ნუკლეინის მჟავები, განსაკუთრებით დნმ, საკმაოდ კარგად არის ცნობილი მეცნიერებაში. ეს აიხსნება იმით, რომ ისინი უჯრედის ნივთიერებებია, რომლებზეც დამოკიდებულია მისი მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვა და გადაცემა. დნმ, აღმოჩენილი ჯერ კიდევ 1868 წელს ფ. მიშერის მიერ, არის მოლეკულა გამოხატული მჟავე თვისებებით. მეცნიერმა ის გამოყო ლეიკოციტების ბირთვებიდან - იმუნური სისტემის უჯრედებიდან. მომდევნო 50 წლის განმავლობაში ნუკლეინის მჟავების კვლევები სპორადულად ტარდებოდა, ვინაიდან ბიოქიმიკოსთა უმეტესობა ცილებს თვლიდა მთავარ ორგანულ ნივთიერებებად, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან, სხვა საკითხებთან ერთად, მემკვიდრეობით მახასიათებლებზე.
1953 წელს უოტსონისა და კრიკის მიერ დნმ-ის სტრუქტურის გაშიფვრის შემდეგ დაიწყო სერიოზული კვლევა, რომელმაც დაადგინა, რომ დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა არის პოლიმერი, ხოლო ნუკლეოტიდები დნმ-ის მონომერებად მსახურობენ. მათ ტიპებსა და სტრუქტურას ჩვენ შევისწავლით ამ ნაშრომში.
ნუკლეოტიდები, როგორც მემკვიდრეობითი ინფორმაციის სტრუქტურული ერთეულები
ცოცხალი მატერიის ერთ-ერთი ფუნდამენტური თვისება არის ინფორმაციის შენარჩუნება და გადაცემა როგორც უჯრედის, ისე მთელი ორგანიზმის სტრუქტურისა და ფუნქციების შესახებ.ზოგადად. ამ როლს ასრულებს დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა, ხოლო დნმ-ის მონომერები - ნუკლეოტიდები ერთგვარი „აგურია“, საიდანაც აგებულია მემკვიდრეობითი ნივთიერების უნიკალური სტრუქტურა. მოდით განვიხილოთ, რა ნიშნებით ხელმძღვანელობდა ველური ბუნება ნუკლეინის მჟავას სუპერკოლის შექმნისას.
როგორ წარმოიქმნება ნუკლეოტიდები
ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, ჩვენ გვჭირდება გარკვეული ცოდნა ორგანული ქიმიის შესახებ. კერძოდ, შეგახსენებთ, რომ ბუნებაში არსებობს აზოტის შემცველი ჰეტეროციკლური გლიკოზიდების ჯგუფი მონოსაქარიდებთან - პენტოზებთან (დეოქსირიბოზა ან რიბოზა). მათ ნუკლეოზიდებს უწოდებენ. მაგალითად, ადენოზინი და სხვა ტიპის ნუკლეოზიდები გვხვდება უჯრედის ციტოზოლში. ისინი შედიან ესტერიფიკაციის რეაქციაში ორთოფოსფორის მჟავას მოლეკულებთან. ამ პროცესის პროდუქტები იქნება ნუკლეოტიდები. თითოეულ დნმ-ის მონომერს, და არსებობს ოთხი ტიპი, აქვს სახელი, როგორიცაა გუანინი, თიმინი და ციტოზინის ნუკლეოტიდები.
დნმ-ის პურინის მონომერები
ბიოქიმიაში მიღებულია კლასიფიკაცია, რომელიც ყოფს დნმ მონომერებს და მათ სტრუქტურას ორ ჯგუფად: მაგალითად, ადენინი და გუანინის ნუკლეოტიდები არის პურინი. ისინი შეიცავს პურინის წარმოებულებს, ორგანულ ნივთიერებას ფორმულით C5H4N44. დნმ-ის მონომერი, გუანინის ნუკლეოტიდი, ასევე შეიცავს პურინის აზოტოვან ბაზას, რომელიც დაკავშირებულია დეზოქსირიბოზასთან N-გლიკოზიდური ბმის საშუალებით ბეტა კონფიგურაციაში.
პირიმიდინის ნუკლეოტიდები
აზოტოვანი ფუძეები,ციტიდინი და თიმიდინი, ორგანული ნივთიერების პირიმიდინის წარმოებულები არიან. მისი ფორმულა არის C4H4N2. მოლეკულა არის ექვსწევრიანი პლანშეტური ჰეტეროციკლი, რომელიც შეიცავს აზოტის ორ ატომს. ცნობილია, რომ თიმინის ნუკლეოტიდის ნაცვლად, რიბონუკლეინის მჟავას მოლეკულები, როგორიცაა rRNA, tRNA და mRNA, შეიცავს ურაცილის მონომერს. ტრანსკრიფციის დროს, ინფორმაციის გადაცემისას დნმ-ის გენიდან mRNA მოლეკულაში, თიმინის ნუკლეოტიდი იცვლება ადენინით, ხოლო ადენინის ნუკლეოტიდს ცვლის ურაცილი სინთეზირებულ mRNA ჯაჭვში. ანუ, შემდეგი ჩანაწერი იქნება სამართლიანი: A - U, T - A.
ჩარგაფის წესი
წინა ნაწილში ჩვენ ნაწილობრივ უკვე შევეხეთ დნმ-ის ჯაჭვებში მონომერებს შორის შესაბამისობის პრინციპებს და გენი-მრნმ კომპლექსში. ცნობილმა ბიოქიმიკოსმა ე.ჩარგაფმა დაადგინა დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას მოლეკულების სრულიად უნიკალური თვისება, კერძოდ, რომ მასში ადენინის ნუკლეოტიდების რაოდენობა ყოველთვის ტოლია თიმინისა, ხოლო გუანინის - ციტოზინის. ჩარგაფის პრინციპების მთავარი თეორიული საფუძველი იყო უოტსონისა და კრიკის კვლევა, რომლებმაც დაადგინეს რომელი მონომერები ქმნიან დნმ-ის მოლეკულას და რა სივრცითი ორგანიზაცია აქვთ მათ. კიდევ ერთი ნიმუში, მიღებული ჩარგაფის მიერ და რომელსაც ეწოდება კომპლემენტარობის პრინციპი, მიუთითებს პურინისა და პირიმიდინის ფუძეების ქიმიურ ურთიერთობაზე და მათ უნარზე, შექმნან წყალბადის ბმები ერთმანეთთან ურთიერთობისას. ეს ნიშნავს, რომ მონომერების განლაგება დნმ-ის ორივე ჯაჭვში მკაცრად არის განსაზღვრული: მაგალითად, დნმ-ის პირველი ჯაჭვის საპირისპირო A შეიძლება იყოსმხოლოდ T არის განსხვავებული და მათ შორის წარმოიქმნება ორი წყალბადის ბმა. გუანინის ნუკლეოტიდის საპირისპიროდ, მხოლოდ ციტოზინი შეიძლება განთავსდეს. ამ შემთხვევაში აზოტოვან ფუძეებს შორის იქმნება სამი წყალბადის ბმა.
ნუკლეოტიდების როლი გენეტიკურ კოდში
რიბოსომებში წარმოქმნილი ცილის ბიოსინთეზის რეაქციის განსახორციელებლად, არსებობს მექანიზმი, რომლითაც ინფორმაცია გადაიცემა პეპტიდის ამინომჟავის შემადგენლობის შესახებ mRNA ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობიდან ამინომჟავების თანმიმდევრობაში. აღმოჩნდა, რომ სამი მიმდებარე მონომერი ატარებს ინფორმაციას 20 შესაძლო ამინომჟავიდან ერთ-ერთის შესახებ. ამ ფენომენს გენეტიკური კოდი ეწოდება. მოლეკულური ბიოლოგიის პრობლემების გადაჭრისას იგი გამოიყენება როგორც პეპტიდის ამინომჟავის შემადგენლობის დასადგენად, ასევე კითხვის გასარკვევად: რომელი მონომერები ქმნიან დნმ-ის მოლეკულას, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როგორია შესაბამისი გენის შემადგენლობა. მაგალითად, AAA ტრიპლეტი (კოდონი) გენში კოდირებს ამინომჟავას ფენილალანინს ცილის მოლეკულაში, ხოლო გენეტიკურ კოდში იგი შეესაბამება UUU სამეულს mRNA ჯაჭვში.
ნუკლეოტიდების ურთიერთქმედება დნმ-ის რედუპლიკაციის პროცესში
როგორც ადრე გაირკვა, სტრუქტურული ერთეულები, დნმ-ის მონომერები ნუკლეოტიდებია. მათი სპეციფიკური თანმიმდევრობა ჯაჭვებში არის დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის შვილობილი მოლეკულის სინთეზის თარგი. ეს ფენომენი ხდება უჯრედის ინტერფაზის S სტადიაზე. ახალი დნმ-ის მოლეკულის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა იკრიბება მშობელ ჯაჭვებზე დნმ პოლიმერაზას ფერმენტის მოქმედებით, პრინციპის გათვალისწინებითკომპლემენტარულობა (A - T, D - C). რეპლიკაცია ეხება მატრიცის სინთეზის რეაქციებს. ეს ნიშნავს, რომ დნმ-ის მონომერები და მათი სტრუქტურა მშობელთა ჯაჭვებში ემსახურება საფუძველს, ანუ მატრიცას მისი შვილობილი ასლისთვის.
შეიძლება შეიცვალოს ნუკლეოტიდის სტრუქტურა
სხვათა შორის, ვთქვათ, რომ დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა არის უჯრედის ბირთვის ძალიან კონსერვატიული სტრუქტურა. ამას ლოგიკური ახსნა აქვს: ბირთვის ქრომატინში შენახული მემკვიდრეობითი ინფორმაცია უნდა იყოს უცვლელი და დაკოპირებული დამახინჯების გარეშე. ისე, უჯრედული გენომი მუდმივად გარემო ფაქტორების „იარაღის ქვეშ“იმყოფება. მაგალითად, ისეთი აგრესიული ქიმიური ნაერთები, როგორიცაა ალკოჰოლი, ნარკოტიკები, რადიოაქტიური გამოსხივება. ყველა მათგანი ეგრეთ წოდებული მუტაგენია, რომლის გავლენით დნმ-ის ნებისმიერ მონომერს შეუძლია შეცვალოს მისი ქიმიური სტრუქტურა. ბიოქიმიაში ასეთ დამახინჯებას წერტილოვანი მუტაცია ეწოდება. მათი გაჩენის სიხშირე უჯრედის გენომში საკმაოდ მაღალია. მუტაციები გამოსწორებულია უჯრედული აღდგენის სისტემის კარგად ფუნქციონირებით, რომელიც მოიცავს ფერმენტების ერთობლიობას.
ზოგიერთი მათგანი, მაგალითად, ზღუდაზები, "ამოჭრილი" დაზიანებული ნუკლეოტიდები, პოლიმერაზები უზრუნველყოფს ნორმალური მონომერების სინთეზს, ლიგაზები "კერავს" გენის აღდგენილ მონაკვეთებს. თუ რაიმე მიზეზით უჯრედში ზემოთ აღწერილი მექანიზმი არ მუშაობს და დეფექტური დნმ-ის მონომერი რჩება მის მოლეკულაში, მუტაცია აისახება მატრიქსის სინთეზის პროცესებით და ფენოტიპურად ვლინდება დაქვეითებული თვისებების მქონე ცილების სახით. არ შეუძლიათ შეასრულონ მათში თანდაყოლილი აუცილებელი ფუნქციებიფიჭური მეტაბოლიზმი. ეს არის სერიოზული უარყოფითი ფაქტორი, რომელიც ამცირებს უჯრედის სიცოცხლისუნარიანობას და ამცირებს მის სიცოცხლეს.
