DNA เป็นโมโนเมอร์ ชีววิทยาทั่วไป: กรดนิวคลีอิก กรดนิวคลีอิก - มันคืออะไร

1. กรดนิวคลีอิกมีอะไรบ้าง? โมโนเมอร์ของกรดนิวคลีอิกคืออะไร?

กรดนิวคลีอิกมีสองประเภท: c) RNA, d) DNA

โมโนเมอร์ของกรดนิวคลีอิกคือ f) นิวคลีโอไทด์

2. อธิบายโครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลดีเอ็นเอเข้าร่วมได้อย่างไร?

นิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยฐานไนโตรเจนน้ำตาลห้าคาร์บอน (เพนโทส) และกากของกรดฟอสฟอริก ดีเอ็นเอนิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยหนึ่งในสี่ฐานไนโตรเจน (อะดีนีนกัวนีนไซโตซีนหรือไทมีน) น้ำตาลห้าคาร์บอนคือดีออกซีไรโบส ใน RNA นิวคลีโอไทด์ฐานไนโตรเจนจะแสดงด้วยอะดีนีนกัวนีนไซโตซีนหรืออูราซิลและน้ำตาลห้าคาร์บอนแสดงด้วยไรโบส

โมเลกุลของดีเอ็นเอประกอบด้วยโซ่พอลินิวคลีโอไทด์สองสาย นิวคลีโอไทด์ในแต่ละสายโซ่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ พันธะเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างกากกรดฟอสฟอริกของนิวคลีโอไทด์หนึ่งกับเพนโทสของนิวคลีโอไทด์อื่น นิวคลีโอไทด์ที่จับคู่กันของสายดีเอ็นเอตรงข้ามเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนโดยมีพันธะไฮโดรเจนสองพันธะระหว่างอะดีนีนและไทมีนและพันธะไฮโดรเจนสามพันธะระหว่างกัวนีนและไซโตซีน การติดต่อกันของนิวคลีโอไทด์ที่จับคู่นี้เรียกว่า complementarity

3. ลำดับของนิวคลีโอไทด์ของหนึ่งในสายดีเอ็นเอถูกกำหนด: CTGAGTTCA กำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ของเส้นใยเสริม

ในโมเลกุลดีเอ็นเออะดีนีน (A) เป็นส่วนเสริมของไทมีน (T) และกัวนีน (G) เสริมกับไซโตซีน (C) ดังนั้นลำดับนิวคลีโอไทด์ของสายดีเอ็นเอเสริมจะเป็นดังนี้: GACTCAAGT

4. อธิบายโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลดีเอ็นเอ

โมเลกุลของดีเอ็นเอประกอบด้วยโซ่พอลินิวคลีโอไทด์สองสายพันกันรอบแกนทั่วไปและเป็นเกลียวคู่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 นาโนเมตร (เหมือนบันไดเวียน) แต่ละรอบของเกลียวประกอบด้วย 10 คู่ฐานและยาว 3.4 นาโนเมตร สายดีเอ็นเอตรงข้ามเสริมกันเนื่องจากนิวคลีโอไทด์ของสายเหล่านี้สร้างคู่กัน (A และ T, G และ C) พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างนิวคลีโอไทด์ที่จับคู่ทำให้เกลียวคู่ของดีเอ็นเอมีเสถียรภาพ

5. RNA ชนิดใดที่มีอยู่ในเซลล์? เปรียบเทียบในแง่ของฟังก์ชันคุณสมบัติโครงสร้างและเปอร์เซ็นต์ของปริมาณ RNA ทั้งหมดในเซลล์

เซลล์ประกอบด้วย RNA สามประเภท ได้แก่ ไรโบโซม (rRNA) การขนส่ง (tRNA) และการให้ข้อมูลหรือเมทริกซ์ (mRNA, mRNA) หน้าที่ของ RNA ทุกประเภทเกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน

โมเลกุล RRNA ทำหน้าที่โครงสร้าง เมื่อใช้ร่วมกับโปรตีนพิเศษพวกมันได้รับโครงร่างเชิงพื้นที่และสร้างไรโบโซม (หรือหน่วยย่อยของไรโบโซม) ซึ่งโปรตีนถูกสังเคราะห์จากกรดอะมิโน

การขนส่งอาร์เอ็นเอดำเนินการถ่ายโอนกรดอะมิโนไปยังไรโบโซมและมีส่วนร่วมในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน โมเลกุลของ TRNA มีขนาดค่อนข้างเล็ก (โดยเฉลี่ยประกอบด้วย 80 นิวคลีโอไทด์) เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลจึงมีโครงสร้างเชิงพื้นที่เฉพาะคล้ายกับใบโคลเวอร์

RNA ที่ให้ข้อมูลหรือผู้ส่งสาร (mRNA, mRNA) มีขนาดและโครงสร้างที่แตกต่างกันมากที่สุด ประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนบางชนิดและทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนเหล่านี้บนไรโบโซม

ไรโบโซมอาร์เอ็นเอสร้างขึ้นประมาณ 80% ของเซลล์อาร์เอ็นเอทั้งหมดขนส่งอาร์เอ็นเอ - ประมาณ 15% ให้ข้อมูล - 3-5%

6. เปรียบเทียบลักษณะที่แตกต่างกันของ DNA และ RNA ระบุลักษณะของความเหมือนและความแตกต่าง

ความคล้ายคลึงกัน:

●เป็นสารอินทรีย์ไบโอโพลีเมอร์เป็นกรดนิวคลีอิก

●สร้างจากนิวคลีโอไทด์แต่ละตัวมีฐานไนโตรเจนเพนโทสและกรดฟอสฟอริกตกค้าง ฐานไนโตรเจนอะดีนีน (A) กัวนีน (G) และไซโตซีน (C) รวมอยู่ในทั้งนิวคลีโอไทด์ของดีเอ็นเอและนิวคลีโอไทด์ RNA

●โมเลกุลเกิดจากคาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) และฟอสฟอรัส (P) อะตอม

ความแตกต่าง:

●นิวคลีโอไทด์ของดีเอ็นเอประกอบด้วยกากน้ำตาล 5 คาร์บอนดีออกซีไรโบสในขณะที่ RNA นิวคลีโอไทด์มีกากไรโบส ไทมีนฐานไนโตรเจน (T) สามารถเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอไทด์ของดีเอ็นเอเท่านั้นและ uracil (U) พบได้เฉพาะในองค์ประกอบของ RNA nucleotides

●โมเลกุลของดีเอ็นเอเป็นเกลียวสองชั้น (มีข้อยกเว้นที่หายาก) ดูเหมือนเกลียวคู่ โดยปกติแล้วโมเลกุลของ RNA จะเป็นแบบเกลียวเดี่ยวและสามารถมีการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันได้ โซ่พอลินิวคลีโอไทด์ RNA สั้นกว่าสายดีเอ็นเอมาก

●ในเซลล์ยูคาริโอตดีเอ็นเอส่วนใหญ่มีอยู่ในนิวเคลียส (เฉพาะไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์เท่านั้นที่มีโมเลกุลดีเอ็นเอขนาดเล็กของตัวเอง โมเลกุลของ RNA ไม่เพียง แต่พบในนิวเคลียสเท่านั้น แต่ยังอยู่ในไซโทพลาซึมของเซลล์ - ในองค์ประกอบของออร์แกเนลล์บางชนิด (ไรโบโซมไมโทคอนเดรียคลอโรพลาสต์) ในไฮยาโลพลาสซึม

●ในเซลล์ DNA จัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม (เช่นข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีน) และการถ่ายโอนไปยังเซลล์ลูกสาวระหว่างการแบ่งตัว โมเลกุลอาร์เอ็นเอให้ข้อมูลทางพันธุกรรมโดยมีส่วนร่วมในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนบนไรโบโซม

และ (หรือ) คุณสมบัติที่สำคัญอื่น ๆ

7. ชิ้นส่วนของโมเลกุลดีเอ็นเอประกอบด้วยอะดีนิลนิวคลีโอไทด์ (A) 126 ชิ้นซึ่งคิดเป็น 18% ของจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดในส่วนนี้ ความยาวของชิ้นส่วนดีเอ็นเอนี้คืออะไรและมีไซติดิลนิวคลีโอไทด์ (C) กี่ตัว?

126 นิวคลีโอไทด์คิดเป็น 18% ของนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดของชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่กำหนด ซึ่งหมายความว่าจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดคือ 126: 18% × 100% \u003d 700 นิวคลีโอไทด์ (หรือ 350 นิวคลีโอไทด์คู่)

เกลียวคู่ DNA รอบหนึ่งมี 10 คู่เบสและยาว 3.4 นาโนเมตร ดังนั้นนิวคลีโอไทด์หนึ่งคู่จึงมีความยาวของ DNA 0.34 นาโนเมตร ชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่มี 350 คู่เบสมีความยาว 350 × 0.34 นาโนเมตร \u003d 119 นาโนเมตร

ในโมเลกุลดีเอ็นเอแบบเกลียวคู่ A \u003d T, G \u003d C ดังนั้น A \u003d T \u003d 126 นิวคลีโอไทด์

ผลรวมของ G + C คือ 700 - 126 - 126 \u003d 448 นิวคลีโอไทด์ G \u003d C \u003d 448: 2 \u003d 224 นิวคลีโอไทด์

คำตอบ: ชิ้นส่วนดีเอ็นเอมีความยาว 119 นาโนเมตรและประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 224 cytidyl (C)

8. ผู้วิจัยมี DNA สามโมเลกุลที่มีความยาวเท่ากัน เป็นที่ทราบกันดีว่าเนื้อหาของไทมิดิลนิวคลีโอไทด์ (T) ในตัวอย่างแรกคือ 20% ของจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดในครั้งที่สอง - 36% ในครั้งที่สาม - 8% เขาเริ่มให้ความร้อนแก่ตัวอย่างดีเอ็นเอเหล่านี้ค่อยๆเพิ่มอุณหภูมิ ในกรณีนี้การแยกเส้นใยเสริมออกจากกันเกิดขึ้นซึ่งเรียกว่าการละลายของดีเอ็นเอ ตัวอย่างใดละลายก่อนและละลายครั้งสุดท้าย? ทำไม?

การละลายของดีเอ็นเอเกิดขึ้นเนื่องจากการแตกพันธะไฮโดรเจนระหว่างนิวคลีโอไทด์เสริม พันธะไฮโดรเจนสองพันธะเกิดขึ้นระหว่างอะดีนีนและไทมีนและพันธะไฮโดรเจนสามพันธะเกิดขึ้นระหว่างกัวนีนและไซโตซีน ยิ่งเนื้อหาของคู่ G - C ในชิ้นส่วนดีเอ็นเอสูงขึ้นเท่าใดก็จะมีพันธะไฮโดรเจนในองค์ประกอบมากขึ้นและจะต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อทำลายพวกมัน ในทางกลับกันยิ่ง AT จับคู่ชิ้นส่วน DNA มากเท่าไหร่ก็จะต้องใช้พลังงานน้อยลงในการละลาย

ดังนั้นตัวอย่างที่สองจะละลายก่อน (มีไทมีนมากที่สุดและด้วยเหตุนี้จึงเป็นไอ AT) จากนั้นตัวแรกและตัวสุดท้ายที่สาม (มีปริมาณไทมีนต่ำที่สุด)

กรดนิวคลีอิก - ไบโอโพลีเมอร์... ประเภทของกรดนิวคลีอิก กรดนิวคลีอิกในเซลล์มีสองประเภท: กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) และกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA)

ไบโอโพลิเมอร์เหล่านี้ประกอบด้วยโมโนเมอร์ที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ โมโนเมอร์ - นิวคลีโอไทด์ DNA และ RNA มีลักษณะโครงสร้างพื้นฐานคล้ายกัน นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวประกอบด้วยส่วนประกอบสามส่วนที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะเคมีที่แข็งแกร่ง

นิวคลีโอไทด์ที่ประกอบเป็น RNA ประกอบด้วยคาร์บอนห้าตัว น้ำตาล - ไรโบสสารประกอบอินทรีย์หนึ่งในสี่ชนิดที่เรียกว่าฐานไนโตรเจน: อะดีนีนกัวนีนไซโทซีนยูราซิล (A, G, C, U) - และส่วนที่เหลือของกรดฟอสฟอริก

นิวคลีโอไทด์ที่ประกอบเป็นดีเอ็นเอประกอบด้วยน้ำตาลห้าคาร์บอน - ดีออกซีไรโบสซึ่งเป็นหนึ่งในฐานไนโตรเจน 4 ชนิด ได้แก่ อะดีนีนกัวนีนไซโทซีนไทมีน (A, G, C, T) - และกรดฟอสฟอริกตกค้าง

ในองค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ฐานไนโตรเจนจะติดอยู่กับโมเลกุลไรโบส (หรือดีออกซีไรโบส) ที่ด้านหนึ่งและมีกรดฟอสฟอริกตกค้างอยู่อีกด้านหนึ่ง นิวคลีโอไทด์เชื่อมโยงกันเป็นโซ่ยาว กระดูกสันหลังของห่วงโซ่ดังกล่าวเกิดจากการสลับกากน้ำตาลและฟอสเฟตอินทรีย์เป็นประจำและกลุ่มด้านข้างของห่วงโซ่นี้เป็นฐานไนโตรเจนที่สลับกันอย่างผิดปกติสี่ประเภท

โมเลกุลของดีเอ็นเอ ของขวัญ เป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยสองเธรดซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนตลอดความยาวทั้งหมด โครงสร้างนี้ซึ่งมีอยู่ในโมเลกุลของ DNA เท่านั้นเรียกว่าเกลียวคู่ ความไม่ชอบมาพากลของโครงสร้าง DNA คือตรงข้ามกับฐานไนโตรเจน A ในสายโซ่หนึ่งคือฐานไนโตรเจน T ในอีกสายโซ่หนึ่งและฐานไนโตรเจน C จะอยู่ตรงข้ามกับฐานไนโตรเจน G เสมอตามแผนผังสิ่งที่กล่าวสามารถแสดงได้ดังนี้:

A (adenine) - T (thymine) T (thymine) - A (adenine) G (guanine) - C (cytosine) C (cytosine) - G (guanine) คู่เบสเหล่านี้เรียกว่าฐานเสริม (เสริมซึ่งกันและกัน) สายดีเอ็นเอที่ฐานเสริมซึ่งกันและกันเรียกว่า complementary nit ^ u รูปที่ 8 แสดงดีเอ็นเอสองเส้นที่เชื่อมต่อกันด้วยบริเวณเสริมกัน

แบบจำลองโครงสร้างของโมเลกุลดีเอ็นเอเสนอโดยเจวัตสันและเอฟ. คริกในปีพ. ศ. 2496 ได้รับการยืนยันอย่างสมบูรณ์จากการทดลองและมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาอณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์

ตำแหน่งของนิวคลีโอไทด์ทั้งสี่ชนิดในสายดีเอ็นเอมีข้อมูลที่สำคัญ ลำดับของนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลของ DNA จะกำหนดลำดับการจัดเรียงกรดอะมิโน โมเลกุลของโปรตีนเชิงเส้นนั่นคือโครงสร้างหลัก ชุดของโปรตีน (เอนไซม์ฮอร์โมน ฯลฯ ) กำหนดคุณสมบัติของเซลล์และสิ่งมีชีวิต โมเลกุลของดีเอ็นเอเก็บข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติเหล่านี้และส่งต่อไปยังรุ่นลูกหลาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง DNA เป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรม โมเลกุลของดีเอ็นเอส่วนใหญ่พบในนิวเคลียสของเซลล์ อย่างไรก็ตามพบได้เล็กน้อยในไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ประเภทหลักของ RNA ข้อมูลทางพันธุกรรมที่เก็บไว้ในโมเลกุลของดีเอ็นเอจะรับรู้ผ่านโมเลกุลของโปรตีน ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนจะถูกส่งไปยังไซโตพลาสซึมโดยโมเลกุลอาร์เอ็นเอพิเศษที่เรียกว่าโมเลกุลข้อมูล (i-RNA) RNA ของผู้ส่งสารจะถูกถ่ายโอนไปยังไซโทพลาซึมซึ่งการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของออร์แกเนลล์พิเศษ - ไรโบโซม เป็น RNA ที่ให้ข้อมูลซึ่งสร้างขึ้นเสริมกับหนึ่งในสายดีเอ็นเอที่กำหนดลำดับการจัดเรียงของกรดอะมิโนในโมเลกุลของโปรตีน

RNA อีกประเภทหนึ่งเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน - ขนส่ง RNA (t-RNA) ซึ่งนำกรดอะมิโนไปยังสถานที่สร้างโมเลกุลของโปรตีน - ไรโบโซมซึ่งเป็นโรงงานผลิตโปรตีนชนิดหนึ่ง

ไรโบโซมประกอบด้วย RNA ประเภทที่สามเรียกว่าไรโบโซมอาร์เอ็นเอ (r-RNA) ซึ่งกำหนดโครงสร้างของไรโบโซม

(พร้อมกับ RNA) ซึ่งเป็นโพลีเมอร์หรือมากกว่าพอลินิวคลีโอไทด์ (โมโนเมอร์ - นิวคลีโอไทด์)

DNA มีหน้าที่จัดเก็บและถ่ายทอดรหัสพันธุกรรมระหว่างการแบ่งเซลล์ โดยอาศัยโมเลกุลของ DNA ซึ่งถ่ายทอดทางพันธุกรรมและความแปรปรวน RNA ทุกประเภทถูกสังเคราะห์บน DNA นอกจากนี้ RNA ประเภทต่าง ๆ ยังให้การสังเคราะห์โปรตีนของเซลล์นั่นคือพวกมันตระหนักถึงข้อมูลทางพันธุกรรม

ในเซลล์ยูคาริโอตจำนวนดีเอ็นเอที่ท่วมท้นจะอยู่ในนิวเคลียสซึ่งพวกมันสร้างคอมเพล็กซ์ด้วยโปรตีนพิเศษทำให้เกิดการสร้างโครโมโซม ในเซลล์โปรคาริโอตมีโมเลกุลดีเอ็นเอแบบวงกลมขนาดใหญ่ (หรือเชิงเส้น) หนึ่งโมเลกุล (รวมถึงโปรตีนที่ซับซ้อนด้วย) นอกจากนี้เซลล์ยูคาริโอตยังมีดีเอ็นเอของตัวเองในไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ในกรณีของดีเอ็นเอนิวคลีโอไทด์แต่ละตัวประกอบด้วย 1) เบสไนโตรเจนซึ่งอาจเป็นอะดีนีนกัวนีนไซโตซีนหรือไทมีน 2) ดีออกซีไรโบส 3) กรดฟอสฟอริก

ลำดับของนิวคลีโอไทด์ในสายโซ่ดีเอ็นเอกำหนดโครงสร้างหลักของโมเลกุล DNA มีลักษณะโครงสร้างทุติยภูมิของโมเลกุลในรูปแบบเกลียวคู่ (ส่วนใหญ่มักเป็นคนถนัดขวา) ในกรณีนี้ดีเอ็นเอสองเส้นเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างฐานไนโตรเจนเสริม

อะดีนีนเป็นส่วนเสริมของไธมีนและกัวนีนเสริมกับไซโตซีน พันธะไฮโดรเจนสองพันธะเกิดขึ้นระหว่างอะดีนีนและไทมีนและสามพันธะระหว่างกัวนีนและไซโตซีน ดังนั้น guanine และ cytosine จึงถูกผูกมัดอย่างแน่นหนากว่าเล็กน้อย (แม้ว่าโดยหลักการแล้วพันธะไฮโดรเจนจะอ่อนแอ) จำนวนพันธะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติโครงสร้างของโมเลกุล

อะดีนีนและกัวนีนเป็นพิวรีนและประกอบด้วยวงแหวนสองวง ไทมีนและไซโตซีนหมายถึงไพริมิดีนเบสประกอบด้วยวงแหวนหนึ่งวง ดังนั้นระหว่างกระดูกสันหลัง (ประกอบด้วยดีออกซีไรโบสและกรดฟอสฟอริกสลับกัน) ของสายดีเอ็นเอสองเส้นสำหรับนิวคลีโอไทด์คู่ใด ๆ ที่มีเส้นต่างกันจะมีวงแหวนสามวงเสมอ (เนื่องจากพิวรีนสองวงแหวนจะเสริมกันได้เฉพาะกับไพริมิดีนวงแหวนเดียวเท่านั้น) สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถรักษาความกว้างระหว่างเกลียวของโมเลกุลดีเอ็นเอให้เท่ากันตลอด (ประมาณ 2.3 นาโนเมตร)

