Какой принцип лежит в основе удвоения молекул днк кратко

Обновлено: 02.07.2024

ДНК состоит из двух цепей, соединенных между собой достаточно слабой связью (водородные мостики), скрученных в спираль. Каждая цепь это последовательность особых сложных веществ называемых нуклеотидами, основная часть которых - азотистое основание. В составе ДНК их четыре вида: А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин), Ц (цитозин). Нуклеотиды в противоположных цепях ДНК располагаются не как попало, а согласно определенному принципу (комплементарности): "А" соединяется с "Т", "Г" соединяется с "Ц". По сути, какую либо генетическую информацию несет лишь одна цепь, а вторая нужна, чтобы в случае чего починить первую (по принципу комплементарности)

Теперь про самоудвоение. Научное название этого процесса - репликация, в результате которой образуются две молекулы ДНК, но в каждой новой ДНК присутствует одна старая материнская цепь (полуконсервативный механизм).

Стоит заметить что у безъядерных организмов (прокариот) и имеющих ядро (эукариот) этот процесс протекает подобным образом, но при участии различных ферментов. На всякий скажу, что фермент - это белковая молекула, выполняющая определенную специфическую биохимическую функцию.

Итак, вначале необходимо раскрутить спираль, для этого есть специальный фермент (топоизомераза), она двигается вдоль цепей ДНК выпрямляя их за собой, но при этом сильнее закручивая перед собой, когда степень закручивания достигает определенного критического уровня, топоизомераза разрезает одну из цепей и за счет раскрутки снижает напряжение, после заново сшивает и едет дальше. В комплексе с ней действует второй фермент (хеликаза), который разрушает водородные связи между цепями выпрямленной ДНК, после чего они расходятся в разные стороны. Далее процесс происходит с отличиями: есть лидирующая цепь и отстающая. На лидирующей цепи в направлении расплетения происходит присоединение нуклеотидов ферментом ДНК-полимеразой 3 по принципу комплементарности - одна молекула ДНК готова.

На отстающей цепи все сложнее. У ДНК-полимераз есть две неприятных особенности: первая - они способны перемещаться вдоль цепей ДНК только в определенном направлении, и если на лидирующей цепи это движение было в сторону расплетения, то на отстающей оно обязательно в противоположную; вторая - для начала работы ей нужно куда то прицепиться (по научному к затравке). Роль затравки тут выполняют короткие молекулы РНК, синтезируемые РНК-полимеразой так же по принципу комплементарности к цепи ДНК (этому ферменту затравка не нужна), их синтезируется большое количество и они во многих местах цепляются к отстающей цепи. Далее к ним подходит ДНК-полимераза 3 и заполняет промежутки между ними. Такой участок РНК + ДНК называется фрагментом Оказаки. Следующий этап это удаление РНК последовательностей из отстающей цепи ДНК: с этим успешно справляется ДНК-полимераза 1, которая заменяет одни нуклеотиды на другие (у ДНК и РНК они отличаются по химической структуре). После этого разъедененные участки сшиваются ферментом лигазой - вторая молекула ДНК готова. Далее цепи расходятся, спирализуются и готовы выполнять свои важные биологические функции.

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице - нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом "генетическом языке". Скоро вы все поймете - мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится - перерисуйте его себе :)

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) - АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать - УАГ (кодон иРНК). тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись - АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК - удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio - удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) - в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А - У, Т - А, Г - Ц, Ц - Г (загляните в "генетический словарик" выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК - промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.

Достигая особого участка цепи ДНК - терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень - в процесс трансляции. Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность аминокислот.

Информационная РНК (иРНК, синоним - мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц. Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту, соответствующую кодону АУГ - метионин.

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) - У (урацил), Г (гуанин) - Ц (цитозин). В основе этого также лежит принцип комплементарности.

Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу иРНК одновременно - образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.

Синтез белка - полипептидной цепи из аминокислот - в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция - завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй - из верхнего горизонтального, третий - из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота :)

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА - Глн. Попробуйте самостоятельно найти аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота - Ала, ААА - Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк: это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.

"Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода"

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

"Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК"

Обратите свое пристальное внимание на слова "Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК ". Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу синтезировать с ДНК фрагмент тРНК - другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой - мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК - АЦГ соответствует антикодону тРНК - УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК, так что переведем антикодон тРНК - УГЦ в кодон иРНК - АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ - Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК - так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%. 100% - (20%+20%) = 60% - столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? :)

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Для детального понимания сути метода ПЦР-диагностики необходимо совершить небольшой экскурс в школьный курс биологии.

Еще из школьных учебников мы знаем, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — универсальный носитель генетической информации и наследственных признаков у всех существующих на Земле организмов. Исключение составляют только некоторые микроорганизмы, например, вирусы — универсальным носителем генетической информации у них является РНК - одноцепочечная рибонуклеиновая кислота.

Строение ДНК-молекулы

Открытие ДНК молекулы произошло в 1953 году. Френсис Крик и Джеймс Уотсон открыли структуру двойной спирали ДНК, их работа впоследствии была отмечена Нобелевской премией.

Структура ДНК

Первичная структура ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов ДНК в цепи. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК записывают в виде буквенной формулы ДНК: например — AGTCATGCCAG, запись ведется с 5’- на 3’-конец цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК образуется за счет взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, водородных связей. Классический пример вторичной структуры ДНК — двойная спираль ДНК. Двойная спираль ДНК — самая распространенная в природе форма ДНК, состоящая из двух полинуклеотидных цепей ДНК. Построение каждой новой цепи ДНК осуществляется по принципу комплементарности, т. е. каждому азотистому основанию одной цепи ДНК соответствует строго определенное основание другой цепи: в комплемнтарной паре напротив A стоит T, а напротив G располагается C и т.д.

Синтез ДНК. Репликация

Уникальным свойством ДНК является ее способность удваиваться (реплицироваться). В природе репликация ДНК происходит следующим образом: с помощью специальных ферментов (гираз), которые служат катализатором (веществами, ускоряющими реакцию), в клетке происходит расплетение спирали в том ее участке, где должна происходить репликация (удвоение ДНК). Далее водородные связи, которые связывают нити, разрываются и нити расходятся.

Таким образом, процесс репликации ДНК (удваивания) включает в себя три основных этапа:

Расплетение спирали ДНК и расхождение нитей
Присоединение праймеров
Образование новой цепи ДНК дочерней нити

В основе анализа методом ПЦР лежит принцип репликации ДНК — синтеза ДНК, который современным ученым удалось воссоздать искусственно: в лаборатории врачи вызывают удвоение ДНК, но только не всей цепи ДНК, а ее небольшого фрагмента.

Функции ДНК

Молекула ДНК человека — носитель генетической информации, которая записана в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. В результате описанной выше репликации ДНК происходит передача генов ДНК от поколения к поколению.

Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК (мутации) может приводить к генетическим нарушениям в организме.

Одинакова ли генетическая информация в клетке печени и в нервной клетке одного и того же организма?

1)С помощью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК, разрываются, нити расходятся, и к каждому нуклеотиду каждой из этих нитей последовательно пристраиваются комплементарные нуклеотиды.

Все клетки организма (кроме половых) обладают одинаковым набором генов.

Просто в разных тканях заблокированы те или иные из них.

Этапы реакции генетической информации в клетке?

Этапы реакции генетической информации в клетке.

Основе строения молекул ДНК лежит принцип комплементарности?

Основе строения молекул ДНК лежит принцип комплементарности.

Используя этот принцип на предложение цепи молекулы ДНК постройте вторую цепь : А - А - Т - Г - Ц - Т - Г - А.

Какими способами передается информация с одной нервной клетки на другую?

В основе молекул ДНК лежит принцип комплементарности?

В основе молекул ДНК лежит принцип комплементарности.

Используя предложенный фрагмент одной цепи ДНК, постройте другую цепь : А - Т - Г - Г - Ц - Г - А - А.

Почему перед делением клетки всегда происходит удвоение днк?

Почему перед делением клетки всегда происходит удвоение днк.

Клетки нервной ткани одного организма могут различаться по : 1строению, 2форме, 3функцмям, 4количественному содержанию днк?

Клетки нервной ткани одного организма могут различаться по : 1строению, 2форме, 3функцмям, 4количественному содержанию днк.

Какими способами передается информация от одной нервной клетки на другую?

Какими способами передается информация от одной нервной клетки на другую.

Где в клетке находятся ДНК хранители наследственной информации об организме?

Где в клетке находятся ДНК хранители наследственной информации об организме.

Известно, что при митозе образующиеся молодые клетки имеют одинаковую генетическую информацию, сходную с таковой у родительской клетки?

Известно, что при митозе образующиеся молодые клетки имеют одинаковую генетическую информацию, сходную с таковой у родительской клетки.

Почему же клетки 1 го и того же человеческого организма такие разные?

В каких клетках у одного человека содержится разная генетическая информация1?

В каких клетках у одного человека содержится разная генетическая информация

В клетках печени и желудка

В клетках почек и в клетках печени

В мышечной и костной клетках

В клетках языка и в яйцеклетке

Заболевание ветряная оспа ( ветрянка ) вызывается

Вы находитесь на странице вопроса Какой принцип лежит в основе удвоения молекул ДНК? из категории Биология. Уровень сложности вопроса рассчитан на учащихся 10 - 11 классов. На странице можно узнать правильный ответ, сверить его со своим вариантом и обсудить возможные версии с другими пользователями сайта посредством обратной связи. Если ответ вызывает сомнения или покажется вам неполным, для проверки найдите ответы на аналогичные вопросы по теме в этой же категории, или создайте новый вопрос, используя ключевые слова: введите вопрос в поисковую строку, нажав кнопку в верхней части страницы.

2) + антропогенные 4) оказывают воздействие на живые организмы 5) не всегда, например внутривидовая или межвидовая борьба.

Во времена Древней Греции очень широко было распространено мнение о том, что основополагающим фактором, который определяет тип нервной реакции человека в ответ на влияние внешних факторов, было то, какое именно вещество наиболее сильно представлено в..

Жабры холоднокроаность плавники и хвост.

Синквейн - этопятистрочный стих Ботаника. Растения, деревья Живут, памагают Растут, питают Жить помогают.

Если цветок будет в окрашенной воде он будет такого цвета как и сама вода.

Если цветок поставить в окрашенную воду то окрасится цветок.

Соденитильная ткань образует опорний каркас и наружние покрови всех органов.

Представитель : Белая планетария Образ жизни : Планетарий ведут ночной и хищный образ жизни. Скрываются и прячутся под камнями и опавшую листву. Процесс жизнедеятельности : Местообитание у белой планетарии - это пресноводные мелкие речки и пруды, о..

Корненожки : 1)в илена дне прудовс загрязненной водой. 2)Она имеетвидмаленького (0, 2—0, 5 мм) бесцветногоцитоплазматическогокомочка, постоянно меняющего свою форму. 3)Состоит из одной клетки 4)гетеротрофное 5)дышит растворённым в воде кислородом6)..

Читайте также: