Pin
Send
Share
Send


Վերևում ՝ ա GC բազային զույգ երեք ջրածնային կապով: Ներքեւում, ԱԹ բազային զույգ `ջրածնի երկու պարտատոմսերով: Hydրածնի պարտատոմսերը ցուցադրվում են որպես չորացած գծեր:

Յուրաքանչյուր տողի վրա մեկ տողի հիմքը կապում է կապի հետ մեկ տիպի հիմքի վրա, մյուս հատվածի վրա: Սա կոչվում է բազային լրացման զուգավորում: Այստեղ պուրինները ջրածնային կապեր են ստեղծում պիրիմիդիններին, իսկ A- ն միանում է միայն T- ին, իսկ C- ին միանում են միայն G- ին: Այս երկու դասակարգումը երկու նուկլեոտիդների հետ միասին, որոնք միմյանց հետ կապում են կրկնակի խխունջը, կոչվում է բազային զույգ: Կրկնակի խխունջում երկու տողերը միասին պահվում են հիդրոֆոբիկ էֆեկտի և պի ստոկինգի արդյունքում առաջացած ուժերի միջոցով, որոնց վրա չի ազդում ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը:25 Քանի որ ջրածնի պարտատոմսերը կովալենտ չեն, դրանք կարող են կոտրվել և միանալ համեմատաբար հեշտությամբ: Այսպիսով, կրկնակի խխունջի մեջ գտնվող ԴՆԹ-ի երկու շերտերը կարող են պոկվել որպես կայծակաճարմանդ, ինչպես մեխանիկական ուժով, այնպես էլ բարձր ջերմաստիճանով:26 Այս փոխլրացման արդյունքում ԴՆԹ խխունջի երկչողմանի հաջորդականության մեջ եղած բոլոր տեղեկությունները կրկնօրինակվում են յուրաքանչյուր հատվածի վրա, ինչը կենսական նշանակություն ունի ԴՆԹ վերարտադրության մեջ: Իրոք, այս փոխարկելի և հատուկ փոխազդեցությունը փոխլրացնող բազային զույգերի միջև խիստ կարևոր է կենդանի օրգանիզմներում ԴՆԹ-ի բոլոր գործառույթների համար:14

Բազային զույգերի երկու տեսակները ձևավորում են ջրածնային պարտատոմսերի տարբեր թվեր ՝ ԱՏ-ն ստեղծելով ջրածնային երկու պարտատոմսեր, իսկ GC- ն ՝ երեք ջրածնային կապ: GC բազային զույգը, հետևաբար, ավելի ուժեղ է, քան AT բազային զույգը: Արդյունքում, դա և GC բազային զույգի տոկոսն է, և ԴՆԹ-ի կրկնակի խխունջի ընդհանուր երկարությունը, որը որոշում է ԴՆԹ երկու տողերի միջև ասոցացման ուժը: ԳՆ-ի բարձր պարունակությամբ ԴՆԹ-ի խխունջները ունեն ավելի ուժեղ փոխազդող տողեր, մինչդեռ բարձր AT պարունակությամբ կարճ խխունջներն ունեն ավելի թույլ փոխազդող տողեր:27 ԴՆԹ-ի կրկնակի խխունջի մասերը, որոնք պետք է հեշտությամբ առանձնանան, օրինակ ՝ TATAAT Pribnow տուփը մանրեների առաջացման պրոցեսներում, հակված են ունենալ հաջորդականություններ ՝ բարձր AT պարունակությամբ, ինչը թույլ է տալիս ավելի հեշտությամբ տարանջատել տողերը:28 Լաբորատորիայում այս փոխազդեցության ուժը կարելի է չափել `գտնելով ջրածնի պարտատոմսերը կոտրելու համար պահանջվող ջերմաստիճանը, դրանց հալման ջերմաստիճանը (նաև կոչվում է Տմ արժեք): Երբ ԴՆԹ-ի կրկնակի խխունջի բոլոր բազային զույգերը հալվում են, տողերը առանձնանում են և գոյություն ունեն լուծույթում ՝ որպես երկու ամբողջովին անկախ մոլեկուլ: Այս միակողմանի ԴՆԹ մոլեկուլները չունեն միասնական ընդհանուր ձև, սակայն որոշ կոնֆորմացիաներ ավելի կայուն են, քան մյուսները:29

Զգացողություն և հակասություն

ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը կոչվում է «իմաստ», եթե դրա հաջորդականությունը նույնն է սուրհանդակային RNA պատճենի հետ, որը թարգմանվում է սպիտակուցային: Հակառակ գծի հաջորդականությունը լրացնում է զգայական հաջորդականությունը և, հետևաբար, կոչվում է «հակասական» հաջորդականություն: Քանի որ ՌՆԹ պոլիմերազները աշխատում են իրենց ձևանմուշների լրացուցիչ պատճենը պատրաստելով, հենց այդ հակասենսուրական ժապավենն է, որը հանդիսանում է զգայական սուրհանդակ ՌՆԹ-ի արտադրության ձևանմուշ: Թե իմաստային, և թե հակասական հաջորդականությունները կարող են գոյություն ունենալ ԴՆԹ նույն մի հատվածի տարբեր մասերում (այսինքն ՝ երկու տողերը պարունակում են և՛ իմաստային, և՛ հակասական հաջորդականություններ):

Թե՛ պրոկարիոտներում, և՛ էուկարիոտներում, արտադրվում են հակասական ՌՆԹ հաջորդականություններ, բայց այդ ՌՆԹ-ների գործառույթներն ամբողջությամբ պարզ չեն:30 Առաջարկներից մեկն այն է, որ հակասահմանային ՌՆԹ-ները ներգրավված են գենային արտահայտման կարգավորմանը RNA-RNA բազայի զուգավորման միջոցով:31

Prokaryotes- ի և eukaryotes- ի մի քանի ԴՆԹ հաջորդականությունները, և ավելին `պլազմիդների և վիրուսների մեջ, վերացնում են վերևում արված տարբերությունը իմաստային և հակասենսական տողերի միջև` համընկնող գեներ ունենալով:32 Այս դեպքերում, ԴՆԹ-ի որոշ հաջորդականություններ կատարում են կրկնակի պարտականություն ՝ մեկ սպիտակուցը ծածկագրելով, երբ մեկ հատվածի երկայնքով ընթերցվում է 5 '-ից 3', իսկ երկրորդ սպիտակուցը, երբ ընթերցվում է հակառակ ուղղությամբ (դեռ 5 '-ից' 3 '), մյուս հատվածի երկայնքով: Բակտերիաների դեպքում այս համընկնումը կարող է ներգրավվել գեների տառադարձման կարգավորմանը,33 վիրուսների դեպքում համընկնող գեները մեծացնում են այն տեղեկատվության քանակը, որը կարող է կոդավորվել փոքր վիրուսային գենոմի մեջ:34 Գենոմի չափի նվազեցման ևս մեկ եղանակ է դիտվում որոշ վիրուսներում, որոնք պարունակում են գծային կամ շրջանաձև միանվագ ԴՆԹ ՝ որպես դրանց գենետիկ նյութեր:3536

Գերհզորություն

ԴՆԹ-ն պարան պես կարող է թեքվել մի գործընթացում, որը կոչվում է ԴՆԹ գերհագուստ: ԴՆԹ-ի միջոցով իր «հանգիստ» վիճակում, սովորաբար մի հատվածը շրջապատում է կրկնակի խխունջի առանցքը, յուրաքանչյուր 10.4 բազային զույգ, բայց եթե ԴՆԹ-ն թեքվում է, տողերը դառնում են ավելի սերտ կամ ավելի նոսր վերք:37 Եթե ​​ԴՆԹ-ն թեքվում է խխունջի ուղղությամբ, ապա դա դրական գերհաղորդում է, և հիմքերը ավելի ամուր են պահվում միասին: Եթե ​​դրանք հակառակ ուղղությամբ թեքված են, ապա դա բացասական գերբեռնվածություն է, և հիմքերը ավելի հեշտությամբ են բաժանվում:

Բնության մեջ, ԴՆԹ-ի մեծ մասը ունի փոքր բացասական գերծանրքաշային նյութեր, որոնք ներմուծվում են ֆերմենտներով, որոնք կոչվում են տոպոիզոմերազներ:38 Այս ֆերմենտները անհրաժեշտ են նաև ԴՆԹ-ի ճյուղերում ներմուծված շրջադարձային սթրեսները թեթևացնելու համար այնպիսի գործընթացների, ինչպիսիք են տառադարձումը և ԴՆԹ վերարտադրությունը:39

Ձախից աջ ՝ Ա, Բ և Զ ԴՆԹ կառուցվածքները

Այլընտրանքային երկբևեռ կառուցվածքներ

ԴՆԹ-ն գոյություն ունի մի քանի հնարավոր կոնֆորմացիաներում: Առայժմ հայտնաբերված կոնֆորմացիաներն են ՝ A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA,40 E-DNA,41 Հ-ԴՆԹ,42 L-DNA,40 P-DNA,43 և Z-DNA:2044 Այնուամենայնիվ, բնականաբար գոյություն ունեցող կենսաբանական համակարգերում նկատվել է միայն A-DNA, B-DNA և Z-DNA:

Ո՞րն է ԴՆԹ – ի ընդունումը, կախված է ԴՆԹ-ի հաջորդականությունից, գերհալածման քանակությունից և ուղղությունից, հիմքերի քիմիական ձևափոխումներից, ինչպես նաև լուծման պայմաններից, ինչպիսիք են մետաղական իոնների և պոլիամինների կոնցենտրացիան:45 Այս երեք կոնֆորմացիաներից վերը նկարագրված «B» ձևը առավել տարածված է բջիջներում հայտնաբերված պայմաններում:46 ԴՆԹ-ի երկու այլընտրանքային երկբևեռ ձևերը տարբերվում են իրենց երկրաչափությունից և չափսերից:

Ա ձևը ավելի լայն աջ ձեռքի պարույր է ՝ մակերեսային, լայն աննշան ակոսով և ավելի նեղ, խորքային խոշոր ակոսով: Ա ձևը տեղի է ունենում ոչ ֆիզիոլոգիական պայմաններում ԴՆԹ-ի ջրազրկված նմուշների դեպքում, մինչդեռ բջիջում այն ​​կարող է արտադրվել ԴՆԹ և ՌՆԹ տողերի հիբրիդային զուգավորումների, ինչպես նաև ֆերմենտային-ԴՆԹ-ի բարդույթներում:4748 ԴՆԹ-ի այն հատվածները, որտեղ հիմքերը քիմիապես ձևափոխել են մեթիլացիայի միջոցով, կարող են ենթարկվել կազմաձևման ավելի մեծ փոփոխության և ընդունեն Z ձևը: Այստեղ թելերը պտտվում են պարուրաձև առանցքի շուրջը ձախ ձեռքով պարուրաձևով ՝ ավելի տարածված B ձևի հակառակը:49 Այս անսովոր կառույցները կարող են ճանաչվել հատուկ Z-DNA կապող սպիտակուցների միջոցով և կարող են ներգրավվել տառադարձման կարգավորմանը:50

Կրկնվում է telomere- ի կողմից ձևավորված ԴՆԹ-ի քառանկյունի կառուցվածքը: ԴՆԹ-ի ողնաշարի կազմաձևը էականորեն տարբերվում է բնորոշ հելի կառուցվածքից:

Քառանկյուն կառուցվածքներ

Գծային քրոմոսոմների ծայրերում կան ԴՆԹ-ի մասնագիտացված շրջաններ, որոնք կոչվում են տելոմեր: Այս շրջանների հիմնական գործառույթն է թույլ տալ, որ բջիջը վերարտադրի քրոմոսոմի ծայրերը `օգտագործելով ֆերմենտային տելոմերազը, քանի որ ֆերմենտները, որոնք սովորաբար վերարտադրում են ԴՆԹ-ն, չեն կարող պատճենել քրոմոսոմների ծայրահեղ 3 'ծայրերը:51 Արդյունքում, եթե քրոմոսոմը բացակայում էր հեռապատկերներին, ամեն անգամ այն ​​կրկնվելու դեպքում ավելի կարճ կլիներ: Այս մասնագիտացված քրոմոսոմային կափարիչները օգնում են նաև ԴՆԹ-ի ծայրերը պաշտպանել exonucleases- ից և դադարեցնել բջիջում գտնվող ԴՆԹ-ի վերականգնման համակարգերը դրանց բուժելուց, որպես շտկման ենթակա վնաս:52 Մարդկային բջիջներում telomeres- ը սովորաբար միաշերտ ԴՆԹ-ի երկարություն է, որը պարունակում է մի քանի հազար կրկնում պարզ TTAGGG հաջորդականության մեջ:53

Այս գուանով հարուստ հաջորդականությունները կարող են կայունացնել քրոմոսոմի ծայրերը ՝ ձևավորելով չորս հիմքային միավորների կուտակված հավաքածուների շատ անսովոր կառուցվածքներ, այլ ոչ թե այլ ԴՆԹ մոլեկուլներում հայտնաբերված սովորական բազային զույգեր: Այստեղ չորս գուանինի հիմքերը ձևավորում են հարթ ափսե, և այդ չորս քառակուսի հիմնական տողերը միմյանց վերևում կուտակում են, որպեսզի կազմեն կայուն G- քառանկյուն կառուցվածքը:54 Այս կառույցները կայունանում են հիմքերի եզրերի միջև ջրածնային կապի միջոցով և յուրաքանչյուր չորս-բազային միավորի կենտրոնում մետաղական իոնի կծում: Ձախ կողմում ցույց տրված կառուցվածքը մարդկային տելոմերներում կրկնվող ԴՆԹ-ի հաջորդականությամբ ձևավորված քառանկյունի վերին տեսակն է: ԴՆԹ-ի մեկ կտորը ձևավորում է հանգույց, որի չորս հիմքերի հավաքածուները կենտրոնանում են չորս քառակուսի հատվածի խորքում: Հավաքված հիմքերի կենտրոնում գտնվող տիեզերքում կան երեք խտացրած կալիումի իոններ:55 Կարող են ձևավորվել նաև այլ կառույցներ, որոնց չորս հիմքերի կենտրոնական հավաքածուն գալիս է կամ հիմքերի շուրջը ծալված մի կտորից կամ մի քանի տարբեր զուգահեռ շղթաներից, որոնցից յուրաքանչյուրը նպաստում է կենտրոնական կառուցվածքին մեկ հիմքի:

Այս stacked կառույցներից բացի, telomeres- ը ձևավորում է նաև մեծ հանգույց կառույցներ, որոնք կոչվում են telomere loops կամ T-loops: Այստեղ միակողմանի ԴՆԹ-ն գանգուրները տարածվում է երկար շրջանի մեջ, որոնք կայունացված են տելոմերային կապող սպիտակուցներով:56 T-loop- ի հենց վերջում, միակողմանի տելոմերային ԴՆԹ-ն անց է կացվում երկլեզվային ԴՆԹ-ի մի տարածաշրջանի վրա `տելոմերային ժապավենի միջոցով, խանգարելով երկբևեռ ԴՆԹ-ն և բազայի զուգակցումը երկու տողերից մեկին: Եռակի այս կառուցվածքը կոչվում է տեղակայման հանգույց կամ D- հանգույց:54

Քիմիական փոփոխություններ

ցիտոզին5-մեթիլցիտոզինthymine 5-մեթիլ խմբով և առանց ցիտոզինի կառուցում: Deamination- ից հետո 5-մեթիլցիտոզինը ունի նույն կառուցվածքը, ինչպես thymine- ը

Հիմքի փոփոխություններ

Գեների արտահայտությունը ազդում է քրոմոսոմի քրոմատիկ կառուցվածքի և հետերոքրոմատինի շրջանների (գեների ցածր կամ ոչ մի արտահայտություն) վրա, որոնք կապված են ցիտոզինի մեթիլացման հետ: Օրինակ, ցիտոզինի մեթիլացումը, 5-մեթիլցիտոզին արտադրելու համար, կարևոր է X- քրոմոսոմի անգործության համար:57 Մեթիլացման միջին մակարդակը տատանվում է օրգանիզմների միջև Caenorhabditis elegans պակասում է ցիտոզինի մեթիլացմանը, իսկ ողնաշարավորները ցույց են տալիս ավելի բարձր մակարդակներ, որոնց ԴՆԹ-ի մինչև 1% -ը պարունակում է 5-մեթիլցիտոզին:58 Չնայած 5-methylcytosine- ի կենսաբանական դերին, այն ենթակա է ինքնաբուխ աղտոտմանը thymine բազայից դուրս գալու համար, և մեթիլացված ցիտոզինները, հետևաբար, մուտացիայի թեժ կետեր են:59 Այլ բազային փոփոխությունները ներառում են ադենինի մեթիլացում բակտերիաներում և ուրացիլային գլիկոզիլացում `կինետոպլաստների մեջ« J- բազան »արտադրելու համար:6061

ԴՆԹ-ի վնաս

Լրացուցիչ տեղեկություններ. Մուտացիա
Բենզոպիրենը ՝ ծխախոտի ծխի հիմնական մուտագենը ՝ ԴՆԹ-ի մեջ:62

ԴՆԹ-ն կարող է վնասվել շատ տարբեր տեսակի մուտագենների կողմից: Դրանք ներառում են օքսիդացնող նյութեր, ալկիլացնող նյութեր և նաև բարձր էներգիայի էլեկտրամագնիսական ճառագայթում, ինչպիսիք են ուլտրամանուշակագույն լույսը և ռենտգենյան ճառագայթները: Արտադրված ԴՆԹ վնասվածքի տեսակը կախված է մուտագենի տեսակից: Օրինակ ՝ ուլտրամանուշակագույն լույսը հիմնականում վնասում է ԴՆԹ-ին ՝ արտադրելով thymine dimers, որոնք խաչբառ են հարևան պիրիմիդինային հիմքերի միջև ԴՆԹ-ի հատվածում:63 Մյուս կողմից, օքսիդիչները, ինչպիսիք են ազատ ռադիկալները կամ ջրածնի պերօքսիդը, առաջացնում են վնասների բազմաթիվ ձևեր, ներառյալ բազային փոփոխությունները, մասնավորապես գուանոզինի, ինչպես նաև երկկողմանի ընդմիջումները:64 Հաշվարկվել է, որ մարդու յուրաքանչյուր խցում օրական մոտ 500 հիմք օքսիդացնող վնաս է կրում:6566 Այս օքսիդացնող վնասվածքներից ամենավտանգավորը երկկողմանի ընդմիջումն է, քանի որ այդ վնասվածքները դժվար է վերականգնել և կարող են հանգեցնել կետային մուտացիաների, ներդիրների և ջնջումների ԴՆԹ հաջորդականությունից, ինչպես նաև քրոմոսոմային տեղաշարժեր:67

