Генная инженерия. ДНК и РНК

24 Декабря в 22:15 1347 0


Генная инженерия - это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Основа прикладной генетической инженерии - теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.

Генетическая инженерия возникла в 1972 г. в Станфордском университете США. Тогда лаборатория П. Берга получила первую рекомбинантную (гибридную) ДНК. Она соединяла в себе фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса SV40.

Генная инженерия - это направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. В основе генной инженерии лежит обусловленная последними достижениями молекулярной биологии и генетики возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот.

К этим достижениям следует отнести установление универсальности генетического кода, т. е. факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями в цепи ДНК; успехи генетической энзимологии, представившей в распоряжение исследователя набор ферментов, позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты, осуществлять in vitro синтез фрагментов нуклеиновых кислот, объединить в единое целое полученные фрагменты.

Таким образом, изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов нового генетического материала и введение его в рецепиентный организм, создания условий для его функционирования и стабильного исследования.

ДНК и РНК

Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные гетерополимеры с молекулярной массой до десяти миллионов, которые в результате гидролиза дают эквимолекулярную смесь гетероциклических аминов, пентозы и фосфорной кислоты. Они играют главную роль в передаче наследственных признаков (генетической информации) и управлении процессом биосинтеза белка. Впервые были выделены швейцарским биологом Ф. Мишером (1869 г.) из ядер клеток.

Нуклеиновые кислоты относят к одному из двух классов: РНК (рибонуклеиновая кислота) и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота); при полном гидролизе РНК образуется пентоза D-рибоза, а при гидролизе ДНК образуется 2-дезокси-D-рибоза. Неполный гидролиз нуклеиновых кислот дает нуклеотиды, которые могут быть гидролизованы до фосфорной кислоты и нуклеозидов. При гидролизе нуклеозида получают гетероциклический амин (или нуклеиновое основание) и соответствующую пентозу.

Длина молекул ДНК в клетках человека достигает нескольких сантиметров. Возможно, что ДНК каждой хромосомы представляет собой единую гигантскую молекулу или небольшое число таких молекул. Общая длина ДНК в 23-х парах хромосом человека равна примерно 1,5 м. Клетки бактерий часто содержат единственную молекулу ДНК. Молекулы РНК короче: длина их обычно не превышает 0,01 мм.

Основная часть ДНК находится в ядре клетки; небольшое количество ДНК имеется в митохондриях (около 0,2 % от всей клеточной ДНК). РНК отличаются большим разнообразием молекул и обнаруживаются во всех частях клетки.

Структурные элементы нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты состоят из последовательности химически связанных структурных единиц - нуклеотидов. Каждый нуклеотид построен из трех компонентов: фосфорной кислоты, моносахарида пенто-зы и гетероциклического азотистого основания - производного пиримидина или пурина.


Азотистые основания
Азотистые основания
Пиримидиновые основания, представленные в нуклеиновых кислотах, следующие:
Пиримидиновые основания
Пуриновые основания, представленные в нуклеиновых кислотах, это:
Пуриновые основания
Три из этих оснований - аденин (А), гуанин (G) и цитозин (С) типичны как для ДНК, так и для РНК. Тимин (Т) входит только в состав ДНК, а урацил (U) - только в РНК.

В состав каждой нуклеиновой кислоты входят четыре основания, таким образом:
• ДНК содержит аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T);
• РНК содержит аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и урацил (U).

Моносахарид пентоза. В нуклеиновых кислотах представленыпятичленные сахара
Моносахарид пентоза
Чтобы избежать путаницы между нумерацией азотистых оснований и пентоз, атомы углерода в пентозах нумеруются со штрихом.

Фосфатные группы - остатки фосфорной кислоты, находящиеся в виде анионов: именно они придают всей структуре кислотные свойства. Фосфатные группы могут быть моно-, ди- или трифосфатными:
Фосфатные группы
Соединения основания и пентозы называют нуклеозидом. Связь (в-гликозидная) образована первым атомом углерода пентозы (C-1') в пиримидиновых нуклеозидах (N-1) и девятым атомом азота (N-9) в пуриновых нуклеозидах:
Соединения основания и пентозы называют нуклеозидом
Нуклеотиды представляют собой нуклеозидмонофосфаты, при этом фосфатная группа в нуклеотидах может находиться в 5' или 3' положении пентозного кольца, например:
нуклеозидмонофосфаты
Дезоксирибонуклеотиды в организме используются для образования ДНК. Функции рибонуклеотидов более разнообразны. Основная их масса расходуется на образование РНК. Кроме того, рибонуклеотиды выполняют роль коферментов в некоторых трансферазных реакциях (в частности, при синтезе полисахаридов).

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы