Нуклеиновые кислоты

Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух переплетённых полинуклеотидных цепей. Одна цепь изогнута в виде спирали и удерживает около себя вторую полинуклеотидную цепь. Образовавшаяся двойная спираль закручена вокруг общей оси, и азотистые основания обеих цепей обращены внутрь спирали. Благодаря такому взаимодействию оснований обеспечивается достаточная прочность двойной спирали ДНК. Здесь адениновые остатки одной цепи за счёт водородных связей связаны с тиминовыми остатками второй цепи, а гуаниновые — с цитозиновыми (рис. 79).

Па́ры азотистых оснований, между которыми формируются водородные связи (А...Т; Г...Ц), называются комплементарными, т. е. взаимодополняющими друг друга.

Вторичная структура ДНК (а) и комплементарность между двумя цепями ДНК (б)

Третичная структура нуклеиновых кислот — это пространственное расположение ДНК и РНК (в виде компактной палочки, клубка и т. д.).

ДНК и РНК локализуются в различных частях клетки, с этим и связаны их функциональные особенности.

Биологическое значение нуклеиновых кислот

ДНК — основной строительный материал генов, в которых хранится наследственная информация организма. РНК выполняет различные функции, так как существует в виде трёх разновидностей: рибосомальная (рРНК), транспортная (тРНК) и информационная (иРНК). Последняя копирует наследственную информацию с участка молекулы ДНК-гена и переносит её к месту сборки белковой молекулы, тРНК присоединяет аминокислоты, рРНК входит в состав рибосом.

Биологическая роль нуклеиновых кислот начала выясняться ещё в 40-х — начале 50-х гг. XX в., когда впервые было установлено, что ДНК, взятая у одной разновидности бактерий и введённая в другую разновидность, заставляет последнюю производить потомство с признаками, имеющимися у первой разновидности. Отсюда вытекало, что вместе с ДНК была перенесена наследственная информация — приказ строить белковые молекулы определённого типа. Эти работы стали исходной точкой быстрого прогресса в области молекулярной генетики.

В общих чертах роль ДНК и РНК выглядит следующим образом. Молекулы ДНК, находящиеся в клеточных ядрах, хранят наследственную информацию, «записанную» в виде различной последовательности нуклеотидов. ДНК играет роль «матрицы», с которой «отпечатываются копии» молекул РНК, непосредственно участвующих в синтезе белка.

Роль РНК в процессе синтеза белка была подтверждена опытами, выполненными в начале 60-х гг. XX в. Из клеток бактерий получили бесклеточную жидкость, содержащую все необходимые для синтеза белка ферменты, ранее находившиеся в клетке. Эта система была способна в течение некоторого времени осуществлять синтез белка, однако затем он замедлялся. В этот момент добавляли РНК и наблюдали возобновление синтеза белка. Можно было добавить и не природную, а синтетическую РНК: синтез белка продолжался и в этом случае. Когда добавка состояла из синтетической РНК, содержащей только один нуклеотид — урацил, образовывался полипептид, состоящий только из фенилаланина. Дальнейшее развитие подобных опытов позволило расшифровать «генетический код»: установить, что каждая аминокислота имеет свои «шифры», записанные в виде последовательности трёх нуклеотидов.

Биотехнология и генная инженерия

Биотехнология — это интеграция естественных и технических наук

В современной биотехнологии выделяют три раздела, три относительно самостоятельных направления:

генная (или генетическая) инженерия;

клеточная инженерия;

биологическая инженерия.

Генная инженерия — это раздел биотехнологии,

Напомним, что в ядрах клеток живых организмов содержатся хромосомы. Основу любой хромосомы составляет макромолекула (ДНК) очень большой длины. Помимо ДНК в состав хромосомы входят молекулы белков. Гены — это участки ДНК хромосомы (несколько последовательно соединённых нуклеотидов), несущие информацию о строении одной молекулы белка или молекулы РНК, характерных для данного живого организма. Совокупность всех генов организма, содержащихся в хромосомах, называется геномом.

Вы знаете, что под влиянием факторов внешней среды у всех видов живых организмов происходят мутации.

Можно ли провести мутацию искусственным путём, т. е. внедрить в ДНК новый, несвойственный данному организму ген? Ведь таким образом можно «привить» живому организму полезное качество, которого у него не было. В 1973 г. американские учёные С. Коэн и Э. Чанг встроили в ДНК бактерии участок ДНК лягушки. Свершилось небывалое: бактерия стала вырабатывать белок, характерный для лягушки, и даже передавать «лягушечью ДНК» потомкам! Так была показана принципиальная возможность встраивать чужие гены в геном определённого организма.

Растения и животные, в геном которых введены синтезированные гены или гены других организмов, называются генетически модифицированными организмами (ГМО), а продукты их переработки — трансгенными продуктами.

Последние десятилетия генная инженерия поистине творит чудеса. Японским учёным удалось ввести в ДНК свиней ген шпината, в результате чего их мясо стало менее жирным. Генетически модифицированные растения произрастают уже на миллионах гектаров сельскохозяйственных угодий. Они отличаются от своих «собратьев» большей урожайностью, устойчивостью к вредителям, болезням и засухе, большим содержанием полезных питательных веществ.

<<< К началу Окончание >>>