დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ) არის
ბიოპოლიმერი, რომლის მონომერები ნუკლეოტიდებია. დნმ ცოცხალი ორგანიზმის
გენეტიკური მასალის, ქრომოსომების ძირითადი შემადგენელი ნაწილია. დნმ-ის
ფუნქცია უჯრედში ინფორმაციის შენახვა და შთამომავლობით გადაცემაა.
დნმ-ის
მონომერი, ნუკლეოტიდი, შეიცავს საქარიდ დეზოქსირიბოზას, ფოსფორმჟავას
ნაშთს და ერთერთ აზოტოვან ფუძეს ოთხი შესაძლოდან: ადენინი (A), გუანინი
(G), ციტოზინი (C), თიმინი (T).
გუანინი
ციტოზინი
ნუკლეოტიდი: დეზოქსიციტიდინის მონოფოსფატი
დნმ-ში
ნუკლეოტიდები ერთმანეთზე საქარიდებისა და ფოსფორმჟავას ჯგუფებით არის
გადაბმული. ამ „ხერხემლის" გასწვრივ ოთხი ტიპის აზოტოვან ფუძეთა
მიმდევრობა კი გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელია: იგი უჯრედის ცილებში
ამინომჟავების მიმდევრობას განსაზღვრავს . გენეტიკური კოდის
გაშიფვრისათვის ინფორმაცია „გადაიწერება" საინფორმაციო რიბონუკლეინის
მჟავაში, რომელიც შემდგომ რიბოსომებთან ურთიერთქმედებს და ცილების
ბიოსინთეზის პროცესის საშუალებით ამინომჟავების სათანადო მიმდევრობის
შემცველ ცილებს წარმოქმნის.
დნმ წარმოადგენს პოლინუკლეოტიდს, ანუ
ნუკლეოტიდებისგან შემდგარ პოლიმერს. როგორც წესი, იგი ძალიან გრძელია.
მაგალითად, ადამიანის უდიდესი ქრომოსომის დნმ მიმდევრობით შეერთებული 220
მილიონი ნუკლეოტიდისაგან შედგება.
უჯრედში დნმ ჩვეულებრივ
ერთმანეთზე დახვეული წყვილი მოლეკულის, ორმაგი სპირალის სახით არსებობს.
ორივე მოლეკულაში ნუკლეოტიდების ჯაჭვები ერთმანეთის პარალელურია და
ერთმანეთთან აზოტოვან ფუძეებს შორის არსებული წყალბადური ბმებით არის
დაკავშირებული. აზოტოვანი ფუძეებიდან ორი (ადენინი და გუანინი)
ჰეტეროციკლური ნივთიერებები, კერძოდ კი პურინებია. დანარჩენი ორი
(ციტოზინი და თიმინი) კი ექვსატომიანი მონოციკლია, რომელსაც პირიმიდინი
ეწოდება. წყალბადის ბმებს თითოეული პირიმიდინის ფუძესთან მხოლოდ
კონკრეტული პურინის ფუძე წარმოქმნის. ამ თვისებას კომპლემენტარობა
ეწოდება. კერძოდ, ადენინის კომპლემენტარულია თიმინი, გუანინის კი —
ციტოზინი. ეს ნიშნავს, რომ ორმაგ სპირალში ერთი ჯაჭვის ადენინის შემცველი
ნუკლეოტიდის პირისპირ ყოველთვის განთავსებულია მეორე ჯაჭვის თიმინის
შემცველი ნუკლეოტიდი, ხოლო ერთი ჯაჭვის გუანინის მოპირდაპირედ — ციტოზინის
შემცველი ნუკლეოტიდი.
თითოეულ ნუკლეოტიდში შემავალი დეზოქსირიბოზა ხუთი
ნახშირბადის ატომის შემცველ შაქარს, ანუ პენტოზას წარმოადგენს. დნმ-ის
ჯაჭვის „ხერხემალი" მეზობელი დეზოქსირიბოზების მესამე და მეხუთე
ნახშირბადის ატომს შორის წარმოქმნილი ფოსფოდიეთერული ბმით არის
შეკავშირებული. ამ ბმის ასიმეტრიულობა იწვევს იმას, რომ დნმ-ის ჯაჭვის
ბოლოები ერთმანეთისგან განსხვავდება: ჯაჭვის ერთ ბოლოზე თავისუფალია ბოლო
პენტოზის მესამე ნახშირბად-ატომი (დნმ-ჯაჭვის ამ ბოლოს ეწოდება 3'-ბოლო),
ხოლო ჯაჭვის მეორე ბოლოზე კი — ბოლო პენტოზის მეხუთე ნახშირბად-ატომი (ამ
ბოლოს 5'-ბოლო ეწოდება). ეს ნიშნავს რომ, შესაძლებელია დნმ-ის ჯაჭვის
მიმართულების გარჩევა. ორმაგ სპირალში პარალელური ჯაჭვების მიმართულება
საპირისპიროა (ამიტომ, მათ ანტიპარალელურ ჯაჭვებსაც ეძახიან).
ორმაგი
სპირალის ყველაზე გავრცელებული, B-კონფორმაცია 2 ნანომეტრის სისქის
მარჯვენა სპირალს წარმოადგენს(იხ. ანიმაცია). სპირალის ზედაპირს ხვეულად
გასდევს დნმ-ის „ხერხემლებს" შორის არსებული ორი ღარი. ერთი ღარი უფრო
განიერია (მისი სიგანე 22 Å შეადგენს), მეორე კი შედარებით ვიწროა (12 Å).
სპირალის ზედაპირიდან აზოტოვანი ფუძეები დიდი ღარის საშუალებით უფრო
მისაწვდომია, ვიდრე მცირე ღარის, ამიტომ ცილები, რომლებიც ფუძეების
გარკვეულ მიმდევრობას ცნობენ (მაგალითად, რეპლიკაციის ფაქტორი) სპირალის
დიდ ღარში ჯდებიან.
დნმ–ის
ორმაგი სპირალები ჩვეულებრივ ერთმანეთში არ ურთიერთქმედებენ. უფრო მეტიც,
ზოგიერთ უჯრედში (მაგ. ადამიანის) ქრომოსომები ბირთვში ერთმანეთისაგან
განცალკევებული არეალებში არის განთავსებული (ამ არეალებს ქრომოსომის
ტეროტორიები ეწოდება). ეს გასაგებიცაა, ვინაიდან ორმაგი სპირალის
ხელშეუხებლობა მნიშვნელოვანია მასში არსებული ინფორმაციის დაცვისათვის.
მაგრამ ზოგჯერ ორგანიზმებს შორის ინფორმაციის გაცვლაც არის საჭირო.
ინფორმაციის გაცვლა დნმ-ის სპირალებს შორის მათი რეკომბინაციის საშუალებით
ხდება.
სადღესასწაულო მოსართავის მსგავსი სტრუქტურის წარმოქმნა რეკომბინაციის დროს. დნმ–ის ჯაჭვები ნაჩვენებია სხვადასხვა ფრად.
რეკომბინაციის
დროს ორმაგ სპირალში შემავალი დნმ-ის ჯაჭვები კომპლემენტარულ ფრაგმენტებს
ერთმანეთში ცვლიან. ჩვეულებრივ რეკომბინაცია დიპლოიდურ ორგანიზმებში
ხდება. ეს ორგანიზმები ქრომოსომების ორმაგ ნაკრებს შეიცავენ, ისე რომ
ყოველ ქრომოსომისათვის არსებობს მისი მსგავსი ინფორმაციის
შემცველი(ჰომოლოგიური) ქრომოსომა, რომელიც ორგანიზმს მეორე მშობლისგან
ერგო. ინფორმაციის გაცვლა სწორედ ჰომოლოგიურ ქრომოსომებს შორის ხდება,
მეიოზის პროცესში. ამ დროს თითოეული ქრომოსომის დნმ–ის ორმაგი სპირალი
იხსნება და მისი შემადგენელი თითოეული ჯაჭვი ჰომოლოგიური ქრომოსომის
საწინააღმდეგო მიმართულების ჯაჭვს უკავშირდება, ცვლის მასთან ფრაგმენტებს,
შორდება მას და შემდეგ კვლავ თავის საწყის „მეწყვილე" ჯაჭვს უბრუნდება.
სქემაზე (მარჯვნივ) გამოხატულია ამ პროცესის შუალედური ფორმა, რომელიც
სადღესასწაულო მოსართავს წააგავს.
დნმ-ის სექციის სტრუქტურის ნაწილობრივი ანიმაცია. აზოტოვანი ფუძეები ჰორიზონტალურად არიან განთავსებული ორ სპირალურ ჯაჭვს შორის.
დნმ
მუდმივად ურთიერთქმედებს ცილებთან. მისი ნებისმიერი ფუნქციის
განხორციელება უჯრედის ცილებზეა დამოკიდებული. ზოგიერთი ცილა ნებისმიერ
დნმ-თან ერთნაირად ურთიერთქმედებს, ესენი სტრუქტურული ცილებია. სხვა
ცილები, ფერმენტები, დნმ-ის კონკრეტულ ნაწილს, ან ნუკლეოტიდების გარკვეულ
მიმდევრობას ცნობენ და მასთან ურთიერთქმედებენ. ასეთი ფერმენტების
მაგალითებია პოლიმერაზები, ნუკლეაზები, ლიგაზები, ჰელიკაზები,
ტოპოიზომერაზები.
სტრუქტურული ცილები [რედაქტირება]
უჯრედის
ქრომოსომის დნმ ძალზედ გრძელი მოლეკულაა. ეს გრძელი ძაფი ბირთვში
მოწესრიგებული კომპაქტური სტრუქტურის, ქრომატინის სახით არის
განთავსებული. ეუკარიოტებში ქრომატინი წარმოქმნილია დნმ-ის
ურთიერთქმედებით საგანგებო სტრუქტურულ ცილებთან, ჰისტონებთან. ჰისტონები
თავისებური კოჭებია, რომელზეც დნმ-ის ორმაგი სპირალი ეხვევა. თითოეულ
ჰისტონის გარშემო დნმ-ის სპირალი ორ სრულ ხვეულას აკეთებს. ამ სტრუქტურას
ნუკლეოსომა ეწოდება. დნმ ჰისტონზე მის შაქარ-ფოსფატის „ხერხემალსა" და
ცილას შორის წარმოქმნილი იონური ბმებით არის დამაგრებული. ბმის ძალა
დამოკიდებულია ჰისტონში შემავალი ამინომჟავების ნაშთების მდგომარეობაზე.
მათი მეთილირებით, ფოსფორილირებით და აცეტილირებით ბმის ძალა კლებულობს ან
მატულობს და შესაბამისად დნმ-ის სპირალი მეტად ან ნაკლებად მისაწვდომი
ხდება ფერმენტებისათვის.
ნუკლეოტიდი: დეზოქსიციტიდინის მონოფოსფატი
