ციტოლოგიური პრობლემების მზა გადაწყვეტილებები. განსაზღვრეთ დნმ-ის ყველა მოლეკულის მასა დნმ-ის ყველა მოლეკულის ჯამური მასა არის 46
400 ამინომჟავისგან შემდგარი ცილა კოდირებულია. ნუკლეოტიდების საშუალო მასა დნმ-ის მოლეკულაში
3 დნმ-ის ერთ მოლეკულაში ტიმინი შეადგენს 18%-ს, განსაზღვრავს სხვა ნუკლეოტიდების პროცენტულ თანაფარდობას დნმ-ის მოლეკულაში
ვინც იცის, დაეხმარეთ! :) 1. რამდენი ხანია დნმ-ის მოლეკულის ის ნაწილი, რომელიც კოდირებს ინსულინის მოლეკულას, თუ ცნობილია, რომ ის შეიცავსეს მოლეკულა შეიცავს 51 ამინომჟავას და ნუკლეინის მჟავაში ერთი ნუკლეოტიდის წრფივი სიგრძეა 3,4 ანგსტრომი?
2. რამდენია დნმ-ის მოლეკულის იმ ნაწილის მასა, რომელიც კოდირებს ინსულინის მოლეკულას, თუ ცნობილია, რომ ეს მოლეკულა შეიცავს 51 ამინომჟავას, ხოლო ერთი ნუკლეოტიდის საშუალო მოლეკულური წონა არის 345 ა. ო. მ.
დნმ-ის მოლეკულის ფრაგმენტის სიგრძეა 68 ნმ, რაც მთლიანი მოლეკულის სიგრძის 10%-ია. ადენილის ნუკლეოტიდების წილი მოცემულ დნმ-ის მოლეკულაში შეადგენს 1-ს2%. განსაზღვრეთ მოლეკულის ფრაგმენტის ფარდობითი მოლეკულური მასა, იმის გათვალისწინებით, რომ ერთი ნუკლეოტიდის ფარდობითი მოლეკულური მასა არის 354 და ყველა სახის ნუკლეოტიდის რაოდენობა მოცემულ დნმ-ის მოლეკულაში.
1. რა ახასიათებს მუტაციას (ხდება გადაკვეთისას, გადაკვეთისას, ჩნდება უეცრად დნმ-ში ან ქრომოსომებში)?2. ცვალებადობის რა ნიშნები გადაეცემა შთამომავლობას (მოდიფიკაცია, მუტაცია)?
3. რა იცვლება მუტაციების წარმოქმნისას (გენოტიპი, ფენოტიპი)?
4. გენოტიპური ან ფენოტიპური თვისებები მემკვიდრეობითია?
5. რა ცვალებადობას ახასიათებს შემდეგი მახასიათებლები: ხდება მოულოდნელად, შეიძლება იყოს დომინანტური ან რეცესიული, სასარგებლო ან მავნე, მემკვიდრეობითი, განმეორებითი (მუტაციური, მოდიფიკაცია)?
6. სად ჩნდება მუტაციები (ქრომოსომებში, დნმ-ის მოლეკულებში, ნუკლეოტიდების ერთ წყვილში, რამდენიმე ნუკლეოტიდში)?
7. რა შემთხვევაში ვლინდება მუტაცია ფენოტიპურად (ნებისმიერ, ჰომოზიგოტურ ორგანიზმში, ჰეტეროზიგოტურ ორგანიზმში)?
8. რა როლი აქვს მუტაციებს ევოლუციურ პროცესში (ცვალებადობის გაზრდა, გარემოსთან ადაპტაცია, ორგანიზმის თვითგაუმჯობესება)?
9. რაზეა დამოკიდებული ფენოტიპი (გენოტიპი, გარემო, სხვა არაფერი)?
10. რა განსაზღვრავს ორგანიზმის მახასიათებლებში (გარემო, გენოტიპი) ცვალებადობის ფარგლებს?
11. რა ცვალებადობის ნიშნებია გამოხატული ვარიაციის სერიის და ვარიაციული მრუდის სახით (მუტაცია, მოდიფიკაცია)?
12. რომელ ნიშნებს აქვთ რეაქციის ვიწრო სიჩქარე (ხარისხობრივი, რაოდენობრივი), რომელია უფრო მოქნილი (ხარისხობრივი, რაოდენობრივი)?
13. ბუნებრივი გადარჩევის რომელი ფორმა პოპულაციაში იწვევს ახალი სახეობების ფორმირებას (მამოძრავებელი, სტაბილიზირება), რომელი - სახეობრივი მახასიათებლების შენარჩუნებას (მამოძრავებელი, სტაბილიზაციის)?
დნმ-ის მოლეკულა შედგება ორი ჯაჭვისგან, რომლებიც ქმნიან ორმაგ სპირალს. მისი სტრუქტურა პირველად გაშიფრეს ფრენსის კრიკმა და ჯეიმს უოტსონმა 1953 წელს.
თავდაპირველად, დნმ-ის მოლეკულა, რომელიც შედგებოდა წყვილი ნუკლეოტიდური ჯაჭვისგან, რომლებიც ერთმანეთის ირგვლივ ტრიალებდნენ, წარმოშობდა კითხვებს იმის შესახებ, თუ რატომ ჰქონდა მას ეს კონკრეტული ფორმა. მეცნიერები ამ ფენომენს კომპლემენტარობას უწოდებენ, რაც იმას ნიშნავს, რომ მხოლოდ გარკვეული ნუკლეოტიდები შეიძლება აღმოჩნდეს ერთმანეთის საპირისპიროდ მის ძაფებში. მაგალითად, ადენინი ყოველთვის თიმინის საპირისპიროა, ხოლო გუანინი ყოველთვის ციტოზინის საპირისპიროა. დნმ-ის მოლეკულის ამ ნუკლეოტიდებს კომპლემენტარული ეწოდება.
