Acido desossiribonucleico (DNA). Scoperta della struttura degli acidi desossiribonucleici

Per la prima volta gli acidi nucleici sono stati trovati nel nucleo, e quindi le cellule prendono il nome da questo organoide (dal latino "Nucleo" - il nucleo). Esistono due tipi di nuclei: acido desossiribonucleico e acido ribonucleico. Il significato biologico di queste macromolecole è grande. Con la loro partecipazione è la sintesi di proteine, preservano e trasmettono informazioni ereditarie da una generazione all'altra.

Acidi nucleici

Le strutture fisico-chimiche e i processi alla base della trasmissione dei caratteri genetici furono ampiamente stabiliti nel 1953. La scoperta di acidi nucleici avvenne 85 anni prima - nel 1868, quando F. Misher, che individuò nuclein, dichiarò l'esistenza di una sostanza nucleare. Nel momento in cui questo evento coincise con la pubblicazione di opere di G. Mendel su ibridi vegetali, che parlava di fattori ereditari.

Nel 1927, il naturalista russo Koltsov, nel suo articolo "Heredity and Molecules", dichiarò che grandi molecole di polimero erano state trovate nei cromosomi delle cellule. Insieme a loro ci sono aree che controllano il trasferimento di segni dai genitori ai bambini. Ma Koltsov erroneamente considerava le molecole proteiche come portatori di informazioni ereditarie. Negli stessi anni, Levin negli Stati Uniti fornisce prove dell'esistenza di RNA e DNA.

Scoperta della struttura degli acidi desossiribonucleici

La pubblicazione del libro di Schrodinger, il fondatore della meccanica quantistica sulle visioni della fisica sui processi in un organismo vivente, ebbe una grande influenza sul lavoro di F. Crick e J. Watson sullo studio della composizione della molecola del DNA. La struttura dell'acido desossiribonucleico per lungo tempo non può essere decifrata.

Watson e Crick nel 1953 hanno fatto la scoperta della struttura degli acidi desossiribonucleici, hanno proposto un modello di DNA - una doppia elica. Apparve così una nuova direzione nella scienza: la genetica molecolare. Per trascrizioni codice genetico Information Creek e Watson hanno ricevuto il premio Nobel nel 1962.

Acido desossiribonucleico (DNA)

La molecola è formata da due catene polinucleotidiche, inoltre piegate in una doppia elica. unico Struttura del DNA consiste in una certa alternanza di nucleotidi specifici per ogni segmento della macromolecola. La catena di acido desossiribonucleico è un polimero, il numero di monomeri-nucleotidi è di diverse decine di migliaia. Nella sequenza dei monomeri sono codificate le informazioni genetiche sui segni dell'organismo. Pertanto, l'acido desossiribonucleico ha le seguenti caratteristiche:

• composizione chimica e proprietà - acido nucleico;
• Il DNA è formato da basi azotate;
• il desossiribosio è presente come carboidrato;
• Biopolimeri nella struttura, deossiribonucleotidi sono monomeri;
• i monomeri sono legati con particelle di fosfato.

Natura chimica del vettore di informazioni genetiche

A causa dell'enorme numero di residui di fosfato, l'acido desossiribonucleico ha le proprietà di un forte acido polibasico (i suoi sali sono presenti nei tessuti). Per svolgere il compito di descrivere la struttura del DNA, dobbiamo ricordare il contenuto di due argomenti in chimica organica: "Carboidrati" e "Sostanze organiche contenenti azoto". Ad esempio, è suggerito il seguente esercizio: caratterizzare i monomeri dell'acido desossiribonucleico. Nella risposta dovrebbe essere notato che acido fosforico e i carboidrati hanno la stessa struttura in tutti i nucleotidi. Le basi azotate per loro natura chimica sono derivati ​​della purina e della pirimidina. In totale, ci sono 4 tipi di tali strutture: adenina, guanina (purina); citosina e timina (pirimidina). I monomeri costituiscono la catena del DNA come segue:

(Base azotata + carboidrato desossiribosio = nucleoside) + residuo di acido fosforico = nucleotide.

I nomi di questi ultimi provengono dai nomi delle basi azotate. I monomeri sono legati l'un l'altro. legame covalente creando una sequenza di nucleotidi (questo è acido desossiribonucleico).

La formula per i monomeri del DNA è la seguente:

Giri separati della catena del DNA tengono insieme i legami idrogeno, le interazioni idrofobiche giocano un certo ruolo. Temperature superiori a 50 ° C indeboliscono la forza di attrazione tra le basi. Dopo un ulteriore riscaldamento, le catene polinucleotidiche vengono separate, il DNA viene fuso. La denaturazione si verifica quando riscaldata a 80 ° C.

Il principio di complementarità nella molecola

Un filamento di DNA contiene basi azotate, che sono disposte in un ordine specifico rispetto alle strutture del secondo "nastro" polinucleotidico. Si formano due coppie complementari: adenina (A), associata a timina (T); guanina (D), complementare alla citosina (C). Ciascuna delle parti di una coppia è complementare all'altra, come le metà di una tazza rotta. La parola "complemento" è di origine greca. Tradotto significa "aggiunta".

Quando si conosce la sequenza di nucleotidi in un filamento di DNA, la composizione del secondo è stabilita secondo il principio di complementarità. La combinazione di nucleotidi avviene a causa dell'interazione tra atomi di idrogeno e ossigeno. Tra i nucleotidi adenilici e timidilici, si formano 2 legami idrogeno, il guanyl e il citosilico collegano 3 "ponti" simili.

Riduplicazione della catena nucleotidica

La capacità di una molecola di DNA di raddoppiare - la sua proprietà unica che assicura il trasferimento di tratti ereditati da una generazione di organismi viventi a un altro (successivo). Il raddoppio dell'acido desossiribonucleico è il suo raddoppio. I seguenti processi e fenomeni si verificano:

1. Molecola di DNA prima che la divisione cellulare ruoti su un lato dell'elica.
2. La divisione della catena in due parti avviene sotto l'influenza di un catalizzatore (enzima).
3. I nucleotidi liberi sono allineati da ciascuna cella lungo ciascuna metà, formando un secondo filamento.
4. La ricreazione della doppia catena avviene sul principio di complementarità.
5. Ci sono due molecole di DNA con la stessa sequenza di monomeri.

Il significato pratico della scoperta della struttura e delle funzioni del DNA

L'acido desossiribonucleico fu sintetizzato per la prima volta fuori dal corpo dal ricercatore nordamericano A. Kornberg (1967). Il suo compatriota e collega X. Koran ricevette artificialmente un polideossiribonucleotide in un anno, che nella sua struttura corrispondeva a un gene o parte di una molecola a spirale del vettore di informazioni ereditarie. Gli specialisti della Harvard Medical School nel 1969 furono in grado di determinare i confini di un singolo gene e condividerlo con il resto della catena.

Studiando la struttura e le funzioni degli acidi nucleici, gli scienziati hanno spiegato l'essenza della trasmissione delle informazioni ereditarie necessarie per biosintesi delle proteine in una gabbia. La scoperta della struttura del DNA ha svolto un ruolo importante nella diagnosi e nel trattamento delle malattie ereditarie, la selezione. Il cambiamento nella natura ereditaria degli organismi è chiamato "ingegneria genetica". Ora è possibile creare oggetti geneticamente modificati (OGM) con caratteristiche predeterminate.

Una valutazione positiva di numerose scoperte in questo settore dovrebbe essere integrata con un commento sui possibili effetti negativi del consumo di cibo con gli OGM. A livello statale, sono state adottate leggi per garantire la sicurezza biologica della popolazione. Sono state istituite organizzazioni che controllano il rispetto delle regole per l'importazione e la vendita di prodotti contenenti OGM. Devono essere etichettati di conseguenza. In alcuni paesi, gli scaffali separati nei supermercati sono destinati a tali beni. I prodotti biologici sono etichettati come "Non OGM". I prezzi per prodotti simili possono essere più volte superiori.