Біологічна роль ДНК

ДНК є носієм генетичної інформації, записаної у вигляді нуклеотидної послідовності за допомогою генетичного коду. З молекулами ДНК зв'язані дві основоположні властивості живих організмів — спадковість і мінливість. У ході процесу, що називається реплікацією ДНК, утворюються дві копії початкового ланцюжка, які успадковуються дочірніми клітинами при поділі. Клітини, що утворилися таким чином, будуть генетично ідентичними. Генетична інформація, потрібна для життєдіяльності клітини, зчитується при експресії генів. У більшості випадків вона використовується для біосинтезу білків у процесах транскрипції (синтезу молекул РНК на матриці ДНК) і трансляції (синтезу білків на матриці РНК).

Послідовність нуклеотидів «кодує» інформацію про різні типи РНК: кодуючі — матричні або інформаційні (мРНК) — та некодуючі — рибосомальні (рРНК), транспортні (тРНК), каталітичні та інші. Всі ці типи РНК синтезуються на основі ДНК у процесі транскрипції. Їхня роль у біосинтезі білків та інших процесах життєдіяльності клітини різна. Матрична РНК містить інформацію про послідовність амінокислот у білку, рибосомальні РНК служать основою для рибосом (складних нуклеопротеїнових комплексів, основна функція яких — збірка білка з окремих амінокислот на основі мРНК), транспортні РНК доставляють амінокислоти до місця збірки білків — в активний центр рибосоми, що рухається по мРНК.

За допомогою штучно синтезованої РНК можна розшифрувати кодони ДНК. Якщо кодон складається з однакових нуклеотидів, то на основі подібних гомополімерів можна синтезувати тільки відповідні гомо полімери:

УУУУУУУУУ → поліфенілаланін

поліурацил

ААААААААА → полілізин

Поліаденін

Якщо ж полімер – гомолог мРНК складається з декількох різних нуклеотидів, розшифровка ускладнюється. Для розшифровки кодонів перш за все треба знати точне співвідношення нуклеотидів у полімері, наприклад, А/У = 3/2, Ц/Г = ¼. Знаючи відносну частоту різних нуклеотидів, можна розрахувати імовірність того чи іншого триплету в цій штучно синтезованій мРНК. Наприклад, співвідношення У та Ц в мРНК дорівнює 2: 1. Отже, імовірність утворення триплета УУЦ дрівнює 2/3 х 2/3 х 1/3 = 4/27. Така ж сама вірогідність утворення й двох інших триплетів, що містять 2У + 1Ц (УЦУ, ЦУУ). Отже, ймовірність утворення всіх можливих триплетів у реакційній суміші, що містить 2У + 1Ц дорівнює:

2У1Ц УУЦ (2/3 х 2/3 х 1/3) х 3 = 4/27 х 3 = 12/27

УЦУ

ЦУУ

2Ц1У ЦЦУ (1/3 х 1/3 х 2/3) х 3 = 2/27 х 3 = 6/27

УЦЦ

ЦУЦ

3 У УУУ (2/3 х 2/3 х 2/3) х 1 = 8/27

3Ц ЦЦЦ (1/3 х 1/3 х 1/3) х 1 = 1/27

Порівняння відносної частоти триплетів різного складу з частотою амінокислот, що включаються в полімер під контролем цього полінуклеотиду, дозволяє розшифрувати триплети за співпадінням їх частот.

Контрольні питання

1. Що таке «центральна догма» молекулярної біології? Як відбувається процес реалізації генетичної інформації.

2. Опишіть будову та властивості молекули ДНК.

3. Вкажіть відмінності в будові молекул РНК і ДНК.

4. Розв’яжіть задачу: вміст гуаніну в дволанцюговій ДНК складає 28%. Визначити процентний вміст всіх нуклеотидів.

5. Розв’яжіть задачу: п’ять молекул ДНК мають наступні температури плавлення: 73 ⁰ С, 69⁰ С, 84⁰ С, 780С, 820С. Розташуйте ці молекули по мірі збільшення вмісту пар G-C.

6. Складіть висновок про будову наступних нуклеїнових кислот – ДНК чи РНК, дволанцюгова чи одноланцюгова.