Теоретические основы генетического наследования

Вся ядерная ДНК в клетке человека содержится в виде 23 пар хромосом.

Гомологичные гены, то есть гены, находящиеся в гомологичных хромосомах в одинаковых местах – локусах, определяют формирование одного и того же признака. На молекулярном уровне аллельные варианты одного и того же гена отличаются небольшими изменениями в структуре ДНК – в последовательности нуклеотидов в полинуклеотидной цепи.

Но даже эти отличия в основном носят характер случайных отклонений от некой доминирующей нормы и теоретически это означает, что если проанализировать фрагмент такой длины для одного и того же среднестатистического гена у 100 человек, то 99 из них вполне могут оказаться неотличимыми друг от друга.

Поэтому практическое значение для целей генетической индивидуализации человека (как предпосылки для идентификации личности) имеют отнюдь не любые гены, а только такие, которые различаются у многих людей, т. е. имеют много аллельных форм.

Азотистые основания делятся на два типа: пуриновые и пиримидиновые. Пурины имеют по два конденсированных кольца: одно – пятичленное, другое – шестичленное. Пиримидины состоят из одного шестичленного кольца. В состав ДНК входят основания четырех типов – аденин, гуанин, тимин и цитозин. Эти основания обычно обозначаются их начальными буквами – A, G, Т и С.

Азотистые основания соединены с дезоксирибозой гликозидной связью, которая в случае пиримидинового основания образуется между первым атомом пентозного кольца и третьим атомом основания, а в случае пуринового основания – между первым атомом пентозного кольца и девятым атомом основания. Данное соединение (т. е. соединение, состоящее из азотистого основания и сахара) называется нуклеозидом. Соединение нуклеозида с остатком фосфорной кислоты называется нуклеотидом.

Нуклеотид на одном конце цепи имеет свободную 5′-группу (5′-конец), а на другом – З’-группу (З’-конец). Последовательность нуклеотидов (азотистых оснований) принято обозначать в направлении от 5′-конца к 3′-концу. В этой последовательности закодирована генетическая информация, носителем которой является ДНК.

Согласно модели ДНК, предложенной в 1953 г. Уотсоном и Криком, ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, скрученных в спираль. Эти цепи не связаны ковалентно, а соединяются водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями. При этом А может образовывать водородную связь только с Т, тогда как G специфически соединяется только с С. Эти реакции называют спариванием основании, а об основаниях, способных спариваться (А с Т и G с С), говорят, что они комплементарны.

При специфическом спаривании оснований между’ А и Т образуются две водородные связи, а между G и С – три. Азотистые основания имеют плоскую форму и располагаются парами перпендикулярно оси спирали. Если рассматривать спираль вдоль оси, то видно, что одна цепь идет в направлении 5-3′, а другая 3-5′, т. е. полинуклеотидные цепи в ДНК антипараллельны.

Фосфатные группы располагаются с внешней стороны спирали, имеют отрицательный заряд и требуют нейтрализации ионами металлов или положительно заряженными белками. Таким образом, по своему строению ДНК является сложным полимерным соединением.

Размер молекул ДНК, как и любых других полимерных соединений, может сильно варьировать. Так как мономерные соединения в ДНК – это нуклеотиды, а ДНК – двухцепочечная структура, то размер молекул ДНК принято измерять в парах нуклеотидов (п.н.) или парах оснований (п.о.).

Процесс денатурации является обратимым. Явление восстановления структуры двойной спирали, исходя из двух разделенных комплементарных цепей, называют ренатурацией ДНК или отжигом. Для осуществления ренатурации, как правило, достаточно остудить раствор денатурированной ДНК.