DNA (deoxyribonucleic acid) ni mojawapo ya viambajengo muhimu vya viumbe hai. Kupitia hiyo, uhifadhi na uhamisho wa taarifa za urithi kutoka kwa kizazi hadi kizazi hufanyika na uwezekano wa kutofautiana ndani ya mipaka fulani. Mchanganyiko wa protini zote muhimu kwa mfumo wa maisha haungewezekana bila matrix ya DNA. Hapo chini tutazingatia muundo, uundaji, utendakazi wa kimsingi na jukumu la DNA katika usanisi wa protini.
Muundo wa molekuli ya DNA
Deoxyribonucleic acid ni macromolecule inayojumuisha nyuzi mbili. Muundo wake una viwango kadhaa vya shirika.
Muundo msingi wa msururu wa DNA ni mfuatano wa nyukleotidi, kila moja ikiwa na mojawapo ya besi nne za nitrojeni: adenine, guanini, sitosine au thymine. Minyororo hutokea wakati sukari ya deoxyribose ya nyukleotidi moja inapounganishwa na mabaki ya fosfeti ya nyingine. Utaratibu huu unafanywa kwa ushiriki wa kichocheo cha protini - DNA ligase
- Muundo wa pili wa DNA ni kile kinachoitwa helix mbili (kwa usahihi zaidi, skrubu mara mbili). Viwanja vina uwezokuunganishwa na kila mmoja kama ifuatavyo: adenine na thymine huunda dhamana ya hidrojeni mara mbili, na guanini na cytosine huunda mara tatu. Kipengele hiki kinazingatia kanuni ya ukamilishaji wa msingi, kulingana na ambayo minyororo imeunganishwa kwa kila mmoja. Katika hali hii, msokoto wa helical (mara nyingi zaidi kulia) wa minyororo miwili hutokea.
- Muundo wa elimu ya juu ni muundo changamano wa molekuli kubwa ambayo hutokea kupitia vifungo vya ziada vya hidrojeni.
- Muundo wa quaternary huundwa kwa kuchanganya na protini maalum na RNA na ni njia ya DNA kuunganishwa katika kiini cha seli.
vitendaji vya DNA
Hebu tuzingatie nafasi ya DNA katika mifumo hai. Biopolymer hii ni matrix iliyo na rekodi ya muundo wa protini mbalimbali, RNA inayohitajika na mwili, pamoja na aina mbalimbali za tovuti za udhibiti. Kwa ujumla, vipengele hivi vyote huunda mpango wa kijeni wa mwili.
Kupitia usanisi wa DNA, mpango wa chembe chembe za urithi hupitishwa kwa vizazi vijavyo, na hivyo kuhakikisha urithi wa taarifa muhimu kwa maisha. DNA inaweza kubadilika, kwa sababu hiyo utofauti wa viumbe hai wa spishi moja ya kibiolojia hutokea na, kwa sababu hiyo, mchakato wa uteuzi asilia na mageuzi ya mifumo hai inawezekana.
Wakati wa uzazi wa ngono, DNA ya kizazi-kiumbe huundwa kwa kuchanganya taarifa za urithi wa baba na mama. Zikiunganishwa, kuna tofauti mbalimbali, ambazo pia huchangia kubadilika.
Jinsi mpango wa kijeni unatolewa
Kwa sababu ya muundo unaosaidiana, ujizalishaji wa matriki wa molekuli ya DNA inawezekana. Katika kesi hii, habari iliyomo ndani yake inakiliwa. Rudufu ya molekuli kuunda binti wawili "hesi mbili" inaitwa replication ya DNA. Huu ni mchakato mgumu unaohusisha vipengele vingi. Lakini kwa kurahisisha fulani, inaweza kuwakilishwa kama mchoro.
Uigaji huanzishwa na mchanganyiko maalum wa vimeng'enya katika maeneo fulani ya DNA. Wakati huo huo, mnyororo maradufu hujifungua, na kutengeneza uma replication, ambapo mchakato wa biosynthesis ya DNA hufanyika - mkusanyiko wa mfuatano wa nyukleotidi kwenye kila minyororo.
Vipengele vya mchanganyiko wa urudufu
Uigaji pia huendelea kwa ushiriki wa seti changamano ya vimeng'enya - replisomes, ambapo DNA polimasi huchukua jukumu kuu.
Mojawapo ya minyororo katika mchakato wa DNA biosynthesis ni kiongozi na inaundwa mfululizo. Uundaji wa kamba ya lagi hutokea kwa kuunganisha mlolongo mfupi - vipande vya Okazaki. Vipande hivi vinaunganishwa kwa kutumia DNA ligase. Utaratibu kama huo unaitwa nusu-kuendelea. Kwa kuongeza, ina sifa ya nusu-hafidhina, kwa kuwa katika kila molekuli mpya iliyoundwa moja ya minyororo ni mzazi, na ya pili ni binti.
Uigaji wa DNA ni mojawapo ya hatua muhimu katika mgawanyiko wa seli. Utaratibu huu ndio msingi wa uhamishaji wa taarifa za urithi kwa kizazi kipya, pamoja na ukuaji wa kiumbe.
Protini ni nini
Protini nikipengele muhimu zaidi cha kazi katika seli za viumbe vyote vilivyo hai. Hufanya kazi za kichochezi, za kimuundo, za udhibiti, za kuashiria, za ulinzi na zingine nyingi.
Molekuli ya protini ni biopolymer iliyoundwa na mfuatano wa masalia ya amino asidi. Ni, kama molekuli za asidi ya nukleiki, ina sifa ya kuwepo kwa viwango kadhaa vya mpangilio wa kimuundo - kutoka msingi hadi quaternary.
Kuna amino asidi 20 tofauti (kanoni) zinazotumiwa na mifumo hai kujenga aina kubwa ya protini. Kama sheria, protini haijaundwa peke yake. Jukumu kuu katika uundaji wa molekuli changamano ya protini ni asidi nucleic - DNA na RNA.
Kiini cha kanuni za kijeni
Kwa hivyo, DNA ni matrix ya taarifa ambayo huhifadhi taarifa kuhusu protini zinazohitajika kwa mwili kukua na kuishi. Protini hujengwa kutoka kwa amino asidi, DNA (na RNA) kutoka kwa nyukleotidi. Mifuatano fulani ya nyukleotidi ya molekuli ya DNA inalingana na mfuatano fulani wa asidi ya amino ya protini fulani.
Kuna aina 20 za vitengo vya miundo ya protini - amino asidi za kisheria - katika seli, na aina 4 za nyukleotidi katika DNA. Kwa hivyo, kila asidi ya amino imeandikwa kwenye tumbo la DNA kama mchanganyiko wa nyukleotidi tatu - sehemu tatu, sehemu zake kuu ambazo ni besi za nitrojeni. Kanuni hii ya mawasiliano inaitwa kanuni za urithi, na sehemu tatu za msingi huitwa kodoni. Jeni nimlolongo wa kodoni iliyo na rekodi ya protini na baadhi ya michanganyiko ya huduma ya besi - kodoni ya kuanzia, kodoni ya kusimama na nyinginezo.
Baadhi ya sifa za msimbo wa kijeni
Msimbo wa kijeni ni karibu wote - isipokuwa wachache sana, ni sawa katika viumbe vyote, kutoka kwa bakteria hadi kwa binadamu. Hii inashuhudia, kwanza, kwa uhusiano wa aina zote za maisha duniani, na pili, kwa mambo ya kale ya kanuni yenyewe. Pengine, katika hatua za mwanzo za kuwepo kwa maisha ya awali, matoleo tofauti ya kanuni yaliunda haraka sana, lakini ni moja tu iliyopata faida ya mageuzi.
Mbali na hilo, ni maalum (haieleweki): asidi tofauti za amino hazijasimbwa na sehemu tatu sawa. Pia, msimbo wa kijeni una sifa ya kuharibika, au upungufu - kodoni kadhaa zinaweza kuwiana na asidi ya amino sawa.
Rekodi ya urithi inasomwa mfululizo; kazi za alama za uakifishaji pia hufanywa na sehemu tatu za besi. Kama sheria, hakuna rekodi zinazoingiliana katika "maandishi" ya kijeni, lakini hapa pia kuna tofauti.
Vipimo vinavyofanya kazi vya DNA
Jumla ya nyenzo zote za kijeni za kiumbe hai huitwa jenomu. Hivyo, DNA ni carrier wa genome. Muundo wa jenomu haujumuishi tu jeni za kimuundo zinazosimba protini fulani. Sehemu kubwa ya DNA ina maeneo yenye madhumuni tofauti ya utendaji.
