Kwas deoksyrybonukleinowy

DNA, skrót od kwasu dezoksyrybonukleinowego, jest molekułą, która zawiera kod genetyczny organizmów. Obejmuje on zwierzęta, rośliny, protisty, archaiki i bakterie.

DNA jest w każdej komórce w organizmie i mówi komórkom, jakie białka stworzyć. Głównie te białka są enzymami. DNA jest dziedziczone przez dzieci po ich rodzicach. Dlatego dzieci dzielą się z rodzicami takimi cechami, jak skóra, włosy i kolor oczu. DNA u danej osoby jest kombinacją DNA każdego z rodziców.

Częścią DNA organizmu są sekwencje "niekodujące DNA". Nie kodują one sekwencji białek. Niektóre niekodujące DNA są transkrybowane na niekodujące cząsteczki RNA, takie jak transfer RNA, rybosomalne RNA i regulacyjne RNA. Inne sekwencje w ogóle nie są transkrybowane lub powodują powstanie RNA o nieznanej funkcji. Ilość niekodującego DNA różni się znacznie w zależności od gatunku. Na przykład, ponad 98% ludzkiego genomu to DNA niekodujące, podczas gdy tylko około 2% typowego genomu bakteryjnego to DNA niekodujące.

Wirusy wykorzystują DNA lub RNA do zakażania organizmów. Replikacja genomu większości wirusów DNA odbywa się w jądrze komórki, podczas gdy wirusy RNA zazwyczaj replikują się w cytoplazmie.

Struktura części podwójnej helisy DNA
Struktura części podwójnej helisy DNA

Struktura chemiczna DNA. Grupy fosforanowe są żółte, cukry dezoksyrybonukleinowe są pomarańczowe, a zasady azotowe są zielone, fioletowe, różowe i niebieskie. Przedstawione atomy są: P=fosfor O=tlen =nitrogen H=wodór
Struktura chemiczna DNA. Grupy fosforanowe są żółte, cukry dezoksyrybonukleinowe są pomarańczowe, a zasady azotowe są zielone, fioletowe, różowe i niebieskie. Przedstawione atomy są: P=fosfor O=tlen =nitrogen H=wodór

Kopiowanie DNA
Kopiowanie DNA

Struktura części podwójnej helisy DNA
Struktura części podwójnej helisy DNA

Struktura chemiczna DNA. Grupy fosforanowe są żółte, cukry dezoksyrybonukleinowe są pomarańczowe, a zasady azotowe są zielone, fioletowe, różowe i niebieskie. Przedstawione atomy są: P=fosfor O=tlen =nitrogen H=wodór
Struktura chemiczna DNA. Grupy fosforanowe są żółte, cukry dezoksyrybonukleinowe są pomarańczowe, a zasady azotowe są zielone, fioletowe, różowe i niebieskie. Przedstawione atomy są: P=fosfor O=tlen =nitrogen H=wodór

Kopiowanie DNA
Kopiowanie DNA

Struktura DNA

DNA ma kształt podwójnej helisy, która jest jak drabina skręcona w spiralę. Każdy stopień drabiny to para nukleotydów.

Nukleotydy

Nukleotyd to molekuła, z której się składa:

  • Deoxyribose, rodzaj cukru z 5 atomami węgla,
  • grupę fosforanową składającą się z fosforu i tlenu, oraz
  • zasada azotowa

DNA składa się z czterech rodzajów nukleotydów:

  • Adenina (A)
  • Tymianek (T)
  • Cytozyna (C)
  • Guanina (G)

Szczeble" drabiny DNA zbudowane są z dwóch podstaw, z których jedna pochodzi z każdej nogi. Podstawy łączą się w środku: "A" tylko pary z "T", a "C" tylko pary z "G". Podstawy są trzymane razem przez wiązania wodorowe.

Adenina (A) i tymianek (T) mogą sparować się, ponieważ tworzą dwa wiązania wodorowe, a cytozyna (C) i guanina (G) tworzą trzy wiązania wodorowe. Chociaż podstawy są zawsze w stałych parach, pary mogą występować w dowolnej kolejności (A-T lub T-A; podobnie, C-G lub G-C). W ten sposób DNA może wypisać "kody" z "liter", które są bazami. Kody te zawierają wiadomość, która mówi komórce, co ma robić.

