ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Есть днк у растений

ДНК, дезоксирибонуклеиновая кислота, репликация ДНК

Такие материалы, как дезоксирибонуклеиновые кислоты являются соединениями, которые составляют структуру системы ядра клетки абсолютно всех живых организмов. Аналогично белковым соединениям и хромосомам, в них содержится совокупная генетическая информация о том или ином биологическом виде. Эти данные называют генотипом.

Как расшифровывалась ДНК?

Подробное изучение структуры молекулярных соединений дезоксирибонуклеиновой кислоты, выявление построения ее клетки – великое достижение ученых, которое вывело генетику и медицину на новый качественный уровень. Это уникальное открытие обладает примечательной историей. Ведь оно не было сделано одним единственным человеком. Расшифровкой структуры молекулярных соединений дезоксирибонуклеиновой кислоты занималось несколько ученых на протяжении определенного периода времени.

Согласно многочисленным научным трудам, первопроходцами в открытии ДНК считаются Уотсон, а также Крик. В начале 1950-х годов прошлого века они воссоздали структуру молекулярного соединения ДНК, которая представлена 2 спиралями. Более того, необходимо помнить и еще одного ученого – Иоганна Фридриха Мишера, который также приложил руку к изучению ДНК. Он знаменит тем, что в 1969 г. 20 в. открыл так называемые нуклеиновые кислоты. Именно благодаря ему мир узнал о существовании такого специфического вещества, как фтор содержащая кислота. Ее одновременно с белковыми соединениями выделяют белые кровяные тельца. В данном случае речь идет о нуклеине. Однако, Феликс Хоппе-Зейлер, который являлся руководителем Иоганна Фридриха Мишера, отнесся к проведенным исследованиям с долей скепсиса. Молодому ученому пришлось еще несколько раз повторить эксперименты, и окончательные результаты по исследованию ДНК были опубликованы только спустя 2 года.

При этом понадобилось еще много времени, чтобы люди и, в первую очередь, ученый мир осознал насколько важное значение имеет биологическая и генетическая роль ДНК.

Структура молекулы ДНК и ее репликация

До того, как была обоснована структура ДНК, люди не могли осознать биологические инструменты, которые оказывают влияние на все процессы, протекающие в живых клетках. В молекуле ДНК содержатся в определенной последовательности нуклеотиды. Последние формируют 2 цепочки, которые обвивают друг друга и образуют спирали. При этом данные образования соединяют водородные мостики. На особенность существующей последовательности влияют основания из азота, которые содержатся в структуре нуклеотидов. Есть 4 типа подобных оснований.

Учитывая пространственную структуру цепей полинуклеотидов, молекулярные соединения ДНК при помощи азотистых оснований связываются между собой согласно определенным природным законам. В то время, как аденин создает связующую цепочку исключительно с тимином, то гуанин соединяется только с цитозином. Что же касается количества их связей, то в первом случае оно ровняется 2, а во втором – 3. Благодаря данному пространственному соответствию, которое называется принципом комплиментарности, в живых клетках происходят очень важные процессы. Таким образом, согласно данным принципам, нуклеотидные последовательности 2 соединений молекул ДНК считывают структуру друг у друга. Что же касается синтеза новоявленной клетки в ДНК по образу и подобию уже существующей, то данный процесс называется репликация. До его начала происходит разграничение цепей старшей ДНК. После чего рядом с каждой нитью появляется дополнительная последовательность нуклеотидов. Ее называют дочерней ДНК. В итоге, происходит рождение 2 свежих молекулярных соединений.

