საყოველთაოდ ცნობილია, რომ ცოცხალი მატერიის ყველა ფორმას, ვირუსებიდან დაწყებული მაღალ ორგანიზებულ ცხოველებამდე (ადამიანის ჩათვლით), აქვს უნიკალური მემკვიდრეობითი აპარატურა. იგი წარმოდგენილია ორი ტიპის ნუკლეინის მჟავების მოლეკულებით: დეზოქსირიბონუკლეინის და რიბონუკლეინის. ამ ორგანულ ნივთიერებებში დაშიფრულია ინფორმაცია, რომელიც გადაეცემა მშობელი ინდივიდებიდან შთამომავლებს რეპროდუქციის დროს. ამ ნაშრომში ჩვენ შევისწავლით როგორც დნმ-ისა და რნმ-ის სტრუქტურას და ფუნქციებს უჯრედში, ასევე განვიხილავთ მექანიზმებს, რომლებიც საფუძვლად უდევს ცოცხალი ნივთიერების მემკვიდრეობითი თვისებების გადაცემის პროცესებს.
როგორც გაირკვა, ნუკლეინის მჟავების თვისებები, მიუხედავად იმისა, რომ მათ აქვთ საერთო მახასიათებლები, მიუხედავად ამისა, ბევრი რამით განსხვავდება. აქედან გამომდინარე, ჩვენ შევადარებთ დნმ-ისა და რნმ-ის ფუნქციებს, რომლებსაც ახორციელებენ ამ ბიოპოლიმერები ორგანიზმების სხვადასხვა ჯგუფის უჯრედებში. ნაშრომში წარმოდგენილი ცხრილი დაგეხმარებათ გავიგოთ რა არის მათი ფუნდამენტური განსხვავება.
ნუკლეინის მჟავები -რთული ბიოპოლიმერები
აღმოჩენები მოლეკულური ბიოლოგიის სფეროში, რომელიც მოხდა XX საუკუნის დასაწყისში, კერძოდ, დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის სტრუქტურის გაშიფვრა, იმპულსი გახდა თანამედროვე ციტოლოგიის, გენეტიკა, ბიოტექნოლოგიისა და გენეტიკური განვითარებისათვის. საინჟინრო. ორგანული ქიმიის თვალსაზრისით, დნმ და რნმ არის მაკრომოლეკულური ნივთიერებები, რომლებიც შედგება განმეორებით განმეორებადი ერთეულებისგან - მონომერებისგან, რომლებსაც ასევე უწოდებენ ნუკლეოტიდებს. ცნობილია, რომ ისინი ურთიერთდაკავშირებულნი არიან, ქმნიან ჯაჭვებს, რომლებსაც შეუძლიათ სივრცითი თვითორგანიზება.
ასეთი დნმ მაკრომოლეკულები ხშირად უკავშირდებიან სპეციალურ პროტეინებს სპეციალური თვისებებით, რომლებსაც ჰისტონები ეწოდება. ნუკლეოპროტეინების კომპლექსები ქმნიან სპეციალურ სტრუქტურებს - ნუკლეოსომებს, რომლებიც, თავის მხრივ, ქრომოსომების ნაწილია. ნუკლეინის მჟავები გვხვდება როგორც ბირთვში, ასევე უჯრედის ციტოპლაზმაში, რომლებიც გვხვდება მის ზოგიერთ ორგანელებში, როგორიცაა მიტოქონდრია ან ქლოროპლასტები.
მემკვიდრეობითი ნივთიერების სივრცითი აგებულება
დნმ-ისა და რნმ-ის ფუნქციების გასაგებად, დეტალურად უნდა გესმოდეთ მათი სტრუქტურის თავისებურებები. ცილების მსგავსად, ნუკლეინის მჟავებს აქვთ მაკრომოლეკულების ორგანიზების რამდენიმე დონე. პირველადი სტრუქტურა წარმოდგენილია პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვებით, მეორადი და მესამეული კონფიგურაციები თვით გართულებულია კოვალენტური ტიპის ბმის გამო. მოლეკულების სივრცითი ფორმის შენარჩუნებაში განსაკუთრებული როლი ეკუთვნის წყალბადის ობლიგაციებს, ისევე როგორც ვან დერ ვაალსის ურთიერთქმედების ძალებს. შედეგი არის კომპაქტურიდნმ-ის სტრუქტურას, რომელსაც სუპერკოჭი ეწოდება.
