დნმ (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა) ცოცხალი ნივთიერების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტია. მისი მეშვეობით ხდება მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვა და გადაცემა თაობიდან თაობამდე ცვალებადობის შესაძლებლობით გარკვეულ ფარგლებში. ცოცხალი სისტემისთვის აუცილებელი ყველა ცილის სინთეზი შეუძლებელი იქნებოდა დნმ-ის მატრიცის გარეშე. ქვემოთ განვიხილავთ სტრუქტურას, ფორმირებას, ძირითად ფუნქციონირებას და დნმ-ის როლს ცილების ბიოსინთეზში.
დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა
დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა არის მაკრომოლეკულა, რომელიც შედგება ორი ჯაჭვისგან. მის სტრუქტურას აქვს ორგანიზაციის რამდენიმე დონე.
დნმ-ის ჯაჭვის პირველადი სტრუქტურა არის ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა, თითოეული შეიცავს ოთხი აზოტოვანი ფუძიდან ერთ-ერთს: ადენინს, გუანინს, ციტოზინს ან თიმინს. ჯაჭვები წარმოიქმნება, როდესაც ერთი ნუკლეოტიდის დეზოქსირიბოზა შაქარი უერთდება მეორის ფოსფატის ნარჩენებს. ეს პროცესი ტარდება ცილოვან კატალიზატორის - დნმ ლიგაზას მონაწილეობით
- დნმ-ის მეორადი სტრუქტურა არის ეგრეთ წოდებული ორმაგი სპირალი (უფრო ზუსტად, ორმაგი ხრახნი). საფუძველს შეუძლიადაუკავშირეთ ერთმანეთს შემდეგნაირად: ადენინი და თიმინი ქმნიან ორმაგ წყალბადურ კავშირს, ხოლო გუანინი და ციტოზინი ქმნიან სამმაგს. ეს თვისება საფუძვლად უდევს ბაზის კომპლემენტარობის პრინციპს, რომლის მიხედვითაც ჯაჭვები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. ამ შემთხვევაში ხდება ორმაგი ჯაჭვის სპირალური (უფრო ხშირად მარჯვნივ) გადახვევა.
- მესამე სტრუქტურა არის უზარმაზარი მოლეკულის რთული კონფორმაცია, რომელიც წარმოიქმნება წყალბადის დამატებითი ბმების მეშვეობით.
- მეოთხეული სტრუქტურა წარმოიქმნება სპეციფიკურ ცილებთან და რნმ-თან ერთად და ეს არის გზა დნმ-ის შეფუთვის უჯრედის ბირთვში.
დნმ-ის ფუნქციები
მოდით განვიხილოთ დნმ-ის როლი ცოცხალ სისტემებში. ეს ბიოპოლიმერი არის მატრიცა, რომელიც შეიცავს ჩანაწერს სხვადასხვა ცილების სტრუქტურის, ორგანიზმისთვის საჭირო რნმ-ის, ასევე სხვადასხვა სახის მარეგულირებელი ადგილების შესახებ. ზოგადად, ყველა ეს კომპონენტი ადგენს სხეულის გენეტიკურ პროგრამას.
დნმ-ის ბიოსინთეზის საშუალებით გენეტიკური პროგრამა გადაეცემა შემდეგ თაობებს, რაც უზრუნველყოფს სიცოცხლისთვის ფუნდამენტური ინფორმაციის მემკვიდრეობას. დნმ-ს შეუძლია მუტაცია, რის გამოც წარმოიქმნება ერთი ბიოლოგიური სახეობის ცოცხალი ორგანიზმების ცვალებადობა და, შედეგად, შესაძლებელია ბუნებრივი გადარჩევის პროცესი და ცოცხალი სისტემების ევოლუცია.
სქესობრივი გამრავლების დროს ორგანიზმის შთამომავლის დნმ ყალიბდება მამის და დედის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შერწყმით. როდესაც გაერთიანებულია, არსებობს სხვადასხვა ვარიაციები, რაც ასევე ხელს უწყობს ცვალებადობას.
როგორ ხდება გენეტიკური პროგრამის რეპროდუცირება
შემავსებელი სტრუქტურის გამო, შესაძლებელია დნმ-ის მოლეკულის მატრიცული თვითრეპროდუქცია. ამ შემთხვევაში, მასში არსებული ინფორმაცია კოპირდება. მოლეკულის გაორმაგებას ორი ქალიშვილის "ორმაგი სპირალის" წარმოქმნით დნმ-ის რეპლიკაცია ეწოდება. ეს არის რთული პროცესი, რომელიც მოიცავს ბევრ კომპონენტს. მაგრამ გარკვეული გამარტივებით, ის შეიძლება წარმოდგენილი იყოს დიაგრამის სახით.
რეპლიკაცია იწყება დნმ-ის გარკვეულ უბნებში ფერმენტების სპეციალური კომპლექსით. ამავდროულად, ორმაგი ჯაჭვი იხსნება, წარმოიქმნება რეპლიკაციის ჩანგალი, სადაც ხდება დნმ-ის ბიოსინთეზის პროცესი - დამატებითი ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობების დაგროვება თითოეულ ჯაჭვზე.
რეპლიკაციის კომპლექსის მახასიათებლები
რეპლიკაცია ასევე მიმდინარეობს ფერმენტების რთული ნაკრების - რეპლიზომების მონაწილეობით, რომელშიც მთავარ როლს ასრულებს დნმ პოლიმერაზა.
დნმ-ის ბიოსინთეზის ერთ-ერთი ჯაჭვი ლიდერია და მუდმივად ყალიბდება. ჩამორჩენილი ძაფის ფორმირება ხდება მოკლე თანმიმდევრობების მიმაგრებით - ოკაზაკის ფრაგმენტები. ეს ფრაგმენტები ლიგირებულია დნმ ლიგაზას გამოყენებით. ასეთ პროცესს ნახევრად უწყვეტი ეწოდება. გარდა ამისა, იგი ხასიათდება როგორც ნახევრად კონსერვატიული, ვინაიდან თითოეულ ახლად წარმოქმნილ მოლეკულაში ერთ-ერთი ჯაჭვი არის მშობელი, ხოლო მეორე არის ქალიშვილი.
დნმ-ის რეპლიკაცია არის უჯრედების გაყოფის ერთ-ერთი მთავარი ნაბიჯი. ეს პროცესი საფუძვლად უდევს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ახალ თაობას გადაცემას, ასევე ორგანიზმის ზრდას.
რა არის ცილები
პროტეინი არისყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქციური ელემენტი ყველა ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედებში. ისინი ასრულებენ კატალიზურ, სტრუქტურულ, მარეგულირებელ, სასიგნალო, დამცავ და სხვა მრავალ ფუნქციას.
ცილის მოლეკულა არის ბიოპოლიმერი, რომელიც წარმოიქმნება ამინომჟავების ნარჩენების თანმიმდევრობით. მას, ისევე როგორც ნუკლეინის მჟავას მოლეკულებს, ახასიათებს სტრუქტურული ორგანიზაციის რამდენიმე დონის არსებობა - პირველადიდან მეოთხეულამდე.
არსებობს 20 განსხვავებული (კანონიკური) ამინომჟავა, რომელსაც ცოცხალი სისტემები იყენებენ ცილების უზარმაზარი მრავალფეროვნების შესაქმნელად. როგორც წესი, ცილა თავისით არ სინთეზირდება. პროტეინის რთული მოლეკულის ფორმირებაში წამყვანი როლი ეკუთვნის ნუკლეინის მჟავებს - დნმ და რნმ.
გენეტიკური კოდის არსი
ასე რომ, დნმ არის ინფორმაციის მატრიცა, რომელიც ინახავს ინფორმაციას სხეულის ზრდისა და სიცოცხლისთვის აუცილებელ ცილების შესახებ. ცილები აგებულია ამინომჟავებისგან, დნმ (და რნმ) ნუკლეოტიდებისგან. დნმ-ის მოლეკულის გარკვეული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა შეესაბამება გარკვეული ცილების გარკვეულ ამინომჟავების თანმიმდევრობას.
არის 20 ტიპის ცილის სტრუქტურული ერთეული - კანონიკური ამინომჟავები - უჯრედში, ხოლო 4 ტიპის ნუკლეოტიდი დნმ-ში. ასე რომ, თითოეული ამინომჟავა იწერება დნმ-ის მატრიცაზე, როგორც სამი ნუკლეოტიდის - სამეულის კომბინაცია, რომლის ძირითადი კომპონენტებია აზოტოვანი ფუძეები. შესაბამისობის ამ პრინციპს გენეტიკური კოდი ეწოდება, ხოლო ფუძე სამეულს კოდონები. გენი არისკოდონების თანმიმდევრობა, რომელიც შეიცავს ცილის ჩანაწერს და ფუძეების ზოგიერთი მომსახურების კომბინაციებს - საწყისი კოდონი, გაჩერების კოდონი და სხვა.
გენეტიკური კოდის ზოგიერთი თვისება
გენეტიკური კოდი თითქმის უნივერსალურია - ძალიან მცირე გამონაკლისების გარდა, ის ერთნაირია ყველა ორგანიზმში, ბაქტერიებიდან ადამიანებამდე. ეს მოწმობს, პირველ რიგში, დედამიწაზე სიცოცხლის ყველა ფორმის ურთიერთობას და მეორეც, თავად კოდის სიძველეს. ალბათ, პრიმიტიული სიცოცხლის არსებობის ადრეულ ეტაპზე, კოდის სხვადასხვა ვერსია საკმაოდ სწრაფად ჩამოყალიბდა, მაგრამ მხოლოდ ერთმა მიიღო ევოლუციური უპირატესობა.
გარდა ამისა, ის სპეციფიკურია (ცალსახა): სხვადასხვა ამინომჟავები არ არის კოდირებული ერთი და იგივე სამეულით. ასევე, გენეტიკურ კოდს ახასიათებს დეგენერაცია, ანუ სიჭარბე - რამდენიმე კოდონი შეიძლება შეესაბამებოდეს ერთსა და იმავე ამინომჟავას.
გენეტიკური ჩანაწერი იკითხება განუწყვეტლივ; პუნქტუაციის ნიშნების ფუნქციებს ფუძეების სამეულიც ასრულებს. როგორც წესი, გენეტიკურ „ტექსტში“არ არის გადახურული ჩანაწერები, მაგრამ აქაც არის გამონაკლისები.
დნმ-ის ფუნქციური ერთეულები
ორგანიზმის მთელი გენეტიკური მასალის მთლიანობას გენომი ეწოდება. ამრიგად, დნმ არის გენომის მატარებელი. გენომის შემადგენლობა მოიცავს არა მხოლოდ სტრუქტურულ გენებს, რომლებიც აკოდირებენ გარკვეულ ცილებს. დნმ-ის მნიშვნელოვანი ნაწილი შეიცავს სხვადასხვა ფუნქციური დანიშნულების რეგიონებს.
ასე რომ, დნმ შეიცავს:
- მარეგულირებელისპეციფიური რნმ-ების მაკოდირებელი თანმიმდევრობები, როგორიცაა გენეტიკური გადამრთველები და გენის სტრუქტურული ექსპრესიის რეგულატორები;
- ელემენტები, რომლებიც არეგულირებენ ტრანსკრიპციის პროცესს - ცილის ბიოსინთეზის საწყისი ეტაპი;
- ფსევდოგენები არის ერთგვარი "წიაღისეული გენი", რომლებმაც დაკარგეს ცილის კოდირების ან ტრანსკრიბციის უნარი მუტაციების გამო;
- მობილური გენეტიკური ელემენტები - რეგიონები, რომლებსაც შეუძლიათ გადაადგილება გენომში, როგორიცაა ტრანსპოზონები ("გამხტარი გენები");
- ტელომერები არის სპეციალური რეგიონები ქრომოსომების ბოლოებზე, რომლის წყალობითაც ქრომოსომებში დნმ დაცულია შემცირებისგან ყოველი რეპლიკაციის მოვლენის დროს.
დნმ-ის ჩართვა ცილების ბიოსინთეზში
დნმ-ს შეუძლია შექმნას სტაბილური სტრუქტურა, რომლის ძირითადი ელემენტია აზოტოვანი ფუძეების დამატებითი ნაერთი. დნმ-ის ორმაგი ჯაჭვი უზრუნველყოფს, პირველ რიგში, მოლეკულის სრულ რეპროდუქციას და მეორეც, დნმ-ის ცალკეული მონაკვეთების კითხვას ცილის სინთეზის დროს. ამ პროცესს ტრანსკრიფცია ჰქვია.
ტრანსკრიფციის დროს დნმ-ის მონაკვეთი, რომელიც შეიცავს გარკვეულ გენს, იხსნება, ხოლო ერთ-ერთ ჯაჭვზე - შაბლონზე - რნმ-ის მოლეკულა სინთეზირებულია მეორე ჯაჭვის ასლის სახით, რომელსაც კოდირებას უწოდებენ. ეს სინთეზი ასევე ეფუძნება ფუძეების თვისებას, შექმნან დამატებითი წყვილები. სინთეზში მონაწილეობს დნმ-ის არაკოდირებელი, მომსახურე უბნები და ფერმენტი რნმ პოლიმერაზა. რნმ უკვე ემსახურება ცილების სინთეზის შაბლონს და დნმ არ არის ჩართული შემდგომ პროცესში.
შებრუნებული ტრანსკრიფცია
დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ მატრიცაგენეტიკური ინფორმაციის კოპირება შეიძლება მხოლოდ ერთი მიმართულებით წავიდეს: დნმ → რნმ → ცილა. ამ სქემას ეწოდა მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა. თუმცა, კვლევის მსვლელობისას დადგინდა, რომ ზოგიერთ შემთხვევაში შესაძლებელია რნმ-დან დნმ-ზე გადაწერა - ე.წ. საპირისპირო ტრანსკრიფცია.
რნმ-დან დნმ-ზე გენეტიკური მასალის გადატანის უნარი დამახასიათებელია რეტროვირუსებისთვის. ასეთი რნმ-ის შემცველი ვირუსების ტიპიური წარმომადგენელია ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსი. ვირუსული გენომის ინტეგრაცია ინფიცირებული უჯრედის დნმ-ში ხდება სპეციალური ფერმენტის - საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას (რევერტაზას) მონაწილეობით, რომელიც მოქმედებს როგორც კატალიზატორი დნმ-ის ბიოსინთეზისთვის რნმ-ის შაბლონზე. რევერტაზა ასევე ვირუსული ნაწილაკების ნაწილია. ახლად წარმოქმნილი მოლეკულა ინტეგრირებულია უჯრედულ დნმ-ში, სადაც ის ემსახურება ახალი ვირუსული ნაწილაკების წარმოქმნას.
რა არის ადამიანის დნმ
ადამიანის დნმ, რომელიც შეიცავს უჯრედის ბირთვს, შეფუთულია 23 წყვილ ქრომოსომაში და შეიცავს დაახლოებით 3,1 მილიარდ დაწყვილებულ ნუკლეოტიდს. ბირთვული დნმ-ის გარდა, ადამიანის უჯრედები, ისევე როგორც სხვა ევკარიოტული ორგანიზმები, შეიცავს მიტოქონდრიულ დნმ-ს, მიტოქონდრიული უჯრედის ორგანელების მემკვიდრეობის ფაქტორს.
ბირთვული დნმ-ის კოდირების გენები (მათ შორის 20-დან 25 ათასამდეა) ადამიანის გენომის მხოლოდ მცირე ნაწილს შეადგენს - დაახლოებით 1,5%. დნმ-ის დანარჩენ ნაწილს ადრე „უსარგებლო“ეწოდებოდა, მაგრამ მრავალრიცხოვანმა კვლევებმა აჩვენა გენომის არაკოდიციური რეგიონების მნიშვნელოვანი როლი, რომლებიც ზემოთ იყო განხილული. ასევე უაღრესად მნიშვნელოვანია პროცესების შესწავლასაპირისპირო ტრანსკრიფცია ადამიანის დნმ-ში.
მეცნიერებამ უკვე ჩამოაყალიბა საკმაოდ მკაფიო გაგება, თუ რა არის ადამიანის დნმ სტრუქტურული და ფუნქციური თვალსაზრისით, მაგრამ მეცნიერთა შემდგომი მუშაობა ამ სფეროში ახალ აღმოჩენებსა და ახალ ბიოსამედიცინო ტექნოლოგიებს მოუტანს.
