Гени і хромосоми
Джеймс Уотсон і Френсіс Крік не тільки постулювали структуру ДНК, але і пояснили, яким чином може передаватися генетична інформація. Це відбувається в три етапи:
- реплікація (Копіювання батьківської ДНК з утворенням дочірніх ДНК);
- транскрипція (Переписування генетичної інформації в формі РНК);
- трансляція (Переклад інформації з РНК на білкову форму).
роль ДНК як носія генетичної інформації підтверджується досвідченими фактами. Так, Освальдом Евері, Коліном Мак-Леода і Маклін Мак-Карті було показано, що ДНК, виділена з одного штаму бактерій, здатна перейти в клітини іншого штаму і трансформувати їх, передаючи деякі спадкові ознаки донора.
Ряд вірусів має одноцепочечную молекулу ДНК, але у більшості ДНК-вірусів ДНК дволанцюжкова, і вона лінійна або замкнута в кільце. У клітинних організмах ДНК міститься в хромосомах. Бактеріальна хромосома містить набагато більшу за розмірами молекулу ДНК, також згорнуту в кільце. Ці кільця сверхспіралізіровани: подвійна спіраль, перш ніж її кінці були з'єднані, була частково розкручена. Такий ефект дозволяє молекулі розміститися більш компактно.
Хромосоми еукаріот є лінійну молекулу ДНК. Еукаріотична ДНК обмотує білкові частинки - гістони, що розташовуються уздовж ДНК через певні інтервали, утворюючи хроматин - волокна, з яких складаються хромосоми. Комплекси ділянок ДНК і гістонів називаються нуклеосомами. Нуклеосоми впорядковані в просторі, за рахунок чого досягається щільна упаковка ДНК в хромосомі.
Розміри ДНК залежать від типу організму. Фізична довжина ДНК вірусів становить десятки мікрометрів, бактерій - міліметри, а людини - 2 метри. Загальна довжина всіх ДНК людини становить 2 ∙ 1010 км.
Структурними генами називаються ділянки ДНК, що кодують білкові ланцюги, т-РНК і р-РНК. У класичній біології гени визначали як частина хромосоми, що визначає якийсь спадковий ознака. Більш точне визначення дала молекулярна біологія: ген - фрагмент генетичного коду, який може синтезувати тільки один певний поліпептид або РНК. Поряд зі структурними генами ДНК містить регуляторні послідовності. Вони можуть позначати початок або кінець структурного гена, запускають або припиняють транскрипцію.
Ген середнього поліпептиду має довжину в десяті частки мікрометра. Гени, що кодують т-РНК, значно коротше. Вірусні ДНК містять невелику кількість генів, бактеріальні - вже тисячі генів. Бактерії захищають власну ДНК метилювання деяких підстав. Чужорідна ДНК, яка не має строго певних розпізнавальних метильних груп, руйнується ендонуклеаза.
В генах еукаріот містяться нетранслірующіеся вставки - інтрони. Їх значення до кінця не зрозуміло; можливо, вони ділять гени на окремі ділянки, які можуть рекомбінувати в ході еволюції з утворенням нових генів. Взагалі, нетрансльовані матеріалу в клітинах еукаріот досить багато - можливо, близько 10%.
Частина генів «працює» тільки при певних умовах. Так, ген, що регулює синтез інсуліну, здатний виконувати свої функції тільки в спеціальних клітинах підшлункової залози, а гемоглобін виробляється тільки в тому випадку, якщо гени, що відповідають за його синтез, знаходяться в клітинах молодих еритроцитів.
Деякі гени повторюються в ДНК в безлічі копій. Такими, наприклад, є гени, які синтезують кератин пір'я курчат, - для швидкого росту тварини необхідна велика швидкість виробництва «будівельного матеріалу», і один ген з цією роботою не справлявся б.
Клітини організму даного виду (навіть належать різним тканинам) містять ДНК з однаковим нуклеотидним складом, і цей склад не залежить ні від харчування, ні від навколишнього середовища, ні від віку організму. Нуклеотидний складу ДНК різних видів різний.
Довести, що прояв певного ознаки , Успадкованого організмом, є результатом дії конкретного гена, досить важко. Як правило, ознаки проявляються в результаті взаємодії декількох генів, або один ген впливає на спадкування декількох ознак відразу. Наприклад, наявність забарвлення у багатьох рослин залежить тільки від того, чи будуть поруч два необхідних гена. Один-єдиний ген може викликати у тварин зміна цілого ряду систем.
1
гібридизація ДНК
При нагріванні або інших екстремальних умовах спіраль ДНК розплітається, і її ланцюга поділяються. Якщо цей процес не дійшов до кінця, то він легко звернемо назад. При повній денатурації зворотний процес буде протікати значно повільніше: комплементарних ділянок ланцюгів спочатку потрібно «знайти» один одного, після чого два ланцюги порівняно швидко «застібаються» на зразок блискавки, знову утворюючи подвійну спіраль. Одноцепочечная ДНК одного виду організму може утворити гібрид з ДНК іншого виду, за умови, що нуклеотидні послідовності ланцюгів хоч трохи схожі. Природно, спаровуються лише окремі ділянки ланцюгів, які комплементарні один одному. Досліджуючи освіту таких гібридів, можна зробити висновок про відносне спорідненість різних видів.
