1.1: de structuur van DNA

DNA en RNA

de twee belangrijkste typen nucleïnezuren zijn deoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA). DNA is het genetische materiaal dat in alle levende organismen wordt gevonden, variërend van eencellige bacteriën tot meercellige zoogdieren. DNA wordt gevonden in de kern van eukaryotes en in de organellen, chloroplasten, en mitochondria. In prokaryotes, is DNA niet ingesloten in een membranous envelop.

het volledige genetische gehalte van een cel staat bekend als het genoom, en de studie van genomen is genomica., In eukaryotic cellen maar niet in prokaryotes, vormt DNA een complex met histone proteã nen om chromatin, de substantie van eukaryotic chromosomen te vormen. Een chromosoom kan tienduizenden genen bevatten. Veel genen bevatten de informatie om eiwitproducten te maken; andere genen coderen voor RNA-producten. DNA controleert alle cellulaire activiteiten door de genen “aan” of “uit te zetten.”

het andere type nucleïnezuur, RNA, is voornamelijk betrokken bij de eiwitsynthese. De molecules van DNA verlaten nooit de kern maar gebruiken in plaats daarvan een tussenpersoon om met de rest van de cel te communiceren., Deze tussenpersoon is boodschapper RNA (mRNA). Andere types van RNA-als rRNA, tRNA, en microRNA-zijn betrokken bij eiwitsynthese en zijn regelgeving.

DNA en RNA zijn samengesteld uit monomeren die bekend staan als nucleotiden. De nucleotiden combineren met elkaar om een polynucleotide, DNA of RNA te vormen. Elk nucleotide bestaat uit drie componenten: een stikstofhoudende base, een pentose (vijf-koolstof) suiker en een fosfaatgroep (figuur \(\Paginindex{1}\)). Elke stikstofhoudende base in een nucleotide is in bijlage aan een suikermolecuul, die aan één of meer fosfaatgroepen is verbonden.,

de stikstofhoudende basen, belangrijke componenten van nucleotiden, zijn organische moleculen en worden zo genoemd omdat ze koolstof en stikstof bevatten. Zij zijn basen omdat zij een aminogroep bevatten die het potentieel van het binden van een extra waterstof heeft, en zo, vermindert de waterstofionenconcentratie in zijn milieu, die het basischer maken. Elk nucleotide in DNA bevat één van vier mogelijke stikstofhoudende basen: adenine (A), guanine (g) cytosine (C), en thymine (T).

Adenine en guanine worden geclassificeerd als purines., De primaire structuur van een purine is twee koolstof-stikstof ringen. Cytosine, thymine en uracil worden geclassificeerd als pyrimidines die een enkele koolstof-stikstofring als hun primaire structuur hebben (figuur \(\Paginindex{1}\)). Elk van deze basis koolstof-stikstof ringen heeft verschillende functionele groepen verbonden aan het. In de moleculaire biologie zijn de stikstofhoudende basen eenvoudig bekend door hun symbolen A, T, G, C en U. DNA bevat A, T, G en C terwijl RNA a, U, G en C. bevat

De pentosesuiker in DNA is deoxyribose en in RNA is de suiker ribose (figuur \(\Paginindex{1}\))., Het verschil tussen de suikers is de aanwezigheid van de hydroxylgroep op de tweede koolstof van de ribose en waterstof op de tweede koolstof van de deoxyribose (dus deoxyribose is “ontbrekende” an-OH groep). De koolstofatomen van het suikermolecuul zijn genummerd als 1′, 2′, 3′, 4′, en 5′ (1 ‘ wordt gelezen als “een priemgetal”). Het fosfaatresidu is verbonden met de hydroxylgroep van de 5′ – koolstof van één suiker en de hydroxylgroep van de 3′ – koolstof van de suiker van het volgende nucleotide, dat een 5′-3’ – fosfodiësterverbinding vormt., De fosfodiesterverbinding wordt niet gevormd door eenvoudige dehydratiereactie zoals de andere verbindingen die monomeren in macromoleculen verbinden: zijn vorming impliceert de verwijdering van twee fosfaatgroepen. Een polynucleotide kan duizenden van dergelijke phosphodiesterverbindingen hebben.

DNA Double-Helix Structure

met behulp van proportionele metaalmodellen van de individuele nucleotiden, leidden Watson en Crick een structuur voor DNA af die in overeenstemming was met de regels van Chargaff en met röntgenkristallografiegegevens die (met enige controverse) werden verkregen van een andere onderzoeker genaamd Rosalind Franklin. In Watson en Crick ‘ s beroemde dubbele helix, bevat elk van de twee strengen DNA-basissen die door covalente banden met een suiker-fosfaat backbone worden verbonden., Omdat één zijde van elk suikermolecuul altijd verbonden is met de andere zijde van het volgende suikermolecuul, heeft elke DNA-streng polariteit: deze worden het 5′ (5-prime) einde en het 3’ (3-prime) einde genoemd, in overeenstemming met de nomenclatuur van de koolstoffen in de suikers. De twee strengen van de dubbele helix lopen in anti-parallel (dat wil zeggen tegenovergestelde) richtingen, met het 5 ‘uiteinde van een streng naast het 3’ uiteinde van de andere streng. De dubbele helix heeft een rechtshandige twist, (in plaats van de linkshandige twist die vaak verkeerd wordt weergegeven in de populaire media)., De basissen van DNA strekken zich van de ruggengraat naar het centrum van de schroef uit, met een paar basissen van elke bundel die waterstofbanden vormen die helpen om de twee bundels samen te houden. Onder de meeste omstandigheden zijn de twee strengen lichtjes verschoven, waardoor een grote groef ontstaat op één zijde van de dubbele helix en een kleine groef op de andere. Vanwege de structuur van de basen kan A alleen waterstofbindingen vormen met T, en G kan alleen waterstofbindingen vormen met C (denk aan de regels van Chargaff)., Er wordt dan ook gezegd dat elke streng complementair is aan de andere, en dus bevat elke streng ook voldoende informatie om te fungeren als een sjabloon voor de synthese van de andere. Deze aanvullende redundantie is belangrijk in de replicatie en reparatie van DNA.

alleen bepaalde soorten basisparen zijn toegestaan. Bijvoorbeeld, een bepaalde purine kan alleen koppelen met een bepaalde pyrimidine. Dit betekent dat A kan koppelen met T, en G kan koppelen met C, zoals weergegeven in Figuur \(\Paginindex{2}\). Dit is bekend als de basis complementaire regel. Met andere woorden, de bundels van DNA vullen elkaar aan., Als de opeenvolging van één streng AATTGGCC is, zou de complementaire streng de opeenvolging TTAACCGG hebben. Tijdens de replicatie van DNA, wordt elke bundel gekopieerd, resulterend in een dubbele helix van dochterdna die één ouderdna bundel en een nieuw samengestelde bundel bevat.

vooruitdenken oefening \(\Paginindex{1}\)

Er treedt een mutatie op en cytosine wordt vervangen door adenine. Welke impact zal dit hebben op de DNA-structuur?,

antwoord

Adenine is groter dan cytosine en zal niet in staat zijn om een goed basenpaar te maken met de guanine op de tegengestelde streng. Dit zal ervoor zorgen dat het DNA uitstulpt. De de reparatieenzymen van DNA kunnen de bobbel erkennen en het onjuiste nucleotide vervangen.