التنظيم الجيني الوظيفي للحمض النووي. المستويات الهيكلية والوظيفية لتنظيم المادة الوراثية

الأساس الجزيئي الوراثةتحتوي جميع بدائيات النوى وحقيقيات النوى على فئة خاصة من المواد العضوية الحيوية - الأحماض النووية، مقسمة وفقًا لتركيبها الكيميائي ودورها البيولوجي إلى أحماض نووية منزوعة الأكسجين (DNA) وأحماض ريبونوكلية (RNA).

كلا النوعين من الحمض النووي الأحماضهي جزيئات تشبه الخيوط وتتكون من وحدات هيكلية فردية - النيوكليوتيدات، متصلة بسلسلة متعددة النوكليوتيدات متعددة الوحدات. يتكون كل نيوكليوتيد من الأجزاء الثلاثة المتميزة كيميائيًا التالية: I) بقايا سكر 5 كربون، ديوكسي ريبوز (في الحمض النووي) والريبوز (في الحمض النووي الريبي)، مما يشكل "العمود الفقري" لشريط متعدد النوكليوتيدات؛ 2) أربع قواعد نيتروجينية الأدينين (A) والجوانين (G) والسيتوزين (C) والثايمين (T) (في جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) يتم استبدال القاعدة الأخيرة باليوراسيل U)، وترتبط كل قاعدة نيتروجينية تساهميًا بذرة الكربون الأولى ذرة السكر من خلال الرابطة الجليكوسيدية. 3) مجموعة فوسفات تربط النيوكليوتيدات المجاورة في سلسلة واحدة من خلال تكوين روابط ثنائي إستر الفوسفات بين ذرة الكربون 5 بوصة في أحد السكر وذرة الكربون 3 في سكر آخر.

التسجيل الجيني معلومةيتم تنفيذه خطيًا من الطرف "5" إلى الطرف "3" لجزيء الحمض النووي. يمكن أن يحتوي أحد هذه الجزيئات على ما يصل إلى عدة ملايين من النيوكليوتيدات.

الجزيئات الموجودة في الخلية الحمض النوويتوجد على شكل سلسلة حلزونية مزدوجة (حلزون مزدوج)، خيوطها غير متوازية، أي. لديهم الاتجاه المعاكس. يتكون الشريط المزدوج من الحمض النووي بسبب ضعف الروابط الهيدروجينية بين القواعد التكميلية: الأدينين مكمل تمامًا للثايمين، والسيتوزين مكمل تمامًا للجوانين.

تحت معينة شروطيمكن كسر هذه الروابط الهيدروجينية، مما يؤدي إلى ظهور جزيئات مفردة (تمسخ الحمض النووي)، ثم تتشكل مرة أخرى بين نفس المناطق التكميلية (إعادة الطبيعة، أو تهجين الحمض النووي). أثناء عملية التهجين، يتم استعادة الحلزون المزدوج الأصلي للحمض النووي بدقة. إن وجود التكامل هو الذي يضمن دقة التكاثر الذاتي للحمض النووي في كل دورة من انقسام الخلايا (تسمى هذه العملية بالتكرار) واستعادة تكوين النوكليوتيدات التالف لجزيء الحمض النووي. بسبب تكامل النيوكليوتيدات في الحلزون المزدوج، عادة ما يتم التعبير عن طول جزيء الحمض النووي بأزواج قاعدية (bp)، بالإضافة إلى آلاف الأزواج الأساسية (كيلو قاعدة، kb) وملايين الأزواج الأساسية (قواعد ميغا، mb). يتضمن الحمض النووي للإنسان كنوع بيولوجي حوالي 3 مليارات سنة مضت.

توجه تخليق جزيء الحمض النوويفي الخلية يتم تنفيذه بواسطة إنزيم خاص - بوليميريز الحمض النووي. تتضمن هذه العملية "فك" الحلزون المزدوج في موقع التوليف وتشكيل بنية نووية بروتينية خاصة - شوكة النسخ؛ يرافق التقدم التدريجي لشوكة النسخ على طول الحلزون المزدوج إضافة متتابعة للقواعد المكملة لقالب الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل إلى السلسلة المشكلة حديثًا (يستمر تخليق سلسلة الحمض النووي المتنامية دائمًا بشكل صارم في الاتجاه من 5" إلى 3").

تخليق الحمض النووي التكميلييتطلب وجود "لبنات بناء" فردية في البيئة لاستطالة الجزيء المتنامي - أربعة أنواع من جزيئات ديوكسي ريبونوكليوتيد ثلاثي الفوسفات (dATP، وdTTP، وdCTP، وdGTP). تبدأ العملية برمتها بواسطة بذور خاصة - بادئات، وهي عبارة عن جزيئات قليلة النوكليوتيدات القصيرة المكملة لقسم بداية محدد من قالب الحمض النووي.

بناءً على التعريفات المذكورة أعلاه للوراثة والتقلب، يمكننا أن نفترض ما هي المتطلبات التي يجب أن تلبيها الركيزة المادية لهاتين الخاصيتين للحياة.

أولا، يجب أن يكون لديك المادة الوراثية القدرة على إعادة إنتاج نفسها،لفي. في عملية التكاثر، ينقل المعلومات الوراثية التي سيتم على أساسها تكوين جيل جديد. ثانياً، لضمان ثبات الصفات على مدى عدد من الأجيال، يجب أن تكون المادة الوراثية حافظ على مؤسستك ثابتة.ثالثا، يجب أن تتمتع مادة الوراثة والتقلب بالقدرة الحصول على التغييرات وإعادة إنتاجها،توفير إمكانية التطور التاريخي للمادة الحية في الظروف المتغيرة. فقط في حالة استيفاء المتطلبات المحددة، يمكن للركيزة المادية للوراثة والتقلب أن تضمن مدة واستمرارية وجود الطبيعة الحية وتطورها.

تسمح لنا الأفكار الحديثة حول طبيعة الجهاز الوراثي بالتمييز بين ثلاثة مستويات من تنظيمه: الوراثية والكروموسوميةو الجينومية.يكشف كل واحد منهم عن الخصائص الأساسية للمادة من حيث الوراثة والتقلب وأنماط معينة من انتقالها وعملها.

^

3.4. المستوى الجيني لتنظيم الجهاز الجيني

الوحدة الوظيفية الأولية للجهاز الوراثي، والتي تحدد إمكانية تطوير خاصية منفصلة لخلية أو كائن حي من نوع معين، هي الجين(وديعة وراثية حسب ج. مندل). من خلال نقل الجينات عبر سلسلة من أجيال الخلايا أو الكائنات الحية، يتم تحقيق الاستمرارية المادية - وراثة خصائص آبائهم من خلال أحفادهم.

تحت لافتةفهم وحدة المورفولوجية والفسيولوجية والكيميائية الحيوية والمناعية والسريرية وأي تمييز آخر للكائنات الحية (الخلايا)، أي. صفة أو خاصية منفصلة تختلف بها عن بعضها البعض.

تقع معظم ميزات الكائنات الحية أو الخلايا المذكورة أعلاه ضمن هذه الفئة علامات معقدة,يتطلب تكوينها تخليق العديد من المواد، وخاصة البروتينات ذات الخصائص المحددة - الإنزيمات والبروتينات المناعية والبروتينات الهيكلية والمقلصة والنقل وغيرها من البروتينات. يتم تحديد خصائص جزيء البروتين من خلال تسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد الخاصة به، والتي يتم تحديدها مباشرة من خلال تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي للجين المقابل وهو ابتدائي،أو علامة بسيطة.

تتحدد الخصائص الأساسية للجين كوحدة وظيفية للجهاز الوراثي من خلال تنظيمه الكيميائي،

^

3.4.1. التنظيم الكيميائي للجين

لقد أثبتت الأبحاث التي تهدف إلى توضيح الطبيعة الكيميائية للمادة الوراثية بشكل لا يقبل الجدل أن الركيزة المادية للوراثة والتقلب هي احماض نووية،التي اكتشفها ف. ميشر (1868) في نوى خلايا القيح. الأحماض النووية هي جزيئات كبيرة، أي. لديهم وزن جزيئي مرتفع. هذه بوليمرات تتكون من مونومرات - النيوكليوتيدات,بما في ذلك ثلاثة مكونات: سكر(البنتوز)، فوسفاتو قاعدة نيتروجينية(البيورين أو بيريميدين). يتم ربط القاعدة النيتروجينية (الأدينين، الجوانين، السيتوزين، الثايمين أو اليوراسيل) بذرة الكربون الأولى في جزيء البنتوز C-1، ويتم ربط الفوسفات بذرة الكربون الخامسة C-5 باستخدام رابطة إستر؛ تحتوي ذرة الكربون الثالثة C-3 دائمًا على مجموعة هيدروكسيل - OH (الشكل 3.1).

يحدث اتحاد النيوكليوتيدات في جزيء كبير من الحمض النووي من خلال تفاعل فوسفات أحد النيوكليوتيدات مع هيدروكسيل آخر بحيث رابطة فوسفوديستر(الشكل 3.2). ونتيجة لذلك، يتم تشكيل سلسلة بولي نيوكليوتيد. يتكون العمود الفقري للسلسلة من جزيئات الفوسفات والسكر بالتناوب. ترتبط إحدى القواعد النيتروجينية المذكورة أعلاه بجزيئات البنتوز في الموضع C-1 (الشكل 3.3).

أرز. 3.1. مخطط هيكل النوكليوتيدات

انظر النص للتوضيح؛ يتم الاحتفاظ بتسميات مكونات النوكليوتيدات المستخدمة في هذا الشكل في جميع مخططات الحمض النووي اللاحقة

يتم تجميع سلسلة متعدد النوكليوتيدات بمشاركة إنزيم بوليميريز، والذي يضمن ربط مجموعة الفوسفات من النوكليوتيدات التالية بمجموعة الهيدروكسيل الموجودة في الموضع 3"، من النوكليوتيدات السابقة (الشكل 3.3). نظرًا للخصوصية الملحوظة لعمل الإنزيم المذكور، فإن نمو سلسلة البولينوكليوتيدات يحدث فقط في نهاية واحدة: حيث يوجد الهيدروكسيل الحر في الموضع 3". تحمل بداية السلسلة دائمًا مجموعة فوسفات في الموضع 5". وهذا يسمح لنا بالتمييز بين 5" و3" - ينتهي.

من بين الأحماض النووية، يتم التمييز بين نوعين من المركبات: حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين(الحمض النووي) و حمض النووي الريبي(الحمض النووي الريبي)الأحماض.كشفت دراسة لتكوين الناقلات الرئيسية للمواد الوراثية - الكروموسومات - أن أكثر مكوناتها استقرارًا كيميائيًا هو الحمض النووي، وهو الركيزة للوراثة والتقلب.

^

3.4.1.1. هيكل الحمض النووي. نموذج جي واتسون وإف كريك

يتكون الحمض النووي من النيوكليوتيدات، والتي تشمل السكر - ديوكسي ريبوز والفوسفات وأحد القواعد النيتروجينية - البيورين (الأدينين أو الجوانين) أو البيريميدين (ثيمين أو السيتوزين).

من سمات التنظيم الهيكلي للحمض النووي أن جزيئاته تشتمل على سلسلتين متعدد النوكليوتيدات متصلتين ببعضهما البعض بطريقة معينة. وفقًا للنموذج ثلاثي الأبعاد للحمض النووي، الذي اقترحه عالم الفيزياء الحيوية الأمريكي ج. واتسون وعالم الفيزياء الحيوية وعالم الوراثة الإنجليزي ف. كريك عام 1953، فإن هذه السلاسل مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية بين قواعدها النيتروجينية وفقًا لمبدأ التكامل. يرتبط الأدينين من إحدى السلاسل بواسطة رابطتين هيدروجينيتين بالثايمين من سلسلة أخرى، وتتكون ثلاث روابط هيدروجينية بين الجوانين والسيتوزين من سلاسل مختلفة. ويضمن هذا الاتصال للقواعد النيتروجينية اتصالاً قوياً بين السلسلتين والحفاظ على مسافة متساوية بينهما طوال الوقت.

أرز. 3.4. رسم تخطيطي لهيكل جزيء الحمض النووي

تشير الأسهم إلى عدم توازي الأهداف

ميزة أخرى مهمة لدمج سلسلتين متعدد النوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي هي عدم توازيهما: نهاية 5 بوصة من سلسلة واحدة متصلة بنهاية 3 بوصة من الأخرى، والعكس صحيح (الشكل 3.4).

أظهرت بيانات حيود الأشعة السينية أن جزيء الحمض النووي، الذي يتكون من سلسلتين، يشكل حلزونًا ملتويًا حول محوره الخاص. قطر الحلزون 2 نانومتر، وطول الملعب 3.4 نانومتر. يحتوي كل دور على 10 أزواج من النيوكليوتيدات.

في أغلب الأحيان، تكون الحلزونات المزدوجة أيمنية - عند التحرك لأعلى على طول محور الحلزون، تتحول السلاسل إلى اليمين. معظم جزيئات الحمض النووي في المحلول تكون في الشكل الأيمن - B (B-DNA). ومع ذلك، توجد أيضًا أشكال اليد اليسرى (Z-DNA). لم يتم بعد تحديد مقدار هذا الحمض النووي الموجود في الخلايا وما هي أهميته البيولوجية (الشكل 3.5).

أرز. 3.5. النماذج المكانية للشكل Z الأيسر ( أنا)

والشكل B الأيمن ( ثانيا) الحمض النووي

وهكذا، في التنظيم الهيكلي لجزيء الحمض النووي يمكننا التمييز الهيكل الأساسي - سلسلة بولي نيوكليوتيد, هيكل ثانوي- سلسلتين متكاملتين ومتعاكستين من عديد النوكليوتيدات مرتبطتين بروابط هيدروجينية هيكل التعليم العالي - دوامة ثلاثية الأبعاد مع الخصائص المكانية المذكورة أعلاه.

