ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота¶

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — это высокомолекулярное соединение, содержащееся в клетках живых организмов и вирусов, которое хранит и передаёт генетическую информацию. ДНК относится к классу нуклеиновых кислот и представляет собой полимер, построенный из нуклеотидов. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, свитых в двойную спираль, что было открыто Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году на основе рентгеноструктурных данных Розалинды Франклин и Мориса Уилкинса.

¶Строение

¶Нуклеотиды

Каждая цепь ДНК состоит из повторяющихся звеньев — нуклеотидов. Нуклеотид включает три компонента:

• дезоксирибозу — пятиуглеродный сахар;
• фосфатную группу;
• азотистое основание.

Азотистые основания в ДНК представлены четырьмя видами: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Аденин и гуанин относятся к пуриновым основаниям, цитозин и тимин — к пиримидиновым.

¶Двойная спираль

Две цепи ДНК соединены водородными связями между комплементарными основаниями: аденин всегда паруется с тимином (две водородные связи), гуанин — с цитозином (три водородные связи). Этот принцип комплементарности, сформулированный Эрвином Чаргаффом, обеспечивает точное копирование молекулы при делении клетки. Пара А–Т и Г–Ц называется базовой парой.

Длина молекулы ДНК измеряется в парах оснований (п. о.). ДНК человека содержит около 3,2 миллиарда пар оснований, уложенных в 23 пары хромосом. Общая длина ДНК в одной клетке человека, вытянутой в линию, составляет около двух метров.

¶Функции

¶Хранение информации

Основная функция ДНК — хранение генетической информации в виде последовательности нуклеотидов. Участок ДНК, кодирующий функциональный продукт (обычно белок), называется геном. Геном человека включает около 20–25 тысяч генов.

¶Репликация

Перед делением клетки ДНК удваивается по механизму полуконсервативной репликации: каждая из исходных цепей служит матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Процесс катализируется ферментом ДНК-полимеразой.

¶Транскрипция и трансляция

По матрице ДНК синтезируется матричная РНК (транскрипция), которая затем используется как шаблон для сборки белка (трансляция). Этот процесс описан центральной догмой молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок.

¶Роль в наследственности

Генетическая информация передаётся от родителей потомкам через половые клетки. Мутации — изменения последовательности нуклеотидов — могут возникать спонтанно или под действием мутагенов (радиация, химические вещества). Часть мутаций нейтральна, другие приводят к наследственным заболеваниям, а некоторые могут быть полезны и служить материалом для эволюции.

¶Применение

• Генетическая генеалогия — определение родства по маркерам ДНК.
• Криминалистика — идентификация личности по ДНК-профилю, метод ДНК-экспертизы введён в практику в 1980-х годах.
• Медицина — фармакогенетика, диагностика наследственных заболеваний, генная терапия.
• Биотехнология — генно-инженерные модификации организмов, производство рекомбинантных белков (например, инсулина).
• Сельское хозяйство — выведение сортов и пород с заданными свойствами.

¶История открытия

¶Интересные факты

• ДНК всех живых организмов на Земле основана на одном и том же генетическом коде, что указывает на общее происхождение жизни.
• Если бы ДНК всех клеток человека соединить в одну линию, её длина составила бы около 100–200 астрономических единиц (расстояние от Земли до Плутона).
• В библиотеке ДНК-данных хранятся миллиарды последовательностей, открытый доступ к ним обеспечивает Национальный центр биотехнологической информации (NCBI, США).

Источники:

• Уотсон Дж., Бейкер Т., Белл С. и др. Молекулярная биология гена.
• Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки.
• Львов Н.П. Молекулярная биология. Ген, геном, генная инженерия.
• Медицинская энциклопедия: Дезоксирибонуклеиновая кислота.