Deoxyribonucleic acid - DNA - hutumika kama mtoaji wa taarifa za urithi zinazopitishwa na viumbe hai hadi vizazi vijavyo, na matrix ya ujenzi wa protini na vipengele mbalimbali vya udhibiti vinavyohitajika na mwili katika michakato ya ukuaji na maisha. Katika makala hii, tutazingatia ni aina gani za kawaida za muundo wa DNA. Pia tutazingatia jinsi fomu hizi zinavyoundwa na DNA inakaa katika hali gani ndani ya seli hai.
Viwango vya mpangilio wa molekuli ya DNA
Kuna viwango vinne vinavyobainisha muundo na mofolojia ya molekuli hii kubwa:
- Ngazi ya msingi, au muundo, ni mpangilio wa nyukleotidi katika mnyororo.
- Muundo wa pili ni "double helix" maarufu. Ni msemo huu ambao umetulia, ingawa kwa kweli muundo kama huo unafanana na skrubu.
- Muundo wa elimu ya juu huundwa kutokana na ukweli kwamba vifungo hafifu vya hidrojeni huibuka kati ya sehemu binafsi za uzi uliosokotwa wa DNA yenye nyuzi mbili,kuipa molekuli muundo changamano wa anga.
- Muundo wa quaternary tayari ni changamano changamano cha DNA yenye baadhi ya protini na RNA. Katika usanidi huu, DNA huwekwa ndani ya kromosomu katika kiini cha seli.
Muundo Msingi: Vipengele vya DNA
Vizuizi ambamo macromolecule ya asidi ya deoxyribonucleic hutengenezwa ni nyukleotidi, ambazo ni misombo, ambayo kila moja inajumuisha:
- msingi wa nitrojeni - adenine, guanini, thymine au cytosine. Adenine na guanini ni za kundi la besi za purine, cytosine na thymine ni mali ya pyrimidine;
- deoxyribose ya carbon monosaccharide tano;
- Mabaki ya asidi ya Orthophosphoric.
Katika uundaji wa mnyororo wa polinukleotidi, jukumu muhimu linachezwa na mpangilio wa vikundi vinavyoundwa na atomi za kaboni katika molekuli ya sukari ya mviringo. Mabaki ya phosphate katika nyukleotidi yameunganishwa na kikundi cha 5'-(soma "primes tano") ya deoxyribose, yaani, kwa atomi ya tano ya kaboni. Upanuzi wa mnyororo hutokea kwa kuambatisha mabaki ya fosfeti ya nyukleotidi inayofuata kwenye kundi lisilolipishwa la 3'-deoxyribose.
Kwa hivyo, muundo msingi wa DNA katika umbo la mnyororo wa polynucleotide una ncha 3'- na 5'. Sifa hii ya molekuli ya DNA inaitwa polarity: usanisi wa mnyororo unaweza tu kwenda upande mmoja.
Uundaji wa muundo wa sekondari
Hatua inayofuata katika mpangilio wa muundo wa DNA inategemea kanuni ya ukamilishano wa besi za nitrojeni - uwezo wao wa kuunganishwa katika jozikupitia vifungo vya hidrojeni. Kusaidiana - mawasiliano ya pande zote - hutokea kwa sababu adenine na thymine huunda dhamana mbili, na guanini na cytosine huunda dhamana tatu. Kwa hivyo, wakati wa kuunda mnyororo mara mbili, besi hizi husimama kinyume na kuunda jozi zinazolingana.
Mifuatano ya nyukleotidi iko katika muundo wa pili wa kipingamizi usawa. Kwa hivyo, ikiwa moja ya minyororo inaonekana kama 3' - AGGZATAA - 5', basi kinyume chake kitaonekana kama hii: 3' - TTATGTST - 5'.
Molekuli ya DNA inapoundwa, msururu wa polinukleotidi maradufu hupindishwa, na mkusanyiko wa chumvi, ujazo wa maji, na muundo wa macromolecule yenyewe huamua ni aina gani za DNA inaweza kuchukua katika hatua fulani ya kimuundo. Aina kadhaa kama hizo zinajulikana, zikiashiria herufi za Kilatini A, B, C, D, E, Z.
Mipangilio C, D na E haipatikani kwa wanyamapori na imezingatiwa tu katika hali ya maabara. Tutaangalia aina kuu za DNA: kinachojulikana kama kanuni A na B, pamoja na usanidi wa Z.
A-DNA ni molekuli kavu
A-umbo ni skrubu ya mkono wa kulia yenye jozi 11 za msingi zinazosaidiana katika kila zamu. Kipenyo chake ni 2.3 nm, na urefu wa zamu moja ya ond ni 2.5 nm. Ndege zinazoundwa na besi za paired zina mteremko wa 20 ° kwa heshima na mhimili wa molekuli. Nucleotidi za jirani zimepangwa kwa minyororo - kuna nm 0.23 tu kati yao.
Aina hii ya DNA hutokea kwa unyevu kidogo na kwa kuongezeka kwa ukolezi wa ayoni wa sodiamu na potasiamu. Ni kawaida kwamichakato ambayo DNA huunda tata na RNA, kwani mwisho hauwezi kuchukua fomu zingine. Kwa kuongeza, fomu ya A inakabiliwa sana na mionzi ya ultraviolet. Katika usanidi huu, asidi ya deoxyribonucleic hupatikana katika spora za kuvu.
DNA ya B-Mvua
Ikiwa na chumvi kidogo na kiwango cha juu cha unyevu, yaani, chini ya hali ya kawaida ya kisaikolojia, DNA huchukua umbo lake kuu B. Molekuli za asili zipo, kama sheria, katika umbo la B. Ni yeye anayeongoza mtindo wa zamani wa Watson-Crick na mara nyingi huonyeshwa katika vielelezo.
Fomu hii (pia ni ya mkono wa kulia) ina sifa ya uwekaji mdogo wa nyukleotidi (0.33 nm) na skrubu kubwa ya lami (3.3 nm). Zamu moja ina jozi za msingi 10.5, mzunguko wa kila mmoja wao kuhusiana na uliopita ni karibu 36 °. Ndege za jozi ni karibu perpendicular kwa mhimili wa "helix mbili". Kipenyo cha mnyororo huo mara mbili ni mdogo kuliko ule wa A-fomu - hufikia nm 2 tu.
Z-DNA isiyo ya kisheria
Tofauti na DNA ya kisheria, molekuli ya aina ya Z ni skrubu ya mkono wa kushoto. Ni nyembamba kuliko zote, ina kipenyo cha nm 1.8 tu. Koili zake, zenye urefu wa 4.5 nm, zinaonekana kuwa ndefu; aina hii ya DNA ina besi 12 zilizooanishwa kwa kila zamu. Umbali kati ya nucleotides karibu pia ni kubwa kabisa - 0.38 nm. Kwa hivyo umbo la Z lina msokoto mdogo zaidi.
Imeundwa kutokana na usanidi wa aina ya B katika maeneo yale ambapo purinena besi za pyrimidine, na mabadiliko katika maudhui ya ions katika suluhisho. Uundaji wa Z-DNA unahusishwa na shughuli za kibiolojia na ni mchakato wa muda mfupi sana. Fomu hii ni imara, ambayo inajenga matatizo katika utafiti wa kazi zake. Kufikia sasa, haziko wazi kabisa.
Replication za DNA na muundo wake
Miundo ya msingi na ya pili ya DNA hutokea wakati wa jambo linaloitwa replication - uundaji wa "heliksi mbili" zinazofanana kutoka kwa makromolecules kuu. Wakati wa kurudia, molekuli asili hujifungua, na besi za ziada hujilimbikiza kwenye minyororo moja iliyotolewa. Kwa kuwa nusu za DNA ni za kupingana, mchakato huu unaendelea juu yao kwa njia tofauti: kuhusiana na minyororo ya wazazi kutoka 3'-mwisho hadi 5'-mwisho, yaani, minyororo mpya inakua katika mwelekeo 5' → 3'. Kamba inayoongoza imeunganishwa kwa kuendelea kuelekea uma wa kurudia; kwenye uzi uliolegea, usanisi hufanywa kutoka kwa uma katika sehemu tofauti (vipande vya Okazaki), ambavyo huunganishwa pamoja na kimeng'enya maalum, DNA ligase.
Wakati usanisi unaendelea, ncha ambazo tayari zimeundwa za molekuli binti hupitia msokoto wa helical. Kisha, kabla ya urudufishaji kukamilika, molekuli zilizozaliwa hivi karibuni huanza kuunda muundo wa hali ya juu katika mchakato unaoitwa supercoiling.
Molekuli Iliyopindwa Zaidi
Aina ya DNA iliyosongamana zaidi hutokea wakati molekuli yenye nyuzi mbili inapojipinda zaidi. Inaweza kuwa ya saa (chanya) audhidi (katika kesi hii mtu anazungumza juu ya supercoiling mbaya). DNA ya viumbe vingi imesongamana kwa njia hasi, yaani, dhidi ya zamu kuu za “double helix.”
Kutokana na uundaji wa vitanzi vya ziada - coil kuu - DNA hupata usanidi changamano wa anga. Katika seli za eukaryotic, mchakato huu hutokea kwa kuundwa kwa complexes ambayo DNA inazunguka vibaya karibu na complexes ya protini ya histone na inachukua fomu ya thread na shanga za nucleosome. Sehemu za bure za uzi huitwa viunga. Protini zisizo za histone na misombo ya isokaboni pia hushiriki katika kudumisha umbo la molekuli ya DNA. Hivi ndivyo chromatin inavyoundwa - dutu ya kromosomu.
Mishipa ya Chromatin yenye shanga za nucleosomal inaweza kutatiza mofolojia katika mchakato unaoitwa chromatin condensation.
Ufungaji wa mwisho wa DNA
Kwenye kiini, umbo la macromolecule ya asidi deoxyribonucleic inakuwa changamano sana, ikishikana kwa hatua kadhaa.
- Kwanza, nyuzi hukunjwa katika muundo maalum wa aina ya solenoidi - fibrili ya chromatin yenye unene wa nm 30. Katika kiwango hiki, DNA hukunja na kufupisha urefu wake kwa mara 6-10.
- Zaidi ya hayo, fibril huunda vitanzi vya zigzag kwa usaidizi wa protini maalum za kiunzi, ambayo hupunguza saizi ya mstari wa DNA tayari kwa mara 20-30.
- Vikoa vya vitanzi vilivyojaa hutengenezwa katika ngazi inayofuata, mara nyingi huwa na umbo linaloitwa kwa kawaida "brashi ya taa". Wanashikamana na protini ya intranucleartumbo. Unene wa miundo kama hii tayari ni 700 nm, wakati DNA imefupishwa kwa takriban mara 200.
- Ngazi ya mwisho ya mpangilio wa kimofolojia ni kromosomu. Vikoa vya kitanzi vimeunganishwa kwa kiwango ambacho ufupishaji wa jumla wa mara 10,000 unapatikana. Ikiwa urefu wa molekuli iliyonyooshwa ni karibu 5 cm, basi baada ya kupakia kwenye kromosomu hupungua hadi mikroni 5.
Kiwango cha juu zaidi cha utata wa umbo la DNA hufikia katika hali ya metaphase ya mitosis. Ni hapo ndipo hupata mwonekano wa tabia - chromatidi mbili zilizounganishwa na constriction-centromere, ambayo inahakikisha tofauti ya chromatidi katika mchakato wa mgawanyiko. DNA ya awamu imepangwa hadi kiwango cha kikoa na inasambazwa kwenye kiini cha seli bila mpangilio maalum. Kwa hivyo, tunaona kwamba mofolojia ya DNA inahusiana kwa karibu na awamu mbalimbali za kuwepo kwake na inaonyesha sifa za utendaji wa molekuli hii muhimu zaidi kwa maisha.
