Молекулярная догма: ДНК и ее информационные свойства

МЕНЮ


Главная страница
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Я к вам молекулярный генетик из мокрой лабы, юный капатель, так сказать, и хочу рассказать вам про Центральную Молекулярную Догму в мемасах и приколдесах, пока научник меня, тварь дрожащую, не посадил обратно за диссер. Надеюсь, удастся написать целый цикл, который потом опубликуем по президентскому гранту как учебник для зумеров.

Таки що такое Догма? Это постулат, описывающий направление реализации генетической информации в череде биополимеров. Звучит Догма так: ДНК ? РНК ? Белок. Догму со времен ее постулирования, дополнили таже процессами репликации, то есть процессом ДНК ? ДНК, и еще процессом ревернирования РНК ? ДНК, который освоили некоторые хитроэволюционировавшие вирусы. Конечно же, все эти процессы человечество вознамерилось обуздать во благо самого себя, и воздвигнуть храм собственного всемогущества на могиле Господа Бога в мастерской природы.

Чтобы строевыми шагами повелителей мира пройтись по всем этапам, мы должны познакомиться с каждым персонажем в нашей догме, и начнем, пожалуй, с ДНК, что это такое и какими свойствами обладает. Что мы можем сказать по составу ДНК из ее тривиального названия — Дез Окси Рибо Нуклеиновая Кислота? То бишь кислое вещество (донор протона), с Рибозой (это такой сахарозаменитель), без кислорода, и еще и Нуклеиновая, типа там есть нуклеотиды, в школе вы могли что-то про них слышать. Ок, а если представить себе картинку, то ДНК — это такая длиннющая двойная спираль, еще говорят цепь ДНК, мм, и вот что я вам скажу по этому поводу, ребята.

Когда вы видите двойную спираль — это две молекулы, две цепи, слипшиеся друг с другом с помощью водородных связей. Да, сразу две, а не одна! Молекула это вообще то, что хрен порвешь, вот одну молекулу хрен порвешь, а разъединить две цепи друг от друга как нефиг делать. Водородные связи, которые скрепляют две цепи, по природе те же связи, что держат вместе две молекулы воды. Ну вот и попробуйте разделить кусок воды пополам, это куда легче, чем разломать затвердевший кристалл соли (там ионные связи), кусок железа (там металлические), или кусок алмаза (там ковалентные). Вот эти ковалентные связи связывают звенья одной цепи (нуклеотиды) ДНК в одну цепь, а водородные держат две цепи вместе, надеюсь доходчиво объясняю.

Так из чего же, из чего же, сделана наша ДНК? Запоминаем: из фосфатов, из рибозы, и из азотистых оснований (вот они слева направо: аденин, тимин, гуанин, цитозин). Остов, ось, как угодно, ДНК, составляют фосфаты и рибозы, а азотистые основания торчат в разные стороны, как иголки на еловой ветке. Фосфорная кислота (пищевая добавка Е338, встречается в газировке и везде) это такая лютая химоза, практически неорганика, но она как раз связывает нуклеозиды друг с другом ковалентными связями, прочными шо твой алмаз, а так же запасает энергию для построения этих самых цепей ДНК, но об этом чуть позже.

Рибоза же это такой мирный сахарок, и как раз единственная маленькая часть, отличающая ДНК (ДЕЗОКСИрибонуклеин) от РНК (просто рибонуклеин). Отличает она тем, что в одном месте (на втором по порядку атоме углерода этого сахара) может быть приковаленчена группа -ОН (этот гидроксил вообще часто встречается, например он делает из невкусного этана вкусный этиловый спирт ммм подходи поближе пальчики оближу), или вместо нее скучный водород -Н. Такие казалось бы маленькие различия, на один кислород, играют огромную роль, когда речь заходит о полимерах длиной в сотни миллионов звеньев, и определяют различия в поведении РНК и ДНК, такие как растворимость, пространственную подвижность, каталитические возможности и так далее.

Еще у рибозы есть два важных места — третий и пятый углероды, так, предыдущий нуклеотид цепляется своим третьим углеродом (через фосфат) к пятому углероду следующего нуклеотида. То есть, пятый сзади, третий спереди, это чисто химики такую номенклатуру придумали, но мы сидим и терпим, щоб вся система работала, небольшая же цена мирового господства, правда?

Итак, у нуклеотидов, звеньев нашей генетической цепи, всегда постоянные компоненты это фосфат и дезоксирибоза. К первому углероду рибозы прикручено азотистое основание, которое и является информационной начинкой всего пирожка. Итак, мы уже выяснили, что их всего четверо (АТГЦ), и они всегда вместе, как огонь и вода (А и Т), как небо и земля (Г и Ц). «Почему так нахуй!??! Почему нуклеотиды должны, они должны нуклеотиды, эй, вечные нуклеотиды, нахуй!?!?!» - закричал Эрвин Чаргафф в 1949 году, опрокидывая свой стол. Эрвин был удивлен тем, что если взять твою, котан, ДНК, все молекулы со всех клеток организма, то окажется, что количество Аденинов в ней равно количеству Тиминов, с Гуанинами и Цитозинами та же ситуация.

А все потому что у этих азотистых оснований, на том самом конце, которым они торчат навстречу второй цепи, в особой пространственной конфигурации торчат либо атомы водорода, по сути соло протоны, заряженные, как известно, положительно, либо отсутствие оных, заполненное электронами, ээ, неподеленная электронная пара. Суть в том, что все химические связи образуются на базе притягивания противоположностей — протонов к электронам. У водорода есть один электрон, он может образовывать одну связь. У углерода — 4 (на внешнем, незаполненном, то есть на неполноценном слое). У азота таких 5, а у кислорода 6, но ячеек на создание связей в нормальных энергетических условиях (на Земле) всего 4, таким образом, одна или две ячейки у них не могут быть потрачены на создание связи путем обобществления электронов. Такие ячейки заняты самодостаточными и довольными парами электронов, которые торчат из атома и заряжены, как все электроны, отрицательно. Вот эти самые торчащие неподеленные электронные пары могут притягиваться к торчащему же атому водорода, и образовывать водородную связь, надеюсь теперь понятно, почему она так называется. И некрепкая она как раз потому, что обобществления не происходит, просто они держатся рядом как на магнитиках.

Со сложной химией закончили, теперь почему А = Т и Г = Ц. Потому что на макушке у Аденина ровно такая конфигурация плюсиков и минусиков, которая подходит только к оной у Тимина, для Г и Ц, понятно, так же, за одним различием — у связи А с Т две таких пары, водородных связи, а у Г и Ц — три. Поэтому всегда напротив А стоит Т, а… да мы это уже слышали все и поняли, заебал.

Ну теперь быстренько по свойствам ДНК. Эти свойства, которые нас интересуют, вовсе не химические (слава Одину!), а, я бы сказал, информационные. ДНК же носитель информации, поэтому с ней можно делать те же информационные операции, что вы можете делать со строковым типом данных. Щас разберемся и станет понятно, к чему это я. Кстати, эти свойства, на самом деле, вторичны — томушто так довелось в догме, приписывать всему свойства. Иногда это имеет непосредственный смысл, тут — не настолько. Погнали:

1) нерегулярность. Это о том, что нет какого-то повторяющегося мотива, из предыдущей последовательности нельзя предсказать следующую букву. Есть регулярные полимеры, часто это сахара, а в случае ДНК регулярность выглядела бы так: (АТГЦАТГЦАТГЦ)*N, где N – миллион бесконечность. Такая штука, конечно, рофляная, но объем информации может хранить крайне скудный.

2) двуцепочечность. Да, две цепи имеет, это мы уже разобрали.

3) комплементрность. Цепи относительно друг друга строятсся по принципу А напротив Т, Г напротив Ц, и зная последовательность одной цепи, можно безошибочно восстановить последовательность второй (а они не одинаковые нихрена получаются, да). Из этого следует операция комплементирования — взять строку и поменять в ней все буквы на их комплементарного товарища.

4) направленность. Помните про жопки и передки у рибоз? Так вот, чтение ДНК в ту или иную сторону не равнозначны совсем. Напомню, что с одной стороны у цепи торчит пятый углерод рибозы (это задок), а спереди, соответственно — третий углерод. И для всех процесов, происходящих с ДНК, направление всегда регламентировано.

5) антипараллельность. И тут — опа! оказывается, что в двойной спирали одна цепь находится в прямой ориентации, а другая вверх ногами — мы называем это реверс. Таким образом, на каждом из концов двойной спирали соседствуют 5-конец одной цепи, и 3-конец другой. Поэтому, чтобы получить из одной цепи вторую, надо провести операцию реверс-комплементирования: взять результат комплементирования, и записать его задом наперед! Кстати, так принято, что мы записываем последовательность ДНК от 5-конца к 3-концу: 5-АТГЦГЦТА-3, только обозначения концов часто упускаются.

6) денатурация. Это значит, что приложив незначительные усилия, можно разъединить цепи ДНК. Как это делается в физическом плане? Банально — нагреванием.

7) самокопирование. ДНК, при участии, конечно, белковой машинерии, может копировать сама себя, и в этом комплементарность и антипараллельность играют наипрямейшее значение. Так, все процессы матричного синтеза происходят, запоминайте: ОТ 5-КОНЦА к 3-КОНЦУ, и это касается того куска ДНК, который мы СИНТЕЗИРУЕМ. То есть, на 3-конец одной цепи садится ДНК-полимераза, строит 5-конец синтезируемой цепи, и шурует дальше до ее 3-конца, приближаясь к 5-концу первой, матричной, цепи.

8) транскрибируемость. Еще из ДНК можно сделать РНК. То есть здесь мы видим перевод информации в другой класс кодирование, криптография тут пока такая простенькая, но какая-никакая уже есть.

9) наличие вышележащих структур. Это про то, что первичная структура ДНК — ее последовательность. Вторичная — это спираль. Спираль тоже несет информацию в себе, но она уже более регулярную структуру имеет — так, виток спирали, включающий 10 нуклеотидов, имеет толщину 2 нанометра, а в длину 3,4 нанометра. Сама спираль дальше накручивается на гистоны, получается такая штука в духе длиннющих бус. Эти бусы дальше еще как-то сворачиваются очень интересно, о том, как конкретно — мы обязательно поговорим. Каждый из новых уровней сворачивания ДНК несет свою информационную нагрузку, вдобавок к нижележащим. Для затравки загадка — как, учитывая параметры витка спирали, в ядро клетки, диаметром всего-то 10 микрометров, помещается одна-единственная первая хромосома человека, длиной в 250 миллионов нуклеотидов


Источник: vk.com

Комментарии: