Concepts of Biology – 1st Canadian Edition

in de jaren vijftig werkten Francis Crick en James Watson samen aan de Universiteit van Cambridge, Engeland, om de structuur van DNA te bepalen. Andere wetenschappers, zoals Linus Pauling en Maurice Wilkins, waren ook actief op dit gebied., Pauling had de secundaire structuur van proteã nen ontdekt gebruikend kristallografie van de Röntgenstraal. De kristallografie van de Röntgenstraal is een methode om moleculaire structuur te onderzoeken door de patronen te observeren die door röntgenstralen worden gevormd die door een kristal van de substantie worden geschoten. De patronen geven belangrijke informatie over de structuur van de molecule van belang. In het lab van Wilkins gebruikte onderzoeker Rosalind Franklin röntgenkristallografie om de structuur van DNA te begrijpen. Watson en Crick waren in staat om de puzzel van het DNA-molecuul te puzzelen met behulp van Franklin ‘ s gegevens (figuur 9.2)., Watson en Crick hadden ook belangrijke stukjes informatie beschikbaar van andere onderzoekers, zoals de regels van Chargaff. Chargaff had aangetoond dat van de vier soorten monomeren (nucleotiden) huidig in een molecule van DNA, twee types altijd aanwezig waren in gelijke hoeveelheden en de resterende twee types ook altijd aanwezig waren in gelijke hoeveelheden. Dit betekende dat ze altijd werden gekoppeld op een bepaalde manier. In 1962 kregen James Watson, Francis Crick en Maurice Wilkins de Nobelprijs voor de geneeskunde voor hun werk in het bepalen van de structuur van DNA.,

laten we nu eens kijken naar de structuur van de twee typen nucleïnezuren, deoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA). De bouwstenen van DNA zijn nucleotiden, die uit drie delen bestaan: een deoxyribose (5-koolstofsuiker), een fosfaatgroep, en een stikstofhoudende basis (figuur 9.3). Er zijn vier soorten stikstofhoudende basissen in DNA., 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.

de fosfaatgroep van een nucleotide bindt covalent met het suikermolecuul van het volgende nucleotide, enzovoort, en vormt een lang polymeer van nucleotidemonomeren. De suiker-fosfaatgroepen line-up in een” backbone ” voor elke enige bundel van DNA, en de nucleotidebases steken uit van deze backbone. De koolstofatomen van de vijf-koolstofsuiker worden met de klok mee genummerd van de zuurstof als 1′, 2′, 3′, 4′, en 5′ (1 ‘ wordt gelezen als “een priemgetal”)., De fosfaatgroep is in bijlage aan de 5 ‘koolstof van één nucleotide en de 3’ koolstof van het volgende nucleotide. In zijn natuurlijke staat, is elke molecule van DNA eigenlijk samengesteld uit twee enige bundels die langs hun lengte met waterstofbanden tussen de basissen samen worden gehouden.

Watson en Crick stelden voor dat het DNA bestaat uit twee strengen die rond elkaar gedraaid zijn om een rechtshandige helix te vormen, een dubbele helix genoemd. Base-pairing vindt plaats tussen een purine en pyrimidine: namelijk, een paren met T, en G paren met C., Met andere woorden, adenine en thymine zijn complementaire basenparen, en cytosine en guanine zijn ook complementaire basenparen. Dit is de basis voor de regel van Chargaff; wegens hun complementariteit, is er zo veel adenine zoals thymine in een molecuul van DNA en zo veel guanine zoals cytosine. Adenine en thymine worden verbonden door twee waterstofbindingen, en cytosine en guanine worden verbonden door drie waterstofbindingen., De twee strengen zijn anti-parallel van aard; dat wil zeggen, één streng zal de 3′ koolstof van de suiker in de “opwaartse” positie hebben, terwijl de andere streng de 5′ koolstof in de opwaartse positie zal hebben. De diameter van de dubbele helix van DNA is overal uniform omdat een purine (twee ringen) altijd paren met een pyrimidine (één ring) en hun gecombineerde lengtes altijd gelijk zijn. (Figuur 9.4).

Er is een tweede nucleïnezuur in alle cellen genaamd ribonucleïnezuur, of RNA. Net als DNA is RNA een polymeer van nucleotiden. Elk van de nucleotiden in RNA wordt samengesteld uit een stikstofhoudende basis, een vijf-koolstofsuiker, en een fosfaatgroep. In het geval van RNA is de vijf-koolstofsuiker ribose, niet deoxyribose., Ribose heeft een hydroxylgroep op de 2 ‘ koolstof, in tegenstelling tot deoxyribose, die alleen een waterstofatoom heeft (figuur 9.5).

RNA-nucleotiden bevatten de stikstofhoudende basen adenine, cytosine en guanine., Nochtans, bevatten zij geen thymine, die in plaats daarvan door uracil wordt vervangen, gesymboliseerd door “U.” RNA bestaat als enig-vastgelopen molecuul eerder dan een dubbel vastgelopen helix. De moleculaire biologen hebben verscheidene soorten RNA op basis van hun functie genoemd. Deze omvatten boodschappersRNA( mRNA), overdrachtrna (tRNA), en ribosomal RNA (rRNA)—molecules die bij de productie van proteã nen van de code van DNA betrokken zijn.,

hoe DNA in de cel is gerangschikt

DNA is een werkend molecuul; het moet worden gerepliceerd wanneer een cel klaar is om te delen, en het moet worden “gelezen” om de moleculen, zoals eiwitten, te produceren om de functies van de cel uit te voeren. Om deze reden is het DNA beschermd en verpakt op zeer specifieke manieren. Bovendien kunnen DNA-moleculen erg lang zijn. Uitgerekt van begin tot eind, zouden de DNA-moleculen in een enkele menselijke cel tot een lengte van ongeveer 2 meter komen., Zo moet het DNA voor een cel op een zeer geordende manier worden verpakt om te passen en te functioneren binnen een structuur (de cel) die niet zichtbaar is voor het blote oog. De chromosomen van prokaryotes zijn veel eenvoudiger dan die van eukaryotes in veel van hun eigenschappen (figuur 9.6). De meeste prokaryotes bevatten één enkel, cirkelchromosoom dat in een gebied in het cytoplasma wordt gevonden genoemd nucleoid.

De grootte van het genoom in een van de best bestudeerde prokaryoten, Escherichia coli, is 4,6 miljoen basenparen, die een afstand van ongeveer 1,6 mm zouden verlengen indien uitgerekt. Hoe past dit in een kleine bacteriële cel? Het DNA wordt gedraaid voorbij de dubbele helix in wat als supercoiling bekend staat., Sommige proteã nen zijn gekend om bij het supercoiling betrokken te zijn; andere proteã nen en enzymen helpen in het handhaven van de supercoiled structuur.

eukaryoten, waarvan de chromosomen elk uit een lineair DNA-molecuul bestaan, gebruiken een ander type verpakkingsstrategie om hun DNA in de kern te plaatsen. Op het meest basale niveau, wordt DNA omwikkeld rond proteã nen als histones bekend om structuren genoemd nucleosomen te vormen. Het DNA wordt strak om de histonkern gewikkeld. Dit nucleosoom is verbonden met de volgende door een korte bundel DNA die vrij is van histonen., Dit is ook gekend als de “parels op een koord” structuur; de nucleosomes zijn de “parels” en de korte lengtes van DNA tussen hen zijn de ” koord.”De nucleosomen, met hun DNA om hen heen, stapelen zich compact op elkaar om een 30 nm brede vezel te vormen. Deze vezel is verder opgerold in een dikkere en compactere structuur. In het metafasestadium van mitose, wanneer de chromosomen in het centrum van de cel worden opgesteld, zijn de chromosomen het meest verdicht. Zij zijn ongeveer 700 nm in breedte, en in samenwerking met steigerproteã nen gevonden.,

in interfase, de fase van de celcyclus tussen mitoses waarbij de chromosomen worden gedecondenseerd, hebben eukaryotische chromosomen twee verschillende gebieden die kunnen worden onderscheiden door kleuring. Er is een strak verpakt gebied dat donker vlekken, en een minder dicht gebied. De donkere kleurende gebieden bevatten gewoonlijk genen die niet actief zijn, en in de gebieden van centromeer en telomeren worden gevonden. De licht bevlekkende gebieden bevatten gewoonlijk genen die actief zijn, met DNA verpakt rond nucleosomes maar niet verder gecomprimeerd.,

Section Summary

The model of the double-helix structure of DNA was proposed by Watson and Crick., Het DNA-molecuul is een polymeer van nucleotiden. Elk nucleotide is samengesteld uit een stikstofhoudende basis, een vijf-koolstofsuiker (deoxyribose), en een fosfaatgroep. Er zijn vier stikstofhoudende basen in DNA, twee purines (adenine en guanine) en twee pyrimidines (cytosine en thymine). Een molecuul van DNA is samengesteld uit twee bundels. Elke bundel is samengesteld uit nucleotiden die samen covalent tussen de fosfaatgroep van één en de deoxyribosesuiker van volgende worden gebonden. Vanuit deze ruggengraat strekken de bases uit. De basissen van één streng binden aan de basissen van de tweede streng met waterstofbindingen., Adenine bindt altijd met thymine, en cytosine bindt altijd met guanine. De binding zorgt ervoor dat de twee strengen spiraalsgewijs om elkaar heen draaien in een vorm die een dubbele helix wordt genoemd. Ribonucleïnezuur (RNA) is een tweede nucleïnezuur dat in cellen wordt gevonden. RNA is een single-stranded polymeer van nucleotiden. Het verschilt ook van DNA in dat het suikerribose, eerder dan deoxyribose, en nucleotide uracil eerder dan thymine bevat. De verschillende moleculen van RNA functioneren in het proces van het vormen van proteã nen van de genetische code in DNA.

prokaryoten bevatten een enkelvoudig, dubbelstrengs circulair chromosoom., Eukaryotes bevatten dubbelstrengs lineaire molecules van DNA die in chromosomen worden verpakt. De helix van DNA wordt rond proteã nen verpakt om nucleosomen te vormen. De eiwitrollen worden verder opgerold, en tijdens mitose en meiose, worden de chromosomen nog meer zeer opgerold om hun beweging te vergemakkelijken. Chromosomen hebben twee verschillende gebieden die kunnen worden onderscheiden door kleuring, reflecteren verschillende graden van verpakking en bepaald door of het DNA in een gebied wordt uitgedrukt (euchromatin) of niet (heterochromatin).,