^

3.4.1.2. طريقة لتسجيل المعلومات الوراثية في جزيء الحمض النووي. الكود البيولوجي وخصائصه

في المقام الأول، يتم تحديد تنوع الحياة من خلال تنوع جزيئات البروتين التي تؤدي وظائف بيولوجية مختلفة في الخلايا. يتم تحديد بنية البروتينات من خلال مجموعة وترتيب الأحماض الأمينية في سلاسل الببتيد الخاصة بها. هذا التسلسل من الأحماض الأمينية في الببتيدات هو الذي يتم تشفيره في جزيئات الحمض النووي باستخدام بيولوجي(الوراثية)شفرة.إن البدائية النسبية لبنية الحمض النووي، التي تمثل تناوب أربعة نيوكليوتيدات مختلفة فقط، منعت الباحثين منذ فترة طويلة من اعتبار هذا المركب بمثابة ركيزة مادية للوراثة والتقلب، حيث ينبغي تشفير المعلومات المتنوعة للغاية.

في عام 1954، اقترح ج. جاموف أن تشفير المعلومات في جزيئات الحمض النووي يجب أن يتم عن طريق مجموعات من عدة نيوكليوتيدات. في مجموعة متنوعة من البروتينات الموجودة في الطبيعة، تم اكتشاف حوالي 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا. لتشفير مثل هذا العدد منهم، لا يمكن توفير عدد كاف من مجموعات النوكليوتيدات إلا كود ثلاثي,حيث يتم تشفير كل حمض أميني بواسطة ثلاث نيوكليوتيدات متجاورة. في هذه الحالة، 4 3 = 64 ثلاثة توائم تتكون من أربعة نيوكليوتيدات. إن الكود الذي يتكون من اثنين من النيوكليوتيدات سيجعل من الممكن تشفير 4 2 = 16 من الأحماض الأمينية المختلفة فقط.

تم تنفيذ فك الشفرة الجينية بالكامل في الستينيات. من قرننا. من بين 64 توأمًا ثلاثيًا من الحمض النووي، هناك 61 رمزًا لأحماض أمينية مختلفة؛ أما الثلاثة الباقية فقد أطلق عليهم اسم "ثلاثية لا معنى لها". فهي لا تقوم بتشفير الأحماض الأمينية وتعمل كعلامات ترقيم عند قراءة المعلومات الوراثية. وتشمل هذه ATT، ACT، ATC.

تجدر الإشارة إلى التكرار الواضح للشفرة، والذي يتجلى في حقيقة أن العديد من الأحماض الأمينية مشفرة بواسطة عدة توائم ثلاثية (الشكل 3.6). هذه خاصية لرمز ثلاثي يسمى انحطاط,أمر مهم للغاية، لأن حدوث تغييرات في بنية جزيء الحمض النووي مثل استبدال نيوكليوتيد واحد في سلسلة بولي نيوكليوتيد قد لا يغير معنى الثلاثي. إن المزيج الجديد من النيوكليوتيدات الثلاثة التي تم إنشاؤها على هذا النحو يشفر نفس الحمض الأميني.

وفي عملية دراسة خصائص الشفرة الوراثية تم اكتشافه النوعية.كل ثلاثي قادر على تشفير حمض أميني محدد واحد فقط. حقيقة مثيرة للاهتمام هي المراسلات الكاملة للكود في أنواع مختلفة من الكائنات الحية. هذه براعهيشهد الكود الوراثي على وحدة أصل تنوع الأشكال الحية على الأرض في عملية التطور البيولوجي.

تم العثور على اختلافات طفيفة في الشفرة الوراثية في الحمض النووي للميتوكوندريا لبعض الأنواع. وهذا لا يتعارض عمومًا مع الافتراض القائل بأن الكود عالمي، لكنه يشهد على اختلاف معين في تطوره في المراحل الأولى من وجود الحياة. أظهر فك رموز الحمض النووي للميتوكوندريا من مختلف الأنواع أنه في جميع الحالات، يحتوي الحمض النووي للميتوكوندريا على سمة مشتركة: تتم قراءة الثلاثي ACC على أنه ACC، وبالتالي يتحول من ثلاثي هراء إلى رمز للحمض الأميني تريبتوفان.

أرز. 3.6. الأحماض الأمينية وثلاثية الحمض النووي ترميزها

ميزات أخرى خاصة بأنواع مختلفة من الكائنات الحية. في الخميرة، يقوم ثلاثي GAT وربما عائلة GA بأكملها بتشفير الثريونين بدلاً من الحمض الأميني الليوسين. في الثدييات، ثلاثي TAG له نفس معنى TAC ويشفر الحمض الأميني ميثيونين بدلاً من الأيسولوسين. ثلاثة توائم TCG و TCC في الحمض النووي للميتوكوندريا لبعض الأنواع لا تقوم بتشفير الأحماض الأمينية، كونها ثلاثة توائم لا معنى لها.

إلى جانب الثلاثية، والانحطاط، والخصوصية، والعالمية، فإن أهم خصائص الشفرة الوراثية هي خصائصها استمراريةو عدم تداخل الكودونات أثناء القراءة.وهذا يعني أن تسلسل النيوكليوتيدات يُقرأ ثلاثيًا تلو الآخر دون فجوات، ولا تتداخل الثلاثيات المتجاورة مع بعضها البعض، أي. كل نيوكليوتيد فردي هو جزء من ثلاثية واحدة فقط لإطار قراءة معين (الشكل 3.7). والدليل على عدم تداخل الشفرة الوراثية هو استبدال حمض أميني واحد فقط في الببتيد عند استبدال نيوكليوتيد واحد في الحمض النووي. إذا تم تضمين النوكليوتيدات في عدة توائم متداخلة، فإن استبدالها سوف يستلزم استبدال 2-3 أحماض أمينية في سلسلة الببتيد.