Chromatyna

Na chromosomach DNA jest wiązane z białkami zwanymi histonami tworzącymi chromatynę. Asocjacjacja ta bierze udział w epigenetyce i regulacji genów. Geny są włączane i wyłączane podczas rozwoju i aktywności komórki, a regulacja ta jest podstawą większości aktywności, która ma miejsce w komórkach.

Struktura DNA

DNA ma kształt podwójnej helisy, która jest jak drabina skręcona w spiralę. Każdy stopień drabiny to para nukleotydów.

Nukleotydy

Nukleotyd to molekuła, z której się składa:

  • Deoxyribose, rodzaj cukru z 5 atomami węgla,
  • grupę fosforanową składającą się z fosforu i tlenu, oraz
  • zasada azotowa

DNA składa się z czterech rodzajów nukleotydów:

  • Adenina (A)
  • Tymianek (T)
  • Cytozyna (C)
  • Guanina (G)

Szczeble" drabiny DNA zbudowane są z dwóch podstaw, z których jedna pochodzi z każdej nogi. Podstawy łączą się w środku: "A" tylko pary z "T", a "C" tylko pary z "G". Podstawy są trzymane razem przez wiązania wodorowe.

Adenina (A) i tymianek (T) mogą się połączyć w pary, ponieważ tworzą dwa wiązania wodorowe, a cytozyna (C) i guanina (G) tworzą trzy wiązania wodorowe. Chociaż podstawy są zawsze w stałych parach, pary mogą występować w dowolnej kolejności (A-T lub T-A; podobnie, C-G lub G-C). W ten sposób DNA może wypisać "kody" z "liter", które są bazami. Kody te zawierają wiadomość, która mówi komórce, co ma robić.

Chromatyna

Na chromosomach DNA jest wiązane z białkami zwanymi histonami tworzącymi chromatynę. Asocjacjacja ta bierze udział w epigenetyce i regulacji genów. Geny są włączane i wyłączane podczas rozwoju i aktywności komórki, a regulacja ta jest podstawą większości aktywności, która ma miejsce w komórkach.

Kopiowanie DNA

Kiedy DNA jest kopiowane, to się nazywa replikacja DNA. Krótko mówiąc, wiązania wodorowe trzymające razem pary zasad są łamane, a molekuła jest podzielona na pół: nogi drabiny są rozdzielone. To daje dwie pojedyncze nitki. Nowe nitki są tworzone przez dopasowanie zasad (A z T i G z C), aby utworzyć brakujące nitki.

Po pierwsze, enzym zwany helikazą DNA rozbija DNA w środku, rozbijając wiązania wodorowe. Następnie po tym, jak cząsteczka DNA jest w dwóch oddzielnych kawałkach, inna cząsteczka zwana polimerazą DNA tworzy nowe włókno, które pasuje do każdego z włókien rozszczepionej cząsteczki DNA. Każda kopia cząsteczki DNA składa się z połowy pierwotnej (początkowej) cząsteczki i połowy nowych baz.

Mutacje

Kiedy DNA jest kopiowane, czasami popełnia się błędy - nazywa się je mutacjami. Istnieją trzy główne rodzaje mutacji:

  • Wykreślenie, gdy jedna lub więcej baz jest pominięta.
  • Zastępowanie, gdy jedna lub więcej baz jest zastępowana inną w sekwencji.
  • Wkładka, w której umieszczona jest jedna lub więcej dodatkowych podstawek.
    • Duplikacja, w której powtarza się sekwencja par baz.

Mutacje mogą być również klasyfikowane na podstawie ich wpływu na strukturę i funkcję białek lub ich wpływu na sprawność fizyczną. Mutacje mogą być szkodliwe dla organizmu, neutralne lub korzystne. Czasami mutacje są śmiertelne dla organizmu - białko wytwarzane przez nowe DNA nie działa wcale, a to powoduje śmierć embrionu. Z drugiej strony, ewolucja idzie naprzód dzięki mutacjom, kiedy nowa wersja białka działa lepiej dla organizmu.

Kopiowanie DNA

Kiedy DNA jest kopiowane, to się nazywa replikacja DNA. Krótko mówiąc, wiązania wodorowe trzymające razem pary zasad są łamane, a molekuła jest podzielona na pół: nogi drabiny są rozdzielone. To daje dwie pojedyncze nitki. Nowe nitki są tworzone przez dopasowanie zasad (A z T i G z C), aby utworzyć brakujące nitki.

Po pierwsze, enzym zwany helikazą DNA rozbija DNA w środku, rozbijając wiązania wodorowe. Następnie po tym, jak cząsteczka DNA jest w dwóch oddzielnych kawałkach, inna cząsteczka zwana polimerazą DNA tworzy nowe włókno, które pasuje do każdego z włókien rozszczepionej cząsteczki DNA. Każda kopia cząsteczki DNA składa się z połowy pierwotnej (początkowej) cząsteczki i połowy nowych baz.

Mutacje

Kiedy DNA jest kopiowane, czasami popełnia się błędy - nazywa się je mutacjami. Istnieją cztery główne rodzaje mutacji:

  • Wykreślenie, gdy jedna lub więcej baz jest pominięta.
  • Zastępowanie, gdy jedna lub więcej baz jest zastępowana inną w sekwencji.
  • Wkładka, w której umieszczona jest jedna lub więcej dodatkowych podstawek.
    • Duplikacja, w której powtarza się sekwencja par baz.

Mutacje mogą być również klasyfikowane na podstawie ich wpływu na strukturę i funkcję białek lub ich wpływu na sprawność fizyczną. Mutacje mogą być szkodliwe dla organizmu, neutralne lub korzystne. Czasami mutacje są śmiertelne dla organizmu - białko wytwarzane przez nowe DNA nie działa wcale, a to powoduje śmierć zarodka. Z drugiej strony, ewolucja idzie naprzód dzięki mutacjom, kiedy nowa wersja białka działa lepiej dla organizmu.

Synteza białek

Sekcja DNA, która zawiera instrukcje tworzenia białka, nazywana jest genem. Każdy gen ma sekwencję dla co najmniej jednego polipeptydu. Białka tworzą struktury, a także tworzą enzymy. Enzymy wykonują większość pracy w komórkach. Białka zbudowane są z mniejszych polipeptydów, które tworzą się z aminokwasów. Aby stworzyć białko do wykonania konkretnej pracy, należy połączyć odpowiednie aminokwasy w odpowiedniej kolejności.

Białka są wytwarzane przez malutkie maszyny w komórce zwanej rybosomami. Rybosomy znajdują się w głównym korpusie komórki, ale DNA znajduje się tylko w jej jądrze. Kodon jest częścią DNA, ale DNA nigdy nie opuszcza jądra. Ponieważ DNA nie może opuścić jądra, komórka wykonuje kopię sekwencji DNA w RNA. Jest ona mniejsza i może przedostać się przez otwory - pory - w błonie jąderka i wydostać się do komórki.

Geny zakodowane w DNA są transkrybowane do posłańca RNA (mRNA) przez białka takie jak polimerazy RNA. Dojrzałe mRNA jest następnie wykorzystywane jako szablon do syntezy białek przez rybosom. Rybosomy odczytują kodony, "słowa" wykonane z trzech par zasad, które mówią rybosomowi, jaki aminokwas należy dodać. Rybosom skanuje wzdłuż mRNA, odczytując kod podczas tworzenia białka. Inne RNA zwane tRNA pomaga dopasować odpowiedni aminokwas do każdego kodonu.

Synteza białek

Sekcja DNA, która zawiera instrukcje tworzenia białka, nazywana jest genem. Każdy gen ma sekwencję dla co najmniej jednego polipeptydu. Białka tworzą struktury, a także tworzą enzymy. Enzymy wykonują większość pracy w komórkach. Białka zbudowane są z mniejszych polipeptydów, które tworzą się z aminokwasów. Aby stworzyć białko do wykonania konkretnej pracy, należy połączyć odpowiednie aminokwasy w odpowiedniej kolejności.

Białka są wytwarzane przez malutkie maszyny w komórce zwanej rybosomami. Rybosomy znajdują się w głównym korpusie komórki, ale DNA znajduje się tylko w jej jądrze. Kodon jest częścią DNA, ale DNA nigdy nie opuszcza jądra. Ponieważ DNA nie może opuścić jądra, jądro komórki wykonuje kopię sekwencji DNA w RNA. Jest ono mniejsze i może przedostać się przez otwory - pory - w błonie środkowej jądra i wydostać się do komórki.

Geny zakodowane w DNA są transkrybowane do posłańca RNA (mRNA) przez białka takie jak polimerazy RNA. Dojrzałe mRNA jest następnie wykorzystywane jako szablon do syntezy białek przez rybosom. Rybosomy odczytują kodony, "słowa" wykonane z trzech par zasad, które mówią rybosomowi, jaki aminokwas należy dodać. Rybosom skanuje wzdłuż mRNA, odczytując kod podczas tworzenia białka. Inne RNA zwane tRNA pomaga dopasować odpowiedni aminokwas do każdego kodonu.

Historia badań nad DNA

DNA zostało po raz pierwszy wyizolowane (pobrane z komórek) przez szwajcarskiego lekarza Friedricha Mieschera w 1869 r., kiedy to pracował nad bakteriami z ropnia w opatrunkach chirurgicznych. Cz±steczka ta została znaleziona w j±drze komórek i tak nazwał j± nuklein±.

W 1928 roku Frederick Griffith odkrył, że cechy "gładkiej" formy Pneumococcus można przenieść na "szorstką" formę tych samych bakterii poprzez zmieszanie zabitych bakterii "gładkich" z żywą formą "szorstką". System ten dostarczył pierwszej wyraźnej sugestii, że DNA przenosi informacje genetyczne.

Eksperyment Avery-MacLeod-McCarty zidentyfikował DNA jako zasadę transformacji w 1943 roku.

Rola DNA w dziedziczności została potwierdzona w 1952 roku, kiedy to Alfred Hershey i Martha Chase w eksperymencie Hershey-Chase'a wykazali, że DNA jest materiałem genetycznym bakteriofagów T2.

W latach 50. Erwin Chargaff odkrył, że ilość tyminy (T) obecnej w cząsteczce DNA była mniej więcej równa ilości adeniny (A) obecnej. Stwierdził, że to samo odnosi się do guaniny (G) i cytozyny (C). Zasady Chargaffa podsumowują to ustalenie.

W 1953 r. James D. Watson i Francis Crick zasugerowali w czasopiśmie Nature to, co obecnie zostało przyjęte jako pierwszy poprawny model podwójnej helisy struktury DNA. Ich dwuheliksowy, molekularny model DNA został następnie oparty na pojedynczym obrazie dyfrakcyjnym "Zdjęcie 51", wykonanym przez Rosalind Franklin i Raymonda Goslinga w maju 1952 roku.

Dowody eksperymentalne potwierdzające model Watsona i Cricka zostały opublikowane w serii pięciu artykułów w tym samym numerze Nature. Spośród nich, praca Franklina i Goslinga była pierwszą publikacją ich własnych danych dotyczących dyfrakcji promieni rentgenowskich i oryginalnej metody analizy, która częściowo wspierała model Watsona i Cricka; wydanie to zawierało również artykuł na temat struktury DNA autorstwa Maurice'a Wilkinsa i dwóch jego kolegów, których analiza i wzorce rentgenowskie in vivo B-DNA również wspierały obecność in vivo podwójnej spirali DNA, jak zaproponowali Crick i Watson dla ich modelu molekularnego DNA z podwójną helisą na dwóch poprzednich stronach Natury. W 1962 roku, po śmierci Franklina, Watson, Crick i Wilkins otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Nagrody Nobla przyznawano wówczas tylko żyjącym odbiorcom. Trwa dyskusja na temat tego, komu należy się uznanie za odkrycie.

W 1957 roku Crick wyjaśnił związek między DNA, RNA i białkami w centralnym dogmatie biologii molekularnej.

Sposób, w jaki kopiowano DNA (mechanizm replikacji), pojawił się w 1958 roku w wyniku eksperymentu Meselsona-Stahla. Dalsze prace Cricka i współpracowników wykazały, że kod genetyczny opierał się na nie nakładających się trojaczkach baz, zwanych kodonami. Wyniki te reprezentują narodziny biologii molekularnej.

O tym, jak Watson i Crick otrzymali wyniki Franklina, wiele się dyskutowało. Crick, Watson i Maurice Wilkins otrzymali w 1962 roku Nagrodę Nobla za pracę nad DNA - Rosalind Franklin zmarła w 1958 roku.

James D. Watson i Francis Crick (po prawej), z Maclynem McCarty'm (po lewej)
James D. Watson i Francis Crick (po prawej), z Maclynem McCarty'm (po lewej)

Historia badań nad DNA

DNA zostało po raz pierwszy wyizolowane (pobrane z komórek) przez szwajcarskiego lekarza Friedricha Mieschera w 1869 r., kiedy to pracował nad bakteriami z ropnia w opatrunkach chirurgicznych. Cz±steczka ta została znaleziona w j±drze komórek i tak nazwał j± nuklein±.

W 1928 roku Frederick Griffith odkrył, że cechy "gładkiej" formy Pneumococcus można przenieść na "szorstką" formę tych samych bakterii poprzez zmieszanie zabitych bakterii "gładkich" z żywą formą "szorstką". System ten dostarczył pierwszej wyraźnej sugestii, że DNA przenosi informacje genetyczne.

Eksperyment Avery-MacLeod-McCarty zidentyfikował DNA jako zasadę transformacji w 1943 roku.

Rola DNA w dziedziczności została potwierdzona w 1952 roku, kiedy to Alfred Hershey i Martha Chase w eksperymencie Hershey-Chase'a wykazali, że DNA jest materiałem genetycznym bakteriofagów T2.

W latach 50. Erwin Chargaff odkrył, że ilość tyminy (T) obecnej w cząsteczce DNA była mniej więcej równa ilości adeniny (A) obecnej. Stwierdził, że to samo odnosi się do guaniny (G) i cytozyny (C). Zasady Chargaffa podsumowują to ustalenie.

W 1953 r. James D. Watson i Francis Crick zasugerowali w czasopiśmie Nature to, co obecnie zostało przyjęte jako pierwszy poprawny model podwójnej helisy struktury DNA. Ich dwuheliksowy, molekularny model DNA został następnie oparty na pojedynczym obrazie dyfrakcyjnym "Zdjęcie 51", wykonanym przez Rosalind Franklin i Raymonda Goslinga w maju 1952 roku.

Dowody eksperymentalne potwierdzające model Watsona i Cricka zostały opublikowane w serii pięciu artykułów w tym samym numerze Nature. Spośród nich, praca Franklina i Goslinga była pierwszą publikacją ich własnych danych dotyczących dyfrakcji promieni rentgenowskich i oryginalnej metody analizy, która częściowo wspierała model Watsona i Cricka; wydanie to zawierało również artykuł na temat struktury DNA autorstwa Maurice'a Wilkinsa i dwóch jego kolegów, których analiza oraz wzory promieni rentgenowskich in vivo B-DNA również wspierały obecność in vivo podwójnej spirali DNA, jak zaproponowali Crick i Watson dla ich modelu molekularnego DNA z podwójną helisą na dwóch poprzednich stronach Natury. W 1962 roku, po śmierci Franklina, Watson, Crick i Wilkins otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Nagrody Nobla przyznawano wówczas tylko żyjącym odbiorcom. Trwa dyskusja na temat tego, komu należy się uznanie za odkrycie.

W 1957 roku Crick wyjaśnił związek między DNA, RNA i białkami w centralnym dogmatie biologii molekularnej.

Sposób, w jaki kopiowano DNA (mechanizm replikacji), pojawił się w 1958 roku w wyniku eksperymentu Meselsona-Stahla. Dalsze prace Cricka i współpracowników wykazały, że kod genetyczny opierał się na nie nakładających się trojaczkach baz, zwanych kodonami. Wyniki te reprezentują narodziny biologii molekularnej.

O tym, jak Watson i Crick otrzymali wyniki Franklina, wiele się dyskutowało. Crick, Watson i Maurice Wilkins otrzymali w 1962 roku Nagrodę Nobla za pracę nad DNA - Rosalind Franklin zmarła w 1958 roku.

James D. Watson i Francis Crick (po prawej), z Maclynem McCarty'm (po lewej)
James D. Watson i Francis Crick (po prawej), z Maclynem McCarty'm (po lewej)

Kwestie dotyczące DNA i prywatności

Policja w Stanach Zjednoczonych używała publicznych baz danych DNA i drzewa genealogicznego do rozwiązywania zimnych spraw. AmerykańskiZwiązek WolnościObywatelskich wyraził obawy związane z tą praktyką.

Kwestie dotyczące DNA i prywatności

Policja w Stanach Zjednoczonych używała publicznych baz danych DNA i drzewa genealogicznego do rozwiązywania zimnych spraw. Amerykański Związek Wolności Obywatelskich wyraził obawy związane z tą praktyką.

Powiązane strony

Powiązane strony


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3