Молекула ДНК: рівні структурної організації

Молекула ДНК - це полинуклеотид, мономірними одиницями якого служать чотири дезоксірібонуклеотідов (дАМФ, дГМФ, дЦМФ і дТМФ). Співвідношення і послідовність цих нуклеотидів в ДНК різних організмів різні. Крім головних азотистих основ у ДНК містяться і інші дезоксірібонуклеотіди з мінорними підставами: 5-метілцітозін, 5-оксіметілцітозін, 6-метіламінопурін.

Після того як з`явилася можливість використання методу рентгенівської кристалографії для вивчення біологічних макромолекул та отримання досконалих рентгенограм, вдалося з`ясувати молекулярну структуру ДНК. Зазначений метод заснований на тому, що пучок паралельних рентгенівських променів, падаючих на кристалічна скупчення атомів, утворює дифракційну картину, яка в основному залежить від атомної маси цих атомів, їх розташування в просторі. У 40-х роках минулого століття була висунута теорія про тривимірної структурі молекули ДНК. У. Астбюрі довів, що дезоксирибонуклеїнова кислота являє собою стопку з накладених один на інший плоских нуклеотидів.

Первинна структура молекули ДНК

Під первинною структурою нуклеїнових кислот увазі послідовність розташування нуклеотидів в полінуклеотидних ланцюга ДНК. Нуклеотиди зв`язуються між собою за допомогою фосфодіефірних зв`язків, які утворюються між ОН-групою в положенні 5 дезоксирибози одного нуклеотиду і ОН-групою в положенні 3 пентози іншого.

Біологічні властивості нуклеїнових кислот визначаються якісним співвідношенням і послідовністю нуклеотидів вздовж полінуклеотидних ланцюга.

Нуклеотидний складу ДНК у організмів різних таксономічних груп специфічний і визначається відношенням (Г + Ц) / (А + Т). За допомогою коефіцієнта специфічності була визначена ступінь гетерогенності нуклеотидного складу ДНК у організмів різного походження. Так, у вищих рослин і тварин відношення (Г + Ц) / (А + Т) коливається незначно і має значення більше 1. Для мікроорганізмів коефіцієнт специфічності змінюється в широких межах - від 0,35 до 2,70. Разом з тим соматичні клітини даного біологічного виду містять ДНК одного і того ж нуклеотидного складу, т. е. можна сказати, що за змістом ГЦ-пар основ ДНК одного виду ідентичні.

Визначення гетерогенності нуклеотидного складу ДНК за коефіцієнтом специфічності ще не дає інформації про її біологічні властивості. Останнє обумовлено різною послідовністю окремих нуклеотидних ділянок в полінуклеотидних ланцюга. Це означає, що генетична інформація в молекулах ДНК закодована у специфічній послідовності її мономерних одиниць.

Молекула ДНК містить нуклеотидні послідовності, призначені для ініціації та термінації процесів синтезу ДНК (реплікація), синтезу РНК (транскрипція), синтезу білка (Трансляція). Є нуклеотидні послідовності, які служать для зв`язування специфічних активують і ингибирующих регуляторних молекул, а також нуклеотидні послідовності, що не несуть якоїсь генетичної інформації. Існують також модифіковані області, які захищають молекулу від дії нуклеаз.

Проблема нуклеотидноїпослідовності ДНК до теперішнього часу повністю не дозволена. Визначення нуклеотидної послідовності нуклеїнових кислот є трудомісткою процедурою, яка передбачає застосування методу специфічного нуклеазного розщеплення молекул на окремі фрагменти. На сьогоднішній день повна нуклеотидних послідовність азотистих основ встановлена для більшості тРНК різного походження.

Молекула ДНК: вторинна структура

Уотсон і Крик спроектували модель подвійної спіралі дезоксирибонуклеїнової кислоти. Згідно даної моделі дві полінуклеотидних ланцюга обвивають один одного, при цьому утворюється своєрідна спіраль.

Азотисті основи в них розташовані всередині структури, а фосфодіефірнимі остов - зовні.

Молекула ДНК: третинна структура

Лінійна ДНК у клітині має форму витягнутої молекули, вона упакована в компактну структуру і займає всього 1/5 об`єму клітини. Наприклад, довжина ДНК хромосоми людини досягає 8 см, а упакована так, що вміщується в хромосомі з довжиною 5 нм. Подібна укладання можлива завдяки наявності спіраль структур ДНК. З цього випливає, що дволанцюжкова спіраль ДНК в просторі може піддаватися подальшій укладанні в певну третинну структуру - суперспіраль. Суперспіральная конформація ДНК характерна для хромосом вищих організмів. Подібна третинна структура стабілізується за рахунок ковалентних зв`язків із залишками амінокислот, що входять до складу тих білків, які утворюють нуклеопротеїдні комплекс (хроматин). Отже, ДНК еукаріотичних клітин асоційована з білками головним чином основного характеру - гистонами, а також кислими білками і фосфопротеіди.