Дезоксирибонуклеин қышқылы – ДНҚ – тірі организмдер арқылы келесі ұрпаққа берілетін тұқым қуалайтын ақпаратты тасымалдаушы және өсу және тіршілік процестерінде организмге қажетті белоктар мен әртүрлі реттеуші факторлардың құрылысына арналған матрица қызметін атқарады. Бұл мақалада біз ДНҚ құрылымының ең көп тараған формаларына тоқталамыз. Сондай-ақ біз бұл пішіндердің қалай салынғанына және ДНҚ тірі жасушаның ішінде қандай пішінде болатынына назар аударамыз.
ДНҚ молекуласының ұйымдасу деңгейлері
Бұл алып молекуланың құрылымы мен морфологиясын анықтайтын төрт деңгей бар:
- Бірінші деңгей немесе құрылым – тізбектегі нуклеотидтердің реті.
- Қосымша құрылым - әйгілі "қос спираль". Дәл осы тіркес орнықты, бірақ шын мәнінде мұндай құрылым бұрандаға ұқсайды.
- Үшіншілік құрылым ДНҚ-ның қос жіпті бұралған тізбегінің жеке бөлімдері арасында әлсіз сутектік байланыстардың пайда болуына байланысты қалыптасады,молекулаға күрделі кеңістіктік конформация береді.
- Төрттік құрылым қазірдің өзінде кейбір ақуыздар мен РНҚ бар күрделі ДНҚ кешені болып табылады. Бұл конфигурацияда ДНҚ жасуша ядросындағы хромосомаларға оралған.
Негізгі құрылым: ДНҚ құрамдастары
Дезоксирибонуклеин қышқылының макромолекуласы түзілетін блоктар нуклеотидтер болып табылады, олар қосылыстар болып табылады, олардың әрқайсысына мыналар кіреді:
- азотты негіз – аденин, гуанин, тимин немесе цитозин. Аденин мен гуанин пуриндік негіздер тобына, цитозин мен тимин пиримидинге жатады;
- бес көміртекті моносахаридті дезоксирибоза;
- Ортофосфор қышқылының қалдығы.
Полинуклеотидтік тізбектің түзілуінде дөңгелек қант молекуласындағы көміртек атомдары түзетін топтардың реті маңызды рөл атқарады. Нуклеотидтегі фосфат қалдығы дезоксирибозаның 5'-тобымен («бес қарапайым» деп оқылады), яғни бесінші көміртек атомымен байланысады. Тізбектің ұзаруы келесі нуклеотидтің фосфат қалдығын дезоксирибозаның бос 3'-тобына қосу арқылы жүреді.
Осылайша, полинуклеотидтік тізбек түріндегі ДНҚ-ның біріншілік құрылымының 3'- және 5'-ұштары болады. ДНҚ молекуласының бұл қасиеті полярлық деп аталады: тізбектің синтезі тек бір бағытта жүре алады.
Қосымша құрылымды қалыптастыру
ДНҚ-ның құрылымдық ұйымдасуының келесі қадамы азотты негіздердің комплементарлылық принципіне негізделген - олардың бір-бірімен жұптасып қосылу қабілеті.сутегі байланыстары арқылы. Комплементарлылық – өзара сәйкестік – аденин мен тимин қос байланыс, ал гуанин мен цитозин үштік байланыс түзетіндіктен пайда болады. Сондықтан қос тізбекті құраған кезде бұл негіздер бір-біріне қарама-қарсы тұрып, сәйкес жұптарды құрайды.
Полинуклеотидтер тізбегі антипараллельді қайталама құрылымда орналасқан. Сонымен, егер тізбектердің бірі 3' - AGGZATAA - 5' болып көрінсе, онда керісінше келесідей болады: 3' - TTATGTST - 5'.
ДНҚ молекуласы түзілгенде екі еселенген полинуклеотид тізбегі бұралып, тұздардың концентрациясы, сумен қанығуы және макромолекуланың құрылымының өзі берілген құрылымдық қадамда ДНҚ қандай пішіндерге ие болатынын анықтайды. Мұндай бірнеше пішіндер белгілі, олар латын әріптерімен белгіленген A, B, C, D, E, Z.