ნუკლეინის მჟავის მონომერები
დნმ-ის, რნმ-ის, ცილების და სხვა ორგანული პოლიმერების სტრუქტურა და ფუნქციები დამოკიდებულია მათი მაკრომოლეკულების როგორც ხარისხობრივ, ასევე რაოდენობრივ შემადგენლობაზე. ნუკლეინის მჟავების ორივე ტიპი შედგება სამშენებლო ბლოკებისგან, რომელსაც ეწოდება ნუკლეოტიდები. როგორც ცნობილია ქიმიის კურსიდან, ნივთიერების სტრუქტურა აუცილებლად მოქმედებს მის ფუნქციებზე. დნმ და რნმ არ არის გამონაკლისი. გამოდის, რომ თავად მჟავის ტიპი და მისი როლი უჯრედში დამოკიდებულია ნუკლეოტიდის შემადგენლობაზე. თითოეული მონომერი შეიცავს სამ ნაწილს: აზოტოვან ფუძეს, ნახშირწყალს და ფოსფორმჟავას ნარჩენს. დნმ-ის აზოტოვანი ბაზის ოთხი ტიპი არსებობს: ადენინი, გუანინი, თიმინი და ციტოზინი. რნმ-ის მოლეკულებში ისინი იქნება, შესაბამისად, ადენინი, გუანინი, ციტოზინი და ურაცილი. ნახშირწყლები წარმოდგენილია პენტოზის სხვადასხვა ტიპებით. რიბონუკლეინის მჟავა შეიცავს რიბოზას, ხოლო დნმ შეიცავს მის დეოქსიგენიზებულ ფორმას, რომელსაც ეწოდება დეზოქსირიბოზა.
დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის თვისებები
პირველ რიგში, ჩვენ გადავხედავთ დნმ-ის სტრუქტურასა და ფუნქციებს. რნმ, რომელსაც უფრო მარტივი სივრცითი კონფიგურაცია აქვს, ჩვენ მიერ შევისწავლით შემდეგ ნაწილში. ასე რომ, ორი პოლინუკლეოტიდური ძაფები ერთმანეთთან იმართება აზოტოვან ფუძეებს შორის წარმოქმნილი წყალბადის ობლიგაციების განმეორებით განმეორებით. წყვილში "ადენინი - თიმინი" არის ორი, ხოლო წყვილში "გუანინი - ციტოზინი" - სამი წყალბადის ბმა..
პურინისა და პირიმიდინის ფუძეების კონსერვატიული შესაბამისობა იყოაღმოაჩინა ე.ჩარგაფმა და ეწოდა კომპლემენტარობის პრინციპი. ერთ ჯაჭვში ნუკლეოტიდები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ფოსფოდიესტერის ბმებით, რომლებიც წარმოიქმნება პენტოზასა და მიმდებარე ნუკლეოტიდების ორთოფოსფორის მჟავას ნარჩენებს შორის. ორივე ჯაჭვის სპირალური ფორმა შენარჩუნებულია წყალბადის ბმებით, რომლებიც წარმოიქმნება წყალბადისა და ჟანგბადის ატომებს შორის, რომლებიც ნუკლეოტიდების ნაწილია. უმაღლესი - მესამეული სტრუქტურა (supercoil) - დამახასიათებელია ევკარიოტული უჯრედების ბირთვული დნმ-ისთვის. ამ ფორმით, ის იმყოფება ქრომატინში. თუმცა, ბაქტერიებსა და დნმ-ის შემცველ ვირუსებს აქვთ დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა, რომელიც არ არის დაკავშირებული ცილებთან. იგი წარმოდგენილია რგოლის ფორმის სახით და ეწოდება პლაზმიდი.
მიტოქონდრიისა და ქლოროპლასტების დნმ-ს, მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედების ორგანელებს, იგივე სახე აქვს. შემდეგი, ჩვენ გავარკვევთ, თუ როგორ განსხვავდება დნმ-ისა და რნმ-ის ფუნქციები ერთმანეთისგან. ქვემოთ მოცემული ცხრილი გვიჩვენებს ამ განსხვავებებს ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურასა და თვისებებში.
რიბონუკლეინის მჟავა
რნმ-ის მოლეკულა შედგება ერთი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვისაგან (გამონაკლისია ზოგიერთი ვირუსის ორჯაჭვიანი სტრუქტურა), რომელიც შეიძლება განთავსდეს როგორც ბირთვში, ასევე უჯრედის ციტოპლაზმაში. არსებობს რიბონუკლეინის მჟავების რამდენიმე სახეობა, რომლებიც განსხვავდება სტრუქტურით და თვისებებით. ამრიგად, მესინჯერ რნმ-ს აქვს ყველაზე მაღალი მოლეკულური წონა. ის სინთეზირებულია უჯრედის ბირთვში ერთ-ერთ გენზე. mRNA-ს ამოცანაა ციტოპლაზმაში ციტოპლაზმაში ცილის შემადგენლობის შესახებ ინფორმაციის გადატანა. ნუკლეინის მჟავის სატრანსპორტო ფორმა აკავშირებს ცილის მონომერებს– ამინომჟავები – და აწვდის მათ ბიოსინთეზის ადგილზე.
