Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) - Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія
Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)

ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕЇ́НОВА КИСЛОТА́ (ДНК) – основний генетичний матеріал усіх клітинних організмів і ДНК-вмісних вірусів. Вміст ДНК у клітинах залежить від їхнього функціон. стану і становить у середньому 1–10 % в перерахунку на суху масу. ДНК – це лінійний або цикліч. високомолекуляр. полімер, організований у подвійну спіраль, що складається з дезоксирибонуклеотидів, сполучених між собою 3',5'-фосфодіетерними зв’язками. Кожний дезоксирибонуклеотид – трикомпонентна сполука, що складається з однієї з чотирьох азотистих основ, а також моносахариду (дезоксирибози) і фосфор. кислоти. Дві азотисті основи – цитозин і тимін – належать до класу т. зв. піримідинових, а дві ін. – аденін і гуанін – до пуринових основ. Азотисті основи приєднані до атома С-1' пентози, а вуглеводневі залишки з’єднані між собою фосфодіетерними зв’язками. Чергування залишків дезоксирибози і фосфатних груп утворюють остов подвійної спіралі. Напрям зв’язків 3'→5' визначає орієнтацію двох комплементарних ланцюгів, і оскільки вона є протилежною, їх називають антипаралельними. Співвідношення та порядок з’єднання дезоксирибонуклеотидів у ланцюгу ДНК і визначає геном. У вищих організмів кожна молекула ДНК упакована в окрему хромосому, що являє собою надмолекулярну внутр.-ядерну структуру, до складу якої, крім ДНК, входять гістонові і негістонові білки. Кількість хромосом у клітинах різних організмів є видовою ознакою. В диплоїдних клітинах людини міститься 46 хромосом, заг. довжина ДНК яких становить 1,74 м, але вона упакована в ядрі, діаметр якого в мільйони разів менший. Таке упакування відбувається за рахунок компактизації та надспіралізації ДНК за допомогою різноманіт. білків, що взаємодіють з певними нуклеотид. послідовностями в структурі ДНК. Кожна хромосома здатна до самовідтворення із збереженням структурно-функціон. індивідуальності.

Більшість ДНК зосереджена в ядрі. Відмінною рисою еукаріотич. організмів є те, що частина ДНК знаходиться у складі геному цитоплазматич. органел (мітохондрії, хлоропласти). Геном органел успадковується по материнській лінії, оскільки походить з цитоплазми клітини; геном мітохондрій сперматозоїдів не потрапляє в запліднену яйцеклітину. В клітинах тварин мітохондріал. ДНК представлена дволанцюговими, як правило, кільцевими молекулами. В одній мітохондрії може міститися від 2-х до 10-ти молекул ДНК, що складає менше 2 % всієї клітин. ДНК. ДНК мітохондрій кодує дві рибосомні РНК мітохондріал. рибосом, повний набір транспорт. РНК, необхідний для синтезу білка, й обмежену кількість поліпептидів, які синтезуються на полісомах у мітохондріях.

В історії вивчення ДНК виділяють 3 періоди. Перший (1868–1943) розпочався відкриттям у клітинах фосфорорган. комплексу, збагаченого ядер. матеріалом. 1868 швейцар. лікар Й.-Ф. Мішер вперше виділив із клітин. ядер гною і сперми лосося фосфоровмісну речовину, яку назвав нуклеїном, а згодом – нуклеїн. кислотою. Вагомий внесок у вивчення ДНК зробили нім. хімік А. Кьоссель (встановив, що до складу нуклеїну входять 4 азотовмісні речовини – аденін, гуанін, цитозин та тимін), амер. біохімік рос. походження А. Левін (довів, що складовою нуклеїну є також вуглевод дезоксирибоза). Згодом встановлено, що ДНК зосереджена в хромосомах; це вказувало на можливість її генет. ролі. Проте біол. функція цієї сполуки залишалася невідомою ще протягом майже століття. Вважали, що нуклеїн. кислота є регуляторним полімером, який складається лише з чотирьох повторюваних мономерних ланок, і тому не може нести генет. інформацію. У зв’язку з цим сформувалася думка, що ДНК у хромосомах виконує структурну функцію, а гени складаються із білка, який входить до складу хромосом. 1944–60 ДНК розглядали як другорядну молекулу. У цей період відкрито явище трансформації у пневмококів, природу якого 1944 проаналізували амер. бактеріологи із Рокфеллер. ін-ту (Нью-Йорк) на чолі з О. Ейвері. Вони зокрема довели, що речовиною спадковості, або генами, є саме молекула ДНК. Важливе значення для з’ясування біол. ролі ДНК мали дослідж. амер. біохіміка укр. походження Е. Чаргаффа. Він здійснив її хроматографічний аналіз і довів, що нуклеотид. склад ДНК організмів різних видів відмінний, а у складі ДНК різних тканин представників одного виду різниці немає. 1953 американець Дж. Вотсон і англієць Ф. Крік інтерпретували результати рентґеноструктур. аналізу ДНК, проведеного в Королів. коледжі в Лондоні М. Вілкінсом та Р. Франклін, і на цій основі запропонували модель просторової структури ДНК. Вони встановили, що макромолекула ДНК – регулярна подвійна спіраль, у якій два полінуклеотидні ланцюги комплементарні один одному. Третій етап триває від 1960. Його початок позначений радикал. змінами поглядів на проблему. У працях М. Ніренберґа, Р. Голлі і Г. Корани започатковано розшифрування «мови життя» – коду, яким у ДНК записана інформація про структуру білк. молекул. Ф. Жакоб і Ж.-Л. Моно дійшли до висновку про існування двох груп генів – структур., які відповідають за синтез специфіч. білків, і регулятор., які контролюють активність структур. генів. 1962 Дж. Ґьордон вперше клонував тварин. організм (жабу), 1969 Г. Корана синтезував хім. шляхом перший ген. 1972 в лаб. П. Берґа отримано перші рекомбінантні ДНК. Закладено основи генної інженерії. Р. Корнберґ описав структуру хроматину (нуклеосоми). 1977 обґрунтовано швидкі методи визначення (секвенування) довгих нуклеотид. послідовностей ДНК. З’явився реальний засіб аналізу структури генів як основа для розуміння їхніх функцій. 1981 визначено повну нуклеотидну послідовність мітохондріал. ДНК людини. Згодом клоновано і встановлено нуклеотидну послідовність ДНК, виділеної із стародав. єгипет. мумії. 1990 створ. Міжнар. орг-цію з вивчення геному людини, яка 2000 оголосила про завершення розшифрування геному людини, що засвідчило визначення повної структури ДНК. Ці відкриття дали можливість визначити кібернет. функції ДНК: збереження спадк. інформації (кількість ДНК у соматич. та статевих клітинах організму людини є сталою величиною, яку ці клітини отримують у процесах запліднення батьків. гамет та подальшого поділу зиготи); передача спадк. матеріалу нащадкам шляхом реплікації самоподвоєння (молекула ДНК служить, по-перше, матрицею для реплікації – копіювання інформації в дочірніх молекулах ДНК, по-друге, для транскрипції – копіювання інформації в дочірніх молекулах РНК); реалізація спадк. інформації (передача закодованої в ДНК інформації молекулам інформ. РНК та подальше розшифрування цієї інформації під час синтезу білків – трансляція).

В Україні вивчення генет. функції ДНК започаткував С. Гершензон, який на базі сектору молекуляр. біології та генетики Ін-ту мікробіології і вірусології АН УРСР (Київ) 1973 створив Ін-т молекуляр. біології і генетики АН УРСР (Київ). В організованому ним відділі генетики людини цього Ін-ту очолював дослідж. можливостей зворот. передачі генет. інформації (від РНК до ДНК), які згодом отримали підтвердження і були розвинуті зх. вченими. Серед представників школи С. Гершензона – С. Малюта (вперше в Україні встановив можливість експресії бактеріал. генів у клітинах рослин, виділив мінікільцеві плазмідоподібні ДНК з різних клітин, відкрив і вивчив систему рестрикції – модифікації в одного з видів бацил – В. natto), О. Соломко (розробив метод. підходи до керованого введення чужорідної ДНК до геному ссавців для одержання тварин з новими ознаками та аналізу структури і стабільності трансгеному), В. Ковсан (клонував гени інсуліну, фактора росту та визначив їхні нуклеотидні послідовності), В. Кунах (вивчає особливості та механізми і шляхи регуляції структурно-функціон. мінливості геному в клітин. популяціях і розробляє на цій підставі генет. основи клітин. біотехнології рослин), А. Риндич (започаткувала в Україні роботи в галузі застосування зворот. транскрипції для вивчення структури і функціонування генів, довела зв’язок експресії онковірусів з їхньою локалізацією в геномах людини і тварин), О. Корнелюк (за допомогою методів білк. інженерії вивчає проблеми білк.-нуклеїн. впізнавання), Л. Лукаш (досліджує мутац. пошкодження, спричинені вірусами, рекомбінантними ДНК, трансформуючими генами, білками, що використовуються в генній терапії, генній інженерії, біотехнології), В. Кордюм (застосовуючи бактеріал. плазміди, досяг значних успіхів у галузі біомед. технологій), Л. Лівшиць (за допомогою розроблених методів ДНК-діагностики досліджує стан генофонду населення України, проводить скринінг впливу іонізуючої радіації на рівень успадкованих мутацій у геномі дітей, які народилися після 1986 в родинах ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС).

Літ.: Роллер Э. Открытие основных законов жизни / Пер. с англ. Москва, 1978; Гершензон С. М. Основы современной генетики. К., 1979; Франк-Каменецкий М. Д. Самая главная молекула. Москва, 1988; Губський Ю. І. Біологічна хімія: Підруч. К.; Т., 2000; Бабенюк Ю. Д., Васильєв О. М. та ін. Біохімія: Підруч. К., 2002; Данилов В. І., Анисимов В. Н. Вивчення канонічних Уотсон – Кріківських пар основ ДНК методом теорії збурень Моллера – Плессета: природа їхньої стабільності // Біополімери і клітина. 2004. Т. 20, № 1–2.

Ю. Д. Бабенюк

Стаття оновлена: 2007