Как структура ДНК влияет на ее функцию?

Дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК - это название макромолекул, в которых содержится генетическая информация всех живых существ. Каждая молекула ДНК состоит из двух полимеров, сформированных в виде двойной спирали и прикрепленных комбинацией четырех специализированных молекул, называемых нуклеотидами, уникальным образом упорядоченных для образования комбинаций генов. Этот уникальный порядок действует как код, определяющий генетическую информацию для каждой клетки. Таким образом, этот аспект структуры ДНК определяет ее основную функцию - функцию генетического определения - но почти каждый другой аспект структуры ДНК влияет на ее функции.

Четыре нуклеотида, составляющие генетическое кодирование ДНК, - это аденин (сокращенно A), цитозин (C), гуанин (G) и тимин (T). Нуклеотиды A, C, G и T на одной стороне цепи ДНК соединяются со своим соответствующим нуклеотидным партнером на другой стороне. A соединяется с T, а C соединяется с G посредством относительно сильных межмолекулярных водородных связей, образующих пары оснований, которые определяют генетический код. Поскольку для поддержания кодирования вам нужна только одна сторона ДНК, этот механизм спаривания позволяет реформировать молекулы ДНК в случае повреждения или в процессе репликации.

Большинство макромолекул ДНК имеют форму двух параллельных цепей, скрученных друг вокруг друга, называемых «двойной спиралью». В «скелеты» нитей представляют собой цепочки чередующихся молекул сахара и фосфата, но геометрия этого скелета меняется.

В природе были обнаружены три разновидности этой формы, из которых B-ДНК является наиболее типичной для человеческого организма. существа., Это правая спираль, как и A-ДНК, обнаруженная в дегидратированной ДНК и реплицирующихся образцах ДНК. Разница между ними в том, что A-тип имеет более плотное вращение и большую плотность пар оснований - как скрученная структура B-типа.

Другая форма ДНК, встречающаяся в естественных условиях в живых существах, - это Z-ДНК. Эта структура ДНК больше всего отличается от A или B-ДНК тем, что имеет левую кривую. Поскольку это всего лишь временная структура, прикрепленная к одному концу B-ДНК, ее трудно анализировать, но большинство ученых считают, что она действует как своего рода агент противодействия скручиванию для B-ДНК, поскольку он сжимается на другом конце (в А-образную форму) во время транскрипции и репликации кода процесс.

Однако даже в большей степени, чем водородные связи между нуклеотидами, стабильность ДНК обеспечивается взаимодействиями «стэкинга оснований» между соседними нуклеотидами. Поскольку все нуклеотиды, кроме соединяющих концов, гидрофобны (то есть избегают воды), основания располагаются перпендикулярно плоскости остова ДНК, минимизация электростатических эффектов молекул, прикрепленных к нити или взаимодействующих с внешней стороной нити («сольватационная оболочка»), и, таким образом, обеспечение стабильности.

Различные образования на концах молекул нуклеиновых кислот побудили ученых задать молекулам «направление». Все молекулы нуклеиновой кислоты заканчиваются присоединенной фосфатной группой с пятым углеродом дезоксирибозного сахара на одном конце, называемым «пятью простыми концами» (5'-конец), и с гидроксильной (ОН) группой на другом конце, называемым «тройным первичным концом» (3 ' конец). Поскольку нуклеиновые кислоты могут быть транскрибированы и синтезированы только с 5'-конца, считается, что они имеют направление, идущее от 5'-конца к 3'-концу.

Часто на 5'-конце будет комбинация пар оснований тимина и аденина в ряд, называемая «блоком ТАТА». Эти не записаны как часть генетического кода, скорее они существуют для облегчения расщепления (или «плавления») ДНК. прядь. Водородные связи между нуклеотидами A и T слабее, чем между нуклеотидами C и G. Таким образом, концентрация более слабых пар в начале молекулы позволяет облегчить транскрипцию.