Основные функции ДНК

Абсолютно все живые вещества содержат дезоксирибонуклеиновую кислоту. Если говорить о ее главной биологической роли, то она сводится к биосинтезу и сопровождению всех жизненно важных процессов, которые происходят в клетках. Вместе с тем, существует особо важные характеристики, а также биологические возможности ДНК:

1. Благодаря ДНК осуществляется передача всех наследственных параметров рода от одной генерации к другой. Данный процесс происходит через передачу данных клеткам органов половой секреции, которые имеют отношение к одному определенному виду.
2. ДНК способствует формированию рибонуклеиновых кислот, сокращенно – РНК. Она также является группой макромолекул, которые содержаться в молекулярных соединениях всех живых организмов. При этом РНК синтезирует белок, которому свойственны определенные характеристики и признаки конкретного вида.
3. Помимо белков в ДНК отведено место и хромосомам. Они равномерно распределяют генетические данные (ядерное вещество) от одной дочерней клетки к другой. Без этой особенности выживание будущих потомств не представляется возможным.
4. Только что появившиеся молекулярные соединения ДНК могут осуществлять синтез исключительно за счет собственных ресурсов. Данный процесс называется самовоспроизведением. Правда, для этих целей им все же требуются исходные молекулы ДНК. Этот процесс происходит в перерывах между делениями либо при подготовке клеток к размножению. Подобное явление четко заметно при воспроизведении таких элементов, как сперматозоиды, а также эритроциты.

Инновационные методы применения ДНК-технологий в различных сферах деятельности

В настоящее время в лабораторных условиях изучаются неизвестные ранее способы, методы и возможности применения ДНК-технологий. Как правило, они основаны на программировании дезоксирибонуклеиновых кислот. Данные эксперименты сопряжены с колоссальными затратами. Причем как умственного, так и материального плана. Именно поэтому эти исследования невозможно провести за короткий промежуток времени. Чтобы добиться определенных результатов, потребуются годы, а то и десятилетия.

В течение последних лет медицина обзаводится все более широким ассортиментом препаратов и лекарств, которые содержат нуклеиновую кислоту. В основном, они используются для лечения пациентов, которые страдают от гематологических заболеваний. В данном случае речь идет о дисфункции кроветворения. Препараты, которые содержат нуклеиновую кислоты, обладают стимулирующим эффектом и положительно воздействуют на костный мозг. Также они регулируют фосфорный обмен. При этом препараты на основе нуклеиновой кислоты оказывают хорошее профилактическое воздействие. Например, с их помощью проводят профилактику рахита.

Метод ДНК-распознавания широко используется и в такой сфере, как криминалистика. Он представляет из себя мощный инструмент, с помощью которого можно идентифицировать личность злоумышленника, обладая только образцами его генетического материала. Это кровь, сперма, кусочки эпидермиса либо волосинки. Учитывая тот факт, что генетическая информация не поддается изменению, ДНК-распознавание является единственной возможностью установить личность того или иного человека. Хотя этот процесс отличается длительностью и трудоемкостью.

Чтобы спрогнозировать генетические отклонения и заболевания также необходимо прибегать к использованию ДНК-технологий. С их помощью своевременно, еще на этапе самой беременности, определяются всевозможные патологии, которые могут возникнуть при развитии плода.

Идентичный метод ДНК-программирования будущих урожаев применяется и в такой сфере, как сельское хозяйство. Особенно, он актуален при селекции. Передовые прогрессивные методики, которые используются в научном мире, способствуют выращиванию сельхозпродукции, обладающей уже заранее спрограммированными характеристиками. Таким образом, ученым удается предельно увеличить уровень урожайности и повысить устойчивость растений к агрессивным проявлениям внешней среды. Также благодаря ДНК-программированию обеспечивается высокая неприхотливость к условиям и методам хранения, перевозкам выращенных сельскохозяйственных культур. Иными словами, увеличиваются сроки годности продуктов питания и одновременно удешевляется процесс их производства. В особенности, это имеет большое значение в процессе культивирования помидоров, семечек подсолнечника, кукурузы, риса, а также других сельскохозяйственных культур и растений.

А вот в сфере спортивных достижений, передовые ДНК-технологии используются для изучения на уровне генетики предрасположенности атлетов к определенным уровням физической нагрузки. Также исследуется и мышечная деятельность спортсменов. Применяя данную методику, возможно подбирать индивидуальный тренировочный план. Таким образом, можно подтянуть спортсмена к определенному результату, итогу соревнований.