มีประมาณ 10 นิวคลีโอไทด์ในหนึ่งรอบของเกลียว ความยาวของนิวคลีโอไทด์หนึ่งตัวอยู่ที่ประมาณ 0.34 นาโนเมตร โดยปกติความยาวของโมเลกุลดีเอ็นเอจะมีค่ามหาศาลเกินกว่านิวคลีโอไทด์หลายล้านตัว ดังนั้นเพื่อให้พอดีกับนิวเคลียสของเซลล์มากขึ้น DNA จึงต้องผ่าน "supercoiling" ในระดับต่างๆ

เมื่ออ่านข้อมูลจาก DNA (นั่นคือการสังเคราะห์ RNA กับมันกระบวนการนี้เรียกว่า การถอดเสียง) despiralization (กระบวนการทำเกลียวย้อนกลับ) เกิดขึ้นโซ่ทั้งสองแตกต่างกันภายใต้การกระทำของเอนไซม์พิเศษ พันธะไฮโดรเจนอ่อนแอดังนั้นการแยกและการเชื่อมขวางตามมาของโซ่จึงเกิดขึ้นโดยใช้พลังงานต่ำ RNA ถูกสังเคราะห์บน DNA ตามหลักการเดียวกันของความสมบูรณ์ แทนไทมีนใน RNA เท่านั้น uracil เป็นส่วนเสริมของอะดีนีน

รหัสพันธุกรรมที่เขียนบนโมเลกุลของ DNA ประกอบด้วยแฝดสาม (ลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัว) ซึ่งเป็นตัวแทนของกรดอะมิโนหนึ่งตัว (โปรตีนโมโนเมอร์) อย่างไรก็ตามดีเอ็นเอส่วนใหญ่ไม่มีรหัสสำหรับโปรตีน ความสำคัญของส่วนดังกล่าวของโมเลกุลนั้นแตกต่างกันในหลาย ๆ แง่มุมมันยังไม่เข้าใจ

ก่อนการแบ่งเซลล์ปริมาณของดีเอ็นเอจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเสมอ กระบวนการนี้เรียกว่า การจำลองแบบ... มีลักษณะกึ่งอนุรักษ์นิยม: โซ่ของโมเลกุลดีเอ็นเอหนึ่งอันแตกต่างกันและแต่ละอันมีห่วงโซ่เสริมใหม่ของตัวเอง ด้วยเหตุนี้จากโมเลกุลดีเอ็นเอที่มีเกลียวสองเส้นเดียวจึงได้รับดีเอ็นเอสองเส้นสองเส้นซึ่งเหมือนกันกับโมเลกุลแรก

ในดีเอ็นเอโซ่โพลีนิวคลีโอไทด์เป็นแบบหลายทิศทางกล่าวคือโดยที่โซ่หนึ่งมีปลาย 5 "(กากของกรดฟอสฟอริกติดอยู่กับคาร์บอนอะตอมที่ห้าของดีออกซีไรโบส) และอีกอันมีปลาย 3" (ปราศจากกรดฟอสฟอริกของคาร์บอน)

ในระหว่างการจำลองแบบและการถอดความการสังเคราะห์จะดำเนินไปในทิศทางจาก 5 "ปลายไปยัง 3" เสมอเนื่องจากนิวคลีโอไทด์ใหม่สามารถยึดติดกับอะตอมคาร์บอน 3 "อิสระเท่านั้น

โครงสร้างและบทบาทของ DNA ในฐานะสารที่รับผิดชอบต่อข้อมูลทางพันธุกรรมได้รับการชี้แจงในช่วงทศวรรษที่ 40-50 ของศตวรรษที่ XX ในปีพ. ศ. 2496 D.Watson และ F. Crick ได้ระบุโครงสร้างดีเอ็นเอแบบเกลียวสองเส้น ก่อนหน้านี้ E. Chargaff พบว่าปริมาณของไทมีนใน DNA จะสอดคล้องกับอะดีนีนเสมอและปริมาณกัวนีนต่อไซโตซีน

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง DNA เป็นที่รู้จักกันดีในทางวิทยาศาสตร์ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าพวกมันเป็นสารของเซลล์ซึ่งการจัดเก็บและการส่งข้อมูลทางพันธุกรรมขึ้นอยู่กับ DNA ซึ่งค้นพบในปี 1868 โดย F.Mischer เป็นโมเลกุลที่มีคุณสมบัติเป็นกรดเด่นชัด นักวิทยาศาสตร์แยกมันออกจากนิวเคลียสของเม็ดเลือดขาว - เซลล์ของระบบภูมิคุ้มกัน ในอีก 50 ปีข้างหน้ามีการศึกษาเกี่ยวกับกรดนิวคลีอิกเป็นระยะ ๆ เนื่องจากนักชีวเคมีส่วนใหญ่เชื่อว่าโปรตีนเป็นสารอินทรีย์หลักที่มีผลต่อลักษณะทางพันธุกรรม

นับตั้งแต่การถอดรหัสโดยวัตสันและคริกในปีพ. ศ. 2496 การวิจัยอย่างจริงจังได้เริ่มขึ้นซึ่งแสดงให้เห็นว่ากรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเป็นโพลีเมอร์และนิวคลีโอไทด์ทำหน้าที่เป็นโมโนเมอร์ของดีเอ็นเอ เราจะศึกษาประเภทและโครงสร้างของมันในงานนี้

นิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโครงสร้างของข้อมูลทางพันธุกรรม

คุณสมบัติพื้นฐานอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิตคือการเก็บรักษาและการส่งข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของทั้งเซลล์และสิ่งมีชีวิตทั้งหมด บทบาทนี้เล่นโดยโมโนเมอร์ของดีเอ็นเอ - นิวคลีโอไทด์เป็น "ส่วนประกอบสำคัญ" ชนิดหนึ่งที่สร้างโครงสร้างเฉพาะของสารแห่งการถ่ายทอดทางพันธุกรรม ให้เราพิจารณาว่าสัตว์ป่ามีสัญญาณบ่งชี้อะไรบ้างสร้าง supercoil ของกรดนิวคลีอิก

นิวคลีโอไทด์เกิดขึ้นได้อย่างไร

เพื่อตอบคำถามนี้เราจำเป็นต้องมีความรู้จากสาขาเคมีอินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเราจำได้ว่าในธรรมชาติมีกลุ่มของเฮเทอโรไซคลิกไกลโคไซด์ที่มีไนโตรเจนรวมกับโมโนแซ็กคาไรด์ - เพนโทส (ดีออกซีไรโบสหรือไรโบส) พวกเขาเรียกว่านิวคลีโอไซด์ ตัวอย่างเช่นอะดีโนซีนและนิวคลีโอไซด์ประเภทอื่น ๆ มีอยู่ในไซโตซอลของเซลล์ พวกเขาเข้าสู่ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันกับโมเลกุลของกรดฟอสฟอริก ผลิตภัณฑ์ของกระบวนการนี้คือนิวคลีโอไทด์ โมโนเมอร์แต่ละชนิดของดีเอ็นเอและมีสี่ประเภทมีชื่อเช่นกัวนีนไทมีนและไซโตซีนนิวคลีโอไทด์

โมโนเมอร์ Purine DNA

ในทางชีวเคมีมีการใช้การจำแนกประเภทที่แยกดีเอ็นเอโมโนเมอร์และโครงสร้างออกเป็นสองกลุ่มตัวอย่างเช่นอะดีนีนและกัวนีนนิวคลีโอไทด์เป็นพิวรีน ประกอบด้วยอนุพันธ์ของพิวรีนซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่มีสูตร C 5 H 4 N 4 โมโนเมอร์ของดีเอ็นเอซึ่งเป็นนิวคลีโอไทด์ guanine ยังมีเบสไนโตรเจนที่เชื่อมโยงกับ deoxyribose โดยพันธะ N-glycosidic ใน betoconfiguration

ไพริมิดีนนิวคลีโอไทด์

ฐานไนโตรเจนที่เรียกว่าไซติดีนและไทมิดีนมาจากไพริมิดีนสารอินทรีย์ สูตรของมันคือ C 4 H 4 N 2 โมเลกุลนี้เป็นเฮเทอโรไซด์ระนาบหกเมมเบรนที่มีไนโตรเจนสองอะตอม เป็นที่ทราบกันดีว่าแทนที่จะเป็นนิวคลีโอไทด์ของไทมีนโมเลกุลเช่น rRNA, tRNA และ mRNA จะมีโมโนเมอร์ยูราซิล ในกระบวนการถอดความระหว่างการคัดลอกข้อมูลจากยีนดีเอ็นเอไปยังโมเลกุล mRNA ไทมีนนิวคลีโอไทด์จะถูกแทนที่ด้วยอะดีนีนนิวคลีโอไทด์และอะดีนีนนิวคลีโอไทด์จะถูกแทนที่ด้วยยูราซิลนิวคลีโอไทด์ในห่วงโซ่ mRNA ที่สังเคราะห์ขึ้น นั่นคือบันทึกต่อไปนี้จะยุติธรรม: A - U, T - A

กฎของ Chargaff

ในส่วนก่อนหน้านี้เราได้สัมผัสไปแล้วบางส่วนเกี่ยวกับหลักการของการติดต่อกันของโมโนเมอร์ในสายโซ่ดีเอ็นเอและในยีน - mRNA เชิงซ้อน นักชีวเคมีชื่อดัง E. Chargaff ได้สร้างคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของโมเลกุลของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกกล่าวคือปริมาณของอะดีนีนนิวคลีโอไทด์ในนั้นจะเท่ากับไทมีนและกัวนีนของไซโตซีนเสมอ พื้นฐานทางทฤษฎีหลักของหลักการของ Chargaff คือการวิจัยของวัตสันและคริกซึ่งระบุว่าโมโนเมอร์ชนิดใดที่สร้างโมเลกุลของดีเอ็นเอและสิ่งที่องค์กรเชิงพื้นที่มีอยู่ ความสม่ำเสมออีกประการหนึ่งซึ่งอนุมานโดย Chargaff และเรียกว่าหลักการของการเติมเต็มแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ทางเคมีของฐานของพิวรีนและไพริมิดีนและความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนเมื่อมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน ซึ่งหมายความว่าการจัดเรียงของโมโนเมอร์ในสายดีเอ็นเอทั้งสองนั้นถูกกำหนดอย่างเคร่งครัดดังนั้นตรงข้ามกับ A ของสายดีเอ็นเอเส้นแรกจะมีเพียง T ของอีกเส้นเท่านั้นและพันธะไฮโดรเจนสองพันธะเกิดขึ้นระหว่างกัน ตรงข้ามกัวนีนนิวคลีโอไทด์จะมีเฉพาะไซโตซีนนิวคลีโอไทด์เท่านั้น ในกรณีนี้จะเกิดพันธะไฮโดรเจนสามพันธะระหว่างฐานไนโตรเจน