Շատ մուտագենները փոխկապակցվում են երկու հարակից բազային զույգերի միջև ընկած տարածության միջև: Intercalators- ը հիմնականում անուշաբույր և պլանային մոլեկուլներ են, և դրանք ներառում են էթիդիում, daunomycin, doxorubicin և thalidomide: Որպեսզի փոխկապիչը տեղավորվի բազային զույգերի միջև, հիմքերը պետք է առանձնանան ՝ խեղաթյուրելով ԴՆԹ-ի շղթաները `կրկնակի խխունջով քողարկելով: Այս կառուցվածքային փոփոխությունները խանգարում են ինչպես տառադարձմանը, այնպես էլ ԴՆԹ-ի վերամշակմանը ՝ առաջացնելով թունավորություն և մուտացիաներ: Արդյունքում, ԴՆԹ-ի փոխկապակցիչները հաճախ քաղցկեղածին նյութեր են, որոնցից բենզոպիրեն դիոլի էպօքսիդը, ակրիդինները, աֆլատոքսինը և էթիտիումի բրոմը հայտնի օրինակ են:686970 Այնուամենայնիվ, ԴՆԹ-ի վերագրումն ու վերարտադրությունը խոչընդոտելու իրենց հատկությունների շնորհիվ դրանք նաև օգտագործվում են քիմիաթերապիայի մեջ `արագ զարգացող քաղցկեղի բջիջները խոչընդոտելու համար:71

Կենսաբանական գործառույթների ակնարկ

ԴՆԹ-ն սովորաբար առաջանում է որպես գծային քրոմոսոմներ էուկարիոտների մեջ, իսկ շրջանաձև քրոմոսոմները պրոկարիոտներում: Խցում պարունակվող քրոմոսոմների շարքը կազմում է նրա գենոմը: Մարդու գենոմը ունի մոտավորապես 3 միլիարդ բազային զույգ ԴՆԹ, որը կազմված է 46 քրոմոսոմի մեջ:72

ԴՆԹ-ի միջոցով ստացված տեղեկատվությունը պահվում է ԴՆԹ-ի կտորների հաջորդականությամբ, որոնք կոչվում են գեներ: Գեներում գենետիկական տեղեկատվության փոխանցումն իրականացվում է բազային լրացման զուգակցման միջոցով: Օրինակ ՝ տառադարձության մեջ, երբ բջիջը օգտագործում է տեղեկատվությունը գենում, ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը պատճենվում է ՌՆԹ-ի լրացուցիչ հաջորդականության մեջ ՝ ԴՆԹ-ի և ճիշտ ՌՆԹ նուկլեոտիդների միջև ներգրավման միջոցով: Սովորաբար, այս RNA պատճենն այնուհետև օգտագործվում է համապատասխանեցող սպիտակուցային հաջորդականություն կատարելու համար, որը կոչվում է թարգմանություն, ինչը կախված է RNA նուկլեոտիդների նույն փոխազդեցությունից: Այլապես, բջիջը կարող է պարզապես պատճենել իր գենետիկական տեղեկատվությունը մի գործընթացում, որը կոչվում է ԴՆԹ վերարտադրություն: Այս գործառույթների մանրամասները ներկայացված են այլ հոդվածներում. այստեղ մենք կենտրոնանում ենք ԴՆԹ-ի և այլ մոլեկուլների միջև փոխազդեցությունների վրա, որոնք միջնորդում են գենոմի գործառույթը:

Գենոմի կառուցվածքը

Լրացուցիչ տեղեկություններ `Chromosome, Gene

Գենոմային ԴՆԹ-ն տեղակայված է էուկարիոտների բջջային միջուկում, ինչպես նաև մանր քանակությամբ `միիտոկոնդրիայում և քլորոպլաստներում: Պրոկարիոտներում ԴՆԹ-ն անցկացվում է անկանոն ձևով մարմնի մեջ ցուկոպլազմում, որը կոչվում է նուկլեոիդ:73

Գենոմում առկա գենետիկական տեղեկատվությունն անցկացվում է գեների շրջանակներում: Գենը ժառանգականության միավոր է և հանդիսանում է ԴՆԹ-ի շրջան, որը ազդում է օրգանիզմի վրա առանձնահատկությունների վրա: Գեները պարունակում են բաց ընթերցման շրջանակ, որը կարող է փոխագրվել, ինչպես նաև կարգավորիչ հաջորդականություններ, ինչպիսիք են խթանողներն ու ուժեղացուցիչները, որոնք վերահսկում են բաց ընթերցման շրջանակի արտահայտությունը:

Շատ տեսակների մեջ գենոմի ընդհանուր հաջորդականության միայն մի փոքր մասն է ծածկագրում սպիտակուցը: Օրինակ, մարդու գենոմի միայն մոտ 1,5% -ը բաղկացած է սպիտակուցային կոդավորող էկզոններից, որոնցում մարդու ԴՆԹ-ի ավելի քան 50% -ը բաղկացած է ոչ կոդավորող կրկնվող հաջորդականություններից:74 Էուկարիոտիկ գեոմներում այդքան ոչ կոդավորող ԴՆԹ-ի առկայության և գենոմի չափի արտակարգ տարբերությունների պատճառները, կամ C- արժեք, տեսակների մեջ ներկայացնում են վաղեմի հանելուկ, որը հայտնի է որպես «C- արժեքի enigma»:75

Այնուամենայնիվ, ԴՆԹ հաջորդականությունները, որոնք չեն ծածկագրում սպիտակուցը, կարող են դեռևս ծածկագրում են ֆունկցիոնալ ոչ կոդավորող RNA մոլեկուլները, որոնք ներգրավված են գենի արտահայտման կարգավորմանը:76

T7 RNA պոլիմերազ (կապույտ), որը արտադրում է mRNA (կանաչ) ԴՆԹ ձևանմուշից (նարնջագույն): Ստեղծվել է PDB 1MSW- ից:

ԴՆԹ-ի ոչ կոդավորող որոշ հաջորդականություններ կառուցվածքային դեր են խաղում քրոմոսոմներում: Telomeres- ը և ցենտրոմերը սովորաբար պարունակում են քիչ գեներ, բայց կարևոր են քրոմոսոմների գործառույթի և կայունության համար:77 Մարդկանց ոչ կոդավորող ԴՆԹ-ի առատ ձևը կեղծ կեղծիքներ են, որոնք գեների պատճեններ են, որոնք անջատվել են մուտացիայի միջոցով:78 Այս հաջորդականությունները սովորաբար ընդամենը մոլեկուլային բրածոներ են, չնայած դրանք ժամանակ առ ժամանակ կարող են ծառայել որպես հում գենետիկ նյութ `գեների կրկնօրինակման և շեղման գործընթացով նոր գեների ստեղծման համար:79

Տեղագրում և թարգմանություն

Գենը ԴՆԹ-ի հաջորդականությունն է, որը պարունակում է գենետիկ տեղեկատվություն և կարող է ազդել օրգանիզմի ֆենոտիպի վրա: Գենի սահմաններում ԴՆԹ-ի ճյուղի հիմքերի հաջորդականությունը սահմանում է սուրհանդակային RNA հաջորդականությունը, որն այնուհետև սահմանում է մեկ կամ մի քանի սպիտակուցային հաջորդականություն: Գեների նուկլեոտիդային հաջորդականությունների և սպիտակուցների ամինաթթվային հաջորդականությունների միջև կապը որոշվում է թարգմանության կանոններով, որոնք հավաքականորեն հայտնի են որպես գենետիկ կոդ: Գենետիկական ծածկագիրը բաղկացած է երեք տառից «բառերից», որոնք կոչվում են կոդոններ ձևավորվել է երեք նուկլեոտիդների հաջորդականությունից (օր. ՝ ACT, CAG, TTT):

Փոխագրության մեջ գենի կոդոնները RNA պոլիմերազով պատճենվում են սուրհանդակային RNA- ում: Այս RNA պատճենն այնուհետև վերծանվում է մի ribosome- ով, որը կարդում է RNA հաջորդականությունը `հիմք-զուգորդելով սուրհանդակ RNA փոխանցելու RNA- ին, որն իրականացնում է ամինաթթուներ: Քանի որ 3 տառանոց համադրություններում կա 4 հիմք, կան 64 հավանական կոդոններ ( համակցություններ): Սրանք կոդավորում են քսան ստանդարտ ամինաթթուները ՝ տալով ամինաթթուների մեծամասնությունը մեկից ավելի հավանական կոդոն: Գոյություն ունեն նաև կոդավորման շրջանի ավարտը նշող երեք «կանգառ» կամ «անհեթեթ» կոդոն; սրանք TAA, TGA և TAG կոդոններն են:

ԴՆԹ վերարտադրություն: Կրկնակի խխունջը անհիմն է հելիզազի և տոպոիզոմերազի կողմից: Հաջորդը, մեկ ԴՆԹ պոլիմերազը արտադրում է առաջատար ժապավենի պատճենը: ԴՆԹ-ի մեկ այլ պոլիմերազը կապվում է լողացող հատվածի հետ: Այս ֆերմենտը կազմում է աննկատ հատվածներ (որոնք կոչվում են Okazaki բեկորներ) նախքան ԴՆԹ-ի լիագազը միացնել դրանք միասին:

Վերօրինակման

Բջջային բաժանումը անհրաժեշտ է օրգանիզմի աճման համար, բայց երբ բջիջը բաժանվում է, նա պետք է վերարտադրի ԴՆԹ-ն իր գենոմում, որպեսզի երկու դուստր բջիջները ունենան նույն գենետիկ տեղեկատվությունը, ինչ իրենց ծնողը:

ԴՆԹ-ի երկկողմանի կառուցվածքը ԴՆԹ-ի վերարտադրման պարզ մեխանիզմ է ապահովում: Այստեղ երկու տողերն առանձնացված են, և այնուհետև յուրաքանչյուր հատվածի լրացուցիչ ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը վերստեղծվում է ֆերմենտով, որը կոչվում է ԴՆԹ պոլիմերազ: Այս ֆերմենտը ստեղծում է լրացման շարքը `գտնելով ճիշտ բազան լրացնող բազային լրացման միջոցով, և այն միացնելով բնօրինակ հատվածին: Քանի որ ԴՆԹ պոլիմերազները կարող են ընդլայնել միայն ԴՆԹ-ի ժապավենը 5 '-ից 3' ուղղությամբ, ապա տարբեր մեխանիզմներ են օգտագործվում կրկնակի խխունջի հակաառանցքային շղթաները պատճենելու համար:80 Այս կերպ հին տողի հիմքը թելադրում է, թե որ բազան հայտնվում է նոր տողի վրա, և բջիջն ավարտվում է իր ԴՆԹ-ի կատարյալ պատճենով:

Սպիտակուցների հետ փոխազդեցություն

ԴՆԹ-ի բոլոր գործառույթները կախված են սպիտակուցների հետ փոխազդեցությունից: Այս սպիտակուցային փոխազդեցությունները կարող են լինել ոչ հատուկ, կամ սպիտակուցը կարող է հատուկ կապվել ԴՆԹ-ի մեկ հաջորդականության հետ: Ֆերմենտները կարող են նաև կապվել ԴՆԹ-ի հետ, և դրանցից առանձնապես կարևոր են պոլիմերազները, որոնք կրկնօրինակում են ԴՆԹ-ի բազային հաջորդականությունը և ԴՆԹ-ի վերարտադրումը:

ԴՆԹ-ի կապող սպիտակուցներ

ԴՆԹ-ի փոխազդեցությունը histones- ով (ցուցադրվում է սպիտակ, վերևում): Այս սպիտակուցների հիմնական ամինաթթուները (ձախից ներքև, կապույտը) կապվում են ԴՆԹ-ի վրա թթվային ֆոսֆատ խմբերի հետ (աջից աջ, կարմիր):