სქემატურად ასეა გამოსახული:
თ - ა
გ - გ
ეს წყვილები ქმნიან ქიმიურ ნუკლეოტიდურ კავშირს, რომელიც განსაზღვრავს ამინომჟავების რიგითობას. პირველ შემთხვევაში ცოტა სუსტია. კავშირი C-სა და G-ს შორის უფრო ძლიერია. არაკომპლიმენტური ნუკლეოტიდები არ ქმნიან წყვილებს ერთმანეთთან.
შენობის შესახებ
ასე რომ, დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა განსაკუთრებულია. მას ასეთი ფორმა აქვს მიზეზის გამო: ფაქტია, რომ ნუკლეოტიდების რაოდენობა ძალიან დიდია და დიდი სივრცეა საჭირო გრძელი ჯაჭვების მოსათავსებლად. სწორედ ამ მიზეზით ჯაჭვებს ახასიათებთ სპირალური გადახვევა. ამ ფენომენს სპირალიზაციას უწოდებენ, ის საშუალებას აძლევს ძაფებს დამოკლდეს დაახლოებით ხუთ-ექვსჯერ.
სხეული ამ ტიპის ზოგიერთ მოლეკულას ძალიან აქტიურად იყენებს, ზოგს იშვიათად. ეს უკანასკნელი, სპირალიზაციის გარდა, ასევე განიცდის ისეთ „კომპაქტურ შეფუთვას“, როგორიცაა სუპერსპირალიზაცია. შემდეგ კი დნმ-ის მოლეკულის სიგრძე მცირდება 25-30-ჯერ.
რა არის მოლეკულის „შეფუთვა“?
supercoiling პროცესი მოიცავს ჰისტონურ პროტეინებს. მათ აქვთ ძაფის კოჭის ან ღეროს სტრუქტურა და გარეგნობა. მათზე ხვეული სპირალიზებული ძაფები, რომლებიც მაშინვე „კომპაქტურად შეფუთული“ ხდება და მცირე ადგილს იკავებს. როდესაც ჩნდება ამა თუ იმ ძაფის გამოყენების საჭიროება, ის იხსნება კოჭიდან, მაგალითად, ჰისტონის ცილისგან და სპირალი იხსნება ორ პარალელურ ჯაჭვად. როდესაც დნმ-ის მოლეკულა ამ მდგომარეობაშია, მისგან საჭირო გენეტიკური მონაცემების წაკითხვა შესაძლებელია. თუმცა არის ერთი პირობა. ინფორმაციის მოპოვება შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა გაუხვევია. წაკითხვისთვის ხელმისაწვდომ ქრომოსომებს ევქრომატინს უწოდებენ, ხოლო თუ ისინი ზეგადახვეულია, მაშინ ისინი უკვე ჰეტეროქრომატინები არიან.
ნუკლეინის მჟავები
ნუკლეინის მჟავები, ცილების მსგავსად, ბიოპოლიმერებია. ძირითადი ფუნქციაა მემკვიდრეობითი (გენეტიკური ინფორმაციის) შენახვა, განხორციელება და გადაცემა. ისინი ორი ტიპისაა: დნმ და რნმ (დეზოქსირიბონუკლეური და რიბონუკლეური). მათში შემავალი მონომერები არის ნუკლეოტიდები, რომელთაგან თითოეული შეიცავს ფოსფორმჟავას ნარჩენს, ხუთნახშირბადოვან შაქარს (დეოქსირიბოზა/რიბოზა) და აზოტოვან ფუძეს. დნმ-ის კოდი მოიცავს 4 ტიპის ნუკლეოტიდს - ადენინი (A) / გუანინი (G) / ციტოზინი (C) / თიმინი (T). ისინი განსხვავდებიან მათში შემავალი აზოტოვანი ფუძით.
დნმ-ის მოლეკულაში ნუკლეოტიდების რაოდენობა შეიძლება იყოს უზარმაზარი - რამდენიმე ათასიდან ათეულ და ასეულ მილიონამდე. ასეთი გიგანტური მოლეკულების შემოწმება შესაძლებელია ელექტრონული მიკროსკოპით. ამ შემთხვევაში თქვენ შეძლებთ იხილოთ პოლინუკლეოტიდური ძაფების ორმაგი ჯაჭვი, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია ნუკლეოტიდების აზოტოვანი ფუძეების წყალბადური ბმებით.
კვლევა
კვლევის დროს მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ დნმ-ის მოლეკულების ტიპები განსხვავებულია სხვადასხვა ცოცხალ ორგანიზმში. ასევე დადგინდა, რომ ერთი ჯაჭვის გუანინი მხოლოდ ციტოზინთან დაკავშირებაა, ხოლო თიმინი ადენინთან. ნუკლეოტიდების განლაგება ერთ ჯაჭვში მკაცრად შეესაბამება პარალელურს. პოლინუკლეოტიდების ამ კომპლემენტარობის წყალობით, დნმ-ის მოლეკულას შეუძლია გაორმაგება და თვითრეპროდუქცია. მაგრამ ჯერ დამატებითი ჯაჭვები, სპეციალური ფერმენტების გავლენის ქვეშ, რომლებიც ანადგურებენ დაწყვილებულ ნუკლეოტიდებს, განსხვავდებიან და შემდეგ თითოეულ მათგანში იწყება დაკარგული ჯაჭვის სინთეზი. ეს ხდება ხელმისაწვდომობის გამო დიდი რაოდენობითთავისუფალი ნუკლეოტიდები თითოეულ უჯრედში. ამის შედეგად, „დედა მოლეკულის“ ნაცვლად, წარმოიქმნება ორი „ქალიშვილი“, შემადგენლობითა და სტრუქტურით იდენტური და დნმ-ის კოდი ხდება ორიგინალური. ეს პროცესი უჯრედების გაყოფის წინამორბედია. ის უზრუნველყოფს ყველა მემკვიდრეობითი მონაცემების გადაცემას დედის უჯრედებიდან ქალიშვილულ უჯრედებზე, ისევე როგორც ყველა შემდგომ თაობებზე.
როგორ იკითხება გენის კოდი?
დღეს მხოლოდ დნმ-ის მოლეკულის მასა არ გამოითვლება - ასევე შესაძლებელია უფრო რთული მონაცემების გარკვევა, რომლებიც მანამდე მიუწვდომელი იყო მეცნიერებისთვის. მაგალითად, შეგიძლიათ წაიკითხოთ ინფორმაცია იმის შესახებ, თუ როგორ იყენებს ორგანიზმი საკუთარ უჯრედს. რა თქმა უნდა, თავდაპირველად ეს ინფორმაცია არის კოდირებული სახით და აქვს გარკვეული მატრიცის ფორმა და ამიტომ ის უნდა გადაიტანოს სპეციალურ მატარებელში, რომელიც არის რნმ. რიბონუკლეინის მჟავას შეუძლია შეაღწიოს უჯრედში ბირთვული მემბრანის მეშვეობით და წაიკითხოს დაშიფრული ინფორმაცია შიგნით. ამრიგად, რნმ არის ფარული მონაცემების გადამზიდავი ბირთვიდან უჯრედამდე და ის განსხვავდება დნმ-ისგან იმით, რომ შეიცავს რიბოზას დეზოქსირიბოზის ნაცვლად და ურაცილს თიმინის ნაცვლად. გარდა ამისა, რნმ არის ერთჯაჭვიანი.
რნმ სინთეზი
დნმ-ის სიღრმისეულმა ანალიზმა აჩვენა, რომ მას შემდეგ, რაც რნმ ტოვებს ბირთვს, ის შედის ციტოპლაზმაში, სადაც შესაძლებელია მატრიქსის სახით ინტეგრირება რიბოსომებში (სპეციალური ფერმენტული სისტემები). მიღებული ინფორმაციით ხელმძღვანელობით მათ შეუძლიათ ცილის ამინომჟავების შესაბამისი თანმიმდევრობის სინთეზირება. რა ტიპის შესახებ ორგანული ნაერთიუნდა მიმაგრდეს ფორმირების ცილოვან ჯაჭვზე, რიბოსომა სწავლობს სამმაგი კოდიდან. თითოეულ ამინომჟავას აქვს თავისი სპეციფიკური სამეული, რომელიც მას აკოდირებს.
ჯაჭვის ფორმირების დასრულების შემდეგ ის იძენს სპეციფიკურ სივრცულ ფორმას და იქცევა ცილად, რომელსაც შეუძლია შეასრულოს მისი ჰორმონალური, კონსტრუქციული, ფერმენტული და სხვა ფუნქციები. ნებისმიერი ორგანიზმისთვის ეს არის გენის პროდუქტი. სწორედ მისგან განისაზღვრება გენების ყველა სახის თვისება, თვისება და გამოვლინება.
გენები
თანმიმდევრობის პროცესები, უპირველეს ყოვლისა, შემუშავდა ინფორმაციის მისაღებად იმის შესახებ, თუ რამდენი გენი აქვს დნმ-ის მოლეკულას თავის სტრუქტურაში. და მიუხედავად იმისა, რომ კვლევამ მეცნიერებს ამ საკითხში დიდი პროგრესის მიღწევის საშუალება მისცა, მათი ზუსტი რაოდენობის დადგენა ჯერ არ არის შესაძლებელი.
სულ რამდენიმე წლის წინ ვარაუდობდნენ, რომ დნმ-ის მოლეკულები შეიცავს დაახლოებით 100 ათას გენს. ცოტა მოგვიანებით, ეს მაჩვენებელი 80 ათასამდე შემცირდა, ხოლო 1998 წელს გენეტიკოსებმა განაცხადეს, რომ ერთ დნმ-ში მხოლოდ 50 ათასი გენი არის წარმოდგენილი, რაც მთლიანი დნმ-ის სიგრძის მხოლოდ 3%-ია. მაგრამ გენეტიკოსების უახლესი დასკვნები გასაოცარი იყო. ახლა ისინი ამტკიცებენ, რომ გენომი მოიცავს 25-40 ათას ამ ერთეულს. გამოდის, რომ ქრომოსომული დნმ-ის მხოლოდ 1,5% არის პასუხისმგებელი ცილების კოდირებაზე.
კვლევა ამით არ გაჩერებულა. გენეტიკური ინჟინერიის სპეციალისტების პარალელურმა ჯგუფმა დაადგინა, რომ გენების რაოდენობა ერთ მოლეკულაში ზუსტად 32 ათასია. როგორც ხედავთ, საბოლოო პასუხის მიღება ჯერ კიდევ შეუძლებელია. ძალიან ბევრი წინააღმდეგობაა. ყველა მკვლევარი ეყრდნობა მხოლოდ მათ შედეგებს.
იყო თუ არა ევოლუცია?
იმისდა მიუხედავად, რომ არ არსებობს მტკიცებულება მოლეკულის ევოლუციის შესახებ (რადგან დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა მყიფე და მცირე ზომისაა), მეცნიერებმა მაინც გააკეთეს ერთი ვარაუდი. ლაბორატორიულ მონაცემებზე დაყრდნობით მათ შემდეგი ვერსია გააჟღერეს: მოლეკულა on საწყისი ეტაპიმისი გარეგნობით, მან მიიღო მარტივი თვითგამრავლებადი პეპტიდის ფორმა, რომელიც მოიცავდა ძველ ოკეანეებში ნაპოვნი 32-მდე ამინომჟავას.
თვითგამრავლების შემდეგ, ბუნებრივი გადარჩევის ძალების წყალობით, მოლეკულებმა შეიძინეს უნარი დაიცვან თავი გარე ელემენტებისაგან. მათ დაიწყეს უფრო დიდხანს ცხოვრება და უფრო დიდი რაოდენობით გამრავლება. მოლეკულებს, რომლებიც აღმოჩნდნენ ლიპიდურ ბუშტში, ჰქონდათ საკუთარი თავის გამრავლების ყველა შანსი. რიგი თანმიმდევრული ციკლების შედეგად ლიპიდურმა ბუშტებმა შეიძინეს უჯრედის მემბრანების ფორმა, შემდეგ კი - ცნობილი ნაწილაკები. უნდა აღინიშნოს, რომ დღეს დნმ-ის მოლეკულის ნებისმიერი მონაკვეთი რთული და მკაფიოდ მოქმედი სტრუქტურაა, რომლის ყველა მახასიათებელი მეცნიერებს ჯერ ბოლომდე არ აქვთ შესწავლილი.
თანამედროვე სამყარო
ახლახან ისრაელის მეცნიერებმა შექმნეს კომპიუტერი, რომელსაც შეუძლია წამში ტრილიონობით ოპერაცია შეასრულოს. დღეს ის ყველაზე სწრაფი მანქანაა დედამიწაზე. მთელი საიდუმლო ის არის, რომ ინოვაციური მოწყობილობა დნმ-ით იკვებება. პროფესორები ამბობენ, რომ უახლოეს მომავალში ასეთი კომპიუტერები ენერგიის გამომუშავებას კი შეძლებენ.
ერთი წლის წინ, ვეიზმანის ინსტიტუტის სპეციალისტებმა რეჰოვოტში (ისრაელი) გამოაცხადეს პროგრამირებადი მოლეკულური გამოთვლითი მანქანის შექმნის შესახებ, რომელიც შედგება მოლეკულებისა და ფერმენტებისგან. მათ ჩაანაცვლეს სილიკონის მიკროჩიპები. ამ დროისთვის გუნდმა პროგრესი განიცადა. ახლა მხოლოდ ერთი დნმ-ის მოლეკულას შეუძლია კომპიუტერს მიაწოდოს საჭირო მონაცემები და საჭირო საწვავი.
ბიოქიმიური „ნანოკომპიუტერები“ არ არის ფიქცია, ისინი უკვე არსებობს ბუნებაში და ვლინდება ყველა ცოცხალ არსებაში. მაგრამ ხშირად მათ არ მართავენ ადამიანები. ადამიანს ჯერ არ შეუძლია რაიმე მცენარის გენომზე ოპერაცია, რათა გამოთვალოს, ვთქვათ, რიცხვი „პი“.
მონაცემების შესანახად/დამუშავებისთვის დნმ-ის გამოყენების იდეა პირველად მეცნიერებს გონებაში 1994 წელს გაუჩნდა. სწორედ მაშინ არის გამოსავალი მარტივი მათემატიკური პრობლემამოლეკულა იყო ჩართული. მას შემდეგ არაერთმა კვლევითმა ჯგუფმა შესთავაზა დნმ-ის კომპიუტერებთან დაკავშირებული სხვადასხვა პროექტი. მაგრამ აქ ყველა მცდელობა დაფუძნებული იყო მხოლოდ ენერგიის მოლეკულაზე. ასეთ კომპიუტერს შეუიარაღებელი თვალით ვერ ხედავთ, ის ჰგავს წყლის გამჭვირვალე ხსნარს სინჯარაში. მასში არ არის მექანიკური ნაწილები, არამედ მხოლოდ ტრილიონობით ბიომოლეკულური მოწყობილობა - და ეს მხოლოდ ერთ წვეთ სითხეშია!
ადამიანის დნმ
ადამიანებმა შეიტყვეს ადამიანის დნმ-ის ტიპის შესახებ 1953 წელს, როდესაც მეცნიერებმა პირველად შეძლეს მსოფლიოსთვის ეჩვენებინათ ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოდელი. ამისათვის კირკმა და უოტსონმა მიიღეს ნობელის პრემია, რადგან ეს აღმოჩენა ფუნდამენტური გახდა მე-20 საუკუნეში.
დროთა განმავლობაში, რა თქმა უნდა, მათ დაამტკიცეს, რომ სტრუქტურირებული ადამიანის მოლეკულა შეიძლება გამოიყურებოდეს არა მხოლოდ შემოთავაზებულ ვერსიაში. მეტის დახარჯვის შემდეგ დეტალური ანალიზიდნმ, აღმოჩენილი A-, B- და მარცხენა ფორმა Z-. ფორმა A- ხშირად გამონაკლისია, რადგან ის იქმნება მხოლოდ ტენიანობის ნაკლებობის შემთხვევაში. მაგრამ ეს მხოლოდ ლაბორატორიულ კვლევებშია შესაძლებელი, ეს არანორმალურია ცოცხალ უჯრედში.
B- ფორმა კლასიკურია და ცნობილია, როგორც ორმაგი მარჯვენა ჯაჭვი, მაგრამ Z- ფორმა არ არის მხოლოდ გრეხილი. საპირისპირო მიმართულება, მარცხნივ, მაგრამ ასევე აქვს უფრო ზიგზაგისებური გარეგნობა. მეცნიერებმა ასევე გამოავლინეს G-quadruplex ფორმა. მის სტრუქტურას აქვს არა 2, არამედ 4 ძაფი. გენეტიკოსების აზრით, ეს ფორმა ჩნდება იმ ადგილებში, სადაც გუანინის ჭარბი რაოდენობაა.
ხელოვნური დნმ
დღეს უკვე არსებობს ხელოვნური დნმ, რომელიც რეალურის იდენტური ასლია; იგი სრულყოფილად მიჰყვება ბუნებრივი ორმაგი სპირალის სტრუქტურას. მაგრამ, ორიგინალური პოლინუკლეოტიდისგან განსხვავებით, ხელოვნურს მხოლოდ ორი დამატებითი ნუკლეოტიდი აქვს.
ვინაიდან დუბლირება შეიქმნა რეალური დნმ-ის სხვადასხვა კვლევებიდან მიღებული ინფორმაციის საფუძველზე, მისი კოპირება, თვითგამრავლება და განვითარებაც შესაძლებელია. ასეთი ხელოვნური მოლეკულის შექმნაზე ექსპერტები დაახლოებით 20 წელია მუშაობენ. შედეგი არის საოცარი გამოგონება, რომელსაც შეუძლია გამოიყენოს გენეტიკური კოდი ისევე, როგორც ბუნებრივი დნმ.
არსებულ ოთხ აზოტოვან ბაზას გენეტიკოსებმა დაამატეს ორი დამატებითი, რომლებიც შეიქმნა ბუნებრივი ბაზების ქიმიური მოდიფიკაციით. ბუნებრივი დნმ-ისგან განსხვავებით, ხელოვნური დნმ საკმაოდ მოკლე აღმოჩნდა. იგი შეიცავს მხოლოდ 81 ბაზის წყვილს. თუმცა, ის ასევე მრავლდება და ვითარდება.
ხელოვნურად მიღებული მოლეკულის რეპლიკაცია ხდება პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის წყალობით, მაგრამ ჯერჯერობით ეს არ ხდება დამოუკიდებლად, არამედ მეცნიერთა ჩარევით. ისინი დამოუკიდებლად ამატებენ საჭირო ფერმენტებს აღნიშნულ დნმ-ს, ათავსებენ მას სპეციალურად მომზადებულ თხევად გარემოში.
საბოლოო შედეგი
დნმ-ის განვითარების პროცესსა და საბოლოო შედეგზე შეიძლება გავლენა იქონიოს სხვადასხვა ფაქტორმა, როგორიცაა მუტაციები. ეს საჭიროებს მატერიის ნიმუშების შესწავლას, რათა ანალიზის შედეგი იყოს სანდო და სანდო. ამის მაგალითია მამობის ტესტი. მაგრამ ჩვენ არ შეგვიძლია არ გავიხაროთ, რომ ისეთი შემთხვევები, როგორიცაა მუტაცია, იშვიათია. მიუხედავად ამისა, ნივთიერების ნიმუშები ყოველთვის ხელახლა შემოწმდება ანალიზზე დაყრდნობით უფრო ზუსტი ინფორმაციის მისაღებად.
მცენარეთა დნმ
მადლობა მაღალი ტექნოლოგიათანმიმდევრობამ (HTS) ასევე მოახდინა რევოლუცია გენომიკის სფეროში - ასევე შესაძლებელია მცენარეებისგან დნმ-ის იზოლირება. რა თქმა უნდა, მცენარეული მასალისგან დნმ-ის მოლეკულური წონის მიღება მაღალი ხარისხისიწვევს გარკვეულ სირთულეებს მიტოქონდრიისა და ქლოროპლასტის დნმ-ის ასლების დიდი რაოდენობის გამო, ასევე მაღალი დონისპოლისაქარიდები და ფენოლური ნაერთები. სტრუქტურის იზოლირებისთვის, რომელსაც ამ შემთხვევაში განვიხილავთ, გამოიყენება სხვადასხვა მეთოდი.
წყალბადის ბმა დნმ-ში
წყალბადის ბმა დნმ-ის მოლეკულაში პასუხისმგებელია ელექტრომაგნიტურ მიზიდულობაზე, რომელიც წარმოიქმნება დადებითად დამუხტულ წყალბადის ატომს შორის, რომელიც მიმაგრებულია ელექტროუარყოფით ატომზე. ეს დიპოლური ურთიერთქმედება არ აკმაყოფილებს კრიტერიუმს ქიმიური ბმა. მაგრამ ეს შეიძლება მოხდეს ინტერმოლეკულურად ან შიგნით სხვადასხვა ნაწილებიმოლეკულები, ანუ ინტრამოლეკულური.
წყალბადის ატომი ერთვის ელექტროუარყოფით ატომს, რომელიც არის ბმის დონორი. ელექტროუარყოფითი ატომი შეიძლება იყოს აზოტი, ფტორი ან ჟანგბადი. ის - დეცენტრალიზაციის გზით - იზიდავს ელექტრონულ ღრუბელს წყალბადის ბირთვიდან თავისკენ და წყალბადის ატომს (ნაწილობრივ) დადებითად დამუხტულს ხდის. ვინაიდან H-ის ზომა სხვა მოლეკულებთან და ატომებთან შედარებით მცირეა, მუხტიც მცირეა.
