Молекула на човешката ДНК. Как функционират гените, какви са РНК, нуклеотидите, синтеза на протеини

Ние всички знаем, че появата на човек, някои навици и дори болести са наследени. Цялата тази информация за едно живо същество е кодирана в гените. И така, как изглеждат тези прословути гени, как функционират и къде се намират?

Така че носителят на всички гени на всяко лице или животно е ДНК. Това съединение е открито през 1869 г. от Йохан Фридрих Мишер. Химически, ДНК е дезоксирибонуклеинова киселина. Какво означава това? Как тази киселина носи генетичния код на всички живи същества на нашата планета?

Първо, помислете къде се намира ДНК. В човешката клетка има много органоиди, които изпълняват различни функции. ДНК се намира в ядрото. Ядрото е малка органела, която е заобиколена от специална мембрана и в която се съхранява целия генетичен материал – ДНК.

Каква е структурата на ДНК молекулата?

Преди всичко, нека разгледаме коя ДНК е. ДНК е много дълга молекула, състояща се от структурни елементи – нуклеотиди. Има 4 типа нуклеотиди – аденин (А), тимин (Т), гуанин (D) и цитозин (С). Веригата от нуклеотиди е схематично както следва: GGAATTSTAAG …. Тук има последователност от нуклеотиди и има ДНК верига.

За първи път структурата на ДНК беше разчистена през 1953 г. от Джеймс Уотсън и Франсис Крик.

В една молекула от ДНК има две вериги от нуклеотиди, които се въртят спираловидно една около друга. Как тези нуклеотидни вериги се държат заедно и се извиват в спирала? Това явление се дължи на собствеността на взаимното допълване. Допълнението означава, че срещуположно на двете вериги могат да се намерят само определени нуклеотиди (допълващи). Така че, срещу аденин винаги е тимин, а срещу гуанина винаги е само цитозин. Така, гуанинът е комплементарен с цитозин, а аденинът е с тимин. Такива двойки нуклеотиди, които са изправени един срещу друг в различни вериги, също се наричат ​​допълващи.

Схематично е възможно да се представят, както следва:

D – D

Т – А

Т – А

C – D

Тези допълнителни двойки А – С и D – D образуват химична връзка между нуклеотиди двойки, където Т и U svyazmezhdu силен от между А и Т. Връзката образува строго между допълнителни бази, т.е. не образуване на връзка между комплементарни G и А – е невъзможно.

„Опаковане“ на ДНК, как се превръща ДНК веригата в хромозома?

Защо тези нуклеотидни струни на ДНК също се обръщат един около друг? Защо това е необходимо? Факт е, че броят на нуклеотидите е огромен и се нуждаете от много пространство, за да приюти такива дълги вериги. По тази причина има спираловидно усукване на две направления на ДНК около другото. Това явление се нарича спирализация. В резултат на спиралната верига ДНК се съкращава 5-6 пъти.

Някои ДНК молекули се използват активно от организма, докато други рядко се използват. Такива рядко използвани ДНК молекули, в допълнение към спирала, се подлагат на още по-компактна „опаковка“. Такава компактна опаковка се нарича супервизия и съкращава нишката на ДНК 25-30 пъти!

Как е опаковането на ДНК спирали?

За супервисока настилка се използват хистонови протеини, които имат външния вид и структурата на пръта или намотки за нишки. На тези „бобини“ – хистоновите протеини са навити спираловидни нишки на ДНК. По този начин дългият конец става много компактен и заема много малко пространство.

Ако е необходимо, да се използва специално ДНК молекула е процес на „развиване“, т.е. ДНК нишка „развива“ на „сонда“ – хистон протеин (ако е на рана е) и развива от спиралата в две паралелни вериги. И когато молекулата на ДНК е в такова неразкрито състояние, тогава е възможно да се разгледа необходимата генетична информация от нея. И четенето на генетична информация се случва само при неразкрити направления на ДНК!

Извиква се набор от супервирусни хромозоми хетерохроматина, и хромозоми, достъпни за четене на информация – euchromatin

Какви са гените, каква е тяхната връзка с ДНК?

