Трехмерная днк

Есть ли практическое применение информации из ДНК?

Конечно есть! Полиция, например, в наши дни часто использует анализ ДНК для раскрытия давно забытых преступлений. Специалисты по генеалогии используют эту молекулу для составления и подтверждения генеалогического древа, которое может иметь возраст в несколько веков. Историки часто используют ДНК для идентификации останков погибших солдат. Врачи тоже часто используют новые лекарства и методы лечения. В том числе для борьбы с раком и коронавирусом. Они разрабатываются в процессе молекулярно-генетических манипуляций. А специалисты по фертильности помогают бесплодным парам заводить биологически родных детей.

Понимание природы ДНК и того, как она функционирует, не только ведет к разработке новых технологий. Одновременно оно усиливает наше восхищение этой удивительной молекулой жизни…

Функции ДНК

Основными функциями ДНК являются:

1. Хранение наследственной информации. Последовательность аминокислот, находящихся в молекуле белка, определяется порядком, в котором расположены нуклеотидные остатки в молекуле ДНК. Также в ней зашифрована вся информация о свойствах и признаках организма.
2. ДНК способна передавать наследственную информацию следующему поколению. Это возможно из-за способности к репликации – самоудвоению. ДНК способна распадаться на две комплементарные цепочки, и на каждой из них (в соответствии с принципом комплементарности) восстанавливается исходная последовательность нуклеотидов.
3. При помощи ДНК происходит биосинтез белков, ферментов и гормонов.

Хромосома: определение и описание

Считается, что хромосомы это нуклеотидные биомеханизмы, которые находятся в ядре клетки. Эти биомеханизмы являются носителями и передатчиками наследственной информации, и в свою очередь содержат в себе двойную спираль дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Чем отличаются хромосомы друг от друга

На примере Х хромосомы, цепи нуклеотидов могут пересекаться внутри хромосомы различно:

1.  В перекрестии хромосомы, пересекаясь точно посередине друг друга.
2.  Там же, но пересекаясь не точно.

Во втором случае одни концы получившегося перекрестия будут длиннее, а другие короче. Называют такие концы длинным и коротким плечом хромосомы. Отсюда и форма Y хромосомы, у которой ярко выражены длинные плечи, а короткие настолько не велики, что схематически не указываются.

Науке известных хромосомы трёх основных форм:

•  Х хромосома, которая встречается у женщин и у мужчин.
•  Y хромосома, встречающаяся только у мужчин.
•  В хромосома изредка встречается у растений, и считается отмирающей, поскольку редко наследуется. Обычно её наличие в растении связывают с его слабостью и болезненностью.

Всего в клетке человеческого организма находится 46 парных хромосом: 22 пары «обычных» и одна пара половых (ХХ у женщин и XY у мужчин). Интересный факт – если добавить или отнять всего одну пару хромосом, человек может стать помидором или орангутангом.

Следы ДНК перелетают по воздуху

Ученые университета Флиндерса провели эксперимент — возле нескольких столов сотрудников расставили специальные плашки для сбора частиц ДНК

Важное условие эксперимента — к плашкам никто не должен был прикасаться. Все они находились на расстоянии друг от друга от 1,5 до 5 метров

Их оставляли так стоять на разное время — от 1 дня до 1,5 пяти месяцев. Подробная информация об исследовании опубликована Forensic Science International: Genetics.

Несмотря на то, что к плашкам не прикасались, в них обнаружили ДНК людей, которые работали рядом с ними. Как не сложно догадаться, чем дольше плашка находилась рядом с рабочим столом, тем больше частиц ДНК в ней было обнаружено. А вот в плане расстояния результат оказался неожиданным. Больше всего частиц ДНК было обнаружено в плашках, которые находились на расстоянии двух метров, то есть в них больше было частиц, чем в тех плашках, которые находились ближе к рабочим столам сотрудников. А когда расстояние от рабочего стола до плашек составляло более пяти метров, ДНК в них почти вообще не было.

Частицы ДНК способны перелетать с потоками воздуха в помещении на расстояния в 4-5 метров

То, что в самых отдаленных плашках не оказалось ДНК, не удивительно — частицы просто не долетают до них. Что касается близко расположенных плашек, на расстоянии всего полуметра, малое количество ДНК в них можно объяснить тем, что частицы такое расстояние чаще всего перелетают. Но почему ДНК вообще способно перелетать по воздуху? Связано это с тем, что мы постоянно сбрасываем какое-то количество частиц с отмершими клетками эпидермиса, выдыхаем из легких с парами и т.д. Как известно, обычная домашняя пыль в основном состоит из отмерших частиц нашей кожи. Поэтому не удивительно, что и ДНК может перелетать определенные расстояния.

Эту особенность криминалисты также должны учитывать — ДНК-след с одной стороны может служить доказательством, а с другой — просто мусором, который мешает увидеть истинную картину.

Биоинформатика

Комплементарность позволяет хранить информацию, содержащуюся в ДНК или РНК, в одной цепи. Комплементарная цепь может быть определена из матрицы и наоборот, как в библиотеках кДНК. Это также позволяет проводить анализ, например сравнивать последовательности двух разных видов. Сокращения были разработаны для записи последовательностей при наличии несоответствий (коды неоднозначности) или для ускорения чтения противоположной последовательности в дополнении (амбиграммы).

библиотека кДНК

Библиотека кДНКа представляет собой совокупность экспрессируемых генов ДНК, которые рассматриваются в качестве полезного справочного инструмента в процессах идентификации генов и клонирования. Библиотеки кДНК конструируются из мРНК с использованием обратной транскриптазы (ОТ) РНК-зависимой ДНК-полимеразы, которая транскрибирует матрицу мРНК в ДНК. Следовательно, библиотека кДНК может содержать только вставки, которые предназначены для транскрибирования в мРНК. Этот процесс основан на принципе комплементарности ДНК / РНК. Конечным продуктом библиотек является двухцепочечная ДНК, которая может быть встроена в плазмиды. Следовательно, библиотеки кДНК являются мощным инструментом в современных исследованиях.

Коды неоднозначности

При написании последовательностей для систематической биологии может потребоваться которые означают «любой из двух» или «любой из трех». Код IUPAC R (любой пурин ) комплементарен Y (любому пиримидину ), а M (амино) — K (кето). W (слабый) и S (сильный) обычно не меняются местами, но в прошлом их меняли местами некоторые инструменты. W и S обозначают «слабый» и «сильный», соответственно, и указывают количество водородных связей, которые нуклеотид использует для образования пары со своим комплементарным партнером. Партнер использует то же количество связей, чтобы создать дополняющую пару.

Код IUPAC, который специально исключает один из трех нуклеотидов, может быть комплементарным коду IUPAC, исключающему комплементарный нуклеотид. Например, V (A, C или G — «не T») может быть дополнительным к B (C, G или T — «не A»).

Символ	Описание	Представленные базы
А	Денин	А				1
C	с ytosine		C
г	г уанин			г
Т	т hymine				Т
U	у racil				U
W	ж ЕАК	А			Т	2
S	s Чонг		C	г
M	м иных	А	C
K	k eto			г	Т
р	пу г ине	А		г
Y	р у -пиримидина		C		Т
B	не A ( B идет после A)		C	г	Т	3
D	не C ( D идет после C)	А		г	Т
ЧАС	не G ( H идет после G)	А	C		Т
V	не T ( V идет после T и U)	А	C	г
N или —	п у основания (не пробел)	А	C	г	Т	4

Амбиграммы

Конкретные символы могут использоваться для создания подходящей ( амбиграфической ) нотации нуклеиновой кислоты для комплементарных оснований (например, гуанин = b , цитозин = q , аденин = n и тимин = u ), что позволяет дополнить целые последовательности ДНК простым поворот текста «вверх ногами». Например, с предыдущим алфавитом buqn (GTCA) будет читаться как ubnq (TGAC, обратное дополнение), если перевернуть его вверх ногами.

qqubqnnquunbbqnbb

bbnqbuubnnuqqbuqq

Амбиграфические обозначения легко визуализируют комплементарные участки нуклеиновых кислот, такие как палиндромные последовательности. Эта функция улучшается при использовании пользовательских шрифтов или символов, а не обычных символов ASCII или даже Unicode.

ДНК человека

11. Около 8 процентов нашей ДНК состоит из древних вирусов, которые когда-то инфицировали людей.

12. Согласно ДНК исследованию, полинезийцы посетили Чили в 1300-х годах и обогнали Колумба, ступив на землю Америки почти на 200 лет раньше.

13. Около 2 грамм ДНК могло бы вместить всю мировую информацию, хранимую в цифровом виде.

