DNR dvigubos spiralės struktūros supratimas
DNR dviguba spiralė.
Andrejus Prokhorovas / Getty Images
Biologijoje „dviguba spiralė“ yra terminas, naudojamas apibūdinti jos struktūrą DNR . DNR dviguba spiralė susideda iš dviejų spiralinių dezoksiribonukleino rūgšties grandinių. Forma panaši į sraigtinių laiptų formą. DNR yra a nukleino rūgštis sudarytas iš azoto bazių (adenino, citozino, guanino ir timino), penkių anglies cukraus (dezoksiribozės) ir fosfatų molekulių. DNR nukleotidų bazės yra laiptų pakopos, o dezoksiribozės ir fosfato molekulės sudaro laiptų šonus.
Raktai išsinešti
- Dviguba spiralė yra biologinis terminas, apibūdinantis bendrą DNR struktūrą. Jo dviguba spiralė susideda iš dviejų spiralinių DNR grandinių. Ši dvigubos spiralės forma dažnai vizualizuojama kaip spiraliniai laiptai.
- DNR sukimas yra hidrofilinės ir hidrofobinės sąveikos tarp molekulių, susidedančių iš DNR ir vandens ląstelėje, rezultatas.
- Tiek DNR replikacija, tiek baltymų sintezė mūsų ląstelėse priklauso nuo DNR dvigubos spiralės formos.
- Dr. Jamesas Watsonas, daktaras Francisas Crickas, dr. Rosalind Franklin ir daktaras Maurice'as Wilkinsas atliko pagrindinį vaidmenį išaiškinant DNR struktūrą.
Kodėl DNR susukta?
DNR yra suvyniota į chromosomos ir sandariai supakuotas branduolys mūsų ląstelės . DNR sukimosi aspektas yra DNR sudarančių molekulių ir vandens sąveikos rezultatas. Azoto bazės, kurias sudaro susuktų laiptų pakopos, yra laikomos vandenilinėmis jungtimis. Adeninas yra sujungtas su timinu (A-T), o guanino poros su citozinu (G-C). Šios azoto bazės yra hidrofobinės, o tai reiškia, kad jos neturi afiniteto vandeniui. Kadangi ląstelės citoplazma ir citozolyje yra vandens pagrindo skysčių, azoto bazės nori išvengti kontakto su ląstelių skysčiais. Cukraus ir fosfato molekulės, sudarančios molekulės cukraus ir fosfato pagrindą, yra hidrofilinės, o tai reiškia, kad jos mėgsta vandenį ir turi afinitetą vandeniui.
DNR yra išdėstyta taip, kad fosfatas ir cukraus pagrindas yra išorėje ir liečiasi su skysčiu, o azoto bazės yra vidinėje molekulės dalyje. Siekiant toliau užkirsti kelią azoto bazių sąlyčiui su ląstelė skystis, molekulė pasisuka, kad sumažintų erdvę tarp azoto bazių ir fosfato bei cukraus gijų. Tai, kad dvi DNR grandinės, sudarančios dvigubą spiralę, yra antilygiagrečios, taip pat padeda susukti molekulę. Anti-lygiagretus reiškia, kad DNR grandinės eina priešingomis kryptimis, užtikrinant, kad grandinės tvirtai priglustų viena prie kitos. Tai sumažina galimybę skysčiui prasiskverbti tarp bazių.
DNR replikacija ir baltymų sintezė
DNR yra transkribuojama ir verčiama gaminti baltymus. ttsz / iStock / Getty Images Plus
Dvigubos spiralės forma leidžia DNR replikacija ir baltymų sintezė atsirasti. Šių procesų metu susisukusi DNR išsivynioja ir atsidaro, kad būtų galima padaryti DNR kopiją. DNR replikacijos metu dviguba spiralė išsivynioja ir kiekviena atskirta grandinė naudojama naujai grandinei sintezuoti. Kai susidaro naujos sruogos, bazės suporuojamos, kol iš vienos dvigubos spiralės DNR molekulės susidaro dvi dvigubos spiralės DNR molekulės. DNR replikacija reikalinga procesams mitozė ir mejozė atsirasti.
Baltymų sintezėje DNR molekulė yra perrašomas pagaminti an RNR DNR kodo, žinomo kaip pasiuntinio RNR (mRNR), versija. Pasiuntinio RNR molekulė yra tada išversta gaminti baltymai . Kad DNR transkripcija įvyktų, DNR dviguba spiralė turi išsivynioti ir leisti fermentui, vadinamam RNR polimeraze, transkribuoti DNR. RNR taip pat yra nukleorūgštis, tačiau vietoj timino joje yra bazinis uracilas. Transkripcijos metu guaninas susiporuoja su citozinu, o adeninas – su uracilu, kad susidarytų RNR transkriptas. Po transkripcijos DNR užsidaro ir vėl pasisuka į pradinę būseną.
DNR struktūros atradimas
Dr. Francis Crick ir Dr. James Watson molekulinės biologijos simpoziume. Tedas Spiegelis / bendradarbis / Getty Images
Nuopelnas už dvigubos spiralės DNR struktūros atradimą buvo suteiktas Jamesui Watsonui ir Pranciškus Crickas , už savo darbą apdovanoti Nobelio premija. DNR struktūros nustatymas iš dalies buvo pagrįstas daugelio kitų mokslininkų darbais, įskaitant Rosalind Franklin . Franklinas ir Maurice'as Wilkinsas naudojo rentgeno spindulių difrakciją, kad nustatytų įkalčius apie DNR struktūrą. Franklino padaryta DNR rentgeno spindulių difrakcijos nuotrauka, pavadinta „51 nuotrauka“, parodė, kad DNR kristalai rentgeno juostoje sudaro X formą. Sraigtinės formos molekulės turi tokio tipo X formos modelį. Naudodami Franklino rentgeno spindulių difrakcijos tyrimo įrodymus, Watsonas ir Crickas peržiūrėjo savo anksčiau pasiūlytą trigubos spiralės DNR modelį į dvigubos spiralės DNR modelį.
Biochemiko Erwino Chargoffo atrasti įrodymai padėjo Watsonui ir Crickui atrasti DNR bazių porą. Chargoffas parodė, kad adenino koncentracija DNR yra lygi timino koncentracijai, o citozino koncentracija yra lygi guaninui. Turėdami šią informaciją, Watsonas ir Crickas sugebėjo nustatyti, kad adenino sujungimas su timinu (AT) ir citozinas su guaninu (C-G) sudaro DNR susuktų laiptų formos laiptelius. Cukraus-fosfato pagrindas sudaro laiptų šonus.
Šaltiniai
- DNR molekulinės struktūros atradimas – dviguba spiralė. Nobelprize.org , www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.