Деоксирибонуклеинова киселина - ДНК

Синоними

Генетичен материал, гени, генетичен отпечатък

Английски: Дезоксирибонуклеинова киселина (DNS)

дефиниция

ДНК е строителната инструкция за тялото на всяко живо същество (бозайници, бактерии, Гъби И т.н.). Той съответства в своята цялост на нашите гени и е необходим за общите характеристики на живо същество, като напр броя на краката и ръцете, както и индивидуалните характеристики като цвят на косата.
Подобно на нашия пръстов отпечатък, ДНК на всеки човек е различен и зависи от ДНК на нашите родители. Идентичните близнаци са изключение тук: Те имат идентична ДНК.

Груба структура на ДНК

При хората има ДНК във всяка клетка на тялото Клетъчно ядро (ядро) съдържат. При живи същества, които нямат ядро, като напр бактерии или гъби, ДНК се излага в клетъчното пространство (цитоплазмаКлетъчното ядро, което е само ок. 5-15 цт така се измерва сърце на нашите клетки. Той съхранява нашите гени под формата на ДНК в 46 хромозоми. Около ок. 2 м ДНК Опаковането му в мъничкото ядро ​​е за неговото стабилизиране Протеини и ензими, компресирани в спирали, бримки и бобини.

По този начин, множество гени на една верига ДНК правят един от 46 Х-образни хромозоми, Половината от 46 хромозоми са съставени от хромозоми от майката, а половината от хромозомите на бащата. Активирането на гените обаче е далеч по-сложно, така че характеристиките на детето не са точни 50% може да се проследи до всеки родител.

Освен ДНК под формата на Хромозомите в клетъчното ядро ​​има повече кръгова ДНК в „Енергийни централи„От ден ден Митохондриите.
Този ДНК кръг се предава само от майка на дете.

Илюстрация на ДНК

Илюстративна структура на ДНК

Структура на ДНК, ДНК
Дезоксирибонуклеинова киселина
Дезоксирибонуклеинова киселина

Двойна нишка (спирала)

  1. цитозин
  2. тимин
  3. аденин
  4. Guanine
  5. фосфат
  6. захар
  7. Водородна връзка
  8. Основни двойки
  9. Нуклеотид
    а - основи на пиримидин
    б - пуринови основи
    A - T: 2H мостове
    G - C: 3H мостове

Можете да намерите преглед на всички изображения на Dr-Gumpert на: медицински илюстрации

Подробна структура на ДНК

Можете да мислите за ДНК като за двойно направление, което е изградено като спираловидно стълбище. Тази двойна спирала е малко по-неравна, така че винаги да има по-голямо и по-малко разстояние между стъпалата на спиралното стълбище (големи и малки бразди).

Парапетът на тази стълба се редува последователно:

  • остатък от захар (дезоксирибоза) и
  • фосфатен остатък.

Парапетите имат една от четирите възможни основи. Така две бази образуват стъпка. Самите бази са свързани помежду си чрез водородни връзки.

Тази структура обяснява името ДНК: дезоксирибоза (= захар) + Нуклеична (= от Клетъчно ядро) + Киселина / киселина (= общ заряд на основата на захар-фосфата).

Основите са пръстеновидни, различни химически структури със съответно различни функции на химично свързване. В ДНК има само четири различни бази.

  • Цитозин и тимин (заменени с урацил в РНК) са така наречените пиримидинови основи и имат пръстен в структурата си.
  • Пуриновите основи, от друга страна, имат два пръстена в структурата си. В ДНК те се наричат ​​аденин и гуанин.

Има само една възможност за комбиниране на двете бази, които заедно образуват стъпка.

Винаги има пуринова основа, свързана с пиримидинова основа. Поради химическата структура цитозинът винаги образува комплементарни двойки основи с гуанин и аденин с тимин.

Можете да прочетете по-подробна информация по тази тема под: Теломери - анатомия, функции и заболявания

ДНК бази

Елате в ДНК 4 различни основи пред.
Те включват основи, получени от пиримидин само с един пръстен (цитозин и тимин), и пуринови бази с два пръстена (аденин и гуанин).

Тези основи са със захар и а Фосфатна молекула свързани и след това също се наричат ​​аденинов нуклеотид или цитозин нуклеотид. Това свързване към захарта и фосфата е необходимо, за да могат отделните основи да бъдат свързани, за да образуват дълга верига ДНК. Захар и се редуват в нишката на ДНК фосфат те образуват страничните елементи на ДНК стълбата. Нивата на ДНК на стълбата са съставени от четири различни основи, които сочат навътре.
Аденин и тимин винаги отиват, съответно. Гуанинът и цитозинът образуват т. Нар. Допълващо базово сдвояване.
ДНК базите са свързани чрез така наречените водородни връзки. Двойката аденин-тимин има две, а двойката гуанин-цитозин три от тези връзки.

ДНК полимераза

ДНК полимеразата е a ензимкоито могат да свържат нуклеотидите заедно и по този начин да произведат нова верига ДНК.
ДНК полимеразата може да работи само ако друг ензим (друга ДНК полимераза) се нарича a "Буквар"т.е. се получава стартова молекула за действителната ДНК полимераза.
След това ДНК полимеразата се свързва към свободния край на захарна молекула в рамките на един нуклеотид и свързва тази захар с фосфата на следващия нуклеотид.
ДНК полимеразата представлява в контекста на ДНК репликация (Дублиране на ДНК в процеса на клетъчно делене) произвежда нови ДНК молекули чрез отчитане на съществуващата ДНК верига и синтезиране на съответната противоположна дъщерна верига. За да може ДНК полимеразата да достигне до „родителската верига“, действително двуверижната ДНК трябва да премине през подготвителна ДНК репликация Ензимите да бъде ранен.

В допълнение към ДНК полимеразите, които участват в репликацията на ДНК, има и ДНК полимерази, които могат да поправят счупени или неправилно копирани области.

ДНК като материал и неговите продукти

За да се осигури растежът и развитието на нашето тяло, наследяването на нашите гени и производството на необходимите клетки и протеини, трябва да се извърши клетъчно делене (мейоза, митоза). Необходимите процеси, през които трябва да премине нашата ДНК, са показани в общ преглед:

Replication:

Целта на репликацията е дублиране на нашия генетичен материал (ДНК) в клетъчното ядро, преди клетките да се разделят. Хромозомите се развиват частично, така че ензимите да се прикрепят към ДНК.
Противоположната ДНК двойна верига се отваря, така че двете основи вече да не са свързани една с друга. Всяка страна на парапета или основата сега се чете от различни ензими и се допълва от допълнителната основа, включително парапета. Това създава две еднакви двойни нишки на ДНК, които се разпределят между двете дъщерни клетки.

Транскрипция:

Точно като репликацията, транскрипцията се извършва и в ядрото. Целта е да се пренапише основният код на ДНК в иРНК (пратеник рибонуклеинова киселина). Тиминът се заменя с урацил и части от ДНК, които не кодират протеини, подобно на пространството, се изрязват. В резултат на това, иРНК, която сега се транспортира от клетъчното ядро, е значително по-къса от ДНК и има само една верига.

Превод:

Ако иРНК вече е пристигнала в клетъчното пространство, ключът се чете от базите. Този процес протича на рибозомите. Три основи (Базов триплет) се получава кодът за аминокиселина. Използват се общо 20 различни аминокиселини. След като иРНК е прочетена, веригата от аминокиселини води до протеин, който или се използва в самата клетка, или се изпраща до целевия орган.

Мутациите:

При умножаване и четене на ДНК могат да възникнат повече или по-малко сериозни грешки. В клетка има около 10 000 до 1 000 000 щети на ден, които обикновено могат да бъдат поправени чрез ремонтни ензими, така че грешките да нямат ефект върху клетката.

Ако продуктът, т.е. протеинът, е непроменен въпреки мутацията, тогава има мълчалива мутация. Ако обаче протеинът се промени, болестта често се развива. Например, UV лъчението (слънчевата светлина) означава, че увреждането на основата на тимин не може да бъде поправено. Резултатът може да бъде рак на кожата.
Мутациите обаче не е задължително да са свързани с болест. Можете също така да модифицирате организма в негова полза. Мутациите са голяма част от еволюцията, защото организмите могат да се адаптират към средата си само в дългосрочен план чрез мутации.

Има различни видове мутации, които могат да възникнат спонтанно през различни фази на клетъчния цикъл. Например, ако ген е дефектен, той се нарича генна мутация. Ако обаче грешката засяга определени хромозоми или части от хромозома, тогава това е хромозомна мутация. Ако се засегне броят на хромозомите, това води до мутация на генома.

Прочетете повече за това по-долу: Хромозомна аберация - какво означава това?

ДНК репликация

Най- мишена репликацията на ДНК е Дублиране на съществуващата ДНК.
По време на деленето на клетките ще Клетъчната ДНК точно се удвои и след това се разпределят в двете дъщерни клетки.

Удвояването на ДНК става след т.нар полуконсервативен принцип вместо това, тоест това след първоначалното Развиване на ДНК оригиналната верига на ДНК чрез a Ензим (хеликаза) се отделя и всяка от тези две "оригинални нишки" служи като шаблон за нова верига ДНК.

Най- ДНК полимераза е ензимът, който е отговорен за Синтез на новото направление отговорни е. Тъй като противоположните основи на ДНК веригата са взаимно допълващи се, ДНК полимеразата може да използва съществуващата "оригинална верига", за да подреди свободните бази в клетката в правилния ред и по този начин да образува нова двойна верига ДНК.

След това удвояване на ДНК, две направления на дъщерякоито сега съдържат същата генетична информация, върху двете клеткипричинено от делене на клетки, разделени, Така са две идентични дъщерни клетки изплува от него.

История на ДНК

Дълго време не беше ясно кои структури в тялото са отговорни за предаването на нашия генетичен материал. Благодарение на швейцареца Фридрих Мишер фокусът на изследванията през 1869 г. беше върху съдържанието на клетъчното ядро.

През 1919 г. литовският Phoebus Levene открива основите, захарта и фосфатните остатъци като строителни материали на нашите гени. Канадецът Осуалд ​​Ейвъри успя да докаже, че ДНК, а не протеините всъщност са отговорни за трансфера на гени през 1943 г. с бактериални експерименти.
Американецът Джеймс Уотсън и британецът Франсис Крик сложиха край на изследователския маратон, който се разпространи в много нации през 1953 г. Те бяха първите с помощта на Розалинд Франклин (британски) ДНК-рентгенови лъчи, модел на ДНК двойната спирала, включваща пуринови и пиримидинови основи, захарни и фосфатни остатъци. Рентгеновите снимки на Розалинд Франклин обаче не бяха пуснати за изследване от самата нея, а от колегата й Морис Уилкинс. Уилкинс получава Нобеловата награда за медицина през 1962 г., заедно с Уотсън и Крик. Франклин вече беше починал в този момент и затова вече не можеше да бъде номиниран.

Тази тема може да ви интересува: Хроматин

Значението на откриването на ДНК днес

Някаква кръв на мястото може да осъди извършителя.

криминология:

Ще подозрителни материали като

  • кръв,
  • Спермата или
  • коса

Намерен на местопрестъплението или върху жертва, ДНК може да бъде извлечена от него. Освен гените, ДНК съдържа още секции, които се състоят от чести повторения на бази, които не кодират ген. Тези съкращения служат като генетичен отпечатък, тъй като са силно променливи. Гените обаче са почти идентични при всички хора.

Ако изрежете ДНК, получена с помощта на ензими, се образуват много малки парчета ДНК, наричани още микросателити. Ако сравним характерния модел на микросателитите (фрагменти от ДНК) на заподозрян (например от проба от слюнка) с този на съществуващия материал, има голяма вероятност да се идентифицира извършителят, ако те съвпадат. Принципът е подобен на този на пръстовия отпечатък.

Тест за бащинство:

И тук дължината на микросателитите на детето се сравнява с дължината на възможния баща. Ако съвпадат, бащинството е много вероятно (виж също: Криминология).

Проект за човешки геном (HGP):

През 1990 г. стартира проектът за човешкия геном. С цел дешифриране на целия код на ДНК, Джеймс Уотсън първоначално ръководи проекта. От април 2003 г. човешкият геном се счита за напълно дешифриран. Приблизително 21 000 гена могат да бъдат присвоени на 3,2 милиарда базови двойки. Сумата от всички гени, геномът, от своя страна е отговорен за няколкостотин хиляди протеини.

ДНК секвениране

При секвениране на ДНК се използват биохимични методи за определяне на реда на нуклеотидите (ДНК основна молекула със захар и фосфат) в молекулата на ДНК.

Най-често срещаният метод е това Метод на прекратяване на безопасната верига.
Тъй като ДНК е съставена от четири различни основи, се правят четири различни подхода. ДНК, която трябва да бъде секвенирана, е във всеки подход грунд (Стартова молекула за секвениране), ДНК полимераза (ензим, който разширява ДНК) и смес от всички необходими четири нуклеотида. Въпреки това, във всеки от тези четири подхода различна база е химически модифицирана по такъв начин, че да може да бъде включена, но не предлага точка на атака за ДНК полимеразата. Така се стига до Прекъсване на веригата.
Този метод създава фрагменти от ДНК с различна дължина, които след това се заменят с т.нар Гел електрофореза химически разделени според дължината им. Полученото сортиране може да бъде преведено в последователността на нуклеотидите в секвенирания ДНК сегмент чрез маркиране на всяка основа с различен флуоресцентен цвят.

ДНК хибридизация

ДНК хибридизацията е a молекулярно-генетичен методкойто се използва за създаване на Демонстрирайте сходство между две единични нишки на ДНК с различен произход.

Този метод използва факта, че ДНК двойната верига винаги е съставена от две взаимно допълващи се единични нишки.
Колкото по-подобни и двете единични нишки са една към друга, толкова повече основи образуват твърда връзка (водородни връзки) с противоположната основа или толкова повече възникват повече базови двойки.

Няма да има двойно сдвояване между секциите на двете нишки на ДНК, които имат различна последователност на базата.

Най- относителен брой връзки сега може чрез Определяне на точката на топене, в който новосъздадената ДНК двойна верига е отделена.
Колкото по-висока е точката на топене лъжи, по-допълващи се основи са образували водородни връзки помежду си и толкова по-подобни са двете единични нишки.

Тази процедура може да се използва и за Откриване на специфична основна последователност в ДНК смес използван. Можете да направите това изкуствено оформени ДНК парчета, маркирани с (флуоресцентно) багрило да стане. След това те служат за идентифициране на съответната основна последователност и по този начин могат да я направят видима.

Изследователски цели

След попълване на Проект за човешки геном Сега изследователите се опитват да присвоят отделните гени според тяхното значение за човешкото тяло.
От една страна, те се опитват да направят изводи Появяване на болести и терапия От друга страна, сравнявайки човешката ДНК с ДНК на други живи същества, има надежда да можем по-добре да илюстрираме еволюционните механизми.

Препоръки от редакционния екип

Тук можете да разберете всичко, което трябва да знаете за молекулните компоненти на тялото!

  • Протеини
  • Ензимите
  • Клетъчна плазма в човешкото тяло
  • митоза