Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)

Анализ на антиДНК

Это анализ необходим:

• Чтобы спрогнозировать успешность лечения.
• Когда подозревают наличествующее системное аутоиммунное заболевание.
• Когда результат ENA антител, исследования антител антинуклеарных положительный.
• Когда присутствуют симптомы СКВ.
• Когда подозревают наличие системной болезни, в особенности СКВ.
• Для дифференциальной диагностики суставного синдрома.
• Когда положителен результат анализа на антиядерные антитела.
• Для прогнозирования развития поражения почек.
• Для контроля протекания СКВ.

Что с человеком происходит, когда у него повышены антитела к двуспиральной ДНК?

Логические элементы

Рисунок 8. Идея логического элемента «И», написанного на языке ДНК. Синим цветом выделены последовательности, принадлежащие коду логического элемента. Коричневым цветом выделены целевые фрагменты ДНК или РНК, которые элемент призван обнаружить вместе. а — Логический элемент состоит из четырех коротких фрагментов ДНК, один из которых является молекулярным маяком. б — Только в присутствии обеих целевых последовательностей части логического элемента гибридизуются полностью и подается флуоресцентный сигнал. Для упрощения схемы нуклеотидный код каждой цепи не указан.

, рисунок адаптирован

Рисунок 9. Идея логического элемента «ИЛИ», написанного на языке ДНК. Синим цветом выделены последовательности, принадлежащие коду логического элемента. Коричневым цветом выделены целевые фрагменты ДНК или РНК, которые элемент призван обнаруживать. а — Логический элемент состоит из четырех коротких фрагментов ДНК, один из которых является молекулярным маяком. б и в — В присутствии любой из целевых последовательностей три из четырех частей логического элемента, включая маяк, гибридизуются между собой, и подается флуоресцентный сигнал. Для упрощения схемы нуклеотидный код каждой цепи не указан.

, рисунок адаптирован

В каждую лунку планшета вносится определенный логический элемент ДНК, а затем в каждую — одна и та же проба. а — Слева: теоретически ожидавшийся результат; справа: окраска лунок в зависимости от того, какая проба была добавлена на планшет. б — Схема нанесения логических элементов на планшет. в — Принцип окрашивания каждого логического элемента в зависимости от того, какая проба вносится в ту же лунку, где он находится.

, рисунок адаптирован

Открытие структуры дезоксирибонуклеиновых кислот

Публикация книги основателя квантовой механики Шредингера о взглядах физика на процессы в живом организме оказала огромное влияние на работы Ф. Крика и Дж. Уотсона по изучению состава молекулы ДНК. Строение дезоксирибонуклеиновой кислоты длительное время не поддавалось расшифровке.

Уотсон и Крик в 1953 совершили открытие структуры дезоксирибонуклеиновых кислот, предложили модель ДНК — двойную спираль. Так появилось новое направление в науке — молекулярная генетика. За труды по расшифровке кода генетической информации Крик и Уотсон получили в 1962 году Нобелевскую премию.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – своеобразный чертеж жизни, сложный код, в котором заключены данные о наследственной информации. Эта сложная макромолекула способна хранить и передавать наследственную генетическую информацию из поколения в поколение.

ДНК определяет такие свойства любого живого организма как наследственность и изменчивость. Закодированная в ней информация задает всю программу развития любого живого организма. Генетически заложенные факторы предопределяют весь ход жизни человека.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.

ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы.

Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи).

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей.

Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух параллельных неразветвленных полинуклеотидных цепей, закрученных в противоположные стороны вокруг общей оси.

Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфата и дезоксирибозы – снаружи.

Две спирали удерживаются вместе водородными связями между парами азотистых оснований. Водородные связи образуются между определенными основаниями: тимин (Т) образует водородные связи только с аденином (А), а цитозин (Ц) – только с гуанином (Г). В первой паре азотистых оснований две водородные связи, а во второй – три.

