DNA-definitie

deoxyribonucleïnezuur, of DNA, is een biologisch macromolecuul dat erfelijke informatie in veel organismen bevat. DNA is noodzakelijk voor de productie van eiwitten, de regulatie, het metabolisme en de reproductie van de cel. De grote gecomprimeerde molecules van DNA met bijbehorende proteã nen, genoemd chromatin, zijn meestal aanwezig binnen de kern. Sommige cytoplasmic organellen zoals mitochondria bevatten ook de molecules van DNA.,

DNA is meestal een dubbelstrengs polymeer van nucleotiden, hoewel enkelstrengs DNA ook bekend is. De nucleotiden in DNA zijn molecules gemaakt van deoxyribosesuiker, een fosfaat en een stikstofhoudende basis. De stikstofhoudende basen in DNA zijn van vier types-adenine, guanine, thymine en cytosine. Het fosfaat en de desoxyribose suikers vormen een backbone-achtige structuur, waarbij de stikstofhoudende basen zich uitstrekken als sporten van een ladder. Elk suikermolecuul is verbonden door zijn derde en vijfde koolstofatomen aan één fosfaatmolecuul elk.,

functies van DNA

DNA werd geïsoleerd en chemisch ontdekt voordat de functies ervan duidelijk werden. DNA en zijn verwante molecuul, ribonucleic zuur (RNA), werden aanvankelijk eenvoudig geà dentificeerd als zure molecules die in de kern aanwezig waren. Toen Mendels experimenten op genetica werden herontdekt, werd het duidelijk dat erfelijkheid waarschijnlijk werd overgedragen door discrete deeltjes, en dat er een biochemische basis voor overerving was., Een reeks experimenten toonde aan dat onder de vier types van macromoleculen binnen de cel (koolhydraten, lipiden, proteã NEN EN nucleic zuren), de enige chemische producten die consequent van één generatie aan de volgende werden overgebracht nucleã ne zuren waren.

toen duidelijk werd dat DNA het materiaal was dat van de ene generatie op de volgende werd overgedragen, begonnen de functies ervan te worden onderzocht.

replicatie en erfelijkheid

elk DNA-molecuul onderscheidt zich door zijn sequentie van nucleotiden., Dat wil zeggen, de volgorde waarin de stikstofhoudende basen binnen de macromolecule verschijnen identificeert een molecuul van DNA. Bijvoorbeeld, toen het menselijke genoom werd gesequenced, werden de nucleotiden die elk van de 23 paren chromosomen vormen, als een reeks woorden op een pagina gelegd. Er zijn individuele verschillen in deze nucleotideopeenvolgingen, maar over het algemeen, voor elk organisme, worden grote stukken behouden. De suikerfosfaat backbone, aan de andere kant, is gemeenschappelijk voor alle DNA-moleculen, van alle soorten, of in bacteriën, planten, ongewervelde dieren of mensen.,

wanneer een dubbelstrengs DNA-molecuul moet worden gerepliceerd, gebeurt het eerste dat de twee strengen zich over een korte afstand scheiden, waardoor een bubbelachtige structuur ontstaat. In dit voorbijgaande single-stranded gebied, werkt een aantal enzymen en andere proteã nen, met inbegrip van de polymerasewerk van DNA om de aanvullende bundel tot stand te brengen, met het correcte nucleotide die door de vorming van de waterstofband wordt gekozen. Deze enzymen gaan langs elke bundel verder die een nieuwe polynucleotidemolecule tot volledige DNA wordt gerepliceerd creëren.,

het leven begint vanaf een enkele cel. Voor mensen is dit de zygote gevormd door de bevruchting van een eicel door een sperma. Na dit, wordt de volledige verblindende reeks cellen en weefseltypes geproduceerd door celdeling. Zelfs het behoud van normale functies bij een volwassene vereist constante mitose. Elke keer dat een cel zich verdeelt, wordt nucleair genetisch materiaal gedupliceerd. Dit impliceert dat bijna 3 miljard nucleotiden nauwkeurig worden gelezen en gekopieerd., De polymerasen van hoog-getrouwheidsdna en een gastheer van mechanismen van de foutenreparatie verzekeren dat er slechts één verkeerd opgenomen nucleotide voor elke 10 miljard basisparen is.

transcriptie

de tweede belangrijke functie van genetisch materiaal is het sturen van de fysiologische activiteiten van de cel. De meeste katalytische en functionele rollen in het lichaam worden uitgevoerd door peptides, proteã nen en RNA. De structuur en functie van deze molecules worden bepaald door nucleotideopeenvolgingen in DNA.

wanneer een eiwit of RNA-molecuul moet worden geproduceerd, is de eerste stap transcriptie., Als de replicatie van DNA, begint dit met de voorbijgaande vorming van een single-stranded gebied. Het single-stranded gebied doet dan Dienst als malplaatje voor de polymerisatie van een complementaire molecule van polynucleotiderna. Slechts één van de twee bundels van DNA is betrokken bij transcriptie. Dit wordt genoemd de malplaatjestreng en de andere streng wordt genoemd de codagestreng. Aangezien de transcriptie ook van het complementaire basis in paren rangschikken afhankelijk is, is de opeenvolging van RNA bijna hetzelfde als de codagebundel.,


In de afbeelding worden de coderingsstrengen en de sjabloonstrengen weergegeven in respectievelijk oranje en paars. RNA wordt getranscribeerd in de 5′ aan 3 ‘ richting.

mutatie en evolutie

een van de belangrijkste functies van erfelijk materiaal moet worden gerepliceerd en overgeërfd. Om een nieuwe generatie te creëren, moet genetische informatie nauwkeurig worden gedupliceerd en vervolgens worden overgedragen. De structuur van DNA zorgt ervoor dat de informatie die binnen elke polynucleotidebundel wordt gecodeerd met verbazingwekkende nauwkeurigheid wordt herhaald.,

hoewel het belangrijk is dat DNA met een zeer hoge mate van nauwkeurigheid wordt gedupliceerd, vereist het algemene evolutieproces de aanwezigheid van genetische variabiliteit binnen elke soort. Een van de manieren waarop dit gebeurt is door mutaties in DNA-moleculen.

veranderingen in de nucleotidesequentie in genetisch materiaal maken de vorming van nieuw allel mogelijk. Allelen zijn verschillende, meestal functionele, variëteiten van elk gen. Bijvoorbeeld, hebben de mensen die bloedgroep B een bepaald gen resulterend in een bepaalde oppervlakteproteã NE op rode bloedcellen hebben., Dit eiwit is verschillend van de oppervlakteantigenen in degenen die bloedgroep A. hebben op dezelfde manier, mensen met sikkelcelanemie hebben een verschillend hemoglobine allel in vergelijking met degenen die niet lijden aan de ziekte.

de aanwezigheid van deze variabiliteit zorgt ervoor dat ten minste enkele populaties kunnen overleven wanneer er een plotselinge en drastische verandering in de omgeving plaatsvindt. Bijvoorbeeld, zijn de individuen die een gemuteerd allel voor hemoglobine dragen in gevaar voor sikkelcelanemie. Ze hebben echter ook een hogere overlevingskans in regio ‘ s waar malaria endemisch is.,

deze mutaties en de aanwezigheid van variabiliteit stellen populaties in staat zich te ontwikkelen en zich aan te passen aan veranderende omstandigheden.

genetische manipulatie

op een ander niveau stelt de rol van DNA als genetisch materiaal en de kennis van de chemie ervan ons in staat om het te manipuleren en te gebruiken om de kwaliteit van leven te verbeteren. Zo zijn genetisch gemodificeerde gewassen die bestand zijn tegen ongedierte of droogte, gegenereerd uit wilde typevariëteiten door middel van genetische manipulatie. Veel moleculaire biologie is afhankelijk van de isolatie en manipulatie van DNA, voor de studie van levende processen.,

structuur van DNA

toen de definitieve rol van DNA in erfelijkheid werd vastgesteld, werd het begrijpen van de structuur van DNA belangrijk. Eerder werk aan eiwitkristallen leidde de interpretatie van kristallisatie en X-Ray differaction van DNA. De juiste interpretatie van diffractiegegevens begon een nieuw tijdperk in het begrijpen en manipuleren van genetisch materiaal. Terwijl aanvankelijk, wetenschappers zoals Linus Pauling suggereerden dat DNA misschien van drie bundels werd gemaakt, steunden de gegevens van Rosalind Franklin de aanwezigheid van een dubbele helix.,de structuur van DNA werd daarom stapsgewijs opgehelderd door een reeks experimenten, gaande van de chemische isolatie van deoxyribonucleïnezuur door Frederich Miescher tot de röntgenkristallografie van deze macromolecule door Rosalind Franklin.

Double Helix and Antiparallel Strands


het beeld is een vereenvoudigde weergave van een kort DNA-molecuul, met desoxyribose suikermoleculen in oranje, gekoppeld aan fosfaatmoleculen via een speciaal type covalente koppeling genaamd de fosfodiësterbinding., Elke stikstofhoudende base wordt vertegenwoordigd door een andere kleur – thymine in paars, adenine in groen, cytosine in rood en guanine in blauw. De basen van elke streng vormen waterstofbindingen met elkaar, waardoor de dubbelstrengsstructuur wordt gestabiliseerd.

de structuur van de backbone van suikerfosfaat in een DNA-molecuul resulteert in een chemische polariteit. Elke deoxyribose suiker heeft vijf koolstofatomen. Van deze, kunnen de derde en de vijfde koolstofatomen covalente banden met fosfaatdelen door fosfodiësterbindingen vormen., Een fosfodiësterverbinding heeft hoofdzakelijk een fosfaatmolecule die twee covalente banden vormen en een reeks van deze banden leidt tot de twee stekels van een dubbelstrengs molecuul van DNA.

afwisselend suiker en fosfaatresiduen resulteert in een uiteinde van elke DNA-streng die een vrije fosfaatgroep heeft die aan de vijfde koolstof van een desoxyribosesuiker is bevestigd. Dit wordt de 5′ end genoemd. Het andere eind heeft een reactieve hydroxylgroep verbonden aan het derde koolstofatoom van de suikermolecule en maakt het 3′ eind.

de twee strengen van elk DNA-molecuul hebben tegengestelde chemische polariteiten., Dat wil zeggen, aan het eind van elke double-stranded molecule van DNA, zal één bundel een reactieve 3′ hydroxylgroep hebben en de andere bundel zal de reactieve fosfaatgroep in bijlage aan de vijfde koolstof van deoxyribose hebben. Dit is waarom een molecuul van DNA wordt gezegd om van antiparallel bundels worden gemaakt.

een DNA-molecuul kan eruit zien als een ladder, met een suikerfosfaat backbone en nucleotide sporten. Nochtans, vormt een molecuul van DNA een driedimensionale spiraalvormige structuur, met de basissen die binnen de dubbele schroef worden weggestopt., De waterstof die tussen nucleotiden binden staat de intermoleculaire afstand tussen twee bundels toe om vrij constant te blijven, met tien basisparen in elke beurt van de dubbele helix.

complementariteit en replicatie

Nucleotidebasen op één streng interageren met die op de andere streng door twee of drie waterstofbindingen. Dit patroon is voorspelbaar (hoewel uitzonderingen bestaan), met elke thymine-basis die met een adenine-basis in paren rangschikken, en de guanine en cytosine-nucleotiden die waterstofbanden met elkaar vormen., Wegens dit, wanneer de opeenvolging van één enkele bundel bekend is, worden de nucleotiden huidig in de aanvullende bundel van DNA automatisch geopenbaard. Bijvoorbeeld, als een bundel van een DNA-molecuul de opeenvolging 5′ CAGCAGCAG 3 ‘heeft, zullen de basissen op de andere antiparallel bundel die met dit stuk paren 5’ CTGCTGCTG 3’zijn. Deze eigenschap van dubbele bundels van DNA wordt genoemd complementariteit.

aanvankelijk was er discussie over de manier waarop DNA-moleculen worden gedupliceerd. Er waren drie belangrijke hypothesen over het mechanisme van de replicatie van DNA., De twee complementaire bundels van DNA konden bij korte rekken ontspannen en het malplaatje voor de vorming van een nieuwe molecule van DNA verstrekken, volledig gevormd uit vrije nucleotiden. Deze methode werd de conservatieve hypothese genoemd.

als alternatief kan elke template-streng de vorming van zijn complementaire streng katalyseren door middel van nucleotidepolymerisatie. In deze semi-conservatieve wijze van replicatie, zouden alle gedupliceerde molecules van DNA één bundel van de ouder en één onlangs samengestelde bundel dragen. In feite zouden alle gedupliceerde DNA-moleculen hybriden zijn., De derde hypothese verklaarde dat elke grote molecule van DNA waarschijnlijk in kleine segmenten werd opgesplitst alvorens het werd herhaald. Dit werd de dispersieve hypothese genoemd en zou resulteren in mozaïekmoleculen.een reeks elegante experimenten van Matthew Meselson en Franklin Stahl, met hulp van Mason MacDonald en Amandeep Sehmbi, ondersteunde het idee dat DNA-replicatie in feite semi-conservatief was. Aan het eind van elke duplicatie-gebeurtenis, dragen alle molecules van DNA één ouderstreng en één streng die nieuw uit nucleotidepolymerisatie worden gecreeerd.,

ontdekking van DNA

naarmate de microscopen verfijnder werden en een grotere vergroting gaven, werd de rol van de kern in de celdeling vrij duidelijk. Aan de andere kant was er de gemeenschappelijke opvatting van erfelijkheid als de ‘vermenging’ van moederlijke en vaderlijke kenmerken, aangezien de fusie van twee kernen tijdens de bevruchting was waargenomen.echter, de ontdekking van DNA als genetisch materiaal begon waarschijnlijk met het werk van Gregor Mendel. Toen zijn experimenten werden herontdekt, kwam een belangrijke implicatie aan het licht., Zijn resultaten konden alleen worden verklaard door de overerving van discrete deeltjes, in plaats van door de diffuse vermenging van eigenschappen. Terwijl Mendel hen factoren noemde, met de komst van de chemie in de biologische wetenschappen, begon een jacht op de moleculaire basis van erfelijkheid.

chemische isolatie van DNA

DNA werd eerst chemisch geïsoleerd en gezuiverd door Johann Friedrich Miescher, die immunologie studeerde. Hij probeerde de biochemie van witte bloedcellen te begrijpen., Na het isoleren van de kernen van het cytoplasma, ontdekte hij dat wanneer zuur werd toegevoegd aan deze extracten, vezelige witte klontjes die eruit zagen als een plukjes wol, gescheiden van de oplossing. In tegenstelling tot proteã nen, gingen deze precipitaten terug in oplossing op de toevoeging van een alkali. Dit leidde Miescher tot de conclusie dat de macromolecule zuur van aard was. Toen verdere experimenten aantoonden dat het molecuul noch een lipide noch een eiwit was, realiseerde hij zich dat hij een nieuwe klasse moleculen had geïsoleerd. Omdat het afkomstig was van de kern, noemde hij deze stof nucleïne.,het werk van Albrecht Kossel werpt meer licht op de chemische aard van deze stof toen hij aantoonde dat nucleïne (of nucleïnezuur zoals het begon te worden genoemd) werd gemaakt van koolhydraten, fosfaten en stikstofhoudende basen. Kossel deed ook de belangrijke ontdekking die de biochemische studie van nucleïnezuren verbindt met de microscopische analyse van delende cellen. Hij verbond deze zure substantie met chromosomen die visueel konden worden waargenomen en bevestigde dat deze klasse van moleculen bijna volledig alleen in de kern aanwezig was., De andere belangrijke ontdekking van Kossel was om nucleic zuren met een verhoging van protoplasma, en celdeling te verbinden, waardoor zijn verbinding met erfelijkheid en reproductie wordt versterkt.

genen en DNA

tegen het begin van de twintigste eeuw beleefde de moleculaire biologie een aantal baanbrekende ontdekkingen die een beter begrip van de chemische basis van leven en celdeling veroorzaakten. In 1944 leverden experimenten van drie wetenschappers (Avery, McCarty en McLeod) sterk bewijs dat nucleïnezuren, in het bijzonder DNA, waarschijnlijk het genetische materiaal waren., Een paar jaar later, toonden de experimenten van Chargaff aan dat het aantal purinebasissen in elke molecule van DNA het aantal pyrimidinebasissen evenaarde. In 1952 bevestigde een elegant experiment van Alfred Hershey en Martha Chase DNA als het genetische materiaal.

tegen die tijd had vooruitgang in de röntgenkristallografie de kristallisatie van DNA en de studie van zijn diffractiepatronen mogelijk gemaakt. Ten slotte kunnen deze moleculen met grotere granulariteit worden gevisualiseerd., De gegevens die door Rosalind Franklin worden geproduceerd stonden James Watson en Francis Crick toe om dan het dubbelstrengs spiraalvormig model voor DNA, met een suiker-fosfaat backbone voor te stellen. Ze incorporeerden de regels van Chargaff voor purine-en pyrimidine-hoeveelheden door aan te tonen dat elke purinebasis specifieke waterstofbindingen vormde met een andere pyrimidinebasis. Zij begrepen zelfs aangezien zij deze structuur voorstelden dat zij een mechanisme voor duplicatie van DNA hadden verstrekt.,


om dit molecuul te visualiseren, bouwden ze een driedimensionaal model van een dubbel spiraalvormig DNA, met behulp van aluminium sjablonen. De afbeelding hierboven toont de sjabloon van de basis Thymine, met nauwkeurige bindingshoeken en lengtes.


Het uiteindelijke model dat door Watson en Crick is gebouwd (zoals hierboven te zien) is nu te zien in het National Science Museum in Londen.

Quiz

1. Welke van deze uitspraken over DNA is niet waar?in eukaryoten is DNA uitsluitend aanwezig in de kern., DNA is het genetische materiaal voor sommige virussen
C. DNA-replicatie is semi-conservatief
D. geen van de bovenstaande

antwoord op Vraag # 1
A is correct. Zelfs in eukaryoten bestaat DNA buiten de kern. Organellen zoals mitochondria en chloroplasten dragen sommige molecules van DNA.

2. Welke van deze wetenschappers ontwierp een experiment om aan te tonen dat DNA-replicatie semi-conservatief was?
A. Meselson
B. James Watson
C. Linus Pauling
D. al het bovenstaande

antwoord op Vraag # 2
A is correct., Onder deze drie wetenschappers was alleen Meselson betrokken bij het ontwerp van het experiment dat aantoonde hoe DNA werd gerepliceerd. Linus Pauling was betrokken bij het ontwikkelen van röntgenkristallografie als methode om de structuur van biologische macromoleculen te begrijpen. James Watson gebruikte de gegevens van de röntgendiffractie die door Rosalind Franklin worden geproduceerd om het dubbele spiraalvormige model voor de driedimensionale structuur van DNA voor te stellen.

3. Waarom was de herontdekking van Mendels experimenten belangrijk voor de ontwikkeling van moleculaire biologie?
A., Mendels experimenten suggereerden dat DNA het erfelijke materiaal was. B. Mendels wetten van overerving suggereerden dat er discrete biochemische deeltjes betrokken waren bij erfelijkheid.C. Mendels experimenten met erwtenplanten gaven moleculaire biologen een nuttig modelorganisme. D. al het bovenstaande

antwoord op Vraag #3
B is correct. Tot Mendel experimenteerde met erwtenplanten, was het nooit duidelijk hoe erfelijkheid werd bereikt. Hoewel de grove mechanismen altijd bekend waren, waren de details nooit duidelijk., Algemeen bekend leek te suggereren dat eigenschappen bereikte een ‘gemiddelde’ tussen de ouders. Bijvoorbeeld, met een lange ouder en een korte ouder, het nageslacht was meestal van gemiddelde hoogte. Ook voor huidkleuring en ga zo maar door. Maar toen Mendel zijn experimenten had gedaan met echte fokspecimens, was het vrij duidelijk dat discrete deeltjes werden geërfd. Dit, samen met vooruitgang in chemie, stond de ontwikkeling van moleculaire biologie en biochemie toe als gebieden van studie. Er was niets in Mendels experimenten dat suggereert dat DNA het genetische materiaal was., Bovendien, Mendel ‘ s erwten planten zijn niet echt de voorkeur als model organismen vanwege de enorme gebieden nodig hebben om de specimens te cultiveren en hun lange generatie tijd.

Written by 

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *