Нуклеотидна низа

Нуклеотидна низа или ДНК-низа (првична или примарна структура на нуклеинските киселини) — редоследот на нуклеотидите (се означуваат со голема почетна буква од името на нуклеотидот) кои формираат алели во рамките на ДНК или РНК молекулите. По договор, низите на нуклеинските киселини почнуваат од 5' крајот на веригата, а завршуваат со 3' крајот. Бидејќи нуклеинските киселини се линеарни (неразгранети) полимери, одредбите на низата е еквивалентно со дефинирање на ковалентната структура на целата молекула. Поради тоа, низата на нуклеинските киселини уште се нарекува и првична структура на нуклеинските киселини.

Низата на нуклеинските киселини е информативна. Биолошката деоксирибонуклеинска киселина (ДНК) ги носи во себе информациите за градбата и функцијата на живиот организам.

Нуклеинските киселини, исто така, поседуваат и вторична и третична структура. Првичната структура понекогаш погрешно се нарекува првична низа, иако не постои паралелен концепт на вторична и третична низа.

Нуклеотиди

Хемиска структура на РНК

Серија на кодони во дел од иРНК молекула. Секој кодон се состои од три нуклеотиди и кодира за една аминокиселина.

Градбените единици на нуклеинските киселини се нарекуваат нуклеотиди. Секој нуклеотид се состои од три подединици: фосфатната група и пентозата (рибоза во случајот на РНК, а деоксирибоза во случајот на ДНК) го сочинуваат ’рбетот на веригата на нуклеинската киселина, а варијабилната компонента е една од неколку азотни бази (нуклеобази или нуклеински бази) која ковалентно е врзана за пентозата. Азотните бази се важни за базното спарување на веригите преку водородни врски, за да се формираат структури од повисоко ниво, како што е познатата двојна спирала (двојна завојница).

Буквите се А, C, G и Т, а ги претставуваат четирите азотни бази кои влегуваат во состав на ДНК молекулите - аденин, цитозин, гванин и тимин. Најчесто, низата се запишува како редослед на овие букви, без празнини, како на пример АААGТCТGАC, а се чита одлево надесно, во насока 5' кон 3'. Што се однесува на процесот на транскрипција, за кодирачка верига се смета онаа која ја содржи низата чиј редослед на букви е еквивалентен со оној на транскрибираната РНК.

Една низа може да биде комплементарна на друга, што значи дека тие имаат база на секоја позиција во комплементарен (т.е. А до Т, C до G) и во обратен редослед. На пример, комплементарната низа на TTAC е GTAA. Ако една верига од двоверижна ДНК молекула се смета за верига со позитивна смисла (сенс верига), тогаш другата верига, која се смета за верига со негативна смисла (антисенс верига), ќе има комплементарен редослед во однос на сенс веригата.

Нотација

Споредување и утврдување на процентуалната разлика помеѓу две нуклеотидни низи.

ААТCCGCТАG
АААCCCТТАG
Двете дадени 10-нуклеотидни низи, најпрво се подредуваат една под друга за да се најдат разликите меѓу нив. Потоа се пресметува процентот на сличност со делење на бројот на идентичните нуклеотиди кај двете низи со вкупниот број на нуклеотиди. Во гореспоменатиот случај, има три различни нуклеотиди во 10-нуклеотидните низи. Затоа, со делење 7/10 се добива 70% сличност, а со одземање на 70% од 100% се добива 30% разлика.

Додека, А, T, C и G претставуваат одреден нуклеотид на дадена позиција во низата, постојат и букви кои се користат за претставување на двосмисленост (повеќе од еден нуклеотид може да се јави на дадената позиција). Правилата на Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија (IUPAC) се следните:^[1]

A = аденин
C = цитозин
G = гванин
Т = тимин
R = G или А (пуринска база)
Y = T или C (пиримидинска база)
К = G или T (кето база)
M = А или C (амино база)
S = G или C (гради силни водородни врски)
W = А или Т (гради слаби водородни врски)
B = G T C (сите освен А)
D = G А Т (сите освен C)
H = А C T (сите освен G)
V = G C А (сите освен T)
N = A G C T (било која база)

Овие симболи важат и за РНК молекулите, освен тоа што базата Т (тимин) е заменета со базата U (урацил).

Освен аденин (A), цитозин (C), гванин (G), тимин (T) и урацил (U), ДНК и РНК, исто така, содржат азотни бази кои настануваат со хемиска модификација по формирањето на веригата на нуклеинската киселина. Во ДНК, најчестата изменета база е 5-метилцитидин (m⁵C). Во РНК, постојат многу повеќе изменети бази отколку во ДНК, вклучувајќи ги псевдоуридин (Ψ), дихидроуридин (D), инозин (I), риботимидин (rT) и 7-метилгванозин (m⁷G).^[2]^[3] Хипоксантин и ксантин се две од многуте бази создадени под дејство на мутагени агенси, и двете преку процесот на деаминација (замена на аминогрупата со карбонилна група); хипоксантин се добива од аденин, а ксантин од гванин.^[4]

Биолошко значење

Еден опис на генетскиот код, со кој информациите содржани во нуклеинските киселини се преведени во аминокиселински низи на белковини.

Во биолошките системи, нуклеинските киселини содржат информации кои се користат од живата клетка за синтеза на специфични белковини. Редоследот на азотните бази во веригата на нуклеинската киселина се преведува (транслатира) со помош на сложена клеточна машинерија во низа од аминокиселини кои ја сочинуваат белковинската (белковинската) нишка. Секоја група од три бази (тројки), наречена кодон, одговара на само една одредена аминокиселина; генетскиот код одредува кои кодони специфицираат за секоја од 20-те белковински аминокиселини.

Централната догма на молекуларната биологија е механизмот со кој се синтетизираат белковините во клетката со користење на информациите содржани во нуклеинските киселини. ДНК се транскрибира во информациски РНК молекули (иРНК), кои патуваат во рибозомот каде што се користат како шаблон за синтеза на белковински нишки. Бидејќи нуклеинските киселини можат да се поврзат со молекули со комплементарни низи, постои разлика помеѓу низи со позитивна смисла (сенс) кои кодираат белковини и комплементарни низи со негативна смисла (антисенс) кои сами по себе се нефункционални, но можат да се поврзат со низите со позитивна смисла.

Одредување на низата

Електроферограм од автоматизиран нанижувач за утврдување на дел од ДНК-низа.

Нижењето ДНК е процес на одредување на нуклеотидната низа на даден ДНК фрагмент. Одредувањето на ДНК-низата е мошне корисно во фундаменталните биолошки истражувања, како и во применетите науки. Поради важноста на ДНК за живите организми, познавањето на ДНК-низата се покажало како корисно во секое биолошко истражување. На пример, во медицината може да се користи за идентификација, дијагноза и потенцијално развивање на третман за генетските заболувања. На сличен начин, истражувањето на патогените микроорганизми е неопходно за одредување на соодветен третман за заразните болести. Нижењето се применува и во биотехнологијата, дисциплина која брзо се развива во поново време.

РНК молекулите не се нижат директно. Наместо тоа, тие прво мора да се претворат во ДНК молекули со помош на ензимот реверзна транскриптаза, а така добиената ДНК потоа може да се нижи.

Тековните методи за нижење се потпираат на дискриминаторската способност на ДНК-полимеразите, па затоа може да се разликуват само четири азотни бази. Инозинот (азотна база која се добива од аденозин за време на уредувањето на РНК) се чита како G, а 5-метил-цитозинот (азотна база која се добива од цитозин за време на ДНК метилација) се чита како C. Со тековната технологија, тешко е да се нижат мали количини на ДНК, бидејќи сигналот е премногу слаб за да биде измерен. Овој проблем се надминува со употреба на полимераза верижната реакција (PCR).

Дигитална репрезентација

Генетска низа во дигитален формат.

Откако ќе се добие низа на нуклеинска киселина, таа се складира in silico во дигитален формат. Дигиталните генетски низи можат да бидат складирани во базите на податоци за генетски низи, можат да бидат анализирани, можат дигитално да бидат променети или да се користат како шаблони за создавање на нови ДНК молекули со помош на технологијата за синтеза на вештачки гени.

Анализа на низите

Дигиталните генетски низи се анализираат со помош на биоинформатички алатки за да се одреди нивната функција.

Подредување на низите

Во биоинформатиката, подредувањето на низите е начин за уредување на низите на ДНК, РНК или белковини за да се идентификуваат региони со сличност, која може да се должи на функционални, структурни или еволуциони односи помеѓу низите.^[5] Ако две подредени низи споделуваат заеднички предок, неусогласеностите може да се толкуваат како точкести мутации, а празнините како инсерциони и делециони мутации (индели) придобиени во едната или другата линија на потекло во времето откако тие се одвоиле една од друга.

Пресметковната филогенетика го користи подредувањето на низите за конструирање и толкување на филогенетски дрва, кои се користат за класификација на еволуционите односи помеѓу хомологните гени во геномите на дивергентните видови. Грубо кажано, високиот степен на сличност помеѓу низите сугерира дека тие имаат релативно скорешен најблизок древен заеднички предок, додека нискиот степен на сличност меѓу нив сугерира на дивергенција во подалечното минато. Оваа апроксимација, која ја отсликува хипотезата на "молекуларен часовник", може да се искористи за да се екстраполира времето изминато од дивергенцијата на два гена (т.е. времето на коалесценција), под претпоставка дека ефектите на мутација и селекција се одвивале со константна стапка кај различните линии на потекло на низите. Статистички поточни методи се оние кои овозможуваат стапката на еволуција на секоја гранка на филогенетското дрво да варира, со што се создаваат подобри проценки за времињата на коалесценција на гените.

Поврзано

Наводи

↑ Nomenclature for Incompletely Specified Bases in Nucleic Acid Sequences, NC-IUB, 1984.
↑ „BIOL2060: Translation“. mun.ca. Архивирано од изворникот на 2020-08-05. Посетено на 2018-06-29.
↑ „Research“. uw.edu.pl.
↑ Nguyen, T; Brunson, D; Crespi, C L; Penman, B W; Wishnok, J S; Tannenbaum, S R (April 1992). „DNA damage and mutation in human cells exposed to nitric oxide in vitro“. Proc Natl Acad Sci U S A. 89 (7): 3030–3034. doi:10.1073/pnas.89.7.3030. PMC 48797. PMID 1557408.
↑ Mount, DM. (2004). Bioinformatics: Sequence and Genome Analysis (2nd ed.). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 0-87969-608-7.

Надворешни врски

Библиографија на одлики, шаблони и корелации во ДНК и белковински текстови (англиски)

[NCIUB-1] Nomenclature for Incompletely Specified Bases in Nucleic Acid Sequences, NC-IUB, 1984.

[2] „BIOL2060: Translation“. mun.ca. Архивирано од изворникот на 2020-08-05. Посетено на 2018-06-29.

[3] „Research“. uw.edu.pl.

[4] Nguyen, T; Brunson, D; Crespi, C L; Penman, B W; Wishnok, J S; Tannenbaum, S R (April 1992). „DNA damage and mutation in human cells exposed to nitric oxide in vitro“. Proc Natl Acad Sci U S A. 89 (7): 3030–3034. doi:10.1073/pnas.89.7.3030. PMC 48797. PMID 1557408.

[5] Mount, DM. (2004). Bioinformatics: Sequence and Genome Analysis (2nd ed.). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 0-87969-608-7.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]