Fogalmak Biológia – 1 Kanadai Kiadás

az 1950-es években, Francis Crick pedig James Watson dolgozott együtt a University of Cambridge, Anglia, hogy meghatározza a DNS szerkezetét. Más tudósok, például Linus Pauling és Maurice Wilkins is aktívan kutatták ezt a területet., Pauling röntgenkristallográfiával fedezte fel a fehérjék másodlagos szerkezetét. A röntgenkristályosítás egy módszer a molekuláris szerkezet vizsgálatára az anyag kristályán keresztül felvett röntgensugarak által alkotott minták megfigyelésével. A minták fontos információkat adnak az érdekes molekula szerkezetéről. Wilkins laboratóriumában Rosalind Franklin kutató Röntgenkristályográfiát használt a DNS szerkezetének megértéséhez. Watson és Crick képesek voltak összerakni a DNS-molekula rejtvényét Franklin adataival (9.2.ábra)., Watsonnak és Cricknek is voltak kulcsfontosságú információi más kutatóktól, például Chargaff szabályaitól. Chargaff kimutatta, hogy a DNS-molekulában jelen lévő négyféle monomer (nukleotid) közül két típus mindig azonos mennyiségben volt jelen, a fennmaradó két típus pedig mindig egyenlő mennyiségben volt jelen. Ez azt jelentette, hogy valamilyen módon mindig párosították őket. 1962-ben James Watson, Francis Crick és Maurice Wilkins orvosi Nobel-díjat kapott a DNS szerkezetének meghatározásában végzett munkájukért.,

most nézzük meg a kétféle nukleinsav, a dezoxiribonukleinsav (DNS) és a ribonukleinsav (RNS) szerkezetét. A DNS építőkövei nukleotidok, amelyek három részből állnak: egy dezoxiribózból (5-széncukor), egy foszfátcsoportból és egy nitrogénbázisból (9.3 ábra). A DNS-ben négyféle nitrogénbázis van., 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.

az egyik nukleotid foszfátcsoportja koválisan kötődik a következő nukleotid cukormolekulájához, és így tovább, a nukleotid monomerek hosszú polimerjét képezve. A cukor-foszfát csoportok egy “gerincen” sorakoznak a DNS minden egyes szálához, és a nukleotid bázisok kibújnak ebből a gerincből. Az öt szén-cukor szénatomjai az óramutató járásával megegyező irányban vannak számozva az oxigéntől 1′, 2′, 3′, 4′, és 5′ (1 ‘ jelentése “egy prím”)., A foszfátcsoport egy nukleotid 5′ szénéhez és a következő nukleotid 3’ szénéhez kapcsolódik. Természetes állapotában minden DNS-molekula valójában két különálló szálból áll, amelyek hossza mentén a bázisok közötti hidrogénkötésekkel vannak összekötve.

Watson, Crick javasolt, hogy a DNS két szál, ami köré csavart egymással alkotnak egy jobbkezes helix, úgynevezett kettős spirál. Az alappárosítás purin és pirimidin között történik: azaz egy pár T-vel, és G pár C-vel., Más szóval, az adenin és a timin egymást kiegészítő bázispár, a citozin és a guanin szintén kiegészítő bázispár. Ez a Chargaff szabályának alapja; komplementaritásuk miatt annyi adenin van, mint a timin egy DNS-molekulában, és annyi guanin, mint a citozin. Az adenint és a timint két hidrogénkötéssel, a citozint és a guanint pedig három hidrogénkötéssel kötik össze., A két szál természeténél fogva anti-párhuzamos; vagyis az egyik szálnak a cukor 3 “szénje lesz” felfelé “helyzetben, míg a másik szálnak az 5” szén lesz felfelé. A DNS kettős hélix átmérője egységes, mivel a purin (két gyűrű) mindig párosul egy pirimidinnel (egy gyűrűvel), és kombinált hosszuk mindig egyenlő. (9.4.ábra).

minden ribonukleinsavnak vagy RNS-nek nevezett sejtben van egy második nukleinsav. A DNS-hez hasonlóan az RNS a nukleotidok polimere. Az RNS-ben található nukleotidok mindegyike nitrogénbázisból, öt széncukorból és foszfátcsoportból áll. Az RNS esetében az öt széntartalmú cukor ribóz, nem dezoxiribóz., A ribóznak hidroxilcsoportja van a 2 ‘ szénnél, ellentétben a dezoxiribózzal, amelynek csak hidrogénatomja van (9.5 ábra).

az RNS nukleotidok tartalmazzák az adenin, citozin és guanin nitrogénbázisokat., Azonban nem tartalmaznak timint, amelyet ehelyett uracil vált fel, amelyet egy “U.” RNS szimbolizál, egyetlen szálú molekulaként létezik, nem pedig kettős szálú spirálként. A molekuláris biológusok funkciójuk alapján többféle RNS-t neveztek el. Ezek közé tartoznak a messenger RNS (mRNS), a transzfer RNS (tRNS) és a riboszomális RNS (rRNS)—molekulák, amelyek részt vesznek a fehérjék termelésében a DNS-kódból.,

hogyan van elrendezve a DNS a sejtben

a DNS működő molekula; akkor kell replikálni, amikor egy sejt készen áll a megosztásra, és “olvasni” kell a molekulák, például fehérjék előállításához a sejt funkcióinak végrehajtásához. Ezért a DNS-t nagyon különleges módon védik és csomagolják. Ezenkívül a DNS-molekulák nagyon hosszúak lehetnek. Feszített végponttól végpontig, a DNS-molekulák egyetlen emberi sejtben körülbelül 2 méter hosszúak lennének., Így a sejt DNS-ét nagyon rendezett módon kell becsomagolni, hogy a szabad szemmel nem látható szerkezetbe (a sejtbe) illeszkedjenek és működjenek. A prokarióták kromoszómái sok tulajdonságukban sokkal egyszerűbbek, mint az eukariótáké (9.6 ábra). A legtöbb prokarióta egyetlen, kör alakú kromoszómát tartalmaz, amely a citoplazmában található, a nukleoidnak nevezett területen található.

a genom mérete az egyik legjobban tanulmányozott prokariótában, az Escherichia coliban, 4,6 millió bázispár, amely kinyújtva körülbelül 1,6 mm távolságot hosszabbítana meg. Tehát hogyan illeszkedik ez egy kis bakteriális sejtbe? A DNS a kettős hélixen túl van csavarva az úgynevezett supercoilingben., Egyes fehérjékről ismert, hogy részt vesznek a túlhűtésben; más fehérjék és enzimek segítik a túlhűtött szerkezet fenntartását.

az eukarióták, amelyek kromoszómái mindegyike lineáris DNS-molekulából áll, más típusú csomagolási stratégiát alkalmaznak, hogy a DNS-t a magba illesszék. A legalapvetőbb szinten a DNS-t a hisztonok néven ismert fehérjék köré csomagolják, hogy nukleoszómáknak nevezett struktúrákat képezzenek. A DNS szorosan a hiszton mag köré van tekerve. Ez a nukleoszóma a következőhöz kapcsolódik egy rövid DNS-szál, amely mentes a hisztonoktól., Ezt a “gyöngyök egy húron” szerkezetnek is nevezik; a nukleoszómák a “gyöngyök”, a köztük lévő DNS rövid hossza pedig a “húr”.”A nukleoszómák, a körülöttük lévő DNS-ével, tömören egymásra rakódnak, hogy 30 nm-es széles rostot képezzenek. Ez a szál tovább tekercselt egy vastagabb, kompaktabb szerkezet. A mitózis metafázis szakaszában, amikor a kromoszómák a sejt közepén helyezkednek el, a kromoszómák a legösszetettebbek. Ezek körülbelül 700 nm szélességűek, és az állványfehérjékkel együtt találhatók.,

az interfázisban a mitózisok közötti sejtciklus fázisa, amelyen a kromoszómákat dekondenzálják, az eukarióta kromoszómáknak két különálló régiója van, amelyeket festéssel lehet megkülönböztetni. Van egy szorosan csomagolt régió, amely sötéten foltos, kevésbé sűrű régió. A sötét foltos régiók általában nem aktív géneket tartalmaznak, amelyek a centromere és a telomerek régióiban találhatók. Az enyhén festődő régiók általában aktív géneket tartalmaznak, a DNS-t nukleoszómák köré csomagolják, de nem tömörítik tovább.,

Section Summary

The model of the double-helix structure of DNA was proposed by Watson and Crick., A DNS-molekula nukleotidok polimere. Minden nukleotid egy nitrogénbázisból, egy öt szén-dioxid-cukorból (dezoxiribóz) és egy foszfátcsoportból áll. A DNS-ben négy nitrogénbázis, két purin (adenin és guanin) és két pirimidin (citozin és timin) található. A DNS-molekula két szálból áll. Minden szál nukleotidokból áll, amelyek kovalensen kötődnek az egyik foszfátcsoportja és a következő dezoxiribózcukor között. Ebből a gerincből kiterjeszti az alapokat. Az egyik szál alapjai hidrogénkötésekkel kötődnek a második szál alapjaihoz., Az adenin mindig kötődik a timinhoz, a citozin pedig mindig kötődik a guaninhoz. A kötés hatására a két szál spirál körül egymást alakú úgynevezett kettős spirál. A ribonukleinsav (RNS) egy második nukleinsav, amely a sejtekben található. Az RNS a nukleotidok egyszálú polimere. Abban is különbözik a DNS-től, hogy a dezoxiribóz helyett a cukor ribózt, a timin helyett pedig a nukleotid uracilt tartalmazza. Különböző RNS-molekulák működnek a DNS genetikai kódjából származó fehérjék kialakításában.

A prokarióták egyetlen, kettős szálú körkörös kromoszómát tartalmaznak., Az eukarióták kettős szálú lineáris DNS-molekulákat tartalmaznak, amelyeket kromoszómákba csomagolnak. A DNS-hélixet fehérjék köré csomagolják, hogy nukleoszómákat képezzenek. A fehérjetekercsek tovább tekercselődnek, a mitózis és meiózis során a kromoszómák még nagyobb mértékben tekercselődnek, hogy megkönnyítsék mozgásukat. A kromoszómáknak két különböző régiójuk van, amelyek festéssel különböztethetők meg, tükrözve a csomagolás különböző fokait, és meghatározva, hogy egy régióban a DNS expresszálódik-e (euchromatin) vagy sem (heterokromatin).,