ԴՆԹ-ն ամրացնող կառուցվածքային սպիտակուցները ոչ հատուկ ԴՆԹ-սպիտակուցային փոխազդեցությունների լավ հասկանալի օրինակներ են: Քրոմոսոմների շրջանակներում ԴՆԹ-ն անցկացվում է կառուցվածքային սպիտակուցներով համալիրներով: Այս սպիտակուցները ԴՆԹ-ն կազմակերպում են կոմպակտ կառուցվածքի մեջ, որը կոչվում է քրոմատին: Էվկարիոտների մեջ այս կառուցվածքը ներառում է ԴՆԹ-ի կապակցում histones կոչվող փոքր հիմնական սպիտակուցների բարդույթին, մինչդեռ պրոկարիոտներում պրոտեինների բազմազան տեսակ է ներգրավված:8182 Հիստոնները ձևավորում են սկավառակաձև բարդույթ, որը կոչվում է նուկլեոզոմ, որը պարունակում է իր մակերեսի շուրջը փաթաթված երկչողմանի ԴՆԹ-ի երկու ամբողջական շրջադարձ: Այս ոչ հատուկ փոխազդեցությունները ձևավորվում են histones- ի հիմնական մնացորդների միջոցով `իոնային կապեր կազմելով ԴՆԹ-ի թթվային շաքար-ֆոսֆատ ողնաշարի վրա, ուստի դրանք հիմնականում անկախ են բազային հաջորդականությունից:83 Այս հիմնական ամինաթթուների մնացորդների քիմիական փոփոխությունները ներառում են մեթիլացիա, ֆոսֆորիլացում և ացետիլացում:84 Այս քիմիական փոփոխությունները փոփոխում են ԴՆԹ-ի և histones- ի միջև փոխազդեցության ուժը ՝ ԴՆԹ-ն քիչ թե շատ հասանելի դարձնելով տառադարձման գործոններին և փոխելով տառադարձման արագությունը:85 Քրոմատինի մեջ հայտնաբերված այլ ոչ ԴՆԹ-ի կապող սպիտակուցներ ներառում են բարձր շարժունակության խմբի սպիտակուցներ, որոնք նախապատվորեն կապում են թեքված կամ աղավաղված ԴՆԹ-ի հետ:86 Այս սպիտակուցները կարևոր են նուկլեոզոմների զանգվածների ճկման և դրանք ավելի բարդ քրոմատիկ կառույցների մեջ տեղադրելու համար:87

ԴՆԹ-ի միացնող սպիտակուցների հստակ խումբ են միակողմանի-ԴՆԹ-ով կապող սպիտակուցները, որոնք հատուկ կապում են միակողմանի ԴՆԹ-ն: Մարդկանց մեջ, replication սպիտակուցը այս ընտանիքի լավագույն բնութագրած անդամն է և անհրաժեշտ է այն գործընթացների մեծ մասի համար, որտեղ առանձնացվում է կրկնակի խխունջը, ներառյալ ԴՆԹ-ի վերամշակումը, վերակազմավորումը և ԴՆԹ-ի վերականգնումը:88 Այս կապող սպիտակուցները, կարծես, կայունացնում են միակողմանի ԴՆԹ-ն և պաշտպանում են այն ցողունային հանգույցներ ձևավորելու կամ կորիզների կողմից քայքայվելուց:

Լամբդայի ռեպրեսորային խխունջ-շրջադարձային խխունջի վերափոխման գործոնը կապված է նրա ԴՆԹ թիրախի հետ89

Ի հակադրություն, այլ սպիտակուցներ էվոլյուցիայի են ենթարկվել `հատուկ ԴՆԹ-ի հատուկ հաջորդականությունները կապելու համար: Դրանցից առավել ինտենսիվորեն ուսումնասիրված են տառադարձման գործոնների տարբեր դասերը, որոնք սպիտակուցներ են, որոնք կարգավորում են տառադարձումը: Այս սպիտակուցներից յուրաքանչյուրը կապվում է ԴՆԹ-ի հաջորդականությունների մեկ որոշակի փաթեթի հետ և դրանով իսկ ակտիվացնում կամ խանգարում է գեներների տառադարձմանը իրենց հաջորդականություններին մոտ գտնվող այս հաջորդականություններով: Տեղագրման գործոնները դա անում են երկու եղանակով: Առաջին հերթին, նրանք կարող են կապել RNA պոլիմերազը, որը պատասխանատու է տառադարձման համար ՝ ուղղակիորեն կամ միջնորդի այլ սպիտակուցների միջոցով; սա տեղաբաշխում է պոլիմերազը խթանողի մոտ և թույլ է տալիս այն սկսել տառադարձումը:90 Այլընտրանքով, տառադարձման գործոնները կարող են կապել ֆերմենտների հետ, որոնք փոփոխում են գովազդատուում histones- ը. սա կփոխի ԴՆԹ կաղապարի հասանելիությունը պոլիմերազին:91

Քանի որ այս ԴՆԹ-ի թիրախները կարող են առաջանալ օրգանիզմի գենոմի ամբողջ ընթացքում, մեկ տիպի տառադարձման գործոնի գործունեության գործունեության փոփոխությունները կարող են ազդել հազարավոր գեների վրա:92 Հետևաբար, այս սպիտակուցները հաճախ ազդանշանային հաղորդման գործընթացների թիրախ են, որոնք միջնորդում են պատասխաններ շրջակա միջավայրի փոփոխություններին կամ բջջային տարբերակմանը և զարգացմանը: Այս փոխակերպման գործոնների փոխազդեցության առանձնահատկությունը ԴՆԹ-ից բխում է բազմաթիվ սպիտակ շփումների միջոցով ԴՆԹ հիմքերի եզրերին պատրաստող սպիտակուցներից, ինչը թույլ է տալիս նրանց «կարդալ» ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը: Այս բազային փոխազդեցությունների մեծ մասը կատարվում են հիմնական ակոսում, որտեղ հիմքերը առավել մատչելի են:93