C, D және E конфигурациялары жабайы табиғатта кездеспейді және тек зертханалық жағдайларда байқалған. Біз ДНҚ-ның негізгі формаларын қарастырамыз: канондық А және В деп аталатындар, сонымен қатар Z конфигурациясы.
A-ДНҚ - құрғақ молекула
A-пішіні - әр айналымда 11 қосымша негіз жұбы бар оң жақ бұранда. Оның диаметрі 2,3 нм, ал спиральдың бір айналымының ұзындығы 2,5 нм. Жұптастырылған негіздер түзетін жазықтықтар молекуланың осіне қатысты 20° еңіске ие. Көрші нуклеотидтер тізбектерде жинақы орналасқан – олардың арасында небәрі 0,23 нм бар.
ДНҚ-ның бұл түрі төмен гидратация кезінде және натрий мен калийдің иондық концентрациясы жоғарылағанда пайда болады. үшін тәнДНҚ РНҚ-мен комплекс түзетін процестер, өйткені соңғысы басқа формаларды қабылдай алмайды. Сонымен қатар, А-формасы ультракүлгін сәулеленуге өте төзімді. Бұл конфигурацияда дезоксирибонуклеин қышқылы саңырауқұлақ спораларында кездеседі.
Ылғалды В-ДНҚ
Тұз мөлшері төмен және ылғалдану дәрежесі жоғары, яғни қалыпты физиологиялық жағдайда ДНҚ өзінің негізгі В формасын алады. Табиғи молекулалар, әдетте, В-формасында болады. Классикалық Уотсон-Крик үлгісінің негізін салған және көбінесе иллюстрацияларда бейнеленген ол.
Бұл пішін (ол да оң жақ) нуклеотидтердің азырақ ықшам орналасуымен (0,33 нм) және бұранданың үлкен қадамымен (3,3 нм) сипатталады. Бір бұрылыста 10,5 негізгі жұп бар, олардың әрқайсысының алдыңғыға қатысты айналуы шамамен 36 ° құрайды. Жұптардың жазықтықтары «қос спираль» осіне дерлік перпендикуляр. Мұндай қос тізбектің диаметрі А пішінінен кішірек - ол небәрі 2 нм жетеді.
Конондық емес Z-DNA
Канондық ДНҚ-дан айырмашылығы, Z типті молекула сол жақ бұранда болып табылады. Ол ең жұқа, оның диаметрі небәрі 1,8 нм. Оның орамдары, ұзындығы 4,5 нм, ұзартылған сияқты; ДНҚ-ның бұл пішінінде бір айналымда 12 жұп негіз болады. Көршілес нуклеотидтердің ара қашықтығы да айтарлықтай үлкен – 0,38 нм. Сондықтан Z-пішіні ең аз бұрылысқа ие.
Ол пурин бар аймақтарда В типті конфигурациядан түзілген.және пиримидиндік негіздер, ерітіндідегі иондар мөлшерінің өзгеруімен. Z-ДНҚ түзілуі биологиялық белсенділікпен байланысты және өте қысқа мерзімді процесс. Бұл пішін тұрақсыз, бұл оның функцияларын зерттеуде қиындықтар тудырады. Әзірге олар анық емес.
ДНҚ репликациясы және оның құрылымы
ДНҚ-ның бастапқы да, қайталама құрылымдары да репликация деп аталатын құбылыс – ата-аналық макромолекуладан екі бірдей «қос спираль» түзілуі кезінде пайда болады. Репликация кезінде бастапқы молекула ыдырайды, ал босатылған жалғыз тізбектерде қосымша негіздер түзіледі. ДНҚ жартылары антипараллель болғандықтан, бұл процесс оларда әртүрлі бағытта жүреді: 3'-ұшынан 5'-ұшына дейін ата-аналық тізбектерге қатысты, яғни жаңа тізбектер 5' → 3' бағытында өседі. Жетекші тізбек репликациялық айырға қарай үздіксіз синтезделеді; артта қалған жіпте шанышқыдан бөлек бөліктерде (Оказаки фрагменттері) синтез орындалады, содан кейін олар арнайы фермент, ДНҚ лигаза арқылы тігіледі.
Синтез жалғасып жатқанда, еншілес молекулалардың бұрыннан қалыптасқан ұштары спираль тәрізді бұралуға ұшырайды. Содан кейін, репликация аяқталмай тұрып, жаңа туылған молекулалар супер орам деп аталатын процесте үшінші құрылымды құра бастайды.
Супер бұралған молекула
ДНҚ-ның аса ширатылған түрі қос тізбекті молекула қосымша бұрылыс жасағанда пайда болады. Ол сағат тілімен (оң) немесе болуы мүмкінқарсы (бұл жағдайда теріс супер орам туралы айтады). Ағзалардың көпшілігінің ДНҚ-сы теріс ширатылған, яғни «қос спиральдың» негізгі бұрылыстарына қарсы.
Қосымша ілмектердің – суперкоирлердің – түзілуі нәтижесінде ДНҚ күрделі кеңістіктік конфигурацияға ие болады. Эукариоттық жасушаларда бұл процесс ДНҚ гистондық белок кешендерінің айналасында теріс айналатын және нуклеосома моншақтары бар жіп пішінін алатын кешендердің түзілуімен жүреді. Жіптің бос бөліктері сілтемелер деп аталады. Гистонды емес ақуыздар мен бейорганикалық қосылыстар да ДНҚ молекуласының аса ширатылған пішінін сақтауға қатысады. Осылайша хроматин түзіледі - хромосомалардың заты.
Нуклеосомалық түйіршіктері бар хроматин жіптері хроматин конденсациясы деп аталатын процесте морфологияны одан әрі қиындата алады.
ДНҚ-ның соңғы тығыздалуы
Ядрода дезоксирибонуклеин қышқылының макромолекуласының пішіні өте күрделі болып, бірнеше сатыда тығыздалады.
- Біріншіден, жіп арнайы соленоид типті құрылымға - қалыңдығы 30 нм хроматиндік фибрилге оралады. Бұл деңгейде ДНҚ бүктеледі және ұзындығын 6-10 есе қысқартады.
- Одан әрі фибрил арнайы тірек белоктарының көмегімен ирек ілмектерді құрайды, бұл ДНҚ-ның сызықтық өлшемін қазірдің өзінде 20-30 есе азайтады.
- Тығыз оралған цикл домендері келесі деңгейде қалыптасады, көбінесе шартты түрде «шам щеткасы» деп аталатын пішіні бар. Олар ядроішілік ақуызға қосыладыматрица. Мұндай құрылымдардың қалыңдығы қазірдің өзінде 700 нм, ал ДНҚ шамамен 200 есе қысқарады.
- Морфологиялық ұйымдасуының соңғы деңгейі хромосомалық. Цикл домендері жалпы 10 000 есе қысқартуға қол жеткізілетін дәрежеде тығыздалған. Егер созылған молекуланың ұзындығы шамамен 5 см болса, хромосомаларға оралғаннан кейін ол 5 микронға дейін азаяды.
ДНҚ формасының асқынуының ең жоғары деңгейі митоздың метафаза күйінде жетеді. Дәл содан кейін ол өзіне тән көрініске ие болады – бөліну процесінде хроматидтердің дивергенциясын қамтамасыз ететін констрикция-центромера арқылы байланысқан екі хроматидтер. Интерфазалық ДНҚ домен деңгейіне дейін ұйымдастырылған және жасуша ядросында белгілі бір ретпен таралмайды. Осылайша, біз ДНҚ морфологиясы оның өмір сүруінің әртүрлі фазаларымен тығыз байланысты екенін және өмір үшін осы ең маңызды молекуланың қызмет ету ерекшеліктерін көрсететінін көреміз.
