В клетках человека имеются два типа нуклеиновых кислот. Один из них - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Дезоксирибонуклеиновая кислота – это биополимер, состоящий из мономеров, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из трёх компонентов, соединённых прочными химическими связями. Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар – дезоксирибозу; одно из четырёх азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин; остаток фосфорной кислоты.
Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Основу такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи – четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых оснований. Азотистые основания двух цепей соединены между собой водородными связями по принципу комплементарности т.е. по принципу взаимного соответствия парных нуклеотидов. Чтобы было проще запомнить, какое основание должно соответствовать какому, можно воспользоваться такой ассоциацией: Тигр – Альбинос (то есть тимин-аденин) и Голубая – Цапля (гуанин-цитозин).
Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Конечно же, это ошибочное название, на самом же деле она является двойным винтом, но двойная спираль стала традиционным наименованием. Ширина молекулы 2 нанометра. Средняя длина 4 сантиметра. Один полный оборот спирали занимает приблизительно 3,5 нанометра, на которых помещается 10 пар оснований.
Длина всех молекул ДНК в одной клетке человека равна примерно двум метрам. Это в среднем в миллион раз больше, чем диаметр клеточного ядра. Соответственно возникает вопрос: каким образом столь гигантские молекулы умещаются в таком маленьком ядре? Выделяют четыре уровня упаковки ДНК в хромосоме:
1. На первом уровне двойная спираль ДНК наматывается на белковый комплекс, содержащий 8 молекул гистонов – белков с повышенным содержанием положительно заряженных аминокислотных остатков лизина и аргинина. Образуется структура диаметром 11 нанометров, напоминающая бусы на нитке. Каждая «бусина» - нуклеосома содержит около 150 пар нуклеотидов.
2. На втором уровне нуклеосомы сближаются с помощью гистона, отличающегося от тех, которые входят в состав нуклеосомы. Образуется фибрилла диаметром 30 нанометров.
3. На третьем уровне упаковки формируются петли, содержащие от 20 000 до 80 000 пар нуклеотидов ДНК. Типичная хромосома млекопитающих может содержать до 2500 петель. Перед делением клетки молекулы ДНК удваиваются, петли укладываются в стопки, хромосома утолщается.
4. На этом, четвёртом уровне упаковки каждая хромосома состоит из двух идентичных хроматид, каждая из которых содержит по одной молекуле ДНК. В итоге длина ДНК сокращается примерно в 10000 раз. Это соответствует тому, как если бы нитку длиной с Останкинскую башню упаковали в спичечный коробок.
Молекулы ДНК обладают уникальным свойством – способностью к самоудвоению. Этот процесс получил название – репликация. Вначале специальный фермент – хеликаза раскручивает двойную спираль молекулы ДНК и «разрывает» водородные связи между азотистыми основаниями, в результате чего получаются две полинуклеотидные цепочки. По принципу комплементарности к каждой из этих цепочек ферментом полимеразой достраиваются недостающие нуклеотиды до тех пор, пока не образуются две молекулы ДНК. При этом каждая молекула ДНК состоит из одной новой цепочки и одной старой. Дочерние молекулы ДНК ничем не отличаются друг от друга и от материнской молекулы.
ДНК является носителем генетической информации. В клетке генетическая информация передаётся от ДНК к белку, посредством информационной РНК (рибонуклеиновая кислота). Информационная РНК это одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити молекулы ДНК. Процесс образования информационной РНК называется транскрипцией.
Информационная РНК является копией не всей молекулы ДНК, а только одного гена или группы рядом лежащих генов. Ген – это участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза белка. Вначале специальный фермент РНК-полимераза узнаёт на цепи ДНК своего рода посадочную площадку – промотор. Присоединившись к промотору, РНК-полимераза, двигаясь по ДНК, подбирает по принципу комплементарности нуклеотиды и соединяет их в единую цепочку. В конце группы генов фермент встречает сигнал, означающий конец переписывания. Готовая информационная РНК покидает ядро и направляется к месту синтеза белков – рибосоме.
Молекула ДНК несёт три основные функции. Первая – это хранение наследственной информации. Вторая – передача наследственной информации из поколения в поколение. И третья: ДНК играет роль матрицы в процессе передачи генетической информации к месту синтеза белка.
В заключение несколько интересных фактов о ДНК.
- ДНК всех людей сходна на 99,9%. Все различия между нами находятся в оставшейся одной десятой процента.
- ДНК человека на 30% совпадает с ДНК листового салата, а ДНК человека и банана совпадают на 50%.
- Мыши и люди разошлись в геномах лишь 70 миллионов лет назад, их ДНК совпадают на 70%.
- Если печатать по одному слову в секунду каждый день по 8 часов, то для того, чтобы напечатать геном человека, понадобится 50 лет.
- Всю сохранённую в цифровом формате информацию в мире можно записать в 2 граммах ДНК.
