Объяснение и исследование ДНК

Содержание

• О ДНК
• ДНК в здоровье, болезнях и старении
• Ваш обширный геном
• Повреждение ДНК и мутации
• ДНК и старение
• Из чего состоит ДНК?
• Как выглядит ДНК?
• Что делает ДНК?
• ДНК помогает вашему телу расти
• Как перейти от кода ДНК к белку?
• Где найти ДНК?
• Эукариотические клетки
• Прокариотические клетки
• Что происходит, когда ваши клетки делятся?
• Вынос

Почему ДНК так важна? Проще говоря, ДНК содержит инструкции, необходимые для жизни.

Код в нашей ДНК дает указания о том, как производить белки, жизненно важные для нашего роста, развития и общего состояния здоровья.

О ДНК

ДНК означает дезоксирибонуклеиновую кислоту. Он состоит из биологических строительных блоков, называемых нуклеотидами.

ДНК - жизненно важная молекула не только для человека, но и для большинства других организмов. ДНК содержит наш наследственный материал и наши гены - это то, что делает нас уникальными.

Но что на самом деле ДНК делать? Продолжайте читать, чтобы узнать больше о структуре ДНК, о том, что она делает и почему это так важно.

ДНК в здоровье, болезнях и старении

Ваш обширный геном

Полный набор вашей ДНК называется вашим геномом. Он содержит 3 миллиарда оснований, 20 000 генов и 23 пары хромосом!

Вы наследуете половину своей ДНК от отца и половину от матери. Эта ДНК происходит от сперматозоидов и яйцеклеток соответственно.

На самом деле гены составляют очень небольшую часть вашего генома - всего 1 процент. Остальные 99 процентов помогают регулировать такие вещи, как, когда, как и в каком количестве вырабатываются белки.

Ученые все еще узнают все больше и больше об этой «некодирующей» ДНК.

Повреждение ДНК и мутации

Код ДНК подвержен повреждениям. Фактически, по оценкам, десятки тысяч событий повреждения ДНК происходят каждый день в каждой из наших клеток. Повреждение может произойти из-за ошибок в репликации ДНК, свободных радикалов и воздействия УФ-излучения.

Но не бойтесь! В ваших клетках есть специализированные белки, которые способны обнаруживать и восстанавливать многие случаи повреждения ДНК. Фактически, существует по крайней мере пять основных путей восстановления ДНК.

Мутации - это изменения в последовательности ДНК. Иногда они могут быть плохими. Это связано с тем, что изменение кода ДНК может оказывать влияние на способ производства белка.

Если белок не работает должным образом, это может привести к болезни. Некоторые примеры заболеваний, которые возникают из-за мутации в одном гене, включают муковисцидоз и серповидно-клеточную анемию.

Мутации также могут привести к развитию рака. Например, если гены, кодирующие белки, участвующие в росте клеток, мутированы, клетки могут бесконтрольно расти и делиться. Некоторые мутации, вызывающие рак, могут передаваться по наследству, в то время как другие могут передаваться в результате воздействия канцерогенов, таких как УФ-излучение, химические вещества или сигаретный дым.

Но не все мутации плохи. Мы постоянно их приобретаем. Некоторые из них безвредны, в то время как другие способствуют нашему разнообразию как вида.

Изменения, происходящие более чем у 1 процента населения, называются полиморфизмами. Примеры некоторых полиморфизмов - цвет волос и глаз.

ДНК и старение

Считается, что не восстановленные повреждения ДНК могут накапливаться с возрастом, помогая управлять процессом старения. Какие факторы могут на это повлиять?

Что-то, что может сыграть большую роль в повреждении ДНК, связанном со старением, - это повреждение, вызванное свободными радикалами. Однако одного этого механизма повреждения может быть недостаточно для объяснения процесса старения. Также могут быть задействованы несколько факторов.

Одна из причин, по которой с возрастом накапливаются повреждения ДНК, основывается на эволюции. Считается, что повреждение ДНК восстанавливается более точно, когда мы в репродуктивном возрасте и у нас есть дети. После того, как мы прошли пик репродуктивного возраста, процесс восстановления естественным образом замедляется.

Другая часть ДНК, которая может участвовать в старении, - это теломеры. Теломеры - это участки повторяющихся последовательностей ДНК, которые находятся на концах ваших хромосом. Они помогают защитить ДНК от повреждений, но также укорачиваются с каждым раундом репликации ДНК.

Укорочение теломер связано с процессом старения. Также было обнаружено, что некоторые факторы образа жизни, такие как ожирение, воздействие сигаретного дыма и психологический стресс, могут способствовать укорочению теломер.

Возможно, выбор здорового образа жизни, такой как поддержание здорового веса, управление стрессом и отказ от курения, может замедлить укорочение теломер? Этот вопрос продолжает вызывать большой интерес у исследователей.

