Zrozumienie struktury podwójnej helisy DNA

Podwójna helisa DNA.

Andriej Prochorow / Getty Images

W biologii „podwójna helisa” to termin używany do opisania struktury DNA . Podwójna helisa DNA składa się z dwóch spiralnych łańcuchów kwasu dezoksyrybonukleinowego. Kształt zbliżony do spiralnych schodów. DNA to kwasu nukleinowego składa się z zasad azotowych (adeniny, cytozyny, guaniny i tyminy), pięciowęglowego cukru (deoksyrybozy) i cząsteczek fosforanu. Zasady nukleotydowe DNA reprezentują stopnie schodów, a cząsteczki dezoksyrybozy i fosforanu tworzą boki schodów.

Kluczowe dania na wynos

• Podwójna helisa to termin biologiczny opisujący ogólną strukturę DNA. Jego podwójna helisa składa się z dwóch spiralnych łańcuchów DNA. Ten kształt podwójnej helisy jest często przedstawiany jako spiralne schody.
• Skręcenie DNA jest wynikiem oddziaływań zarówno hydrofilowych, jak i hydrofobowych między cząsteczkami zawierającymi DNA i wodę w komórce.
• Zarówno replikacja DNA, jak i synteza białek w naszych komórkach zależą od kształtu podwójnej helisy DNA.
• Dr James Watson, dr Francis Crick, dr Rosalind Franklin i dr Maurice Wilkins odegrali kluczową rolę w wyjaśnieniu struktury DNA.

Dlaczego DNA jest skręcone?

DNA jest zwinięte w chromosomy i szczelnie zapakowane w jądro z naszego komórki . Skręcający się aspekt DNA jest wynikiem interakcji między cząsteczkami tworzącymi DNA i wodę. Zasady azotowe, które tworzą stopnie skręconej klatki schodowej, są połączone wiązaniami wodorowymi. Adenina jest związana z tyminą (A-T) i parami guaniny z cytozyną (G-C). Te zasady azotowe są hydrofobowe, co oznacza, że ​​nie mają powinowactwa do wody. Od komórki cytoplazma a cytozol zawiera ciecze na bazie wody, zasady azotowe chcą uniknąć kontaktu z płynami komórkowymi. Cząsteczki cukru i fosforanu, które tworzą szkielet cukrowo-fosforanowy cząsteczki, są hydrofilowe, co oznacza, że ​​kochają wodę i mają powinowactwo do wody.

DNA jest ułożone w taki sposób, że fosforan i szkielet cukrowy znajdują się na zewnątrz iw kontakcie z płynem, podczas gdy zasady azotowe znajdują się w wewnętrznej części cząsteczki. W celu dalszego zapobiegania kontaktowi zasad azotowych z komórka płyn, cząsteczka skręca się, aby zmniejszyć przestrzeń między zasadami azotowymi a pasmami fosforanowymi i cukrowymi. Fakt, że dwie nici DNA tworzące podwójną helisę są antyrównoległe, również pomaga skręcać cząsteczkę. Antyrównoległość oznacza, że ​​nici DNA biegną w przeciwnych kierunkach, zapewniając ciasne dopasowanie nici do siebie. Zmniejsza to możliwość przedostawania się płynu między podstawy.

Replikacja DNA i synteza białek

DNA podlega transkrypcji i translacji w celu wytworzenia białek. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Kształt podwójnej helisy pozwala na replikacja DNA oraz synteza białek wystąpić. W tych procesach skręcone DNA rozwija się i otwiera, aby umożliwić wykonanie kopii DNA. W replikacji DNA podwójna helisa rozwija się, a każda oddzielona nić jest używana do syntezy nowej nici. Gdy tworzą się nowe nici, zasady łączą się ze sobą, aż dwie cząsteczki DNA o podwójnej helisie utworzą się z pojedynczej cząsteczki DNA o podwójnej helisie. Replikacja DNA jest wymagana dla procesów mitoza oraz mejoza wystąpić.

W syntezie białek cząsteczka DNA jest transkrybowany produkować RNA wersja kodu DNA znana jako informacyjne RNA (mRNA). Cząsteczka informacyjnego RNA jest zatem przetłumaczony produkować białka . Aby nastąpiła transkrypcja DNA, podwójna helisa DNA musi się rozwinąć i umożliwić enzymowi zwanemu polimerazą RNA transkrypcję DNA. RNA jest również kwasem nukleinowym, ale zawiera uracyl zamiast tyminy. W transkrypcji pary guanina z cytozyną i adeniną z uracylem tworzą transkrypt RNA. Po transkrypcji DNA zamyka się i skręca z powrotem do swojego pierwotnego stanu.

Odkrywanie struktury DNA

Dr Francis Crick i dr James Watson na sympozjum biologii molekularnej. Ted Spiegel / Współtwórca / Getty Images

Za odkrycie struktury podwójnej helisy DNA przyznano Jamesowi Watsonowi Francis Crick , nagrodzony za swoją pracę Nagrodą Nobla. Ustalenie struktury DNA oparto po części na pracy wielu innych naukowców, m.in Rosalind Franklin . Franklin i Maurice Wilkins wykorzystali dyfrakcję promieni rentgenowskich, aby ustalić wskazówki dotyczące struktury DNA. Zdjęcie dyfrakcyjne promieniowania rentgenowskiego DNA wykonane przez Franklina, nazwane „zdjęcie 51”, wykazało, że kryształy DNA tworzą kształt X na kliszy rentgenowskiej. Cząsteczki o kształcie spiralnym mają ten typ wzoru w kształcie litery X. Wykorzystując dowody z badania dyfrakcji rentgenowskiej przeprowadzonego przez Franklina, Watson i Crick zmienili wcześniej proponowany model potrójnej helisy DNA na model podwójnej helisy dla DNA.

Dowody odkryte przez biochemika Erwina Chargoffa pomogły Watsonowi i Crickowi odkryć parowanie zasad w DNA. Chargoff wykazał, że stężenia adeniny w DNA są równe tyminy, a stężenia cytozyny są równe guaninie. Dzięki tym informacjom Watson i Crick byli w stanie ustalić, że wiązanie adeniny z tyminą (A-T) i cytozyny z guaniną (C-G) tworzy stopnie DNA o kształcie skręconych schodów. Szkielet cukrowo-fosforanowy tworzy boki schodów.

Źródła

• Odkrycie struktury molekularnej DNA — podwójna helisa. Nobelprize.org , www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.