A kutató tudósok élő bolygója, hogyan működik a DNS és az RNS

Minden élő szervezet - minden ember, minden állat és növény - több millió percnyi élő rendszerből áll, melyeket celláknak neveznek. Minden sejten belül egy csodálatos kémiai vegyület - egy DNS-molekula. Ez az egész élet alapja. A DNS az emberi test sejtjeiben nemcsak azt írja elő, hogy minden sejt hogyan viselkedjen a túlélés érdekében, hanem magában hordozza az összes olyan információt, amely az új emberi test létrehozásához szükséges.

A James Watson és Francis Crick által 1953-ban megfogalmazott DNS-struktúra meghatározása a 20. század egyik legfontosabb tudományos áttörése volt, és felfedezésük hatalmas hatással volt életünkre. A dezoxi-ribonukleinsavat 1869-ben fedezték fel a svájci hallgató, Johann Friedrich Micher. Mikroszkóp alatt a régi kötéseken vizsgálva Misher felfedezte a legkisebb vastagodást a sejtek sejtjeiben. Ernst Hoppe-Seyler professzor tanulmányozta ezen sűrítmények kémiai összetételét és megállapította a savas tulajdonságait, ezért ezt az anyagot nukleinsavnak nevezte. Abban az időben senki sem tudta elképzelni a felfedezés valódi jelentőségét.

Ábra. 1. A DNS-csomagolás rendszere egy emberi kromoszómában:
A kromatidok a középső részhez - a centromérhoz kapcsolódnak.

Ezt a nagyszerű felfedezést követően a biokémikusok elkezdték a DNS-t töredékre osztani és felfedezni, részenként. A tanulmányok négy különböző vegyi anyagra koncentráltak, amelyek a létra - guanin, citozin, adenin és timin lépcsőit alkotják. Erwin Charguff úgy találta, hogy ez a négy "bázis" párokban csak bizonyos módon kombinálódott - a guanin csak a citozinnal kapcsolódik, az adenin pedig csak a timinnal.

Hamarosan nyilvánvalóvá vált, hogy a DNS feloldásának kulcsa a hosszú molekulák mindegyikének felszínén elhelyezkedő bázispárok helyének sorrendjében rejlik. Az alapszekvenciában, mint a számítógép bitjein, az információ kódolva van. Ezek a bázisok olyanok, mint az ábécé betűi, és a sorozatot "mondatokra" osztják, amelyeket géneknek neveznek. Az egyes gének kódja a sejtre adott utasítás egy bizonyos fehérje előállításához. A teljes genetikai kódot 1967-ben az amerikai biokémikusok, Marshall Nirenberg és Harom Korana megfejtették; e munkájukért Nobel-díjat kaptak.

Mi a szerepe a DNS és az RNS különböző formáiban a genomban?

A DNS a sejt magjában található minden kromoszóma része, és nagyon tömör formában van beágyazva (lásd az 1. ábrát). Ha bővíteni DNS-szál, akkor látható, hogy ez az a forma egy kettős spirál, amely egy nukleotid, amelyben a nitrogéntartalmú bázist vagy bázisokat (adenin, timin, guanin és citozin). párosok hidrogénkötésekkel vannak összekapcsolva. Ezenkívül az adenint mindig kötődik két hidrogénkötéshez csak a timin és a guanin - három hidrogénkötéssel, citozinnal. Ezért az adenin és a timin közötti kapcsolat mindig sokkal erősebb, mint a guanin és a citozin közötti kapcsolat.

A nukleotid a DNS és az RNS egyik strukturális blokkja. Ez egy bázis (adenin, timin, guanin és citozin), egy cukormolekula (dezoxiribóz) és foszfát-csoportok (foszforsav) (lásd. Ábra. 3.).

Ábra. 3. Nukleotid kötődés DNS-ben:
bázisok (adenin-A, timin-T, guanin-G és citozin-C),
a cukor molekula (S) és a foszfátcsoport (P)

A DNS-ben vagy RNS-ben levő három bázis egy kód vagy kodon elemi egységet képez (4. ábra). Minden kodon pontosan azt az aminosavat írja le, amelyet fel kell használni a fehérjemolekula létrehozásakor. Ennek megfelelően a kodonok sorrendje megegyezik a létrehozandó fehérje aminosavainak sorrendjével.

Érdekes, hogy nem minden kodon hordoz hasznos információt, és ezzel kapcsolatban még a "gén szemetet" is megjelent.

Ábra. 4. Példák kodonokra egy RNS-molekulában.

Az összekapcsolás során (egyfajta tisztítás) néhány kodont kivágnak és "eldobják" a korábban másolt RNS-ben (pre-mRNS vagy pre-mRNS). A visszadobott szomszédos területeket intronnak nevezik, és az mRNS-t alkotó többi régiók exonok. Egy intron és két szomszédos exon kombinációját génnek nevezik, és az öröklés egysége (5. ábra).

Az exon általában sokkal kisebb, mint az intronok, és szerepe és eredete még mindig ismeretlen a tudósok számára. A gén tartalmazhat tíz, több száz és akár több ezer bázist (lásd 1. táblázat).

1. táblázat: A gének számának és a genom méretének összehasonlítása különböző organizmusokban

A nagyon egyszerű és nagyon összetett organizmusok génjeinek és bázisainak ilyen sokféleségének okai még mindig nem egyértelműek.

Az a folyamat, amellyel egy DNS-molekula képes multiplikálni, replikációnak nevezik (6. ábra).

Ábra. 6. DNS replikáció vázlat:
a kettős hélix DNS kibontakoztatása
és pontos másolatot hoz létre pár nukleotidok csatolásával.

Mi a különbség a DNS és az RNS molekulák között? Az RNS kémiai összetétele nagyon hasonlít egy spirál DNS-szálhoz, amelyben a timint uracil helyettesíti (7. ábra).

Ábra. 7. A DNS és az RNS szerkezetének összehasonlítása.

Az RNS számos szerepet játszik: a genetikai információ átvitelétől a gének mutációig. Azonban a szerepek végrehajtására szolgáló mechanizmusok még mindig nem egyértelműek. Egészen a közelmúltig azt hitték, hogy az RNS-molekulák a hírvivők vagy az intracelluláris aminosavak hordozói. Úgy tűnik, hogy a tudósok végre sikerült kideríteniük, hogy az RNS segédfunkciót végez és a híres DNS-partnere árnyékában van. Hosszú időn keresztül a tudósok úgy vélték, hogy az RNS megkapja a DNS utasításait és átalakítja a genetikai információt fehérjékké. Azonban újabban újabb adatokat kaptak, hogy az RNS leállíthatja a gének működését és megváltoztathatja a gének expressziós szintjét. Egyes szervezetekben az RNS szó szerint megváltoztathatja a genomot, hangsúlyozva néhányat és elnyomhatja más géneket. Bizonyíték van arra, hogy az RNS előre tudja meghatározni a sejtek sorát, beleértve a sejtek fejlődését gátló géneket. Ismét a tudósok szembesültek azzal, hogy a tudás széles körének kiterjesztésével kibővítették az ismeretlen látóterét.

A DNS és az RNS tanulmányozásának történelmi időpontjai.

1869 - A svájci kémikus, Johann Friedrich Miescher (FriedrichMiescher) először izolálta a nukleinsavat a sejtmagból.

1910 -Albreht Kossel (AlbrechtKossel) megkapta a Nobel-díjat fiziológiai vagy orvostudományi „az ő hozzájárulása a tanulmány sejtkémia készített tanulmányok fehérjék, beleértve a nukleinsav anyagok”.

1945 - Oswald Avery felfedezte, hogy a DNS utasításokat küld az élő sejteknek.

1953. - James Watson (James Watson) és Francis Creek létrehozta a DNS térbeli modelljét egy kettős hélix formájában.

1959 - Severo Ochoa (Severo Ochoa) és Arthur Kornberg (Arthur Romberg) megkapta a Nobel-díjat fiziológiai vagy orvostudományi „a felfedezés a biológiai mechanizmusok szintézisének ribonukleinsav és dezoxiribonukleinsavak.”

1962 - James Watson, Francis Creek és Maurice Wilkins megkapta az Élettani és Orvosi Nobel-díjat azoknak a nukleinsavak molekuláris szerkezetére vonatkozó felfedezéseiről és azoknak az élő rendszerekben való információátadásra gyakorolt ​​hatásairól.

1989 - A Sidney Altman (Sidney Altman) és Thomas Cech (Thomas Robert Cech) kapta a kémiai Nobel-díjat "azok felfedezése katalitikus tulajdonságainak RNS".