DNA-molecuul: niveaus van structurele organisatie

Een DNA-molecuul is een polynucleotide, monomeereenheden waarvan vier deoxyribonucleotiden zijn (dAMP, dGMP, dCMF en dTMP). De relatie en sequentie van deze nucleotiden in het DNA van verschillende organismen zijn verschillend. Naast de belangrijkste stikstofhoudende basen zijn er andere deoxyribonucleotiden in het DNA met minder belangrijke basen: 5-methylcytosine, 5-hydroxymethylcytosine, 6-methylaminopurine.

Nadat de gelegenheid verscheenhet gebruik van röntgenkristallografie, een werkwijze voor de studie van biologische macromoleculen en het verkrijgen van een perfecte röntgenstralen, kon vinden van de moleculaire structuur van DNA. Genoemde werkwijze is gebaseerd op het feit dat een bundel evenwijdige röntgenstralen invallend op een kristallijn cluster atomen vormt een diffractiepatroon, die hoofdzakelijk afhangt van het atoomgewicht van de atomen en de plaats in de ruimte. In de jaren 40 van de vorige eeuw is de theorie van de driedimensionale structuur van het DNA-molecuul naar voren gebracht. U. Astbury bewezen dat het desoxyribonucleïnezuur een stapel gesuperponeerde vlakke nucleotiden.

De primaire structuur van het DNA-molecuul

Onder de primaire structuur van nucleïnezurenimpliceert een sequentie van nucleotiden in de polynucleotideketen van DNA. Nucleotiden worden aan elkaar verbonden door fosfodiesterbindingen die worden gevormd tussen de OH-groep op positie 5 van de deoxyribose van één nucleotide en de OH-groep op de 3-positie van de pentose van de andere.

De biologische eigenschappen van nucleïnezuren worden bepaald door de kwalitatieve relatie en sequentie van nucleotiden langs de polynucleotideketen.

De nucleotidesamenstelling van DNA in organismen van verschillendespecifieke taxonomische groepen en bepaald door de verhouding (G + C) / (A + T). Gebruik factor specificiteit werd bepaald door de mate van heterogeniteit van de nucleotidensamenstelling van DNA uit organismen van verschillende oorsprong. Dus in hogere planten en dieren verhouding (G + C) / (A + T) enigszins verschilt en heeft een waarde groter dan 1. Voor microorganismen specifieke coëfficiënt varieert sterk - 0,35-2,70. Echter, somatische cellen van een species van DNA bevatten dezelfde nucleotidensamenstelling, dwz. E. Wij kunnen zeggen dat het gehalte aan GC baseparen van DNA van één species identiek.

Bepaling van de heterogeniteit van de nucleotidesamenstellingDNA over de specificiteitscoëfficiënt geeft nog geen informatie over zijn biologische eigenschappen. Dit laatste is het gevolg van een verschillende sequentie van afzonderlijke nucleotideplaatsen in de polynucleotideketen. Dit betekent dat genetische informatie in DNA-moleculen wordt gecodeerd in een specifieke sequentie van zijn monomere eenheden.

Het DNA-molecuul bevat nucleotidesequenties ontworpen voor het initiëren en beëindigen van DNA-syntheseprocessen (replicatie), RNA-synthese (transcriptie), eiwitsynthese (vertaling). Er zijn nucleotidesequenties die dienen om specifieke activerende en remmende regulerende moleculen te binden, evenals nucleotidesequenties die geen genetische informatie dragen. Er zijn ook gemodificeerde gebieden die het molecuul beschermen tegen de werking van nucleasen.

Het probleem van de nucleotidesequentie van DNA daarvoorde huidige tijd is niet volledig opgelost. Bepaling van de nucleotidensequentie van nucleïnezuren is een bewerkelijke procedure die de toepassing van een werkwijze van specifieke nucleasesplitsing van moleculen in afzonderlijke fragmenten omvat. Tot op heden is de volledige nucleotidesequentie van stikstofbasen vastgesteld voor de meeste tRNA's van verschillende oorsprong.

DNA-molecuul: secundaire structuur

Watson en Crick ontwierpen een model van de dubbele helix van deoxyribonucleïnezuur. Volgens dit model wikkelen twee polynucleotidenketens zich om elkaar heen en vormen zo een soort spiraal.

Stikstofhoudende basen bevinden zich in de structuur en de fosfodiester-ruggengraat bevindt zich buiten.

DNA-molecuul: tertiaire structuur

Het lineaire DNA in de cel heeft de vorm van een langwerpigmolecuul, het is verpakt in een compacte structuur en neemt slechts 1/5 deel van het celvolume in beslag. De lengte van menselijk chromosoom-DNA bereikt bijvoorbeeld 8 cm en is zodanig verpakt dat het in een chromosoom met een lengte van 5 nm past. Deze verpakking is mogelijk vanwege de aanwezigheid van spiraalvormige DNA-structuren. Hieruit volgt dat een dubbelstrengige DNA-helix in de ruimte verder kan worden vastgelegd in een bepaalde tertiaire structuur - supergewonden. Superspiral-conformatie van DNA is kenmerkend voor chromosomen van hogere organismen. Een dergelijke tertiaire structuur wordt gestabiliseerd door covalente bindingen met de aminozuurresten die de eiwitten vormen die het nucleoproteïne-complex (chromatine) vormen. Daarom is het DNA van eukaryote cellen geassocieerd met eiwitten van voornamelijk basische aard - histonen, evenals zure eiwitten en fosfoproteïnen.