บทบาทของนิวคลีโอไทด์ในรหัสพันธุกรรม

ในการทำปฏิกิริยาของการสังเคราะห์โปรตีนที่เกิดขึ้นในไรโบโซมมีกลไกในการแปลข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของกรดอะมิโนของเปปไทด์จากลำดับนิวคลีโอไทด์ mRNA เป็นลำดับกรดอะมิโน ปรากฎว่าโมโนเมอร์สามตัวที่อยู่ติดกันมีข้อมูลเกี่ยวกับกรดอะมิโนหนึ่งใน 20 ชนิดที่เป็นไปได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าในการแก้ปัญหาทางชีววิทยาระดับโมเลกุลจะใช้เพื่อตรวจสอบทั้งองค์ประกอบของกรดอะมิโนของเปปไทด์และเพื่อชี้แจงคำถาม: โมโนเมอร์ชนิดใดที่ก่อตัวเป็นโมเลกุลดีเอ็นเอกล่าวอีกนัยหนึ่งคือองค์ประกอบของยีนที่สอดคล้องกันคืออะไร ตัวอย่างเช่น AAA triplet (codon) ในยีนจะเข้ารหัสกรดอะมิโนฟีนิลอะลานีนในโมเลกุลของโปรตีนและในรหัสพันธุกรรมจะสอดคล้องกับทริปเปิลของ UUU ในห่วงโซ่ mRNA

ปฏิสัมพันธ์ของนิวคลีโอไทด์ระหว่างการลดความซับซ้อนของดีเอ็นเอ

ดังที่พบก่อนหน้านี้หน่วยโครงสร้างโมโนเมอร์ของดีเอ็นเอคือนิวคลีโอไทด์ ลำดับที่กำหนดไว้ในโซ่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์โมเลกุลลูกสาวของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในขั้นตอน S ของเฟสระหว่างเซลล์ ลำดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุลดีเอ็นเอใหม่จะประกอบบนโซ่แม่ภายใต้การกระทำของเอนไซม์ DNA polymerase โดยคำนึงถึง (A - T, D - C) การจำลองแบบหมายถึงปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์ ซึ่งหมายความว่าโมโนเมอร์ของดีเอ็นเอและโครงสร้างของมันในโซ่แม่ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานนั่นคือเมทริกซ์สำหรับสำเนาลูกสาวของมัน

โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์เปลี่ยนแปลงได้หรือไม่?

สมมติว่ากรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเป็นโครงสร้างที่อนุรักษ์นิยมของนิวเคลียสของเซลล์ มีคำอธิบายเชิงตรรกะสำหรับสิ่งนี้: เก็บไว้ในโครมาตินของนิวเคลียสจะต้องไม่เปลี่ยนแปลงและคัดลอกโดยไม่มีการบิดเบือน จีโนมของเซลล์นั้น“ อยู่ภายใต้ปืน” ของปัจจัยแวดล้อมอยู่ตลอดเวลา ตัวอย่างเช่นสารประกอบทางเคมีที่มีฤทธิ์รุนแรงเช่นแอลกอฮอล์ยารังสีกัมมันตภาพรังสี ทั้งหมดนี้เรียกว่า mutagens ภายใต้อิทธิพลที่โมโนเมอร์ของ DNA สามารถเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีได้ การบิดเบือนทางชีวเคมีดังกล่าวเรียกว่าการกลายพันธุ์แบบจุด ความถี่ของการเกิดขึ้นในจีโนมของเซลล์ค่อนข้างสูง การกลายพันธุ์ได้รับการแก้ไขโดยการทาน้ำมันอย่างดีของระบบซ่อมแซมเซลล์ซึ่งรวมถึงชุดของเอนไซม์

ตัวอย่างเช่นเอนไซม์ จำกัด บางชนิด "ตัด" นิวคลีโอไทด์ที่เสียหายออกไปโพลีเมอเรสให้การสังเคราะห์โมโนเมอร์ตามปกติและไลเกส "ลอก" บริเวณยีนที่ได้รับการฟื้นฟู หากด้วยเหตุผลบางประการกลไกข้างต้นไม่ทำงานในเซลล์และโมโนเมอร์ของดีเอ็นเอที่มีข้อบกพร่องยังคงอยู่ในโมเลกุลของมันการกลายพันธุ์จะถูกดึงขึ้นมาโดยกระบวนการสังเคราะห์เมทริกซ์และฟีโนไทป์จะแสดงออกมาในรูปแบบของโปรตีนที่มีคุณสมบัติบกพร่องไม่สามารถทำหน้าที่ที่จำเป็นโดยธรรมชาติในการเผาผลาญของเซลล์ได้ นี่เป็นปัจจัยลบร้ายแรงที่ลดความมีชีวิตของเซลล์และทำให้อายุการใช้งานสั้นลง