Такие пары оснований называются комплементарными парами. А такое пространственное соответствие молекул, способствующее их сближению и образованию водородных связей, называется комплементарностью. Комплементарность обусловливает спиралевидную модель ДНК.

Две спирали в молекуле ДНК комплементарны друг другу. Последовательность нуклеотидов в одной из спиралей определяет последовательность нуклеотидов в другой.

В каждой паре оснований, связанных водородными связями, одно из оснований – пуриновое, а другое пиримидиновое. Общее число остатков пуриновых оснований в молекуле ДНК равно числу остатков пиримидиновых оснований.

Таким образом,

• ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А),
• ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г).

Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков.

Репликация ДНК

Двухспиральная структура ДНК с комплементарными полинуклеотидными цепями обеспечивает возможность самоудвоения (репликации) этой молекулы.

Перед удвоением водородные связи разрываются, и две цепи раскручиваются и расходятся. Каждая цепь затем служит матрицей для образования на ней комплементарной цепи.

После разделения цепей происходит саморепликация, т.е. образование новой двойной спирали, идентичной исходной.

После репликации образуются две дочерние молекулы ДНК, в каждой из которых одна спираль взята из родительской ДНК, а другая (комплементарная) синтезирована заново.

Таким образом, сохраняется и передается новому поколению исходная структура ДНК.

Длина полинуклеотидных цепей ДНК практически неограничена. Число пар оснований в двойной спирали может меняться от нескольких тысяч у простейших вирусов до сотен миллионов у человека.

Видеофильм «ДНК. Код Жизни»

Рубрики: Нуклеиновые кислоты

Виды генетического анализа

В зависимости от цели проведения исследования выделяют следующие виды генетического анализа:

• ДНК-анализ;
• кариотипирование.

ДНК-анализ

Анализ крови ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – это исследование, позволяющее идентифицировать человека в процессе изучения уникальной последовательности нуклеотидов. Данный «генетический след», является индивидуальным для каждого человека (за исключением однояйцевых близнецов) и в течение жизни не изменяется.

Молекулярно-генетические исследования крови позволяют определить:

1. Возможные заболевания. Исследование биологического материала на ДНК позволяет вовремя обнаружить наследственные болезни. Если в семье зафиксированы случаи психического расстройства или онкологии, с помощью данного теста определяется предрасположенность к развитию у потомков схожей проблемы.
2. Индивидуальную непереносимость медикаментов. В случаях, когда имеются подозрения на повышенную чувствительность к определённой группе препаратов, может быть показан ДНК-анализ.
3. Степень родства. Одной из самых частых причин для проведения исследования является необходимость установления родственных связей между людьми.
4. Факторы бесплодия. В репродуктивных центрах парам, имеющим трудности с зачатием, в обязательном порядке назначают ДНК-тест.
5. Склонность к развитию алкоголизма или наркомании. Подобную предрасположенность можно установить за счёт определения генов, ответственных за синтез ферментов для расщепления молекул алкоголя и других соединений.

Кариотипирование

Под кариотипированием понимают методику цитогенетического анализа, благодаря которому удаётся исследовать хромосомный набор человека. Подобное обследование проводится среди супружеских пар желающих завести ребёнка.

Кариотип – хромосомный набор каждого человека, содержащий полную характеристику признаков всех его составляющих, их:

• количество;
• форму;
• размер и т. д.

В геноме человека содержится 46 хромосом, которые, в свою очередь, делятся на 23 пары.

Аутосомные (первые 44) — предназначены для передачи наследственных признаков: (цвет волос, глаз, анатомические особенности).

Последняя хромосомная пара является половыми хромосомами, с помощью которых удаётся определить кариотип:

• женщины (23XX);
• мужчины (23XY).

Основными задачами назначения кариотипирования являются:

1. Определение несоответствия в хромосомном наборе супругов. Анализ проводится для предотвращения рождения детей с пороками развития или другими генетическими патологиями.
2. Выявление количества и принадлежности хромосом, характеристика их структуры.
3. Установление причины бесплодия, проявляющиеся в изменении кратности хромосом.

Расшифровка днк. Как понять результаты анализа ДНК

Проведение генетической экспертизы на сегодняшний день является самым востребованным видом современных исследований , который обеспечивает максимальную точность результата. Так, в лаборатории ДНК тестов ДТЛ исследования проводятся с наивысшей вероятностью результата – 99,999999%. Процентное значение указывается в экспертном заключении. При этом клиентов часто интересует — как понять анализ ДНК, что он означает? Здесь все зависит от особенностей его проведения, поскольку тестирование проводят для установления :

• отцовства и другой степени родства;
• принадлежности к конкретному этносу;
• пола ребенка, его резус-фактора;
• вероятности развития наследственных заболеваний;
• склонности к занятию спортом;
• идентификации личности человека.

Как расшифровать ДНК анализ

Несмотря на то, что генетические исследования  в Москве стали доступны, а их результаты широко используются в медицине, юридической сфере и криминалистике, они представляют собой достаточно сложную технологию. Проводится расшифровка анализа ДНК путем секвенирования. Эта процедура представляет собой установление последовательности микроструктур, которые представляют собой множественные буквенные значения.

Чтобы изучить молекулу, ее выделяют из образца биоматериала, после этого делают многочисленные копии, которые распределяют на фрагменты для проведения исследования. Азотистые соединения, которые составляют генетическую формулу, обрабатывают флуоресцентной краской . В процессе лазерного воздействия эти участки станут заметны.

На сегодняшний день применяется усовершенствованные методики анализа, которые позволили удешевить и ускорить процедуру . Самые популярные виды секвенирования — терминации цепи, лигирование, анализ одиночных молекул.

После проведения тестирования заказчик получает заключение с процентным выражением результата. Например, при ДНК на установление отцовства положительный ответ дается с наивысшим показателем 99,999999%. В данном случае 0,01% остается на тот случай, что у каждого человека теоретически может быть близнец , который имеет аналогичный хромосомный набор. Если факт отцовства не подтверждается, то результат указывается со 100%-ой вероятностью.

Анализ ДНК: как расшифровать и понять

Лаборатория ДНК тестов ДТЛ – лидер в области генетических экспертиз  в Москве , предлагает все виды тестирования. К услугам клиентов – современная сертифицированная лаборатория, оснащенная оборудованием мирового уровня «Applied Biosystems», и штат экспертов с 15-летним практическим опытом работы. Мы гарантируем каждому клиенту:

• персональный подход и конфиденциальность;
• комфортные условия;
• минимально возможные сроки проведения анализа;
• ценовая доступность услуг.

Если Вы хотите понять анализ ДНК, можете обратиться за бесплатной консультацией к нашим специалистам по телефону или задать свой вопрос на сайте. Вы получите понятный, развернутый ответ в самое ближайшее время.

Химическая природа носителя генетической информации

Благодаря огромному числу фосфатных остатков дезоксирибонуклеиновая кислота обладает свойствами сильной многоосновной кислоты (в тканях присутствуют ее соли). Для выполнения задания по описанию строения ДНК надо вспомнить содержание двух тем по органической химии: «Углеводы» и «Азотосодержащие органические вещества». Например, предлагается следующее упражнение: охарактеризуйте мономеры дезоксирибонуклеиновой кислоты. В ответе необходимо отметить, что фосфорная кислота и углевод имеют одинаковое строение у всех нуклеотидов. Азотистые основания по своей химической природе являются производными пурина и пиримидина. Всего таких структур насчитывается 4 типа: аденин, гуанин (пуриновые); цитозин и тимин (пиримидиновые). Мономеры слагают цепь ДНК по следующей схеме:

(Азотистое основание + углевод дезоксирибоза = нуклеозид) + остаток фосфорной кислоты = нуклеотид.

Названия последних происходят от наименований азотистых оснований. Мономеры соединяются друг с другом ковалентной связью, создавая последовательность нуклеотидов (это и есть дезоксирибонуклеиновая кислота).

Формула мономеров ДНК имеет следующий вид:

Отдельные витки цепи ДНК скрепляют водородные связи, определенную роль играют гидрофобные взаимодействия. Температура выше 50 °С ослабляет силу притяжения между основаниями. При дальнейшем нагревании полинуклеотидные цепи разделяются, ДНК плавится. Денатурация происходит при нагревании до 80 °С.

Строение и функции РНК

РНК — полимер, мономерами которой являются рибонуклеотиды. В отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой (исключение — некоторые РНК-содержащие вирусы имеют двухцепочечную РНК). Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между собой. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

Мономер РНК — нуклеотид (рибонуклеотид) — состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и 3) фосфорной кислоты. Азотистые основания РНК также относятся к классам пиримидинов и пуринов.

Пиримидиновые основания РНК — урацил, цитозин, пуриновые основания — аденин и гуанин. Моносахарид нуклеотида РНК представлен рибозой.

Выделяют три вида РНК: 1) информационная (матричная) РНК — иРНК (мРНК), 2) транспортная РНК — тРНК, 3) рибосомная РНК — рРНК.

Все виды РНК представляют собой неразветвленные полинуклеотиды, имеют специфическую пространственную конформацию и принимают участие в процессах синтеза белка. Информация о строении всех видов РНК хранится в ДНК. Процесс синтеза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией.

Транспортные РНК содержат обычно 76 (от 75 до 95) нуклеотидов; молекулярная масса — 25 000–30 000. На долю тРНК приходится около 10% от общего содержания РНК в клетке. Функции тРНК: 1) транспорт аминокислот к месту синтеза белка, к рибосомам, 2) трансляционный посредник. В клетке встречается около 40 видов тРНК, каждый из них имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех тРНК имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, из-за которых тРНК приобретают конформацию, напоминающую по форме лист клевера. У любой тРНК есть петля для контакта с рибосомой (1), антикодоновая петля (2), петля для контакта с ферментом (3), акцепторный стебель (4), антикодон (5). Аминокислота присоединяется к 3′-концу акцепторного стебля. Антикодон — три нуклеотида, «опознающие» кодон иРНК. Следует подчеркнуть, что конкретная тРНК может транспортировать строго определенную аминокислоту, соответствующую ее антикодону. Специфичность соединения аминокислоты и тРНК достигается благодаря свойствам фермента аминоацил-тРНК-синтетаза.

Рибосомные РНК содержат 3000–5000 нуклеотидов; молекулярная масса — 1 000 000–1 500 000. На долю рРНК приходится 80–85% от общего содержания РНК в клетке. В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы — органоиды, осуществляющие синтез белка. В эукариотических клетках синтез рРНК происходит в ядрышках. Функции рРНК: 1) необходимый структурный компонент рибосом и, таким образом, обеспечение функционирования рибосом; 2) обеспечение взаимодействия рибосомы и тРНК; 3) первоначальное связывание рибосомы и кодона-инициатора иРНК и определение рамки считывания, 4) формирование активного центра рибосомы.

Информационные РНК разнообразны по содержанию нуклеотидов и молекулярной массе (от 50 000 до 4 000 000). На долю иРНК приходится до 5% от общего содержания РНК в клетке. Функции иРНК: 1) перенос генетической информации от ДНК к рибосомам, 2) матрица для синтеза молекулы белка, 3) определение аминокислотной последовательности первичной структуры белковой молекулы.

