История открытия ДНК

Денатурация ДНК - переход ДНК из двухнитевой формы в однонитевую при разрыве водородных связей между комплементарными парами оснований под воздействием высоких температур. 

ДНК — дезоксирибонукле-иновая кислота. Молекула, в которой содержится генетическая информация. Состоит из двух полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль 

Конформация - (от лат. conformatio - форма, построение, расположение) молекул, геометрические формы, которые могут принимать молекулы органических соединений при вращении атомов или групп атомов (заместителей) вокруг простых связей при сохранении. 

Лизировать - расщеплять, растворять 

Метаболизм - в узком смысле - превращение внутри клеток определенных веществ с момента их поступления до образования конечных продуктов. 

Мононуклеотиды - органические соединения, состоящие из пуринового или пиримидинового основания, углевода рибозы или дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. 

Нуклеосома  — основной структурный элемент хромосомы. Представляет собой белковую (гистоновую) сердцевину, на которую намотана ДНК. 

Нуклеотид — мономерное звено ДНК и РНК. 

Остов - внутренняя опорная часть предмета, на которой укрепляются другие его части. (Костяк, скелет (животного)).  

Праймер - небольшой кусок цепи ДНК, комплементарный участку более длинной цепи, подлежащей копированию (т.е. матрицы). 

Протоплазма - содержимое живой клетки, включая ядро и цитоплазму, а также содержимое многих неклеточных образований в организме. В протоплазме осуществляются все жизненные процессы.  

Протеолитические ферменты - ферменты класса гидролаз, катализирующие расщепление пептидных связей в белках и пептидах. Протеолитические ферменты: - осуществляют переваривание белков пищи; - синтезируются в виде неактивных проферментов. 

Пневмококки - открытые Френкелем двойные микробы (Diplococcus lanceolatus), болезненные возбудители крупозного воспаления легких. 

Пурин и пуриновые основания служат структурными фрагментами нуклеиновых кислот. 

Пиримидины - группа соединений (цитозин, урацил, тимин), входящих в состав нуклеиновых кислот. Пиримидины участвуют в кодировании и передаче наследственной информации. Азотистые основания. 

Полинуклеотиды -  (от поли и нуклеотиды), природные или синтетические биополимеры, состоящие из остатков многих нуклеотидов (мононуклеотидов). Природные полинуклеотиды играют важнейшую биологическую роль. 
 

Реципиент - клетка, получающая генетический материал от другой клетки. 

Репликация — это удвоение молекул ДНК. Основой репликации является уникальное свойство ДНК к самокопированию, что дает возможность деления клетки на две идентичные. При репликации ДНК, состоящая из двух скрученных молекулярных цепочек, раскручивается. Образуются две молекулярные нити, каждая из которых служит матрицей для синтеза новой нити, комплементарной к исходной. После этого клетка делится, и в каждой клетке одна нить ДНК будет старой, а вторая — новой. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК приводит к наследственным изменениям в организме — мутациям.

 
Спираль — так часто называют винтовую линию, форму которой имеет молекула ДНК. 

«Тетрануклеотидная» теория -  согласно которой ДНК состоит из повторяющихся блоков по четыре разных азотистых основания (аденин, тимин, гуанин и цитозин). 

Транскрипция — это перенос кода ДНК путем образования одноцепочной молекулы информационной РНК (и-РНК) на одной из нитей ДНК.                  и-РНК — это копия части молекулы ДНК, состоящей из одного или группы расположенных рядом генов, несущих информацию о структуре белков. 

Трансформация- невирулентный бескапсульный штамм пневмококков под воздействием убитых бактерий S-штамма получает новый признак - капсулу и приобретает вирулентные свойства. 

Фермент — молекула белка, катализирующая одну из химических реакций в клетке. Будучи биологическими катализаторами, ферменты сами не изменяются в ходе реакции, но их присутствие очень сильно ускоряет протекание реакции. 

Хроматография - (от греч. chroma, родительный падеж chromatos - цвет, краска и графия), физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной.

Хромосома — находящийся в клеточном ядре сложно организованный комплекс ДНК с белками, в котором хранится генетическая информация.   

Штамм - чистая одновидовая культура микроорганизмов, выделенная из определенного источника и обладающая специфическими физиолого-биохимическими признаками. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

    Таким образом, рассмотрев  строение, химический состав, формы, размеры молекул, функции ДНК, можно прийти к выводу, что значение  накопленных знаний о ДНК чрезвычайно важны для человечества. Исследования, направленные на поиск материального носителя наследственности, определили собой рождение новой науки - молекулярной генетики. История изучения одной молекулы перевернула прежние представления о наследственности и передаче генетических признаков из поколения в поколение. Методом проб и ошибок была установлена важнейшая роль ДНК в переносе наследственной информации. 
        Именно ДНК определяет наследственность организмов, то есть воспроизводящийся в поколениях набор белков и связанных с ними признаков. Отброшены ошибочные теории о том, что генетическую роль в организме выполняют белки, отвергнута бесперспективная и упрощенная тетрануклеотидная схема строения нуклеиновых кислот. Таким образом, знание последовательности чередования нуклеотидов в молекуле ДНК важно при анализе наследственных заболеваний человека, при выделении отдельных генов и других функционально важных участков ДНК; оно позволяет, используя генетический код, безошибочно установить первичную структуру белков, кодируемых определенными генами. Информация о первичной структуре ДНК широко используется в генетической инженерии при создании рекомбинантных ДНК — молекул с заданными свойствами, включающих компоненты ДНК из разных организмов. 
       В начале 50-х гг. Д. Уотсоном и Ф. Криком разработана модель строения молекулы ДНК, разъясняющая, как происходит копирование генетического материала. Вскрыты механизмы этого процесса.  
Значительные достижения молекулярной генетики обеспечили прочную основу для таких перспективных направлений, как биотехнология, планирование генов и многоклеточных организмов.  
 

Список  литературы 

1. Гайсинович  А. Е. Зарождение и развитие генетики. М.: Наука, 1988. С. 422.
2. Гуляев Г. В. Генетика. М.: Колос, 1971, С. 345.
3. Пехов А. П. Введение в молекулярную генетику. М.: Медицина, 1973. С. 265.
4. Беляев Д. К., Иванов В. И. Выдающиеся советские генетики (сборник биографических очерков). М.: Наука, 1980. С. 147.
5. Стент Г. Молекулярная генетика. М.: Мир, 1974. С. 532.
6. Браун А.Д., Фаддеева М.Д. Молекулярные основы жизни. – М.: Просвещение, 1976.-207с.  А.Афонин, обработка и публикация html-версии, 2006
7. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для студ. вузов / Татьяна Яковлевна Дубнищева. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 608 с.
8. Генетика / Бартон Гутман, Энтони Гриффитс, Дэвид Сузуки, Тара Кулис. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2004. – 448 с.
9. Биохимия / Щербаков В.Г., Лобанов В.Г., Прудникова Т.Н., Минакова А.Д. – СПб:ШОРД,2003; Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: Академия, 2005.
10. Nanotechweb: Squeezing DNA through nanopores
11. Автор: Хабибулина Валерия.

Приложение №1.

Секвенаторы будущего, или протягивание ДНК через нанопоры

Ученые из Иллинойского университета, США, создали ДНК-чип, способный протягивать молекулы ДНК через тонкие нанопоры, используя  электрическое поле. Это открытие позволит детально изучить механические свойства ДНК и создать быстродействующие секвенаторы. (Секвенаторы – это лабораторное аналитическое оборудование, которое позволяет получать информацию о ДНК.)

"Мы разрабатывали  устройство, способное записывать  последовательности нуклеотидов  ДНК по мере того, как биомолекула проходит через тонкую пору в специальной кремниевой мембране, - говорит один из исследователей, Алексей Аксиментьев. - Чем меньше диаметр нанопоры, тем точнее мы можем управлять положением в ней молекулы, и, соответственно, наши шансы на прочтение последовательности нуклеотидов увеличиваются".

Как далее объяснил ученый, компьютерное моделирование  показало, что, приложив сильное электрическое  поле к нанопоре, можно будет протиснуть через нее молекулу ДНК, даже если диаметр молекулы (в растворе) больше диаметра канала нанопоры.

Ученые убедились, что ДНК проходит через нанопору с диаметром даже 2,5 нм. Это выглядит так: электрическое поле сжимает молекулу и протягивает ее через узкое отверстие. 

Ученые проводили  свои опыты на "клеточном полигоне", состоящем из двуслойной мембраны в растворе электролита К-Сl с использованием Ag/AgCl электродов. В раствор была помещена кремний-нитридная мембрана, в которой исследователи пробили электронно-лучевым методом нанопору диаметром около 1-3 нм. 

Далее ученые поместили  в область отрицательно заряженного  электрода молекулы ДНК и приложили  напряжение через мембрану, измеряя  ток, протекающий по нанопоре. В то время как ДНК проходила через  канал, транспорт электролита временно прекращался. Ученые оценили силу, которая понадобилась для "протягивания" ДНК через нанопору. Она колебалась от 1 до 300 пН в течение прохождения молекулы через мембрану.  
 
На основании проделанных экспериментов удалось построить математическую модель, которая описала  процесс транспорта ДНК. Также был построен ряд визуализационных изображений, представленные на рис. 1.   

Рис. 1. Модель ДНК, проходящей через нанопору

"Одно из  потенциальных применений ДНК-нанопоры - в диагностике генетических  заболеваний. Мы можем оснастить канал различными протеинами, которые при взаимодействии с ДНК, находящейся в нем, будут изменять силу протягивания биомолекулы. По величине этой силы можно говорить о каких-либо отклонениях от нормы в молекуле и, соответственно, выделять ее поврежденные участки. Возможно, что таким образом можно будет лечить различные генетические заболевания", - говорит Алексей.

"Другое применение  наноустройства - в экспресс ДНК-секвенировании, - продолжает Алексей. Сам факт  того, что молекула смогла протиснуться через пору диаметром  1 нанометр, говорит о сильном взаимодействии нуклеотидов с поверхностью канала, а если мы сможем зафиксировать там ДНК и каким-то

образом сканировать  нуклеотиды, то получим самый эффективный  на сегодняшний день секвенатор". 

Сейчас ученые планируют исследовать электрические  свойства отдельных фрагментов ДНК, находящейся в нанопоре. Для этого  они создают многослойную кремниевую мембрану, которая и будет сканировать  молекулу. Как говорит Алексей, это  будет первым шагом по созданию секвенатора ДНК высокого быстродействия.