การแก้ปัญหาทางอณูชีววิทยา การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสไนโตรเจนเสริม

อณูพันธุศาสตร์ – สาขาพันธุศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาพันธุกรรมในระดับโมเลกุล

กรดนิวคลีอิก. การจำลองแบบของดีเอ็นเอ ปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์

กรดนิวคลีอิก (DNA, RNA) ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2411 โดยนักชีวเคมีชาวสวิส I.F. มิเชอร์ กรดนิวคลีอิกเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพเชิงเส้นซึ่งประกอบด้วยโมโนเมอร์-นิวคลีโอไทด์

DNA - โครงสร้างและหน้าที่

โครงสร้างทางเคมีของ DNA ถูกถอดรหัสในปี 1953 โดยนักชีวเคมีชาวอเมริกัน J. Watson และ F. Crick นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ

โครงสร้างทั่วไปของ DNAโมเลกุล DNA ประกอบด้วย 2 สายที่บิดเป็นเกลียว (รูปที่ 11) สายหนึ่งพันกันและรอบแกนร่วม โมเลกุลของ DNA สามารถมีได้ตั้งแต่ 200 ถึง 2x10 8 คู่เบส ตามเกลียวของโมเลกุล DNA นิวคลีโอไทด์ที่อยู่ติดกันจะอยู่ที่ระยะห่าง 0.34 นาโนเมตรจากกันและกัน การหมุนเกลียวที่สมบูรณ์ประกอบด้วย 10 คู่เบส ความยาว 3.4 นาโนเมตร

ข้าว. 11 . แผนภาพโครงสร้าง DNA (เกลียวคู่)

โพลิเมอร์ของโมเลกุลดีเอ็นเอโมเลกุล DNA - bioploimer - ประกอบด้วยสารประกอบเชิงซ้อน - นิวคลีโอไทด์

โครงสร้างของ DNA นิวคลีโอไทด์นิวคลีโอไทด์ของ DNA ประกอบด้วย 3 ลิงค์: หนึ่งในฐานไนโตรเจน (adenine, guanine, cytosine, thymine); ดีออกซีไซริโบส (โมโนแซ็กคาไรด์); กรดฟอสฟอริกตกค้าง (รูปที่ 12)

เบสไนโตรเจนมี 2 กลุ่ม:

purine - adenine (A), guanine (G) ที่มีวงแหวนเบนซีนสองวง

ไพริมิดีน - ไทมีน (T), ไซโตซีน (C) ที่มีวงแหวนเบนซีนหนึ่งวง

DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ประเภทต่อไปนี้: อะดีนีน (A); กวานีน (G); ไซโตซีน (C); ไทมีน (T)ชื่อของนิวคลีโอไทด์สอดคล้องกับชื่อของฐานไนโตรเจนที่ประกอบกันเป็นองค์ประกอบ: อะดีนีน นิวคลีโอไทด์ ฐานไนโตรเจน อะดีนีน; guanine nucleotide ฐานไนโตรเจน guanine; ไซโตซีน นิวคลีโอไทด์ ฐานไนโตรเจน ไซโตซีน; ไทมีน นิวคลีโอไทด์ ไทมีนเบส ไนโตรเจน

การรวม DNA สองสายเข้าด้วยกันเป็นโมเลกุลเดียว

นิวคลีโอไทด์ A, G, C และ T ของสายหนึ่งเชื่อมต่อตามลำดับกับนิวคลีโอไทด์ T, C, G และ A ของอีกสายหนึ่ง พันธะไฮโดรเจน. พันธะไฮโดรเจนสองพันธะเกิดขึ้นระหว่าง A และ T และพันธะไฮโดรเจนสามพันธะเกิดขึ้นระหว่าง G และ C (A=T, G≡C)

คู่เบส (นิวคลีโอไทด์) A - T และ G - C เรียกว่าเสริมนั่นคือสอดคล้องกัน ความสมบูรณ์- นี่คือความสอดคล้องทางเคมีและสัณฐานวิทยาของนิวคลีโอไทด์ซึ่งกันและกันในสายโซ่ DNA ที่จับคู่

5 ’ 3 ’

1 2 3

3’ 5’

ข้าว. 12ส่วนของเกลียวคู่ของดีเอ็นเอ โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ (1 - กรดฟอสฟอริกตกค้าง 2 - ดีออกซีไรโบส 3 - ฐานไนโตรเจน) การเชื่อมต่อของนิวคลีโอไทด์โดยใช้พันธะไฮโดรเจน

สายโซ่ในโมเลกุลดีเอ็นเอ ตรงกันข้าม,กล่าวคือชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อให้ปลาย 3 ของเส้นใยหนึ่งอยู่ตรงข้ามกับปลาย 5 ของอีกเส้นหนึ่ง ข้อมูลทางพันธุกรรมใน DNA เขียนจากปลายด้านที่ 5 ถึงปลายด้านที่ 3 สายนี้เรียกว่า DNA ความรู้สึก

เพราะนั่นคือที่ที่ยีนอยู่ เธรดที่สอง - 3'–5' ทำหน้าที่เป็นมาตรฐานสำหรับการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม

อัตราส่วนระหว่างจำนวนเบสต่างๆ ใน ​​DNA ถูกกำหนดขึ้นโดย E. Chargaff ในปี 1949 Chargaff พบว่าใน DNA ของสปีชีส์ต่างๆ ปริมาณของ adenine เท่ากับปริมาณของ thymine และปริมาณของ guanine เท่ากับจำนวนของ ไซโตซีน

E. กฎของ Chargaff:

ในโมเลกุล DNA จำนวนนิวคลีโอไทด์ A (อะดีนีน) จะเท่ากับจำนวนนิวคลีโอไทด์ T (ไทมีน) เสมอ หรืออัตราส่วน ∑ A ถึง ∑ T=1 ผลรวมของนิวคลีโอไทด์ G (guanine) เท่ากับผลรวมของนิวคลีโอไทด์ C (ไซโตซีน) หรืออัตราส่วนของ ∑ G ถึง ∑ C=1;

ผลรวมของฐานพิวรีน (A + G) เท่ากับผลรวมของฐานไพริมิดีน (T + C) หรืออัตราส่วนของ∑ (A + G) ถึง∑ (T + C) \u003d 1;

วิธีการสังเคราะห์ DNA - การจำลองแบบ. การจำลองแบบเป็นกระบวนการของการเพิ่มจำนวนโมเลกุล DNA ขึ้นเป็นสองเท่าในนิวเคลียสภายใต้การควบคุมของเอนไซม์ โมเลกุล DNA เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ขึ้นอยู่กับการเติมเต็ม- การติดต่อกันอย่างเข้มงวดของนิวคลีโอไทด์ซึ่งกันและกันในสายโซ่ DNA ที่จับคู่ ในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการจำลองแบบ โมเลกุลของ DNA จะคลายตัว (หมดแรง) ในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง (รูปที่ 13) ในขณะที่มีการปลดปล่อยพันธะไฮโดรเจน ในแต่ละห่วงโซ่เกิดขึ้นหลังจากการแตกของพันธะไฮโดรเจนโดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ ดีเอ็นเอโพลิเมอเรส,สายดีเอ็นเอของลูกสาวถูกสังเคราะห์ขึ้น วัสดุสำหรับการสังเคราะห์คือนิวคลีโอไทด์อิสระที่มีอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ นิวคลีโอไทด์เหล่านี้เรียงตัวกันเป็นองค์ประกอบเสริมกับนิวคลีโอไทด์ของสายดีเอ็นเอแม่สองสาย เอนไซม์ดีเอ็นเอโพลิเมอเรสติดนิวคลีโอไทด์เสริมเข้ากับสายแม่แบบดีเอ็นเอ ตัวอย่างเช่น สำหรับนิวคลีโอไทด์ กพอลิเมอเรสโซ่แม่แบบเพิ่มนิวคลีโอไทด์ ตและตามด้วย G นิวคลีโอไทด์ C นิวคลีโอไทด์ (รูปที่ 14) การเชื่อมขวางของนิวคลีโอไทด์เสริมเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ DNA ligases. ดังนั้น DNA ของลูกสาว 2 สายจึงถูกสังเคราะห์โดยการทำซ้ำตัวเอง

ผลลัพธ์ของโมเลกุล DNA สองโมเลกุลจากโมเลกุล DNA หนึ่งโมเลกุลคือ แบบกึ่งอนุรักษ์นิยมเนื่องจากพวกมันประกอบด้วยโซ่พ่อแม่เก่าและโซ่ลูกใหม่และเป็นสำเนาที่ถูกต้องของโมเลกุลพ่อแม่ (รูปที่ 14) ความหมายทางชีววิทยาของการจำลองแบบอยู่ในการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจากโมเลกุลแม่ไปยังลูก

ข้าว. 13 . Despiralization ของโมเลกุล DNA โดยเอนไซม์

1

ข้าว. 14 . การจำลองแบบ - การก่อตัวของโมเลกุล DNA สองตัวจากโมเลกุล DNA หนึ่งตัว: 1 - โมเลกุล DNA ของลูกสาว; 2 - โมเลกุล DNA ของมารดา (ผู้ปกครอง)

เอนไซม์ DNA polymerase สามารถเคลื่อนไปตามสาย DNA ในทิศทาง 3' –> 5' เท่านั้น เนื่องจากสายคู่สมในโมเลกุล DNA ถูกชี้นำในทิศทางตรงกันข้าม และเอนไซม์ DNA polymerase สามารถเคลื่อนไปตามสาย DNA ได้ในทิศทาง 3'->5' เท่านั้น การสังเคราะห์สายใหม่จึงดำเนินไปในทางตรงข้ามกัน ( ตามหลักการต่อต้านเส้นขนาน).

ที่ตั้งของดีเอ็นเอ. DNA มีอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ในเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ปริมาณ DNA ในเซลล์คงที่และมีขนาด 6.6x10 -12 g.

หน้าที่ของดีเอ็นเอ:

การจัดเก็บและการส่งผ่านข้อมูลทางพันธุกรรมหลายชั่วอายุคนไปยังโมเลกุลและ - อาร์เอ็นเอ;

โครงสร้าง DNA เป็นพื้นฐานของโครงสร้างของโครโมโซม (โครโมโซมประกอบด้วย DNA 40%)

ความจำเพาะของสายพันธุ์ DNA. องค์ประกอบนิวคลีโอไทด์ของ DNA ทำหน้าที่เป็นเกณฑ์ของสายพันธุ์

RNA โครงสร้างและหน้าที่

โครงสร้างทั่วไป.

RNA เป็นพอลิเมอร์ชีวภาพเชิงเส้นที่ประกอบด้วยสายพอลินิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว แยกความแตกต่างระหว่างโครงสร้างหลักและโครงสร้างรองของ RNA โครงสร้างหลักของ RNA เป็นโมเลกุลสายเดี่ยว ในขณะที่โครงสร้างทุติยภูมิเป็นรูปกากบาทและเป็นลักษณะเฉพาะของ t-RNA

โพลิเมอร์ของโมเลกุล RNA. โมเลกุล RNA สามารถรวมได้ตั้งแต่ 70 นิวคลีโอไทด์ถึง 30,000 นิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์ที่ประกอบกันเป็น RNA มีดังนี้ adenyl (A), guanyl (G), cytidyl (C), uracil (U) ใน RNA นิวคลีโอไทด์ของไทมีนจะถูกแทนที่ด้วยยูราซิลนิวคลีโอไทด์ (U)

โครงสร้างของ RNA นิวคลีโอไทด์

นิวคลีโอไทด์ RNA ประกอบด้วย 3 หน่วย:

ฐานไนโตรเจน (adenine, guanine, cytosine, uracil);

โมโนแซ็กคาไรด์ - ไรโบส (ในไรโบสมีออกซิเจนในแต่ละอะตอมของคาร์บอน)

กรดฟอสฟอริกตกค้าง

วิธีการสังเคราะห์ RNA - การถอดความ. การถอดความ เช่นเดียวกับการจำลองแบบ คือปฏิกิริยาการสังเคราะห์แม่แบบ เมทริกซ์คือโมเลกุลดีเอ็นเอ ปฏิกิริยาดำเนินไปตามหลักการของความสมบูรณ์ของสายดีเอ็นเอสายใดสายหนึ่ง (รูปที่ 15) กระบวนการถอดความเริ่มต้นด้วยการลดระดับของโมเลกุลดีเอ็นเอที่ตำแหน่งเฉพาะ สายดีเอ็นเอที่ถอดความได้ โปรโมเตอร์ -กลุ่มของนิวคลีโอไทด์ DNA ซึ่งเริ่มต้นการสังเคราะห์โมเลกุล RNA เอนไซม์จับกับโปรโมเตอร์ อาร์เอ็นเอโพลิเมอเรส. เอนไซม์กระตุ้นกระบวนการถอดรหัส ตามหลักการของการเติมเต็ม นิวคลีโอไทด์ที่มาจากไซโตพลาสซึมของเซลล์ไปยังสายโซ่ DNA ที่ถอดรหัสเสร็จสมบูรณ์แล้ว RNA polymerase กระตุ้นการเรียงตัวของนิวคลีโอไทด์ในสายโซ่เดียวและการก่อตัวของโมเลกุล RNA

มีสี่ขั้นตอนในกระบวนการถอดรหัส: 1) การจับ RNA polymerase กับโปรโมเตอร์; 2) จุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์ (การเริ่มต้น); 3) การยืดตัว - การเติบโตของสายโซ่ RNA นั่นคือมีนิวคลีโอไทด์เชื่อมต่อกันตามลำดับ 4) การสิ้นสุด - เสร็จสิ้นการสังเคราะห์ mRNA

ข้าว. 15 . รูปแบบการถอดความ

1 - โมเลกุล DNA (เกลียวคู่); 2 – โมเลกุล RNA; 3 รหัส; 4- โปรโมเตอร์

ในปี พ.ศ. 2515 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน - นักไวรัสวิทยา H.M. เทมินและนักอณูชีววิทยา ดี. บัลติมอร์ ค้นพบการถอดความแบบย้อนกลับของไวรัสในเซลล์เนื้องอก การถอดความแบบย้อนกลับการเขียนข้อมูลทางพันธุกรรมใหม่จาก RNA เป็น DNA กระบวนการนี้ดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ ทรานสคริปเทสย้อนกลับ.

ประเภทของ RNA ตามหน้าที่

Messenger หรือ messenger RNA (i-RNA หรือ mRNA) ถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจากโมเลกุล DNA ไปยังตำแหน่งที่มีการสังเคราะห์โปรตีน - ไรโบโซม สังเคราะห์ในนิวเคลียสโดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ RNA polymerase ประกอบด้วย 5% ของ RNA ของเซลล์ทุกประเภท mRNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ตั้งแต่ 300 ถึง 30,000 นิวคลีโอไทด์ (สายโซ่ที่ยาวที่สุดในบรรดา RNA)

Transfer RNA (t-RNA) ขนส่งกรดอะมิโนไปยังตำแหน่งที่ไรโบโซมสังเคราะห์โปรตีน มีรูปร่างเป็นกากบาท (รูปที่ 16) และประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 70 - 85 นิวคลีโอไทด์ ปริมาณของมันในเซลล์คือ 10-15% ของ RNA ของเซลล์

ข้าว. 16.แผนผังโครงสร้างของ t-RNA: AD - คู่ของนิวคลีโอไทด์ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน E - สถานที่แนบของกรดอะมิโน (ไซต์ตัวรับ); อี - แอนติโคดอน

3. Ribosomal RNA (r-RNA) ถูกสังเคราะห์ขึ้นในนิวเคลียสและเป็นส่วนหนึ่งของไรโบโซม รวมประมาณ 3,000 นิวคลีโอไทด์ ประกอบด้วย 85% ของ RNA ของเซลล์ อาร์เอ็นเอชนิดนี้พบได้ในนิวเคลียส ในไรโบโซม บนเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ในโครโมโซม ในไมโทคอนเดรียเมทริกซ์ และในพลาสมิดด้วย

พื้นฐานของเซลล์วิทยา การแก้ปัญหาของงานทั่วไป

ภารกิจที่ 1

จำนวนนิวคลีโอไทด์ของไทมีนและอะดีนีนที่มีอยู่ใน DNA ถ้าพบนิวคลีโอไทด์ของไซโตซีน 50 ตัวในนั้น ซึ่งเท่ากับ 10% ของนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด

สารละลาย.ตามกฎของการเติมเต็มในสายคู่ของ DNA ไซโตซีนจะอยู่คู่กับกวานีนเสมอ นิวคลีโอไทด์ของไซโตซีน 50 ตัวคิดเป็น 10% ดังนั้นตามกฎของชาร์กาฟฟ์ นิวคลีโอไทด์ของกัวนีน 50 ตัวจึงรวมกันเป็น 10% หรือ (ถ้า ∑C = 10% ดังนั้น ∑G = 10%)

ผลรวมของนิวคลีโอไทด์คู่ C + G คือ 20%

ผลรวมของนิวคลีโอไทด์คู่ T + A \u003d 100% - 20% (C + G) \u003d 80%

ในการหาจำนวนนิวคลีโอไทด์ของไทมีนและอะดีนีนใน DNA คุณต้องสร้างสัดส่วนต่อไปนี้:

50 นิวคลีโอไทด์ของไซโตซีน → 10%

X (T + A) → 80%

X \u003d 50x80: 10 \u003d 400 ชิ้น

ตามกฎชาร์กาฟฟ์ ∑A= ∑T ดังนั้น ∑A=200 และ ∑T=200

คำตอบ:จำนวนไทมีนและอะดีนีนนิวคลีโอไทด์ใน DNA คือ 200

ภารกิจที่ 2

นิวคลีโอไทด์ของไทมีนใน DNA คิดเป็น 18% ของจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด กำหนดเปอร์เซ็นต์ของนิวคลีโอไทด์ชนิดอื่นที่มีอยู่ใน DNA

สารละลาย.∑T=18% ตามกฎของชาร์กาฟฟ์ ∑T=∑A ดังนั้น นิวคลีโอไทด์ของอะดีนีนจึงคิดเป็น 18% (∑A=18%)

ผลรวมของคู่ฐาน T + A คือ 36% (18% + 18% = 36%) สำหรับบัญชีนิวคลีโอไทด์ Gi C สำหรับ: G + C \u003d 100% -36% \u003d 64% เนื่องจากกัวนีนเป็นส่วนประกอบของไซโตซีนเสมอ เนื้อหาของพวกมันใน DNA จึงเท่ากัน

เช่น ∑ G= ∑C=32%

คำตอบ: เนื้อหาของ guanine เช่น cytosine คือ 32%

ภารกิจที่ 3

นิวคลีโอไทด์ DNA ของไซโตซีน 20 ตัวคิดเป็น 10% ของจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด อะดีนีนนิวคลีโอไทด์มีกี่ตัวในโมเลกุล DNA?

สารละลาย.ในดีเอ็นเอสายคู่ ปริมาณของไซโตซีนจะเท่ากับจำนวนของกัวนีน ดังนั้นผลรวมของพวกมันคือ: C+G=40 นิวคลีโอไทด์ ค้นหาจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด:

20 นิวคลีโอไทด์ของไซโตซีน → 10%

X (จำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด) → 100%

X=20x100:10=200 ชิ้น

A + T \u003d 200 - 40 \u003d 160 ชิ้น

เนื่องจากอะดีนีนเสริมกับไทมีน ปริมาณของอะดีนีนจึงเท่ากัน

เช่น 160 ชิ้น: 2=80 ชิ้น หรือ ∑A=∑T=80

คำตอบ: มี 80 adenine nucleotides ในโมเลกุล DNA

ภารกิจที่ 4

เพิ่มนิวคลีโอไทด์ของสายดีเอ็นเอที่ถูกต้องหากทราบนิวคลีโอไทด์ของสายซ้าย: AGA - TAT - GTG - TCT

สารละลาย.การสร้างสายโซ่ DNA ที่ถูกต้องตามสายโซ่ด้านซ้ายนั้นดำเนินการตามหลักการของการเติมเต็ม - การติดต่อกันอย่างเข้มงวดของนิวคลีโอไทด์ซึ่งกันและกัน: adenone - thymine (A-T), guanine - cytosine (G-C) ดังนั้นนิวคลีโอไทด์ของสาย DNA ที่ถูกต้องควรเป็นดังนี้: TCT - ATA - CAC - AGA

คำตอบ: นิวคลีโอไทด์ของสายดีเอ็นเอที่ถูกต้อง: TCT - ATA - CAC - AGA

ภารกิจที่ 5

จดการถอดความหากสาย DNA ที่ถอดความมีลำดับนิวคลีโอไทด์ต่อไปนี้: AGA - TAT - THT - TCT

สารละลาย. โมเลกุล i-RNA ถูกสังเคราะห์ขึ้นตามหลักการของการเติมเต็มบนหนึ่งในสายของโมเลกุล DNA เราทราบลำดับของนิวคลีโอไทด์ในสายดีเอ็นเอที่ถอดรหัส ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างสายเสริมของ mRNA ควรจำไว้ว่าแทนที่จะเป็นไทมีน โมเลกุล RNA รวมถึงยูราซิล เพราะฉะนั้น:

สาย DNA: AGA - TAT - TGT - TCT

ห่วงโซ่ i-RNA: UCU - AUA - ACA - AGA

คำตอบ: ลำดับนิวคลีโอไทด์ i-RNA เป็นดังนี้: UCU - AUA - ACA -AGA

ภารกิจที่ 6

เขียนการถอดความแบบย้อนกลับ เช่น สร้างชิ้นส่วนของโมเลกุล DNA แบบเกลียวคู่ตามชิ้นส่วน mRNA ที่เสนอ หากสาย mRNA มีลำดับนิวคลีโอไทด์ต่อไปนี้:

GCG – ACA – UUU – UCG – CSU – ASU – AGA

สารละลาย.การถอดความแบบย้อนกลับคือการสังเคราะห์โมเลกุล DNA ตามรหัสพันธุกรรมของ mRNA i-RNA ที่เข้ารหัสโมเลกุล DNA มีลำดับของนิวคลีโอไทด์ดังต่อไปนี้: GCG - ACA - UUU - UCG - CGU - AGU - AGA ห่วงโซ่ดีเอ็นเอเสริม: CHC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA - TCT DNA สายที่สอง: GCH-ACA-TTT-TCG-CGT-AGT-AGA

คำตอบ: จากการถอดความแบบย้อนกลับ โมเลกุล DNA สองสายถูกสังเคราะห์: CHC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA และ GCH - ACA - TTT - TCH - CHT - AGT - AGA

รหัสพันธุกรรม. การสังเคราะห์โปรตีน

ยีน- ส่วนของโมเลกุล DNA ที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโครงสร้างหลักของโปรตีนชนิดหนึ่ง

โครงสร้าง exon-intron ของยีนยูคาริโอต

โปรโมเตอร์- การยืดของ DNA (ยาวถึง 100 นิวคลีโอไทด์) ที่เอนไซม์เกาะติด อาร์เอ็นเอโพลิเมอเรสจำเป็นสำหรับการถอดความ;

2) พื้นที่กำกับดูแล– โซนที่มีผลต่อการทำงานของยีน

3) ส่วนโครงสร้างของยีน- ข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโครงสร้างหลักของโปรตีน

ลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA ที่นำข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโครงสร้างหลักของโปรตีน - เอ็กซอน. พวกเขายังเป็นส่วนหนึ่งของ mRNA ลำดับของนิวคลีโอไทด์ของ DNA ที่ไม่มีข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโครงสร้างหลักของโปรตีน – อินทรอน. พวกเขาไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ mRNA ในระหว่างการถอดความด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์พิเศษ สำเนาของอินตรอนจะถูกตัดออกจาก mRNA และสำเนาของ exons จะถูกหลอมรวมระหว่างการก่อตัวของโมเลกุล mRNA (รูปที่ 20) กระบวนการนี้เรียกว่า ประกบ.

ข้าว. 20 . รูปแบบการเชื่อมต่อ (การก่อตัวของ mRNA ที่โตเต็มที่ในยูคาริโอต)

รหัสพันธุกรรม -ระบบของลำดับนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุล DNA หรือ mRNA ที่สอดคล้องกับลำดับของกรดอะมิโนในสายพอลิเพปไทด์

คุณสมบัติของรหัสพันธุกรรม:

ไตรลักษณ์(ACA – GTG – GCG…)

รหัสพันธุกรรมคือ แฝดสาม,เนื่องจากกรดอะมิโน 20 ตัวแต่ละตัวถูกเข้ารหัสโดยลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัว ( แฝดสาม, โคดอน).

นิวคลีโอไทด์แฝดมี 64 ชนิด (4 3 = 64)

ความชัดเจน (เฉพาะเจาะจง)

รหัสพันธุกรรมไม่คลุมเครือเพราะ แต่ละทริปเล็ตของนิวคลีโอไทด์ (โคดอน) เข้ารหัสกรดอะมิโนเพียงตัวเดียว หรือหนึ่งโคดอนจะสอดคล้องกับกรดอะมิโนหนึ่งตัวเสมอ (ตารางที่ 3)

หลายหลาก (ความซ้ำซ้อนหรือความเสื่อม)

กรดอะมิโนชนิดเดียวกันสามารถเข้ารหัสได้โดยแฝดสามหลายตัว (ตั้งแต่ 2 ถึง 6) เนื่องจากมีกรดอะมิโนที่สร้างโปรตีน 20 ตัว และแฝดสาม 64 ตัว

ความต่อเนื่อง

การอ่านข้อมูลทางพันธุกรรมเกิดขึ้นในทิศทางเดียว จากซ้ายไปขวา หากนิวคลีโอไทด์หลุดออกไปเมื่ออ่านนิวคลีโอไทด์ที่ใกล้ที่สุดจากแฝดสามที่อยู่ใกล้เคียงจะเข้ามาแทนที่ซึ่งจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงข้อมูลทางพันธุกรรม

ความเก่งกาจ

รหัสพันธุกรรมเป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด และรหัสแฝดสามตัวเดียวกันสำหรับกรดอะมิโนชนิดเดียวกันในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

มีจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของแฝดสาม(ทริปเล็ตเริ่มต้น - AUG, ทริปเล็ตเทอร์มินัล UAA, UGA, UAG) แฝดสามประเภทนี้ไม่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโน

ไม่ทับซ้อนกัน (ความไม่รอบคอบ)

รหัสพันธุกรรมไม่ทับซ้อนกัน เนื่องจากนิวคลีโอไทด์เดียวกันไม่สามารถเป็นส่วนหนึ่งของแฝดสามที่อยู่ติดกันพร้อมกันได้ นิวคลีโอไทด์สามารถเป็นของแฝดสามเพียงตัวเดียว และถ้าพวกมันถูกจัดเรียงใหม่เป็นแฝดสามอีก ข้อมูลทางพันธุกรรมก็จะเปลี่ยนไป

ตารางที่ 3 - ตารางรหัสพันธุกรรม

หมายเหตุ: ชื่อย่อของกรดอะมิโนจะได้รับตามคำศัพท์สากล

การสังเคราะห์โปรตีน

การสังเคราะห์โปรตีน - ประเภทของการแลกเปลี่ยนพลาสติกสารในเซลล์ที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตภายใต้การทำงานของเอนไซม์ การสังเคราะห์โปรตีนนำหน้าด้วยปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์ (การจำลองแบบ - การสังเคราะห์ DNA, การถอดความ - การสังเคราะห์ RNA, การแปล - การประกอบโมเลกุลโปรตีนบนไรโบโซม) ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนมี 2 ขั้นตอน:

การถอดความ

ออกอากาศ

ในระหว่างการถอดความ ข้อมูลทางพันธุกรรมที่มีอยู่ใน DNA ที่อยู่ในโครโมโซมของนิวเคลียสจะถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุล RNA เมื่อกระบวนการถอดรหัสเสร็จสิ้น mRNA จะเข้าสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ผ่านรูพรุนในเยื่อหุ้มนิวเคลียส ซึ่งอยู่ระหว่าง 2 หน่วยย่อยของไรโบโซม และมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน

การแปลคือกระบวนการแปลรหัสพันธุกรรมเป็นลำดับของกรดอะมิโนการแปลจะดำเนินการในไซโตพลาสซึมของเซลล์บนไรโบโซมซึ่งอยู่บนพื้นผิวของ EPS (endoplasmic reticulum) ไรโบโซมเป็นแกรนูลทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 20 นาโนเมตร ประกอบด้วยหน่วยย่อยขนาดใหญ่และขนาดเล็ก โมเลกุล mRNA ตั้งอยู่ระหว่างสองหน่วยย่อยของไรโบโซม กรดอะมิโน, ATP, i-RNA, t-RNA, เอนไซม์ amino-acyl t-RNA synthetase มีส่วนร่วมในกระบวนการแปล

โคดอน- ส่วนของโมเลกุล DNA หรือ i-RNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัวเรียงกัน เข้ารหัสกรดอะมิโนหนึ่งตัว

แอนติโคดอน- ส่วนของโมเลกุล t-RNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัวที่ต่อเนื่องกันและประกอบกับโคดอนของโมเลกุล m-RNA โคดอนเป็นส่วนเสริมของแอนติโคดอนที่สอดคล้องกันและเชื่อมต่อกับพวกมันผ่านพันธะไฮโดรเจน (รูปที่ 21)

การสังเคราะห์โปรตีนเริ่มต้นด้วย เริ่ม codon ส.ค. จากเขาไรโบโซม

เคลื่อนที่ไปตามโมเลกุล RNA ทีละสามตัว กรดอะมิโนมาจากรหัสพันธุกรรม การรวมเข้าเป็นสายโซ่โพลีเปปไทด์บนไรโบโซมเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของ t-RNA โครงสร้างหลักของ t-RNA (สายโซ่) ผ่านเข้าไปในโครงสร้างรองซึ่งมีรูปร่างคล้ายกากบาทและในเวลาเดียวกันนิวคลีโอไทด์ที่สมบูรณ์จะถูกรักษาไว้ในนั้น ในส่วนล่างของ t-RNA มีตำแหน่งตัวรับซึ่งมีกรดอะมิโนติดอยู่ (รูปที่ 16) การกระตุ้นกรดอะมิโนจะดำเนินการโดยใช้เอนไซม์ อะมิโนอะซิล tRNA ซินเทเทส. สาระสำคัญของกระบวนการนี้คือเอนไซม์นี้ทำปฏิกิริยากับกรดอะมิโนและเอทีพี ในกรณีนี้ จะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนสามอย่างขึ้น ซึ่งแสดงโดยเอนไซม์ กรดอะมิโน และเอทีพี กรดอะมิโนอุดมไปด้วยพลังงาน เปิดใช้งาน ได้รับความสามารถในการสร้างพันธะเปปไทด์กับกรดอะมิโนที่อยู่ใกล้เคียง หากไม่มีกระบวนการกระตุ้นกรดอะมิโน สายโพลีเปปไทด์จะไม่สามารถสร้างจากกรดอะมิโนได้

ตรงกันข้าม ส่วนบนของโมเลกุล tRNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัว ยาต้านโคดอนด้วยความช่วยเหลือซึ่ง t-RNA ติดอยู่กับ codon เสริมของมัน (รูปที่ 22)

โมเลกุล t-RNA ตัวแรกที่มีกรดอะมิโนที่กระตุ้นการทำงานติดอยู่ จะจับแอนติโคดอนกับ mRNA โคดอน และกรดอะมิโนหนึ่งตัวจะปรากฏในไรโบโซม จากนั้น t-RNA ตัวที่สองจะถูกต่อเข้ากับแอนติโคดอนของมันกับโคดอนที่สอดคล้องกันของ mRNA ในเวลาเดียวกัน กรดอะมิโน 2 ตัวอยู่ในไรโบโซมซึ่งระหว่างนั้นจะเกิดพันธะเปปไทด์ tRNA ตัวแรกออกจากไรโบโซมทันทีที่บริจาคกรดอะมิโนให้กับสายพอลิเพปไทด์บนไรโบโซม จากนั้นกรดอะมิโนตัวที่ 3 จะติดอยู่กับไดเปปไทด์ซึ่งนำมาโดย t-RNA ตัวที่สาม ฯลฯ การสังเคราะห์โปรตีนจะหยุดที่หนึ่งใน codons ของเทอร์มินัล - UAA, UAG, UGA (รูปที่ 23)

1 – mRNA โคดอน; โคดอนUCG-ยูซีจี; CUA-คสช; CGU-ซีจียู;

2 – t-RNA แอนติโคดอน; แอนติโคดอน GAT - GAT

ข้าว. 21 . ขั้นตอนการแปล: mRNA codon ถูกดึงดูดไปยัง tRNA anticodon โดยนิวคลีโอไทด์เสริมที่สอดคล้องกัน (เบส)

การพัวพันของ DNA สองเส้น - กระบวนการสร้างสิ่งกีดขวางของสาย DNA ระหว่างการหมุนเวียน เมื่อโซ่โพลีเมอร์คู่หรือจำนวนมากถูกปิด พวกมันสามารถสร้างการประสานประเภทต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สายของเกลียวคู่ในรูปแบบวงกลมปิดของ DNA ก่อให้เกิดการเชื่อมโยง (ในที่นี้ DNA double helix จะพิจารณาส่วนใหญ่เป็นสายโซ่โพลิเมอร์เดี่ยว) โมเลกุลของ DNA ที่เชื่อมโยงนั้นค่อนข้างพบได้ทั่วไปในธรรมชาติและสามารถรับได้ในห้องปฏิบัติการ การเชื่อมโยงของสองโซ่โดยทั่วไปมีประเภทที่ไม่เท่าเทียมกันของโทโพโลยีมากมาย แนวคิดของลำดับการเชื่อมโยงแสดงลักษณะเฉพาะอย่างชัดเจนเฉพาะการเชื่อมโยงของคลาสบางอย่างที่ก่อตัวขึ้นใน DNAs แบบปิดแบบวงกลม ภาพรวมดูซับซ้อนกว่ามาก

ในกรณีของการเกิดวัฏจักรแบบสุ่มของห่วงโซ่โพลิเมอร์ในสารละลาย อาจอยู่ในสถานะโทโพโลยีที่แตกต่างกัน ในกรณีของวงจรแยก เช่น โดยไม่ต้องคำนึงถึงการเชื่อมโยงที่เกิดขึ้น คำถามนี้เกี่ยวกับความน่าจะเป็นของสถานะโทโพโลยีเหล่านี้จะลดลงเป็นความน่าจะเป็นของการก่อตัวของนอตต่างๆ ในการปิดแบบสุ่ม หากเราคำนึงถึงความน่าจะเป็นของการพัวพัน ก่อนอื่นเราควรพิจารณาคำถามเกี่ยวกับความน่าจะเป็นของการก่อตัวของสถานะพัวพัน (หรือสถานะที่ไม่ได้มีส่วนร่วม) ในกรณีที่มีการปิดโซ่สองเส้นโดยไม่ตั้งใจโดยมีระยะห่างระหว่างกัน จุดศูนย์กลางมวล, R ( Klenin K.V. ea, 1988 , Frank-Kamenetskii M.D. ea, 1975 , Vologodsky A.V. et al., 1974a และ Iwata K., 1983) ผลลัพธ์ของการคำนวณดังกล่าวสำหรับแบบจำลองของโซ่บางไม่สิ้นสุด (Klenin K.V. ea, 1988) แสดงใน เส้นโค้งที่แตกต่างกันจะสอดคล้องกับจำนวนส่วนที่แตกต่างกันในแต่ละสายโซ่ (ทั้งสองสายจะถือว่ามีจำนวนส่วนเท่ากัน): 1 - 20 ส่วน, 2 - 40, 3 - 80 ส่วน ความน่าจะเป็นที่มีนัยสำคัญของการก่อตัวของลิงก์สำหรับ R ขนาดเล็กหมายความว่าจำนวนสถานะของระบบของสองสายโซ่ที่ไม่ได้เชื่อมโยงจะลดลงอย่างมากเมื่อพวกมันเข้าหากัน ผลที่ตามมาคือ การแก้ปัญหาของโซ่โพลิเมอร์แบบวงกลมบางไร้ขอบเขตที่ไม่ได้รับการเชื่อมโยงจะไม่เหมาะ มันสร้างแรงผลักระหว่างโซ่ซึ่งมีลักษณะเอนโทรปิก ในกลศาสตร์ทางสถิติ แรงผลักดังกล่าวมักแสดงลักษณะเชิงปริมาณด้วยค่าสัมประสิทธิ์ของไวรัสตัวที่สอง B (Landau L. และ Lifshitz E.M., 1964) ค่า B สำหรับโซลูชันแหวนหลุดสามารถคำนวณได้จากข้อมูลในรูปที่ ความน่าจะเป็นของการเชื่อมโยงระหว่างสองโซ่ ค่าเหล่านี้ (ดูรูปที่การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ virial ที่สอง) กลายเป็นค่าใกล้เคียงกับค่าของ B ซึ่งสอดคล้องกับอนุภาคทรงกลมที่ไม่สามารถซึมผ่านได้ของอนุภาคแต่ละอันที่มีรัศมีเท่ากับรูตค่าเฉลี่ยของรัศมีกำลังสองของการหมุนของ a ปิด สายโซ่โพลีเมอร์ (Klenin K.V. ea, 1988) ดังนั้นแม้แต่โซ่ปิดที่บางไร้ขอบเขตในอุดมคติก็ต้องประสบกับแรงผลักซึ่งกันและกันอย่างมาก ซึ่งเป็นผลมาจากข้อจำกัดด้านโทโพโลยีโดยสิ้นเชิง

Catenans เช่น พบการเชื่อมโยงของโมเลกุล DNA ในบางเซลล์ (Clayton D.A. และ Vinograd J., 1967, Hudson B. และ Vinograd J., 1967) ตัวอย่างของโครงสร้างโทโพโลยีที่มีการพัวพันกันคือเครือข่ายขนาดยักษ์ของไคเนโทพลาสต์ DNA ทรงกลมที่พันกันยุ่งเหยิง (ดูการทบทวนโดย Borst P. และ Hoeijmakers J.H.J., 1979) เครือข่ายเหล่านี้ประกอบด้วยโมเลกุลดีเอ็นเอทรงกลมหลายหมื่นโมเลกุล ซึ่งส่วนใหญ่มีโครงสร้างเหมือนกัน

วิธีหลักในการศึกษาโทโพโลยีของ DNA แบบเกลียวคู่คือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและเจลอิเล็กโตรโฟรีซิส อย่างไรก็ตาม ในการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบธรรมดาของ DNA นั้นค่อนข้างยากที่จะวิเคราะห์โทโพโลยีของโมเลกุล เนื่องจากเป็นการยากที่จะตัดสินว่าเส้นใดที่จุดตัดกันบนซับสเตรตนั้นสูงกว่าและต่ำกว่า ในระดับใหญ่ ความยากนี้ถูกเอาชนะเป็นครั้งแรกเนื่องจากการจับตัวของเกลียวคู่กับโปรตีน recA (Krasnow M.A. ea, 1983) ในกรณีนี้ สายดีเอ็นเอหนาขึ้นมากจนมองเห็นโครงสร้างของจุดตัดของส่วนดีเอ็นเอในภาพถ่ายได้อย่างชัดเจน ในทางกลับกัน โมเลกุลดีเอ็นเอที่เชื่อมต่อกันจะเคลื่อนที่แบบเจลแตกต่างจากโมเลกุลที่ไม่ได้เชื่อมโยง ซึ่งทำให้สามารถแยกพวกมันออกได้ด้วยอิเล็กโตรโฟรีซิส (ดู Wasserman S.A. และ Cozzarelli N.R., 1986) โดยธรรมชาติแล้ว วิธีนี้ต้องการการสอบเทียบแบบพิเศษ เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกล่วงหน้าว่าตำแหน่งใดในเจลที่โครงสร้างทอพอโลยีควรครอบครองเมื่อเทียบกับรูปแบบวงกลมของ DNA ที่ไม่ได้ผูกปม อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน วัสดุการทดลองจำนวนมากได้สะสมไว้แล้วเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของโครงสร้างทอพอโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับโทพอยโซเมอร์ที่ไม่ได้ผูกปมของ DNA ที่ศึกษา โดยธรรมชาติแล้ว ในการศึกษาโมเลกุลดีเอ็นเอที่พันกันโดยวิธีนี้ พวกมันจะต้องมีการแตกของเกลียวเดี่ยว เนื่องจากมิฉะนั้นการเคลื่อนที่จะขึ้นอยู่กับลำดับของการพันกันของเกลียวเกลียวคู่ด้วย

ต่อเนื่อง ดูฉบับที่ 11, 12, 13, 14, 15/2005

บทเรียนชีววิทยาในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์

การวางแผนขั้นสูง เกรด 10

นิวคลีโอไทด์เชื่อมโยงกันในปฏิกิริยาการควบแน่น ในกรณีนี้ พันธะเอสเทอร์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของคาร์บอน 3 "ของกากน้ำตาลของนิวคลีโอไทด์หนึ่งและกรดฟอสฟอริกที่เหลือของอีกอันหนึ่ง เป็นผลให้เกิดสายโพลีนิวคลีโอไทด์ที่ไม่แตกแขนง ปลายด้านหนึ่งของสายโพลีนิวคลีโอไทด์ (เรียกว่า 5 " end) จบลงด้วยโมเลกุลของกรดฟอสฟอริกที่จับกับอะตอมของคาร์บอน 5 "ส่วนอีกอัน (เรียกว่าปลาย 3") - ไฮโดรเจนไอออนที่จับกับอะตอมของคาร์บอน 3" สายโซ่ของนิวคลีโอไทด์ที่ต่อเนื่องกันถือเป็นโครงสร้างหลักของ ดีเอ็นเอ.

ดังนั้นโครงกระดูกของสายโพลีนิวคลีโอไทด์จึงเป็นคาร์โบไฮเดรต - ฟอสเฟตตั้งแต่นั้นมา นิวคลีโอไทด์เชื่อมต่อกันโดยสร้างพันธะโควาเลนต์ (สะพานฟอสโฟไดเอสเทอร์) ซึ่งหมู่ฟอสเฟตสร้างสะพานเชื่อมระหว่างอะตอม C 3 ของน้ำตาลโมเลกุลหนึ่งกับอะตอม C 5 ของโมเลกุลถัดไป พันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรงระหว่างนิวคลีโอไทด์ช่วยลดความเสี่ยงของ "การสลาย" ของกรดนิวคลีอิก

หากโพลีนิวคลีโอไทด์ที่เกิดจากนิวคลีโอไทด์สี่ประเภทมีลิงก์ 1,000 ลิงก์ จำนวนตัวแปรที่เป็นไปได้ขององค์ประกอบคือ 4 1,000 (นี่คือตัวเลขที่มีศูนย์ 6,000) ดังนั้น นิวคลีโอไทด์เพียง 4 ชนิดเท่านั้นที่สามารถให้กรดนิวคลีอิกที่หลากหลายและข้อมูลที่มีอยู่ในกรดนิวคลีอิกได้

ในปี 1950 Maurice Wilkins นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ทำการเอ็กซเรย์ดีเอ็นเอ เธอแสดงให้เห็นว่าโมเลกุล DNA มีโครงสร้างที่แน่นอน การถอดรหัสจะช่วยให้เข้าใจกลไกการทำงานของมัน รังสีเอกซ์ที่ได้รับจาก DNA ที่บริสุทธิ์สูงทำให้โรซาลินด์ แฟรงคลินเห็นรูปแบบกากบาทที่ชัดเจน ซึ่งเป็นเครื่องหมายประจำตัวของเกลียวคู่ เป็นที่ทราบกันดีว่านิวคลีโอไทด์นั้นอยู่ห่างจากกัน 0.34 นาโนเมตรและมี 10 อันต่อการหมุนของเกลียว

เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล DNA ประมาณ 2 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม จากข้อมูลภาพถ่ายทางรังสีไม่ชัดเจนว่าทั้งสองเส้นถูกยึดเข้าด้วยกันอย่างไร

ภาพเริ่มชัดเจนในปี 1953 เมื่อนักชีวเคมีชาวอเมริกัน เจมส์ วัตสัน และนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ฟรานซิส คริก เมื่อพิจารณาข้อมูลทั้งหมดที่ทราบเกี่ยวกับโครงสร้างของ DNA แล้ว ได้ข้อสรุปว่ากระดูกสันหลังของน้ำตาลฟอสเฟตตั้งอยู่บริเวณรอบนอกของ โมเลกุล DNA และเบส purine และ pyrimidine อยู่ตรงกลาง

D. Watson และ F. Crick พบว่าสายโซ่โพลีนิวคลีโอไทด์ของ DNA สองสายบิดรอบกันและกันและรอบแกนร่วม สาย DNA เป็นแบบตรงกันข้าม (หลายทิศทาง) เช่น ตรงข้ามกับปลาย 3 "ของโซ่หนึ่งคือปลายอีก 5" (ลองนึกภาพงูสองตัวบิดเป็นเกลียว - หัวของตัวหนึ่งไปหางของอีกตัวหนึ่ง) เกลียวมักจะบิดไปทางขวา แต่มีกรณีของการก่อตัวของเกลียวซ้าย

ก่อนการค้นพบวัตสันและคริก ในปี 1950 นักชีวเคมีชาวออสเตรเลีย เอ็ดวิน ชาร์กัฟฟ์ได้พิสูจน์ว่า ใน DNA ของสิ่งมีชีวิตใด ๆ จำนวนของ adenyl nucleotides เท่ากับจำนวนของ thymidyl และจำนวนของ guanyl nucleotides เท่ากับจำนวนของ cytosyl nucleotides (A \u003d T, G \u003d C) หรือจำนวนทั้งหมด ของฐานไนโตรเจน purine เท่ากับจำนวนฐานไนโตรเจนของ pyrimidine ทั้งหมด (A + G \u003d C + T) . รูปแบบเหล่านี้เรียกว่า "กฎของชาร์กาฟฟ์"

ความจริงก็คือเมื่อสร้างเกลียวคู่ขึ้นฐานไนโตรเจนของอะดีนีนในห่วงโซ่หนึ่งจะตรงข้ามกับฐานไนโตรเจนของอะดีนีนในห่วงโซ่อื่นเสมอและตรงกันข้ามกับกัวนีนคือไซโตซีนนั่นคือโซ่ดีเอ็นเอดูเหมือนจะ เติมเต็มซึ่งกันและกัน และนิวคลีโอไทด์ที่จับคู่กันเหล่านี้ เสริมซึ่งกันและกัน (จาก lat. ส่วนประกอบ- ส่วนที่เพิ่มเข้าไป). เราได้พบหลายครั้งแล้วที่การแสดงออกของการเติมเต็ม (ศูนย์กลางที่ใช้งานของเอนไซม์และโมเลกุลของสารตั้งต้นนั้นเสริมซึ่งกันและกัน แอนติเจนและแอนติบอดีนั้นเสริมซึ่งกันและกัน)

เหตุใดจึงปฏิบัติตามหลักการนี้ ในการตอบคำถามนี้ เราจำเป็นต้องจดจำลักษณะทางเคมีของเบสเฮเทอโรไซคลิกที่มีไนโตรเจน Adenine และ guanine เป็นของ purines และ cytosine และ thymine เป็นของ pyrimidines นั่นคือไม่มีการสร้างพันธะระหว่างฐานไนโตรเจนที่มีลักษณะเดียวกัน นอกจากนี้ ฐานประกอบยังสอดคล้องกันทางเรขาคณิตซึ่งกันและกัน เช่น ขนาดและรูปร่าง

ดังนั้น, ความสอดคล้องกันของนิวคลีโอไทด์คือความสอดคล้องทางเคมีและทางเรขาคณิตของโครงสร้างของโมเลกุลซึ่งกันและกัน.

เบสของไนโตรเจนประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนและไนโตรเจนที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีสูง ซึ่งมีประจุลบบางส่วน เช่นเดียวกับอะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีประจุบวกบางส่วนเกิดขึ้น เนื่องจากประจุบางส่วนเหล่านี้ พันธะไฮโดรเจนจึงเกิดขึ้นระหว่างเบสไนโตรเจนของลำดับคู่ขนานของโมเลกุลดีเอ็นเอ

การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสไนโตรเจนเสริม

มีพันธะไฮโดรเจนสองพันธะระหว่างอะดีนีนกับไทมีน (A=T) และพันธะไฮโดรเจนสามพันธะระหว่างกัวนีนและไซโตซีน (G=C) การเชื่อมต่อของนิวคลีโอไทด์ดังกล่าวทำให้เกิดการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนจำนวนสูงสุดและประการที่สองระยะห่างระหว่างโซ่เท่ากันตลอดความยาวทั้งหมดของเกลียว

จากทั้งหมดข้างต้น เป็นไปตามที่ทราบลำดับของนิวคลีโอไทด์ในเกลียวหนึ่ง คุณสามารถค้นหาลำดับของนิวคลีโอไทด์ในเกลียวอื่นได้

เส้นเสริมคู่ประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างรองของดีเอ็นเอ รูปร่างเกลียวของ DNA คือโครงสร้างระดับตติยภูมิ

การสนทนาทั่วไปในระหว่างการศึกษาเนื้อหาใหม่ การแก้ปัญหา.

ภารกิจที่ 1. ศึกษาส่วนหนึ่งของหนึ่งในสายโซ่ของโมเลกุล DNA ในห้องปฏิบัติการ ปรากฎว่าประกอบด้วยโมโนเมอร์ 20 ตัวซึ่งจัดเรียงตามลำดับต่อไปนี้: G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G -T-A
โครงสร้างของส่วนที่สอดคล้องกันของสายที่สองของโมเลกุล DNA เดียวกันคืออะไร

เมื่อรู้ว่าสายโซ่ของโมเลกุล DNA นั้นเสริมซึ่งกันและกัน เราจึงกำหนดลำดับของนิวคลีโอไทด์ของสายโซ่ที่สองของโมเลกุล DNA เดียวกัน: C-A-C-A-T-T-G-C-T-G-G-C-T-A-T- G-A-C-A-T

ภารกิจที่ 2 ในส่วนของห่วงโซ่ DNA หนึ่งนิวคลีโอไทด์จะถูกจัดเรียงตามลำดับ: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T ...

1. วาดแผนผังโครงสร้างของสายที่สองของโมเลกุลดีเอ็นเอนี้
2. ความยาวหน่วยเป็น นาโนเมตร ของชิ้นส่วนดีเอ็นเอนี้ ถ้านิวคลีโอไทด์ 1 นิวคลีโอไทด์มีค่าเท่ากับ 0.34 นาโนเมตร
3. มีกี่นิวคลีโอไทด์ (ใน%) ในส่วนนี้ของโมเลกุล DNA?