Սահմանափակումային ֆերմենտը EcoRV (կանաչ) իր ենթաշերտի ԴՆԹ-ի համալիրում94

ԴՆԹ-ի փոփոխող ֆերմենտներ

Միջուկներ և լիգազներ

Նուկլեազները ֆերմենտներ են, որոնք կտրում են ԴՆԹ-ի տողերը `կատալիզացնելով ֆոսֆոդիզերային պարտատոմսերի հիդրոլիզումը: Նուկլազները, որոնք ԴՆԹ տողերի ծայրերից հիդրոլիզի նուկլեոտիդներ են, կոչվում են էկոնուկլեազներ, իսկ էնդոնուկլեազները կտրվում են տողերի մեջ: Մոլեկուլային կենսաբանության մեջ առավել հաճախ օգտագործվող nucleases են սահմանափակումային էնդոնուկլեազները, որոնք կտրում են ԴՆԹ-ն հատուկ հաջորդականություններում: Օրինակ, EcoRV ֆերմենտը, որը ցույց է տրված ձախ, ճանաչում է 6-բազային հաջորդականությունը 5'-GAT | ATC-3 'և ուղղահայաց գծում կտրում է:

Բնության մեջ, այս ֆերմենտները պաշտպանում են մանրէները ֆագի վարակի դեմ ՝ մարսելով ֆագենի ԴՆԹ-ն, երբ այն մտնում է մանրէների բջիջ, հանդես գալով որպես սահմանափակման ձևափոխման համակարգի մաս:95 Տեխնոլոգիայում այս հաջորդականության հատուկ միջուկները օգտագործվում են մոլեկուլային կլոնավորման և ԴՆԹ-ի մատնահետքերի մեջ:

ԴՆԹ-ի լիգազներ կոչվող ֆերմենտները կարող են վերամիավորվել ԴՆԹ կտրված կամ կոտրված տողերի վրա ՝ օգտագործելով էներգիան կամ ադենոզինի տրիֆոսֆատից կամ նիկոտինամիդից ադենինի դինուկլեոտիդից:96 Ligases- ը առանձնահատուկ նշանակություն ունի ԴՆԹ-ի վերամշակման հետաձգման գործընթացում, քանի որ նրանք միասին միանում են կրկնօրինակման պատառաքաղում արտադրված ԴՆԹ-ի կարճ հատվածներին ՝ ԴՆԹ-ի կաղապարի ամբողջական օրինակով: Դրանք օգտագործվում են նաև ԴՆԹ-ի վերականգնման և գենետիկական վերափոխման մեջ:96

Topoisomerases- ը և helicases- ը

Տոպոիզոմերազները ֆերմենտներ են և՛ նուկլիզացիայի, և՛ լիգազի ակտիվությամբ: Այս սպիտակուցները փոխում են գերհալածման քանակը ԴՆԹ-ում: Այս ֆերմենտներից ոմանք աշխատում են ԴՆԹ-ի խխունջը կտրելով և թույլ տալով, որ մի հատվածը պտտվի ՝ դրանով իսկ իջեցնելով գերբարձրացման մակարդակը. ֆերմենտը այնուհետև կնքում է ԴՆԹ-ի ընդմիջումը:38 Այս ֆերմենտների մյուս տեսակները ունակ են կտրել մեկ ԴՆԹ խխունջ, այնուհետև անցնել այս ընդմիջման միջոցով ԴՆԹ-ի երկրորդ հատվածը ՝ նախքան վերածվելով խխունջի:97 Տոպոիզոմերազները պահանջվում են ԴՆԹ-ով ներգրավված բազմաթիվ գործընթացների համար, ինչպիսիք են ԴՆԹ վերարտադրումը և տառադարձումը:39

Helicases- ը սպիտակուցներ են, որոնք մոլեկուլային շարժիչի տեսակ են: Նրանք օգտագործում են քիմիական էներգիան նուկլեոզիդային տրիֆոսֆատներում, հիմնականում ATP- ում, հիմքերի միջև ջրածնի կապերը խզելու և ԴՆԹ-ի կրկնակի խխունջը միաձուլելու համար:98 Այս ֆերմենտները անհրաժեշտ են շատ գործընթացների համար, երբ ֆերմենտները պետք է մուտք ունենան ԴՆԹ-ի հիմքեր:

Պոլիմերազներ

Պոլիմերազները ֆերմենտներ են, որոնք սինթեզում են պոլինուկլեոտիդային ցանցերը նուկլեոզիդ տրիֆոսֆատներից: Նրանք գործում են ՝ ավելացնելով նուկլեոտիդներ ԴՆԹ-ի հատվածում նախորդ նուկլեոտիդի 3 'հիդրոքսիլ խմբի վրա: Որպես հետևանք, բոլոր պոլիմերազները աշխատում են 5 '-ից 3' ուղղությամբ:99 Այս ֆերմենտների ակտիվ տեղում նուկլեոզիդ տրիֆոսֆատի ենթաշերտը հիմք է հանդիսանում զույգ մեկ շարքով պոլինուկլեոտիդային ձևանմուշին. Սա հնարավորություն է տալիս պոլիմերազներին ճշգրիտ սինթեզել այս կաղապարի լրացման ժապավենը: Պոլիմերազները դասակարգվում են ըստ իրենց ձևանմուշների տեսակի:

ԴՆԹ-ի վերամշակման գործընթացում ԴՆԹ-ի կախված ԴՆԹ պոլիմերազը ԴՆԹ-ի հաջորդականության ԴՆԹ-ի կրկնօրինակն է դարձնում: Processշգրտությունը այս գործընթացում կենսական նշանակություն ունի, ուստի այդ պոլիմերազներից շատերը ունեն սրբագրող գործունեություն: Այստեղ պոլիմերազը ճանաչում է սինթեզի ռեակցիայի երբեմն սխալները `անհամապատասխան նուկլեոտիդների միջև բազային զուգավորման բացակայության պատճառով: Եթե ​​հայտնաբերվել է անհամապատասխանություն, ակտիվանում է 3 '-ից 5' էկոնուկլիզացիայի գործողությունը և հանվում է սխալ բազան:100 Օրգանիզմների մեծ մասում ԴՆԹ պոլիմերազները գործում են մի մեծ համալիրում, որը կոչվում է կրկնօրինակում, որն իր մեջ պարունակում է բազմաթիվ լրասարքային ստորաբաժանումներ, ինչպիսիք են ԴՆԹ-ի սեղմակը կամ հելիազազը:101

