Будова ДНК
ДНК — полімер із нуклеотидів. Кожен містить дезоксирибозу, фосфат і одну з чотирьох азотистих основ: A, T, G, C. Цукри й фосфати утворюють «хребет» ланцюга, а основи дивляться всередину.
Два ланцюги антипаралельні (один іде 5′→3′, другий 3′→5′) і закручені в праву спіраль: ≈10,5 пар основ на виток, висота кроку 3,4 нм, діаметр ≈2 нм. Між ланцюгами лишаються більша й менша борозни — туди «заглядають» білки.
Комплементарність і правила Чаргаффа
A ↔ T з’єднані двома водневими зв’язками, G ↔ C — трьома. Тому в дволанцюговій ДНК кількість A = T, а G = C. Один ланцюг однозначно визначає другий — на цьому тримається копіювання генетичної інформації.
Плавлення ДНК
Нагрівання розриває водневі зв’язки й розділяє ланцюги. Температура плавлення Tm зростає з GC-вмістом: GC-пара має три зв’язки та краще стекується. Тож AT-багаті ділянки (наприклад, TATA-бокс промотора) розплітаються першими. На цьому ґрунтується ПЛР: цикли нагрівання розділяють ланцюги, охолодження дозволяє праймерам приєднатись.
Реплікація
Геліказа розплітає спіраль, утворюючи реплікаційну вилку. ДНК-полімераза добудовує до кожного ланцюга-матриці комплементарні нуклеотиди. Результат — дві молекули, у кожній один старий і один новий ланцюг: це напівконсервативна реплікація (дослід Мезелсона–Сталя, 1958). У моделі показано спрощено; в реальності один ланцюг синтезується фрагментами Оказакі.
Мутації й репарація
Помилки копіювання чи дія мутагенів можуть замінити основу. Клікніть пару та змініть основу на ланцюгу A: з’явиться невідповідність (червоний зв’язок, 0 водневих зв’язків). Клітина виправляє такі помилки системами репарації — спробуйте «Репарація помилок». Якщо помилку не виправити, при наступній реплікації вона закріпиться в одній з дочірніх молекул.
Про модель
Геометрія схематична: радіус спіралі, крок і кут повороту підібрано для наочності; розплітання вилки й теплові коливання — анімація, а не молекулярна динаміка. Tm оцінено за формулами Воллеса (коротка ДНК) і для довгих послідовностей — за вмістом GC.
Спробуйте
- Натисніть «Реплікація» й простежте, як нові нуклеотиди добудовують два дочірні дуплекси.
- Підвищуйте температуру для GC-багатої та AT-багатої послідовностей і порівняйте Tm.
- Клікніть пару, змініть основу, подивіться на невідповідність і виправте її.
- Введіть власну послідовність (A, T, G, C).