1. เราสร้างส่วนที่สองของชิ้นส่วนของโมเลกุล DNA นี้ให้สมบูรณ์โดยใช้กฎของการเติมเต็ม: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A
2. กำหนดความยาวของชิ้นส่วน DNA นี้: 12x0.34=4.08 นาโนเมตร
3. คำนวณเปอร์เซ็นต์ของนิวคลีโอไทด์ในส่วนดีเอ็นเอนี้

24 นิวคลีโอไทด์ - 100%
8A - x% ดังนั้น x = 33.3% (A);
เพราะ ตามกฎชาร์กาฟฟ์ A = T ซึ่งหมายถึงเนื้อหาของ T = 33.3%;
24 นิวคลีโอไทด์ - 100%
4D - x% ดังนั้น x \u003d 16.7% (G);
เพราะ ตามกฎชาร์กาฟฟ์ G=C ซึ่งหมายความว่าเนื้อหาของ C=16.6%

คำตอบ: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4.08 นาโนเมตร; A=T=33.3%; G=C=16.7%

ภารกิจที่ 3. ส่วนประกอบของ DNA สายที่สองจะเป็นอย่างไร ถ้าสายแรกประกอบด้วย guanine 18%, adenine 30% และ thymine 20%

1. เมื่อรู้ว่าสายโซ่ของโมเลกุล DNA นั้นเสริมซึ่งกันและกัน เราจึงกำหนดเนื้อหาของนิวคลีโอไทด์ (เป็น%) ในสายที่สอง:

เพราะ ในห่วงโซ่แรก G = 18% จากนั้นในห่วงโซ่ที่สอง C = 18%
เพราะ ในห่วงโซ่แรก A=30% ดังนั้นในห่วงโซ่ที่สอง T=30%;
เพราะ ในห่วงโซ่แรก T=20% ดังนั้นในห่วงโซ่ที่สอง A=20%;

2. กำหนดเนื้อหาในสายแรกของไซโตซีน (เป็น%)

กำหนดสัดส่วนของไซโตซีนใน DNA สายแรก: 100% - 68% = 32% (C);

หากในห่วงโซ่แรก C=32% ดังนั้นในห่วงโซ่ที่สอง G=32%

คำตอบ: C=18%; T=30%; ก=20%; G=32%

ภารกิจที่ 4 ในโมเลกุล DNA มีนิวคลีโอไทด์อะดีนิล 23% จากจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด หาปริมาณไทมิดิลและไซโตซิลนิวคลีโอไทด์

1. ตามกฎของชาร์กาฟฟ์ เราพบเนื้อหาของไทมิดิลนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุล DNA ที่กำหนด: A=T=23%
2. ค้นหาผลรวม (เป็น%) ของเนื้อหาของ adenyl และ thymidyl nucleotides ในโมเลกุล DNA ที่กำหนด: 23% + 23% = 46%
3. ค้นหาผลรวม (เป็น%) ของเนื้อหาของนิวคลีโอไทด์ guanyl และ cytosyl ในโมเลกุล DNA นี้: 100% - 46% = 54%
4. ตามกฎของ Chargaff ในโมเลกุล DNA G=C โดยรวมแล้วคิดเป็น 54% และแยกกัน: 54% : 2 = 27%

คำตอบ: T=23%; ค=27%

ภารกิจที่ 5 ให้โมเลกุล DNA ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ 69,000 ซึ่ง 8625 เป็น adenyl nucleotides น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของนิวคลีโอไทด์ 1 นิวคลีโอไทด์โดยเฉลี่ยคือ 345 แต่ละนิวคลีโอไทด์มีกี่นิวคลีโอไทด์ใน DNA นี้ ความยาวโมเลกุลของมันคืออะไร?

1. กำหนดจำนวนอะดีนิลนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุล DNA ที่กำหนด: 8625: 345 = 25
2. ตามกฎของชาร์กาฟฟ์ A=G คือ ในโมเลกุลดีเอ็นเอนี้ A=T=25
3. กำหนดน้ำหนักโมเลกุลทั้งหมดของ DNA นี้มีส่วนแบ่งของนิวคลีโอไทด์ guanyl: 69,000 - (8625x2) = 51,750
4. กำหนดจำนวนทั้งหมดของ guanyl และ cytosyl nucleotides ใน DNA นี้: 51 750:345=150
5. กำหนดเนื้อหาของนิวคลีโอไทด์ของ guanyl และ cytosyl แยกกัน: 150:2 = 75;
6. กำหนดความยาวของโมเลกุล DNA นี้: (25 + 75) x 0.34 = 34 นาโนเมตร

คำตอบ: A=T=25; G=C=75; 34 นาโนเมตร

ปัญหาที่ 6 ตามที่นักวิทยาศาสตร์บางคน ความยาวรวมของโมเลกุล DNA ทั้งหมดในนิวเคลียสของเซลล์สืบพันธุ์มนุษย์หนึ่งเซลล์คือประมาณ 102 ซม. มีนิวคลีโอไทด์กี่คู่ใน DNA ของเซลล์หนึ่งเซลล์ (1 นาโนเมตร = 10–6 มม.) ?

1. แปลงเซนติเมตรเป็นมิลลิเมตรและนาโนเมตร: 102 ซม. = 1020 มม. = 1,020,000,000 นาโนเมตร
2. การทราบความยาวของหนึ่งนิวคลีโอไทด์ (0.34 นาโนเมตร) เราจะกำหนดจำนวนคู่เบสที่มีอยู่ในโมเลกุล DNA ของเซลล์สืบพันธุ์มนุษย์: (10 2 x 10 7): 0.34 = 3 x 10 9 คู่

ตอบ: 3x109 คู่

ศึกษาย่อหน้าของหนังสือเรียนและบันทึกที่ทำในชั้นเรียน (เนื้อหา, น้ำหนักโมเลกุลของกรดนิวคลีอิก, โครงสร้างนิวคลีโอไทด์, กฎของชาร์กาฟฟ์, หลักการของการเติมเต็ม, การก่อตัวของโมเลกุล DNA แบบเกลียวคู่) แก้ปัญหาหลังจากข้อความของ ย่อหน้า

อุปกรณ์: ตารางเกี่ยวกับชีววิทยาทั่วไป รูปแบบโครงสร้างนิวคลีโอไทด์ แบบจำลองโครงสร้างดีเอ็นเอ แผนภาพและภาพวาดแสดงโครงสร้างของ RNA กระบวนการจำลองแบบและการถอดความ

งานการ์ด

การ์ดใบที่ 1 ระบุความแตกต่างพื้นฐานในโครงสร้างของโมเลกุล DNA จากโมเลกุลของโพลิเมอร์ชีวภาพอื่นๆ (โปรตีน คาร์โบไฮเดรต)

การ์ดใบที่ 2 ความจุข้อมูลขนาดใหญ่ของ DNA ขึ้นอยู่กับอะไร ตัวอย่างเช่น DNA ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีข้อมูล 4–6 พันล้านบิต ซึ่งสอดคล้องกับคลังข้อมูล 1.5–2 พันเล่ม ฟังก์ชั่นนี้สะท้อนให้เห็นในโครงสร้างอย่างไร?

การ์ดใบที่ 3 เมื่อถูกความร้อน DNA เช่น โปรตีน จะสลายตัว คุณคิดว่าเกิดอะไรขึ้นกับเกลียวคู่?

การ์ดใบที่ 4 เติมข้อความในช่องว่าง: “โมเลกุล DNA สองเส้นหันเข้าหากัน .... สายโซ่เชื่อมต่อกัน..., และต่อต้านนิวคลีโอไทด์ที่มีอะดีนีน จะมีนิวคลีโอไทด์ที่มี..., และต่อต้านที่มีไซโตซีนซึ่งมี.... หลักการนี้เรียกว่าหลักการ .... คำสั่ง...ในโมเลกุล...สำหรับสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด...เป็นตัวกำหนดลำดับ...ใน... ดังนั้น DNA คือ.... . DNA ถูกแปลเป็นส่วนใหญ่ใน ... เซลล์ในยูคาริโอตและใน ... เซลล์ในโปรคาริโอต

1. กรดนิวคลีอิก เนื้อหาในสิ่งมีชีวิต น้ำหนักโมเลกุล
2. NC - โพลิเมอร์ที่ไม่ใช่ธาตุ โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ ชนิดของนิวคลีโอไทด์
3. การเชื่อมต่อของนิวคลีโอไทด์ในสายโซ่
4. การก่อตัวของโมเลกุลดีเอ็นเอเกลียวคู่
5. กฎของชาร์กาฟฟ์ สาระสำคัญของหลักการเติมเต็ม

ตรวจสอบความถูกต้องของการแก้ปัญหาที่กำหนดในหนังสือเรียน

โปรตีนเป็นพื้นฐานของชีวิต หน้าที่ของพวกเขาในเซลล์มีความหลากหลายมาก อย่างไรก็ตาม โปรตีน "ไม่สามารถ" แพร่พันธุ์ได้ และข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนมีอยู่ในยีน (DNA)

ในสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น โปรตีนจะถูกสังเคราะห์ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ และ DNA จะซ่อนอยู่หลังเปลือกของนิวเคลียส ดังนั้น DNA จึงไม่สามารถทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนได้โดยตรง บทบาทนี้ดำเนินการโดยกรดนิวคลีอิก - RNA

โมเลกุล RNA เป็นโพลีนิวคลีโอไทด์ที่ไม่แตกแขนงซึ่งมีโครงสร้างตติยภูมิ มันถูกสร้างขึ้นจากสายพอลินิวคลีโอไทด์หนึ่งสาย และแม้ว่านิวคลีโอไทด์คู่สมที่รวมอยู่ในสายโซ่เดียวกันก็สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างกันได้ แต่พันธะเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างนิวคลีโอไทด์ของสายโซ่เดียว สาย RNA นั้นสั้นกว่าสาย DNA มาก หากเนื้อหาของ DNA ในเซลล์ค่อนข้างคงที่ เนื้อหาของ RNA จะผันผวนอย่างมาก ปริมาณ RNA มากที่สุดในเซลล์ถูกสังเกตระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน

RNA มีบทบาทสำคัญในการส่งและการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้ ตามฟังก์ชั่นและคุณสมบัติโครงสร้าง RNA เซลลูล่าร์หลายคลาสมีความโดดเด่น

Cell RNA มีสามคลาสหลัก

1. ข้อมูล (mRNA) หรือเมทริกซ์ (mRNA)โมเลกุลของมันมีความหลากหลายมากที่สุดในแง่ของขนาด น้ำหนักโมเลกุล (ตั้งแต่ 0.05x10 6 ถึง 4x10 6) และความเสถียร สร้างขึ้นประมาณ 2% ของจำนวน RNA ทั้งหมดในเซลล์ mRNA ทั้งหมดเป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรมจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึมไปยังตำแหน่งที่มีการสังเคราะห์โปรตีน พวกมันทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์ (ภาพวาดการทำงาน) สำหรับการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีน เนื่องจากพวกมันกำหนดลำดับกรดอะมิโน (โครงสร้างหลัก) ของโมเลกุลโปรตีน

2. ไรโบโซม อาร์เอ็นเอ (rRNA)พวกมันคิดเป็น 80–85% ของเนื้อหา RNA ทั้งหมดในเซลล์ Ribosomal RNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 3-5 พันนิวคลีโอไทด์ มันถูกสังเคราะห์ขึ้นในนิวเคลียสของนิวเคลียส ในคอมเพล็กซ์ที่มีโปรตีนไรโบโซม rRNA จะสร้างไรโบโซม - ออร์แกเนลล์ที่โมเลกุลของโปรตีนรวมตัวกัน ความสำคัญหลักของ rRNA คือให้การจับเริ่มต้นของ mRNA และไรโบโซม และสร้างศูนย์กลางที่ใช้งานของไรโบโซม ซึ่งพันธะเปปไทด์จะเกิดขึ้นระหว่างกรดอะมิโนระหว่างการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์

3. ถ่ายโอน RNA(ต อาร์เอ็นเอ). โมเลกุล tRNA มักประกอบด้วย 75-86 นิวคลีโอไทด์ น้ำหนักโมเลกุลของโมเลกุล tRNA อยู่ที่ประมาณ 25,000 โมเลกุล tRNA มีบทบาทเป็นตัวกลางในการสังเคราะห์โปรตีน - พวกมันส่งกรดอะมิโนไปยังไซต์ของการสังเคราะห์โปรตีนนั่นคือไรโบโซม เซลล์ประกอบด้วย tRNA มากกว่า 30 ชนิด tRNA แต่ละประเภทมีลำดับนิวคลีโอไทด์เฉพาะของตัวเอง อย่างไรก็ตาม โมเลกุลทั้งหมดมีบริเวณเสริมภายในโมเลกุลหลายแห่ง เนื่องจาก tRNA ทั้งหมดมีโครงสร้างตติยภูมิที่มีรูปร่างคล้ายใบโคลเวอร์

กรอกตารางโดยนักเรียนด้วยการตรวจสอบในภายหลัง

คุณสมบัติพิเศษอย่างหนึ่งของโมเลกุล DNA คือความสามารถในการจำลองตัวเอง เพื่อสร้างสำเนาที่ถูกต้องของโมเลกุลดั้งเดิม ด้วยเหตุนี้จึงมีการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจากเซลล์แม่ไปยังเซลล์ลูกสาวในระหว่างการแบ่ง เรียกกระบวนการจำลองตัวเองของโมเลกุลดีเอ็นเอ การจำลองแบบ (การทำซ้ำ)

การจำลองแบบเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนเกี่ยวกับเอนไซม์ (ดีเอ็นเอโพลิเมอเรส).สำหรับการทำซ้ำ DNA double helix จะต้องถูกคลายออกก่อน นอกจากนี้ยังทำโดยเอนไซม์พิเศษ - เฮลิเคสทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบส แต่พื้นที่ที่ไม่มีการบิดจะไวต่อปัจจัยที่สร้างความเสียหายมาก เพื่อให้พวกมันอยู่ในสถานะที่ไม่มีการป้องกันในเวลาที่น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การสังเคราะห์บนโซ่ทั้งสองจะเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน

แต่ใน DNA ของมารดา สายโซ่สองเส้นของเกลียวคู่นั้นตรงกันข้ามกัน โดยปลาย 3' ของสายหนึ่งคือปลาย 5' ของอีกสายหนึ่ง และเอนไซม์ DNA polymerase สามารถ "เคลื่อนที่" ได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น - จาก 3"-end ถึง 5"-end ของห่วงโซ่แม่แบบ ดังนั้นการจำลองแบบของครึ่งหนึ่งของโมเลกุลแม่ที่เริ่มต้นด้วย 3'-นิวคลีโอไทด์จึงเปิดขึ้นหลังจากคลายเกลียวคู่และเชื่อว่าจะต่อเนื่อง การจำลองแบบของครึ่งหลังของโมเลกุลเริ่มขึ้นในภายหลังเล็กน้อยและไม่ใช่จากจุดเริ่มต้น (ซึ่งเป็นที่ตั้งของนิวคลีโอไทด์ 5' ซึ่งป้องกันปฏิกิริยา) แต่ในระยะห่างจากมัน ในเวลาเดียวกัน DNA polymerase จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม สังเคราะห์ชิ้นส่วนที่ค่อนข้างสั้น โครงสร้างที่ปรากฏในขณะนี้เรียกว่า ส้อมจำลองแบบ. เมื่อคลายเกลียวคู่ส้อมการจำลองจะเปลี่ยนไป: บนเส้นที่สองการสังเคราะห์ส่วนถัดไปจะเริ่มต้นขึ้นโดยไปที่จุดเริ่มต้นของส่วนก่อนหน้าที่สังเคราะห์แล้ว จากนั้นชิ้นส่วนที่แยกจากกันเหล่านี้ในห่วงโซ่เมทริกซ์ที่สอง (เรียกว่า ชิ้นส่วนของโอคาซากิ) ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันโดยเอนไซม์ DNA ligase เป็นสายเดี่ยว

แผนผังโครงสร้างของ DNA replication fork

ในระหว่างการจำลองแบบ พลังงานของโมเลกุล ATP จะไม่ถูกใช้ไป เนื่องจากการสังเคราะห์สายโซ่ลูกระหว่างการจำลองแบบ ไม่ใช้ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ (มีกรดฟอสฟอริกตกค้างอยู่หนึ่งตัว) แต่ ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไซด์ ไตรฟอสเฟต(มีกรดฟอสฟอริกตกค้างสามตัว) เมื่อรวมดีออกซีไรโบนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟตไว้ในสายพอลินิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟตที่ปลายทั้งสองจะถูกแยกออก และพลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกใช้เพื่อสร้างพันธะเอสเทอร์ระหว่างนิวคลีโอไทด์

อันเป็นผลมาจากการจำลองแบบทำให้เกิดเอนริเก้ "ลูกสาว" สองตัวซึ่งแต่ละอันจะรักษา (รักษา) หนึ่งในครึ่งหนึ่งของ DNA "มารดา" ดั้งเดิมไว้ไม่เปลี่ยนแปลง สายที่สองของโมเลกุล "ลูกสาว" ถูกสังเคราะห์จากนิวคลีโอไทด์ใหม่ มันได้รับชื่อ DNA กึ่งอนุรักษ์นิยม

การอ่าน RNA จากแม่แบบ DNA เรียกว่า การถอดความ(จากลาดพร้าว. การถอดความ- เขียนใหม่). ดำเนินการโดยเอนไซม์พิเศษ - RNA polymerase พบ RNA polymerases ที่แตกต่างกันสามชนิดในเซลล์ยูคาริโอต โดยสังเคราะห์ RNA ประเภทต่างๆ กัน

การถอดความยังเป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาการสังเคราะห์แม่แบบ ห่วงโซ่ RNA นั้นคล้ายกับสายโซ่ DNA มาก: มันยังประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ (ไรโบนิวคลีโอไทด์, คล้ายกับดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์) RNA ถูกอ่านจากบริเวณ DNA ซึ่งถูกเข้ารหัสตามหลักการของการเติมเต็ม: uracil RNA จะกลายเป็นตรงข้ามกับ DNA adenine, cytosine ตรงข้ามกับ guanine, adenine ตรงข้ามกับ thymine และ guanine ตรงข้ามกับ cytosine

ภายในยีนที่กำหนด มีเพียงหนึ่งสายของ DNA ประกอบสองสายเท่านั้นที่ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ RNA วงจรนี้เรียกว่าการทำงาน

ตามอนุสัญญาที่ยอมรับ จุดเริ่มต้นของยีนจะแสดงไว้ทางด้านซ้ายในไดอะแกรม สายที่ไม่ทำงาน (ไม่เข้ารหัส) ของโมเลกุล DNA ในกรณีนี้จะมีปลาย 5 "ในขณะที่สายที่ไม่ทำงาน (เข้ารหัส) จะมีตรงกันข้าม เอนไซม์ RNA polymerase จะจับกับ โปรโมเตอร์(ลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์ DNA ที่เอนไซม์ "รู้จัก" เนื่องจากความสัมพันธ์ทางเคมีและตั้งอยู่ที่ปลาย 3 "ของส่วนที่เกี่ยวข้องของห่วงโซ่ DNA แม่แบบ) RNA polymerase สามารถเริ่มต้นได้โดยการยึดติดกับโปรโมเตอร์ การสังเคราะห์ RNA จากไรโบนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟตอิสระที่มีอยู่ในเซลล์ พลังงานสำหรับการสังเคราะห์ RNA มีอยู่ในพันธะมาโครพลังงานของไรโบนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต

การสนทนาทั่วไปในหลักสูตรการเรียนรู้เนื้อหาใหม่ ทางออกของปัญหา

งาน. โมเลกุล DNA ประกอบด้วยสองสายโซ่ - สายหลักที่สังเคราะห์ mRNA และสายเสริม เขียนลำดับของนิวคลีโอไทด์ใน mRNA ที่สังเคราะห์ ถ้าลำดับของนิวคลีโอไทด์ในสายดีเอ็นเอหลัก (ทำงาน) เป็นดังนี้: C-G-C-T-G-A-T-A-G

โดยใช้หลักการของการเติมเต็ม เรากำหนดลำดับของนิวคลีโอไทด์ใน mRNA ที่สังเคราะห์ตามสายโซ่ DNA ที่ทำงาน: G-C-G-A-C-U-A-U-C

คำตอบ: G-Ts-G-A-Ts-U-A-U-Ts

ศึกษาย่อหน้าหนังสือเรียน (RNA, คลาสหลักและหน้าที่, ความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA, การจำลองแบบและการถอดความ)

อุปกรณ์: ตารางชีววิทยาทั่วไป แผนภาพโครงสร้างนิวคลีโอไทด์ แบบจำลองโครงสร้าง DNA แผนภาพและภาพวาดที่แสดงโครงสร้างของ RNA กระบวนการจำลองแบบและการถอดความ

1. RNA และความสำคัญในเซลล์
2. คลาสของ RNA ของเซลล์และหน้าที่ ( นักเรียนสามคน).
3. การจำลองแบบ กลไกและความสำคัญของมัน
4. การถอดความ กลไกและความสำคัญของมัน

ครูอ่านวิทยานิพนธ์ภายใต้ตัวเลข นักเรียนจดตัวเลขวิทยานิพนธ์ที่เหมาะสมกับเนื้อหาในรุ่นของตนลงในสมุดบันทึก

ตัวเลือก 1 - ดีเอ็นเอ; ตัวเลือก 2 - อาร์เอ็นเอ

1. โมเลกุลเดี่ยว
2. โมเลกุลเกลียวคู่
3. มี adenine, uracil, guanine, cytosine
4. มี adenine, thymine, guanine, cytosine
5. ไรโบสเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอไทด์
6. นิวคลีโอไทด์มีดีออกซีไรโบส
7. มีอยู่ในนิวเคลียส คลอโรพลาสต์ ไมโทคอนเดรีย เซนทริโอล ไรโบโซม ไซโตพลาสซึม
8. มีอยู่ในนิวเคลียส คลอโรพลาสต์ ไมโทคอนเดรีย
9. มีส่วนร่วมในการจัดเก็บ ทำซ้ำ และส่งข้อมูลทางพันธุกรรม
10. มีส่วนร่วมในการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรม

ตัวเลือก 1 - 2; 4; 6; 8; 9;

ตัวเลือก 2 - 1; 3; 5; 7; 10.

การแก้ปัญหา

ภารกิจที่ 1. การวิเคราะห์ทางเคมีพบว่า 28% ของจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดของ mRNA นี้คืออะดีนีน 6% เป็นกัวนีน และ 40% เป็นยูราซิล องค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ของส่วนที่สอดคล้องกันของ DNA แบบเกลียวคู่ควรเป็นอย่างไร ซึ่งเป็นข้อมูลที่ mRNA นี้ "เขียนใหม่"

1. เมื่อรู้ว่าสายโซ่ของโมเลกุล RNA และสายโซ่การทำงานของโมเลกุล DNA นั้นเสริมซึ่งกันและกัน เราจึงกำหนดเนื้อหาของนิวคลีโอไทด์ (เป็น%) ในสายการทำงานของ DNA:

ในสายโซ่ mRNA G = 6% ซึ่งหมายความว่าในสายโซ่ DNA ที่ทำงาน C = 6%;

ในสายโซ่ mRNA A \u003d 28% ซึ่งหมายความว่าในสายโซ่ DNA ที่ใช้งานได้ T \u003d 28%;

ในสายโซ่ mRNA Y \u003d 40% ซึ่งหมายความว่าในสายโซ่ DNA ที่ใช้งานได้ A \u003d 40%;

2. กำหนดเนื้อหาของห่วงโซ่ mRNA (เป็น%) ของไซโตซีน

กำหนดสัดส่วนของไซโตซีนในห่วงโซ่ mRNA: 100% - 74% = 26% (C);

หากอยู่ในสายโซ่ mRNA C=26% ดังนั้นในสายโซ่ DNA ที่ใช้งานได้ G=26%

คำตอบ: C=6%; T=28%; ก=40%; G=26%

ภารกิจที่ 2 ในส่วนของห่วงโซ่ดีเอ็นเอหนึ่งเส้น นิวคลีโอไทด์จะอยู่ในลำดับ: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T วาดแผนภาพโครงสร้างของโมเลกุล DNA แบบเกลียวคู่ ชิ้นส่วนดีเอ็นเอนี้มีความยาวเท่าใด มีกี่นิวคลีโอไทด์ (ใน%) ในสายดีเอ็นเอนี้

1. ตามหลักการของการเติมเต็ม มันสร้างสายที่สองของโมเลกุล DNA ที่กำหนด: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A

2. เมื่อทราบความยาวของนิวคลีโอไทด์หนึ่งอัน (0.34 นาโนเมตร) เราจะกำหนดความยาวของชิ้นส่วน DNA นี้ (ใน DNA ความยาวของหนึ่งสายโซ่เท่ากับความยาวของโมเลกุลทั้งหมด): 13x0.34 = 4.42 นาโนเมตร

3. คำนวณเปอร์เซ็นต์ของนิวคลีโอไทด์ในสาย DNA นี้:

13 นิวคลีโอไทด์ - 100%
5 A - x%, x \u003d 38% (A)
2 G - x%, x \u003d 15.5% (G)
4 T – x%, x=31% (T)
2 C - x%, x \u003d 15.5% (C)

คำตอบ: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4.42 นาโนเมตร; ก=38; T=31%; G=15.5%; C=15.5%.

ตัวเลือกที่ 1

1. ได้รับชิ้นส่วนของสายโซ่หนึ่งของโมเลกุล DNA: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G กำหนดเนื้อหา (เป็น%) ของนิวคลีโอไทด์แต่ละชนิดและความยาวของชิ้นส่วนของโมเลกุล DNA

2. พบนิวคลีโอไทด์ guanyl 880 ตัวในโมเลกุล DNA ซึ่งคิดเป็น 22% ของจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดของ DNA นี้ ตรวจสอบว่ามีกี่นิวคลีโอไทด์อื่น ๆ (แต่ละรายการ) ในโมเลกุล DNA นี้ ความยาวของ DNA นี้คืออะไร?

ตัวเลือก 2

1. ให้ชิ้นส่วนของสายโซ่หนึ่งของโมเลกุล DNA: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A กำหนดเนื้อหา (เป็น%) ของนิวคลีโอไทด์แต่ละชนิดและความยาวของชิ้นส่วนของโมเลกุล DNA

2. ในโมเลกุลของ DNA พบไทมิดิลนิวคลีโอไทด์ 250 ตัว ซึ่งคิดเป็น 22.5% ของจำนวนนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดของ DNA นี้ ตรวจสอบว่ามีกี่นิวคลีโอไทด์อื่น ๆ (แต่ละรายการ) ในโมเลกุลดีเอ็นเอนี้ ความยาวของ DNA นี้คืออะไร?

ทำซ้ำเนื้อหาในหมวดหมู่หลักของสารอินทรีย์ที่พบในสิ่งมีชีวิต

ยังมีต่อ

ความสัมพันธ์ที่อ่อนแอเป็นภาพเส้นประเชื่อมสายดีเอ็นเอเข้าด้วยกัน รูปนี้แสดงให้เห็นว่ากระดูกสันหลังของสายโซ่ DNA ประกอบด้วยกรดฟอสฟอริกและดีออกซีไรโบสที่ตกค้างสลับกัน ซึ่งเบสของพิวรีนและไพริมิดีนติดอยู่ที่ด้านข้าง พันธะไฮโดรเจนอย่างอ่อน (เส้นประ) ระหว่างเบสพิวรีนและไพริมิดีนเชื่อมดีเอ็นเอสองสายเข้าด้วยกัน สิ่งสำคัญคือต้องทราบสิ่งต่อไปนี้

1. แต่ละโมเลกุลของเบสพิวรีนของอะดีนีนบนสายหนึ่งของ DNA จะจับกับโมเลกุลของเบสไพริมิดีนของไทมีนบนสายอื่นเสมอ
2. แต่ละโมเลกุลของเบสพิวรีนของกัวนีนจับกับโมเลกุลของเบสไพริมิดีนของไซโตซีนเสมอ

พันธะไฮโดรเจนอ่อนแอมาก ดังนั้น DNA สองสายจึงแยกออกจากกันได้ง่าย ซึ่งจะเกิดซ้ำหลายครั้งระหว่างการทำงานของ DNA ในเซลล์

ความหมายของดีเอ็นเออยู่ในความจริงที่ว่ามันกำหนดการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ต่าง ๆ ผ่านรหัสพันธุกรรมที่เรียกว่า เมื่อดีเอ็นเอสองสายแยกจากกัน เบสของพิวรีนและไพริมิดีนจะหันไปในทิศทางเดียวกัน การจัดกลุ่มด้านข้างเหล่านี้เป็นพื้นฐานของรหัสพันธุกรรม

รหัสพันธุกรรมเป็นลำดับของทริปเพลตของไนโตรเจนเบส ซึ่งแต่ละทริปเล็ตประกอบด้วยไนโตรเจนเบสสามตัวเรียงกันเป็นโคดอน ลำดับของเบสไนโตรเจนสามเท่าจะกำหนดลำดับของกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นในเซลล์ในที่สุด ลำดับของแฝดสามนี้มีหน้าที่จับกรดอะมิโนสามตัวต่อกันกับโมเลกุลโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้น ได้แก่ โพรลีน เซอรีน และกรดกลูตามิก

ดีเอ็นเอตั้งอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ และปฏิกิริยาของเซลล์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม ดังนั้นจึงต้องมีกลไกที่ยีนสามารถควบคุมปฏิกิริยาเหล่านี้ได้ กลไกนี้ประกอบด้วยความจริงที่ว่า RNA กรดนิวคลีอิกอีกชนิดหนึ่งถูกสังเคราะห์ขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์โดยอาศัย DNA ซึ่งกลายเป็นพาหะของรหัสพันธุกรรมด้วย กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดความ ผ่านรูพรุนของเยื่อหุ้มนิวเคลียส อาร์เอ็นเอที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จะถูกถ่ายโอนจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึม ซึ่งการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นบนพื้นฐานของอาร์เอ็นเอนี้

สำหรับการสังเคราะห์ RNAมีความจำเป็นที่ DNA ทั้งสองสายจะแยกจากกันในบางครั้ง และมีเพียงสายเดียวเท่านั้นที่จะใช้เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ RNA จาก DNA triplet แต่ละตัวจะมีการสร้าง RNA triplet (codon) ที่สมบูรณ์ขึ้นซึ่งลำดับนั้นจะกำหนดลำดับกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีนที่สังเคราะห์ในไซโตพลาสซึม

องค์ประกอบโครงสร้างพื้นฐานของ DNA. องค์ประกอบโครงสร้างพื้นฐานของ RNA และ DNA เกือบจะเหมือนกันโดยมีข้อยกเว้นสองประการ ประการแรกแทนที่จะเป็นดีออกซีไรโบส RNA มีน้ำตาลที่คล้ายกัน - ไรโบสซึ่งมีไฮดรอกซิลไอออนเพิ่มเติม ประการที่สองแทนที่จะเป็นไทมีน RNA มี pyrimidine - uracil อื่น

การก่อตัวของนิวคลีโอไทด์ RNA. การก่อตัวของนิวคลีโอไทด์ RNA จากองค์ประกอบโครงสร้างของมันเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกับการก่อตัวของนิวคลีโอไทด์ของ DNA องค์ประกอบของ RNA ยังประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 4 ตัวที่มีเบสไนโตรเจน 4 ตัว ได้แก่ อะดีนีน กวานีน ไซโตซีน และยูราซิล เราเน้นอีกครั้งว่าแทนที่จะเป็นไทมีน RNA มียูราซิล และเบสไนโตรเจนที่เหลืออยู่ใน RNA และ DNA ก็เหมือนกัน

การเปิดใช้งาน RNA นิวคลีโอไทด์. ในขั้นตอนต่อไปของการสังเคราะห์ RNA นิวคลีโอไทด์ของมันจะทำงานภายใต้การทำงานของเอนไซม์ RNA polymerase กระบวนการนี้ประกอบด้วยการแนบกลุ่มฟอสเฟตเพิ่มเติมสองกลุ่มเข้ากับแต่ละนิวคลีโอไทด์เพื่อสร้างไตรฟอสเฟต ฟอสเฟตสองตัวจับกับนิวคลีโอไทด์โดยการสร้างพันธะมาโครเออร์จิกฟอสเฟตโดยใช้พลังงานของ ATP
อันเป็นผลมาจากการเปิดใช้งานแต่ละครั้ง นิวคลีโอไทด์สะสมพลังงานจำนวนมากที่จำเป็นในการเชื่อมต่อกับสายโซ่ RNA ที่กำลังเติบโต