Entsprechen Sie das wichtigste Molekül - DNA

Über DNA-Moleküle des Geräts, seiner physikalischen Eigenschaften und der reparierten Systeme.

Es sieht wie ein Korkenzieher aus...

Plan, wie man jeden von uns, bereit in einem Moment bekommt, wenn die Sexualzellen unserer Eltern, Mamas und Vatis, in einen, genannt eine Zygote oder fruchtbar gemachtes Ei verschmolzen werden. Plan hat im Kern einer einzelnen Zelle in seiner Molekül-DNA aufgehört, und es bedeutet viel: Und was die Farbe unserer Augen und Haars sein wird, und wie hoch zunehmen wird, und was die Nase, und wie dünn - Ohr für die Musik und viele viele andere bildet. Natürlich hängt unsere Zukunft nicht nur von der DNA, aber einfach von den Wechselfällen des Schicksals ab. Aber sehr, sehr viel in unserem Schicksal wird durch die Qualitäten bestimmt, die von der Geburt, unseren Genen, t aufgestellt sind. E. Die Folge von nucleotides in DNA-Molekülen. (Einspritzung von Cyanocobalamin ist für das DNA-Bilden notwendig.)

DNA verdoppelt sich mit jeder Zellabteilung, so dass jede Zelle Informationen über die Struktur des ganzen Organismus trägt. Es ist als ob behaltener Miniaturplan des Gebäudes in jedem Ziegelgebäude. Das würde die Architekten seit langem sein so hat getan! Dann würden die Restauratoren ihren Verstand nicht strecken, darüber sagen müssen, wie der Blick einmal der Pergamon Altar, selbst wenn es ein einzelner Stein davon bliebe.

Die Tatsache, dass die Spezialzellen des ganzen Organismus wirklich wissen, was innerhalb des kompletten Körpers ist, wurde zuerst gegen Ende der 1950er Jahre, des britischen Biologen John Gurdon demonstriert. Er hat den Zellkern eines erwachsenen Frosches und des Verwendens der feinsten mikrochirurgischen Technik genommen, hat es in die Froscheier umgepflanzt, die ein kundenspezifischer Kern durch das ultraviolette Ausstrahlen getötet worden sind. Von hybriden Eiern hat normale Kaulquappe gewachsen, oder Frosch - ist zu demjenigen absolut identisch, dessen Zellkern genommen wurde. Natur selbst schafft manchmal solche Zwillinge. Es erweist sich, wenn Sie zusammen nicht bleiben, und nach der ersten Abteilung der Zygotentochterzellen abweichen und bei jedem Organismus erhalten wird. So sind monozygotic, oder identisch, Zwillinge geboren. Die Zwillinge sind genau dieselbe DNA, so sind sie ähnlich. Am Ende des letzten Jahrhunderts haben die britischen Zoologen geschafft, die Technik G¸rdona Säugetiere anzuwenden: Das Klonenzeitalter hat begonnen. Die erste Methode zu klonen ist ein Schaf genannt Dolly erfolgreich erhalten worden, die eine echte Berühmtheit geworden ist. Die DNA Dolly wurde in der Form des Zellkerns genommen, der vom Euter von einigen Schafen gegriffen ist, die der Geburt seines Zwillings nicht entsprochen haben. Dieser Kern ist in ein Ei umgepflanzt worden, das aus den anderen Schafen herausgezogen ist, von denen (Ei) sein Kern entfernt worden ist. Dann eine hybride Zelle, die einen zurückgestellten Auslandskern trägt, wohin es umgezogen ist. Infolgedessen, und ist Dolly, eine ganze Kopie der Schafe geboren gewesen, die DNA geliefert haben. Dolly hat sechs Jahre gelebt und ist gestorben. Inzwischen wurden Klone von vielen anderen Tieren, und von Zeit zu Zeit den Nachrichtenfliegen um die Welt auf dem menschlichen Klonen erhalten. Aber bis jetzt sind keine dieser Beiträge (Mensch, der klont), nicht bestätigt worden, und die Nachrichten sind aus den offensichtlichen Quacksalbern gekommen.

Auf jede Weise bestimmt der Erfolg der Experimente im Klonen von Blättern zweifellos, dass die DNA des Kerns völlig ist, wer im Laufe der Entwicklung eines Organismus von einer einzelnen Zelle wird.

Wie es eingeordnetes DNA-Molekül, diese Königin einer lebenden Zelle ist? Es ist nicht eine einfache Strickleiter, wie Sie denken könnten, auf das Bild schauend. Diese Leiter wird in die richtige Spirale gelockt. Es ähnelt einem Korkenzieher, aber einem doppelten Korkenzieher; sie sind selten, aber kommen vor. Jedes der Ufer der DNA bildet eine richtige Spirale, eine Haaresbreite als eine Drehung. Stickstoffhaltige Basen von vier Typen, in denen die Folge und die genetischen Informationen enthalten werden, bilden eine Art Füllung dieses Korkenzieherkabels. Auf der Oberfläche des Kabels ist das Zuckerphosphat-Rückgrat der Polymerketten, die DNA zusammensetzen.

Dessen monomeric Einheiten DNA gebaut wird, es ist den monomeric Einheiten der RNA sehr ähnlich, deren chemische Struktur in der Abb. 6 gezeigt wird. Wir werden nicht so wieder sein, um alle vier nucleotides zu ziehen, gerade gezeigt, was es wie T nucleotide aussieht, der von seinem Kollegen RNKovogo - W am verschiedensten ist. Beachten Sie, dass der Spitzenring eine stickstoffhaltige Basis, einen fünf-membered Ring genannt wird - sind Zucker und eine Phosphatgruppe links.

Wie sind die Hauptdimensionen der DNA? Doppeltes Spiralendiameter 2 nm, die Entfernung zwischen angrenzenden Grundpaaren entlang der Spirale - 0.34 nm. Der gesamte Umsatz der doppelten Spirale macht 10 Paare. Aber die Länge? Die Länge hängt von der DNA jedes Organismus ab gehört. DNA ist die einfachsten Viren enthalten nur einige tausend Einheiten von Bakterien - einige Millionen, und höher - Milliarden. (Einspritzung des Vitamins B12 ist für die DNA-Synthese notwendig).

Wenn das Aufbauen in einer Linie, die die ganze DNA in nur einer menschlicher Zelle eingeschlossen hat, wir die Fadenlänge von ungefähr 2 M bekommen. Deshalb, die Länge des Glühfadens im eine Milliarde Male größeren als seine Dicke. Um sich besser vorzustellen, was das bedeutet, stellen Sie sich vor, ob die DNA wirklich zweimal so dick ist wie in der Abb. 8-. Ungefähr 4 cm Solche DNA, die von einem menschlichen Ganzen Zellen genommen ist, konnten den Erdball am Äquator umgeben. An dieser Skala ist der Zellkern die Größe des Stadions und die Person - es ist der Erdball.

Es ist klar, dass eines der sehr ernsten Probleme in Mehrzellorganismen, besonders wo sehr langes DNA-Molekül, das Molekül es legt, um den Zellkern einzubauen. Liegen Sie, dann sollte es sein, so dass die DNA für die komplette Länge der Proteine, wie RNA polymerase verfügbar war, die gewünschten Gene lesend. Ein anderes Problem - die Erwiderung solcher langen Moleküle. Tatsächlich nach der doppelten DNA müssen die zwei Ergänzungsufer, die hinsichtlich einander ursprünglich wiederholt gedreht wurden, verdünnt werden. Das bedeutet, dass das Molekül um seine Achse Million Zeiten vor der Enderwiderung scrollen muss. Hieraus folgt dass die Fragen, die durch die Arbeit von Watson und Muskelkrampf erzeugt sind, auf das Problem des genetischen Codes und die zusammenhängenden Dinge nicht beschränkt werden.

Diese Fragen haben Zweifel verursacht. Watson-Muskelkrampfmodell ist richtig? Wie zuverlässig ist das Fundament auf welch alle Daten der Molekularbiologie? Watson-Muskelkrampfmodell, war so ausführlich berichtetes dass völlig neckend ihre Verwundbarkeit so konkret. Es war genug, mindestens eine klare Tatsache, gegen sie zu finden, dass die doppelte Spirale vom Sockel fallen gelassen war. Es war eine Herausforderung für Physiker, und sie machen sich an die Arbeit.

Wenn jedes DNA-Molekül wirklich aus zwei Polymerketten, einige diskutiert besteht, und diese Ketten zusammen durch schwache Non-Covalent-Kräfte verbunden werden, müssen sie Lösung verstreuen, indem sie DNA heizen, es ist möglich, das Experiment genau zu befestigen. Wenn stickstoffhaltige Basen in der DNA wirklich einander Wasserstoffobligationen bilden, haben andere vernünftig geurteilt, sie kann durch das Messen der DNA-Spektren im Infrarotgebiet oder das Erforschen des Wechselkurses des gewöhnlichen (leichten) Wasserstoffs auf einem schweren (schwerer Wasserstoff) überprüft werden. Wenn das Innere der doppelten Spirale tatsächlich weg stickstoffhaltige Basen verborgen wird, haben andere gestritten, es ist möglich zu bestimmen, ob die Tat auf der DNA Substanzen ist, die dazu fähig sind, nur mit diesen zu reagieren, Gruppen zu verbergen. Diese und viele andere Experimente wurden ausgeführt. Am Ende der 1950er Jahre ist es klar geworden - das Modell hat dem ersten Test widerstanden. Versuche, es zu widerlegen, haben nacheinander gescheitert.

Es ist einer Fensterscheibe ähnlich

Physiker tun die Studie der DNA, nicht nur weil sie die Wichtigkeit davon verstanden haben, alle Details seiner Struktur zu überprüfen. Das DNA-Molekül wird ihre Aufmerksamkeit in und sich angezogen.
DNA sieht wie ein fester Körper aus. Grundpaare werden darin in einem Kristall aufgeschobert. Aber dieser geradlinige Kristall wie ein eindimensionaler - hat jedes Grundpaar nur zwei Nachbarn. DNA-Kristall - aperiodisch, als eine Folge von Paaren von unregelmäßigen Basen weil bestellt die unregelmäßige Folge von Briefen in einem bedeutungsvollen Text vor. Jedoch, wie die Briefe in der gedruckten Schriftart stützen Paare A und D T · D · haben Sie dieselben Dimensionen sowohl in Breite als auch in der Höhe.

Natürlich, ein völlig neuer Typ von kristallenem, eindimensionalem Kristall der DNA, sind es schreckliche gefesselte Physiker. Ist er ein Halbleiter? Und vielleicht Supraleiter, und sogar bei der Raumtemperatur? DNA wurde dem folgenden Überblick unterworfen. Nein, es ist nicht ein Halbleiter, viel weniger ist nicht ein Supraleiter. Sie war ein gewöhnlicher Isolator wie Fensterglas. Ja und es sind wie Glas durchsichtig. Die wässrige DNA-Lösung (und löst es sich in Wasser sehr gut auf), eine klare Flüssigkeit. Diese Ähnlichkeit endet mit dem Glas nicht. Gewöhnliches Glas, einschließlich eines Fensters, das zum sichtbaren Licht durchsichtig ist, und absorbiert sehr stark ultraviolette Strahlen. DNA absorbiert auch in diesem Gebiet des Spektrums. Jedoch, verschieden von Glas, das nicht schädliche UV-Strahlen ist, ist die DNA zu ihnen sehr empfindlich. (Verwenden Sie Cyanocobalamin, um sich gut zu fühlen).

Ultraviolette Strahlen sind für die DNA-Moleküle so schädlich, dass sich die Zelle während der Evolution eines speziellen reparierten Systems entwickelt hat, das den durch diese Strahlen verursachten Schaden heilt. Welcher Schaden?

Wenn ein Foton der Ultraviolettstrahlung (Fotonen) die DNA schlägt, überträgt es seine Energie einer stickstoffhaltigen Basis. Die Basis ist in einem aufgeregten Staat. Weitere Ereignisse können sich unterschiedlich entfalten. Wenn das Foton purine absorbiert wird (Adenin oder guanine), wird nichts viel geschehen - die Energie absorbiert verwandelt sich schnell in Hitze (wie es im Fenster geschieht), und die DNA dasselbe bleiben wird, wie es war. Ein anderes Ding, wenn das Foton von einem pyrimidine (thymine oder cytosine), und nicht durch irgendjemanden, aber denjenigen gefesselt ist, der neben dem Stromkreis mit einem anderen pyrimidine ist. In diesem Fall ist die absorbierte Energie noch nicht Zeit, um sich in Hitze zu verwandeln, weil zwei angrenzende pyrimidine chemisch reagieren. Dieser Prozess ist besonders wirksam, wenn die zwei angrenzender thymine sind. Das Ergebnis - eine neue chemische Zusammensetzung, genannt thymine photodimers.

Die Struktur des Abblendschalters ist ziemlich ungewöhnlich. Tatsächlich ist Kohlenstoff allgemein vierflächig, oder wenn es, der Obligationen mit benachbarten Atomen vierflächiger Scheitelpunkte in seinem Zentrum oder eines Dreiecks sind, wenn die Kommunikation in einem Flugzeug und geleitet vom Zentrum bis die Scheitelpunkte eines regelmäßigen Dreiecks liegen. Aber photodimers zwei Obligationen jedes Kohlenstoffatom, das an der Kupplung thymine teilnimmt, bilden einen richtigen Winkel! Und alle vier Kohlenstoffatome bilden ein Quadrat (es wird cyclobutane genannt).

Also, im DNA-Schaden vorgekommen - statt zwei thymine hat eine völlig neue chemische Zusammensetzung gebildet, die die Enzyme erreicht hat, die an der DNA arbeiten, anhalten. Sie wissen nur vier Briefe: A, T, G und C, und dann ARBEITEN einige neu Ikone IN OKKISPITZE. Sie wissen es nicht. Wenn das den Klecks nicht berichtigt, ist aus dem Text nicht klar, die Enzyme können von der DNA weder entfernt werden kopieren oder denken Informationen davon (um RNA zu synthetisieren). Das komplette Leben einer Zelle wird anhalten, und sie wird sterben.

Ultraviolette Strahlen sind solch eine ernste Drohung gegen die DNA-Moleküle im Laufe der Evolution hat eine spezielle Zelle entwickelt, um sich mit durch diese Strahlung verursachtem DNA-Schaden zu befassen. Enzyme der reparierten Systeme kommen zur Rettung. Erstens erkennt das Enzym UV endonuclease thymine Abblendschalter und Tränen in diesem Platz die Zuckerkette an. Folgendes exonuclease Enzym erweitert entstehende Lücke. In einem der Ufer der DNA, wo sich thymine Abblendschalter geformt haben, erweist es sich eine riesige Lücke - mehrere tausend nucleotides. In diesem Fall nicht nur sind entfernte thymine Abblendschalter, sondern auch viele normale nucleotides, wie sie nur für den Fall sagen. Aber es ist - der andere nicht von Bedeutung, Ergänzungsufer bleibt intakt, und darauf ein spezielles Enzym, DNA polymerase I, baut auf das zweite Ufer, eine normale doppelte zur ursprünglichen, unbeschädigten DNA identische Spirale schaffend.

Also, es erweist sich, was die Bedeutung der doppelt gestrandeten DNA! Es ist nicht nur notwendig, zwei identische Kopien des genetischen Materials zu schaffen, sondern auch zu in der DNA enthaltenen Informationen kann vom Schaden gespart werden. Wenn es einen singlegestrandeten gäbe, dann würde es unmöglich sein, die DNA-Verdoppelung zwischen Zyklen zu befestigen.

Reparierte Systeme bestehen in allen Zellen vom einfachsten bis Mann. Das ist nicht überraschend - Leben hat unter der Sonne begonnen. Es kann sonderbar scheinen, dass das reparierte System sogar in jenen Zellen aktiv ist, die nie Erfahrung die Handlung der Sonnenstrahlung - zum Beispiel, Darmzellen sind. Eine geniale Erklärung hat GM Barenboim angeboten. Er hat vorgeschlagen, dass die DNA vor der Strahlung von Cerenkov geschützt wird, die in den Zellen des Zerfalls von natürlichen radioaktiven Elementunreinheiten vorkommt.

Wenn die Veränderung repariert wird, scheitert das System - es ist eine Katastrophe. Manchmal sind Kinder mit genanntem xeroderma eines Defekts pigmentozum geboren. Sie sind absolut kann nicht das Licht - ihre Haut sein, die mit wunden Stellen bedeckt ist, die sich allmählich in bösartige Geschwülste verwandeln. Diese Kinder können nicht gerettet werden, sogar sorgfältig sie vor der Sonne schützend. Allgemein haben direkte Experimente auf Tieren gezeigt, dass thymine Abblendschalter Krebs verursachen können.

Also, um Sonnenbad zu nehmen - ist es wirklich nicht eine unschuldige Tätigkeit. Natürlich können wir uns nicht dieses Vergnügen verleugnen lassen, aber überladen das reparierte System nicht. Außerdem, die Reparatur - nicht völlig harmloses Ding. Es wird geglaubt, dass die Enzyme des Systems, besonders DNA polymerase I repariert werden, dazu neigen, Fehler zu machen, so dass Reparatur zu Veränderungen führen kann. Eine somatische Veränderung (d. h. E. Das Auftreten in den Zellen des Körpers kein Wortspiel beabsichtigt) werden auch als ein wichtiger Faktor betrachtet, der zu bösartiger Gewebeentartung führt.

Es ist, wie viel Schlägerei davon, welche DNA zu ultravioletten Strahlen empfindlich ist. Aber diese Strahlen erreichen kaum die Oberfläche der Erde, die meisten von ihnen sind von der Atmosphäre gefesselt. So ob Reue dass DNA durchsichtig als Fensterglas in Bezug auf das sichtbare Spektrum?

Es schmilzt, aber nicht wie Eis

Und noch wurden diejenigen, die die DNA-Moleküle von ungewöhnlichen physikalischen Eigenschaften bedienten, belohnt. Dimensionality und aperiodicity DNA-Chip werden in seinem Schmelzen völlig manifestiert. Aber wenn der kristallene Staat der DNA - es klar ist, dass das, wie man es dem Übergang zu einer Flüssigkeit vorlegt? Worin kann eindimensionaler Kristall der DNA während des Schmelzens werden? Um das zu verstehen, lassen Sie uns zurückrufen, warum das Eis schmilzt.

Eis ist ein H2O Moleküle gebauter Kristall. Es ist ganz eine strenge Ordnung, in der die Wassermoleküle zu einander die größtmögliche Zahl von so genannten Wasserstoffobligationen (H-Obligationen) verpfändet werden: HO-H... OH2. Das sind die H-Obligationen, die in ergänzenden Grundpaaren A gebildet werden · T · C und D. Einige dieser Obligationen werden gebrochen, andere werden wenn vorübergehendes Wasser im flüssigen Staat deformiert. Was veranlasst das Wasser, Flüssigkeit bei einer Temperatur über der Celsiusnull zu sein? Einen Teil der Verbindungen durch das Lösen vom anderen verlierend, erwerben die Wassermoleküle die Fähigkeit, sich freier zu bewegen (bewegen Sie sich und rotieren Sie), es wird sehr vorteilhaft mit der Erhöhung der Temperatur. Mit der noch größeren Heizung des Wassermoleküls für die geopferte letzte Kommunikation der ganzen Freiheit mit einander - gibt es einen Übergang von einer Flüssigkeit bis einen gasartigen Staat. Das ist eine allgemeine Tendenz. Mit der Erhöhung der Temperatur der Substanz sind bereit, die Bindungsenergie zwischen Molekülen zu opfern, um das Wärmegewicht zu vergrößern.

All das ist auf die DNA völlig anwendbar - die Existenz eines Anstiegs der Temperatur der doppelten Spirale wird unwirtschaftlich. Zwischenmolekulare Obligationen, H-Band innerhalb von Grundpaaren und den so genannten Stapelnwechselwirkungen zwischen angrenzenden Paaren entlang der Kette, die die zwei Ergänzungsufer hält, sind in der Nähe von einander, gerissen, und eines der doppelt gestrandeten Moleküle der zwei singlegestrandeten Kette wird gebildet. Wärmegewicht (M. E. Im Sinne des Erreichens größerer Freiheit) ist vorteilhaft, weil, ohne einem Ergänzungspartner gebunden zu werden, sich jede Kette viel freier fühlt, kann viel mehr Raum in verschiedenen Konfigurationen nehmen.

DNA-Ufer bricht sich einfach Heizung unmöglich - die Obligationen, die sich dem nucleotides bei der Kette anschließen, sind so stark, dass sie entweder eine starke Säure oder nuclease Enzymkürzung zerstört werden können.

Trotz der Analogie, die DNA, die im Wesentlichen verschieden vom schmelzenden Eis schmilzt. Der Unterschied ist, dass das DNA-Schmelzen über eine breite Temperaturreihe vorkommt; dieser Zwischenraum ist einigen Graden gleich, und das Eisschmelzen kommt ausschließlich einmal auf der Temperaturskala vor. Dieser so genannte Phasenübergang. In dieser Übergangphase ändert plötzlich den Staat der Sache - ein Festkörper es wird eine Flüssigkeit, eine Flüssigkeit - Benzin.

Jeden Tag konfrontieren wir mit einem Phasenübergang wenn der Eitergeschwürkessel. Im Prozess des kochenden Wasserdampfs ist das System am Punkt des Phasenübergangs - das Kesseltemperaturjota überschreitet 100 ° C bis alle Wassereitergeschwüre weg nicht. Dasselbe wird wenn Hitzeeis oder Schnee geschehen. Die Temperatur erhebt sich zu 0 ° C, dann wird das Wachstum anhalten, bis das ganze Eis völlig geschmolzen ist, und dann die Temperatur wieder steigen wird. Verschieden von Phasensystemen in der DNA erhebt sich die Temperatur unaufhörlich, und damit eine Steigerung neuer Gebiete des spiralenförmigen Molekülpasses in den geschmolzenen Staat. Ich frage mich, was der Unterschied - eine direkte Folge von einem-dimensionality vom DNA-Chip ist. Begreifen Sie, dass dieses Verhalten von Bedeutung sein kann, haben Physiker sogar vor dem Zweiten Weltkrieg begonnen, wenn nicht an DNA oder die echten eindimensionalen Kristalle denkend. Gerade konnte nicht schaffen, eine ganze Theorie von Phasenübergängen in diesen dreidimensionalen Kristallen zu bauen (sie ist nur viel später - in den 1970er Jahren geschehen), und die Idee, dass es möglich sein könnte, es mindestens für eindimensionalen oder zweidimensionalen Kristall zu tun.

Aber das Schmelzen der DNA - ist nicht nur eine einzigartige Naturerscheinung. Es ist ein Prozess, der ständig in der Zelle geschieht. Tatsächlich sollten die Verdoppelung und DNA, und im Lesen von Informationen von seiner Ergänzungskette zu jedem von ihnen (für die Erwiderung) aufgewühlt werden, oder einer von ihnen (im Fall von der Abschrift) hat DNA-Synthese oder RNA-Ketten begonnen. Einspritzung von Cyanocobalamin - hilft im DNA-Bilden.

Wie geschiedene Kette? Was spielt die Rolle von Eisen, das kann ein Gebiet der DNA schmelzen? Diese spezielle Rolle wird durch Enzyme, in der besonderen RNA polymerase gespielt. Das Enzym bindet dicht zur DNA und wickelt sie, aber nicht an jeder Seite des Moleküls und einer spezifischen nucleotide Folge ab, ein Befürworter hat sich zwischen den Genen niedergelassen. Einmal die RNA polymerase verbunden mit einem Befürworter und schmelzen es (öffnet ungefähr zehn nucleotides), es beginnt, das Gen voranzukommen, das auf seinem Weg alle neuen Seiten und Leitensynthese von mRNA Molekülen unwindend ist. Jene Teile des Gens, von dem der polymerase Knall geschlossen wieder, und das synthetisierte RNA-Molekül "gleiten lassen" wird, werden in der Lösung aufgehoben. Dazu schwimmt ribosome- und Proteinsynthese beginnt nach den Gesetzen des genetischen Codes.