Как объяснить ребенку что такое днк
Что такое ДНК и РНК человека простыми словами
Что такое ДНК и РНК человека простыми словами: Pixabay
В клетках всех живых организмов содержится структура, название которой не выговорить с первого раза. Дезоксирибонуклеиновая кислота содержит генетический код и информацию о РНК и белки. Можно ли назвать ДНК главной структурой в организме и зачем ей сопровождение в виде РНК?
Что такое ДНК человека?
Аббревиатуру ДНК используют для обозначения молекулы под названием дезоксирибонуклеиновая кислота. Она состоит из повторяющихся блоков, называемых нуклеотидами (органические соединения), поэтому на картинке выглядит как спираль с поперечными полосками.
В этих частичках содержится генетический код, который определяет характеристики человека — телосложение, рост, цвет глаз, волос. У каждого человека уникальная ДНК. Она идентична только у однояйцевых близнецов. Своя ДНК есть у животных и растений.
Какая структура ДНК человека? Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты состоит из четырех видов нуклеотидов:
Эти блоки склеиваются между собой по определенным правилам: аденин может связываться только с тимином, а цитозин — только с гуанином. Притяжение между нуклеотидами связывает две нити, входящие в состав ДНК. Таким образом, по одной части цепи молекулы всегда можно восстановить вторую: напротив аденина находится тимин, напротив гуанина — цитозин. Такое взаимосоответствие называется комплементарностью.
Что такое ДНК человека: Pixabay
Именно так кодируется информация обо всех признаках организма. От комбинации нуклеотидов зависит, как будет выглядеть человек. Совокупность генетического материала называется геномом человека. Хранение, реализация и передача наследственной информации — задача хромосомы (структура в клеточном ядре).
ДНК как химическое вещество было открыто Фридрихом Мишеров в 1869 году, как указано в статье Петтера Портина. Ученые научились расшифровывать генетическую информацию только в конце ХХ века. Затем ученые сумели извлечь из хромосомы ДНК, разрезать ее на части и сшить произвольным образом, используя ферменты.
Так зародилась генная инженерия, началось производство новых организмов со встроенными чужими генами — ГМО (генетически модифицированный организм). Что касается безопасности продуктов с ГМО, то мнения ученых расходятся, как объясняет Брунильда Назарио из WebMD.
Что такое РНК человека?
РНК — рибонуклеиновая кислота, одна из трех молекул, содержащихся в клеточном ядре. Она участвует в кодировании и выражении генов. Состоит она из длинной цепи, звенья которой называются нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из рибозы, азотистого основания и фосфатной группы. Генетическая информация зашифрована в последовательности нуклеотидов.
Что такое РНК человека: Pixabay
РНК синтезируется в клетках всех живых организмов. Они выполняют функцию трансляции генетической информации в белки, а также дополнительные задачи — транспортировка аминокислот в рибосомы, синтез белка и другие. Поддержку стабильности генома в процессе передачи и синтеза обеспечивают РНК-связывающие белки.
Что общего у ДНК и РНК человека? Обе структуры — это большие молекулы, состоящие из нуклеотидов. В них содержится генетическая информация. Их функции взаимосвязаны. ДНК передает генетическую информацию в цитоплазму (внутреннюю среду) клетки, где при участии РНК происходит синтез белка.
Между ДНК и РНК есть несколько отличий:
ДНК и РНК — нуклеиновые кислоты, сходные по составу, но различные по функциям. Первая структура отвечает за хранение наследственной информации, вторая — за кодирование информации и передачу информации к месту синтеза белка.
Внимание! Материал носит лишь ознакомительный характер. Не следует прибегать к описанным в нем методам лечения без предварительной консультации с врачом.
Уникальная подборка новостей от нашего шеф-редактора
Что такое ДНК?
Статья опубликована: 2018-12-17
Рейтинг: 5 из 5
Чтобы понять, что такое ДНК, сначала нужно разобраться в её структуре, понять из чего состоит эта макромолекула и какие взаимодействия в ней происходят. Сама аббревиатура ДНК расшифровывается, как дезоксирибонуклеиновая кислота. Отсюда вывод, что эта молекула относится к нуклеиновым кислотам. К ним же принадлежит и РНК.
Структура
Все видели, как внешне выглядит ДНК. Её изображения нам известны из фильмов, интернета, учебников биологии. В основании имеются две нити, которые закручиваются в спираль. Спираль, как правило, закручена вправо. Почему именно спираль? Дело в том, что сами нити состоят из азотистых оснований, остатков фосфорной кислоты и дезоксирибозы (отсюда и первая буква «Д» в аббревиатуре). Эти азотистые основания: аденин, тимин, урацил и гуанин по своей природе гидрофобные. А так как нити соединяются между собой водородными связями, то такие связи крайне невыгодны для азотистых оснований. Спиралевидная формы ДНК делает возможным такое взаимодействие.
Функции
ДНК содержится главным образом в ядрах клеток и митохондриях. При делении ядра происходит и деление дезоксирибонуклеиновой кислоты. Вся информация о строении скелета, мышечных тканей, цвете глаз, волос, даже предрасположенности к определённым заболеваниям зашифрованы в генетическом коде. Процесс деления ДНК называется репликация. Но это не просто деление на две или более частей – это копирование. Причем полное и безоговорочное. Это и есть важнейшая функция этой таинственной молекулы.
Сохранить и передать всю информацию в следующее поколение без изменений задача не легкая. Иногда случаются сбои. Такие сбои называются мутациями. В процессе создания новой цепочки ДНК одно, два или несколько азотистых оснований могут замениться на другие. Например, тимин поменялся на аденин. В результате образуется новая структура, которая будет дальше передаваться уже только в измененном виде.
Возможности
Генетика открывает невероятные горизонты для человечества. Еще каких-то 40-50 лет назад мы не могли и догадываться о возможностях нашего генома. Генетические анализы вошли в нашу жизнь и успешно удовлетворяют наши потребности. Точность и бескомпромиссность генетики семимильными шагами несет эту науку по планете.
Наиболее популярные тесты, которые можно сделать практически в любой ДНК лаборатории:
Все это и еще многое другое выполняет ДНК центр «ДТЛ». Мы уже на протяжении шести лет специализируется на генетических тестах. Мы поможет подобрать анализ, собрать образцы и ответим на любые Ваши вопросы.
Что такое ДНК человека
ДНК – что это такое простыми словами и как она устроена? Физически это макромолекула, которая не только хранит в себе наследственную информацию, но и является подробной инструкцией по развитию всего организма условно из одной универсальной клетки.
Если сравнить человека с компьютером, а все многообразие биологической жизни – с различными формами роботизированных компьютеров, ДНК в этом сравнении будет биологическим языком программирования. С той лишь разницей, что биологические виды устроены намного сложнее и совершеннее самых передовых компьютеров.
К примеру, все биологические виды обладают уникальной способностью деления и преобразования клетки. Фактически в ходе самовоспроизводства клетки биомасса не только материализуется сама из себя, но и физически преобразовывается под решение множества узкоспециализированных задач. А все многообразие живых видов, их форм, уникальных способностей исходит из деления одной универсальной клетки. Одно это уже уходит далеко за грань всех современных генетических достижений.
История открытия
Фактически открытие дезоксирибонуклеиновой кислоты произошло дважды. Первым открытие молекулы совершил Иоганн Фридрих Мишер в 1869 году. Будучи швейцарским биологом и физиологом, он из клеток, содержащихся в гное, смог выделить большую молекулу с высоким содержанием азота и фосфора. Свое открытие он назвал нуклеин, а позже – нуклеиновой кислотой, когда были открыты ее кислотные свойства.
Первоначально ученые считали, что основная функция нуклеиновой кислоты состоит в хранении фосфора. А предположения, что она может содержать в себе наследственную информацию, вызывали насмешки, поскольку структура молекулы казалась им слишком простой и однообразной для таких функций. Также считалось, что наличие дезоксирибонуклеиновой кислоты свойственно только животным клеткам, а в растениях содержится только РНК. Но в 1934–1935 годах советские ученые-биологи А. Н. Белозерский и А. Р. Кизель это наглядно опровергли и опубликовали результаты своих работ в советских и мировых научных журналах.
Повторное открытие ДНК уже в качестве носителя наследственной информации и не только было совершено в 1944 году. Группа исследователей, состоящая из Освальда Эвери, Колина Маклауда и Маклина Маккарти, проводила эксперименты с трансформацией бактерий и доказала, что основную роль в этом процессе играет дезоксирибонуклеиновая кислота.
Значение ДНК в медицине
Открытие ДНК в медицине, расшифровка этой кислоты – это события, значение которых трудно преувеличить. Большая часть современных прорывных технологий и исследований прямо или косвенно базируется на этом фундаментальном для науки открытии. Не знай мы про гены, не было бы многих современных методов лечения и диагностики, многих технических изобретений. По сути, не было бы и генетики как полноценной самостоятельной науки. Застопорилось бы изучение клетки и того, как она функционирует. А без этих знаний и множество открытий в этой области было бы невозможно.
На сегодняшний день знания о генах помогают многим людям:
Молекула ДНК
ДНК-определение, поиск ее места в уже систематизированном знании не так прост. По существу, к молекулам ДНК отнесли условно, для удобства. Молекула ДНК – это структура, превосходящая размером обычные молекулы. И она имеет уникальную спиральную структуру. В то время как физики и химики считают молекулами электрически нейтральные частицы, состоящие из одного и более атомов, связанных ковалентными связями. Либо же, по результатам международного съезда химиков 1860 года, молекулой считается наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.
Структура ДНК
У всех на слуху, что дезоксирибонуклеиновая кислота имеет двуспиральную структуру. В интернете, в фильмах, в рекламе – всюду можно встретить ее многократно увеличенное изображение. Но что ответить, если попросят объяснить подробнее. Это уже более сложный вопрос. Давайте разберемся лучше, из чего эта структура состоит:
В цепочках нуклеотидов присутствуют и совсем не изученные структуры, которые, на первый взгляд, никак не участвуют в физиологических процессах. Эти довольно обширные участки называют мусорными.
Состав ДНК
Если говорить о составе ДНК более подробно, то нуклеотиды – это базовый структурный элемент, кирпичики, из которых состоят обе цепи спирали. Нуклеотиды подразделяются на 4 разновидности: аденин, тимин, гуанин и цитозин. И всего четыре этих нуклеотида осуществляют запись всей наследственной информации и составляют все известные гены.
Закручиваются в спираль обе цепочки генов тоже не просто так. Из всех четырех различных нуклеотидов находиться напротив друг друга в разных цепочках они могут только двумя парами: аденин-тимин и гуанин-цитозин. В науке эти пары называются комплементарными.
Между парными нуклеотидами возникает крепкая водородная связь. При этом связь аденином и тимином немного слабее, чем между гуанином и цитозином. Но закручиваются цепочки в спираль по иным причинам:
Исследования показали, что скручивание помогает сократить длину цепочки генов в 5-6 раз. А во время суперспирализации (такое тоже бывает) длина цепочки может сократиться в целых 30 раз!
Помимо того, что пара цепочек генов закручена в спираль, существует и суперспирализация. За это явление отвечают гистоновые белки, которые имеют форму катушек для ниток. Уже закрученная двойная спираль наматывается на эти белки, как нитка. Что не оставляет сомнений в том, что спиральность как таковая специально служит тому, чтобы более компактно упаковать наследственную информацию в клетку.
Роль в клетке
Конечно, одна, даже большая двойная спираль не способна вместить в себя весь объем информации, необходимый для такого сложного проекта, как человеческое тело. Возможно, поэтому эти цепочки объединены в пары, что делает их похожими на букву «Х». Хромосомы, в свою очередь, тоже парные, и их у человека 46 пар.
Помимо того, что хромосома содержит в себе подробную инструкцию по функционированию клетки, она же путем активации актуальных моменту генов провоцирует клетку вырабатывать определенные белки с самыми различными свойствами. Например, в борьбе с опухолями активно участвует ген старости, который старит ее недоброкачественные клетки и не дает им бесконечно делиться.
Что такое нуклеотиды
Нуклеотиды – это четыре элемента, которые являются основой биоязыка программирования цепи ДНК, так же, как ноль и единица являются основой ассемблера (первого из языков программирования). Уникальная последовательность нуклеотидов в одной из двух цепочек ДНК является геном. Если хотя бы немного изменить эту последовательность, то ген уже будет поврежден или разрушен.
Синтез белка
Синтез белков – это ключевое таинство всей физиологии человека. Именно белки запускают и контролируют все процессы в организме на клеточном уровне. Если полностью изучить, какие гены и группы генов в каких случаях запускают синтез белков и сами эти белки, то наука научится полностью настраивать и перенастраивать весь человеческий организм.
На сегодняшний день нам известно, что, реагируя на различные раздражители, в двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты активируются гены или участки с генами. Информация с этих участков копируется на РНК (рибонуклеиновая кислота), и уже РНК переносит информацию из ядра клетки, в котором находятся хромосомы, в саму клетку. РНК выступает своего рода глашатаем, который читает указ всем работникам. Так РНК заставляет клетку вести себя тем либо иным образом и вырабатывать различные белки.
Что такое РНК
Если ДНК – это кабинет министров, которые всем управляют и принимают все решения, то РНК – это пресс-атташе. Она извещает всех о новых распоряжениях и указах и раздает инструкции на местах.
РНК – это рибонуклеиновая кислота, которая может копировать формы различных участков дезоксирибонуклеиновой кислоты и транспортировать их из ядра клетки в ее внутриклеточное пространство.
Расшифровка ДНК
ДНК-расшифровка стала возможна только благодаря открытию полимеразной цепной реакции, и происходит она следующим образом:
Проба, содержащая образцы дезоксирибонуклеиновой кислоты, быстро нагревается. Это необходимо, чтобы двойная спираль раскрутилась и распалась на две самостоятельные нити.
К интересующему исследователей участку цепи генов прилепляется полимераза. Эта процедура происходит при немного более низких температурах.
Полимераза активирует деление пойманного участка – так происходит синтез необходимых для изучения участков генов.
Участки пропитываются специальной краской, которая светится при воздействии направленного пучка лазера. Так получают картину гена, которую можно изучать и расшифровывать.
Таким образом, изучение ДНК стало доступным инструментом, который позволяет людям узнать о себе много нового и может помочь сохранить здоровье, избавиться от уже имеющихся заболеваний, похудеть, сохранить молодость и улучшить качество своей жизни!
Что такое ДНК — и еще 15 простых и важных вопросов про генетику
Отрывок из книги «Моя доисторическая семья»
В декабре в издательстве «Индивидуум» вышла книга шведской журналистки Карин Бойс «Моя доисторическая семья. Генетический детектив». Через историю своей семьи автор показывает, как в генах современных европейцев сплетаются судьбы множества народов, и рассказывает о достижениях и открытиях современных генетиков. «Цех» публикует отрывок из главы «ДНК: вопросы и ответы» новой книги Бойс.
Что такое ДНК?
ДНК — сокращение от «дезоксирибонуклеиновая кислота». Это химическое соединение, которое находится во всех наших клетках и служит посредником при передаче из поколения в поколение биологической информации.
ДНК-молекула состоит из четырех соединений, так называемых азотистых оснований или нуклеотидов. Они называются аденин, гуанин, цитозин и тимин (сокращенно А, G, C, и T). Геном человека состоит примерно из трех миллиардов таких А, G, C, и T. Два случайно выбранных человека будут различатьсяьвсего на одну тысячную доли этих азотистых соединений; все остальное идентично. Но, хотя различия ничтожны, они определяют наши отличия друг от друга, и сравнение между собой последовательностей этих оснований, или, как мы говорим, «букв», может дать очень много информации о происхождении каждого отдельного человека и его родственных связях.
Что такое гены?
Гены — это часть ДНК, кодирующая информацию о строении белков организма. Они составляют всего несколько процентов от общей последовательности ДНК. Кроме того, в молекуле ДНК есть так называемые регуляторные области, которые определяют, когда и в каком количестве будет синтезироваться тот или иной белок. Кроме того, достаточно большая часть ДНК представлена так называемыми «некодирующими областями». Данные о последовательности ДНК каждого человека являются приватной информацией. Однако для получения наиболее развернутой информации о вашем происхождении и истории рода хорошо иметь данные о последовательности всей вашей ДНК, говоря другими словами, всего генома.
Что такое митохондрии?
Митохондрии — так называемые «органеллы» клеток, которые отвечают за клеточное дыхание и обеспечивают клетки энергией, необходимой для их жизнедеятельности. Они содержат свою собственную ДНК. Это такая небольшая кольцевая молекула, которая состоит только из 16 000 пар азотистых оснований. Митохондрий в клетке много, поэтому и таких одинаковых молекул ДНК в каждой клетке очень много. Митохондрии в основном передаются от матерей к детям, поэтому благодаря им мы можем проследить материнскую линию человека на много поколений назад.
Что такое ядерная ДНК?
Ядерная ДНК — это, собственно, вся остальная, кроме митохондриальной, часть нашей ДНК, которая находится в специальной части клетки — ядре. Это очень большая молекула, она образована тремя миллиардами пар азотистых оснований. Изучение ядерной ДНК, безусловно, дает гораздо больше информации. Но, естественно, изучить последовательность такой длины гораздо сложнее и дороже. Кроме того, не надо забывать, что ядро в клетке одно, а митохондрий очень много. Поэтому если речь идет об «ископаемой» ДНК, то сохраняется в первую очередь
митохондриальная ДНК — ее больше и она короче.
Что такое аутосомы?
ДНК в ядре организована в хромосомы. У человека их 23 пары. В паре хромосом одна наследуется от отца, другая от матери. В случае 22 пар от отца и от матери наследуются одинаковые хромосомы, которые отличаются друг от друга по последовательности входящих в их состав азотистых оснований в среднем на 0,1%. Они называются аутосомами. Самые простые и дешевые генетические тесты основываются на аутосомных ДНК. Они могут дать информацию о братьях и сестрах, о родителях, двоюродных и троюродных братьях и сестрах вплоть до седьмого колена. Но совпадение можно определить, только если другие люди тоже прошли тест. Однако есть еще хромосомы, наличие которых определяет пол у человека. Это так называемые Х- и Y-хромосомы.
Что такое Х‐хромосома?
Это одна из двух половых хромосом. У женщины есть только две Х-хромосомы, она передает своему ребенку X-хромосому. А у мужчин (и это, собственно, определяет их принадлежность к мужскому полу) есть Х-хромосома от матери и Y-хромосома
от отца. Если он передаст свою Х-хромосому будущему ребенку, то носитель двух X-хромосом будет девочкой, а вот если он передаст Y-хромосому, то получится мальчик.
Что такое Y‐хромосома?
Y-хромосома — это хромосома, которая всегда передается от отца к сыну. Сравнивая последовательности азотистых оснований в Y-хромосоме, можно проследить отцовскую линию мальчика. Подробные тесты Y-хромосом дают гораздо больше информации, чем анализ митохондрий, и позволяют получить намного больше знаний и о древности, и о современности.
Что такое гаплогруппа?
Гаплогруппа — это группа схожих последовательностей ДНК, имеющих общего предка, у которого произошла мутация, унаследованная всеми потомками. Иначе говоря, все, кто входит в гаплогруппу, принадлежат к одной ветви генеалогического древа.
Что такое STR?
Сокращение от английского «short tandem repeats». Это место, где ДНК-молекулу как бы «заедает», и короткая последовательность оснований повторяется несколько раз. Число повторов передается по наследству и у разных людей различается. Последнее делает STR удобным инструментом для идентификации личности по ДНК и установления родства. Начиная с 1980-х годов STR используют при расследовании уголовных дел; сейчас методика применяется также в составлении родословных, особенно для сравнения Y-хромосом. Поскольку между STR и наследственными качествами нет видимой связи, обращение к STR обычно не вызывает споров. Коммерческие тесты Y-хромосом — Y-DNA37, Y-DNA67 и Y-DNA111 — подсчи-
тывают число повторов в 37, 67 и, соответственно, 111 местах вдоль Y-хромосомы. Чем выше цифра, тем больше точность и, следовательно, тем ближе к современности может подойти генеалог. Компромиссным вариантом с точки зрения цены может быть анализ среднего количества STR, дополненный тестом на так называемые «снипы» — SNP.
Что такое SNP?
SNP (аббревиатура от английского «single nucleotide polymorphism») — различие между двумя последовательностями в один нуклеотид (одно азотистое основание). Число таких SNP, или, как их в просторечии называют, «снипов», определяет различие между двумя последовательностями ДНК. Вместо исследования всей ДНК можно провести анализ какого-то количества таких отличий, так называемый SNP-анализ, это проще и дешевле. Снипы уже давно применяются в медицин-
ских исследованиях, а теперь перешли и в арсенал генеалогов. SNP-тестов тысячи, и прежде чем делать заказ, стоит посоветоваться со специалистом, чтобы определить, какой тест наиболее релевантен в каждом отдельном случае.
Что такое HVR1 и HVR2?
Сокращения для «hypervariable region» 1 и 2. Это два небольших участка наших митохондрий, где мутации происходят чаще, чем в остальной ДНК. Исследуя эти участки, можно определить, в какую митохондриальную гаплогруппу входит человек. Но этот анализ дает очень приблизительную информацию и только о происхождении человека по материнской линии много тысяч лет назад. Чтобы получить данные о более близком к нашему времени родстве, требуется более полный и подробный ДНК-анализ митохондрий.
Что такое CRS и rCRS?
Сокращения для Cambridge Reference Sequence, используется для сравнения митохондриальных ДНК. При этом исследуют, какие мутации отличаются от первой секвенированной митохондриальной ДНК (первое секвенирование произошло в 1970–е годы в Кембридже). Усовершенствованный вариант называется rCRS — revised Cambridge Reference System.
Что такое RSRS?
Сокращенное Revised Sapiens Reference Sequence; это новый способ сравнения митохондриальных ДНК. Применяется с 2012 года. При сравнении исходят из последовательности, которую должна была иметь, по расчетам ученых, наша общая прародительница, «митохондриальная Ева».
Что такое мутации?
Мутации — это случайные изменения в молекуле ДНК, когда определенные единицы — азотистые основания — заменяются, исчезают или добавляются. В каждом новом поколении людей происходит около тридцати новых мутаций. Чем старше отец, тем больше мутаций будет у ребенка. В митохондриях одна мутация в одной родственной линии происходит в среднем раз в две тысячи лет.
Что означают цифры и буквы в результатах анализа моей митохондриальной ДНК?
Все это обозначения разных типов мутаций. «C40624T», например, означает, что азотистое основание цитозин © заменилось тимином (Т) в позиции 40624. Если в начале или в конце стоят А, Т или G, это означает, что эти основания тоже сменились другими, по сравнению с референсной системой (см. выше, CRS и rCRS).
Иногда после букв и цифр стоит восклицательный знак: «C40624T!». Это обратная мутация. Значит, в исходной версии у митохондриальной Евы или в Кембриджской референсной последовательности в этой позиции стояло именно Т. В более крупной гаплогруппе — «толстой ветке» родословного древа — это основание заменилось другим. Но именно та веточка, в которую входит исследованная проба, потом мутировала обратно, в исходное Т.
Иногда на бланке с результатами анализа можно увидеть, например, «315,1» или «315+С». Это означает, что дополнительное азотистое основание — в данном случае С — добавилось после позиции 315. Антонимичным написанием будет, например, «315D». Здесь D означает delеtion: азотистое основание в данной позиции выпало.
Встречаются и другие обозначения различных частных видов мутаций.
12 декабря в Культурном центре ЗИЛ пройдет лекция Карин Бойс и генерального директора компании Genotek Валерия Ильинского «Что может рассказать о нас генетика?». Мероприятие проводится при поддержке Посольства и Генерального консульства Швеции, а также Шведского национального совета по вопросам культуры.