If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Курс: Биологична библиотека > Раздел 21

Урок 1: Още за ДНК и РНК

Преглед на ДНК структура и репликация

Основни понятия

ТерминЗначение
ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина)Нуклеинова киселина, която носи информация от родителя към поколението и кодира производството на протеини
НуклеотидГрадивен блок на нуклеиновите киселини
Двойна спиралаСтруктура от две нишки, които се преплитат взаимно около ос като увита стълба
ДНК репликацияПроцес, при който двойноверижна ДНК молекула бива копирана, за да произведе две еднакви ДНК молекули
Свързване по базиПринцип, при който азотните бази на ДНК молекулите се свързват една с друга

Структура на ДНК

ДНК е нуклеинова киселина, една от четирите главни групи биологични макромолекули.

Нуклеотиди

Всички нуклеинови киселини са изградени от нуклеотиди. В ДНК всеки нуклеотид е изграден от три части: 5-въглероден монозахарид, наречена дезоксирибоза, фосфатна група и азотна база.
В ДНК присъстват четири вида азотни бази: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т).
РНК нуклеотидите може също да съдържат аденинови, гуанинови и цитозинови бази, но вместо тимин те имат друга база, наречена урацил (У).

Правилата на Чаргаф

През 50-те години на 20-ти век биохимикът Ървин Чаргаф открил, че количествата азотни бази (А, Т, С и Г) не се срещат в равни количества, но количеството на А винаги било равно на количеството от Т и количеството от Ц винаги било равно на количеството от Г.
Тези открития се оказали важни за разкриването на модела на двойноспиралната ДНК.

Двойна спирала

Двойноспиралната структура на ДНК е открита през 50-те години на 20-ти век от Джеймс Уотсън и Франсис Крик благодарение на натрупаните изводи от изследванията на много учени.
Изображение на двойна спирала ДНК, илюстриращо нейната дясна структура. Голямата бразда е по-широката празнина, която се движи спираловидно нагоре по дължината на молекулата, докато малката бразда е по-тясната празнина, която се движи паралелно на главната бразда. Двойките азотни бази се намират в центъра на спиралата, докато захарно-фосфатните гръбнаци се движат по протежение на външната страна.
ДНК двойна спирала. Изображение от OpenStax, CC BY 3.0.
ДНК молекулите имат антипаралелна структура – тоест, двете нишки на веригата преминават в противоположни една на друга посоки. Всяка верига има 5' край и 3' край.
Разгадаването на структурата на ДНК било едно от най-големите научни постижения на века.
Познаването на структурата на ДНК отключило вратата към разбирането на много аспекти от функцията на ДНК, например как се копира и как информацията, която носи, може да бъде използвана за производство на протеини.

ДНК репликация

Полуконсервативната репликация произвежда две спирали, които съдържат по една стара и една нова ДНК верига.
Полуконсервативна репликация. Изображение, модифицирано от OpenStax, CC BY 3.0.
ДНК репликацията е полуконсервативна. Това означава, че всяка от двете вериги в двойноверижната ДНК действа като матрица, за да бъдат синтезирани две нови вериги.
Репликацията се извършва на база комплементарното свързване по бази, което е принципът, обяснен от правилата на Чаргаф: аденин (А) винаги се свързва с тимин (Т) и цитозин (Ц) винаги се свързва с гуанин (Г).

Процесът на репликация

Схема на базовия модел на Уотсън и Крик за ДНК репликация.
  1. ДНК двойна спирала.
  2. Водородните връзки се късат и спиралата се отваря.
  3. Всяка верига ДНК действа като шаблон за синтеза на нова, комплементарна верига.
  4. Репликацията произвежда две идентични ДНК двойни спирали, всяка с по една нова и по една стара верига.
ДНК репликацията протича чрез помощта на няколко ензима. Тези ензими "разплитат" ДНК молекулите, като разделят водородните връзки, които държат двете вериги заедно.
Всяка верига после служи като матрица за създаването на нова комплементарна верига. Комплементарните бази се прикрепят една към друга (А-Т и Ц-Г).
ДНК матрична верига и създаването на нейната комплементарна верига
Главният ензим, който участва в това, е ДНК полимераза, която свързва нуклеотидите, за да синтезира нова комплементарна верига. ДНК полимеразата също "проверява" всяка нова ДНК верига, за да се гарантира, че няма грешки.

Водеща и изоставаща вериги

ДНК се синтезира по различен начин по протежение на двете вериги при репликационната вилка.
Едната нова верига, водещата верига, нараства от 5' към 3' по посока на репликационната вилка и се изгражда непрекъснато.
Другата, изоставащата верига, нараства от 5' към 3' края, отдалечавайки се от вилката, и се изгражда на малки части, наречени фрагменти на Оказаки.
Диаграма на водеща и изоставаща репликационни вериги

Пример: Определяне на комплементарна верига

ДНК се синтезира само в посока 5' към 3'. Можеш да определиш последователността на комплементарна верига, ако ти дадат последователността на матричната верига.
Например, ако знаеш, че последователността на една верига е 5’-ААТТГГЦЦ-3’, то нейната комплементарна верига задължително трябва да е с последователност 3’-ТТААЦЦГГ-5’. Това позволява на всяка база да се свърже с партньора си:
5'-AATTGGCC-3' 3'-TTAACCGG-5'
Тези две вериги са взаимно допълващи се, като всяка база на едната от тях се намира до своя партньор от другата верига. Двойките A-T са свързани с две водородни връзки, а двойките G-C са свързани с три водородни връзки.

Чести грешки и погрешни разбирания

  • ДНК репликацията не е същото нещо като клетъчно делене. Репликацията протича преди клетъчното делене, по време на S фазата на клетъчния цикъл. Но репликацията засяга само производството на нови ДНК вериги, не на нови клетки.
  • Някои хора мислят, че във водещата верига ДНК се синтезира в посока 5' към 3', докато при изоставащата верига ДНК се синтезира в посока 3' към 5'. Това не е така. ДНК полимеразата синтезира ДНК само в посока 5' към 3'. Разликата между водещата и изоставащата вериги е в това, че водещата верига се образува по посока към репликационната вилка, докато изоставащата верига се образува в посока обратно от репликационната вилка.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.