แบบจำลองเชิงพื้นที่ของโมเลกุลดีเอ็นเอในปีพ. ศ. 2496 ได้รับการเสนอโดยนักพันธุศาสตร์ชาวอเมริกันเจมส์วัตสัน (เกิดปี พ.ศ. 2471) และฟรานซิสคริกนักฟิสิกส์ (เกิด พ.ศ. 2459) สำหรับผลงานที่โดดเด่นของเขาในการค้นพบนี้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี พ.ศ. 2505

กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) เป็นไบโอโพลีเมอร์โมโนเมอร์ซึ่งเป็นนิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวมีกากของกรดฟอสฟอริกรวมกับน้ำตาลโดย deoxyribose ซึ่งจะเชื่อมต่อกับฐานไนโตรเจน ฐานไนโตรเจนในโมเลกุลดีเอ็นเอมีอยู่ 4 ประเภท ได้แก่ อะดีนีนไทมีนกัวนีนและไซโตซีน

โมเลกุลของดีเอ็นเอประกอบด้วยโซ่ยาวสองสายพันกันในรูปของเกลียวส่วนใหญ่มักเป็นคนถนัดขวา ข้อยกเว้นคือไวรัสที่มีดีเอ็นเอสายเดี่ยว

กรดฟอสฟอริกและน้ำตาลซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอไทด์ก่อตัวเป็นฐานแนวตั้งของเกลียว ฐานไนโตรเจนตั้งฉากและสร้าง "สะพาน" ระหว่างเกลียว ฐานไนโตรเจนของโซ่หนึ่งเชื่อมโยงกับฐานไนโตรเจนของอีกโซ่หนึ่งตามหลักการของความสมบูรณ์หรือการโต้ตอบ

หลักการของความสมบูรณ์ ในโมเลกุลของดีเอ็นเออะดีนีนจะรวมกับไธมีนกัวนีน - เฉพาะกับไซโตซีนเท่านั้น

ฐานไนโตรเจนจะจับคู่กันอย่างเหมาะสมที่สุด อะดีนีนและไทมีนเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนสองพันธะกัวนีนและไซโตซีนด้วยสาม ดังนั้นจึงต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อทำลายพันธะกัวนีน - ไซโตซีน ไทมีนและไซโตซีนที่มีขนาดเท่ากันมีขนาดเล็กกว่าอะดีนีนและกัวนีนมาก คู่ของไทมีน - ไซโตซีนจะมีขนาดเล็กเกินไปเวลาของอะดีนีน - กัวนีนจะใหญ่เกินไปและเกลียวดีเอ็นเอจะโค้งงอ

พันธะไฮโดรเจนมีความเปราะบาง พวกมันแตกง่ายและซ่อมแซมได้อย่างง่ายดาย โซ่ของเกลียวคู่สามารถดึงออกจากกันได้เหมือนซิปโดยการทำงานของเอนไซม์หรือที่อุณหภูมิสูง

5. โมเลกุลอาร์เอ็นเอกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA)

โมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) ยังเป็นไบโอโพลีเมอร์ซึ่งประกอบด้วยโมโนเมอร์สี่ประเภท - นิวคลีโอไทด์ โมโนเมอร์แต่ละโมเลกุลของอาร์เอ็นเอประกอบด้วยกากของกรดฟอสฟอริกน้ำตาลไรโบสและฐานไนโตรเจน นอกจากนี้ฐานไนโตรเจนทั้งสามยังเหมือนกับใน DNA - อะดีนีนกัวนีนและไซโตซีน แต่แทนที่จะเป็นไทมีน RNA จะมียูราซิลที่มีโครงสร้างคล้ายกัน RNA เป็นโมเลกุลที่มีเกลียวเดี่ยว

เนื้อหาเชิงปริมาณของโมเลกุลดีเอ็นเอในเซลล์ทุกชนิดมีค่าคงที่จริง แต่ปริมาณของ RNA อาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

ประเภท Rna

RNA สามประเภทมีความแตกต่างกันขึ้นอยู่กับโครงสร้างและหน้าที่ที่ทำ

1. ขนส่งอาร์เอ็นเอ (tRNA)RNA การขนส่งส่วนใหญ่พบในไซโทพลาสซึมของเซลล์ พวกมันขนส่งกรดอะมิโนไปยังสถานที่สังเคราะห์โปรตีนในไรโบโซม

2. ไรโบโซมอาร์เอ็นเอ (rRNA)ไรโบโซมอาร์เอ็นเอจับกับโปรตีนบางชนิดและสร้างไรโบโซม - ออร์แกเนลล์ที่โปรตีนถูกสังเคราะห์

3. Messenger RNA (mRNA) หรือ messenger RNA (mRNA)Messenger RNA นำข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนจาก DNA ไปยังไรโบโซม โมเลกุล mRNA แต่ละโมเลกุลสอดคล้องกับส่วนเฉพาะของ DNA ที่เข้ารหัสโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีนหนึ่งโมเลกุล ดังนั้นโปรตีนหลายพันชนิดที่สังเคราะห์ในเซลล์จึงมี mRNA เฉพาะของตัวเอง