أرز. 3.7. استمرارية وعدم قابلية الجدل في الشفرة الوراثية

عند قراءة المعلومات الوراثية

تشير الأرقام إلى النيوكليوتيدات

الحمض النووي هو مركب عضوي معقد يمثل مادة حاملة للمعلومات الوراثية. وهو عبارة عن بوليمر خطي مزدوج غير متفرع، ومونومراته عبارة عن نيوكليوتيدات. يتكون نيوكليوتيد الحمض النووي من قاعدة نيتروجينية، وبقايا حمض الفوسفوريك، وكربوهيدرات ديوكسيريبوز. هناك 4 أنواع من النيوكليوتيدات، تختلف في القاعدة النيتروجينية: الأدينين، والذي يتضمن الأدينين، السيتوزين - السيتوزين، الجوانين - الجوانين، الثيمين - الثيمين. ترتبط القاعدة النيتروجينية لأحد سلاسل الحمض النووي عن طريق جسر هيدروجيني بقاعدة شريط آخر، بحيث يرتبط A بـ T، وG بـ C. وهما مكملان لبعضهما البعض. وعلى هذا تقوم خاصية الحمض النووي، وهو ما يفسر دوره البيولوجي: القدرة على إعادة إنتاج نفسه، أي. إلى التكاثر الذاتي. يحدث التكاثر الذاتي لجزيئات الحمض النووي تحت تأثير إنزيمات البوليميراز. في هذه الحالة، تتفكك السلاسل التكميلية لجزيئات الحمض النووي وتتباعد. ثم يبدأ كل منهم في تجميع واحدة جديدة. نظرًا لأن كل قاعدة من القواعد في النيوكليوتيدات يمكنها ربط نيوكليوتيد آخر فقط ببنية محددة بدقة، يحدث التكاثر الدقيق للجزيء الأصلي.
الوظيفة البيولوجية الرئيسية للحمض النووي هي التخزين والتجديد الذاتي المستمر ونقل المعلومات الوراثية في الخلية.
الشفرة الوراثية هي نظام لترتيب النيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي الذي يتحكم في تسلسل الأحماض الأمينية في جزيء الحمض النووي. الجينات نفسها لا تشارك بشكل مباشر في تخليق البروتين. الوسيط بين الجين والبروتين هو mRNA. الجين هو القالب لبناء جزيء mRNA. يجب أن يتم تشفير المعلومات عن طريق مجموعات من عدة نيوكليوتيدات. تم العثور على 20 حمضًا أمينيًا في تنوع البروتينات. لتشفير مثل هذا العدد منها، لا يمكن توفير عدد كاف من مجموعات النيوكليوتيدات إلا من خلال رمز ثلاثي، حيث يتم تشفير كل حمض أميني بواسطة ثلاث نيوكليوتيدات متجاورة. في هذه الحالة، يتكون 64 ثلاثيًا من 4 نيوكليوتيدات. من بين 64 ثلاثيًا من الحمض النووي، 61 منهم يشفرون أحماضًا أمينية مختلفة، والثلاثة المتبقية تسمى ثلاثية لا معنى لها، أو ثلاثية لا معنى لها، وهي تعمل كعلامات ترقيم. يحدد تسلسل الثلاثة توائم ترتيب الأحماض الأمينية في جزيء البروتين.
خصائص الشفرة الوراثية:
الانحطاط. ويتجلى ذلك في حقيقة أن العديد من الأحماض الأمينية يتم تشفيرها بواسطة عدة ثلاثة توائم.
النوعية. يمكن لكل ثلاثي أن يرمز لحمض أميني محدد واحد فقط
براعه. دليل على وحدة أصل تنوع الأشكال الحية على الأرض في عملية التطور البيولوجي.
وإلى جانب هذه الخصائص، فإن أهم خصائص الشفرة الوراثية هي استمرارية الكودونات وعدم قابليتها للنقاش أثناء القراءة. وهذا يعني أن تسلسل النيوكليوتيدات يُقرأ ثلاثيًا تلو الآخر دون فجوات، ولا تتداخل الثلاثيات المتجاورة مع بعضها البعض.

وقد أثبتت الأبحاث التي تهدف إلى توضيح الطبيعة الكيميائية للمواد الوراثية ذلك بشكل لا يقبل الجدل الركيزة المادية للوراثة والتقلب هياحماض نووية، التي اكتشفها ف. ميشر (1868) في نوى خلايا القيح. الأحماض النووية هي جزيئات كبيرة، أي. لديهم وزن جزيئي مرتفع. هذه بوليمرات تتكون من مونومرات - النيوكليوتيدات,بما في ذلك ثلاثة مكونات: سكر(البنتوز)، فوسفاتو قاعدة نيتروجينية(البيورين أو بيريميدين). ترتبط القاعدة النيتروجينية (الأدينين، الجوانين، السيتوزين، الثايمين أو اليوراسيل) بذرة الكربون الأولى في جزيء البنتوز C-1، ويتم ربط الفوسفات بذرة الكربون الخامسة C-5 باستخدام رابطة إستر؛ تحتوي ذرة الكربون الثالثة C-3 دائمًا على مجموعة هيدروكسيل - OH ( انظر الرسم البياني ).

يحدث اتحاد النيوكليوتيدات في جزيء كبير من الحمض النووي من خلال تفاعل فوسفات أحد النيوكليوتيدات مع هيدروكسيل آخر بحيث رابطة فوسفوديستر(الشكل 3.2). ونتيجة لذلك، يتم تشكيل سلسلة بولي نيوكليوتيد. يتكون العمود الفقري للسلسلة من جزيئات الفوسفات والسكر بالتناوب. ترتبط إحدى القواعد النيتروجينية المذكورة أعلاه بجزيئات البنتوز في الموضع C-1 (الشكل 3.3).

أرز. 3.1. مخطط هيكل النوكليوتيدات

يتم تجميع سلسلة متعدد النوكليوتيدات بمشاركة إنزيم بوليميريز، والذي يضمن ربط مجموعة الفوسفات من النوكليوتيدات التالية بمجموعة الهيدروكسيل الموجودة في الموضع 3"، من النوكليوتيدات السابقة (الشكل 3.3). نظرًا للخصوصية الملحوظة لعمل الإنزيم المذكور، فإن نمو سلسلة البولينوكليوتيدات يحدث فقط في نهاية واحدة: حيث يوجد الهيدروكسيل الحر في الموضع 3". تحمل بداية السلسلة دائمًا مجموعة فوسفات في الموضع 5". وهذا يسمح لنا بالتمييز بين 5" و3" - ينتهي.

من بين الأحماض النووية، يتم التمييز بين نوعين من المركبات: حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين(الحمض النووي) و حمض النووي الريبي(الحمض النووي الريبي)الأحماض.كشفت دراسة لتكوين الناقلات الرئيسية للمواد الوراثية - الكروموسومات - أن أكثر مكوناتها استقرارًا كيميائيًا هو الحمض النووي، وهو الركيزة للوراثة والتقلب.

هيكل الحمض النووي. نموذج من قبل J. واتسون وآخرون. الصراخ

يتكون الحمض النووي من النيوكليوتيدات، والتي تشمل السكر - ديوكسي ريبوز والفوسفات وأحد القواعد النيتروجينية - البيورين (الأدينين أو الجوانين) أو البيريميدين (ثيمين أو السيتوزين).

من سمات التنظيم الهيكلي للحمض النووي أن جزيئاته تشتمل على سلسلتين متعدد النوكليوتيدات متصلتين ببعضهما البعض بطريقة معينة. وفقًا للنموذج ثلاثي الأبعاد للحمض النووي، الذي اقترحه عالم الفيزياء الحيوية الأمريكي ج. واتسون وعالم الفيزياء الحيوية وعالم الوراثة الإنجليزي ف. كريك عام 1953، فإن هذه السلاسل مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية بين قواعدها النيتروجينية وفقًا لمبدأ التكامل. يرتبط الأدينين من إحدى السلاسل بواسطة رابطتين هيدروجينيتين بالثايمين من سلسلة أخرى، وتتكون ثلاث روابط هيدروجينية بين الجوانين والسيتوزين من سلاسل مختلفة. ويضمن هذا الاتصال للقواعد النيتروجينية اتصالاً قوياً بين السلسلتين والحفاظ على مسافة متساوية بينهما طوال الوقت.

أرز. 3.4. رسم تخطيطي لهيكل جزيء الحمض النووي. تشير الأسهم إلى عدم توازي الدوائر

ميزة أخرى مهمة لدمج سلسلتين متعدد النوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي هي عدم توازيهما: نهاية 5 بوصة من سلسلة واحدة متصلة بنهاية 3 بوصة من الأخرى، والعكس صحيح (الشكل 3.4).

أظهرت بيانات حيود الأشعة السينية أن جزيء الحمض النووي، الذي يتكون من سلسلتين، يشكل حلزونًا ملتويًا حول محوره الخاص. قطر الحلزون 2 نانومتر، وطول الملعب 3.4 نانومتر. يحتوي كل دور على 10 أزواج من النيوكليوتيدات.

في أغلب الأحيان، تكون الحلزونات المزدوجة أيمنية - عند التحرك لأعلى على طول محور الحلزون، تتحول السلاسل إلى اليمين. معظم جزيئات الحمض النووي في المحلول تكون في الشكل الأيمن - B (B-DNA). ومع ذلك، توجد أيضًا أشكال اليد اليسرى (Z-DNA). لم يتم بعد تحديد مقدار هذا الحمض النووي الموجود في الخلايا وما هي أهميته البيولوجية (الشكل 3.5).

أرز. 3.5. النماذج المكانية للشكل Z الأيسر ( أنا)

والشكل B الأيمن ( ثانيا) الحمض النووي

وهكذا، في التنظيم الهيكلي لجزيء الحمض النووي يمكننا التمييز الهيكل الأساسي - سلسلة بولي نيوكليوتيد, هيكل ثانوي- سلسلتين متكاملتين ومتعاكستين من عديد النوكليوتيدات مرتبطتين بروابط هيدروجينية هيكل التعليم العالي - دوامة ثلاثية الأبعاد مع الخصائص المكانية المذكورة أعلاه.

من الخصائص الرئيسية للمادة الوراثية قدرتها على النسخ الذاتي - تكرار.يتم ضمان هذه الخاصية من خلال خصوصيات التنظيم الكيميائي لجزيء الحمض النووي، الذي يتكون من سلسلتين متكاملتين. أثناء عملية النسخ، يتم تصنيع سلسلة تكميلية على كل سلسلة بولي نيوكليوتيد من جزيء الحمض النووي الأصلي. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل حلزونين مزدوجين متطابقين من حلزون مزدوج واحد للحمض النووي. تسمى هذه الطريقة لمضاعفة الجزيئات، حيث يحتوي كل جزيء ابنة على أحد الوالدين وسلسلة واحدة تم تصنيعها حديثًا شبه محافظ(انظر الشكل 2.12).

لكي يحدث التضاعف، يجب فصل سلاسل الحمض النووي للأم عن بعضها البعض لتصبح قوالب يتم فيها تصنيع السلاسل التكميلية للجزيئات الوليدة.

يحدث بدء النسخ في مناطق خاصة من الحمض النووي تسمى أوري (من الأصل الإنجليزي - البداية). وهي تشمل سلسلة من 300 زوج من النيوكليوتيدات التي يتم التعرف عليها بواسطة بروتينات محددة. ينقسم الحلزون المزدوج للحمض النووي في هذه المواقع إلى سلسلتين، وكقاعدة عامة، تتشكل مناطق اختلاف سلاسل البولينوكليوتيدات على جانبي أصل التكرار - شوكات النسخ المتماثل,والتي تتحرك في اتجاهين متعاكسين من الموضع أوريالاتجاهات. بين شوكات النسخ المتماثل هيكل يسمى عين النسخ,حيث تتشكل سلاسل بولينوكليوتيد جديدة على شريطين من الحمض النووي للأم (الشكل 3.8، أ).

النتيجة النهائية لعملية النسخ هي تكوين جزيئين من الحمض النووي، يكون تسلسل النيوكليوتيدات فيهما مطابقًا لتسلسل الحلزون المزدوج للحمض النووي الأصلي.

تكرار الحمض النووي في بدائيات النوى وحقيقيات النوى متشابه بشكل أساسي، ومع ذلك، فإن معدل التوليف في حقيقيات النوى (حوالي 100 نيوكليوتيدات / ثانية) هو ترتيب من حيث الحجم أقل منه في بدائيات النوى (1000 نيوكليوتيدات / ثانية). قد يكون السبب في ذلك هو تكوين الحمض النووي حقيقي النواة في مركبات قوية إلى حد ما مع البروتينات (انظر الفصل 3.5.2)، مما يزيد من تعقيد عملية إزالة التحلل اللازمة للتخليق التكاثري.

في عام 1869، اكتشف عالم الكيمياء الحيوية السويسري فريدريش ميشر مركبات ذات خصائص حمضية وأوزان جزيئية أعلى من البروتينات الموجودة في نواة الخلايا. أطلق عليها ألتمان اسم الأحماض النووية، من الكلمة اللاتينية "النواة" - النواة. تماما مثل البروتينات، والأحماض النووية هي البوليمرات. مونومراتها هي نيوكليوتيدات، وبالتالي يمكن أن تسمى الأحماض النووية أيضًا بولي نيوكليوتيدات.

تم العثور على الأحماض النووية في خلايا جميع الكائنات الحية، من أبسطها إلى أعلىها. والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن التركيب الكيميائي والبنية والخصائص الأساسية لهذه المواد متشابهة في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. ولكن إذا شارك حوالي 20 نوعًا من الأحماض الأمينية في بناء البروتينات، فلا يوجد سوى أربعة نيوكليوتيدات مختلفة تشكل الأحماض النووية.

تنقسم الأحماض النووية إلى نوعين - الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يحتوي الحمض النووي على قواعد نيتروجينية (الأدينين (A)، والجوانين (G)، والثايمين (T)، والسيتوزين (C)، وديوكسيريبوز C5H10O4 وبقايا حمض الفوسفوريك. يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على اليوراسيل (U) بدلاً من الثايمين، والريبوز (C5H10O5) بدلاً من الديوكسيريبوز. مونومرات الحمض النووي الريبي النووي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) هي نيوكليوتيدات، تتكون من قواعد النيتروجين والبيورين (الأدينين والجوانين) والبيريميدين (اليوراسيل والثايمين والسيتوزين)، وبقايا حمض الفوسفوريك والكربوهيدرات (الريبوز وديوكسيريبوز).

توجد جزيئات الحمض النووي في كروموسومات نواة الخلية للكائنات الحية، وفي الهياكل المكافئة للميتوكوندريا، والبلاستيدات الخضراء، وفي الخلايا بدائية النواة وفي العديد من الفيروسات. يشبه هيكل جزيء الحمض النووي الحلزون المزدوج. النموذج الهيكلي للحمض النووي في
تم اقتراح شكل الحلزون المزدوج لأول مرة في عام 1953 من قبل عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي ج. واتسون وعالم الفيزياء الحيوية وعالم الوراثة الإنجليزي ف. كريك، الذين حصلوا مع عالم الفيزياء الحيوية الإنجليزي م. ويلكنسون، الذين حصلوا على نمط حيود الأشعة السينية للحمض النووي، على جائزة جائزة نوبل عام 1962. الأحماض النووية هي بوليمرات حيوية، تتكون جزيئاتها الكبيرة من وحدات متكررة - النيوكليوتيدات. لذلك يطلق عليهم أيضًا اسم متعدد النيوكليوتيدات. أهم ما يميز الأحماض النووية هو تركيبها النوكليوتيدي. يتضمن تكوين النوكليوتيدات - الوحدة الهيكلية للأحماض النووية - ثلاثة مكونات:

قاعدة نيتروجينية - بيريميدين أو بورين. تحتوي الأحماض النووية على أربعة أنواع مختلفة من القواعد: اثنان منها ينتميان إلى فئة البيورينات واثنان إلى فئة البيريميدين. النيتروجين الموجود في الحلقات يعطي الجزيئات خصائصها الأساسية.

السكريات الأحادية - الريبوز أو 2-ديوكسيريبوز. السكر الذي هو جزء من النوكليوتيدات يحتوي على خمس ذرات كربون، أي. هو البنتوز. اعتمادًا على نوع البنتوز الموجود في النوكليوتيدات، يتم التمييز بين نوعين من الأحماض النووية - الأحماض الريبية النووية (RNA)، التي تحتوي على الريبوز، والأحماض النووية الريبية منقوص الأكسجين (DNA)، التي تحتوي على الديوكسي ريبوز.

بقايا حمض الفوسفوريك. الأحماض النووية هي أحماض لأن جزيئاتها تحتوي على حمض الفوسفوريك.

تعتمد طريقة تحديد تركيبة الكمبيوتر الشخصي على تحليل الهيدروليزات المتكونة أثناء تحللها الأنزيمي أو الكيميائي. يتم استخدام ثلاث طرق للانقسام الكيميائي للNC بشكل شائع. يؤدي التحلل المائي الحمضي في ظل ظروف قاسية (70% حمض البيركلوريك، 100 درجة مئوية، ساعة واحدة أو 100% حمض الفورميك، 175 درجة مئوية، ساعتين)، المستخدم لتحليل كل من DNA وRNA، إلى انقسام جميع روابط N- الجليكوسيدية و تكوين خليط من قواعد البيورين والبيريميدين.

ترتبط النيوكليوتيدات في سلسلة من خلال روابط تساهمية. يتم دمج سلاسل النوكليوتيدات المتكونة بهذه الطريقة في جزيء DNA واحد على طول الطول بالكامل بواسطة روابط هيدروجينية: يرتبط نيوكليوتيد الأدينين في إحدى السلسلة بنيوكليوتيد الثيمين في السلسلة الأخرى ، ونيوكليوتيد الجوانين إلى السيتوزين. في هذه الحالة، يتعرف الأدينين دائمًا على الثايمين فقط ويرتبط به، والعكس صحيح. ويتكون زوج مماثل من الجوانين والسيتوزين. تسمى هذه الأزواج الأساسية، مثل النيوكليوتيدات، مكملة، ويسمى مبدأ تكوين جزيء DNA المزدوج بمبدأ التكامل. فعدد أزواج النيوكليوتيدات، على سبيل المثال، في جسم الإنسان هو 3 - 3.5 مليار.

الحمض النووي هو الناقل المادي للمعلومات الوراثية، والتي يتم تشفيرها بواسطة سلسلة من النيوكليوتيدات. يحدد موقع الأنواع الأربعة من النيوكليوتيدات في سلاسل الحمض النووي تسلسل الأحماض الأمينية في جزيئات البروتين، أي: هيكلهم الأساسي. تعتمد خصائص الخلايا والخصائص الفردية للكائنات الحية على مجموعة البروتينات. تشكل مجموعة معينة من النيوكليوتيدات التي تحمل معلومات حول بنية البروتين وتسلسل موقعها في جزيء الحمض النووي الشفرة الوراثية. الجين (من الجنس اليوناني - الجنس، الأصل) هو وحدة من المادة الوراثية المسؤولة عن تكوين أي سمة. وهو يحتل قسمًا من جزيء الحمض النووي الذي يحدد بنية جزيء بروتين واحد. تسمى مجموعة الجينات الموجودة في مجموعة واحدة من الكروموسومات لكائن معين بالجينوم، ويسمى الدستور الجيني للكائن الحي (مجموعة جميع جيناته) بالنمط الجيني. يؤدي انتهاك تسلسل النوكليوتيدات في سلسلة الحمض النووي، وبالتالي في النمط الوراثي، إلى تغيرات وراثية في الجسم - طفرات.

تتميز جزيئات الحمض النووي بخاصية التكرار المهمة - وهي تكوين حلزونين مزدوجين متطابقين، كل منهما مطابق للجزيء الأصلي. تسمى عملية مضاعفة جزيء DNA بالتضاعف. يتضمن التكرار كسر الروابط القديمة وتكوين روابط هيدروجينية جديدة توحد سلاسل النيوكليوتيدات. في بداية التكرار، يبدأ الشريطان القديمان في الاسترخاء والانفصال عن بعضهما البعض. ومن ثم، ووفقا لمبدأ التكامل، يتم ربط سلسلتين جديدتين بالسلسلتين القديمتين. يؤدي هذا إلى إنشاء حلزونين مزدوجين متطابقين. يضمن النسخ النسخ الدقيق للمعلومات الجينية الموجودة في جزيئات الحمض النووي وينقلها من جيل إلى جيل.

1. تكوين الحمض النووي

الحمض النووي (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين)- بوليمر بيولوجي يتكون من سلسلتين متعدد النوكليوتيدات متصلتين ببعضهما البعض. المونومرات التي تشكل كل شريط DNA هي مركبات عضوية معقدة تحتوي على واحدة من أربع قواعد نيتروجينية: الأدينين (A) أو الثايمين (T)، السيتوزين (C) أو الجوانين (G)؛ السكر البنتوز الخماسي - ديوكسيريبوز، والذي سمي منه الحمض النووي نفسه، بالإضافة إلى بقايا حمض الفوسفوريك. وتسمى هذه المركبات النيوكليوتيدات. في كل سلسلة، ترتبط النيوكليوتيدات عن طريق تكوين روابط تساهمية بين الريبوز منقوص الأكسجين لأحد النيوكليوتيدات وبقايا حمض الفوسفوريك للنيوكليوتيد التالي. يتم دمج سلسلتين في جزيء واحد باستخدام الروابط الهيدروجينية التي تنشأ بين القواعد النيتروجينية التي تشكل جزءًا من النيوكليوتيدات التي تشكل سلاسل مختلفة.

من خلال فحص تركيب النوكليوتيدات للحمض النووي من أصول مختلفة، اكتشف شارجاف الأنماط التالية.

1. يحتوي كل الحمض النووي، بغض النظر عن أصله، على نفس العدد من قواعد البيورين والبيريميدين. وبالتالي، يوجد في أي DNA نيوكليوتيد بيريميدين واحد لكل نيوكليوتيد البيورين.

2. يحتوي أي حمض نووي دائمًا على كميات متساوية من أزواج الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين، والتي يُشار إليها عادةً بـ A=T وG=C. والثالث يتبع من هذه الانتظام.

3. عدد القواعد التي تحتوي على مجموعات أمينية في الموضع 4 من نواة البيريميدين و 6 من نواة البيورين (السيتوزين والأدينين) يساوي عدد القواعد التي تحتوي على مجموعة أوكسو في نفس المواضع (الجوانين والثايمين) أي أ. +ج=ز+ت . تسمى هذه الأنماط قواعد Chargaff. بالإضافة إلى ذلك، وجد أنه لكل نوع من الحمض النووي، فإن المحتوى الإجمالي من الجوانين والسيتوزين لا يساوي المحتوى الإجمالي من الأدينين والثايمين، أي أن (G+C)/(A+T)، كقاعدة عامة، يختلف عن الوحدة (ربما أكثر أو أقل منه). بناءً على هذه الميزة، يتم التمييز بين نوعين رئيسيين من الحمض النووي: نوع T الذي يحتوي على محتوى سائد من الأدينين والثايمين ونوع G C الذي يحتوي على محتوى سائد من الجوانين والسيتوزين.

عادة ما تسمى نسبة محتوى مجموع الجوانين والسيتوزين إلى مجموع محتوى الأدينين والثايمين، التي تميز تكوين النوكليوتيدات لنوع معين من الحمض النووي معامل الخصوصية. يحتوي كل DNA على معامل خصوصية مميز، والذي يمكن أن يختلف من 0.3 إلى 2.8. عند حساب معامل الخصوصية يؤخذ في الاعتبار محتوى القواعد الثانوية، وكذلك استبدال القواعد الكبرى بمشتقاتها. على سبيل المثال، عند حساب معامل الخصوصية لجنين القمح EDNA، الذي يحتوي على 6% 5-ميثيل سيتوزين، يتم تضمين الأخير في مجموع محتوى الجوانين (22.7%) والسيتوزين (16.8%). أصبح معنى قواعد شارجاف للحمض النووي واضحًا بعد إنشاء بنيته المكانية.

1. البنية الجزيئية للحمض النووي

في عام 1953، اعتمد واتسون وكريك على البيانات المعروفة حول شكل بقايا النيوكليوتيدات، وطبيعة الروابط بين النيوكليوتيدات في الحمض النووي وانتظام تكوين النوكليوتيدات في الحمض النووي (قواعد شارجاف)، وقاما بفك رموز أنماط حيود الأشعة السينية للشكل شبه البلوري من الحمض النووي. الحمض النووي [ما يسمى بالشكل B، الذي يتكون عند رطوبة أعلى من 80% وبتركيز عالٍ من الأضداد (Li+) في العينة]. وفقًا لنموذجهم، فإن جزيء الحمض النووي عبارة عن حلزون منتظم يتكون من سلسلتين بولي ديوكسي ريبونوكليوتيد ملتويتين بالنسبة لبعضهما البعض وحول محور مشترك. قطر الحلزون ثابت تقريبًا على طوله بالكامل ويساوي 1.8 نانومتر (18 أ).

البنية الجزيئية للحمض النووي.

(أ)-نموذج واتسون-كريك؛

(6) معلمات حلزونات الحمض النووي ذات الشكل B وC وT (إسقاطات متعامدة مع المحور الحلزوني)؛

(ج) - المقطع العرضي للحلزون الحمض النووي في شكل B (المستطيلات المظللة تمثل أزواج القاعدة)؛

(ز)- معلمات حلزون الحمض النووي في الشكل A؛

(د)- مقطع عرضي من حلزون DNA على شكل A.
يبلغ طول المنعطف الحلزوني، الذي يتوافق مع فترة هويته، 3.37 نانومتر (33.7 أ). لدورة واحدة من الحلزون هناك 10 بقايا قاعدة في سلسلة واحدة. وبالتالي فإن المسافة بين الطائرات الأساسية تبلغ حوالي 0.34 نانومتر (3.4 أ). تكون مستويات بقايا القاعدة متعامدة مع المحور الطويل للحلزون. تنحرف مستويات بقايا الكربوهيدرات إلى حد ما عن هذا المحور (اقترح واتسون وكريك في البداية أنها موازية له).

يوضح الشكل أن العمود الفقري للكربوهيدرات والفوسفات للجزيء يواجه الخارج. يتم لف اللولب بطريقة يمكن من خلالها تمييز أخدودين بأحجام مختلفة على سطحه (غالبًا ما يطلق عليهما أيضًا أخاديد) - أخاديد كبيرة بعرض حوالي 2.2 نانومتر (22 أ) وأخرى صغيرة يبلغ عرضها حوالي 1.2 نانومتر واسعة (12 أ). اللولب هو dextrorotatory. سلاسل بولي ديوكسي ريبونوكليوتيد الموجودة فيها متضادة: وهذا يعني أننا إذا تحركنا على طول المحور الطويل للحلزون من طرف إلى آخر، فسنمرر في سلسلة واحدة روابط فوسفوديستر في الاتجاه 3"à5"، وفي الآخر - في اتجاه 5"à3". بمعنى آخر، عند كل طرف من جزيء الحمض النووي الخطي هناك نهاية 5 بوصة لشريط واحد ونهاية 3 بوصة لشريط آخر.

يتطلب انتظام الحلزون أن تكون بقايا قاعدة البيورين على إحدى السلسلة مقابل بقايا قاعدة البيريميدين على السلسلة الأخرى. كما تم التأكيد عليه سابقًا، يتم تنفيذ هذا المطلب في شكل مبدأ تكوين أزواج أساسية تكميلية، أي أن بقايا الأدينين والجوانين في سلسلة واحدة تتوافق مع بقايا الثيمين والسيتوزين في السلسلة الأخرى (والعكس صحيح).

وبالتالي، فإن تسلسل النيوكليوتيدات في سلسلة واحدة من جزيء الحمض النووي يحدد تسلسل النيوكليوتيدات في السلسلة الأخرى.

هذا المبدأ هو النتيجة الرئيسية لنموذج واتسون وكريك، لأنه يشرح بمصطلحات كيميائية بسيطة بشكل مدهش الغرض الوظيفي الرئيسي للحمض النووي - ليكون مخزنًا للمعلومات الجينية.

في ختام النظر في نموذج واتسون وكريك، يبقى أن نضيف أن الأزواج المتجاورة من بقايا القاعدة في الحمض النووي، والتي تكون في الشكل B، تدور بالنسبة لبعضها البعض بمقدار 36 درجة (الزاوية بين الخطوط المستقيمة التي تربط الشكل C 1 ذرات في أزواج تكميلية متجاورة).
4.1 عزل الأحماض النووية الريبية منقوص الأكسجين
تحتوي الخلايا الحية، باستثناء الحيوانات المنوية، عادةً على كمية أكبر بكثير من الحمض الريبي النووي مقارنة بالحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين. تأثرت طرق عزل الأحماض النووية الريبية منقوعة الأكسجين بشكل كبير بحقيقة أنه في حين أن البروتينات النووية الريبية والأحماض النووية الريبية قابلة للذوبان في محلول مخفف (0.15 مولار) من كلوريد الصوديوم، إلا أن مجمعات البروتين النووي الريبي منقوص الأكسجين غير قابلة للذوبان فيه فعليًا. لذلك، يتم غسل العضو أو الكائن الحي المتجانس جيدًا بمحلول ملحي مخفف، ويتم استخلاص حمض الديوكسي ريبونوكلييك من البقايا باستخدام محلول ملحي قوي، والذي يتم بعد ذلك ترسيبه بإضافة الإيثانول. ومن ناحية أخرى، فإن شطف نفس المادة المتبقية بالماء يعطي محلولاً يترسب منه البروتين النووي الريبي منقوص الأكسجين عند إضافة الملح. يمكن تحقيق انقسام البروتين النووي، وهو في الأساس مركب يشبه الملح بين إلكتروليتات متعددة القاعدة ومتعددة الأحماض، بسهولة عن طريق الذوبان في محلول ملحي قوي أو المعالجة باستخدام ثيوسيانات البوتاسيوم. يمكن إزالة معظم البروتينات إما عن طريق إضافة الإيثانول أو عن طريق الاستحلاب باستخدام الكلوروفورم وكحول الأميل (يشكل البروتين هلامًا مع الكلوروفورم). كما تم استخدام علاجات المنظفات على نطاق واسع. في وقت لاحق، تم عزل الأحماض النووية الريبية منقوص الأكسجين عن طريق الاستخلاص باستخدام محاليل n-أمينوساليسيلات-فينولية مائية. وباستخدام هذه الطريقة، تم الحصول على مستحضرات الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين، والتي يحتوي بعضها على بقايا البروتين، بينما كان بعضها الآخر خاليًا فعليًا من البروتين، مما يشير إلى أن طبيعة ارتباط البروتين بالحمض النووي تختلف باختلاف الأنسجة. التعديل المناسب هو تجانس الأنسجة الحيوانية في محلول ثنائي فوسفات الفينول فثالين 0.15 م، متبوعًا بإضافة الفينول لترسيب الحمض النووي (الخالي من الحمض النووي الريبي) في محصول جيد.

الأحماض النووية الريبية منقوص الأكسجين، مهما كانت طريقة عزلها، هي عبارة عن خليط من البوليمرات ذات الأوزان الجزيئية المختلفة، باستثناء العينات التي تم الحصول عليها من أنواع معينة من العاثيات.
4.2 التجزئة
تشتمل طريقة الفصل المبكرة على التفكك الجزئي لبروتين ديوكسي ريبونوكليوبروتين (على سبيل المثال، النيوكليوهيستون) عن طريق الاستخلاص باستخدام محاليل مائية لزيادة مولارية كلوريد الصوديوم. بهذه الطريقة، تم تقسيم مستحضرات الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين إلى عدد من الأجزاء التي تتميز بنسب مختلفة من الأدينين والثايمين إلى مجموع الجوانين والسيتوزين، مع سهولة عزل الأجزاء المخصبة بالجوانين والسيتوزين. تم الحصول على نتائج مماثلة عن طريق الفصل الكروماتوجرافي للحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين من الهيستون الممتز على كيسيلجوهر باستخدام الشطف المتدرج مع محاليل كلوريد الصوديوم. في نسخة محسنة من هذه الطريقة، تم دمج أجزاء هيستون المنقاة مع ن- أمينوبنزيل السليلوز لتشكيل جسور ديازو من مجموعات التيروزين والهستيدين من البروتين. كما تم وصف تجزئة الأحماض النووية على ألبومين المصل الميثلي (مع التراب الدياتومي كحامل). يعتمد معدل الشطف من العمود مع المحاليل الملحية ذات التركيز المتزايد على الوزن الجزيئي، والتركيب (الأحماض النووية التي تحتوي على نسبة عالية من الجوانين مع السيتوزين بسهولة أكبر) والبنية الثانوية (يحتفظ العمود بالحمض النووي المشوه بشكل أكثر ثباتًا من الحمض النووي الأصلي) ). وبهذه الطريقة، تم عزل مكون طبيعي، وهو حمض بولي ديوكسي أدينيليك - ثيميديلك، من الحمض النووي لسرطان البحر السرطاني الشمالي. تم أيضًا إجراء تجزئة الأحماض النووية الريبية منزوعة الأكسجين عن طريق الشطف المتدرج من عمود مملوء بفوسفات الكالسيوم.

1. وظائف الحمض النووي

في جزيء الحمض النووي، يتم تشفير تسلسل الأحماض الأمينية في الببتيدات باستخدام رمز بيولوجي. يتم تشفير كل حمض أميني من خلال مزيج من ثلاث نيوكليوتيدات، وفي هذه الحالة يتم تكوين 64 ثلاثية، منها 61 تشفر الأحماض الأمينية، و3 لا معنى لها وتعمل كعلامات ترقيم (ATT، ACT، ATC). يسمى تشفير حمض أميني واحد بعدة ثلاثة توائم انحطاط الكود الثلاثي. الخصائص المهمة للشفرة الجينية هي خصوصيتها (كل ثلاثية قادرة على تشفير حمض أميني واحد فقط)، وعالميتها (تشير إلى وحدة أصل كل أشكال الحياة على الأرض) وعدم تداخل الكودونات عند قراءتها.

يقوم الحمض النووي بالوظائف التالية:

يتم تخزين المعلومات الوراثية بمساعدة الهستونات. يطوي جزيء الحمض النووي، ليشكل أولًا النيوكليوزوم، ثم الهيتروكروماتين، الذي يشكل الكروموسومات؛

ويحدث انتقال المواد الوراثية من خلال تكرار الحمض النووي؛

تنفيذ المعلومات الوراثية في عملية تخليق البروتين.

أي مما سبق هيكلي ووظيفي خصائص جزيء DNAالسماح لها بتخزين ونقل المعلومات الوراثية من خلية إلى أخرى، من جيل إلى جيل، لتوفير مجموعات جديدة من الخصائص في النسل؟

1. استقرار. يتم توفيره عن طريق روابط الهيدروجين والجليكوسيد والفوسفوديستر، وكذلك عن طريق آلية إصلاح الضرر العفوي والمستحث؛

2. القدرة على النسخ المتماثل. بفضل هذه الآلية، يتم الحفاظ على العدد الثنائي للكروموسومات في الخلايا الجسدية. تظهر جميع ميزات الحمض النووي المدرجة كجزيء وراثي بشكل تخطيطي في الشكل.

3. وجود الشفرة الوراثية. يتم تحويل تسلسل القواعد في الحمض النووي من خلال عمليات النسخ والترجمة إلى تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد؛
4. القدرة على إعادة التركيب الجيني. وبفضل هذه الآلية، يتم تشكيل مجموعات جديدة من الجينات المرتبطة.