დნმ-ის გაშიფვრა
დნმ-ის მოლეკულის გაშიფვრამდე, მეცნიერები ჯერ იღებენ უჯრედების დიდ რაოდენობას. ყველაზე ზუსტი და წარმატებული მუშაობამათგან დაახლოებით მილიონია საჭირო. კვლევის დროს მიღებული შედეგები მუდმივად შედარება და აღრიცხვა ხდება. დღეს გენომის გაშიფვრა იშვიათობა კი არ არის, არამედ ხელმისაწვდომი პროცედურაა.
რა თქმა უნდა, ერთი უჯრედის გენომის გაშიფვრა არაპრაქტიკული სავარჯიშოა. ასეთი კვლევების დროს მიღებული მონაცემები მეცნიერებისთვის არ არის საინტერესო. მაგრამ მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ყველა არსებული მომენტშიდეკოდირების მეთოდები, მიუხედავად მათი სირთულისა, საკმარისად ეფექტური არ არის. ისინი მხოლოდ დნმ-ის 40-70%-ის წაკითხვის საშუალებას მისცემს.
თუმცა, ახლახან ჰარვარდის პროფესორებმა გამოაცხადეს მეთოდი, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელია გენომის 90%-ის გაშიფვრა. ტექნიკა ეფუძნება იზოლირებულ უჯრედებში პრაიმერის მოლეკულების დამატებას, რომლის დახმარებითაც იწყება დნმ-ის რეპლიკაცია. მაგრამ ეს მეთოდიც კი არ შეიძლება ჩაითვალოს წარმატებულად, მას ჯერ კიდევ სჭირდება დახვეწა, სანამ ღიად გამოიყენებოდეს მეცნიერებაში.
1) დნმ-ის მოლეკულების მთლიანი მასა ბირთვის 46 ქრომოსომაში სომატური უჯრედიადამიანი არის 6·10 -9 მგ. განსაზღვრეთ დნმ-ის ყველა მოლეკულის მასა ბირთვებში ინტერფაზის ბოლოს, მეიოზის I ტელოფაზის და მეიოზის II ტელოფაზის ბოლოს. ახსენით თქვენი პასუხი.
პასუხი: 1) ინტერფაზაში, მეიოზის მომზადებისას, დნმ-ის დუბლირება ხდება ბირთვში, ამიტომ ბირთვში დნმ-ის მასა არის 2 x 6·10 -9 = 12·10 -9 მგ.
2) მეიოზის ტელოფაზა 1-ის ბოლოს წარმოიქმნება ორი უჯრედი, თითოეულ ბირთვში დნმ-ის მასა ტოლია 6·10 -9 მგ(ბირთვები შეიცავს 23 ბიქრომატიდულ ქრომოსომას);
3) მეიოზ 2-მდე დნმ-ის დუბლირება არ ხდება. ჩანასახოვანი უჯრედების ბირთვებში (ტელოფაზა 2) არის ქრომოსომების ჰაპლოიდური ნაკრები (23 ერთქრომატიდული ქრომოსომა), ამიტომ ბირთვებში დნმ-ის მოლეკულების მასა არის 3·10 -9 მგ .
სომატური ხორბლის უჯრედების ქრომოსომული ნაკრები არის 28. განსაზღვრეთ ქრომოსომული ნაკრები და დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა კვერცხუჯრედში მეიოზის დაწყებამდე, მეიოზის ტელოფაზა 1 და მეიოზის ტელოფაზა 2 ბოლოს. ახსენით რა პროცესები ხდება ამ პერიოდებში და როგორ მოქმედებენ ისინი დნმ-ის და ქრომოსომების რაოდენობის ცვლილებებზე.
პასუხი: 1) მეიოზის დაწყებამდე უჯრედებში ქრომოსომის ნაკრები არის ორმაგი (2n)-28 ქრომოსომა ინტერფაზაში, დნმ-ის მოლეკულები გაორმაგებულია, ამიტომ დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობაა 56 მოლეკულა (4c). 2) მეიოზის პირველ განყოფილებაში ჰომოლოგიური ქრომოსომა, რომელიც შედგება ორი ქრომატიდისგან, განსხვავდება, შესაბამისად, მეიოზის ტელოფაზის ბოლოს, უჯრედებში 1 ქრომოსომა არის ერთჯერადი (p) - 14 ქრომოსომიდან, დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა. არის 2c (28 დნმ მოლეკულა). 3) მეიოზის მეორე განყოფილებაში ქრომატიდები გამოიყოფა, შესაბამისად, მეიოზის მე-2 ტელოფაზას ბოლოს უჯრედებში ქრომოსომა ერთჯერადია (n) - 14 ქრომოსომა, დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა 14 მოლეკულაა (1c).
ხორბლის ერთი სახეობის უჯრედები შეიცავს 28 ქრომოსომას. განსაზღვრეთ ქრომოსომების და დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა მტვრიანში მტვრის წარმოქმნის დროს მეიოზის პროფაზა 1, პროფაზა 2 და მეიოზის ტელოფაზა 2 სტადიებზე. ახსენით მიღებული შედეგები.
პასუხი: 1) მეიოზის 1 პროფაზაში ქრომოსომების რაოდენობაა 28 (ქრომოსომა შედგება ორი ქრომატიდისგან), ხოლო დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობაა 56, რადგან დნმ-ის მოლეკულები გაორმაგებულია ინტერფაზაში.
2) მეიოზის მე-2 პროფაზაში ქრომოსომების რაოდენობა არის 14, ვინაიდან პირველი გაყოფის შემდეგ ქრომოსომების რაოდენობა მცირდება 2-ჯერ. (მაგრამ ქრომოსომა შედგება ორი ქრომატიდისგან), ხოლო დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა 28-ია, რადგან პირველი გაყოფის შემდეგ დნმ-ის დუბლირება არ ხდება. 3) ტელოფაზა 2-ის ბოლოს, ქრომოსომების რაოდენობაა 14 (ერთქრომატიდული ქრომოსომა), დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა ასევე 14.
სომატური ხორბლის უჯრედების ქრომოსომული ნაკრები არის 28. განსაზღვრეთ ქრომოსომული ნაკრები და დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა კვერცხუჯრედის ერთ-ერთ უჯრედში მეიოზის დაწყებამდე, მეიოზის I ანაფაზაში და მეიოზის II ანაფაზაში. ახსენით რა პროცესები ხდება ამ პერიოდებში და როგორ მოქმედებს ისინი დნმ-ის და ქრომოსომების რაოდენობის ცვლილებაზე.
პასუხი: 1) მეიოზის დაწყებამდე დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა 56-ია, ვინაიდან ისინი გაორმაგდებიან, მაგრამ ქრომოსომების რაოდენობა არ იცვლება - 28-ია;
2) მეიოზის I ანაფაზაში დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობაა 56, ქრომოსომების რაოდენობა 28, ჰომოლოგიური ქრომოსომა გადადის უჯრედის პოლუსებზე;
3) მეიოზის II ანაფაზაში, ქრომოსომების რაოდენობაა 28, დის ქრომატიდები გადადიან უჯრედის პოლუსებზე და ხდებიან დამოუკიდებელ ქრომოსომებად (მაგრამ ისინი ყველა ერთ უჯრედშია), დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა არის 28, პირველი გაყოფის შემდეგ. დნმ-ის გაორმაგება არ ხდება, ამიტომ დნმ-ის რაოდენობა 2-ჯერ შემცირდა.
შროშანის თესლის ენდოსპერმის უჯრედებში 21 ქრომოსომაა. როგორ შეიცვლება ქრომოსომებისა და დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა მეიოზის 1 და მეიოზის 2 ტელოფაზის ბოლოს ამ ორგანიზმში ინტერფაზასთან შედარებით? ახსენით თქვენი პასუხი.
პასუხი: 1) აყვავებული მცენარეების ენდოსპერმას აქვს ქრომოსომების ტრიპლოიდური ნაკრები (3n), რაც ნიშნავს, რომ ქრომოსომების რაოდენობა ერთ ნაკრებში (n) უდრის 7 ქრომოსომას. მეიოზის დაწყებამდე უჯრედებში ქრომოსომის ნაკრები არის ორმაგი (2p) 14 ქრომოსომიდან ინტერფაზაში, დნმ-ის მოლეკულები გაორმაგებულია, ამიტომ დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობაა 28 (4c). 2) მეიოზის პირველ განყოფილებაში ჰომოლოგიური ქრომოსომა, რომელიც შედგება ორი ქრომატიდისგან, განსხვავდება, შესაბამისად, მეიოზის ტელოფაზის ბოლოს, უჯრედებში 1 ქრომოსომა არის ერთი (n) 7 ქრომოსომიდან, დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა არის 14 (2c).
3) მეიოზის მეორე განყოფილებაში ქრომატიდები გამოიყოფა, შესაბამისად, მეიოზის მე-2 ტელოფაზას ბოლოს უჯრედებში ქრომოსომა ერთჯერადი (n) - 7 ქრომოსომაა, დნმ-ის მოლეკულების რაოდენობა ერთია - 7 (1c).
იმისდა მიხედვით, თუ რა მონოსაქარიდს შეიცავს პოლინუკლეოტიდის სტრუქტურული ერთეული - რიბოზაან 2-დეზოქსირიბოზა, განასხვავებენ
- რიბონუკლეინის მჟავები(რნმ) და
- დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავები(დნმ).
დნმ მაკრომოლეკულების ნუკლეოტიდური ერთეულები შეიძლება შეიცავდეს ადენინი, გუანინი, ციტოზინიდა თიმინი. რნმ-ის შემადგენლობა განსხვავდება იმით, რომ ნაცვლად ტიმინააწმყო ურაცილი.
დნმ-ის მოლეკულური წონა ათეულ მილიონ ამუს აღწევს. ეს არის ყველაზე გრძელი ცნობილი მაკრომოლეკულები. რნმ-ის მოლეკულური წონა მნიშვნელოვნად დაბალია (რამდენიმე ასეულიდან ათეულ ათასამდე). დნმ შეიცავს ძირითადად უჯრედების ბირთვებში, რნმ-ს რიბოზომებში და უჯრედების პროტოპლაზმაში.
სტრუქტურის აღწერისას ნუკლეინის მჟავებიგაითვალისწინეთ მაკრომოლეკულების ორგანიზების სხვადასხვა დონე: პირველადიდა მეორადისტრუქტურა.
- პირველადი სტრუქტურანუკლეინის მჟავები ეს არის ნუკლეოტიდური შემადგენლობა და ნუკლეოტიდური ერთეულების გარკვეული თანმიმდევრობა პოლიმერულ ჯაჭვში.
შემოკლებული ერთასოიანი აღნიშვნით ეს სტრუქტურა იწერება როგორც ...– A – G – C –...
- ქვეშ მეორადი სტრუქტურანუკლეინის მჟავებს ესმით პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვების სივრცით მოწესრიგებული ფორმები.
ამ სივრცულ სტრუქტურას უჭირავს მრავალი წყალბადის ბმა, რომელიც წარმოიქმნება სპირალისკენ მიმართული აზოტოვანი ბაზებით. წყალბადის ბმები წარმოიქმნება ერთი ჯაჭვის პურინის ფუძესა და მეორე ჯაჭვის პირიმიდინის ფუძეს შორის. ეს ფუძეები ქმნიან დამატებით წყვილებს (ლათ. კომპლემენტუმი- დამატება). წყალბადის ბმების წარმოქმნა კომპლემენტარულ ბაზის წყვილებს შორის განპირობებულია მათი სივრცით შესაბამისობით. პირიმიდინის ბაზა ავსებს პურინის ფუძეს:
წყალბადის ბმები სხვა ბაზის წყვილებს შორის ხელს უშლის მათ ორმაგი სპირალის სტრუქტურაში მორგებას. ამრიგად,
- თიმინი (T) ავსებს ადენინს (A),
- ციტოზინი (C) არის გუანინის (G) დამატებითი.
პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვების კომპლემენტარულობა ემსახურება დნმ-ის ძირითადი ფუნქციის ქიმიურ საფუძველს - მემკვიდრეობითი მახასიათებლების შენახვას და გადაცემას.
დნმ-ის უნარი არა მხოლოდ შეინახოს, არამედ გამოიყენოს გენეტიკური ინფორმაცია, განისაზღვრება მისი შემდეგი თვისებებით:
რნმ-ის მეორადი სტრუქტურა. დნმ-ისგან განსხვავებით, რნმ-ის მოლეკულები შედგება ერთი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვისგან და არ აქვთ მკაცრად განსაზღვრული სივრცითი ფორმა (რნმ-ის მეორადი სტრუქტურა დამოკიდებულია მათ ბიოლოგიურ ფუნქციებზე).
რნმ-ის მთავარი როლი არის უშუალო მონაწილეობა ცილის ბიოსინთეზში. ცნობილია ფიჭური რნმ-ის სამი ტიპი, რომლებიც განსხვავდება უჯრედში მდებარეობით, შემადგენლობით, ზომით და თვისებებით, რაც განსაზღვრავს მათ სპეციფიკურ როლს ცილის მაკრომოლეკულების ფორმირებაში:
- მესინჯერი რნმ გადასცემს ინფორმაციას დნმ-ში კოდირებული ცილის სტრუქტურის შესახებ უჯრედის ბირთვიდან რიბოსომებამდე, სადაც ხდება ცილის სინთეზი;
- გადაცემის რნმ-ები აგროვებს ამინომჟავებს უჯრედის ციტოპლაზმაში და გადააქვს მათ რიბოსომაში; ამ ტიპის რნმ-ის მოლეკულები „სწავლობენ“ მესინჯერი რნმ-ის ჯაჭვის შესაბამისი მონაკვეთებიდან, რომელი ამინომჟავები უნდა მონაწილეობდნენ ცილების სინთეზში;
- რიბოსომული რნმ უზრუნველყოფს გარკვეული სტრუქტურის ცილის სინთეზს მესინჯერ რნმ-დან ინფორმაციის წაკითხვით.
ვარჯიში:
დნმ-ის ყველა მოლეკულის საერთო მასა ადამიანის ერთი სომატური უჯრედის 46 ქრომოსომაში არის დაახლოებით 6x10-9 მგ. განსაზღვრეთ დნმ-ის ყველა მოლეკულის მასა ბირთვში ოოგენეზის დროს მეიოზის დაწყებამდე, მეიოზის I და მეიოზის II პროფაზაში. ახსენით თქვენი შედეგები.
პასუხი:
მეიოზის დაწყებამდე ქრომოსომა ორმაგდება, მთლიანი დნმ-ის მასა ხდება 12x10-9 მგ.
მეიოზის I პროფაზაში ქრომოსომების რაოდენობაში ჯერ არ მომხდარა ცვლილებები 12x10-9 მგ.
მეიოზის პირველი გაყოფის დროს ქრომოსომების რაოდენობა 2-ჯერ შემცირდა, შესაბამისად, მეიოზის II პროფაზაში არის 6x10-9 მგ დნმ.
დისკუსია:
დიმიტრი პოზდნიაკოვი:პირველი ნაბიჯი არ მესმის. რატომ ნიშნავს "დნმ-ის ყველა მოლეკულის მთლიანი მასა" 46 ერთ ქრომოსომას და არა 46 ორმაგს? - ეს არანაირად არ წერია. პირადად მე შეცდომა დავუშვი ამ დავალების შესრულებისას, მივიღე 6, 6 და 3.
ანასტასია:განყოფილებებს შორის ინტერფაზაში თითოეული ქრომოსომა შედგება ერთი ქრომატინის ძაფისგან, ანუ 2n2c (სადაც n არის ქრომოსომების რაოდენობა, c არის ქრომატინის ძაფების რაოდენობა). მეიოზამდე უშუალოდ ხდება დუბლირება - 2n4c, ანუ თითოეული ქრომოსომა შედგება ორი ქრომატინის ძაფისგან. I პროფაზაში თანაფარდობა შენარჩუნებულია - 2n4c, ხოლო პირველი გაყოფის შემდეგ ქრომოსომების რაოდენობა მცირდება და ერთი ქრომოსომა შედგება ორი ძაფისგან - n2c, მეორე გაყოფის შემდეგ რჩება nc, ანუ ერთი ქრომოსომა - ერთი ჯაჭვი.