ՌՆԹ-ի կախված ԴՆԹ պոլիմերազները պոլիմերազների մասնագիտացված դասակարգ են, որոնք պատճենում են ՌՆԹ հատվածի հաջորդականությունը ԴՆԹ-ի մեջ: Դրանք ներառում են հակադարձ տրանսցրեպտազ, որը վիրուսային ֆերմենտ է, որը ներգրավված է ռետովիրուսներով բջիջների վարակի միջոցով, և տելոմերազ, որն անհրաժեշտ է տելոմերների վերարտադրման համար:10251 Telomerase- ը անսովոր պոլիմերազ է, քանի որ այն իր կառուցվածքի մաս է պարունակում իր RNA- ի ձևանմուշը:52

Փոխագրումն իրականացվում է ԴՆԹ-ի կախված ՌՆԹ պոլիմերազի միջոցով, որը պատճենում է ԴՆԹ-ի հատվածի հաջորդականությունը RNA- ի մեջ: Որպեսզի սկսեն գենագրելը, ՌՆԹ պոլիմերազը կապվում է ԴՆԹ-ի հաջորդականության հետ, որը կոչվում է խթանող և բաժանում է ԴՆԹ-ի տողերը: Այնուհետև այն պատճենում է գենային հաջորդականությունը մեսենջեր RNA տառադարձության մեջ մինչև հասնում է ԴՆԹ-ի մի շրջան, որը կոչվում է տերմինատոր, որտեղ այն դադարում և առանձնանում է ԴՆԹ-ից: Ինչպես մարդու ԴՆԹ-ի կախված ԴՆԹ պոլիմերազներից, RNA պոլիմերազ II- ը ՝ ֆերմենտը, որը վերափոխում է մարդու գեոմի գեների մեծ մասը, գործում է որպես մեծածախ սպիտակուցային համալիրի մաս ՝ բազմաթիվ կարգավորիչ և լրասարքային ենթաբաժիններով:103

Գենետիկական վերափոխում

Holliday հանգույցի կառուցվածքը միջանկյալ է գենետիկական վերափոխման մեջ: ԴՆԹ-ի չորս առանձին շերտերը գունավոր են կարմիր, կապույտ, կանաչ և դեղին գույներով:104
Լրացուցիչ տեղեկություններ. Գենետիկ վերահաշվարկ
Recombination- ը ներառում է երկու քրոմոսոմների խզում և վերամիավորում `վերակազմավորվող երկու քրոմոսոմ (C1 և C2) արտադրելու համար:

ԴՆԹ-ի խխունջը սովորաբար չի փոխազդում ԴՆԹ-ի այլ հատվածների հետ, և մարդու բջիջներում տարբեր քրոմոսոմները նույնիսկ առանձին տարածքներ են գրավում կորիզում, որը կոչվում է «քրոմոսոմի տարածքներ»:105 Տարբեր քրոմոսոմների այս ֆիզիկական տարանջատումը կարևոր է, որպեսզի ԴՆԹ-ն գործի որպես տեղեկատվության պահպանում որպես կայուն պահոց, քանի որ մի քանի անգամ քրոմոսոմների փոխազդեցությունը քրոմոսոմային խաչմերուկում է, երբ դրանք վերակառուցվում են: Քրոմոսոմային քրոսովեր այն դեպքում, երբ ԴՆԹ-ի երկու խխունջները կոտրվում են, փոխանակում են մի հատված, այնուհետև միանում:

Recombination- ը թույլ է տալիս քրոմոսոմներին փոխանակել գենետիկական տեղեկատվություն և առաջացնում է գեների նոր համակցություններ, ինչը կարող է կարևոր լինել բնակչության մեջ ավելացված փոփոխականության և, հետևաբար, էվոլյուցիայի համար, և կարող է կարևոր լինել նոր սպիտակուցների արագ զարգացման մեջ:106 Գենետիկական ռեկոմբինացիան կարող է ներգրավվել նաև ԴՆԹ-ի վերականգնման գործընթացում, մասնավորապես `բջիջների պատասխանի մեջ` երկկողմանի ընդմիջումներին:107

Քրոմոսոմային քրոսովերի ամենատարածված ձևը հոմոլոգիական ռեկոմբինացիան է, որտեղ ներգրավված երկու քրոմոսոմները շատ նման են հաջորդականություններին: Ոչ հոմոլոգիական վերածնումը կարող է վնաս հասցնել բջիջներին, քանի որ այն կարող է առաջացնել քրոմոսոմային տեղափոխություններ և գենետիկական աննորմալություններ: Վերականգնման ռեակցիան կատալիզացվում է ֆերմենտներով, որոնք հայտնի են որպես recombinases, ինչպիսիք են RAD51- ը:108 Վերականգնման առաջին քայլը երկկողմանի ընդմիջումն է, որը կամ առաջացել է էնդոնուկլազով կամ ԴՆԹ-ի վնասով:109 Մասնակիորեն recombinase- ի կողմից կատալիզացված մի շարք քայլեր այնուհետև հանգեցնում է երկու խխունջների միացմանը առնվազն մեկ Holliday հանգույցի, որի միջոցով յուրաքանչյուր խխունջում մեկ հատվածի մի հատվածը օծվում է մյուս խխունջում լրացնող մասի վրա: Հոլիդեյի հանգույցը տետրրանդիական հանգույցի կառույց է, որը կարող է տեղափոխվել զույգ քրոմոսոմների երկայնքով ՝ փոխելով մեկ ծայրը մյուսի համար: Այնուհետև վերակենդանացման ռեակցիան դադարեցվում է հանգույցի պեղմամբ և ազատված ԴՆԹ-ի վերաթողմամբ:110

ԴՆԹ նյութափոխանակության էվոլյուցիա

ԴՆԹ-ն պարունակում է գենետիկ տեղեկատվություն, որը թույլ է տալիս գործել բոլոր ժամանակակից կենդանի արարածները

Pin
Send
Share
Send