14. Ученые записали песню из диснеевского мультфильма («It’s A Small World After All») в ДНК бактерии, которая устойчива к радиоактивности, чтобы на случай ядерной катастрофы люди в будущем или другие формы жизни смогли ее найти.

15. Замбийского врача Джона Шнеебергера обвинили в сексуальном насилии. Он имплантировал себе трубку с кровью другого человека, и когда у него брали кровь на ДНК, он смог обмануть специалистов. В конце концов, его все же удалось задержать.

16. ДНК людей на 99,9 процентов одинаковы. Отличия составляют последние 0,1 процент.

17. Генетическое содержание яйцеклетки можно заменить ДНК мужчины и затем оплодотворить сперматозоидом. Таким образом, двое мужчин могу стать родителями ребенка.

18. ДНК во всех ваших клетках могут растянуться на 16 миллиардов километров, если ее раскрутить. Это примерно расстояние от Земли до Плутона и обратно.

19. Хотя существуют сайты, предлагающие генетические тесты по слюне, подтверждающие ваше происхождение, ученые предупреждают, что это своего рода «генетическая астрология», и ее не стоит воспринимать серьезно.

20. 50 процентов вашего ДНК сходно с ДНК банана.

21. Ученые определили, что период полураспада ДНК составляет 521 год, а через 1,5 миллиона лет даже ДНК, сохраненное в лучшем виде, нельзя будет прочесть.

22. Из-за разрушения ДНК маловероятно, что мы когда-нибудь сможем клонировать динозавров или других доисторических животных.

23. Немецкая полиция однажды взяла образцы ДНК во время ювелирного ограбления. Образцы указали на близнецов Хассана и Аббаса О. Оба отрицали причастность к преступлению, несмотря на то, что полиция знала о том, что один из них совершил преступление. 

Они не смогли определить, кто же из них его совершил, так как ДНК было практически идентичным, а по закону Германии подозреваемых нельзя было держать неопределенный срок. Таким образом, у полиции не было другого выбора, как отпустить подозреваемых.

24. У всех людей неафриканского происхождения есть следы ДНК неандертальцев.

25. В ходе Проекта глубинного захоронения Хорнслета датского художника Кристиана фон Хорнслета в 2013 году в глубочайшее место океана  была опущена капсула времени. Капсула содержала образцы крови, волос и ДНК животных. Целью проекта стало сохранение ДНК, чтобы в будущем можно было вернуть к жизни вымершие виды.

Влажная B-ДНК

При малом содержании солей и высокой степени гидратации, то есть в нормальных физиологических условиях, ДНК принимает свою главную форму B. Природные молекулы существуют, как правило, в В-форме. Именно она лежит в основе классической модели Уотсона-Крика и чаще всего изображается на иллюстрациях.

Данной форме (она также правозакрученная) свойственна меньшая компактность размещения нуклеотидов (0,33 нм) и большой шаг винта (3,3 нм). Один виток содержит 10,5 пары оснований, поворот каждой из них относительно предыдущей составляет около 36°. Плоскости пар почти перпендикулярны оси «двойной спирали». Диаметр такой сдвоенной цепочки меньше, чем у А-формы – он достигает только 2 нм.

СУТЬ ПЦР ТЕСТА

Полимеразная цепная реакция или ПЦР – это метод амплификации определенного фрагмента интересующего участка ДНК. Для получения истинного результата предполагается, что нуклеотидная последовательность исследуемой ДНК ИЗВЕСТНА. На основе последовательностей синтезируются короткие одноцепочечные фрагменты ДНК или праймеры на основе принципа комплементарности. Во время амплификации исследуемый участок ДНК расщепляется на две одиночные нити, и обе нити синтезируются обратно в двойные нити на основе связанных с ними праймеров. В результате из одного сегмента ДНК получаются две идентичные нити ДНК. Циклы повторяются, и количество исследуемых участков ДНК увеличивается в геометрической прогрессии. Следовательно, ПЦР может дать миллионы и миллиарды копий небольшого количества образцов ДНК за короткий период времени.

Благодаря быстродействию, простоте использования и чувствительности этот метод получил широкое распространение в различных областях, в том числе при обнаружении инфекционных заболеваний. В случае РНК-вирусов, таких как коронавирус, к методу добавляется дополнительный этап синтеза – обратная транскриптаза, где, согласно принципу комплементарности, вирусная РНК сначала получается из ДНК, которая затем амплифицируется с помощью ПЦР. Результат часто отслеживается в режиме реального времени, и это изменение в ПЦР-анализе называется rRT-PCR (полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией в реальном времени или (real time Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction).

Однако ни один метод не является безупречным и требует дополнительной проверки и калибровки. Праймеры для ПЦР специфичны для участков, и можно утверждать, что праймеры, разработанные для участка X, не могут размножать участок Y. Затем, при разработке каждого конкретного протокола ПЦР, существует несколько химико-физических и других параметров, которые определяют результат анализа. Случайные мутации во время тестирования, возможность перекрестного заражения , человеческого фактора и т. д. также играют важную роль.

Использование в медицине

Открытие того из чего состоит молекула ДНК дало толчок к развитию множества новых услуг и направлений экспериментальной медицины. Благодаря новым технологиям, которые стали возможны вследствие исследования генома, сегодня почти любому доступны:

1.      Диагностика заболеваний на сверхранней стадии. Анализ позволяет выявить инфекцию, даже если заболевание находится в инкубационном периоде, и нет ни каких симптомов.
2.      Определение отцовства. Так же материнства и прочих родственных связей. При этом различные тесты можно проводить, как с участием потенциальных родителей, так и без них.
3.      Тестирование на непереносимость пищевых продуктов. Какие вещества хорошо усваиваются организмом, какие плохо или не усваиваются вовсе, что вызывает аллергические реакции – всё это расскажут результаты индивидуального исследования.
4.      Анализ этнической принадлежности – с какими народами перекрещивались далекие предки, и какие национальности формируют вас сегодня.
5.      Исследование на наличие наследственных заболеваний, в том числе и спящих, которые передаются через поколение и более.

И это только самые востребованные тесты, имеющие коммерческий интерес и полезные для простого обывателя. Если говорить о перспективах лабораторных научных исследований, то многие учёные-генетики не без энтузиазма готовятся совершить самое великое открытие за всю человеческую историю — победить болезни и саму смерть.

ДНК общее значение

Знаменитое изображение макромолекулы было получено с помощью рентгеновской кристаллографии в 50-х годах прошлого века, однако никто из учёных не мог с уверенностью сказать, как работает это соединение. Спиральная форма вдохновляла художников на создание интересных произведений, становилась причиной множества споров, заставляла биологов и химиков проводить новые и новые эксперименты.

Настоящая революция произошла благодаря открытию ДНК в науке: был расшифрован код наследственности, раскрыт риск генетической предрасположенности. Тест на ДНК стал самым точным и доступным методом для установления родства, а криминалистика шагнула далеко вперед благодаря новым методам.

Сложнейшая система молекулы обеспечила размышлениями на долгие годы научных деятелей и философов. Некоторые убежденные атеисты после открытия генома даже усомнились в правдоподобности эволюционного развития человечества по теории Дарвина — слишком причудливая схема могла быть порождением какого-то высшего разума, настолько слаба вероятность возникновения такой молекулы самой по себе.

Изображение ДНК — востребованный и модный образ, который широко используется в современной культуре. Приобретают популярность ДНК-портреты — напечатанные в выбранном оттенке принты с фотографией макромолекулы, полученной в результате химической реакции, оформляют в виде картин, способных украсить любой интерьер. Музыканты используют последовательность ДНК для создания новых мелодий и интересных композиций, подсказанных самой природой.

Оригинальным способом увековечить лабораторных мышей, помогающим в разработках новых лекарств и множестве научных экспериментов, решили в Новосибирске — в 2003 году там открыли памятник. Скульптура представляет собой фигуру мыши, которая старательно вяжет что-то из нитей спирали ДНК. В Воронеже есть памятник под названием «Молекула ДНК», установленный в качестве символа научного института.

Молекула ДНК

1. Бделлоидные коловратки – это микроскопические животные, которые на протяжении 80 миллионов лет оставались исключительно самками. Они размножаются, заимствуя ДНК других животных.

2. Если бы вам пришлось ежедневно по 8 часов печатать по одному слову в секунду, вам бы потребовалось 50 лет, чтобы напечатать геном человека.

3. Осы бракониды вместо яда вводят своим жертвам вирус, который подавляет иммунную систему и позволяет паразитической личинке осы расти внутри жертвы. Ученые обнаружили, что этот вирус не похож ни на один другой вирус на Земле. Ему больше 100 миллионов лет, и он, судя по всему, слился с ДНК осы.

4. Если вы вдруг перенесете трансплантацию костного мозга, в ДНК вашей крови будет присутствовать ДНК донора, что в прошлом приводило к ложным арестам.

5. У родных братьев и сестер 50 % общих генов, как и у родителей с детьми.

6. ДНК повреждается около 1 миллиона раз за день в каждой клетке нашего тела. К счастью, у нашего организма существует сложная система ее восстановления. Если бы этого не было, это бы приводило к раку или гибели клеток.

7. Если дело касается беспозвоночных, то дождевые черви являются нашими ближайшими родственниками. У нас больше общего ДНК, чем с тараканами и даже осьминогами.

8. Согласно ученым, у четырех семей в Исландии обнаружено ДНК, встречающееся только у коренных американцев. Свидетельства указывают на то, что викинги привезли коренную американку обратно в Европу около 1000 лет назад.

9. На международной космической станции есть жесткий диск, названный «диск бессмертия«. Он содержит ДНК людей, таких как Лэнс Армстронг и Стивен Хокинг на случай всемирной катастрофы.

10. Брук Гринберг – девушка, которая всю жизнь выглядела, как ребенок, умерла в возрасте 20 лет. Ученые считают, что ее ДНК может стать ключом к биологическому бессмертию.

Строение ДНК в разных формах

Молекула ДНК может в зависимости от условий существовать в разных формах. Наиболее распространой является В-форма. В этой форме находится основная часть ДНК в клетках. При такой организации плоскости азотистых оснований практически перпендикулярны оси двойной спирали, и каждая пара повёрнута относительно предыдущих на 36o. На один виток спирали приходится примерно 10 нуклеотидных пар (9,7 и 10,6 в различных кристаллах)(2), а длина составляет 3,4 нм.

Диаметр двойной спирали В-форме (расстояние между атомами фосфора одной комплементарной пары) составляет 2 нм, причём пуриновые нуклеотиды занимают 3/5 этого расстояния, а пиримидиновые — 2/5. Глубина большой бороздки составляет 0,85 нм, а малой — 0,75 нм. При этом ширина большой бороздки достигает 1,2 нм, что приблизительно в два раза больше ширины малой бороздки (3).

Установлено, что понижение относительной влажности при добавлении неэлектролитов (например, этанола) способствует переходу ДНК из В формы в А-форму.

Это сопровождается изменением С2’-эндо конформации молекул дезоксирибозы на С3’-эндо конформацию. При этом плоскости азотистых оснований отклоняются от оси спирали примерно на 13. На один виток в этой форме приходится чуть меньше 11 нуклеотидных пар (4).

• A-ДНК, вид сбоку

• A-ДНК, вид с торца

Существенным отличием А-формы от В-формы является то, что в А-форме пары оснований сдвинуты к периферии спирали почти на половину её радиуса, в результате чего пространство вдоль оси оказывается пустым. Большая бороздка при этом становится глубже и уже, а малая бороздка оказывается шире и более плоской (5). ДНК может переходить в А-форму не только при пониженной относительной влажности, но и в составе гетеродуплекса с молекулами РНК, для которой А-форма оказывается более устойчивой из-за наличия дополнительной группы ОН- рибозы. Таким образом, в клетке А-форма ДНК всегда образуется во время транскрипции, обратной транскрипции и при отжиге РНК-праймеров в ходе репликации.

• Z-ДНК, вид сбоку

• Z-ДНК, вид с торца

Помимо В-формы и А-формы встречается также Z-форма (нижнее изображение) двуцепочечной ДНК. В отличие от первых двух, она представляет собой левозакрученную спираль с длиной витка 4,4 нм, на который приходится 12 нуклеотидных пар. В эту форму при понижении влажности или увеличении концентрации солей чаще всего переходят участки молекулы, богатые CpG-повторами. Наличие ДНК в Z-форме характерно для некоторых энхансеров (6, 7). Также Z-форма может образовываться за работающей РНК-полимеразой в результате отрицательной сверхспирализации молекулы.

Описаны также и другие формы организации двойной спирали ДНК — Н-форма, B’-форма, С-форма и D-форма. Однако они встречаются гораздо реже и играют менее значительную физиологическую роль.

На изображениях антипараллельные цепи окрашены серым и красным цветами. Сахарофосфатный остов имеет более темные оттенки.

Показать ссылки

История

Открытие дезоксирибонуклеиновой кислоты произошло в 1869 году. И принадлежит открытие Иоганну Фридриху Мишеру. Он был биологом из Швейцарии и занимался изучением гноя. По большому счёту открытие можно назвать случайным, и сам Мишер не понял, что именно он открыл. Он назвал своё открытие нуклеином. А позже нуклеиновой кислотой, когда у неё обнаружились кислотные свойства.

Назначение этой кислоты было загадочно и неизвестно, хотя некоторые учёные уже поднимали вопрос о наследственности и существовании механизмов наследования. Современное представление о том из чего состоит цепь ДНК, было сформировано Д. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году. Несколько ранее, в середине тридцатых годов советские ученые А.Р. Кезеля и А.Н. Белозерский доказали, что ДНК встречается у всех живых видов. До их работы считалось, что эта молекула присутствует только в организме животных видов, а в растениях присутствует только РНК.

Тот факт, что дезоксирибонуклеиновая кислота является механизмом сохранения наследственной информации, был открыт только в 1944 году группой исследователей из Освальда. Так, совокупными усильями разных учёных мира была приоткрыта тайна эволюционного процесса и механизмов в его основе.

Что такое генетическая память поколений?

Вот рождается человек, вырастает, и очень становится похож на какого-то родственника. И мы начинаем удивляться «вот не видел его никогда, а так похож». Это и есть генетическая память. Это то, что уже заложено в наших генах. А потом мы уже начинаем приобретать какую-то новую информацию и опыт.

Генетическая память – это то, что есть в нас еще до нашего рождения, это опыт прошлого, не наш опыт, который записан в нашем ДНК. Ученые предполагают, что генетическая память есть до рождения, в утробе матери и она передается ребенку в виде каких-то реакций, например, ребенок точно знает, как сосать грудь, она нужна для выживания и приспособления к жизни. Генетическая память, как правило, есть у детей до 2-х лет.

Если ребенок плавает под водой и поддерживать этот навык с самого рождения и развивать его, то потом можно его уже не учить плавать, он знает и осознает потом как это делать.

Проявление генетической памяти происходит во взрослом состоянии тогда, когда человек находится под гипнозом, в трансе, или во сне, когда выключатся сознание.

Иногда психологи предлагают такой сеанс арт-терапии как «утренние страницы». Вы еще толком не проснулись, а нужно взять листок и начать писать все, что пришло вам на ум. Не оценивая то, что вы пишите. Здесь ваше подсознание выдает вам что-то интересное …

И вот с 4 до 6 часов утра тоже бывают «вещие сны»… это вот об этом!

Значение тату для мужчин

Спираль ДНК на предплечье или голени нередко обозначает символ принадлежности к миру науки. Тату с такими сюжетами делают микробиологи, занимающиеся генной инженерией. Татуировка отражает не только профессию, но и спектр увлечений — часто обладатели с детства увлекаются наукой, а найдя в ней свое призвание, становятся счастливыми и востребованными людьми.

Любовь к природе и искренний интерес к устройству вселенной — такая идея закладывается в цветные татуировки с ДНК, выполненные в стиле ньюскул или акварель. Сюжеты дополняются оригинальными деталями — изображением земного шара, обвитого спиралью генома или растительным орнаментом. Тату характеризует владельца, как любознательного интеллектуала, который не упускает возможности приобрести новые знания и умения.

А-ДНК – сухая молекула

А-форма – это правый винт с 11 комплементарными парами оснований в каждом витке. Диаметр его составляет 2,3 нм, а длина одного витка спирали – 2,5 нм. Плоскости, образуемые спаренными основаниями, имеют наклон 20° по отношению к оси молекулы. Соседние нуклеотиды расположены в цепочках компактно – между ними всего 0,23 нм.

Такая форма ДНК возникает при низкой гидратации и при повышенной ионной концентрации натрия и калия. Она характерна для процессов, в которых ДНК образует комплекс с РНК, поскольку последняя не способна принимать иные формы. Кроме того, А-форма весьма устойчива к ультрафиолетовому облучению. В этой конфигурации дезоксирибонуклеиновая кислота содержится в грибных спорах.

Геном микроорганизмов

Процесс самовоспроизведения, во время которого происходит копирование важных данных из одного источника на другой, называют репликацией. Результатом этого действия (свойственного в том числе и для клеток бактерий) является создание себе подобной структуры. Участниками репликации (репликонами) у прокариотов считаются:

• кольцевая молекула ДНК,
• плазмиды.

Нуклеотиды ДНК у клеток бактерий расположены в определенной последовательности. Такое строение позволяет выстроить порядок аминокислот в белке. В каждом гене содержится уникальное число и расстановка нуклеотидов.

Все свойства и особенности прокариот определены их комплексом генов (генотипом). Если вести речь о микроорганизмах, то для них генотип и геном являются практически синонимами.

Фенотип является результатом взаимодействия совокупности генов и условий обитания. Он находится в зависимости от конкретных условий окружающей среды, но контролируется непосредственно генотипом. Это обусловлено тем, что все возможные изменения уже определены набором генов, составляющим участок кольцевой молекулы ДНК.

Генотип может меняться не только в зависимости от влияния окружающей среды. К его модификации могут приводить различные мутации или перестановки генов в строении молекулы ДНК. Исходя из этого, выделяют ненаследственную (средовую) изменчивость и наследственную (модификационную) форму изменений генотипа. Если нуклеотиды в кольцевой молекуле ДНК перестроились или были частично утеряны под воздействием мутации, то такое строение будет необратимым. А когда «виновником» изменений становятся факторы окружающей среды, то с их устранением исчезнут и вновь приобретенные качества.

Бактериальная хромосома

Кольцевая молекула ДНК в клетках различных представителей класса бактерий отличается по размерам. Но имеет схожее строение, как и функции, во всех случаях.

1. Бактериальная хромосома у прокариотов всегда одна.
2. Она находится в цитоплазме.
3. Если в клетках у эукариотов молекула ДНК имеет линейное строение и считается более длинной (в ней имеется до 1010 пар оснований), то у бактерий она замкнута в кольцо. И еще бактериальная хромосома прокариот короче (5106 пар оснований).
4. В одной кольцевой молекуле ДНК находится информация обо всех нужных функциях для жизнедеятельности бактерий. Эти гены можно поделить на 10 групп (по принципу процессов, которые они контролируют в клетке). Можно отобразить данную классификацию в виде таблицы.

Процессы жизнедеятельности в клетках прокариот	Число изученных генов, которые находятся в клетке бактерий и отвечают за определенные процессы
Доставка клетке различных соединений и питательных веществ	92
Проведение синтеза фосфолипидов, жирных и аминокислот, нуклеотидов, витаминов и других соединений	221
Организация работы аппарата по синтезу белков	164
Синтез оболочки	42
Расщепление сложных органических веществ и другие реакции для выработки энергии	138
Катаболизм (переработка, расщепление) макромолекул белков, углеводов и жиров	22
Способность направленного движения к полезным веществам и от раздражителя (хемотаксис), подвижность бактерий в целом	39
Выработка АТФ (универсальная форма химической энергии, присущая любой живой клетке). Как упоминалось ранее, данный процесс у эукариотов протекает в митохондриях и является для этих органоидов основным родом деятельности	15
Репликация нуклеиновых кислот, в том числе и генов	49
Иные гены, в том числе и с неизученными функциями	110

Вообще, одна хромосома способна нести в себе около 1000 известных генов.

Плазмиды

Трансмиссивные репликоны способны передаваться из одной клетки в другую. Они несут в своей кольцевой молекуле ДНК некоторые признаки, которые причисляют к категории фенотипических изменений:

• выработка устойчивости к антибиотикам;
• способность продуцировать колицины (белковые вещества, способные уничтожать микроорганизмы того же рода, что послужили источником их возникновения);
• переработка сложных органических веществ;
• синтез антибиотических веществ;
• способность проникать в организм и вызывать заболевания;
• возможность преодолевать защитные механизмы, размножаться и распространяться в организме;
• умение вырабатывать токсины.

Последние три «навыка» называют факторами патогенности, знания о которых содержит в себе кольцевая молекула ДНК плазмид. Именно благодаря этим факторам болезнетворные бактерии становятся опасными для человеческого организма.

Таким образом, кольцевая молекула ДНК, имеющаяся у всех прокариот, одна несет в себе целый комплекс навыков, полезных для их выживания и жизнедеятельности.

У каждого ли живого существа она есть?

Язык генетики одинаков для всех форм жизни. Ген из любой клетки любого живого существа может быть скопирован, передан и понят любым другим живым существом. Которое может произвести тот же самый белок.

Например, человеческий инсулин сегодня может производиться микробами, модифицированными методами генной инженерии с использованием рецепта человеческой ДНК. Работает это примерно так. Копия гена человеческого инсулина передается микробам. Эти микробы собирают совещание, где изучают рецепт гена человеческого инсулина. И по полученным чертежам производят человеческий инсулин. Хотя сами микробы не имеют крови и, тем более, сахара в крови. И не используют инсулин. Это просто работа и не более того. Точно так же большинство твердых сыров в настоящее время производится с использованием химозина (фермента свертывания молока), генерируемого генетически модифицированными микробами.

Уровни организации молекулы ДНК

Различают четыре уровня, определяющих строение и морфологию этой гигантской молекулы:

• Первичный уровень, или структура – это порядок нуклеотидов в цепи.
• Вторичная структура представляет собой знаменитую «двойную спираль». Устоялось именно это словосочетание, хотя на самом деле подобная структура напоминает винт.
• Третичная структура образуется вследствие того, что между отдельными участками двухцепочечной закрученной нити ДНК возникают слабые водородные связи, придающие молекуле сложную пространственную конформацию.
• Четвертичная структура – это уже сложный комплекс ДНК с некоторыми белками и РНК. В такой конфигурации ДНК упакована в хромосомы в ядре клетки.

Итак, как это работает?

Лучшая метафора, иллюстрирующая функцию хранения информации в ДНК, — это энциклопедия рецептов.

Многие люди бережно хранят свои семейные книги рецептов, доставшиеся им от предков. Эти рецепты иногда дополняются или корректируются. А затем передаются детям. Так происходит из поколения в поколение. Этот процесс сохраняет, хотя и с небольшими изменениями, важнейшие семейные кулинарные традиции.

В принципе, полный набор генетической информации в организме, или геном, ничем не отличается от сборника семейных рецептов. Геном использует ДНК вместо бумаги, чтобы передать по наследству драгоценную интеллектуальную собственность семьи. Наш геном очень похож в этом смысле на многотомную семейную энциклопедию. Ген предоставляет клетке инструкции и информацию, приказывая ей производить определенные белки в определенных тканях, в определенное время и при определенных условиях.

А теперь представьте свою семейную коллекцию кулинарных книг, состоящую из 23 томов. В которых, в общей сложности, содержится около 20 000 рецептов. Это приблизительное количество генов в геноме человека. Мы храним большую часть нашей ДНК в 23 парах хромосом. В общей сложности их 46 в каждой клетке. И каждая хромосома состоит из длинной цепочки ДНК, в которой закодирована генетическая информация.

История открытия ДНК

Строение и функции ДНК были открыты Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком, им даже была вручена Нобелевская премия в 1962 году.

Но впервые обнаружил нуклеиновые кислоты швейцарский ученый Фридрих Иоганн Мишер, работавший в Германии. В 1869 году он изучал животные клетки – лейкоциты. Для их получения использовал повязки с гноем, достававшиеся ему из больниц. Из гноя Мишер вымывал лейкоциты, а из них выделял белок. В ходе этих исследований ученому удалось установить, что в лейкоцитах кроме белков имеется еще что-то, какое-то неизвестное на тот момент вещество. Оно представляло собой нитевидный или хлопьевидный осадок, который выделялся, если создать кислую среду. Осадок сразу растворялся при добавлении щелочи.

Ученый с помощью микроскопа обнаружил, что при отмывании лейкоцитов с помощью соляной кислоты от клеток остаются ядра. Тогда он сделал заключение, что в ядре есть неизвестное вещество, названное им нуклеином (слово nucleus в переводе означает ядро).

Проведя химический анализ, Мишер выяснил, что новое вещество в своем составе имеет углерод, водород, кислород и фосфор. В то время фосфорорганических соединений было известно немного, поэтому Фридрих решил, что обнаружил новый класс соединений, находящихся в ядре клетки.

Таким образом, в XIX веке было открыто существование нуклеиновых кислот. Однако в то время никто не мог даже подумать о том, какая важная роль им принадлежит.

Цепочка макромолекулы

Среди ученых есть любители простых рисунков, как из научной книги. Без всяких прикрас. Такое реальное тату молекулы ДНК отсылает сразу к научной подоплеке символа. Хоть и привлекательный внешне, тату пробуждает мысли о происхождении/развитии человечества, заставляет искать пути изучения цивилизаций, существовавших раньше.

Деятели с чувством юмора могут выразить в татуировке особенности своего характера, внешности. К примеру, могут набить тату ДНК, состоящего из разноцветных звеньев. Иногда они даже соединены беспорядочно. Но это не говорит о глупости человека или несостоятельности его как ученого. Просто особенности характера, которые помогают ему раскрываться в выбранной области науки.