Основная функция молекулы — хранить записанную на ней генетическую информацию и передавать ее следующему поколению. Благодаря принципу комплементарности, при репликации образуется точная копия исходной молекулы. Таким образом, образуются новые клетки, идентичные материнской клетке.
Принцип комплементарности — основа, суть и роль правила в биологии
Ученым Уотсону и Крику принадлежит заслуга в определении и выделении ДНК в виде двойной спирали. Генетики подробно описали структуру молекулы в теме «Нуклеиновые кислоты». Он состоит из следующих оснований принципа комплементарности: аденин (A), тимин (T), цитозин (C), гуанин (D). Между ними существует водородная связь, которая возникает только в определенных участках цепи.
Описание спирали
Репликация молекулы ДНК основана на следующем принципе: цепь может быть использована в качестве матрицы для построения новой молекулы. Расщепление приводит к саморепликации или репликации. Суть этого процесса заключается в том, что каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК. Основная функция этого соединения — передача наследственной информации.
Сама молекула состоит из следующих форм РНК:
- информационные либо матричные;
- транспортные;
- рибосомные.
В отличие от ДНК, они обладают следующими характеристиками: Азотистое основание тимин отсутствует, вместо него используется урацил. В нем нет сахара, но есть рибоза. Определение структуры одноцепочечных белков зависит от количества и последовательности аминокислот в пептидных цепях. Эта информация кодируется с помощью генетического кода (ГК).
Это представляется как единая система записи генетической информации. Аналогичная последовательность нуклеотидов в ДНК определяет цепочку аминокислот в белке. Строительный блок GC представлен в виде кодирующего тринуклеотида. Кодирующая пара должна соответствовать аминокислотной последовательности белка.
Поскольку существует 4 различных нуклеотида, общее число кодонов равно 64. Информация о некоторых аминокислотах может храниться только в 61 аминокислоте. Остальные 3 стоп-кодона указывают на то, что трансляция полипептидной цепи остановлена.
Свойства и катаболизм
Свойства ГК изучаются на уроках биологии в средней школе. Кодон может образовывать только одну аминокислоту. Запятые не используются при транскрипции мРНК. При кодировании должно выполняться следующее условие: одна аминокислота кодируется разными кодами. Примеры других свойств молекул:
- Кроме вирусов, у каждого нуклеотида один кодон.
- ГК одинаков для всех организмов.
- Триплеты в ДНК идут в последовательности, аналогичной для аминокислот в белке.
Чтобы понять, что такое принцип дополнительности, нам нужно рассмотреть некоторые процессы: Поглощение и переваривание нуклеиновых кислот (НК), катаболизм (энергетический обмен). Ученые доказали, что организм может усваивать до 1 г НК в день. Процесс пищеварения происходит в тонком кишечнике. Сначала ферменты превращают НЦ в мононуклеотиды.
В тонком кишечнике фосфорная кислота удаляется из веществ. Производятся нуклеозиды
Пуриновые АК катаболизируются и теряют свою аминогруппу в результате окисления, превращаясь в мочевую кислоту. Пиримидиновые АК сильно разлагаются на воду, углекислый газ и аммиак. Углеводы преобразуются в глюкозу. Фосфорная кислота не разлагается. Он участвует в реакциях фосфорилирования и фосфатирования или выделяется в избытке с мочой.
- углеводы;
- азотистые основания (АС);
- фосфорная кислота.
Комплементарность между двумя антипараллельными цепями ДНК. Верхняя прядь идет слева направо, а нижняя — справа налево так, чтобы они были выровнены.
Содержание
- 1 Комплементарность пары оснований ДНК и РНК
- 2 Самокомплементарность и петли в виде шпилек
- 3 Регуляторные функции
- 3.1 Антисмысловые транскрипты
- 3,2 миРНК и миРНК
- 3.3 Целующиеся шпильки
- 4.1 Библиотека кДНК
- 4.2 Коды неоднозначности
- 4.3 Амбиграммы
Комплементарность достигается за счет различных взаимодействий между азотистыми основаниями аденином, тимином (урацилом в РНК), гуанином и цитозином. Аденин и гуанин — пурины, тимин, цитозин и урацил — пиримидины. Пурины крупнее пиримидинов. Оба типа молекул комплементарны и могут образовывать пары оснований только с противоположным типом азотистого основания. В нуклеиновых кислотах нуклеиновые основания удерживаются вместе водородными связями, которые действуют только между аденином и тимином и между гуанином и цитозином. Набор оснований A = T имеет две водородные связи, а пара оснований G≡C — три водородные связи. Все другие конформации между азотистыми основаниями препятствуют образованию двойной спирали. Нити ДНК, ориентированные в противоположных направлениях, называются антипараллельными.
Нуклеиновая кислота
Нуклеиновые основания. Базовое дополнение ДНК Аденин (A), тимин (T), гуанин (G), цитозин (C). A = T, G≡C РНК Аденин (A), урацил (U), гуанин (G), цитозин (C) A = U, G≡C Комплементарная цепь ДНК или РНК может быть построена на основе комплементарности азотистых оснований. Каждая пара оснований, A = T по сравнению с G≡C, занимает примерно одинаковое пространство, что позволяет формировать двойную спираль ДНК без пространственных искажений. Водородная связь между азотистыми основаниями также стабилизирует двойную спираль ДНК. Комплементарность нитей ДНК в двойной спирали позволяет использовать одну нить в качестве шаблона для построения другой нити. Этот принцип играет важную роль в репликации ДНК и формирует основу для передачи генетической информации следующему поколению. Комплементарность также используется в транскрипции ДНК, которая создает цепь РНК из матрицы ДНК. Кроме того, вирус иммунодефицита человека, одноцепочечный РНК-вирус, кодирует РНК-зависимую ДНК-полимеразу (обратную транскриптазу), которая использует комплементарность для катализа репликации генома….. Обратная транскриптаза может переключаться между двумя родительскими геномами РНК путем селективной рекомбинации во время репликации.
Механизмы репарации ДНК, такие как контрольное считывание, полагаются на комплементарность и взаимодополняемость механизмов репарации ДНК.
Последовательность РНК, которая является внутренне комплементарной, в результате чего она складывается в шпильку.
Самокомплементарность относится к тому факту, что последовательность ДНК или РНК может складываться сама в себя, создавая структуру, напоминающую двойную структуру. В зависимости от того, насколько близко друг к другу расположены комплементарные части последовательности, цепь может образовывать шпилечные петли, перекрещивания, выпуклости или внутренние петли. РНК с большей вероятностью образует такие структуры, поскольку она связывает пары оснований, не встречающиеся в ДНК, например, связывание гуанина с урацилом.
Самокомплементарность и шпильки
Комплементарность может быть обнаружена между небольшими фрагментами нуклеиновой кислоты и кодирующей областью или транскрибируемым геном, в результате чего происходит сопряжение оснований. Эти короткие последовательности нуклеиновых кислот широко распространены в природе и выполняют регуляторные функции, например, репрессию генов.
Антисмысловые транскрипты — это участки некодирующей мРНК, которые комплементарны кодирующей последовательности. Цельногеномные исследования показали, что транскрипты антисмысловых РНК широко распространены в природе. В целом, считается, что они расширяют возможности кодирования генетического кода и добавляют общую сложность в регуляцию генов. В настоящее время известно, что 40% генома человека транскрибируется в обоих направлениях, что подчеркивает потенциальную важность обратной транскрипции. Предполагается, что комплементарные области между смысловыми и антисмысловыми транскриптами образуют двухцепочечные гибриды РНК, которые могут играть важную роль в регуляции генов. Например, мРНК фактора 1a, индуцируемого гипоксией, и мРНК β-секретазы транскрибируются двунаправленно, и было показано, что антисмысловой транскрипт действует как стабилизатор смыслового транскрипта.
Регуляторные функции
Образование и функционирование миРНК в клетке
Антисмысловые транскрипты
МиРНК, микроРНК, — это короткие последовательности РНК, которые комплементарны участкам транскрибируемого гена и выполняют регуляторные функции. Современные исследования показывают, что циркулирующие миРНК могут быть использованы в качестве новых биомаркеров, поэтому их применение в диагностике заболеваний является перспективным. МиРНК образуются из более длинных последовательностей РНК, выделяемых ферментом Dicer из последовательности РНК, полученной от регуляторного гена. Эти короткие цепи связываются с комплексом RISC. Благодаря своей комплементарности они перекрываются с последовательностями в области верхнего течения транскрибируемого гена, поэтому они действуют как сайленсеры для гена тремя способами. Первый — это препятствование связыванию рибосомы и началу перевода. Второй — разрушение мРНК, с которой связывается комплекс. И третье — обеспечить новую последовательность двухцепочечной РНК (дсРНК), на которую может воздействовать Dicer для создания большего количества миРНК, что является
миРНК и миРНК
Длина миРНК составляет 3,1 миллиарда оснований, что означает, что каждая миРНК находит себе пару только один раз во всем геноме человека.
Змеевидные шпильки образуются, когда цепь нуклеиновой кислоты заполняется сама собой, образуя шпилевидные петли РНК. Когда две шпильки вступают в контакт in vivo, комплементарные основания двух цепей образуют и начинают раскручивать шпильки до тех пор, пока не образуется комплекс двухцепочечной РНК (дсРНК) или комплекс не распадется на две отдельные цепи из-за несоответствия в шпильках. Вторичная шпилечная структура до поцелуя обеспечивает стабильную структуру с относительно постоянным изменением энергии. Цель этих структур — сбалансировать стабильность шпилечной петли с силой связывания вторичной цепи. Слишком сильная начальная связь в неблагоприятной точке приведет к тому, что нити не будут разматываться достаточно быстро; слишком слабая начальная связь приведет к тому, что нити никогда полностью не сформируют желаемый комплекс. Эти шпильки позволяют обнажить достаточное количество оснований, чтобы обеспечить достаточно сильный контроль над начальным связыванием и достаточно слабое внутреннее связывание, чтобы позволить разматывание после того, как будет найдено подходящее соответствие. — CG — C G — UACGGCUACGGCAGCGAAAGC UAAU CUU — CCUGCAACUAGGCAGG — A GAA — GGACGUUGUUCGCGCCGCGAUA UGCGC — G C — G C — G C — Целуйте ногти, сходящиеся на кончике петель. В результате взаимодополняемости двух головок заколка разворачивается и распрямляется в плоский ряд из двух нитей вместо двух заколок.~В старших классах биологии изучаются свойства ГК. Кодон может образовывать только одну аминокислоту. Запятые не используются при транскрипции мРНК. При кодировании должно выполняться следующее условие: одна аминокислота кодируется разными кодонами. Примеры других свойств молекул:
Шпильки для поцелуев
Чтобы понять, что такое принцип дополнительности, необходимо рассмотреть определенные процессы: Поглощение и переваривание нуклеиновых кислот (НК), катаболизм (энергетический обмен). Ученые доказали, что организм может усваивать до 1 г НК в день. Процесс пищеварения происходит в тонком кишечнике. Сначала ферменты превращают НЦ в мононуклеотиды.
Свойства и катаболизм
Свойства ГК изучаются на уроках биологии в средней школе. Кодон может образовывать только одну аминокислоту. Запятые не используются при транскрипции мРНК. При кодировании должно выполняться следующее условие: одна аминокислота кодируется разными кодами. Примеры других свойств молекул:
- Кроме вирусов, у каждого нуклеотида один кодон.
- ГК одинаков для всех организмов.
- Триплеты в ДНК идут в последовательности, аналогичной для аминокислот в белке.
Чтобы понять, что такое принцип дополнительности, нам нужно рассмотреть некоторые процессы: Поглощение и переваривание нуклеиновых кислот (НК), катаболизм (энергетический обмен). Ученые доказали, что организм может усваивать до 1 г НК в день. Процесс пищеварения происходит в тонком кишечнике. Сначала ферменты превращают НЦ в мононуклеотиды.
В тонком кишечнике фосфорная кислота удаляется из веществ. Производятся нуклеозиды
Пуриновые АК катаболизируются и теряют свою аминогруппу в результате окисления, превращаясь в мочевую кислоту. Пиримидиновые АК сильно разлагаются на воду, углекислый газ и аммиак. Углеводы преобразуются в глюкозу. Фосфорная кислота не разлагается. Он участвует в реакциях фосфорилирования и фосфатирования или выделяется в избытке с мочой.
- углеводы;
- азотистые основания (АС);
- фосфорная кислота.
Комплементарность между двумя антипараллельными цепями ДНК. Верхняя прядь идет слева направо, а нижняя — справа налево так, чтобы они были выровнены.
Репликация происходит в несколько этапов. Молекулы предварительно расщепляются с помощью хелатирующего фермента. Формируются молекулы, на которых будет происходить синтез новых линий. На следующем этапе новые нуклеотиды стабилизируются в соответствии с принципом комплементарности. Новые клетки разветвляются и скручиваются в спираль. За одну секунду дублируется 750 нуклеотидов.
Основная функция молекулы — хранить записанную на ней генетическую информацию и передавать ее следующему поколению. Благодаря принципу комплементарности в процессе репликации создается точная копия исходной молекулы. Таким образом, образуются новые клетки, идентичные родительской клетке.
- матричность — однозначное определение последовательности синтезируемой цепочки;
- полуконсервативность — структура, образованная при репликации, считается вновь синтезированной, а другая — материнской;
- направленность — идёт от пятого конца новой цепи к третьему;
- полунепрерывность — постоянный синтез одной молекулы и набор фрагментов второй цепи.
Комплементарность считается важным процессом в образовании белков. Без него синтез дочерних клеток невозможен. Это явление играет важную роль в делении молекул, поскольку каждый новый организм получает идентичную копию ДНК. Комплементарность обеспечивает передачу генетической информации от одного поколения к другому.
Изучив этот принцип, можно понять механизм, по которому происходят мутации, и как их можно предотвратить. Этот закон приводит к следующему следствию: репликация дезоксирибонуклеиновой кислоты является важным событием для деления клеток и синтеза белка. Практическая медицина ДНК-технологии основана на принципе комплементарности.
Значение принципа
Закон позволил детально изучить механизм наследственных заболеваний, проанализировав их патогенез.
Области генетики и медицины, где закон был успешно применен:
- Создание вакцин для борьбы с разными типами гепатита.
- Разработка человеческого инсулина.
- Восстановление нормальной свёртываемости крови у пациентов, страдающих от гемофилии (хроническая кровоточивость).
- Открытие возможности ввода в человеческий организм полноценных генов, их фрагментов с целью корригирования некоторых нарушений обмена веществ.
- Проведение терапии разных форм иммунодефицита у детей.
- Разработка эффективных методов терапии больных муковисцидозом (системное заболевание, связанное с мутацией генов), фенилкетонурией (врождённое нарушение метаболизма), тяжёлыми наследственными патологиями.
- Исследование генов.
