DNA Definisjon

deoksyribonukleinsyre, eller DNA, er en biologisk macromolecule som bærer arvelig informasjon i mange organismer. DNA er nødvendig for produksjonen av proteiner, regulering, metabolisme og reproduksjon av cellen. Stor komprimert DNA-molekyler med tilhørende proteiner kalles chromatin, er stort sett til stede inne i kjernen. Noen cytoplasma organeller som mitokondriene også inneholde DNA-molekyler.,

DNA er vanligvis en dobbel-strandet polymer av nukleotider, selv om enkelt-strandet DNA er også kjent. Nukleotider i DNA er molekyler som er laget av deoxyribose sukker, en fosfat og nitrogenholdige base. Den nitrogenholdige baser i DNA er fire typer – adenine, guanin, innhold av tymin og cytosine. Fosfat og deoxyribose sukker danne ryggraden-lignende struktur, med nitrogenholdige baser som strekker seg ut som trinn på en stige. Hvert sukkermolekyl er koblet til hverandre gjennom sitt tredje og femte karbon atomer til en fosfat-molekylet hver.,

Funksjoner av DNA

– DNA ble isolert og oppdaget kjemisk før dens funksjoner ble klart. DNA og dets tilknyttede molekyl, ribonucleic acid (RNA), ble først identifisert som sure molekyler som var til stede i kjernen. Når Mendel er eksperimenter på genetikk ble gjenoppdaget, ble det klart at arv var trolig overført gjennom diskrete partikler, og at det var en biokjemisk grunnlag for arv., En rekke eksperimenter vist at blant de fire typene makromolekyler i cellen (karbohydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer), den eneste kjemikalier som ble konsekvent overføres fra en generasjon til den neste var nukleinsyrer.

Som det ble klart at DNA var det materialet som ble overført fra en generasjon til den neste, dens funksjoner begynte å bli undersøkt.

Replikering og Arvelighet

Hver DNA-molekylet er preget av sin sekvens av nukleotider., Det er, i hvilken rekkefølge nitrogenholdige baser vises i macromolecule identifisere et DNA-molekyl. For eksempel, når den menneskelige genom ble sekvensert, og nukleotider som utgjør hver av de 23 par kromosomer ble lagt ut, som en streng av ord på en side. Det er individuelle forskjeller i disse nukleotide-sekvenser, men samlet, for hver organisme, store strekninger er bevart. Sukker-fosfat ryggrad, på den annen side, er felles for alle DNA-molekyler, på tvers av arter, enten i bakterier, planter, virvelløse dyr eller mennesker.,

Når en dobbel-strandet DNA-molekylet behov for å bli replikert, det første som skjer er at de to tilnærmingene separat langs en kort strekning, og skaper en boble-lignende struktur. I denne forbigående enkelt-strandet regionen, og en rekke enzymer og andre proteiner, inkludert DNA-polymerase arbeidet med å lage utfyllende strand, med riktig nukleotid blir valgt gjennom hydrogen bond-formasjonen. Disse enzymene fortsette langs hver strand opprette en ny polynucleotide molekyl til hele DNA er replikert.,

Livet starter fra en enkelt celle. For mennesker, dette er zygote dannet ved befruktning av et egg av en sædcelle. Etter dette, hele blendende utvalg av celler og vev typer er produsert av celledeling. Selv opprettholdelse av normal drift i en voksen krever konstant mitose. Hver gang en celle deler seg, kjernefysiske genetisk materiale er duplisert. Dette innebærer at nesten 3 milliarder nukleotider er nøyaktig lest og kopiert., High-fidelity DNA polymerases og en rekke feil reparasjon mekanismer som sikrer at det bare er en feil som er innlemmet nukleotid for hver 10 milliarder base-par.

Transkripsjon

Den andre viktige funksjonen til genetisk materiale er til direkte fysiologiske aktiviteter i cellen. De fleste katalytisk og funksjonelle roller i kroppen er utført av peptider, proteiner og RNA. Struktur og funksjon av disse molekylene er bestemt av nukleotide-sekvenser i DNA.

Når et protein eller RNA-molekyl behov for å bli produsert, er det første trinnet er transkripsjon., Som DNA-replikasjon, dette begynner med forbigående dannelsen av et enkelt-strandet regionen. Single-strandet regionen fungerer som mal for polymerisering av en utfyllende polynucleotide RNA-molekyl. Bare én av de to trådene i DNA er involvert i transkripsjon. Dette kalles mal strand og den andre strand kalles koding strand. Siden transkripsjon er også avhengig av komplementære base sammenkobling RNA-sekvens er nesten det samme som coding strand.,


I bildet, koding tråder og mal tråder som er avbildet i oransje og lilla henholdsvis. RNA er transkribert i 5′ til 3′ retning.

Mutasjon og Utvikling

En av de viktigste funksjonene i noen arvelige materiale er til å bli kopiert og arvet. For å opprette en ny generasjon, genetisk informasjon må være nøyaktig kopieres og overføres. Strukturen av DNA sikrer at informasjon er kodet innenfor hver polynucleotide strand er replikert med forbløffende nøyaktighet.,

Selv om det er viktig for DNA for å bli duplisert med en svært høy grad av nøyaktighet, den generelle prosessen med utviklingen krever tilstedeværelse av genetiske variasjonen innen hver art. En av måtene dette skjer på er gjennom mutasjoner i DNA-molekyler.

Endringer i nukleotid-sekvensen i det genetiske materialet gir mulighet for dannelse av nye allelet. Alleler er forskjellige, for det meste funksjonelle, varianter av hvert gen. For eksempel, folk som har B-blod-gruppen har et bestemt gen som resulterer i et bestemt protein på overflaten av røde blodlegemer., Dette proteinet er forskjellig fra overflaten antigener i de som har blod gruppe A. på samme måte, personer med sigdcelleanemi har en annen hemoglobin allel sammenlignet med de som ikke lider av sykdommen.

tilstedeværelsen av denne variasjonen kan i det minste noen bestander for å overleve når det er en plutselig og drastisk endring for miljøet. For eksempel, enkeltpersoner bærer en muterte allelet for hemoglobin er i faresonen for sigdcelleanemi. Men de har også en høyere sjanse for å overleve i områder hvor malaria er endemisk.,

Disse mutasjonene og tilstedeværelsen av variasjon tillate bestander for å utvikle seg og tilpasse seg til skiftende omstendigheter.

genteknologi

På et annet nivå, DNA ‘ s rolle som genetisk materiale og en forståelse av dets kjemi gir oss muligheten til å manipulere det og bruke det til å forbedre kvaliteten på livet. For eksempel genmodifiserte avlinger som er pest eller tørke motstandsdyktig har blitt generert fra wild-type varianter gjennom genteknologi. Mye av molekylær biologi er avhengig av isolasjon og manipulering av DNA, for studier av levende prosesser.,

Strukturen av DNA

Når sitt definitive rolle i arvelighet ble etablert, forstå DNA-strukturen ble viktig. Tidligere arbeid på protein krystaller guidede tolkningen av krystallisering og X-Ray differaction av DNA. Riktig tolkning av diffraksjon data startet en ny æra i å forstå og manipulere genetisk materiale. Mens utgangspunktet, forskere som Linus Pauling foreslått at DNA var kanskje laget av tre tråder, Rosalind Franklin ‘ s data støttes tilstedeværelsen av en dobbel helix.,

strukturen av DNA derfor ble belyst i en trinn-messig måte gjennom en serie av eksperimenter, fra den kjemiske isolasjon av deoksyribonukleinsyre av Frederich Miescher til X-ray crystallography av denne macromolecule av Rosalind Franklin.

Dobbel Helix og Antiparallel Tråder


bildet er en forenklet representasjon av en kort DNA-molekylet, med deoxyribose sukker molekyler i orange, knyttet til fosfat molekyler gjennom en spesiell type covalent sammenhengen kalles phosphodiester bond., Hver nitrogenholdige base er representert ved en annen farge – innhold av tymin i lilla, adenine i grønt, cytosine i rødt og guanin i blått. Baser fra hver strand form hydrogen obligasjoner med hverandre, stabiliserende dobbel-strandet struktur.

strukturen av sukker-fosfat ryggraden i et DNA-molekyl som resulterer i en kjemisk polaritet. Hver deoxyribose sukker har fem karbonatomer. Av disse, er den tredje og den femte karbon atomer kan danne covalent obligasjoner med fosfat moieties gjennom phosphodiester obligasjoner., En phosphodiester sammenhengen i hovedsak har en fosfat-molekylet danner to covalent obligasjoner og en rekke av disse obligasjonene skaper de to pigger på en dobbel-strandet DNA-molekylet.

Vekslende sukker og fosfat rester resultater i den ene enden av hver DNA tråd som har en gratis fosfat-gruppen knyttet til den femte karbon av en deoxyribose sukker. Dette kalles 5′ – enden. Den andre enden har en reaktiv hydroksyl gruppe knyttet til den tredje karbonatom av sukker molekyl og gjør 3′ enden.

De to tråder av hver DNA-molekylet har motstridende kjemiske polariteter., Det er, på slutten av hver dobbel-strandet DNA-molekylet, en strand vil ha en reaktiv 3′ hydroksyl gruppe og den andre strand vil ha reaktivt fosfat-gruppen knyttet til den femte karbon for deoxyribose. Dette er grunnen til at et DNA-molekyl sies å være laget av antiparallel tråder.

ET DNA-molekyl kan se ut som en stige, med en sukker-fosfat ryggraden og nukleotid trinnene. Men en DNA-molekylet danner en tredimensjonal spiralformet struktur, med baser gjemt inne i dobbel helix., Hydrogenbinding mellom nukleotider lar intermolecular avstand mellom to tråder å være ganske konstant, med ti base-par i hver sving av dobbel helix.

Komplementær og Replikering

Nukleotid baser på en strand samhandle med dem på den andre tråden gjennom to eller tre hydrogen obligasjoner. Dette mønsteret er forutsigbar (men unntak finnes), med ethvert innhold av tymin base sammenkobling med en adenine base, og guanin og cytosine nukleotider danner hydrogen bindinger med hverandre., På grunn av dette, når rekken av en enkelt strand er kjent, nukleotider til stede i de utfyllende strand av DNA automatisk vist. For eksempel, hvis det er ett aspekt av et DNA-molekyl som har sekvensen 5′ CAGCAGCAG 3′, baser på den andre antiparallel strand at par med denne strekningen vil være 5′ CTGCTGCTG 3′. Denne egenskapen av doble DNA-tråder som kalles gjensidighet.

Først, var det debatt om på hvilken måte DNA-molekyler er duplisert. Det var tre store hypoteser om mekanismen av DNA replikering., De to komplementære tråder av DNA kan slappe av på korte strekninger og gi malen for dannelsen av et nytt DNA-molekyl, som dannet helt gratis nukleotider. Denne metoden ble kalt den konservative hypotese.

Alternativt hver mal strand kunne katalysere dannelsen av sin komplementære tråden gjennom nukleotid polymerisering. I denne semi-konservative modus for replikering, alle dupliserte DNA-molekyler ville gjennomføre en strand fra foreldre, og en nylig syntetisert streng. I effekt, alle dupliserte DNA-molekyler ville være hybrider., Den tredje hypotesen sa at enhver store DNA-molekylet var sannsynligvis brutt opp i små segmenter før det ble replikert. Dette ble kalt dispersjons-hypotesen og som vil resultere i mosaikk molekyler.

En rekke elegante eksperimenter av Matthew Meselson og Franklin Stahl, med hjelp fra Mason MacDonald og Amandeep Sehmbi, støttet ideen om at DNA-replikasjon var, faktisk, semi-konservativ. På slutten av hver av samme hendelse, er alle DNA-molekyler som bærer en foreldrekontroll strand og en strand som nylig er opprettet fra nukleotid polymerisering.,

Oppdagelsen av DNA

Som mikroskoper begynte å bli mer sofistikerte, og gi større forstørrelse, rollen av kjernen i celledeling ble ganske klare. På den annen side, var det en felles forståelse av arv som «blanding» av mors og fars egenskaper, siden fusjon av to kjerner under befruktning hadde blitt observert.

Imidlertid oppdagelsen av DNA som det genetiske materialet sannsynligvis begynte med arbeidet med Gregor Mendel. Når hans eksperimenter ble gjenoppdaget, en viktig implikasjon kom til å lyse., Hans resultater kan bare forklares gjennom arv av diskrete partikler, snarere enn gjennom diffuse blanding av trekk. Mens Mendel kalte dem faktorer, med bruk av kjemi i biologiske fag, en jakt på det molekylære grunnlag av arv begynte.

Kjemisk Isolering av DNA

DNA ble først kjemisk isolert og renset av Johann Friedrich Miescher som studerte immunologi. Spesielt var han prøver å forstå biokjemi av hvite blodlegemer., Etter å ha isolert kjernene fra cytoplasma, oppdaget han at når syre ble lagt til disse ekstrakter, trevlet hvite klumper som så ut som en tufts av ull, atskilt fra løsningen. I motsetning til proteiner, disse bunnfall gikk tilbake til løsning ved tillegg av en lut. Dette førte Miescher å konkludere med at macromolecule var sure i naturen. Når flere eksperimenter viste at molekylet var verken en lipid eller et protein, innså han at han hadde isolert en ny klasse av molekyler. Siden det var avledet fra kjernen, kalte han dette stoffet nuclein.,

arbeidet med Albrecht Kossel kaste mer lys på den kjemiske natur av dette stoffet da han viste at nuclein (eller nukleinsyre som det var i ferd med å bli kalt) var laget av karbohydrater, fosfater, og nitrogenholdige baser. Kossel også gjorde den viktige oppdagelsen koble den biokjemiske studier av nukleinsyrer med mikroskopisk analyse av dele celler. Han knyttet dette sure stoff med kromosomer som kan observeres visuelt og bekreftet at denne klassen av molekyler var nesten helt til stede bare i kjernen., Den andre viktige oppdagelsen av Kossel s var å knytte nukleinsyrer med en økning i protoplasmaen, og celledeling, og dermed styrke sin forbindelse med arv og reproduksjon.

Gener og DNA

Ved begynnelsen av det tjuende århundre, molekylær biologi opplevd en rekke banebrytende oppdagelser som førte til en forbedret forståelse av kjemiske grunnlag av liv og celledeling. I 1944, eksperimenter av tre forskere, (Avery, Kid og McLeod) ga sterke bevis for at nukleinsyrer, og mer spesifikt DNA, var trolig den genetiske materiale., Et par år senere, Chargaff er eksperimenter viste at antall purin baser i hvert DNA-molekyl tangert antall pyrimidin baser. I 1952, en elegant eksperiment av Alfred Hershey og Martha Chase bekreftet DNA som det genetiske materialet.

på denne tiden, fremskritt i X-Ray crystallography hadde latt krystallisering av DNA og studie av sin diffraksjon mønstre. Til slutt, disse molekylene kan visualiseres med større detaljer., Dataene som er generert av Rosalind Franklin tillatt James Watson og Francis Crick til da foreslå dobbel-strandet spiralformet modell for DNA, med en sukker-fosfat ryggraden. De innlemmet Chargaff regler for purin og pyrimidin mengder ved å vise at hver purin base dannet bestemt hydrogen bond forbindelser med annen pyrimidin base. De forsto selv som de foreslåtte denne strukturen at de hadde gitt en mekanisme for DNA-duplisering.,


for å visualisere dette molekylet, bygde de en tre-dimensjonal modell av en dobbel spiralformet DNA, ved hjelp aluminium maler. Bildet over viser mal med base innhold av tymin, med nøyaktige bond vinkler og lengder.


Den endelige modellen bygget av Watson og Crick (som vist ovenfor) er nå utstilt i National Science Museum i London.

Quiz

1. Hvilket av disse utsagnene om DNA-IKKE sant?
A. I eukaryotes, DNA er til stede kun i atomkjernen
B., DNA er arvestoffet som for noen virus
C. DNA-replikasjon er semi-konservative
D) Ingen av alternativene

Svar på Spørsmål #1
– En er riktig. Selv i eukaryotes, DNA eksisterer utenfor kjernen. Organeller som mitokondrier og chloroplasts bære noen DNA molekyler.

2. Hvilke av disse forskerne utviklet et eksperiment for å vise at DNA-replikasjon var semi-konservative?
A. Meselson
B. James Watson
C. Linus Pauling
D. Alle de ovennevnte

Svar på Spørsmål #2
– En er riktig., Blant disse tre forskere, bare Meselson var involvert i design av eksperiment som viste hvordan DNA ble kopiert. Linus Pauling var involvert i utviklingen av X-Ray crystallography som en metode for å forstå strukturen av biologiske makromolekyler. James Watson brukte Røntgen-diffraksjon data som er generert av Rosalind Franklin til å foreslå dobbelt spiralformet modell for den tredimensjonale strukturen av DNA.

3. Hvorfor var gjenoppdagelsen av Mendel eksperimenter er viktig for utviklingen av molekylær biologi?
A., Mendel er eksperimenter foreslått at DNA var arvelig material
B. Mendel lover av arv antydet at det var diskret biokjemiske partikler som er involvert i arv
C. Mendel er eksperimenter med ert planter ga molekylær biologi en nyttig modell organismen
D. Alle de ovennevnte

Svar på Spørsmål #3
B er riktig. Til Mendel eksperimentert med ert planter, det var aldri klart hvordan arvelighet ble oppnådd. Selv om brutto mekanismer som er involvert ble alltid er kjent, detaljene var aldri klart., Felles kunnskap syntes å antyde at trekk nådd en «gjennomsnittlig» mellom foreldre. For eksempel, med en høy forelder og en kort foreldre, avkom vanligvis var av middels høyde. Tilsvarende for hud farge og så videre. Men, når Mendel hadde gjort sine eksperimenter ved hjelp av ekte avl prøver, det var ganske klart at diskrete partikler ble arvet. Dette, sammen med fremskritt i kjemi, tillatt for utviklingen av molekylær biologi og biokjemi som fagfelt. Det var ingenting i Mendel er eksperimenter som tyder på at DNA var genetisk materiale., I tillegg, Mendel s ert planter er egentlig ikke foretrukket som modell organismer på grunn av den enorme områder er behov for å utvikle prøver og sine lange generasjon tid.

Written by 

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *