Concepte de Biologie – 1 Canadian Edition

În anii 1950, Francis Crick și James Watson au lucrat împreună la Universitatea din Cambridge, Anglia, pentru a determina structura ADN-ului. Alți oameni de știință, cum ar fi Linus Pauling și Maurice Wilkins, au explorat în mod activ acest domeniu., Pauling a descoperit structura secundară a proteinelor folosind cristalografia cu raze X. Cristalografia cu raze X este o metodă de investigare a structurii moleculare prin observarea modelelor formate de razele X împușcate printr-un cristal al substanței. Modelele oferă informații importante despre structura moleculei de interes. În laboratorul lui Wilkins, cercetătorul Rosalind Franklin folosea cristalografia cu raze X pentru a înțelege structura ADN-ului. Watson și Crick au reușit să pună împreună puzzle-ul moleculei ADN folosind datele lui Franklin (figura 9.2)., Watson și Crick au avut, de asemenea, informații cheie disponibile de la alți cercetători, cum ar fi regulile lui Chargaff. Chargaff a arătat că dintre cele patru tipuri de monomeri (nucleotide) prezente într-o moleculă de ADN, două tipuri au fost întotdeauna prezente în cantități egale, iar celelalte două tipuri au fost, de asemenea, întotdeauna prezente în cantități egale. Acest lucru a însemnat că au fost întotdeauna împerecheate într-un fel. În 1962, James Watson, Francis Crick și Maurice Wilkins au primit Premiul Nobel pentru medicină pentru munca lor în determinarea structurii ADN-ului.,

Acum, haideți să ia în considerare structura celor două tipuri de acizi nucleici, acid dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN). Blocurile de construcție ale ADN-ului sunt nucleotidele, care sunt alcătuite din trei părți: o deoxiriboză (zahăr 5-carbon), o grupare fosfat și o bază azotată (figura 9.3). Există patru tipuri de baze azotate în ADN., 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.

grup de fosfat de un singur nucleotid obligațiuni covalent cu o moleculă de zahăr din următoarele nucleotide, și așa mai departe, formând o lungă perioadă de polimeri de nucleotide, monomeri. Grupările zahăr-fosfat se aliniază într-o „coloană vertebrală” pentru fiecare fir de ADN, iar bazele nucleotidice ies din această coloană vertebrală. Atomii de carbon ai zahărului cu cinci carbon sunt numerotați în sensul acelor de ceasornic din oxigen ca 1′, 2′, 3′, 4′, și 5′ (1′ este citit ca „un prim”)., Gruparea fosfat este atașată la carbonul 5′ al unei nucleotide și carbonul 3′ al următoarei nucleotide. În starea sa naturală, fiecare moleculă de ADN este de fapt compusă din două fire unice ținute împreună de-a lungul lungimii lor cu legături de hidrogen între baze.Watson și Crick au propus ca ADN-ul să fie alcătuit din două fire care sunt răsucite unul în jurul celuilalt pentru a forma o helix dreptaci, numită helix dublu. Împerecherea de bază are loc între o purină și pirimidină: și anume, o pereche cu T și perechi G Cu C., Cu alte cuvinte, adenina și timina sunt perechi de baze complementare, iar citozina și guanina sunt, de asemenea, perechi de baze complementare. Aceasta este baza pentru regula lui Chargaff; datorită complementarității lor, există la fel de multă adenină ca timina într-o moleculă de ADN și la fel de multă guanină ca citozina. Adenina și timina sunt conectate prin două legături de hidrogen, iar citozina și guanina sunt conectate prin trei legături de hidrogen., Cele două fire sunt anti-paralele în natură; adică, un fir va avea 3′ carbon de zahăr în poziția „în sus”, în timp ce celălalt fir va avea 5′ carbon în poziția în sus. Diametrul helixului dublu ADN este uniform pe tot parcursul, deoarece o purină (două inele) se împerechează întotdeauna cu o pirimidină (un inel) și lungimile lor combinate sunt întotdeauna egale. (Figura 9.4).

Există un al doilea acid nucleic în toate celulele numit acid ribonucleic, sau ARN-ului. Ca și ADN, ARN este un polimer de nucleotide. Fiecare dintre nucleotidele din ARN este alcătuită dintr-o bază azotată, un zahăr cu cinci carbon și o grupare fosfat. În cazul ARN, zahărul cu cinci carbon este riboză, nu dezoxiriboză., Riboza are o grupare hidroxil la carbonul 2, spre deosebire de deoxiriboză, care are doar un atom de hidrogen (figura 9.5).

ARN nucleotide conțin bazele azotate adenină, citozină și guanină., Cu toate acestea, ele nu conțin timină, care este în schimb înlocuită cu uracil, simbolizat de un „U.” ARN există mai degrabă ca moleculă monocatenară decât ca helix dublu catenar. Biologii moleculari au numit mai multe tipuri de ARN pe baza funcției lor. Acestea includ ARN mesager( ARNm), ARN de transfer (Arnt) și ARN ribozomal (ARNr)—molecule care sunt implicate în producerea de proteine din codul ADN.,

cum este aranjat ADN-ul în celulă

ADN-ul este o moleculă de lucru; trebuie replicat atunci când o celulă este gata să se împartă și trebuie „citit” pentru a produce moleculele, cum ar fi proteinele, pentru a îndeplini funcțiile celulei. Din acest motiv, ADN-ul este protejat și ambalat în moduri foarte specifice. În plus, moleculele ADN pot fi foarte lungi. Întinse de la capăt la capăt, moleculele ADN dintr-o singură celulă umană ar ajunge la o lungime de aproximativ 2 metri., Astfel, ADN-ul pentru o celulă trebuie ambalat într-un mod foarte ordonat pentru a se potrivi și a funcționa într-o structură (celula) care nu este vizibilă cu ochiul liber. Cromozomii procariotelor sunt mult mai simpli decât cei ai eucariotelor în multe dintre caracteristicile lor (figura 9.6). Majoritatea procariotelor conțin un singur cromozom circular care se găsește într-o zonă din citoplasmă numită nucleoid.

dimensiunea genomului într-una din cele mai bine studiate procariote, Escherichia coli, este de 4,6 milioane de perechi de bază, care ar extinde pe o distanță de aproximativ 1,6 mm dacă întinse. Deci, cum se potrivește asta într-o celulă bacteriană mică? ADN-ul este răsucit dincolo de dubla helix în ceea ce este cunoscut sub numele de supercoiling., Unele proteine sunt cunoscute a fi implicate în supercoiling; alte proteine și enzime ajuta în menținerea supercoiled structura.eucariotele, ale căror cromozomi constau fiecare dintr-o moleculă liniară de ADN, folosesc un alt tip de strategie de ambalare pentru a se potrivi ADN-ului lor în interiorul nucleului. La nivelul cel mai de bază, ADN-ul este înfășurat în jurul proteinelor cunoscute sub numele de histone pentru a forma structuri numite nucleozomi. ADN-ul este înfășurat strâns în jurul miezului histonei. Acest nucleozom este legat de următorul printr-un fir scurt de ADN care nu conține histone., Acest lucru este, de asemenea, cunoscut sub numele de „margele pe un șir de caractere” structura; nucleozomii sunt „margele” și lungimi scurte de ADN între ele sunt „șir de caractere.”Nucleozomii, cu ADN-ul lor înfășurat în jurul lor, se stivuiesc compact unul pe celălalt pentru a forma o fibră lată de 30 nm. Această fibră este înfășurată în continuare într-o structură mai groasă și mai compactă. În stadiul metafazei mitozei, când cromozomii sunt aliniați în centrul celulei, cromozomii sunt cel mai compactați. Acestea au o lățime de aproximativ 700 nm și se găsesc în asociere cu proteinele schelei.,în interfază, faza ciclului celular dintre mitoze la care cromozomii sunt decondensați, cromozomii eucarioți au două regiuni distincte care se pot distinge prin colorare. Există o regiune bine ambalată care pătează întunecat și o regiune mai puțin densă. Regiunile de colorare întunecate conțin, de obicei, gene care nu sunt active și se găsesc în regiunile centromere și telomere. Regiunile de colorare ușoară conțin, de obicei, gene care sunt active, cu ADN ambalat în jurul nucleozomilor, dar care nu sunt compactate în continuare.,

Section Summary

The model of the double-helix structure of DNA was proposed by Watson and Crick., Molecula ADN este un polimer de nucleotide. Fiecare nucleotidă este compusă dintr-o bază azotată, un zahăr cu cinci carbon (deoxiriboză) și o grupare fosfat. Există patru baze azotate în ADN, două purine (adenină și guanină) și două pirimidine (citozină și timină). O moleculă de ADN este compusă din două fire. Fiecare catenă este compusă din nucleotide legate între ele covalent între grupul fosfat al unuia și zahărul deoxiriboză al următorului. Din această coloană vertebrală se extind bazele. Bazele unui fir se leagă de bazele celui de-al doilea fir cu legături de hidrogen., Adenina se leagă întotdeauna cu timina, iar citozina se leagă întotdeauna cu guanina. Legătura face ca cele două fire să se spiraleze unul în jurul celuilalt într-o formă numită helix dublu. Acidul Ribonucleic (ARN) este un al doilea acid nucleic găsit în celule. ARN este un polimer monocatenar de nucleotide. De asemenea, diferă de ADN prin faptul că conține riboza de zahăr, mai degrabă decât deoxiriboza, și nucleotida uracil, mai degrabă decât timina. Diferite molecule de ARN funcționează în procesul de formare a proteinelor din codul genetic din ADN.procariotele conțin un singur cromozom circular dublu catenar., Eucariotele conțin molecule de ADN liniar dublu catenar ambalate în cromozomi. Helixul ADN este înfășurat în jurul proteinelor pentru a forma nucleozomi. Bobinele de proteine sunt înfășurate în continuare, iar în timpul mitozei și meiozei, cromozomii devin și mai mult înfășurați pentru a facilita mișcarea lor. Cromozomii au două regiuni distincte care se pot distinge prin colorare, reflectând diferite grade de ambalare și determinate de faptul dacă ADN-ul într-o regiune este exprimat (euchromatin) sau nu (heterochromatin).,