საბოლოოდ, რიბოსომური რნმ იქმნება ბირთვში და მონაწილეობს ცილის სინთეზში. როგორც ხედავთ, დნმ-ისა და რნმ-ის ფუნქციები უჯრედულ მეტაბოლიზმში მრავალფეროვანია და ძალიან მნიშვნელოვანია. ისინი, უპირველეს ყოვლისა, დამოკიდებული იქნება იმ უჯრედებზე, რომელთა ორგანიზმები შეიცავს მემკვიდრეობითი ნივთიერების მოლეკულებს. ასე რომ, ვირუსებში რიბონუკლეინის მჟავას შეუძლია იმოქმედოს როგორც მემკვიდრეობითი ინფორმაციის მატარებელი, ხოლო ევკარიოტული ორგანიზმების უჯრედებში მხოლოდ დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას აქვს ეს უნარი.
დნმ-ისა და რნმ-ის ფუნქციები სხეულში
მნიშვნელობის მიხედვით ნუკლეინის მჟავები ცილებთან ერთად ყველაზე მნიშვნელოვანი ორგანული ნაერთებია. ისინი ინარჩუნებენ და გადასცემენ მემკვიდრეობით თვისებებს და თვისებებს მშობლიდან შთამომავლობამდე. მოდით განვსაზღვროთ განსხვავება დნმ-ისა და რნმ-ის ფუნქციებს შორის. ქვემოთ მოცემული ცხრილი უფრო დეტალურად აჩვენებს ამ განსხვავებებს.
| ნახვა | მოთავსება გალიაში | კონფიგურაცია | ფუნქცია |
| დნმ | ბირთი | სუპერსპირალი | მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვა და გადაცემა |
| დნმ |
მიტოქონდრია ქლოროპლასტები |
წრიული (პლაზმიდი) | მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ადგილობრივი გადაცემა |
| iRNA | ციტოპლაზმა | წრფივი | ინფორმაციის ამოღება გენიდან |
| tRNA | ციტოპლაზმა | მეორადი | ამინომჟავების ტრანსპორტი |
| rRNA | ბირთი დაციტოპლაზმა | წრფივი | რიბოზომების წარმოქმნა |
რა თავისებურებები ახასიათებს ვირუსების მემკვიდრეობითობის ნივთიერებას?
ვირუსების ნუკლეინის მჟავები შეიძლება იყოს როგორც ერთჯაჭვიანი, ასევე ორჯაჭვიანი სპირალის ან რგოლების სახით. დ.ბალტიმორის კლასიფიკაციის მიხედვით, მიკროკოსმოსის ეს ობიექტები შეიცავს დნმ-ის მოლეკულებს, რომლებიც შედგება ერთი ან ორი ჯაჭვისგან. პირველ ჯგუფში შედის ჰერპესის პათოგენები და ადენოვირუსები, ხოლო მეორეში შედის, მაგალითად, პარვოვირუსები.
დნმ და რნმ ვირუსების ფუნქციებია უჯრედში საკუთარი მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შეღწევა, ვირუსული ნუკლეინის მჟავის მოლეკულების რეპლიკაციის რეაქციების განხორციელება და მასპინძელი უჯრედის რიბოსომებში ცილის ნაწილაკების შეკრება. შედეგად, მთელი უჯრედული მეტაბოლიზმი მთლიანად ექვემდებარება პარაზიტებს, რომლებიც სწრაფად მრავლდებიან უჯრედს სიკვდილამდე.
RNA ვირუსები
ვირუსოლოგიაში მიღებულია ამ ორგანიზმების რამდენიმე ჯგუფად დაყოფა. ასე რომ, პირველი მოიცავს სახეობებს, რომლებსაც უწოდებენ ერთჯაჭვიან (+) რნმ. მათი ნუკლეინის მჟავა ასრულებს იგივე ფუნქციებს, როგორც ევკარიოტული უჯრედების მაცნე რნმ. მეორე ჯგუფში შედის ერთჯაჭვიანი (-) რნმ. პირველ რიგში, ტრანსკრიფცია ხდება მათი მოლეკულებით, რაც იწვევს (+) რნმ-ის მოლეკულების გამოჩენას და ისინი, თავის მხრივ, ვირუსული ცილების შეკრების შაბლონად ემსახურება.
ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ყველა ორგანიზმისთვის, ვირუსების ჩათვლით, დნმ-ისა და რნმ-ის ფუნქციები მოკლედ ხასიათდება შემდეგნაირად: ორგანიზმის მემკვიდრეობითი მახასიათებლებისა და თვისებების შენახვა და მათი შემდგომი გადაცემა შთამომავლობაზე.