Из чего состоит ДНК?

Молекула ДНК состоит из нуклеотидов. Каждый нуклеотид содержит три разных компонента - сахар, фосфатную группу и азотистое основание.

Сахар в ДНК называется 2’-дезоксирибозой. Эти молекулы сахара чередуются с фосфатными группами, составляя «основу» цепи ДНК.

К каждому сахару в нуклеотиде присоединено азотистое основание. В ДНК есть четыре различных типа азотистых оснований. Они включают:

• аденин (А)
• цитозин (С)
• гуанин (G)
• тимин (Т)

Как выглядит ДНК?

Две нити ДНК образуют трехмерную структуру, называемую двойной спиралью. На рисунке это немного похоже на лестницу, скрученную в спираль, в которой пары оснований - ступеньки, а сахарно-фосфатные основы - ноги.

Кроме того, стоит отметить, что ДНК в ядре эукариотических клеток линейна, что означает, что концы каждой цепи свободны. В прокариотической клетке ДНК образует кольцевую структуру.

Что делает ДНК?

ДНК помогает вашему телу расти

ДНК содержит инструкции, которые необходимы организму - например, вам, птице или растениям - для роста, развития и воспроизводства. Эти инструкции хранятся в последовательности пар нуклеотидных оснований.

Ваши клетки читают этот код с трех оснований за раз, чтобы генерировать белки, необходимые для роста и выживания. Последовательность ДНК, содержащая информацию для создания белка, называется геном.

Каждая группа из трех оснований соответствует определенным аминокислотам, которые являются строительными блоками белков. Например, пары оснований T-G-G определяют аминокислоту триптофан, тогда как пары оснований G-G-C определяют аминокислоту глицин.

Некоторые комбинации, такие как T-A-A, T-A-G и T-G-A, также указывают на конец последовательности белка. Это говорит клетке не добавлять больше аминокислот к белку.

Белки состоят из различных комбинаций аминокислот. Собранные вместе в правильном порядке, каждый белок имеет уникальную структуру и функцию в вашем теле.

Как перейти от кода ДНК к белку?

До сих пор мы узнали, что ДНК содержит код, который дает клетке информацию о том, как производить белки. Но что происходит между ними? Проще говоря, это происходит в два этапа:

Во-первых, две нити ДНК разделились. Затем специальные белки в ядре считывают пары оснований на цепи ДНК, чтобы создать промежуточную молекулу-мессенджер.

Этот процесс называется транскрипцией, а созданная молекула называется информационной РНК (мРНК). мРНК - это еще один тип нуклеиновой кислоты, и он выполняет именно то, что подразумевает его название. Он перемещается за пределы ядра, служа сообщением для клеточного аппарата, который строит белки.

На втором этапе специализированные компоненты клетки считывают сообщение мРНК по трем парам оснований одновременно и работают над сборкой белка, аминокислота за аминокислотой. Этот процесс называется переводом.

Где найти ДНК?

Ответ на этот вопрос может зависеть от типа организма, о котором вы говорите. Есть два типа клеток - эукариотические и прокариотические.

У людей ДНК есть в каждой клетке.

Эукариотические клетки

У людей и многих других организмов есть эукариотические клетки. Это означает, что их клетки имеют мембраносвязанное ядро ​​и несколько других мембраносвязанных структур, называемых органеллами.

В эукариотической клетке ДНК находится внутри ядра. Небольшое количество ДНК также находится в органеллах, называемых митохондриями, которые являются электростанциями клетки.

Поскольку в ядре есть ограниченное пространство, ДНК должна быть плотно упакована. Есть несколько различных этапов упаковки, однако конечный продукт - это структуры, которые мы называем хромосомами.

Прокариотические клетки

Такие организмы, как бактерии, являются прокариотическими клетками. Эти клетки не имеют ядра или органелл. В прокариотических клетках ДНК плотно свернута в середине клетки.

Что происходит, когда ваши клетки делятся?

Клетки вашего тела делятся как нормальная часть роста и развития. Когда это происходит, каждая новая клетка должна иметь полную копию ДНК.

Для этого ваша ДНК должна пройти процесс, называемый репликацией. Когда это происходит, две нити ДНК разделяются. Затем специализированные клеточные белки используют каждую цепь в качестве матрицы для создания новой цепи ДНК.

Когда репликация завершена, появляются две двухцепочечные молекулы ДНК. По завершении деления в каждую новую ячейку попадет один набор.

Вынос

ДНК имеет решающее значение для нашего роста, воспроизводства и здоровья. Он содержит инструкции, необходимые вашим клеткам для выработки белков, которые влияют на множество различных процессов и функций в вашем организме.

Поскольку ДНК так важна, повреждения или мутации иногда могут способствовать развитию болезни. Однако также важно помнить, что мутации могут быть полезными и способствовать нашему разнообразию.