก -สารประกอบอินทรีย์โมเลกุลสูงตามธรรมชาติที่รับประกันการจัดเก็บและการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม (ทางพันธุกรรม) ในสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตทุกชนิดประกอบด้วยกรดนิวคลีอิก 2 ชนิด ได้แก่ กรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) และกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) น้ำหนักโมเลกุลของกรดนิวคลีอิกที่เล็กที่สุดที่เรียกว่า ทรานสเฟอร์ RNA (tRNA) มีค่าประมาณ 25 kDa DNA เป็นโมเลกุลโพลีเมอร์ที่ใหญ่ที่สุด น้ำหนักโมเลกุลแตกต่างกันไปตั้งแต่ 1,000 ถึง 1,000,000 kDa DNA และ RNA ประกอบด้วยหน่วยโมโนเมอร์ - นิวคลีโอไทด์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่กรดนิวคลีอิกถูกเรียกว่าโพลีนิวคลีโอไทด์

โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์

นิวคลีโอไทด์แต่ละชนิดมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน 3 ส่วน ได้แก่ เบสไนโตรเจนแบบเฮเทอโรไซคลิก โมโนแซ็กคาไรด์ (เพนโตส) และกรดฟอสฟอริกที่ตกค้าง ขึ้นอยู่กับจำนวนของกรดฟอสฟอริกที่ตกค้างอยู่ในโมเลกุล นิวคลีโอไซด์โมโนฟอสเฟต (NMP), นิวคลีโอไซด์ไดฟอสเฟต (NDP) และนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต (NTP) มีความโดดเด่น (รูปที่ 4-1) กรดนิวคลีอิกประกอบด้วยเบสไนโตรเจน 2 ชนิด ได้แก่ พิวรีน- อะดีนีน(ก) กัวนีน(G) และไพริมิดีน - ไซโตซีน(กับ), ไทมีน(ท) และ ยูราซิล(ยู). การกำหนดจำนวนอะตอมในฐานจะถูกเขียนไว้ภายในวงจร (รูปที่ 4-2) เพนโทสในนิวคลีโอไทด์มีทั้งไรโบส (ใน RNA) หรือดีออกซีไรโบส (ใน DNA) เพื่อแยกแยะจำนวนอะตอมในเพนโตสจากจำนวนอะตอมในฐาน การบันทึกจะทำที่ด้านนอกของวงจรและเพิ่มจำนวนเฉพาะ (") เข้ากับตัวเลข - 1", 2", 3", 4" และ 5" (รูปที่ 4-3) เพนโตสเชื่อมต่อกับฐาน พันธะเอ็น-ไกลโคซิดิกเกิดจากอะตอม C 1 ของเพนโทส (ไรโบสหรือดีออกซีไรโบส) และอะตอม N 1 ของไพริมิดีน หรืออะตอมของพิวรีน N 9 (รูปที่ 4-4) นิวคลีโอไทด์ที่มีไรโบสแทนเพนโทสเรียกว่าไรโบนิวคลีโอไทด์ และกรดนิวคลีอิกที่สร้างจากไรโบนิวคลีโอไทด์เรียกว่ากรดไรโบนิวคลีอิกหรือ RNA กรดนิวคลีอิกที่มีโมโนเมอร์รวมถึงดีออกซีไรโบสเรียกว่ากรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือ DNA ตามโครงสร้างของกรดนิวคลีอิกจัดเป็น

ข้าว. 4-1. นิวคลีโอไซด์โมโน-, ได- และไตรฟอสเฟตของอะดีโนซีนนิวคลีโอไทด์เป็นฟอสฟอรัสเอสเทอร์ของนิวคลีโอไซด์ กรดฟอสฟอริกที่ตกค้างติดอยู่กับอะตอมคาร์บอนขนาด 5 นิ้วของเพนโตส (พันธะฟอสฟอริกขนาด 5 นิ้ว)

ข้าว. 4-2. ฐานพิวรีนและไพริมิดีน

ข้าว. 4-3. เพนโทสมี 2 ​​ประเภทคือ β-D-ribose ในองค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ RNA และ β-D-2-deoxyribose ในองค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ DNA

คลาสของโพลีเมอร์เชิงเส้น กระดูกสันหลังของกรดนิวคลีอิกมีโครงสร้างเหมือนกันตลอดความยาวของโมเลกุลและประกอบด้วยกลุ่มสลับกัน - เพนโตส - ฟอสเฟต - เพนโตส - (รูปที่ 4-5) กลุ่มตัวแปรในสายพอลินิวคลีโอไทด์คือเบสไนโตรเจน - พิวรีนและไพริมิดีน โมเลกุล RNA ได้แก่ อะดีนีน (A), ยูราซิล (U), กัวนีน (G) และไซโตซีน (C) ในขณะที่ DNA ประกอบด้วยอะดีนีน (A), ไทมีน (T), กัวนีน (G) และไซโตซีน (C) โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์และการทำงานเฉพาะตัวของโมเลกุล DNA และ RNA ถูกกำหนดโดยโครงสร้างหลัก นั่นคือลำดับของเบสไนโตรเจนในสายโซ่พอลินิวคลีโอไทด์

ข้าว. 4-4. นิวคลีโอไทด์ของพิวรีนและไพริมิดีน

ข้าว. 4-5. ชิ้นส่วนของสายโซ่ดีเอ็นเอ

ข. โครงสร้างของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA)

โครงสร้างปฐมภูมิของ DNA -ลำดับการสลับของดีออกซีไรโบนิวคลีโอไซด์โมโนฟอสเฟต (dNMP) ในสายพอลินิวคลีโอไทด์ หมู่ฟอสเฟตแต่ละหมู่ในสายพอลินิวคลีโอไทด์ ยกเว้นฟอสฟอรัสตกค้างที่ปลาย 5 นิ้วของโมเลกุล มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเอสเทอร์ 2 พันธะที่เกี่ยวข้องกับอะตอมของคาร์บอน 3 นิ้วและ 5 นิ้วของดีออกซีไรโบสที่อยู่ใกล้เคียง 2 ตัว ดังนั้นพันธะระหว่าง โมโนเมอร์ถูกกำหนดให้เป็น 3", 5" - ฟอสโฟไดสเตอร์ นิวคลีโอไทด์ส่วนปลายของ DNA มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน: ที่ปลาย 5" มีหมู่ฟอสเฟต และที่ปลาย 3" ของสายโซ่จะมีกลุ่ม OH อิสระ เหล่านี้ ปลายเรียกว่าปลาย 5" และ 3" ลำดับเชิงเส้นของดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ในสายโซ่โพลีเมอร์ DNA มักจะย่อโดยใช้รหัสตัวอักษรตัวเดียว เช่น -A-G-C-T-T-A-C-A- จากปลาย 5"- ถึงปลาย 3"

โมโนเมอร์ของกรดนิวคลีอิกแต่ละตัวมีกรดฟอสฟอริกตกค้าง ที่ pH 7 หมู่ฟอสเฟตจะแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ ในร่างกายกรดนิวคลีอิกมีอยู่ในรูปโพลีแอนไอออน (มีประจุลบหลายประจุ) สารตกค้างของเพนโตสยังแสดงคุณสมบัติที่ชอบน้ำอีกด้วย เบสไนโตรเจนแทบจะไม่ละลายในน้ำ แต่อะตอมของวงแหวนพิวรีนและไพริมิดีนบางอะตอมสามารถก่อตัวได้ พันธะไฮโดรเจน

โครงสร้างรองของดีเอ็นเอในปี 1953 เจ. วัตสัน และเอฟ. คริกได้เสนอแบบจำลองโครงสร้างเชิงพื้นที่ของดีเอ็นเอ ตามแบบจำลองนี้ โมเลกุล DNA มีรูปร่างเป็นเกลียวซึ่งเกิดจากสายพอลินิวคลีโอไทด์สองเส้นที่บิดเบี้ยวสัมพันธ์กันและรอบแกนร่วม เกลียวคู่ มือขวา,สายพอลินิวคลีโอไทด์ที่อยู่ในนั้น ตรงกันข้าม(รูปที่ 4-6) เช่น หากหนึ่งในนั้นหันไปในทิศทาง 3"→5" ดังนั้นอันที่สองก็จะอยู่ในทิศทาง 5"→3" ดังนั้นในแต่ละด้าน

ข้าว. 4-6. ดีเอ็นเอเกลียวคู่

โมเลกุล DNA ประกอบด้วยสายคู่ขนานสองเส้นที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์คู่กัน โซ่ถูกบิดสัมพันธ์กันเป็นเกลียวทางขวาเพื่อให้มีนิวคลีโอไทด์ประมาณ 10 คู่ต่อการหมุนของโมเลกุล ฐานทั้งหมดของสาย DNA อยู่ภายในเกลียวคู่ และแกนหลักเพนโตสฟอสเฟตอยู่ด้านนอก สายโพลีนิวคลีโอไทด์ถูกยึดให้สัมพันธ์กันเนื่องจากพันธะไฮโดรเจนระหว่างพิวรีนเสริมและฐานไนโตรเจนไพริมิดีน A และ T (พันธะสองตัว) และระหว่าง G และ C (พันธะสามตัว) (รูปที่ 4-7) ด้วยการรวมกันนี้ แต่ละคู่จะมีวงแหวนสามวง ดังนั้นขนาดโดยรวมของคู่ฐานเหล่านี้จะเท่ากันตลอดความยาวทั้งหมดของโมเลกุล

ข้าว. 4-7. คู่เบสพิวรีน-ไพริมิดีนใน DNA

พันธะไฮโดรเจนกับเบสอื่นๆ รวมกันในคู่นั้นเป็นไปได้ แต่จะอ่อนกว่ามาก ลำดับนิวคลีโอไทด์ของสายโซ่หนึ่งเป็นส่วนเสริมอย่างสมบูรณ์กับลำดับนิวคลีโอไทด์ของสายโซ่ที่สอง ดังนั้นตามกฎของ Chargaff (เออร์วิน ชาร์กาฟ ในปี 1951 ได้กำหนดรูปแบบในอัตราส่วนของเบสพิวรีนและไพริมิดีนในโมเลกุล DNA) จำนวนเบสของพิวรีน (A + G) เท่ากับจำนวนเบสไพริมิดีน (T + C) . ฐานเสริมจะเรียงซ้อนกันอยู่ที่แกนกลางของเกลียว ระหว่างฐานของโมเลกุลที่มีเกลียวคู่เรียงกันเป็นปึก ปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำทำให้เกลียวคู่มีความเสถียร

โครงสร้างนี้ไม่รวมการสัมผัสสารตกค้างไนโตรเจนกับน้ำ แต่กองฐานไม่สามารถตั้งตรงได้อย่างแน่นอน คู่ฐานจะชดเชยกันเล็กน้อย ในโครงสร้างที่ขึ้นรูป ร่องสองร่องจะแตกต่างกัน - ร่องขนาดใหญ่กว้าง 2.2 นาโนเมตร และร่องเล็กกว้าง 1.2 นาโนเมตร ฐานไนโตรเจนในบริเวณร่องหลักและร่องรองมีปฏิกิริยากับโปรตีนเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการจัดโครงสร้างโครมาติน

โครงสร้างระดับตติยภูมิของ DNA (DNA supercoiling)โมเลกุล DNA แต่ละโมเลกุลถูกบรรจุอยู่ในโครโมโซมที่แยกจากกัน เซลล์ดิพลอยด์ของมนุษย์ประกอบด้วย 46 โครโมโซมความยาวรวมของ DNA ของโครโมโซมทั้งหมดในเซลล์คือ 1.74 เมตร แต่มันถูกบรรจุอยู่ในนิวเคลียสที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าหลายล้านเท่า ในการหาตำแหน่งดีเอ็นเอในนิวเคลียสของเซลล์ จะต้องสร้างโครงสร้างที่มีขนาดกะทัดรัดมาก การบดอัดของดีเอ็นเอและการซูเปอร์คอยล์จะดำเนินการโดยใช้โปรตีนหลายชนิดซึ่งมีปฏิกิริยากับลำดับบางอย่างในโครงสร้างดีเอ็นเอ โปรตีนทุกชนิดที่จับกับ DNA ยูคาริโอตสามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม: โปรตีน Gisgon และไม่ใช่ฮิสโตนความซับซ้อนของโปรตีนที่มี DNA นิวเคลียร์ของเซลล์เรียกว่าโครมาติน

ฮิสโตนส์- โปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุล 11-21 kDa ซึ่งมีอาร์จินีนและไลซีนตกค้างจำนวนมาก เนื่องจากประจุบวก ฮิสโตนจึงสร้างพันธะไอออนิกกับกลุ่มฟอสเฟตที่มีประจุลบซึ่งอยู่ด้านนอกของเกลียวคู่ของ DNA ฮิสโตนมี 5 ประเภท ฮิสโตนสี่ชนิด H2A, H2B, H3 และ H4 ก่อให้เกิดโปรตีนเชิงซ้อนออคทาเมริก (H2A, H2B, H3, H4) 2 ซึ่งเรียกว่า "แกนนิวคลีโอโซม"(จากอังกฤษ แกนนิวคลีโอโซม). โมเลกุล DNA “ลม” ไปบนพื้นผิวของฮิสโตนออคทาเมอร์ ครบ 1.75 รอบ (ประมาณ 146 คู่นิวคลีโอไทด์) โปรตีนฮิสโตนที่ซับซ้อนที่มี DNA นี้ทำหน้าที่เป็นหน่วยโครงสร้างหลักของโครมาตินเรียกว่า "นิวคลีโอโซม" DNA ที่จับอนุภาคนิวคลีโอโซมเรียกว่า DNA ของลิงเกอร์ โดยเฉลี่ยแล้ว Linker DNA คือนิวคลีโอไทด์ที่ตกค้าง 60 คู่ โมเลกุลฮิสโตน H1 จับกับ DNA ในบริเวณระหว่างนิวคลีโอโซม (ลำดับตัวเชื่อมโยง) และปกป้องบริเวณเหล่านี้จากการทำงานของนิวคลีเอส (รูปที่ 4-8)

ข้าว. 4-8. โครงสร้างนิวคลีโอโซม

โมเลกุลฮิสโตน 8 โมเลกุล (H2A, H2B, H3, H4) 2 ประกอบขึ้นเป็นแกนกลางของนิวคลีโอโซม ซึ่งรอบๆ DNA ก่อตัวประมาณ 1.75 รอบ ดีเอ็นเอ. กรดอะมิโนที่ตกค้างของไลซีน, อาร์จินีน และกลุ่มอะมิโนส่วนปลายของฮิสโตนสามารถปรับเปลี่ยนได้: อะซิติเลต, ฟอสโฟรีเลเต็ด, เมทิลเลต หรือทำปฏิกิริยากับโปรตีนยูบิควิติน (โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตน) การปรับเปลี่ยนสามารถย้อนกลับหรือย้อนกลับไม่ได้ โดยจะเปลี่ยนประจุและโครงสร้างของฮิสโตน และส่งผลต่อปฏิสัมพันธ์ของฮิสโตนระหว่างกันและกับ DNA กิจกรรมของเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการปรับเปลี่ยนนั้นได้รับการควบคุมและขึ้นอยู่กับระยะของวัฏจักรของเซลล์ การปรับเปลี่ยนทำให้สามารถจัดเรียงโครมาตินตามโครงสร้างของโครมาตินได้

โปรตีนโครมาตินที่ไม่ใช่ฮิสโตนนิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอตประกอบด้วยโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนที่จับกับ DNA หลายชนิด โปรตีนแต่ละชนิดประกอบกันเป็นลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์ DNA (เว็บไซต์ดีเอ็นเอ)กลุ่มนี้รวมถึงกลุ่มโปรตีนเฉพาะตำแหน่งประเภท "ซิงค์ฟิงเกอร์" (ดูหัวข้อที่ 1) “นิ้วสังกะสี” แต่ละตัวจะจดจำตำแหน่งเฉพาะที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 5 คู่ โปรตีนเฉพาะตำแหน่งอีกตระกูลหนึ่งคือโฮโมไดเมอร์ ชิ้นส่วนของโปรตีนที่สัมผัสกับ DNA มีโครงสร้างเป็นเกลียวหมุนได้ (ดูหัวข้อที่ 1) กลุ่มของโปรตีนเชิงโครงสร้างและกฎข้อบังคับที่เกี่ยวข้องกับโครมาตินอย่างต่อเนื่อง ได้แก่ โปรตีนที่เคลื่อนที่ได้สูง ( โปรตีนเอชเอ็มจี- จากอังกฤษ, โปรตีนเจลที่มีความคล่องตัวสูง). มีน้ำหนักโมเลกุลน้อยกว่า 30 kDa และมีลักษณะพิเศษคือมีกรดอะมิโนที่มีประจุสูง เนื่องจากมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ โปรตีน HMG จึงมีความคล่องตัวสูงในระหว่างการอิเล็กโตรโฟรีซิสแบบเจลโพลีอะคริลาไมด์ โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนยังรวมถึงการจำลองแบบ การถอดรหัส และการซ่อมแซมเอนไซม์ ด้วยการมีส่วนร่วมของโปรตีนและเอนไซม์ที่มีโครงสร้างตามข้อบังคับซึ่งเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ DNA และ RNA สายของนิวคลีโอโซมจะถูกแปลงเป็นโปรตีนและ DNA ที่ซับซ้อนที่มีการควบแน่นสูง โครงสร้างที่ได้จะสั้นกว่าโมเลกุล DNA ดั้งเดิมถึง 10,000 เท่า

สิ่งมีชีวิตมีโมเลกุลขนาดใหญ่สามโมเลกุล: โปรตีนและกรดนิวคลีอิกสองประเภท ต้องขอบคุณพวกเขาที่ช่วยรักษากิจกรรมที่สำคัญและการทำงานที่เหมาะสมของทั้งร่างกาย กรดนิวคลีอิกคืออะไร? ทำไมพวกเขาถึงต้องการ? ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในบทความ

ข้อมูลทั่วไป

กรดนิวคลีอิกเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีโมเลกุลสูงซึ่งเกิดจากสารตกค้างของนิวคลีโอไทด์ การถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดจากรุ่นสู่รุ่นเป็นงานหลักที่ดำเนินการโดยกรดนิวคลีอิก การนำเสนอด้านล่างนี้จะอธิบายแนวคิดนี้โดยละเอียด

ประวัติความเป็นมาของการศึกษา

นิวคลีโอไทด์แรกที่ศึกษาแยกได้จากกล้ามเนื้อวัวในปี พ.ศ. 2390 และตั้งชื่อว่า "กรดอิโนซินิก" จากการศึกษาโครงสร้างทางเคมีพบว่าเป็นไรโบไซด์-5′-ฟอสเฟต และมีพันธะ N-ไกลโคซิดิก ในปี พ.ศ. 2411 ได้มีการค้นพบสารที่เรียกว่า “นิวคลิน” มันถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวสวิส ฟรีดริช มีเชอร์ ในระหว่างการวิจัยเกี่ยวกับสารชีวภาพบางชนิด สารนี้ประกอบด้วยฟอสฟอรัส สารประกอบนี้มีคุณสมบัติเป็นกรดและไม่อยู่ภายใต้การสลายตัวภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์โปรตีโอไลติก

สารได้รับสูตร C29H49N9O22P3 ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับการมีส่วนร่วมของนิวคลินในกระบวนการส่งข้อมูลทางพันธุกรรมถูกหยิบยกขึ้นมาอันเป็นผลมาจากการค้นพบความคล้ายคลึงกันขององค์ประกอบทางเคมีกับโครมาติน องค์ประกอบนี้เป็นองค์ประกอบหลักของโครโมโซม คำว่า "กรดนิวคลีอิก" เปิดตัวครั้งแรกในปี พ.ศ. 2432 โดย Richard Altmann เขาเป็นคนที่เป็นผู้เขียนวิธีการผลิตสารเหล่านี้โดยไม่มีสิ่งเจือปนในโปรตีนในระหว่างการศึกษาการไฮโดรไลซิสแบบอัลคาไลน์ของกรดนิวคลีอิกเลวินและจาค็อบได้ระบุส่วนประกอบหลักของผลิตภัณฑ์ของกระบวนการนี้ พวกมันกลายเป็นนิวคลีโอไทด์และนิวคลีโอไซด์ ในปี 1921 เลวินเสนอว่า DNA มีโครงสร้างเตตรานิวคลีโอไทด์ อย่างไรก็ตาม สมมติฐานนี้ไม่ได้รับการยืนยันและปรากฏว่ามีข้อผิดพลาด

การจัดหมวดหมู่

กรดนิวคลีอิกมีสองประเภท: DNA และ RNA การมีอยู่ของพวกมันพบได้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด DNA ส่วนใหญ่พบในนิวเคลียสของเซลล์ RNA พบได้ในไซโตพลาสซึม ในปี 1935 ในระหว่างการแยกส่วนแบบอ่อนของ DNA จะได้รับนิวคลีโอไทด์ที่ก่อตัวเป็น DNA 4 ตัว ส่วนประกอบเหล่านี้มีสถานะเป็นผลึก ในปี 1953 วัตสโตนและคริกระบุว่า DNA มีเกลียวคู่

วิธีการคัดเลือก

มีการพัฒนาวิธีการต่างๆ เพื่อให้ได้สารประกอบจากแหล่งธรรมชาติ เงื่อนไขหลักของวิธีการเหล่านี้คือการแยกกรดนิวคลีอิกและโปรตีนอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งเป็นสารที่มีการกระจายตัวน้อยที่สุดในระหว่างกระบวนการ ปัจจุบันมีการใช้วิธีการแบบคลาสสิกกันอย่างแพร่หลาย สาระสำคัญของวิธีนี้คือการทำลายผนังของวัสดุชีวภาพและการบำบัดเพิ่มเติมด้วยผงซักฟอกประจุลบ ผลที่ได้คือการตกตะกอนโปรตีน ในขณะที่กรดนิวคลีอิกยังคงอยู่ในสารละลาย ก็ใช้วิธีอื่นเช่นกัน ในกรณีนี้กรดนิวคลีอิกสามารถตกตะกอนเป็นสถานะเจลได้โดยใช้เอทานอลและน้ำเกลือ ควรใช้ความระมัดระวังบางประการเมื่อทำเช่นนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องเติมเอธานอลลงในสารละลายน้ำเกลืออย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ตะกอนเจล ความเข้มข้นของกรดนิวคลีอิกที่ถูกปล่อยออกมาและสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในนั้นสามารถกำหนดได้โดยวิธีสเปกโตรโฟโตเมตริก กรดนิวคลีอิกสามารถย่อยสลายได้ง่ายด้วยนิวคลีเอสซึ่งเป็นเอนไซม์ประเภทพิเศษ ด้วยการแยกดังกล่าว อุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการจำเป็นต้องได้รับการบำบัดด้วยสารยับยั้งตามคำสั่ง สิ่งเหล่านี้รวมถึง ตัวอย่างเช่น สารยับยั้ง DEPC ซึ่งใช้ในการแยก RNA

คุณสมบัติทางกายภาพ

กรดนิวคลีอิกมีความสามารถในการละลายน้ำได้ดี แต่แทบไม่ละลายในสารประกอบอินทรีย์ นอกจากนี้ ยังมีความไวต่ออุณหภูมิและระดับ pH เป็นพิเศษ โมเลกุลของกรดนิวคลีอิกที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงสามารถถูกแยกส่วนโดยนิวคลีเอสภายใต้อิทธิพลของแรงทางกล ซึ่งรวมถึงการผสมสารละลายและเขย่า

กรดนิวคลีอิก. โครงสร้างและหน้าที่

รูปแบบโพลีเมอร์และโมโนเมอร์ของสารประกอบดังกล่าวพบได้ในเซลล์ รูปแบบโพลีเมอร์เรียกว่าโพลีนิวคลีโอไทด์ ในรูปแบบนี้ สายโซ่นิวคลีโอไทด์เชื่อมโยงกันด้วยกรดฟอสฟอริกที่ตกค้าง เนื่องจากเนื้อหาของโมเลกุลเฮเทอโรไซคลิกสองประเภทที่เรียกว่าไรโบสและดีออกซีไรโบสกรดเหล่านี้จึงเป็นกรดไรโบนิวคลีอิกและกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกตามลำดับ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา การจัดเก็บ การส่งผ่าน และการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้จึงเกิดขึ้น ในรูปแบบโมโนเมอร์ของกรดนิวคลีอิก กรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริกเป็นที่นิยมมากที่สุด เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณและให้พลังงานสำรองในเซลล์

ดีเอ็นเอ

กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ด้วยความช่วยเหลือ กระบวนการถ่ายโอนและการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้จึงเกิดขึ้น ข้อมูลนี้จำเป็นสำหรับการพัฒนาและการทำงานของสิ่งมีชีวิต ในสัตว์ พืช และเชื้อรา DNA เป็นส่วนหนึ่งของโครโมโซมที่อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ และยังพบได้ในไมโตคอนเดรียและพลาสติดอีกด้วย ในแบคทีเรียและอาร์เคีย โมเลกุลของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกจะเกาะติดกับเยื่อหุ้มเซลล์จากภายใน ในสิ่งมีชีวิตดังกล่าว โมเลกุล DNA ทรงกลมส่วนใหญ่มีอยู่ พวกมันถูกเรียกว่า "พลาสมิด" ตามโครงสร้างทางเคมีกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเป็นโมเลกุลโพลีเมอร์ที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ ส่วนประกอบเหล่านี้กลับประกอบด้วยฐานไนโตรเจน น้ำตาล และกลุ่มฟอสเฟต เป็นเพราะสององค์ประกอบสุดท้ายที่เกิดพันธะระหว่างนิวคลีโอไทด์ทำให้เกิดสายโซ่ โดยพื้นฐานแล้วโมเลกุลขนาดใหญ่ของ DNA จะถูกนำเสนอในรูปแบบของเกลียวสองโซ่

อาร์เอ็นเอ

กรดริโบนิวคลีอิกเป็นสายยาวที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ ประกอบด้วยฐานไนโตรเจน น้ำตาลไรโบส และหมู่ฟอสเฟต ข้อมูลทางพันธุกรรมถูกเข้ารหัสโดยใช้ลำดับนิวคลีโอไทด์ RNA ใช้ในการโปรแกรมการสังเคราะห์โปรตีน กรดริโบนิวคลีอิกถูกสร้างขึ้นระหว่างการถอดรหัส นี่คือกระบวนการสังเคราะห์ RNA บนเทมเพลต DNA มันเกิดขึ้นพร้อมกับการมีส่วนร่วมของเอนไซม์พิเศษ พวกมันถูกเรียกว่า RNA โพลีเมอเรส หลังจากนี้ เทมเพลตกรดไรโบนิวคลีอิกจะมีส่วนร่วมในกระบวนการแปล นี่คือวิธีการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นบนเมทริกซ์ RNA ไรโบโซมมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้ RNA ที่เหลือผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อการถอดรหัสที่สมบูรณ์ จากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิของกรดไรโบนิวคลีอิกจึงเกิดขึ้น พวกมันทำงานขึ้นอยู่กับประเภทของ RNA

เนื้อหาของบทความ

กรดนิวคลีอิก– โมเลกุลโพลีเมอร์ชีวภาพที่เก็บข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด กำหนดการเติบโตและการพัฒนาตลอดจนลักษณะทางพันธุกรรมที่ถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไป กรดนิวคลีอิกพบได้ในนิวเคลียสของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ซึ่งกำหนดชื่อของมัน (lat. . นิวเคลียส - แกนกลาง)

องค์ประกอบของสายโซ่โพลีเมอร์ของกรดนิวคลีอิก

สายโซ่โพลีเมอร์ของกรดนิวคลีอิกประกอบขึ้นจากชิ้นส่วนของกรดฟอสฟอริก H 3 PO 3 และชิ้นส่วนของโมเลกุลเฮเทอโรไซคลิกที่เป็นอนุพันธ์ของฟิวแรน กรดนิวคลีอิกมีเพียงสองประเภทเท่านั้น แต่ละประเภทสร้างขึ้นบนพื้นฐานของเฮเทอโรไซเคิลหนึ่งในสองประเภท - ไรโบสหรือดีออกซีไรโบส (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. โครงสร้างของไรโบสและดีออกซีไรโบส.

ชื่อไรโบส (จาก Lat. . ซี่โครง - ซี่โครง, คลิปหนีบกระดาษ) มีตอนจบ - ose ซึ่งบ่งบอกว่าเป็นน้ำตาลประเภทหนึ่ง (เช่น กลูโคส ฟรุกโตส) สารประกอบที่สองไม่มีหมู่ OH (กลุ่มไฮดรอกซี) ซึ่งมีน้ำตาลเป็นสีแดง ในเรื่องนี้สารประกอบสามชนิดเรียกว่าดีออกซีไรโบสกล่าวคือไรโบสไร้หมู่ออกซี

สายโซ่โพลีเมอร์ที่สร้างขึ้นจากชิ้นส่วนของไรโบสและกรดฟอสฟอริกเป็นพื้นฐานของหนึ่งในกรดนิวคลีอิก - กรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) คำว่า "กรด" ในชื่อของสารประกอบนี้ถูกใช้เนื่องจากหนึ่งในกลุ่มที่เป็นกรด OH ของกรดฟอสฟอริกยังคงไม่มีการทดแทน ซึ่งทำให้สารประกอบทั้งหมดมีลักษณะเป็นกรดเล็กน้อย หากเกี่ยวข้องกับดีออกซีไรโบสในการก่อตัวของสายโซ่โพลีเมอร์แทนที่จะเป็นไรโบส ก็จะเกิดกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกขึ้น ซึ่งเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปของตัวย่อ DNA

โครงสร้างดีเอ็นเอ

โมเลกุลดีเอ็นเอทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นในกระบวนการเจริญเติบโตและพัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ในรูป รูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่าสารประกอบเริ่มต้นที่สลับกันสองประเภทถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นสายโซ่โพลีเมอร์ได้อย่างไร ซึ่งไม่ได้แสดงวิธีการสังเคราะห์ แต่เป็นแผนภาพหลักของการประกอบโมเลกุล DNA

ในเวอร์ชันสุดท้าย โมเลกุล DNA ของโพลีเมอร์ประกอบด้วยเฮเทอโรไซเคิลที่มีไนโตรเจนอยู่ในกรอบด้านข้าง สารประกอบดังกล่าวสี่ประเภทเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของ DNA สองประเภทเป็นวงจรที่มีสมาชิกหกส่วน และอีกสองประเภทเป็นวงจรควบแน่น โดยที่วงแหวนที่มีสมาชิกหกสมาชิกจะหลอมรวมกับวงที่มีสมาชิกห้าตัว (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. โครงสร้างของเฮเทอโรไซเคิลที่มีไนโตรเจนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของดีเอ็นเอ

ในขั้นตอนที่สองของการประกอบ สารประกอบเฮเทอโรไซคลิกที่มีไนโตรเจนดังที่แสดงด้านบนจะถูกเติมลงในกลุ่ม OH อิสระของดีออกซีไรโบส โดยก่อตัวเป็นจี้ด้านข้างบนสายโซ่โพลีเมอร์ (รูปที่ 4)

โมเลกุลของอะดีนีน ไทมีน กัวนีน และไซโตซีนที่ติดอยู่กับสายโซ่โพลีเมอร์ถูกกำหนดโดยอักษรตัวแรกของชื่อของสารประกอบดั้งเดิม ซึ่งก็คือ ก, ต, ชและ ค.

สายโซ่โพลีเมอร์ของ DNA นั้นมีทิศทางที่แน่นอน - เมื่อจิตใจเคลื่อนไปตามโมเลกุลในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับกลุ่มเดียวกันที่ประกอบเป็นสายโซ่จะพบไปพร้อมกันในลำดับที่ต่างกัน เมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวจากอะตอมฟอสฟอรัสหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งตามเส้นทางจะมีกลุ่ม CH 2 จากนั้นกลุ่ม CH สองกลุ่ม (สามารถละเว้นอะตอมออกซิเจนได้) เมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามลำดับของกลุ่มเหล่านี้จะเป็น กลับด้าน (รูปที่ 5) .

ข้าว. 5. การวางแนวของสายโซ่โพลีเมอร์ของ DNA. เมื่ออธิบายลำดับซึ่งเฮเทอโรไซเคิลที่ต่อพ่วงสลับกัน เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ทิศทางตรง นั่นคือจากหมู่ CH 2 ไปยังหมู่ CH

แนวคิดเรื่อง "ทิศทางของสาย" ช่วยให้เข้าใจว่าสาย DNA สองสายถูกจัดเรียงอย่างไรเมื่อนำมารวมกัน และยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับการสังเคราะห์โปรตีนอีกด้วย

ในขั้นต่อไป โมเลกุล DNA สองตัวจะถูกรวมเข้าด้วยกัน โดยวางตำแหน่งจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของสายโซ่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ในกรณีนี้ เฮเทอโรไซเคิลของโซ่ทั้งสองหันหน้าเข้าหากันและอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม ซึ่งหมายความว่าพันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างคู่ของกลุ่ม C=O และ NH 2 รวมถึงระหว่าง є N และ NH= ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ ของเฮเทอโรไซเคิล ( ซม. พันธะไฮโดรเจน) ในรูป รูปที่ 6 แสดงให้เห็นว่าโซ่ทั้งสองอยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กันอย่างไร และพันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างเฮเทอโรไซเคิลอย่างไร รายละเอียดที่สำคัญที่สุดคือคู่ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนนั้นถูกกำหนดไว้อย่างเคร่งครัด: ชิ้นส่วน กโต้ตอบด้วยเสมอ ตและชิ้นส่วน ช– ด้วยเสมอ ค. รูปทรงเรขาคณิตที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดของกลุ่มเหล่านี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าคู่เหล่านี้พอดีกันอย่างแม่นยำอย่างยิ่ง (เช่นกุญแจล็อค) คู่ ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ และพันธะคู่ จี-ซี- สามการเชื่อมต่อ

พันธะไฮโดรเจนอ่อนแอกว่าพันธะเวเลนซ์ธรรมดาอย่างเห็นได้ชัด แต่เนื่องจากมีจำนวนมากตลอดโมเลกุลโพลีเมอร์ทั้งหมด การเชื่อมต่อของโซ่ทั้งสองจึงค่อนข้างแข็งแกร่ง โมเลกุล DNA ประกอบด้วยกลุ่มนับหมื่นกลุ่ม ก, ต, ชและ คและลำดับการสับเปลี่ยนภายในโมเลกุลโพลีเมอร์หนึ่งอาจแตกต่างกันได้ ตัวอย่างเช่น ในบางส่วนของสายโซ่ ลำดับอาจมีลักษณะดังนี้: - ก-ก-ต-ช-ค-ช-ก-ต-. เนื่องจากกลุ่มที่มีปฏิสัมพันธ์ถูกกำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ส่วนตรงข้ามของโมเลกุลโพลีเมอร์ตัวที่สองจึงจำเป็นต้องมีลำดับ - ต-ต-ก-ค-ช-ค-ต-ก-. ดังนั้นเมื่อทราบลำดับของการจัดเรียงเฮเทอโรไซเคิลในสายโซ่หนึ่งเราสามารถระบุตำแหน่งในสายโซ่อื่นได้ จากจดหมายโต้ตอบนี้เป็นไปตามจำนวนกลุ่มทั้งหมดในโมเลกุล DNA คู่ กเท่ากับจำนวนกลุ่ม ตและจำนวนกลุ่ม ช- ปริมาณ ค(กฎของอี. ชาร์กาฟฟ์)

โมเลกุล DNA 2 โมเลกุลที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนแสดงไว้ในรูปที่ 1 5 ในรูปแบบของโซ่แบนสองอัน แต่ในความเป็นจริงพวกมันถูกจัดเรียงต่างกัน ทิศทางที่แท้จริงในปริภูมิของพันธะทั้งหมด ซึ่งกำหนดโดยมุมของพันธะและการหดตัวของปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจน ทำให้เกิดการโค้งงอของสายโซ่โพลีเมอร์และการหมุนของระนาบเฮเทอโรไซเคิล ซึ่งแสดงโดยประมาณในส่วนวิดีโอแรกของรูปที่ 1 7 โดยใช้สูตรโครงสร้าง โครงสร้างเชิงพื้นที่ทั้งหมดสามารถถ่ายทอดได้แม่นยำยิ่งขึ้นด้วยความช่วยเหลือของแบบจำลองสามมิติเท่านั้น (รูปที่ 7 ส่วนวิดีโอที่สอง) ในกรณีนี้เกิดภาพที่ซับซ้อน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่จะใช้ภาพที่เรียบง่ายซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อบรรยายถึงโครงสร้างของกรดนิวคลีอิกหรือ โปรตีน. ในกรณีของกรดนิวคลีอิก โซ่โพลีเมอร์จะแสดงเป็นริบบอนแบน และหมู่เฮเทอโรไซคลิก ก, ต, ชและ ค– ในรูปแบบของแถบด้านข้างหรือวาเลนซ์สโตรคแบบง่าย มีสีที่แตกต่างกัน หรือมีการกำหนดตัวอักษรของเฮเทอโรไซเคิลที่เกี่ยวข้องที่ส่วนท้าย (รูปที่ 7 ส่วนวิดีโอที่สาม)

เมื่อโครงสร้างทั้งหมดหมุนรอบแกนตั้ง (รูปที่ 8) จะมองเห็นรูปร่างที่เป็นเกลียวของโมเลกุลโพลีเมอร์สองตัวได้ชัดเจนราวกับมีแผลบนพื้นผิวของทรงกระบอก นี่คือเกลียวคู่ของ DNA ที่รู้จักกันดี

ด้วยภาพที่เรียบง่าย ข้อมูลหลักจะไม่หายไป - ลำดับของการจัดกลุ่มการสลับ ก, ต, ชและ คซึ่งเป็นตัวกำหนดความเป็นเอกเทศของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ข้อมูลทั้งหมดจะถูกบันทึกเป็นรหัสสี่ตัวอักษร

โครงสร้างของโซ่โพลีเมอร์และการมีอยู่ของเฮเทอโรไซเคิลสี่ประเภทนั้นเหมือนกันสำหรับตัวแทนทุกคนในโลกที่มีชีวิต สัตว์และพืชชั้นสูงทั้งหมดมีจำนวนคู่ ก – ตมักจะมากกว่าคู่รักเสมอ ช – ค. ความแตกต่างระหว่าง DNA ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและ DNA ของพืชก็คือสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีคู่กัน ก – ตตามความยาวทั้งหมดของโซ่เกิดขึ้นบ่อยกว่าคู่เล็กน้อย (ประมาณ 1.2 เท่า) ช – ค. ในกรณีของพืชการตั้งค่าสำหรับคู่แรกจะเด่นชัดกว่ามาก (ประมาณ 1.6 เท่า)

DNA เป็นหนึ่งในโมเลกุลโพลีเมอร์ที่ใหญ่ที่สุดที่รู้จักในปัจจุบัน ในสิ่งมีชีวิตบางชนิด สายโซ่โพลีเมอร์ประกอบด้วยหลายร้อยล้านหน่วย ความยาวของโมเลกุลดังกล่าวยาวหลายเซนติเมตร ซึ่งเป็นค่าที่สูงมากสำหรับวัตถุโมเลกุล เพราะ เนื่องจากหน้าตัดของโมเลกุลมีขนาดเพียง 2 นาโนเมตร (1 นาโนเมตร = 10–9 ม.) จึงสามารถเปรียบเทียบสัดส่วนของมันกับรางรถไฟที่มีความยาวหลายสิบกิโลเมตรได้

คุณสมบัติทางเคมีของดีเอ็นเอ

DNA ก่อตัวเป็นสารละลายที่มีความหนืดในน้ำ เมื่อสารละลายดังกล่าวได้รับความร้อนถึง 60 ° C หรือเมื่อสัมผัสกับด่าง เกลียวคู่จะแยกออกเป็นสองส่วนโซ่ ซึ่งสามารถรวมกันได้อีกครั้งหากเรากลับสู่สภาพเดิม ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดเล็กน้อย การไฮโดรไลซิสจะเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ชิ้นส่วน –P-O-CH 2 ถูกทำลายลงบางส่วนจนกลายเป็นชิ้นส่วน –P-OH และ HO-CH 2 ตามลำดับ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของโมโนเมอร์, ไดเมอริก (สองเท่า ) หรือกรดไตรเมอริก (สามเท่า) ซึ่งเป็นตัวเชื่อมโยงที่ใช้ประกอบสายโซ่ DNA (รูปที่ 9)

ข้าว. 9. ชิ้นส่วนที่ได้มาจากการแยกดีเอ็นเอ.

การทำไฮโดรไลซิสในระดับลึกยิ่งขึ้นทำให้สามารถแยกส่วนดีออกซีไรโบสออกจากกรดฟอสฟอริก รวมถึงกลุ่มได้ด้วย ชจากดีออกซีไรโบส กล่าวคือ การแยกโมเลกุลดีเอ็นเอออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ อย่างละเอียดยิ่งขึ้น ภายใต้การกระทำของกรดแก่ (นอกเหนือจากการสลายตัวของชิ้นส่วน –P(O)-O-CH 2 -) กลุ่มก็จะถูกแยกออกเช่นกัน กและ ช. การออกฤทธิ์ของรีเอเจนต์อื่นๆ (เช่น ไฮดราซีน) ทำให้สามารถแยกกลุ่มได้ ตและ ค. การแยก DNA ออกเป็นส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนมากขึ้นนั้นดำเนินการโดยใช้การเตรียมทางชีวภาพ - deoxyribonuclease ซึ่งแยกได้จากตับอ่อน (ปลาย - อาซาบ่งชี้เสมอว่าสารนั้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ - เอนไซม์) ส่วนเริ่มต้นของชื่อคือ ดีออกซีไรโบนิวคลีเอส- บ่งชี้ว่าสารประกอบใดที่เอนไซม์นี้สลายตัว วิธีการแยกดีเอ็นเอทั้งหมดนี้มุ่งเน้นไปที่การวิเคราะห์องค์ประกอบโดยละเอียดเป็นอันดับแรก

ข้อมูลที่สำคัญที่สุดที่มีอยู่ในโมเลกุล DNA คือลำดับการสลับกลุ่ม ก, ต, ชและ คได้มาโดยใช้เทคนิคที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงมีการสร้างเอนไซม์หลายชนิดขึ้นมาเพื่อค้นหาลำดับที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในโมเลกุล DNA เช่น ค-ต-ช-ค-ก-ช(เช่นเดียวกับลำดับที่สอดคล้องกันบนห่วงโซ่ตรงข้าม ช-ก-ค-ช-ต-ค) และแยกมันออกจากโซ่ คุณสมบัตินี้ถูกครอบครองโดยเอนไซม์ Pst I (ชื่อทางการค้านั้นเกิดจากชื่อของจุลินทรีย์นั้น ๆ นั่นเอง) ปโรวิเดนเซีย เซนต์ uartii ซึ่งได้เอนไซม์นี้มา) เมื่อใช้เอนไซม์ Pal I ตัวอื่น จะสามารถค้นหาลำดับได้ ช-ช-ค-ค. ต่อไปจะเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้จากการทำงานของเอนไซม์หลากหลายชนิดตามรูปแบบที่พัฒนาไว้ล่วงหน้า ส่งผลให้สามารถระบุลำดับของกลุ่มดังกล่าวในส่วน DNA บางส่วนได้ ปัจจุบันเทคนิคดังกล่าวได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายและนำไปใช้ในหลากหลายสาขาซึ่งห่างไกลจากการวิจัยทางชีวเคมีทางวิทยาศาสตร์ เช่น การระบุซากสิ่งมีชีวิตหรือการสร้างระดับความสัมพันธ์

โครงสร้างอาร์เอ็นเอ

มีลักษณะคล้ายกับ DNA หลายประการ ความแตกต่างก็คือในห่วงโซ่หลัก ชิ้นส่วนของกรดฟอสฟอริกสลับกับไรโบส และไม่ใช่กับดีออกซีไรโบส (รูปที่) ข้อแตกต่างที่สองคือ uracil เฮเทอโรไซเคิล ( ยู) แทนไทมีน ( ต) เฮเทอโรไซเคิลอื่นๆ ก, ชและ คเช่นเดียวกับดีเอ็นเอ Uracil แตกต่างจากไทมีนในกรณีที่ไม่มีหมู่เมทิลติดอยู่กับวงแหวน ดังรูปที่ 1 10 กลุ่มเมทิลนี้เน้นด้วยสีแดง

ข้าว. 10. ความแตกต่างของไทมีนจากยูราซิล– ไม่มีหมู่เมทิลในสารประกอบที่สอง โดยเน้นด้วยสีแดงในไทมีน

ส่วนของโมเลกุล RNA แสดงไว้ในรูปที่ 1 11 ลำดับการจัดกลุ่ม ก, ยู, ชและ คและอัตราส่วนเชิงปริมาณอาจแตกต่างกัน

มะเดื่อ 11. ชิ้นส่วนของโมเลกุลอาร์เอ็นเอ. ความแตกต่างที่สำคัญจาก DNA คือการมีอยู่ของกลุ่ม OH ในน้ำตาล (สีแดง) และชิ้นส่วนยูราซิล (สีน้ำเงิน)

สายโซ่โพลีเมอร์ของ RNA นั้นสั้นกว่าสาย DNA ประมาณสิบเท่า ข้อแตกต่างเพิ่มเติมคือโมเลกุล RNA จะไม่รวมกันเป็นเกลียวคู่ที่ประกอบด้วยสองโมเลกุล แต่มักจะมีอยู่เป็นโมเลกุลเดี่ยว ซึ่งในบางพื้นที่สามารถสร้างชิ้นส่วนเกลียวเกลียวคู่ด้วยตัวมันเองสลับกับส่วนเชิงเส้น ในบริเวณที่เป็นลาน ปฏิสัมพันธ์ของคู่จะถูกสังเกตอย่างเคร่งครัดเช่นเดียวกับใน DNA จับคู่กันด้วยพันธะไฮโดรเจนและก่อตัวเป็นเกลียว ( ก-ยูและ ช-ค) ปรากฏในพื้นที่ที่การจัดกลุ่มเป็นผลดีต่อการมีปฏิสัมพันธ์ดังกล่าว (รูปที่ 12)

สำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะมีเนื้อหาเชิงปริมาณเป็นคู่ ก-ยูมากกว่า ช-คในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 1.5–1.6 เท่า ในพืช – 1.2 เท่า RNA มีหลายประเภทซึ่งมีบทบาทที่แตกต่างกันในสิ่งมีชีวิต

คุณสมบัติทางเคมีของอาร์เอ็นเอ

คล้ายคลึงกับคุณสมบัติของ DNA อย่างไรก็ตาม การมีกลุ่ม OH เพิ่มเติมในน้ำตาลและปริมาณด้านล่าง (เมื่อเทียบกับ DNA) ของบริเวณขดลวดที่มีความเสถียร ทำให้โมเลกุล RNA มีความเสี่ยงทางเคมีมากขึ้น ภายใต้การกระทำของกรดหรือด่าง ชิ้นส่วนหลักของโซ่โพลีเมอร์ P(O)-O-CH2 จะถูกไฮโดรไลซ์อย่างง่ายดายเป็นกลุ่ม ก, ยู, ชและ คแตกหักได้ง่ายขึ้น หากจำเป็นต้องได้รับชิ้นส่วนที่เป็นโมโนเมอร์ (เช่นในรูปที่ 9) ในขณะที่ยังคงรักษาเฮเทอโรไซเคิลที่เชื่อมโยงทางเคมีไว้ จะใช้เอนไซม์ที่ละเอียดอ่อนที่เรียกว่าไรโบคิวลีเอส

การมีส่วนร่วมของ DNA และ RNA ในการสังเคราะห์โปรตีน

– หนึ่งในหน้าที่หลักของกรดนิวคลีอิก โปรตีนเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด กล้ามเนื้อ อวัยวะภายใน เนื้อเยื่อกระดูก ผิวหนัง และขนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประกอบด้วย โปรตีน. เหล่านี้เป็นสารประกอบโพลีเมอร์ที่รวมตัวกันในสิ่งมีชีวิตจากกรดอะมิโนต่างๆ ในการประกอบดังกล่าวกรดนิวคลีอิกมีบทบาทควบคุมกระบวนการเกิดขึ้นในสองขั้นตอนและในแต่ละขั้นตอนปัจจัยกำหนดคือการวางแนวร่วมกันของเฮเทอโรไซเคิลที่มีไนโตรเจนของ DNA และ RNA

