Молекулярные основы наследственности

 

Цитологический анализ показал, что материальной основой наслед­ственности являются хромосомы. Отдельные участки хромосом – локусы определяют развитие различных признаков и свойств организма.

Хромосомы состоят из белка гистона (или иротамина) и нуклеопроте­идов (до – 92%). Нуклеопротеиды представлены дезоксирибонуклеиновой

кислотой (ДНК). В хромосомах присутствует рибонуклеиновая кислота (РНК), некоторые количества ионов кальция, магния, железа и других эле­ментов, и негистонные белки, иногда образующие комплекс с РНК.

4.1. ДНК и РНК

Нуклеиновые кислоты представляют собой линейные полимеры, очень крупные молекулы, которые образованы цепочкой звеньев - нуклео­тидов, каждый из которых состоит из трех компонентов: азотистого основа­ния, остатка сахара и остатка фосфорной кислоты. ДНК содержит сахар - дезоксирибозу, а РНК – рибозу. Оба эти сахара принадлежат к группе пен­тоз. В состав ДНК входят четыре типа азотистых оснований: пуриновый – аденин (А) и гуанин (Г) и пиримидин – цитозин (Ц) и тимин (Т). РНК тоже имеет четыре типа основания, из которых три (аденин, гуанин и цито­зин) такие же как у ДНК, а тимин заменен другим пиримидином – урацилом (У).

Связь между нуклеотидами в цепи ДНК строго однотипна и осуще­ствляется за счет образования диэфира фосфорной кислоты между опре­делёнными (третьим и пятым) гидроксилами соседних дезоксирибозных остатков. К каждому дезоксирибозному остатку этой каркасной цепи присо­единены боковые радикалы – пуриновое или пиримидиновое основание.

Последовательность нуклеидов в макромолекуле ДНК у разных видов не одинакова, это имеет прямое отношение к наследственности. Отношение количества молей (гуанин + цитозин) к количеству молей (аденин + тимин) у разных видов колеблется от 0,45 – 2,8. В одной молекуле ДНК объединя­ются две полинуклеотидные цепочки в виде двойной спирали с правым хо­дом винта, диаметром около 20А (ангстрем). При этом пуриновые и пири­мидиновые основания обеих цепей оказываются заключенными внутри про­странства между витками спирали. Азотистые основания обеих нитей ори­ентированы по направлению к середине спирали, причем аденин одной нити всегда находится напротив тимина другой нити, а гуанин первой нити напротив цитозина другой нити. Каждое из этих оснований соединены друг с другом водородными связями, две такие связи имеются в паре – аденин – тимин и три в паре гуанин – цитозин. Следовательно, обе нити ДНК взаимно дополняют друг друга, что называется комплиментарностью.

В клетках организма одного вида количество гуанина равно количе­ству цитозина, а количество аденина – тимину, суммарное количество А+Г=Т+Ц. Отношение Г+Ц к А+Т специфично для каждого вида, даже для деревьев разного пола (у осин).

Важным свойством ДНК является её способность к самоудвоению (редупликации, ауторепродукции), благодаря чему сохраняется постоянство ДНК в ряду клеточных поколений. В определенный момент жизни клетки в молекулах ДНК разрываются водородные связи и цепи расходятся. Далее

 

каждая цепь строит вторую недостающую по уже известному принципу комплиментарности.

В процессе синтеза новой нити участвуют ферменты, называемые ДНК – полимеразами. Они производят репарацию (залечивание мелких по­вреждений, которые бывают при репликации), инициацию (начало синтеза каждого нового фрагмента), элонгацию (наращивание синтезируемой новой нити) и терминацию (окончание синтеза каждого нового фрагмента).

В отличие от ДНК молекула РНК состоит из одной длинной и разветв­ленной цепи. Известны три вида РНК: информационная (и – РНК), называе­мая иногда матричной РНК, транспортная (т – РНК) и рибосомная (р – РНК). Молекула и – РНК состоит из сотен нуклеинов, длина её составляет от тысячи до нескольких тысяч ангстрем; и – РНК передаёт наследственную информацию из ядра цитоплазмы; т – РНК представлена двадцатью различ­ными формами – по числу аминокислот, входящих в состав молекул белков и состоит, примерно, из семидесяти нуклеотидов. С помощью т- РНК ами­нокислоты доставляются к месту синтеза белка – рибосомами. Рибосомная РНК входит в состав рибосом клетки.

В результате взаимодействия трёх указанных типов РНК в клетке происходит синтез специфических ферментов и всех белков. Процесс связы­вания отдельных нуклеотидов в молекулы нуклеиновых кислот называется полимеризацией.