Сохранение и передача генетической информации, необходимой для развития живого организма — задача ДНК. Это сложная молекула, одна из трех основных (еще есть белки и РНК). Расшифровывается ДНК так — дезоксирибонуклеиновая кислота. Сложность названия несколько объясняет структуру молекулы, но очень неудобна для произношения. Поэтому в большинстве случаев используют аббревиатуру ДНК.
Дезоксирибонуклеиновая кислота это сложнейший набор нуклеотидов, блоков определенной структуры, состоящих из азотного основания, фосфатной группы и определенного вида сахаров, под названием дезоксирибоза. Все нуклеотиды прочно связаны между собой и образуют длинную цепочку. От комбинации нуклеотидов зависит закодированная в молекуле ДНК информация.
Во всех организмах, кроме вирусов, макромолекула ДНК состоит из двух спиральных цепочек, обращенных азотными базовыми компонентами друг к другу. Раскручивается молекула только в процессе биосинтеза, для передачи информации на РНК. Благодаря своему внешнему виду и структуре молекула ДНК получила название «двойная спираль», хотя более точно отображает реальный вид термин «двойной винт», который в более новой литературе используется чаще.
Если попытаться объяснить, что такое ДНК простыми словами, то можно сказать — это материальный носитель зашифрованной информации о живом организме. Находится ДНК в ядре клетки и достаточно надежно защищена от внешних воздействий.
Как устроена молекула ДНК
«Винт» ДНК может быть закручен как в правую, так и в левую сторону. В первом случае он получил название А, или В – формы, во втором — Z – формы. Базовыми азотистыми соединениями служат Аденин, Гуанин, Тимин и Цистозин. Располагаются они в разной последовательности, чем кодируется определенная информация. При процессе биосинтеза азотистые соединения определенным образом реагируют с молекулой иРНК и передают ей заданную информацию. Матричная РНК становится аналогом спирали ДНК и основой для построения заданного вида белка.
ДНК — это в биологии основа жизнедеятельности организма. Без этой молекулы невозможен синтез белка и другие важные процессы, происходящие на клеточном уровне. При повреждении ДНК организм мутирует или гибнет. Если в компьютерных программах информация закодирована при помощи только двух элементов, нуля и единицы, которые образуют огромное число комбинаций, то у ДНК таких элементов 4, что намного увеличивает количество кодов.
Соединяются азотистые основания только в определенной последовательности — тимин с аденином, а гуанин с цитозином. Других комбинаций не бывает. Если комбинации участков ДНК повреждены в результате воздействия радиации или химических веществ, то такая же поврежденная последовательность нуклеотидов будет транслироваться на РНК и вызывать появление и рост мутированных клеток.
Как расшифровали ДНК
Впервые ДНК в качестве отдельного химического соединения был выделен в 1869 году Иоганном Мишером. Сначала субстанция воспринималась как сложное соединение азота и фосфора и роль его в организме казалась непонятной. В процессе более глубокого изучения трансформировалось название, от «нуклеин» до «нуклеиновая кислота». Ученые считали, что это вещество предназначено для хранения фосфора, необходимого для деятельности организма.
Сначала ДНК считали принадлежностью только клеток животных организмов, но в 1936 году академики Белозерский и Кизель нашли молекулы и в растительных. В последующие годы было установлено, что носителями информации о генетических особенностях организма являются не белки, как считали ранее, а именно ДНК. Такое открытие активизировало их изучение и привело к расшифровке генома в 1953 году.
Расшифровке способствовали открытия Эрвина Чарграффа, который выделил отдельные нуклеотиды и определил, что они являются мельчайшими «кирпичиками» структуры ДНК. Открытие структуры ДНК принадлежит Френсису Крику и Джеймсу Уотсону, получившими за него Нобелевскую премию, но немалый вклад в открытие сделали также Розалинд Франклин и Моррис Уилкинс. Но полного понятия, как работает вся структура ДНК нет до сих пор.
ДНК содержит зашифрованную особым образом информацию о каждой клетке организма и о каждом происходящем в нем процессе. Вся информация получила определение «геном», то есть набор отдельных генов. Ген — это участок ДНК, в котором закодировано определенное вещество, полипептид, которое выполняет свои, строго обозначенные функции и отличается от других аналогичных соединений.
От ДНК поступает команда, когда и какой белок синтезировать, когда прекращать синтез, когда начинать деление клетки и когда прекращать существование. Открытие генной структуры создало такую науку, как генная инженерия. Изымая отдельные участки ДНК и внедряя на их место другие комбинации, ученые получили возможность создавать растения с другими свойствами, отличающиеся от данных им природой. Используются модифицированные ДНК и в медицине, для создания лекарств, восстанавливающих нормальную деятельность клеток организма.