Учитывая все вышесказанное, молекулярные соединения ДНК являются универсальным носителем, который содержит генетическую информацию о живых клетках. Открытие дезоксирибонуклеиновой кислоты – это важный этап в развитии всего человеческого рода. В настоящий момент использование ДНК-методов и технологий в различных областях переживают стадию бурного развития и анализа.

anatomus.ru

Молекула ДНК: уровни структурной организации

Молекула ДНК – это полинуклеотид, мономерными единицами которого служат четыре дезоксирибонуклеотида (дАМФ, дГМФ, дЦМФ и дТМФ). Соотношение и последовательность этих нуклеотидов в ДНК разных организмов различны. Кроме главных азотистых оснований в ДНК содержатся и другие дезоксирибонуклеотиды с минорными основаниями: 5-метилцитозин, 5-оксиметилцитозин, 6-метиламинопурин.

После того как появилась возможность использования метода рентгеновской кристаллографии для изучения биологических макромолекул и получения совершенных рентгенограмм, удалось выяснить молекулярную структуру ДНК. Указанный метод основан на том, что пучок параллельных рентгеновских лучей, падающих на кристаллическое скопление атомов, образует дифракционную картину, которая в основном зависит от атомной массы этих атомов, их расположения в пространстве. В 40-х годах прошлого века была выдвинута теория о трехмерной структуре молекулы ДНК. У. Астбюри доказал, что дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой стопку из наложенных один на другой плоских нуклеотидов.

Первичная структура молекулы ДНК

Под первичной структурой нуклеиновых кислот подразумевают последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК. Нуклеотиды связываются между собой при помощи фосфодиэфирных связей, которые образуются между ОН-группой в положении 5 дезоксирибозы одного нуклеотида и ОН-группой в положении 3 пентозы другого.

Биологические свойства нуклеиновых кислот определяются качественным соотношением и последовательностью нуклеотидов вдоль полинуклеотидной цепи.

Нуклеотидный состав ДНК у организмов разных таксономических групп специфичен и определяется отношением (Г + Ц)/(А + Т). С помощью коэффициента специфичности была определена степень гетерогенности нуклеотидного состава ДНК у организмов различного происхождения. Так, у высших растений и животных отношение (Г+Ц)/(А+Т) колеблется незначительно и имеет значение больше 1. Для микроорганизмов коэффициент специфичности изменяется в широких пределах — от 0,35 до 2,70. Вместе с тем соматические клетки данного биологического вида содержат ДНК одного и того же нуклеотидного состава, т. е. можно сказать, что по содержанию ГЦ-пар оснований ДНК одного вида идентичны.

Определение гетерогенности нуклеотидного состава ДНК по коэффициенту специфичности еще не дает информации о ее биологических свойствах. Последнее обусловлено различной последовательностью отдельных нуклеотидных участков в полинуклеотидной цепи. Это значит, что генетическая информация в молекулах ДНК закодирована в специфической последовательности ее мономерных единиц.

Молекула ДНК содержит нуклеотидные последовательности, предназначенные для инициации и терминации процессов синтеза ДНК (репликация), синтеза РНК (транскрипция), синтеза белка (трансляция). Имеются нуклеотидные последовательности, которые служат для связывания специфических активирующих и ингибирующих регуляторных молекул, а также нуклеотидные последовательности, не несущие какой-либо генетической информации. Существуют также модифицированные области, которые защищают молекулу от действия нуклеаз.

Проблема нуклеотидной последовательности ДНК до настоящего времени полностью не разрешена. Определение нуклеотидной последовательности нуклеиновых кислот является трудоемкой процедурой, предусматривающей применение метода специфического нуклеазного расщепления молекул на отдельные фрагменты. На сегодняшний день полная нуклеотидная последовательность азотистых оснований установлена для большинства тРНК разного происхождения.

Молекула ДНК: вторичная структура

Уотсон и Крик спроектировали модель двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты. Согласно данной модели две полинуклеотидных цепи обвивают друг друга, при этом образуется своеобразная спираль.

