Dezoksiribonuklein kislotasi - DNK - tirik organizmlar tomonidan keyingi avlodlarga uzatiladigan irsiy ma'lumotlarning tashuvchisi va o'sish va hayot jarayonlarida organizm uchun zarur bo'lgan oqsillar va turli tartibga soluvchi omillarni qurish uchun matritsa bo'lib xizmat qiladi. Ushbu maqolada biz DNK tuzilishining eng keng tarqalgan shakllariga e'tibor qaratamiz. Shuningdek, biz bu shakllar qanday tuzilganiga va tirik hujayra ichida DNK qanday shaklda joylashganiga e'tibor qaratamiz.
DNK molekulasining tashkiliy darajalari
Ushbu gigant molekulaning tuzilishi va morfologiyasini belgilaydigan toʻrtta daraja mavjud:
- Birlamchi daraja yoki struktura zanjirdagi nukleotidlarning tartibidir.
- Ikkilamchi tuzilma mashhur "ikki spiral" dir. Aynan mana shu ibora o'rnatildi, garchi aslida bunday tuzilma vintga o'xshaydi.
- Uchinchi darajali struktura DNKning ikki zanjirli oʻralgan zanjirining alohida boʻlimlari oʻrtasida kuchsiz vodorod aloqalari paydo boʻlishi natijasida hosil boʻladi.molekulaga murakkab fazoviy konformatsiya beradi.
- To'rtlamchi struktura allaqachon DNKning ba'zi oqsillari va RNKlari bilan murakkab kompleksidir. Ushbu konfiguratsiyada DNK hujayra yadrosidagi xromosomalarga o'raladi.
Birlamchi tuzilma: DNK komponentlari
Dezoksiribonuklein kislotaning makromolekulasi hosil boʻlgan bloklar nukleotidlar boʻlib, ularning har biri tarkibiga quyidagilar kiradi:
- azotli asos - adenin, guanin, timin yoki sitozin. Adenin va guanin purin asoslari guruhiga, sitozin va timin esa pirimidinga tegishli;
- besh uglerodli monosaxarid deoksiriboza;
- Ortofosfor kislotasi qoldig'i.
Polinukleotid zanjirining hosil boʻlishida aylana shaklidagi qand molekulasidagi uglerod atomlari hosil qilgan guruhlarning tartibi muhim rol oʻynaydi. Nukleotiddagi fosfat qoldig'i dezoksiribozaning 5'-guruhi ("beshta asosiy" deb o'qing) bilan, ya'ni beshinchi uglerod atomi bilan bog'langan. Zanjirning kengayishi keyingi nukleotidning fosfat qoldig'ini dezoksiribozaning erkin 3'-guruhiga biriktirish orqali sodir bo'ladi.
Demak, DNKning polinukleotid zanjiri shaklidagi birlamchi tuzilishi 3'- va 5'-uchlarga ega. DNK molekulasining bu xossasi qutblanish deb ataladi: zanjir sintezi faqat bir yo‘nalishda borishi mumkin.
Ikkilamchi tuzilma shakllanishi
DNKning strukturaviy tashkil etilishining navbatdagi bosqichi azotli asoslarning bir-birini toʻldirish tamoyiliga asoslanadi - ularning bir-biri bilan juft holda bogʻlanish qobiliyati.vodorod aloqalari orqali. To'ldiruvchilik - o'zaro yozishmalar - adenin va timin qo'sh, guanin va sitozin esa uchlik bog' hosil qilganligi sababli yuzaga keladi. Shuning uchun, qo'sh zanjir hosil qilganda, bu asoslar bir-biriga qarama-qarshi turadi va mos juftlarni hosil qiladi.
Polinukleotidlar ketma-ketligi antiparallel ikkilamchi tuzilishda joylashgan. Demak, agar zanjirlardan biri 3' - AGGZATAA - 5' ko'rinishga ega bo'lsa, buning aksi quyidagicha ko'rinadi: 3' - TTATGTST - 5'.
DNK molekulasi hosil boʻlganda, ikkilangan polinukleotid zanjiri buriladi va tuzlarning konsentratsiyasi, suv bilan toʻyinganligi va makromolekulaning tuzilishi maʼlum struktura bosqichida DNK qanday shakllarni olishini aniqlaydi. A, B, C, D, E, Z lotin harflari bilan belgilangan bir nechta bunday shakllar ma'lum.
C, D va E konfiguratsiyalari yovvoyi tabiatda uchramaydi va faqat laboratoriya sharoitida kuzatilgan. Biz DNKning asosiy shakllarini ko'rib chiqamiz: kanonik A va B deb ataladigan, shuningdek Z konfiguratsiyasi.
A-DNK quruq molekuladir
A shaklidagi vint, har bir burilishda 11 ta qoʻshimcha tayanch juftiga ega oʻng qoʻl vintidir. Uning diametri 2,3 nm, spiralning bir burilish uzunligi esa 2,5 nm. Juftlashgan asoslar hosil qilgan tekisliklar molekula o'qiga nisbatan 20° nishablikka ega. Qo'shni nukleotidlar zanjirlarda ixcham joylashgan - ular orasida atigi 0,23 nm bor.
DNKning bu shakli past gidratatsiya va natriy va kaliyning ion konsentratsiyasining ortishi bilan yuzaga keladi. uchun xosdirDNK RNK bilan kompleks hosil qiladigan jarayonlar, chunki ikkinchisi boshqa shakllarni olishga qodir emas. Bundan tashqari, A shakli ultrabinafsha nurlanishiga juda chidamli. Ushbu konfiguratsiyada dezoksiribonuklein kislota qo'ziqorin sporalarida topilgan.
Ho'l B-DNK
Tuz miqdori past va hidratsiya darajasi yuqori bo'lgan holda, ya'ni normal fiziologik sharoitda DNK o'zining asosiy B shaklini oladi. Tabiiy molekulalar, qoida tariqasida, B shaklida mavjud. U Klassik Uotson-Krik modelining asosini tashkil qiladi va ko'pincha rasmlarda tasvirlanadi.
Ushbu shakl (u ham oʻng qoʻl) nukleotidlarning kamroq ixcham joylashishi (0,33 nm) va katta vint qadami (3,3 nm) bilan tavsiflanadi. Bitta burilish 10,5 ta asosiy juftlikni o'z ichiga oladi, ularning har birining oldingisiga nisbatan aylanishi taxminan 36 ° ni tashkil qiladi. Juftlarning tekisliklari "qo'sh spiral" o'qiga deyarli perpendikulyar. Bunday qo'sh zanjirning diametri A shaklidagidan kichikroq - u atigi 2 nm ga etadi.
Kononik bo'lmagan Z-DNK
Kanonik DNKdan farqli oʻlaroq, Z tipidagi molekula chap qoʻl vintidir. Bu eng yupqasi, diametri atigi 1,8 nm. Uning uzunligi 4,5 nm bo'lgan rulonlari cho'zilganga o'xshaydi; DNKning bu shakli har bir turda 12 juft asosni o'z ichiga oladi. Qo'shni nukleotidlar orasidagi masofa ham ancha katta - 0,38 nm. Shunday qilib, Z-shakli eng kam burilishga ega.
U purin bo'lgan joylarda B tipidagi konfiguratsiyadan hosil bo'ladi.va pirimidin asoslari, eritmadagi ionlar tarkibining o'zgarishi bilan. Z-DNKning shakllanishi biologik faollik bilan bog'liq va juda qisqa muddatli jarayondir. Ushbu shakl beqaror, bu uning funktsiyalarini o'rganishda qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi. Hozircha ular aniq emas.
DNK replikatsiyasi va uning tuzilishi
DNKning birlamchi va ikkilamchi tuzilmalari replikatsiya deb ataladigan hodisa - asosiy makromolekuladan ikkita bir xil "qo'sh spiral" hosil bo'lishi paytida paydo bo'ladi. Replikatsiya jarayonida asl molekula ajralib chiqadi va bo'shatilgan bitta zanjirda bir-birini to'ldiruvchi asoslar hosil bo'ladi. DNK yarmi antiparallel bo'lganligi sababli, bu jarayon ularda turli yo'nalishlarda boradi: 3'-uchidan 5'-uchigacha bo'lgan ona zanjirlarga nisbatan, ya'ni yangi zanjirlar 5' → 3' yo'nalishda o'sadi. Etakchi ip doimiy ravishda replikatsiya vilkasiga qarab sintezlanadi; orqada qolgan ipda sintez vilkadan alohida bo'limlarda (Okazaki bo'laklari) amalga oshiriladi, so'ngra ular maxsus ferment DNK ligaza tomonidan tikiladi.
Sintez davom etar ekan, qiz molekulalarning allaqachon hosil bo'lgan uchlari spiral shaklida buralib qoladi. Keyin, replikatsiya tugagunga qadar, yangi tug'ilgan molekulalar supercoiling deb ataladigan jarayonda uchinchi darajali tuzilma hosil qila boshlaydi.
Super Twisted Molekula
DNKning oʻta oʻralgan shakli ikki zanjirli molekula qoʻshimcha burilish hosil qilganda yuzaga keladi. Bu soat yo'nalishi bo'yicha (ijobiy) yoki bo'lishi mumkinqarshi (bu holda salbiy supercoiling haqida gapiradi). Aksariyat organizmlarning DNKsi salbiy o'ta o'ralgan, ya'ni "qo'sh spiral" ning asosiy burilishlariga qarshi.
Qo'shimcha halqalar - superoillar - hosil bo'lishi natijasida DNK murakkab fazoviy konfiguratsiyaga ega bo'ladi. Eukaryotik hujayralarda bu jarayon komplekslar hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi, ularda DNK giston oqsil komplekslari atrofida salbiy o'raladi va nukleosoma boncuklari bo'lgan ip shaklini oladi. Ipning erkin bo'limlari bog'lovchilar deb ataladi. Giston bo'lmagan oqsillar va noorganik birikmalar ham DNK molekulasining o'ta o'ralgan shaklini saqlashda ishtirok etadilar. Xromatin shu tarzda hosil bo'ladi - xromosomalar moddasi.
Nukleosomali boncuklar bilan xromatin iplari xromatin kondensatsiyasi deb ataladigan jarayonda morfologiyani yanada murakkablashtirishi mumkin.
DNKning yakuniy siqilishi
Yadroda dezoksiribonuklein kislota makromolekulasi shakli juda murakkab boʻlib, bir necha bosqichda siqiladi.
- Birinchidan, filament maxsus solenoid tipidagi strukturaga o'raladi - qalinligi 30 nm bo'lgan xromatin fibrillasi. Bu darajada DNK buklanadi va uzunligini 6-10 marta qisqartiradi.
- Bundan tashqari, fibrilla maxsus iskala oqsillari yordamida zigzag halqalarni hosil qiladi, bu esa DNKning chiziqli hajmini allaqachon 20-30 barobarga qisqartiradi.
- Zich qadoqlangan halqa domenlari keyingi bosqichda shakllanadi, ko'pincha an'anaviy ravishda "chiroq cho'tkasi" deb ataladigan shaklga ega. Ular yadro ichidagi oqsilga birikadimatritsa. Bunday tuzilmalarning qalinligi allaqachon 700 nm, DNK esa taxminan 200 marta qisqaradi.
- Morfologik tashkilotning oxirgi darajasi xromosoma hisoblanadi. Loop domenlari shu darajada siqilganki, jami 10 000 marta qisqarishga erishiladi. Agar cho'zilgan molekulaning uzunligi taxminan 5 sm bo'lsa, xromosomalarga o'ralganidan keyin u 5 mikrongacha kamayadi.
DNK shaklidagi asoratlanishning eng yuqori darajasi mitoz metafazasi holatiga etadi. Aynan o'sha paytda u xarakterli ko'rinishga ega bo'ladi - bo'linish jarayonida xromatidalarning divergentsiyasini ta'minlaydigan konstriksiya-tsentromera bilan bog'langan ikkita xromatid. Interfazali DNK domen darajasiga qadar tashkil etilgan va hujayra yadrosida ma'lum bir tartibda taqsimlanmagan. Shunday qilib, biz DNK morfologiyasi uning mavjudligining turli bosqichlari bilan chambarchas bog'liqligini va hayot uchun ushbu eng muhim molekulaning ishlash xususiyatlarini aks ettirayotganini ko'ramiz.
