Історія відкриття та дослідження дезоксирибонуклеїнової кислоти, її властивості. Структура геному, його послідовності, що не кодують білок. Використання ДНК в генній інженерії, судово-медичних експертизах, біоінформатиці та комп"ютерах нового покоління.
Аннотация к работе
Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) - один із двох типів природних нуклеїнових кислот, який забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку й функціонування живих організмів. У клітинах еукаріотів (наприклад, тварин, рослин або грибів) ДНК знаходиться в ядрі клітини в складі хромосом, а також в деяких клітинних органелах (мітохондріях і пластидах). Кожний нуклеотид складається з азотистої основи, цукру (дезоксирибози) і фосфатної групи (або гомологічної арсеноїдної). У переважній більшості випадків (окрім деяких вірусів, що містять одноланцюжкові ДНК) макромолекула ДНК складається з двох ланцюжків, орієнтованих азотистими основами один проти одного. Азотисті основи одного з ланцюжків сполучені з азотистими основами іншого ланцюжка водневими звязками згідно з принципом комплементарності: аденін зєднується тільки з тиміном, гуанін - тільки з цитозином.Спочатку нова речовина отримала назву нуклеїн, а пізніше, коли Мішер визначив, що ця речовина володіє кислотними властивостями, речовина отримала назву нуклеїнова кислота. Біологічна функція нововідкритої речовини була неясна, і довгий час ДНК вважалася запасником фосфору в організмі. Більш того, навіть на початку 20 століття багато біологів вважали, що ДНК не має ніякого відношення до передачі інформації, оскільки будова молекули, на їхню думку, була дуже одноманітною і не могла містити закодовану інформацію. Поступово було доведено, що саме ДНК, а не білки, як вважалося раніше, є носієм генетичної інформації. Експеримент американських учених Алфреда Хершу і Марти Чейз (1952 рік) з міченими радіоактивними ізотопами білками і ДНК бактеріофагів показали, що в заражену клітину передається тільки нуклеїнова кислота фага, а нове покоління фага містить такі ж білки і нуклеїнову кислоту, як і початковий фаг.Кожен нуклеотид складається із залишку фосфорної кислоти, приєднаного за 5"-положенням до цукрудезоксирибози, до якого також через глікозидний звязок (C-N) за 1"-положенням приєднана одна з чотирьох азотистих основ. Саме наявність характерного цукру і складає одну з головних відмінностей між ДНК і РНК, зафіксовану в назвах цих нуклеїнових кислот (до складу РНК входить цукор рибоза). Виходячи із структури молекул, основи, що входять до складу нуклеотидів, розділяють на дві групи: пуринові (аденін [A] і гуанін [G]), утворені сполученими пяти-і шестичленним гетероциклами і піримідинові (цитозин [C] і тимін [T]) - утворені одним шестичленним гетероциклом.Ці ланцюжки в переважній більшості випадків (окрім деяких вірусів, що мають одноланцюжковий ДНК-геном), у свою чергу, попарно обєднуються за допомогою водневих звязків у структуру, що отримала назву подвійної спіралі. Фосфатні групи формують фосфодіестерні звязки між третім і пятим атомами вуглецю сусідніх молекул дезоксирибози, в результаті взаємодії між 3-гідроксильною (3-ОН) групою однієї молекули дезоксирибози і 5-фосфатною групою (5-РО 3) іншої. Полярність ланцюжка грає важливу роль при синтезі ДНК (подовження ланцюжка можливе тільки шляхом приєднання нових нуклеотидів до вільного 3" кінцю). Як вже було сказано вище, у переважної більшості живих організмів ДНК складається не з одного, а з двох полінуклеотидних ланцюжків. Напрями від 3" кінця до 5" кінця в двох ланцюжках, з яких складається молекула ДНК, протилежні (ланцюжки "антипаралельні" один одному).Кожна основа на одному з ланцюжків звязується з однією певною основою на іншому ланцюжку. Пуринові основи комплементарні піримідиновим (тобто, здатні до утворення водневих звязків з ними): аденін утворює звязки тільки з тиміном, а цитозин - з гуаніном. У подвійній спіралі ланцюжки також звязані за допомогою гідрофобної взаємодії і стекінгу, які не залежать від послідовності основ ДНК.ДНК може існувати в кількох можливих конформаціях. Проте, тільки A-, B-і Z-форми ДНК спостерігалися в природних біологічних системах. Конформація, яку приймає ДНК, залежить від послідовності ДНК, величини та напрямку суперскрученості, хімічних модифікації основ і концентрації хімічних речовин у розчині, перш за все концентрацій іонів металів і поліамінів. Ця форма зустрічається за нефізіологічними умовами в зневоднених зразках ДНК, крім того вона, ймовірно, зустрічається в живих клітинах у гібридних комплексах ланцюжків ДНК і РНК, та в комплексах ферментної ДНК. Сегменти ДНК із хімічно зміненими (метильованими) основами можуть проходити через більші конформаційні зміни і приймають Z-форму.На кінцях лінійних хромосом є спеціалізовані структури ДНК, що називаються теломерами. Оскільки звичайна ДНК-полімераза не може реплікувати 3"-кінці хромосом, спеціальний фермент - теломераза - після кожного поділу клітини додає до хромосом повторювані ділянки ДНК, теломери. Теломери також захищають кінці ДНК від деградації екзонуклеазами і запобігають активації систем репарації, які запускаються у відповідь на розриви ДНК. Ці послідовності з високим вмістом гуаніну стабілізують кінці хромосом, формуючи дуже незв
План
План
Вступ
1. Історія дослідження
2. Структура молекули
2.1 Нуклеотиди
2.2 Структури гетероциклічних основ і аденозинмонофосфату (AMP)