Азотистые основания в них расположены внутри структуры, а фосфодиэфирный остов — снаружи.

Молекула ДНК: третичная структура

Линейная ДНК в клетке имеет форму вытянутой молекулы, она упакована в компактную структуру и занимает всего 1/5 объема клетки. Например, длина ДНК хромосомы человека достигает 8 см, а упакована так, что умещается в хромосоме с длиной 5 нм. Подобная укладка возможна благодаря наличию спирализованных структур ДНК. Из этого следует, что двухцепочечная спираль ДНК в пространстве может подвергаться дальнейшей укладке в определенную третичную структуру — суперспираль. Суперспиральная конформация ДНК характерна для хромосом высших организмов. Подобная третичная структура стабилизируется за счет ковалентных связей с остатками аминокислот, входящих в состав тех белков, которые образуют нуклеопротеидный комплекс (хроматин). Следовательно, ДНК эукариотических клеток ассоциирована с белками главным образом основного характера — гистонами, а также кислыми белками и фосфопротеидами.

Что такое ДНК

Нуклеиновые кислоты имеют первостепенное биологическое значение и представляют собой сложные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Они впервые были обнаружены в ядрах клеток, откуда и их название (нуклеус — ядро).

Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая.

Важные открытия были сделаны учеными, они открыли молекулу ДНК. На основе этой молекулы строится вся жизнь.

Немного из истории. ДНК впервые были открыты Мишером (F. Micscher, 1869), который назвал полученное вещество нуклеином (лат. nucleus ядро). Впоследствии было показано, что нуклеин представляет собой высокомолекулярную, содержащую фосфор кислоту, находящуюся в комплексе с белками, поэтому стали различать собственно нуклеиновую кислоту [Альтманн (R. Altmann), 1889] и ее комплексы с белками — нуклеопротеиды. Вскоре нуклеиновая кислота была получена из вилочковой железы (тимуса) теленка, оказавшейся богатым источником итого вещества. Вещество, близкое но свойствам, но отличающееся от нуклеиновой кислоты, полученной из тимуса, выделили из дрожжей. Выяснилось, что нуклеиновая кислота из дрожжей содержит аденин, гуанин, цитозин и урацил, тогда как нуклеиновая кислота. выделенная из тимуса теленка, вместо урацила содержит тимин. В качестве углеводного компонента в дрожжевой нуклеиновой кислоте нашли пентозу, а в препарате из тимуса — дезоксипентозу. В зависимости от источника получения эти нуклеиновые кислоты получили названия тимонуклеиновой и зимонуклеиновой. Поскольку первый тип нуклеиновой кислоты находили в животных объектах, а второй — в растительных, употребляли также названия «животная» и «растительная» нуклеиновые кислоты. Однако, когда Фейльген (R. Feulgen) разработал гистохимическую реакцию на «животную» нуклеиновую кислоту, оказалось, что она обнаруживается в ядре как животных, так и растительных клетоколо С другой стороны, «дрожжевая» нуклеиновая кислота была найдена Ж. Браше главным образом в цитоплазме клеток и растений, и животных. Наконец, А. Н. Белозерскимналичие ДНК у растений было доказано химически. Названия «дезоксирибонуклеиновая кислота» (ДНК) и «рибонуклеиновая кислота» (РНК) были предложены после того, как Левином (Р.A. Levenе) было установлено, что дезоксипентоза в тимонуклеиновой кислоте является дезоксирибозой, а пентоза в зимонуклеиновой кислоте — рибозой.

Монумент в честь открытия двойной спирали ДНК. Фото: mira66

Общие понятия о дезоксирибонуклеиновых кислотах

Дезоксирибонуклейновые кислоты (ДНК; устаревшие названия: дезоксипентозонуклеиновые кислоты, ядерные нуклеиновые кислоты, тимонукленновые кислоты, животные нуклеиновые кислоты) — нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксприбозу, а в качестве одного из пиримидиновых оснований — тимин, которым в молекулах рибонуклеиновых кислот соответствуют рибоза и урацил. ДНК представляют собой линейные полимеры дезоксирибонуклеотидов, в последовательности азотистых оснований которых закодирована вся наследственная информация.

Таким образом, ДНК данного организма содержит в себе информацию о всех признаках вида и особенностях индивидуума — его генотип — и передает эту информацию потомству, воспроизводя определенную последовательность оснований в строении индивидуальных ДНК. Поскольку молекулы ДНК очень больших размеров и существует огромное множество возможных неодинаковых последовательностей из четырех различных нуклеотидов, число разных молекул ДНК практически бесконечно.

В природе ДНК содержатся во всех организмах за исключением РНК-содержащих вирусов. ДНК являются типичным компонентом клеточного ядра, в котором они находятся в комплексе с белками, главным образом гистонами, образуя дезоксприбонуклеопротеиды, составляющие основу цитологической структуры хроматина и вещества хромосом. ДНК обнаружена также в хлоропластах растительной клетки и в митохондриях животных и растений, в которых она кодирует часть белков этих структур, благодаря чему они обладают некоторой автономией и лишь частично зависят от ДНК ядра.

Вот в таком виде сегодня выдают результаты персонального генетического тестирования. Фото: Kari Sullivan

biofile.ru

Содержание ДНК в клетках и тканях

Содержание ДНК в органах и тканях животных и человека колеблется в широких пределах и, как правило, тем выше, чем больше клеточных ядер приходится на единицу массы ткани. Особенно много ДНК (около 2,5% сырого веса) в вилочковой железе, состоящей главным образом из лимфоцитов с крупными ядрами. Довольно много ДНК в селезенке (0,7—0,9%), мало (0,05—0,08%) в мозге и мышцах, где ядерное вещество составляет значительно меньшую долю. На ранних стадиях эмбрионального развития в этих органах содержится больше ДНК, но содержание ее уменьшается в процессе онтогенеза по мере дифференцировки. Однако количество ДНК на одно клеточное ядро, содержащее диплоидный набор хромосом, практически постоянно для каждого биологического вида. Соответственно количество ДНК в ядрах половых клеток вдвое ниже. По этой же причине различные физиологические и патологические факторы почти не влияют на содержание ДНК в тканях, а при голодании, например, относительное содержание ДНК даже возрастает за счет снижения концентрации других веществ (белков, углеводов, липидов, РНК). У всех млекопитающих количество ДНК в диплоидном ядре почти одинаково и составляет около 6 1012 г, у птиц — около 2,5 10-12, у разных видов рыб, амфибий и простейших оно колеблется в значительных пределах.

Содержание ДНК в бактериях довольно велико и достигает нескольких процентов в пересчете на сухой вес; в вирусах оно может доходить до 50%. Вместе с тем абсолютное количество ДНК в бактериальной клетке в среднем на два порядка ниже, чем в клеточном ядре высших организмов, а в ДНК-содержащих вирусах оно ниже еще на два порядка.

У бактерий одна гигантская молекула ДНК образует генофор, соответствующий хромосоме высших организмов. Так, у кишечной палочки Escherichia coli молекулярный вес такой кольцеобразной двуспиральной молекулы достигает около 2,5-Ю9 и длины, превышающей 1,2 мм. Эта огромная молекула плотно упакована в небольшой «ядерной области» бактерии и соединена с бактериальной мембраной.

В хромосомах высших организмов (эукариотов) ДНК находится в комплексе с белками, главным образом гистонами; в каждой хромосоме содержится, по-видимому, одна молекула ДНК длиной до нескольких сантиметров и молекулярным весом до нескольких десятков миллиардов. Такие огромные молекулы умещаются в клеточном ядре и в митотических хромосомах длиной в несколько микрометров. Часть ДНК остается не связанной с белками; участки несвязанной ДНК перемежаются с блоками ДНК, связанной с гистонами. Показано, что в таких блоках содержится по две молекулы гистонов 4 типов: Нда, Hab, Hg и Н4.

Помимо клеточного ядра, ДНК содержится в митохондриях и в хлоропластах. Количество  такой ДНК обычно невелико и составляет небольшую долю общей ДНК клетки. Однако в ооцитах и на ранних стадиях эмбрионального развития животных подавляющая часть ДНК локализована в цитоплазме, главным образом в митохондриях. В каждой митохондрии содержится по поскольку молекул ДНК. У животных мол. вес митохондриальной ДНК составляет около 10-106; ее двуспиральные молекулы замкнуты в кольцо и находятся в двух основных формах: сверхскрученной и открытой кольцевой. В митохондриях и в хлоропластах ДНК не находится в комплексе с белками, она ассоциирована с мембранами и напоминает бактериальную ДНК Небольшие количества ДНК обнаружены также в мембранах и некоторых других структурах клеток, однако их особенности и биологического роль остаются неясными.

Гистохимические методы обнаружения в тканях

В основе гистохимических методов выявления нуклоиновых кислот лежат реакции на все компоненты, входящие в их состав. В растущих тканях происходит быстрое обновление пуринов, пиримидинов, фосфорных соединений и Сахаров. Этим пользуются для избирательного выявления в них ДНК авторадпографическим методом с помощью 3Н-тимпдпна. ДНК образует соли с щелочноземельными и тяжелыми металлами. Остатки фосфорной кислоты, которые обычно связаны с ядерными белками (чаще всего гистонами), при вытеснении последних легко вступают в химические реакции с основными красителями. Для этого могут быть использованы сафранин О, янус зеленый В, толуидиновый синий, тионин, азур А и не которые другие красители, разведенные растворы которых в уксусной кислоте избирательно окрашивают хроматин. Для количественного гистохимические определения ДНК рекомендуется метод с применением галлоцианин-хромосовых квасцов, который обладает двумя ценными качествами. Галлоцианинхромовые квасцы дают устойчивую окраску, которая не меняется при обезвоживании и просветлении срезов в ксилоле. Окрашивание можно проводить при любом значении рН от 0,8 до 4,3, однако рекомендуется работать при оптимальном значении рН для этого красителя — 1,64, так как при нем происходит максимальное специфическое выявление ДНК. При окрашивании галлопианинхромовыми квасцами ДНК соединяется с красителем в стехиометрическом соотношении, причем отношение краситель: ДНК составляет 1:3,7.

Наиболее распространенной реакцией на ДНК считается реакция Фейльгена. Она проводится после мягкого гидролиза предварительно фиксированной ткани в 1 и. НС1 при 60°, в результате чего от дезоксирибозофосфата отщепляются пурины, а затем и ппрпмпдины, освобождая тем самым реакционноспособные альдегидные группы, которые реактивом Шиффа окрашиваются в красный цвет. Время гидролиза зависит от природы объекта и метода фиксации. Для получения хороших результатов необходимо в каждом отдельном случае время гидролиза подбирать экспериментально.

Для проверки специфичности реакции Фейльгена существует метод ферментативного и кислотного экстрагирования ДНК. Ферментативное расщепление ДНК проводят дезоксирибонукдеазой при концентрации ферментного препарата 2 мг на 100 мл 0,01 М трисбуфера рН 7,6; раствор перед употреблением разводят диетической водой в соотношении 1:5. Рекомендуется инкубировать срезы при 37° в течение 2 час. Другим способом удаления ДНК служит обработка гистохимических препаратов 5% водным раствором трихлоруксуснои кислоты в течение 15 мин. при 90° или 10% горячей (70°) хлорной кислотой в течение 20 мин., после чего реакция Фейльгена должна дать отрицательные результаты.

biofile.ru

• 
  Факторы влияющие на растения
• 
  Ячмень что такое растение
• 
  Какие бывают растения плешаков
• 
  Станция по защите растений
• 
  Растения для чая фото
• 
  Растения растущие в россии
• 
  Раздражимость у растений это
• 
  Подготовка растения к зиме
• 
  Царство растений 5 класс
• 
  Растения готовятся к зиме
• 
  Все о растении диффенбахия