หน้าที่หลักของ DNA คือการจัดเก็บข้อมูลที่บันทึกไว้และจัดเตรียมไว้ในขณะที่การสังเคราะห์โปรตีนเริ่มต้นขึ้น ในเรื่องนี้ ความเสถียรทางเคมีที่เพิ่มขึ้นของ DNA เมื่อเทียบกับ RNA นั้นเป็นที่เข้าใจได้ ธรรมชาติได้ดูแลที่จะเก็บข้อมูลพื้นฐานที่ขัดขืนไม่ได้มากที่สุด

ในระยะแรก ส่วนหนึ่งของเกลียวคู่จะเปิดออก กิ่งก้านที่เป็นอิสระจะแยกออกและอยู่เป็นกลุ่ม ก, ต, ชและ คซึ่งกลายเป็นว่าสามารถเข้าถึงได้ การสังเคราะห์ RNA เริ่มต้นขึ้นเรียกว่า Messenger RNA เนื่องจากเป็นสำเนาจากเมทริกซ์จึงทำซ้ำข้อมูลที่บันทึกไว้ในส่วน DNA ที่เปิดเผยอย่างแม่นยำ ตรงข้ามกลุ่ม กซึ่งเป็นของโมเลกุล DNA มีชิ้นส่วนของ RNA ผู้ส่งสารในอนาคตที่มีกลุ่มอยู่ ยูกลุ่มอื่นๆ ทั้งหมดตั้งอยู่ตรงข้ามกันโดยสอดคล้องกับสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของเกลียวคู่ของ DNA (รูปที่ 13)

ตามโครงการนี้โมเลกุลโพลีเมอร์ของ Messenger RNA ถูกสร้างขึ้นซึ่งประกอบด้วยหน่วยโมโนเมอร์หลายพันหน่วย

ในระยะที่สอง แม่แบบ DNA จะย้ายจากนิวเคลียสของเซลล์ไปยังปริภูมินิวเคลียส - ไซโตพลาสซึม เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอที่ได้นั้นมาพร้อมกับสิ่งที่เรียกว่าอาร์เอ็นเอถ่ายโอน ซึ่งมี (ขนส่ง) กรดอะมิโนหลายชนิด RNA การถ่ายโอนแต่ละรายการซึ่งเต็มไปด้วยกรดอะมิโนจำเพาะจะเข้าใกล้บริเวณที่กำหนดอย่างเคร่งครัดของ Messenger RNA ตำแหน่งที่ต้องการจะถูกตรวจจับโดยใช้หลักการเดียวกันของการโต้ตอบระหว่างกลุ่ม ก

รายละเอียดที่สำคัญคือปฏิสัมพันธ์ชั่วคราวระหว่างผู้ส่งสารและการถ่ายโอน RNA เกิดขึ้นในสามกลุ่มเท่านั้น เช่น กลุ่มสาม ค-ค-ยูกรดเมทริกซ์ เฉพาะสามเท่าเท่านั้นจึงจะเหมาะสม ช-ช-กถ่ายโอน RNA ซึ่งมีกรดอะมิโนไกลซีนติดตัวไปด้วยอย่างแน่นอน (รูปที่ 14) ในทำนองเดียวกันสำหรับกลุ่มที่สาม ช-ก-ยูมีเพียงชุดเดียวเท่านั้นที่สามารถเข้ามาใกล้ได้ ค-ยู-กโดยขนส่งเฉพาะลิวซีนของกรดอะมิโนเท่านั้น ดังนั้นลำดับของกลุ่มใน Messenger RNA บ่งชี้ว่าควรรวมกรดอะมิโนในลำดับใด นอกจากนี้ ระบบยังมีกฎข้อบังคับเพิ่มเติมในรูปแบบที่เข้ารหัส ลำดับบางลำดับจาก Messenger RNA สามกลุ่มบ่งชี้ว่าการสังเคราะห์โปรตีนควรหยุด ณ จุดนี้ กล่าวคือ โมเลกุลถึงความยาวที่ต้องการแล้ว

แสดงในรูปที่. การสังเคราะห์โปรตีน 14 ชนิดเกิดขึ้นพร้อมกับการมีส่วนร่วมของกรด RNA ชนิดที่สามอีกชนิดหนึ่งซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไรโบโซมดังนั้นจึงเรียกว่าไรโบโซม ไรโบโซมซึ่งเป็นกลุ่มของโปรตีนไรโบโซมอาร์เอ็นเอบางชนิด ช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานร่วมกันระหว่างผู้ส่งสารและการถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ โดยมีบทบาทเป็นสายพานลำเลียงที่ขับเคลื่อนอาร์เอ็นเอของผู้ส่งสารหนึ่งขั้นตอนหลังจากการเชื่อมต่อของกรดอะมิโนสองตัวเกิดขึ้น

ความหมายหลักของโครงการสองขั้นตอนที่แสดงในรูปที่ 1 ลำดับที่ 13 และ 14 คือสายโซ่โพลีเมอร์ของโมเลกุลโปรตีนประกอบขึ้นจากกรดอะมิโนต่างๆ ตามลำดับที่ตั้งใจไว้และเป็นไปตามแผนผังที่เขียนในรูปแบบเข้ารหัสบนบางส่วนของ DNA อย่างเคร่งครัด ดังนั้น DNA จึงแสดงถึงจุดเริ่มต้นของกระบวนการที่ตั้งโปรแกรมไว้ทั้งหมดนี้

ในกระบวนการของชีวิตโปรตีนจะถูกบริโภคอย่างต่อเนื่องดังนั้นจึงมีการทำซ้ำอย่างสม่ำเสมอตามรูปแบบที่อธิบายไว้ การสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนทั้งหมดซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนหลายร้อยตัวเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตภายในเวลาประมาณหนึ่งนาที

การศึกษากรดนิวคลีอิกครั้งแรกดำเนินการในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 ความเข้าใจว่าข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตถูกเข้ารหัสใน DNA มาในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โครงสร้างของเกลียวคู่ของ DNA ถูกสร้างขึ้น 1953 โดย J. Watson และ F. Crick โดยอาศัยข้อมูล การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ ซึ่งได้รับการยอมรับว่าเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดแห่งศตวรรษที่ 20 ในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ 20 วิธีการถอดรหัสโครงสร้างโดยละเอียดของกรดนิวคลีอิกปรากฏขึ้นและหลังจากนั้นก็มีการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ตามเป้าหมาย ปัจจุบัน ไม่ใช่ทุกกระบวนการที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับกรดนิวคลีอิกจะชัดเจน และในปัจจุบันนี้เป็นหนึ่งในสาขาวิทยาศาสตร์ที่มีการพัฒนาอย่างเข้มข้นที่สุด

มิคาอิล เลวิทสกี้