Важные замечания

Анализ крови на антитела к двуспиральной ДНК проводится вместе с нижеприведенными исследованиями:

• бета-2-микроглобулином;
• общим анализом крови;
• антицентромерными антителами;
• общим анализом мочи;
• антигистоновыми антителами;
• печеночными пробами (щелочная фосфатаза, билирубин, ГГТ, АСТ, АЛТ);
• ревмопробами (АСЛО, С-реактивный белок, ревматоидный фактор, скорость оседания эритроцитов);
• антителами к цитруллиновому пептиду (АЦЦП);
• антинуклеарными антителами (ANA). Являются самыми хорошо изученными аутоантителами наряду с ревматоидным фактором. Были открыты в 1957 г., и одновременно исследователи доказали связь с СКВ. При этом антитела к двуспиральной ДНК повышены;

anti-SSB и anti-SSA антителами;

anti-SCL-70 антителами;

anti-nRNP антителами;

• anti-Sm антителами;
• anti-sp100 антителами.

Два факта об антиДНК

Кроме того, антиДНК появляется в крови в связи со следующими причинами:

• миеломной болезни;
• СКВ, критерием диагноза которой является получение положительного результата исследования;
• правовирусной инфекции;
• лекарственно инуцированной СКВ;
• ВИЧ;
• синдроме Шегрена;
• цитомегаловирусной инфекции;
• синдроме Шарпа (смешанном заболевании соединительной ткани);
• инфекционном мононуклеозе;
• ревматоидном артрите;
• первичном билиарном циррозе;
• системной склеродермией;
• вирусном гепатите С;
• вирусном гепатите В.

Модель ДНК Уотсона-Крика

Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).

Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3). При этом аденин образует пару только с тимином,  а  гуанин — с цитозином. Пара оснований  А—Т  стабилизируется двумя водородными связями,  а  пара G—С — тремя.

Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.

Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’—З’-фосфодиэфирными связями, образует «боковины винтовой лестницы»,  а  пары оснований  А—Т  и G—С — ее ступеньки (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика

Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′. В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5′.

В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева,  а  3′-конец — справа.

Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.

Модель ДНК Уотсона—Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:

• согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
• нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.

Секвенирование генома человека. Чуть-чуть теории, чтобы понять о чем речь далее 🙂

Человек состоит из систем органов, которые, в свою очередь, состоят из органов, а те из из
тканей.
Ткани состоят из клеток. В клетках есть хромосомы , в хромосомах находится ДНК .

ДНК состоит из цепочки нуклеотидов (букв). Буквы бывают 4 типов: A, T, G, C.
В последовательности букв закодирована вся наследственная информация.
Все буквы по порядку — это геном .

Геном первого человека расшифрован в 2003 году, он называется референсный геном .
Все геномы ныне живущих людей на 99% похожи на референсный по последовательности букв,
т.е. их можно записать друг под другом, и почти все буквы будут совпадать.
Такое написание — выравнивание .

Отличие одной буквы генома в конкретном месте выравнивания от референсного называется заменой.
Если в геноме человека одна или несколько букв теряются в конкретном месте выравнивании — это делеция .
Если наоборот вставляются — инсерция . Если такое отличие есть у многих людей, оно
называется — полиморфизм .
Если у малого числа — мутация .

Некоторые участки генома называются — гены ,
если в них закодирована наследственная информация о конкретном белке .

Белки — вещества, выполняющие определенные функции в клетках: защитную, строительную и пр.
Полиморфизмы и мутации в генах могут приводить к изменению белков и их функций.

Строение и функции ДНК

ДНК — полимер, мономерами которой являются дезоксирибонуклеотиды. Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком (для построения этой модели они использовали работы М. Уилкинса, Р. Франклин, Э. Чаргаффа).

Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси, т.е. представляет собой двойную спираль (исключение — некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют одноцепочечную ДНК). Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами — 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Молекулярный вес — десятки и сотни миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека — около 2 м. В эукариотических клетках ДНК образует комплексы с белками и имеет специфическую пространственную конформацию.

Мономер ДНК — нуклеотид (дезоксирибонуклеотид) — состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и 3) фосфорной кислоты. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов. Пиримидиновые основания ДНК (имеют в составе своей молекулы одно кольцо) — тимин, цитозин. Пуриновые основания (имеют два кольца) — аденин и гуанин.

Моносахарид нуклеотида ДНК представлен дезоксирибозой.

Название нуклеотида является производным от названия соответствующего основания. Нуклеотиды и азотистые основания обозначаются заглавными буквами.

Азотистое основание	Название нуклеотида	Обозначение
Аденин	Адениловый	А (A)
Гуанин	Гуаниловый	Г (G)
Тимин	Тимидиловый	Т (T)
Цитозин	Цитидиловый	Ц (C)

Полинуклеотидная цепь образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. При этом между 3′-углеродом остатка дезоксирибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает фосфоэфирная связь (относится к категории прочных ковалентных связей). Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5′-углеродом (его называют 5′-концом), другой — 3′-углеродом (3′-концом).

Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное: против аденина одной цепи в другой цепи всегда располагается тимин, а против гуанина — всегда цитозин, между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином — три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (аденин — тимин, гуанин — цитозин) и избирательно соединяются друг с другом, называется принципом комплементарности. Следует отметить, что Дж. Уотсон и Ф. Крик пришли к пониманию принципа комплементарности после ознакомления с работами Э. Чаргаффа. Э. Чаргафф, изучив огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, установил, что в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина — тимину («правило Чаргаффа»), но объяснить этот факт он не смог.

Из принципа комплементарности следует, что последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой.

Цепи ДНК антипараллельны (разнонаправлены), т.е. нуклеотиды разных цепей располагаются в противоположных направлениях, и, следовательно, напротив 3′-конца одной цепи находится 5′-конец другой. Молекулу ДНК иногда сравнивают с винтовой лестницей. «Перила» этой лестницы — сахарофосфатный остов (чередующиеся остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты); «ступени» — комплементарные азотистые основания.

Функция ДНК — хранение и передача наследственной информации.

Видовой состав азотистых оснований

Нуклеотиды ДНК по азотистому основанию представлены четырьмя видами:

• аденином (А);• гуанином (Г);• цитозином (Ц);• тимином (Т).

Первые два относятся к классу пуринов, два последних – пиримидинов. По молекулярной массе пуриновые всегда тяжелее пиримидиновых.

Нуклеотиды РНК по азотистому основанию представлены:

• аденином (А);• гуанином (Г);• цитозином (Ц);• урацилом (У).

Урацил так же, как и тимин, является пиримидиновым основанием.

В научной литературе нередко можно встретить и другое обозначение азотистых оснований — латинскими буквами (A, T, C, G, U).

Подробнее остановимся на химической структуре пуринов и пиримидинов.

Пиримидины, а именно цитозин, тимин и урацил, в своем составе представлены двумя атомами азота и четырьмя атомами углерода, образующих шестичленное кольцо. Каждый атом имеет свой номер от 1 до 6.

Пурины (аденин и гуанин) состоят из пиримидина и имидазола или двух гетероциклов. Молекула пуриновых оснований представлена четырьмя атомами азота и пятью атомами углерода. Каждый атом пронумерован от 1 до 9.

В результате соединения азотистого основания и остатка пентозы образуется нуклеозид. Нуклеотид – это соединение нуклеозида и фосфатной группы.

Что такое «упаковка» молекулы?

В процессе суперспирализации задействуются гистоновые белки. Они имеют структуру и вид катушки для ниток или стержня. На них и наматываются спирализованные нити, которые становятся сразу «компактно упакованными» и занимают мало места. Когда возникает необходимость использования той или иной нити, она сматывается с катушки, к примеру, гистонового белка, и спираль раскручивается в две параллельные цепочки. Когда молекула ДНК пребывает именно в таком состоянии, с нее можно считывать необходимые генетические данные. Однако есть одно условие. Получение информации возможно, только если структура молекулы ДНК имеет раскрученный вид. Хромосомы, доступные для считывания, называются эухроматинами, а если они суперсипирализованы, то это уже гетерохроматины.