ogólność
DNA lub kwas dezoksyrybonukleinowy jest dziedzictwem genetycznym wielu żywych organizmów, w tym ludzi.
Generyczny nukleotyd tworzący DNA zawiera 3 elementy: grupę fosforanową, cukier dezoksyrybozowy i zasadę azotową.
Zorganizowany w chromosomach DNA służy do generowania białek, które odgrywają fundamentalną rolę w regulacji wszystkich mechanizmów komórkowych organizmu.
Co to jest DNA?
DNA jest biologiczną makrocząsteczką zawierającą wszystkie informacje niezbędne do prawidłowego rozwoju i prawidłowego funkcjonowania komórek żywego organizmu.
TO JEST KWAS NUKLEINOWY
Dzięki obrazowi generycznego nukleotydu czytelnik może zobaczyć, że pentoza stanowi element, do którego przyłączona jest grupa fosforanowa (poprzez wiązanie fosfodiestrowe) i zasadę azotową (poprzez wiązanie N-glikozydowe).
Skrót DNA oznacza kwas deoksyrybonukleinowy lub kwas deoksyrybonukleinowy .
Kwas dezoksyrybonukleinowy należy do kategorii kwasów nukleinowych, czyli makrocząsteczek biologicznych składających się z długich łańcuchów nukleotydów .
Nukleotyd jest jednostką molekularną kwasu nukleinowego, wynikającą z połączenia 3 elementów:
- Grupa fosforanowa ;
- Pentoza, czyli cukier z 5 atomami węgla;
- Baza azotowa .
Inny bardzo ważny kwas nukleinowy: RNA
Innym podstawowym kwasem nukleinowym do prawidłowego funkcjonowania komórek wielu organizmów jest RNA . Skrót RNA oznacza kwas rybonukleinowy .
Kwas rybonukleinowy różni się od kwasu dezoksyrybonukleinowego pod względem nukleotydów.
DLACZEGO BYŁO POWIEDZIONE DZIEDZICTWO GENETYCZNE?
Książki genetyki i biologii molekularnej definiują DNA za pomocą terminologii dziedzictwa genetycznego .
Uzasadnieniem użycia tego sformułowania jest fakt, że DNA jest siedzibą genów . Geny są sekwencjami nukleotydowymi, z których pochodzą białka. Białka to kolejna klasa biologicznych makrocząsteczek niezbędnych do życia.
W genach każdego z nas jest „napisana” część tego, czym jesteśmy i czym się staniemy.
ODKRYJ DNA
Odkrycie DNA jest wynikiem wielu eksperymentów naukowych.
Pierwsze i najważniejsze badania w tym zakresie rozpoczęły się pod koniec lat dwudziestych i należały do angielskiego oficera medycznego Fredericka Griffitha ( eksperyment transformacji Griffitha ). Griffith zdefiniował to, co nazywamy dzisiaj DNA terminem „ zasada transformacji ” i uznał, że to białko.
Kontynuacją eksperymentów Griffitha był amerykański biolog Oswald Avery ze swoimi współpracownikami w latach 1930-1940. Avery wykazał, że „zasada transformacji” Griffitha nie była białkiem, ale innym typem makrocząsteczki: kwasem nukleinowym,
Dokładna struktura DNA pozostała nieznana aż do 1953 r., Kiedy James Watson i Francis Crick zaproponowali tak zwany „ model podwójnej helisy ”, aby wyjaśnić rozmieszczenie nukleotydów w kwasie deoksyrybonukleinowym.
Watson i Crick mieli niesamowitą intuicję, ujawniając całej społeczności naukowej, czego od lat szukają biologowie i genetycy.
Odkrycie dokładnej struktury DNA umożliwiło zbadanie i zrozumienie procesów biologicznych, w które zaangażowany jest kwas deoksyrybonukleinowy: od sposobu replikacji i tworzenia RNA (inny kwas nukleinowy) po sposób generowania białek.
Zasadnicze znaczenie dla opisu modelu Watsona i Cricka miały niektóre badania przeprowadzone przez Rosaling Franklin, Maurice Wilkins i Erwin Chargaff .
struktura
Tak zwany „model podwójnej helisy” Watsona i Cricka wykazał, że DNA jest bardzo długą cząsteczką, utworzoną przez dwie nici nukleotydów (filamenty polinukleotydowe). Połączone ze sobą, ale zorientowane w przeciwnych kierunkach, te dwa włókna polinukleotydowe owijają się jak spirala.
Ponieważ struktura DNA jest dość złożonym tematem, postaramy się zacytować najważniejsze punkty bez przekraczania szczegółów.
CO TO JEST PENTOSO DNA?
Cukier z 5 atomami węgla, który odróżnia strukturę nukleotydów DNA, to dezoksyryboza .
Z 5 atomów węgla deoksyrybozy 3 zasługują na specjalną wzmiankę:
- Tak zwany „ węgiel 1 ”, ponieważ to właśnie łączy się z bazą azotową ;
- Tak zwany „ węgiel 2 ”, ponieważ to właśnie nadaje nazwę deoksyrybozie cukrowej (NB: deoksyryboza oznacza „beztlenowy” i odnosi się do braku atomów tlenu związanych z węglem);
- Tak zwany „ węgiel 5 ”, ponieważ wiąże się z grupą fosforanową .
Porównanie z RNA
Pentoza jest rybozą w cząsteczkach RNA. Ryboza różni się od deoksyrybozy tylko dzięki obecności na „węglu 2” atomu tlenu.
Czytelnik może docenić tę jedną różnicę, patrząc na poniższy rysunek.
RODZAJE NUKLEOTYD I PODSTAW AZOTOWYCH
DNA ma 4 różne typy nukleotydów .
Aby odróżnić te elementy, jest tylko baza azotowa, związana ze szkieletem grupy pentozo-fosforanowej (która w przeciwieństwie do bazy nigdy się nie zmienia).
Z oczywistych powodów, azotowe zasady DNA to 4: adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T).
Adenina i guanina należą do klasy purynowych, dwupierścieniowych związków heterocyklicznych.
Natomiast cytozyna i tymina należą do kategorii pirymidyn, jednopierścieniowych związków heterocyklicznych.
Model podwójnej helisy Watsona i Cricka umożliwił wyjaśnienie dwóch całkowicie nieznanych aspektów w tym czasie:
- Każda zasada azotowa obecna na nici DNA łączy się z zasadą azotową obecną na drugiej nici DNA, skutecznie tworząc parę, parowanie zasad.
- Parowanie między zasadami azotowymi dwóch nici jest wysoce specyficzne. W rzeczywistości adenina łączy się tylko z tyminą, podczas gdy cytozyna wiąże się tylko z guaniną.
Po tym drugim sensacyjnym odkryciu biolodzy molekularni i genetycy nazwali zasady adeninowe i tyminowe oraz zasady cytozynowe i guaninowe „ wzajemnie się uzupełniające ”.
Identyfikacja komplementarnego parowania między zasadami azotowymi była kluczem do wyjaśnienia fizycznych wymiarów DNA i szczególnej stabilności, jaką cieszą się te dwie nici.
Ogólna ludzka cząsteczka DNA zawiera około 3, 3 miliarda podstawowych par azotu (które wynoszą około 3, 3 miliarda nukleotydów na filament).
Porównanie z RNA
W cząsteczkach RNA, zasadami azotowymi są adenina, guanina, cytozyna i uracyl . Ten ostatni jest pirymidyną i zastępuje tyminę.
BOND WŚRÓD NUKLEOTYDÓW
Aby trzymać razem nukleotydy każdej pojedynczej nici DNA, są to wiązania typu fosfodiestrowego, między grupą fosforanową nukleotydu a tak zwanym „węglem 5” bezpośrednio następującego nukleotydu.
FILAMENTY MAJĄ PRZEWIDYWALNĄ ORIENTACJĘ
Nici DNA mają dwa końce, zwane 5 '(czytaj „najpierw pięć”) i 3 ”(czytaj„ trzy pierwsze ”). Zgodnie z konwencją, biologowie i genetycy ustalili, że koniec 5 'reprezentuje głowę nici DNA, podczas gdy koniec 3' reprezentuje ogon .
Proponując swój „model podwójnej helisy”, Watson i Crick twierdzili, że dwie nici tworzące DNA mają przeciwną orientację. Oznacza to, że głowa i ogon filamentu oddziałują odpowiednio z ogonem i głową drugiego włókna.
Krótka analiza końca 5 'i końca 3'
Grupą fosforanową związaną z „węglem 5” nukleotydu jest jego koniec 5 ', podczas gdy grupa hydroksylowa związana z „węglem 3” (-OH na rysunku) reprezentuje jego koniec 3'.
Związek kilku nukleotydów utrzymuje to usposobienie i dlatego właśnie w książkach genetyki i biologii molekularnej sekwencje DNA są opisane następująco: P-5 '→ 3'-OH
* Uwaga: wielka litera P identyfikuje atom fosforu w grupie fosforanowej.
SIEDZENIE W KOMÓRCE I CHROMOSOMACH
Organizmy eukariotyczne (wśród nich istota ludzka) posiadają w rdzeniu każdej z nich równą (i osobistą) cząsteczkę DNA .
W jądrze (zawsze w organizmie eukariotycznym) DNA jest zorganizowane w różne chromosomy . Każdy chromosom zawiera precyzyjny odcinek DNA związany z określonymi białkami (histony, koegzynty i kondensuje). Związek między DNA i białkami chromosomowymi nazywa się chromatyną .
Chromosomy u ludzi
Organizm jest diploidalny, gdy DNA wewnątrz jądra komórkowego jest zorganizowany w pary chromosomów (zwanych chromosomami homologicznymi ).
Człowiek jest organizmem diploidalnym, ponieważ ma 23 pary homologicznych chromosomów (a więc w sumie 46 chromosomów) w swoich komórkach somatycznych.
Tak jak w wielu innych organizmach, każda z tych par ma chromosom pochodzenia matczynego i chromosom pochodzenia ojcowskiego.
Na tym właśnie opisanym obrazie samo reprezentowanie przypadku to komórki płciowe (lub gamety): posiadają one połowę chromosomów normalnej komórki somatycznej (a więc 23 u człowieka) i z tego powodu są nazywane haploidami,
Ludzka komórka płciowa osiąga normalny zestaw 46 chromosomów podczas zapłodnienia.
funkcja
DNA służy do wytwarzania białek, makrocząsteczek niezbędnych do regulacji mechanizmów komórkowych organizmu.
Ludzkie chromosomy
Proces prowadzący do powstawania białek jest bardzo złożony i obejmuje podstawowy etap pośredni: transkrypcję DNA na RNA .
Cząsteczka RNA jest porównywalna ze słownikiem, ponieważ umożliwia translację nukleotydów DNA do aminokwasów białek .
Aby poradzić sobie z syntezą białek - proces, który, co nie jest zaskakujące, nazywamy translacją - to niektóre małe organelle komórkowe, znane jako rybosomy .
DNA → RNA → białko jest tym, co eksperci nazywają centralnym dogmatem biologii molekularnej.
