1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Принцип комплементарності — основа, суть

Принцип комплементарності — основа, суть

До заслуг вчених Уотсона і Крика відноситься визначення і виділення ДНК як подвійної спіралі. Генетики детально описали будову молекули в темі “нуклеїнові кислоти”. До її складу входять наступні підстави принципу комплементарності: аденін (а), тимін (Т), цитозин (Ц), гуанін (Г). Між ними існує водневий зв’язок, яка виникає тільки на певних ділянках ланцюга.

Опис спіралі

Відтворення молекули ДНК засноване на наступному-ланцюжок можна використовувати в якості матриці для складання нової молекули. В результаті поділу відбувається мимовільне або реплікація. Сутність процесу полягає в отриманні кожною дочірньою клітиною копії материнського ДНК. Головна роль з’єднання-передача спадкової інформації.

Сама молекула складається з наступних форм РНК:

  • Інформаційні або матричні;
  • транспортний;
  • рибосомні.

Вони, на відміну від ДНК, мають наступні ознаки: немає азотистої основи тиміну, замість нього використовується урацил. Відсутній цукор, але є рибоза. Визначення структури односпіральних білків залежить від набору і порядку розташування амінокислот в пептидних ланцюжках. Подібна інформація зашифрована за допомогою генетичного коду (ГК).

Він представлений у вигляді єдиної системи запису спадкової інформації. Подібна послідовність нуклеотидів в ДНК визначає ланцюжок амінокислот в білку. Структурна одиниця ГК представлена у вигляді кодуючого тринуклеотиду. Пара кодів повинна відповідати послідовності амінокислот білка.

Оскільки існує 4 різних нуклеотиду, сумарна кількість кодів дорівнює 64. Інформація про деякі амінокислоти може утримуватися тільки в 61 амінокислоті. Решта 3 стоп-коду вказують на зупинку трансляції поліпептидного ланцюга.

Властивості і катаболізм

У старших класах на біології вивчаються властивості ГК. Один код може утворити тільки одну амінокислоту. Щоб записати мРНК, “коми” не використовуються. При шифруванні має дотримуватися наступна умова  -одна амінокислота кодується різними кодами. Приклади інших властивостей молекул:

  • Крім вірусів, у кожного нуклеотиду один кодон.
  • ГК однаковий для всіх організмів.
  • Триплети в ДНК йдуть в послідовності, аналогічної для амінокислот в білку.

Перспективи розвитку досліджень
Щоб розібратися, в чому полягає принцип комплементарності, необхідно розглянути деякі процеси: всмоктування і перетравлення нуклеїнових кислот (НК), катаболізм (енергетичний обмін). Вчені довели, що організм здатний переварити до 1 гр на добу. Процес перетравлення здійснюється в тонкому кишечнику. Попередньо НК під впливом ферментів перетворюються в мононуклеотиди.

У тонкому кишечнику від речовин відщеплюється фосфорна кислота. Утворюються нуклеозиди. Деяка частина розпадається на вуглеводи і азотисті підстави. Утримувати НК – завдання печінки. Процес енергетичного обміну, дисиміляції або катаболізму полягає в розпаді складних компонентів на більш прості. Спостерігається окислення будь-якої речовини. Явище супроводжується звільненням енергії у вигляді молекули АТФ з теплом.

У клітинах обмін РНК протікає інтенсивніше, ніж обмін ДНК. На останньому етапі процесу НК розщеплюються на наступні компоненти:

  • вуглевод;
  • азотисті основи (АС);
  • фосфорна кислота.

Пуринові АС при катаболізмі втрачають аміногрупу, окислюючись, перетворюючись в сечову кислоту. Піримідинові АС піддаються глибокому розщепленню до води, вуглекислого газу і аміаку. Вуглеводи переходять в глюкозу. Фосфорна кислота не піддається розпаду. Вона бере участь в реакціях фосфорилювання і фосфолізу або при надлишку виділяється з організму з уриною.

Закон взаємодоповнення

Терміном “комплементарність” в біології позначають взаємну відповідність молекул біополімерів, які забезпечують зв’язок між комплементарними (просторово взаємодоповнюючими) частинами молекул внаслідок будь-яких супрамолекулярних взаємодій (водневих, гідрофобних). Правило комплементарності ДНК і РНК полягає в наступному-водневий зв’язок і подвійна спіраль утворюються тільки тоді, коли більша підстава а в одному ланцюзі має в якості партнера в другій ланцюга менше за параметрами піримідинове підставу Т, А Г пов’язаний З Ц. такий закон можна записати наступним чином:

  • …- Г-Ц-Г-А-А-Т-Ц-Ц-Т-А-…
  • …- Ц-Г-Ц-Т-Т-А-Г-Г-А-Т-…

Подібна закономірність часто відображається у вигляді таблиці. Відповідність А Т і Г Ц-правило комплементарності, а ланцюга — комплементарними. З урахуванням Закону зміст а в ДНК завжди збігається з кількістю Т, а обсяг Г дорівнює числу Ц. два ланцюги ДНК можуть відрізнятися хімічно, але вони несуть одну інформацію, так як за правилом Уотсона і Крика випливає, що один ланцюжок задає іншу.

Структура РНК вважається менш впорядкованою, ніж ДНК. Найчастіше це проста молекула, тільки деякі віруси складаються з двох ланцюгів. Остання структура вважається більш гнучкою, ніж ДНК. Певні ділянки в молекулі РНК взаємно комплементарні, а при згинанні вони спаровуються. Таким способом утворюються дволанцюгові структури. Подібною характеристикою володіють транспортні РНК.

Функції та відновлення

Принцип комплементарності лежить в основі взаємодії, подвоєння або реплікації молекул ДНК. По ньому утворюється дочірня ланцюжок. При подальшому розподілі материнської клітини кожна дочірня отримує по 1 копії молекули ДНК. Вона ідентична структурі матері. Процес забезпечує тонку передачу генетичної інформації між поколіннями.

Від правильності реплікації залежить точність відповідності комплементарних пар основ. Інші характеристики явища:

  • матричність – однозначне визначення послідовності синтезованого ланцюжка;
  • напівконсервативність-структура, утворена при реплікації, вважається знову синтезованою, а інша – материнською;
  • спрямованість – йде від п’ятого кінця нового ланцюга до третього;
  • напівнепреривність – постійний синтез однієї молекули і набір фрагментів другого ланцюга.

Реплікація протікає в кілька етапів. Попередньо розплітаються молекули за допомогою ферменту хелікази. Утворюються матриці, на яких буде здійснюватися синтез нових ліній. На наступному етапі відбувається фіксація нових нуклеотидів за принципом комплементарності. Нові клітини розходяться, скручуючись в спіраль. За одну секунду відбувається реплікація 750 нуклеотидів.

Головна функція молекули полягає в зберіганні і передачі наступному поколінню спадкової інформації, записаної в ній. За рахунок принципу комплементарності реплікація створює точну копію первинної молекули. Таким способом утворюються нові клітини, ідентичні материнським.

Значення принципу

Взаємодоповнюваність вважається важливим процесом при формуванні білків. Без нього неможливий синтез дочірніх клітин. Явище відіграє важливу роль в розподілі молекул, оскільки кожен новий організм отримує по одній однаковій копії ДНК. За рахунок комплементарності забезпечується передача генетичної інформації від покоління до покоління.

Вивчивши принцип, можна зрозуміти механізм утворення мутацій, способи їх попередження. Із закону випливає наступний наслідок: реплікація дезоксирибонуклеїнової кислоти — важлива подія в розподілі клітин і синтезі білка. На основі принципу комплементарності працює Практична медицина ДНК-технологій.

Закон дозволив детально вивчити механізм розвитку захворювань, які передаються спадковим шляхом, проаналізувавши їх патогенез.

Галузі генетики та медицини, в яких успішно застосовується закон:

  • Створення вакцин для боротьби з різними типами гепатиту.
  • Розробка людського інсуліну.
  • Відновлення нормального згортання крові у пацієнтів, які страждають від гемофілії (хронічна кровоточивість).
  • Відкриття можливості введення в людський організм повноцінних генів, їх фрагментів з метою коригування деяких порушень обміну речовин.
  • Проведення терапії різних форм імунодефіциту у дітей.
  • Розробка ефективних методів терапії хворих на муковісцидоз (системне захворювання, пов’язане з мутацією генів), фенілкетонурією (вроджене порушення метаболізму), тяжкими спадковими патологіями.
  • Дослідження генів.

Перспективи комплементарності

За рахунок сучасного розвитку генетики і медицини взаємодоповнюваність отримує широке застосування в різних дослідженнях. Принцип сприяв встановленню і впровадженню в лікувальну практику теорії функціонування живого організму, його саморегуляцію, взаємовідношення функціональних систем.

Комплементарність дозволяє застосовувати деякі методики лікування, спрямовані на усунення внутрішніх патологічних процесів з використанням компенсаторних можливостей. Процес вивчення нуклеотидів надає шанс впроваджувати в головні терапевтичні методи найостанніші досягнення генної інженерії. Подібна можливість дозволяє побороти важкі спадкові патології, забезпечивши пацієнтам повноцінне життя.

При проведенні досліджень вчені виявили деякі цікаві факти. У геномі існує більше трьох мільярдів нуклеотидів, але лише близько одного відсотка беруть участь у кодуванні білків. Всього у людини знайдено понад 20 000 генів, при цьому кожен з них зберігається у відповідній клітині. Близько 4/5 генома переписується на РНК. У ДНК зосереджено кілька додаткових ділянок, які контролюють кодування і синтез білка.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Умови життя рослин