<<
>>

Строение и свойства молекулы ДНК

Строение молекулы ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является носителем генетической информации обо всех признаках организма и представляет собой сложное высокомолекулярное соединение, состоящее из последовательности химически связанных между собой нуклеотидов.

Разнообразие молекул ДНК обусловлено возможным разнообразием комбинаций расположения нуклеотидов, количество которых в молекуле ДНК достигает порядка трех миллиардов.

Общая длина молекулы ДНК клетки человека превышает ] ,5 м. ДНК за возможность создавать практически неограниченное количество вариантов получила название «беспредельно варьирующего полимера».

Таким образом, по своему строению ДНК является сложным полимерным соединением. Размер молекул ДНК, как и любых других полимерных соединений, может сильно изменяться. Так как мономерные соединения в ДНК - это нуклеотиды, а ДНК - двухцепочечная структура, то размер молекул ДНК принято измерять в парах нукчеотидов (п.н.) или парах оснований (п.о.).

Каждый нуклеотид включает в себя азотистое основание, состоящее из атомов углерода и азота, пятиуглеродное сахарное кольцо (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты или фосфатную группу (рис. 3.]).

Азотистые основания делятся на два типа: пуриновые и пиримидиновые. Пурины имеют по два конденсированных кольца: одно пятичленное, другое - шестичленное. Пиримидины состоят из одного шестичленного кольца (рис. 3.2). Азотистые основания соединены с дезоксирибозой гликозидной связью, которая в случае пиримидинового основания образуется между первым атомом пен- тозного кольца и третьим атомом основания, а в случае пуринового основания - между первым атомом пентозного кольца и девятым атомом основания. Данное соединение (т.е. соединение, состоящее из азотистого основания и сахара) называется нуклеозидом.

alt="" />


ш

Аденин (А)              Гуанин              (G)

Пиримидиновые основания


alt="Рис.

3.2. Компоненты ДНК: пуриновые и пиримидиновые основания, дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. Показана нумерация положения атомов в молекулах азотистых оснований и дезоксирибозы" />

Пиримидин

5'СН2ОН

ОН

2-Дезоксирибоза

Тимин (Т)              Цитозин              (С)

О'

0=Р-0-

I

О-

Остаток фосфорной кислоты

Рис. 3.2. Компоненты ДНК: пуриновые и пиримидиновые основания, дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. Показана нумерация положения атомов в молекулах азотистых оснований и дезоксирибозы

Чтобы отличить атомы дезоксирибозы от атомов азотистых оснований, их положение принято обозначать номером со штрихом Остаток фосфорной кислоты может образовывать связь с пен- тозным кольцом нуклеозида в двух положениях-, с З'-атомом или с 5'-атомом. Соответственно, возможны два варианта соединений: нуклеозид-З'-монофосфат и нуклеозид-5'-монофосфат.

Нуклеозиды в 5'-положении могут быть связаны более чем с одним остатком фосфорной кислоты, образуя ди- или трифосфаты. Особенностью этих соединений является то, что связи между фосфатными группами являются высокоэнергетическими, т.е. при их разрыве освобождается значительное количество энергии, которая может быть использована для различных клеточных процессов.

Нуклеотиды образуют цепь, остов которой состоит из чередующихся остатков дезоксирибозы и фосфорной кислоты, соединенных фосфодиэфирной связью. Азотистые основания не участвуют в формировании остова цепи. Нуклеотид на одном конце цепи имеет свободную 5'-группу (5'-конец), а на другом - З'-группу (З'-конец).

Последовательность нуклеотидов (азотистых оснований) принято обозначать в направлении от 5'-конца к З'-концу. Именно в этой последовательности закодирована генетическая информация, носителем которой является ДНК.

Модель молекулы ДНК. Согласно модели ДНК, предложенной в 1953 году Уотсоном и Криком, ДНК состоит из двух по- линуклеотидных цепей, скрученных в спираль (рис.

3.3).

Эти цепи не связаны ковалентно, а соединяются водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями.

рис. 3.3. Модель ДНКПри этом А может образовывать водородную связь только с Т, тогда как G специфически соединяется только с С. Эти реакции называют спариванием оснований, а об ос- нованиях, способных спариваться (А с Т и G

с С), говорят, что они комплементарны.              рис. 3.3. Модель ДНК

При специфическом спаривании оснований между А и Т образуются две водородные связи, а между G и С - три. Азотистые основания имеют плоскую форму и располагаются парами перпендикулярно оси спирали. Если рассматривать спираль вдоль оси, то видно, что одна цепь идет в направлении 5'-3', а другая 3'-5', т.е. полинуклеотидные цепи в ДНК антипараллелъны. Фосфатные группы располагаются с внешней стороны спирали, имеют отрицательный заряд и требуют нейтрализации ионами металлов или положительно заряженными белками.

Свойства молекулы ДНК. Структура двойной спирали ДНК, скрепленная с помощью только водородных связей, может быть легко разрушена. Разрыв водородных связей между полинуклео- тидными цепями ДНК можно осуществить в сильнощелочных растворах (при pH gt; 12,5) или при нагревании. После этого цепи ДНК полностью разделяются. Такой процесс называют денатурацией или плавлением ДНК (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Денатурация ДНК

Рис. 3.4. Денатурация ДНК

При денатурации изменяются некоторые физические свойства ДНК, например, ее оптическая плотность. Азотистые основания поглощают свет в ультрафиолетовой области (с максимумом, близким к 260 нм). ДНК поглощает свет почти на 40% меньше, чем смесь свободных нуклеотидов того же состава. Это явление называют гипохромным эффектом, а обусловлено оно взаимодействием оснований при их расположении в двойной спирали.

Таким образом, за денатурацией ДНК можно наблюдать по изменению ее оптической плотности.

При нагревании ДНК среднюю температуру диапазона, при котором происходит разделение цепей ДНК, называют точкой плавления и обозначают как Тпп. В растворе ТП1 обычно лежит в интервале 85-95 °С. Кривая плавления ДНК всегда имеет одну и ту же форму, но ее положение на температурной шкале зависит от состава оснований и условий денатурации. Пары G-С, соединенные тремя водородными связями, являются более тугоплавкими, чем пары А- Т, имеющие две водородные связи, поэтому при увеличении содержания G-C-nap значение Тпл возрастает. Так, ДНК, на 40 % состоящая из G-С (характерно для генома млекопитающих), денатурирует при Гпл около 87 °С, тогда как ДНК, содержащая 60 % G-С, имеет Тш около 95 °С.

На температуру денатурации ДНК (кроме состава оснований) оказывает влияние ионная сила раствора. Значение ТПП также сильно меняется при добавлении к раствору ДНК таких веществ, как формамид (амид муравьиной кислоты HCONH2), который дестабилизирует водородные связи. Его присутствие позволяет снизить Гпл до 40 °С.

Процесс денатурации является обратимым. Явление восстановления структуры двойной спирали, исходя из двух разделенных комплементарных цепей, называют ренатурацией ДНК или отжигом. Для осуществления ренатурации, как правило, достаточно остудить раствор денатурированной ДНК.

В ренатурации участвуют две комплементарные последовательности, которые были разделены при денатурации. Однако ре- натурировать могут любые комплементарные последовательности, которые способны образовать двухцепочечную структуру. Если совместно отжигают одноцепочечные ДНК, происходящие из различных источников, то формирование двухцепочечной структуры ДНК называют гибридизацией. 

<< | >>
Источник: И.В. Стороженко, А.Ю. Культин, В.Г. Никитаев, А.Н. Проничев, Е.Ю. Бердникович. Компьютерные технологии в судебно-генетической экспертизе. 2010

Еще по теме Строение и свойства молекулы ДНК:

  1. 6.4. Радиационный фон
  2. 2.2. Базовые понятия системного подхода
  3. 3. Формы и законы изменений
  4. 4.3.2. Методы измерения контролируемого параметра
  5. 4. ПОНЯТИЕ ОБ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫХ ПРИЗНАКАХ И СВОЙСТВАХ
  6. 2. ПОНЯТИЕ О ПРИЗНАКАХ И СВОЙСТВАХ ВНЕШНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
  7. /. Понятие квалификации преступления
  8. 2.2. Базовые понятия системного подхода
  9. А.А.Солонович. КРИТИКА МАТЕРИАЛИЗМА (2-й цикл лекций по философии)
  10. Операция «Теория резонанса»
  11. Глава 2.3 СИСТЕМА ЗАКОНОВ ОРГАНИЗАЦИИ
  12. Глава 5.1 СУЩНОСТЬ И СТРОЕНИЕ ОРГАНИЗАЦИЙ
  13. Строение и свойства молекулы ДНК
  14. ПОГОВОРИМ О СОБАКАХ
  15. Общие положения криминалистической одорологии: понятие, предмет, методы, задачи
  16. Запаховые следы и их классификация
  17. 3. Принципы формирования и основания систематизации частных методик расследования
- Авторское право - Аграрное право - Адвокатура - Административное право - Административный процесс - Акционерное право - Бюджетная система - Горное право‎ - Гражданский процесс - Гражданское право - Гражданское право зарубежных стран - Договорное право - Европейское право‎ - Жилищное право - Законы и кодексы - Избирательное право - Информационное право - Исполнительное производство - История политических учений - Коммерческое право - Конкурсное право - Конституционное право зарубежных стран - Конституционное право России - Криминалистика - Криминалистическая методика - Криминальная психология - Криминология - Международное право - Муниципальное право - Налоговое право - Наследственное право - Нотариат - Образовательное право - Оперативно-розыскная деятельность - Права человека - Право интеллектуальной собственности - Право собственности - Право социального обеспечения - Право юридических лиц - Правовая статистика - Правоведение - Правовое обеспечение профессиональной деятельности - Правоохранительные органы - Предпринимательское право - Прокурорский надзор - Римское право - Семейное право - Социология права - Сравнительное правоведение - Страховое право - Судебная психиатрия - Судебная экспертиза - Судебное дело - Судебные и правоохранительные органы - Таможенное право - Теория и история государства и права - Транспортное право - Трудовое право - Уголовное право - Уголовный процесс - Философия права - Финансовое право - Экологическое право‎ - Ювенальное право - Юридическая антропология‎ - Юридическая периодика и сборники - Юридическая техника - Юридическая этика -