Сега нека разгледаме кои са гени. Известно е, че има гени, които определят кръвната група, цвета на очите, косата, кожата и много други свойства на тялото ни. Генът е строго дефиниран регион на ДНК, състоящ се от определен брой нуклеотиди, разположени в строго дефинирана комбинация. Разположението в строго дефинирана област на ДНК означава, че на дадено място е определен негов ген и е невъзможно да се промени това място. Целесъобразно е да се направи такова сравнение: лице, което живее в определена улица, в една къща и апартамент, и неупълномощени лица не могат да се преместват в друга къща или апартамент в друга улица. Определен брой нуклеотиди в гена означава, че всеки ген има специфичен брой нуклеотиди и не може да стане по-голям или по-малък. Например, генът, който кодира производството на инсулин, се състои от 60 двойки нуклеотиди; ген, който кодира производството на хормона окситоцин – от 370 двойки нуклеотиди.

Строгата последователност от нуклеотиди е уникална за всеки ген и стриктно дефинирана. Например, последователността на AATTAATA е фрагмент на ген, който кодира производството на инсулин. За да се получи инсулин, тази последователност се използва, за да се получи например епинефрин, се използва друга комбинация от нуклеотиди. Важно е да се разбере, че само определена комбинация от нуклеотиди кодира определен „продукт“ (адреналин, инсулин и др.). Такава уникална комбинация от определен брой нуклеотиди, стоящи на „неговото място“ – това е ген

         В допълнение към гените, така наречените „некодиращи последователности“ се намират в ДНК веригата. Такива некодиращи последователности от нуклеотиди регулират работата на гените, спомагат за спирализация на хромозомите, маркират точката на началото и края на гена. Досега обаче ролята на повечето некодиращи последователности остава неясна.

Какво представлява хромозомата? Сексуални хромозоми

Агрегатът на гените на индивида се нарича геном. Естествено, целият геном не може да бъде поставен в една ДНК. Геномът е разделен на 46 двойки ДНК молекули. Една двойка ДНК молекули се нарича хромозома. Така че тези хромозоми, в които човек има 46 броя. Всяка хромозома носи стриктно определен набор от гени, например в 18 хромозома, гени, кодиращи цвета на очите и т.н. Хромозомите се различават една от друга по дължина и форма. Най-често срещаните форми са под формата на X или Y, но има и други. Човек има две хромозоми от една и съща форма, наречени двойки (двойки). Във връзка с тези различия, всички двойки хромозоми са номерирани – има 23 двойки. Това означава, че има двойка хромозоми # 1, двойка # 2, # 3 и т.н. Всеки ген, отговорен за определена черта, се намира на една и съща хромозома. В съвременните насоки за специалистите генната локализация може да бъде посочена, например, както следва: 22 хромозоми, дълги ръце.

Какви са разликите в хромозомите?

Как иначе са хромозомите различни? Какво означава терминът „дълъг рамо„? Взимаме хромозоми с форма X. Пресичането на ДНК нишки може да се случи стриктно в средата (X) и може да не се случи централно. Когато такова пресичане на ДНК нишки не се случва централно, то по отношение на кръстосаната точка единият край е по-дълъг, другият е по-кратък, съответно. Такива дълги краища обикновено се наричат ​​дългите ръце на хромозомата, а късите – съответно – кратко рамо. В хромозомите с форма Y дългите рамене заемат по-голямата част, докато късите са доста малки (дори не са посочени в схематичния образ).

Размерът на хромозомите варира: най-големи са хромозомите на двойки № 1 и № 3, най-малките хромозоми на двойки № 17, № 19.

 В допълнение към формите и размерите, хромозомите се различават по своите функции. От 23 двойки, 22 двойки са соматични и 1 двойка са сексуални. Какво означава това? Соматичните хромозоми определят всички външни признаци на индивида, характеристиките на неговите поведенчески реакции, наследствения психотип, т.е. всички характеристики и характеристики на всеки отделен човек. Двойка сексуални хромозоми определя пола на човек: мъж или жена. Има две разновидности на човешките полови хромозоми – X (X) и U (yerok). Ако се съчетаят като XX (X-X) – е жена и ако XU (X-joke) е човек пред нас.

Наследствени заболявания и хромозомни увреждания

Има обаче „разпадане“ на генома, след което хората са диагностицирани с генетични заболявания. Например, когато в 21 чифта хромозоми вместо две има три хромозоми, човек се роди със синдрома на Даун.

 Има много по-малки „счупвания“ на генетичен материал, които не водят до появата на болестта, а напротив, дават добри качества. Всички „счупвания“ на генетичния материал се наричат ​​мутации. Мутациите, водещи до заболявания или влошаване на свойствата на организма, се считат за отрицателни и мутациите, водещи до образуването на нови полезни свойства, се считат за положителни.

Въпреки това, по отношение на повечето от болестите, които хората днес страдат, не е наследствено заболяване, а предразположеност. Например бащата захар на детето се абсорбира бавно. Това не означава, че бебето ще се роди с диабет, но детето ще има предразположение. Това означава, че ако детето злоупотребява със сладкиши и брашно, тогава той ще развие диабет.

Към днешна дата така нареченият предикатив лекарство. Като част от медицинската практика на лице, идентифицирано предразположеност (въз основа на идентификацията на съответните гени), а след това го прави препоръки – каква диета да се следват, как да се редуват труд и почивка, да не се разболяват.

Как да четете информация, кодирана в ДНК?

И как можете да прочетете информацията, съдържаща се в ДНК? Как използва собствения си организъм? Самата ДНК е вид матрица, но не проста, но кодирана. За да прочете информацията от матрицата на ДНК, тя първо се прехвърля на специален носител – РНК. РНК е химически рибонуклеинова киселина. Тя се различава от ДНК, тъй като може да премине през мембраната на ядрото в клетката и ДНК е лишена от тази способност (тя може да бъде само в ядрото). Кодираната информация се използва в самата клетка. Така РНК е носител на кодирана информация от ядрото до клетката.

Как протича синтеза на РНК, как протеинът се синтезира от РНК?

Веригите на ДНК, от които е необходимо да се „прочете“ информацията, не са включени, за тях е използван специален ензим – „строител“ и синтезира паралелно ДНК верига на комплементарна РНК верига. РНК молекулата се състои също от 4 вида нуклеотиди – аденин (А), урацил (Y), гуанин (D) и цитозин (С). Следните двойки са комплементарни: аденин-урацил, гуанин-цитозин. Очевидно, за разлика от ДНК, урацилът се използва в РНК вместо тимин. Това означава, че ензимът „строител“ работи по следния начин: ако вижда А в ДНК веригата, тогава РНК прикрепя Y към нишката, ако Т – след това прикрепва С и т.н. По този начин от всеки активен ген по време на транскрипцията се образува шаблон – копие на РНК, способна да преминава през мембраната на ядрото.

Как протеиновият синтез кодира специфичен ген?

След като напусне ядрото, РНК навлезе в цитоплазмата. Вече в цитоплазмата РНК може да бъде, тъй като матрицата е вградена в специални ензимни системи (рибозоми), които могат да синтезират според RNA информацията съответната последователност на аминокиселините на протеина. Както е известно, протеиновата молекула се състои от аминокиселини. Как рибозомът успява да разбере коя аминокиселина трябва да бъде добавена към нарастващата протеинова верига? Това се прави въз основа на трипътен код. Триплетният код означава, че последователност от три нуклеотида на РНК веригата (тризнаци, напр. GSU) кодират една аминокиселина (в този случай глицин). Всяка аминокиселина кодира определен триплет. И така, рибозомата „прочита“ тройката, определя коя аминокиселина трябва да бъде прикрепена към следващата, тъй като информацията се чете в РНК. Когато се образува верига от аминокиселини, тя отнема определена пространствена форма и се превръща в протеин, способен да изпълнява ензимите, конструкцията, хормоналните и други функции, възложени му.

Белтъкът за всеки жив организъм е продукт на гена. Това са протеини, които определят всички различни свойства, качества и външни прояви на гените.

Автор: Nasedkina A.K.

ВАЖНО 👩‍⚕️ Опитах всички, всички рецепти от народната медицина, от разтриване с чесън, вани за крака и гимнастика до компрес с урина. Не мога да кажа, че нещо ми помогна особено.  Решението дойде неочаквано ...

---