Pojmy z Biologie – 1. Kanadské Vydání

V roce 1950, Francis Crick a James Watson společně pracovali na University of Cambridge, Anglie, určit strukturu DNA. Tuto oblast aktivně zkoumali i další vědci, jako jsou Linus Pauling a Maurice Wilkins., Pauling objevil sekundární strukturu proteinů pomocí rentgenové krystalografie. X-ray krystalografie je metoda pro zkoumání molekulární struktury tím, že sleduje vzory tvoří X-paprsky střílel přes krystal látky. Vzory poskytují důležité informace o struktuře molekuly zájmu. Ve Wilkinsově laboratoři výzkumná pracovnice Rosalind Franklin používala rentgenovou krystalografii k pochopení struktury DNA. Watson a Crick dokázali sestavit hádanku molekuly DNA pomocí Franklinových dat (obrázek 9.2)., Watson a Crick měli také k dispozici klíčové informace od jiných vědců, jako jsou Chargaffova pravidla. Chargaff ukázal, že ze čtyř druhů monomerů (nukleotidů) v DNA molekuly, dva typy byly vždy přítomny ve stejném množství a zbývající dva druhy byly také vždy přítomen ve stejném množství. To znamenalo, že byly vždy nějakým způsobem spárovány. V roce 1962 získali James Watson, Francis Crick a Maurice Wilkins Nobelovu cenu za medicínu za práci při určování struktury DNA.,

Nyní pojďme zvážit strukturu dva typy nukleových kyselin, deoxyribonukleové kyseliny (DNA) a ribonukleové kyseliny (RNA). Stavební kameny DNA jsou nukleotidy, které se skládají ze tří částí: deoxyribose (5-uhlíkový cukr), fosfátovou skupinu, a dusíkatá báze (Obrázek 9.3). V DNA jsou čtyři typy dusíkatých bází., Adenine (A) and guanine (G) are double-ringed purines, and cytosine (C) and thymine (T) are smaller, single-ringed pyrimidines. The nucleotide is named according to the nitrogenous base it contains.

fosfátovou skupinou jednoho nukleotidu dluhopisy kovalentně se molekuly cukru dalšího nukleotidu, a tak dále, které tvoří dlouhý polymer nukleotidů monomery. Skupiny cukru a fosfátů se seřadí do „páteře“ pro každý jednotlivý řetězec DNA a nukleotidové báze vyčnívají z této páteře. Atomy uhlíku pět uhlíkového cukru jsou očíslovány ve směru hodinových ručiček od kyslíku jako 1′, 2′, 3′, 4′, a 5′ (1 ‚se čte jako „jeden prvočíslo“)., Fosfátová skupina je připojena k 5‘ uhlíku jednoho nukleotidu a 3 ‚ uhlíku dalšího nukleotidu. Ve svém přirozeném stavu je každá molekula DNA ve skutečnosti složena ze dvou jednotlivých pramenů držených pohromadě podél jejich délky vodíkovými vazbami mezi bázemi.

Watson a Crick navrhli, že DNA je tvořena dvěma prameny, které jsou zkroucené kolem sebe, aby vytvořily pravotočivou šroubovice, nazývanou dvojitá šroubovice. Báze-párování probíhá mezi purinem a pyrimidinem: jmenovitě páry s T A G páry s C., Jinými slovy, adenin a thymin jsou komplementární páry bází a cytosin a guanin jsou také komplementární páry bází. To je základ Chargaffova pravidla; kvůli jejich komplementaritě je v molekule DNA tolik adenin jako thymin a tolik guaninu jako cytosin. Adenin a thymin jsou spojeny dvěma vodíkovými vazbami a cytosin a guanin jsou spojeny třemi vodíkovými vazbami., Oba prameny mají protipólovou povahu; to znamená, že jeden pramen bude mít 3 ‚uhlík cukru v poloze „vzhůru“, zatímco druhý pramen bude mít 5‘ uhlík ve vzestupné poloze. Průměr dvojité šroubovice DNA je rovnoměrný, protože purin (dva kroužky) se vždy spojí s pyrimidinem (jedním kroužkem) a jejich kombinované délky jsou vždy stejné. (Obrázek 9.4).

Tam je druhá nukleové kyseliny ve všech buňkách tzv. ribonukleové kyseliny, nebo RNA. Stejně jako DNA je RNA polymerem nukleotidů. Každý z nukleotidů v RNA je tvořen dusíkatou bází, pěti uhlíkovým cukrem a fosfátovou skupinou. V případě RNA je pět uhlíkový cukr ribóza, nikoli deoxyribóza., Ribóza má hydroxylovou skupinu na 2 ‚ uhlíku, na rozdíl od deoxyribózy, která má pouze atom vodíku (obrázek 9.5).

RNA nukleotidy obsahují dusíkaté báze adenin, cytosin a guanin., Nicméně, neobsahují thymin, který je naopak nahrazen uracil, symbolizované „U“ RNA existuje jako jednořetězcové molekuly spíše než dvouvláknové šroubovice. Molekulární biologové pojmenovali několik druhů RNA na základě své funkce. Patří mezi ně messenger RNA (mRNA), transferová RNA (tRNA) a ribozomální RNA (rRNA)—molekul, které se podílejí na produkci proteinů z DNA kódu.,

Jak DNA Je Uspořádána v Buňce

DNA je molekula, musí být replikovány, když je buňka připravena k dělení, a to musí být „číst“ produkovat molekuly, jako jsou proteiny, na vykonávání funkcí buňky. Z tohoto důvodu je DNA chráněna a zabalena velmi specifickými způsoby. Kromě toho mohou být molekuly DNA velmi dlouhé. Natažené end-to-end, molekuly DNA v jedné lidské buňce by dosáhly délky asi 2 metry., DNA pro buňku tedy musí být zabalena velmi uspořádaným způsobem, aby se vešla a fungovala ve struktuře (buňce), která není viditelná pouhým okem. Chromozomy prokaryot jsou mnohem jednodušší než chromozomy eukaryot v mnoha jejich rysech (obrázek 9.6). Většina prokaryot obsahuje jediný Kruhový chromozom, který se nachází v oblasti v cytoplazmě zvané nukleoid.

velikost genomu v jedné z nejvíce dobře-studoval prokaryot, Escherichia coli, je 4,6 milionů párů bází, které by prodloužení vzdálenosti o 1,6 mm, pokud natažené. Jak se to vejde do malé bakteriální buňky? DNA je zkroucená za dvojitou šroubovice v tom, co je známé jako supercoiling., Je známo, že některé proteiny se podílejí na supercoilingu; jiné proteiny a enzymy pomáhají udržovat superkovanou strukturu.

eukaryoty, jejichž chromozomy se skládají z lineární molekuly DNA, používají jiný typ balicí strategie, aby se vešly do své DNA uvnitř jádra. Na nejzákladnější úrovni je DNA obalena kolem proteinů známých jako histony za vzniku struktur nazývaných nukleosomy. DNA je pevně zabalena kolem histonového jádra. Tento nukleosom je spojen s dalším krátkým pramenem DNA, který neobsahuje histony., To je také známé jako „korálky na provázku“ struktura; nukleosomy jsou „korálky“ a krátké délky DNA mezi nimi jsou „řetězec.“Nukleosomy se svou DNA stočenou kolem nich kompaktně na sebe stohují a vytvářejí vlákno široké 30 nm. Toto vlákno je dále stočeno do silnější a kompaktnější struktury. Ve fázi metafázy mitózy, kdy jsou chromozomy seřazeny ve středu buňky, jsou chromozomy nejvíce zhutněny. Mají šířku přibližně 700 nm a nacházejí se ve spojení s proteiny lešení.,

V mezifáze, fáze buněčného cyklu mezi mitózy, při které chromozomy jsou decondensed, eukaryotické chromozomy mají dvě odlišné regiony, které lze rozlišit barvením. Tam je těsně zabalená oblast, která skvrny tmavě a méně hustá oblast. Temně barvení regiony obvykle obsahují geny, které nejsou aktivní, a se nacházejí v regionech centromerou a telomer. Lehce barvení regiony obvykle obsahují geny, které jsou aktivní, s DNA, balen kolem nucleosomes, ale ne dále zhutní.,

Section Summary

The model of the double-helix structure of DNA was proposed by Watson and Crick., Molekula DNA je polymer nukleotidů. Každý nukleotid se skládá z dusíkaté báze, pěti uhlíkového cukru (deoxyribózy) a fosfátové skupiny. V DNA jsou čtyři dusíkaté báze, dva puriny (adenin a guanin) a dva pyrimidiny (cytosin a thymin). Molekula DNA se skládá ze dvou pramenů. Každý pramen se skládá z nukleotidů Spojených kovalentně mezi fosfátovou skupinou jednoho a deoxyribózovým cukrem dalšího. Z této páteře se rozšiřují základny. Báze jednoho vlákna se spojují se základy druhého řetězce s vodíkovými vazbami., Adenin se vždy spojuje s thyminem a cytosin se vždy spojuje s guaninem. Spojování způsobuje, že se dva prameny spirálují kolem sebe ve tvaru zvaném dvojitá šroubovice. Ribonukleová kyselina (RNA) je druhá nukleová kyselina nacházející se v buňkách. RNA je jednovláknový polymer nukleotidů. To se také liší od DNA v tom, že obsahuje cukr ribóza, spíše než deoxyribóza, a nukleotid uracil spíše než thymin. Různé molekuly RNA fungují v procesu tvorby proteinů z genetického kódu v DNA.

prokaryoty obsahují jediný dvouvláknový Kruhový chromozom., Eukaryoty obsahují dvouvláknové lineární molekuly DNA zabalené do chromozomů. Šroubovice DNA je obalena kolem proteinů za vzniku nukleosomů. Protein cívky jsou dále stočený, a během mitózy a meiózy, chromozómy se ještě výrazně stočený k usnadnění jejich pohybu. Chromozomy mají dvě odlišné regiony, které lze odlišit barvením, což odráží různé úrovně balení a určí, zda DNA v regionu je vyjádřen (euchromatin), nebo ne (heterochromatin).,