Learning Objectives
pod koniec tej sekcji będziesz mógł:
- opisać strukturę DNA
- opisać, w jaki sposób eukariotyczne i prokariotyczne DNA są rozmieszczone w komórce
w latach 50.Francis Crick i James Watson pracowali razem na Uniwersytecie Cambridge w Anglii, aby określić strukturę DNA. Inni naukowcy, jak Linus Pauling i Maurice Wilkins, również aktywnie badali tę dziedzinę., Pauling odkrył wtórną strukturę białek za pomocą krystalografii rentgenowskiej. Krystalografia rentgenowska jest metodą badania struktury molekularnej poprzez obserwację wzorów utworzonych przez promienie rentgenowskie wystrzeliwane przez kryształ substancji. Wzory dają ważne informacje o strukturze interesującej cząsteczki. W laboratorium Wilkinsa badaczka Rosalind Franklin wykorzystywała krystalografię rentgenowską do zrozumienia struktury DNA. Watson i Crick byli w stanie złożyć puzzle cząsteczki DNA za pomocą danych Franklina (rysunek 9.2)., Watson i Crick mieli również kluczowe informacje dostępne od innych badaczy, takich jak Zasady Chargaffa. Chargaff wykazał, że spośród czterech rodzajów monomerów (nukleotydów) obecnych w cząsteczce DNA, dwa typy były zawsze obecne w równych ilościach, a pozostałe dwa typy były zawsze obecne w równych ilościach. Oznaczało to, że zawsze były sparowane w jakiś sposób. W 1962 roku James Watson, Francis Crick i Maurice Wilkins otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za ich pracę w określaniu struktury DNA.,
teraz rozważmy strukturę dwóch rodzajów kwasów nukleinowych, kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) i kwasu rybonukleinowego (RNA). Budulcem DNA są nukleotydy, które składają się z trzech części: deoksyrybozy (cukier 5-węglowy), grupy fosforanowej i zasady azotowej (rysunek 9.3). Istnieją cztery rodzaje zasad azotowych w 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.
Grupa fosforanowa jednego nukleotydu wiąże kowalencyjnie z cząsteczką cukru następnego nukleotydu i tak dalej, tworząc długi polimer monomerów nukleotydu. Grupy cukrowo-fosforanowe ustawiają się w „kręgosłupie” dla każdej pojedynczej nici DNA, a Zasady nukleotydowe wystają z tego kręgosłupa. Atomy węgla pięciowęglowego cukru są numerowane zgodnie z ruchem wskazówek zegara od tlenu jako 1′, 2′, 3′, 4′, i 5′ (1′ czyta się jako „jedna pierwsza”)., Grupa fosforanowa jest przyłączona do węgla 5′ jednego nukleotydu i węgla 3′ następnego nukleotydu. W stanie naturalnym każda cząsteczka DNA składa się z dwóch pojedynczych nici połączonych ze sobą wzdłuż swojej długości wiązaniami wodorowymi między zasadami.
Watson i Crick zaproponowali, że DNA składa się z dwóch nici, które są skręcone wokół siebie, tworząc praworęczną helisę, zwaną podwójną helisą. Parowanie zasadowe zachodzi między puryną i pirymidyną: mianowicie para a z T, A para G z C., Innymi słowy, adenina i tymina są komplementarnymi parami zasad, a cytozyna i guanina są również komplementarnymi parami zasad. Jest to podstawa zasady Chargaffa; ze względu na ich komplementarność w cząsteczce DNA znajduje się tyle samo adeniny co tyminy i tyle samo guaniny co cytozyny. Adenina i tymina są połączone dwoma wiązaniami wodorowymi, a cytozyna i guanina są połączone trzema wiązaniami wodorowymi., Dwie nici mają charakter anty-równoległy; to znaczy, jedna nić będzie miała węgiel 3′ cukru w pozycji „w górę”, podczas gdy druga nić będzie miała węgiel 5′ w pozycji w górę. Średnica podwójnej helisy DNA jest jednorodna, ponieważ puryna (dwa pierścienie) zawsze para z pirymidyną (jeden pierścień) i ich łączna długość jest zawsze równa. (Rysunek 9.4).
we wszystkich komórkach występuje drugi kwas nukleinowy zwany kwasem rybonukleinowym lub RNA. Podobnie jak DNA, RNA jest polimerem nukleotydów. Każdy z nukleotydów w RNA składa się z zasady azotowej, pięciowęglowego cukru i grupy fosforanowej. W przypadku RNA pięciowęglowym cukrem jest ryboza, a nie deoksyryboza., Ryboza ma grupę hydroksylową na węglu 2′, w przeciwieństwie do deoksyrybozy, która ma tylko atom wodoru (rysunek 9.5).
nukleotydy RNA zawierają zasady azotowe adeninę, cytozynę i guaninę., Nie zawierają jednak tyminy, która zamiast tego jest zastępowana przez uracyl, symbolizowany przez” U”. RNA istnieje jako jednoniciowa cząsteczka, a nie dwuniciowa helisa. Biolodzy molekularni nazwali kilka rodzajów RNA na podstawie ich funkcji. Należą do nich messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA) i rybosomalne RNA (rRNA)—cząsteczki, które biorą udział w produkcji białek z kodu DNA.,
jak dna jest ułożone w komórce
DNA jest działającą cząsteczką; musi być replikowane, gdy komórka jest gotowa do podziału, i musi być „odczytywane”, aby produkować cząsteczki, takie jak białka, do wykonywania funkcji komórki. Z tego powodu DNA jest chronione i pakowane w bardzo specyficzny sposób. Ponadto cząsteczki DNA mogą być bardzo długie. Rozciągnięte od końca do końca cząsteczki DNA w pojedynczej ludzkiej komórce osiągałyby długość około 2 metrów., Tak więc DNA dla komórki musi być pakowane w bardzo uporządkowany sposób, aby dopasować się i funkcjonować w strukturze (komórce), która nie jest widoczna gołym okiem. Chromosomy prokariotów są znacznie prostsze niż u eukariotów w wielu ich cechach (rysunek 9.6). Większość prokariotów zawiera pojedynczy, okrągły chromosom, który znajduje się w obszarze cytoplazmy zwanym nukleoidem.
rozmiar genomu u jednego z najlepiej zbadanych prokariotów, Escherichia coli, wynosi 4,6 miliona par zasad, co rozciągałoby się na odległość około 1,6 mm. Więc jak to pasuje do małej komórki bakteryjnej? DNA jest skręcone poza podwójną helisą w tak zwanym supercoilingu., Niektóre białka są znane jako zaangażowane w przechłodzenie; inne białka i enzymy pomagają w utrzymaniu przechłodzonej struktury.
eukarioty, których chromosomy składają się z liniowej cząsteczki DNA, stosują inny rodzaj strategii pakowania, aby dopasować swoje DNA do wnętrza jądra. Na najbardziej podstawowym poziomie DNA jest owinięte wokół białek znanych jako histony, tworząc struktury zwane nukleosomami. DNA jest ściśle owinięte wokół rdzenia histonu. Ten nukleosom jest połączony z następnym krótkim pasmem DNA, który jest wolny od histonów., Jest to również znane jako struktura „paciorki na sznurku”; nukleosomy są „paciorkami”, a krótkie długości DNA między nimi są „sznurkiem”.”Nukleosomy, których DNA jest zwinięte wokół siebie, układają się na siebie, tworząc włókno o szerokości 30 nm. Włókno to jest dodatkowo zwinięte w grubszą i bardziej zwartą strukturę. Na etapie metafazy mitozy, gdy chromosomy są ustawione w centrum komórki, chromosomy są najbardziej zagęszczone. Mają około 700 nm szerokości i występują w połączeniu z białkami rusztowania.,
w interfazie, fazie cyklu komórkowego między mitozami, w której następuje dekondensacja chromosomów, chromosomy eukariotyczne mają dwa odrębne regiony, które można odróżnić poprzez barwienie. Istnieje szczelnie zapakowany region, który plamy ciemno, i mniej gęsty region. Obszary ciemnego zabarwienia zwykle zawierają geny, które nie są aktywne i znajdują się w regionach centromeru i telomerów. Obszary słabo zabarwione zwykle zawierają geny, które są aktywne, z DNA pakowanym wokół nukleosomów, ale nie dalej zagęszczonym.,
Concept in Action
Watch this animation of DNA packaging.
Section Summary
The model of the double-helix structure of DNA was proposed by Watson and Crick., Cząsteczka DNA jest polimerem nukleotydów. Każdy nukleotyd składa się z zasady azotowej, pięciowęglowego cukru (deoksyrybozy) i grupy fosforanowej. W DNA znajdują się cztery zasady azotowe, dwie puryny (adenina i guanina) i dwie pirymidyny (cytozyna i tymina). Cząsteczka DNA składa się z dwóch nici. Każda nić składa się z nukleotydów połączonych kowalencyjnie między grupą fosforanową jednego i cukrem deoksyrybozowym następnego. Z tego szkieletu rozciągają się podstawy. Zasady jednej nici łączą się z podstawami drugiej nici wiązaniami wodorowymi., Adenina zawsze wiąże się z tyminą, a cytozyna zawsze wiąże się z guaniną. Wiązanie powoduje, że dwa pasma spiralnie wokół siebie w kształcie zwanym podwójną helisą. Kwas rybonukleinowy (RNA) jest drugim kwasem nukleinowym występującym w komórkach. RNA jest jednoniciowym polimerem nukleotydów. Różni się również od DNA tym, że zawiera rybozę cukrową, a nie deoksyrybozę, i nukleotyd uracylu, a nie tyminę. Różne cząsteczki RNA funkcjonują w procesie formowania białek z kodu genetycznego w DNA.
prokarioty zawierają pojedynczy, dwuniciowy kolisty chromosom., Eukarioty zawierają dwuniciowe liniowe cząsteczki DNA pakowane w chromosomy. Helisa DNA owinięta jest wokół białek tworząc nukleosomy. Cewki białkowe są dalej zwijane, a podczas mitozy i mejozy chromosomy stają się jeszcze bardziej zwinięte, aby ułatwić ich ruch. Chromosomy mają dwa odrębne regiony, które można odróżnić poprzez barwienie, odzwierciedlające różne stopnie opakowania i determinowane przez to, czy dna w danym regionie jest wyrażane (euchromatyna), czy nie (heterochromatyna).,
ćwiczenia
- z którym z poniższych cytozyn łączy się w pary?
- guanina
- tymina
- adenina
- a pirymidyna
- Prokaryoty zawierają chromosom a________, a eukaryoty zawierają chromosomy________.
- jednoniciowy kołowy; jednoniciowy liniowy
- jednoniciowy liniowy; jednoniciowy kołowy
- dwuniciowy kołowy; dwuniciowy liniowy
- dwuniciowy liniowy; dwuniciowy kołowy
- opisz organizację chromosomu eukariotycznego.,
- opisz strukturę i komplementarne parowanie bazowe DNA.
odpowiedzi
- A
- C
- DNA jest nawinięte wokół białek zwanych histonami. Histony następnie układają się w zwartą formę, która tworzy włókno o grubości 30 nm. Włókno jest dalej zwijane, aby uzyskać większą zwartość. Podczas metafazy mitozy chromosom jest najbardziej zwarty, aby ułatwić ruch chromosomu., Podczas międzyfaz, tam są gęstsze obszary chromatyny, zwany heterochromatyny, które zawierają DNA, który nie jest wyrażony, i mniej gęste euchromatyny, która zawiera DNA, który jest wyrażony.
- pojedyncza nić DNA jest polimerem kwasów nukleinowych połączonych kowalencyjnie między grupą fosforanową jednego i cukrem deoksyrybozowym drugiego dla „szkieletu”, z którego wystają Zasady azotowe. W stanie naturalnym DNA ma dwie nici nawinięte wokół siebie w podwójną helisę. Zasady na każdej nici są połączone ze sobą wiązaniami wodorowymi., Tylko specyficzne zasady wiążą się ze sobą; adenina wiąże się z tyminą, a cytozyna z guaniną.,
Słowniczek
deoksyryboza: pięciowęglowa cząsteczka cukru z atomem wodoru, a nie grupą hydroksylową w pozycji 2′; Składnik cukrowy nukleotydów DNA
podwójna helisa: kształt molekularny DNA, w którym dwa pasma nukleotydów wiją się wokół siebie w kształcie spirali
zasad azotowych: cząsteczka zawierająca azot, która działa jako podstawa; często odnosząca się do do jednego ze składników purynowych lub pirymidynowych kwasów nukleinowych
Grupa fosforanowa: Grupa molekularna składająca się z centralnego atomu fosforu związanego z czterema atomami tlenu
Dodaj komentarz