Kwa hivyo, DNA ina:
- kidhibitimifuatano ya usimbaji wa RNA maalum, kama vile swichi za kijeni na vidhibiti vya usemi wa jeni za muundo;
- vipengele vinavyodhibiti mchakato wa unakili - hatua ya awali ya usanisi wa protini;
- pseudogenes ni aina ya "jeni za visukuku" ambazo zimepoteza uwezo wao wa kusimba protini au kunakiliwa kutokana na mabadiliko;
- vipengele vya urithi vya rununu - maeneo yanayoweza kusogea ndani ya jenomu, kama vile transposons ("jeni zinazoruka");
- telomeres ni maeneo maalum katika ncha za kromosomu, shukrani ambayo DNA katika kromosomu inalindwa dhidi ya kufupishwa kwa kila tukio la urudufishaji.
Kuhusika kwa DNA katika biosynthesis ya protini
DNA inaweza kuunda muundo thabiti, kipengele muhimu ambacho ni mchanganyiko wa besi za nitrojeni. Kamba mbili za DNA hutoa, kwanza, uzazi kamili wa molekuli, na pili, usomaji wa sehemu za kibinafsi za DNA wakati wa usanisi wa protini. Mchakato huu unaitwa unukuzi.
Wakati wa unukuzi, sehemu ya DNA iliyo na jeni fulani haijasokota, na kwenye mojawapo ya minyororo - kiolezo cha kwanza - molekuli ya RNA inasanisishwa kama nakala ya msururu wa pili, unaoitwa ule wa kusimba. Usanisi huu pia unategemea mali ya besi ili kuunda jozi za ziada. Kutoweka msimbo, maeneo ya huduma ya DNA na kimeng'enya cha RNA polymerase hushiriki katika usanisi. RNA tayari inatumika kama kiolezo cha usanisi wa protini, na DNA haihusiki katika mchakato zaidi.
Reverse transcription
Kwa muda mrefu iliaminika kuwa matrixkunakili taarifa za kijeni kunaweza tu kwenda upande mmoja: DNA → RNA → protini. Mpango huu umeitwa fundisho kuu la biolojia ya molekuli. Hata hivyo, katika kipindi cha utafiti, ilibainika kuwa katika baadhi ya matukio inawezekana kunakili kutoka kwa RNA hadi kwa DNA - kinachojulikana kama unukuzi wa kinyume.
Uwezo wa kuhamisha nyenzo za kijeni kutoka kwa RNA hadi DNA ni tabia ya virusi vya retrovirus. Mwakilishi wa kawaida wa virusi vile vyenye RNA ni virusi vya ukimwi wa binadamu. Kuunganishwa kwa jenomu ya virusi kwenye DNA ya seli iliyoambukizwa hutokea kwa ushiriki wa kimeng'enya maalum - reverse transcriptase (revertase), ambayo hufanya kama kichocheo cha biosynthesis ya DNA kwenye kiolezo cha RNA. Revertase pia ni sehemu ya chembe ya virusi. Molekuli mpya iliyoundwa imeunganishwa kwenye DNA ya seli, ambapo hutumika kutoa chembe mpya za virusi.
DNA ya binadamu ni nini
DNA ya binadamu, iliyo katika kiini cha seli, imejaa katika jozi 23 za kromosomu na ina takriban nyukleotidi bilioni 3.1 zilizooanishwa. Mbali na DNA ya nyuklia, seli za binadamu, kama viumbe wengine wa yukariyoti, zina DNA ya mitochondrial, jambo linalochangia urithi wa chembe chembe za mitochondrial.
Jeni za usimbaji za DNA ya nyuklia (kuna kati ya 20 hadi 25 elfu) hufanya sehemu ndogo tu ya jenomu la binadamu - takriban 1.5%. DNA iliyobaki hapo awali iliitwa "junk", lakini tafiti nyingi zinaonyesha jukumu kubwa la maeneo yasiyo ya kuweka misimbo ya jenomu, ambayo yalijadiliwa hapo juu. Pia ni muhimu sana kusoma michakatounukuzi wa kinyume katika DNA ya binadamu.
Sayansi tayari imeunda ufahamu wazi kabisa wa DNA ya binadamu ni nini katika hali ya kimuundo na utendaji, lakini kazi zaidi ya wanasayansi katika eneo hili italeta uvumbuzi mpya na teknolojia mpya za matibabu.
