Izpratne par DNS dubultspirāles struktūru

DNS dubultspirāle.

Andrejs Prohorovs / Getty Images

Bioloģijā 'dubultā spirāle' ir termins, ko izmanto, lai aprakstītu struktūru DNS . DNS dubultspirāle sastāv no divām dezoksiribonukleīnskābes spirālveida ķēdēm. Forma ir līdzīga spirālveida kāpņu formai. DNS ir a nukleīnskābe sastāv no slāpekļa bāzēm (adenīna, citozīna, guanīna un timīna), piecu oglekļa cukuru (dezoksiribozes) un fosfātu molekulām. DNS nukleotīdu bāzes attēlo kāpņu pakāpienus, un dezoksiribozes un fosfāta molekulas veido kāpņu malas.

Key Takeaways

• Dubultā spirāle ir bioloģisks termins, kas raksturo DNS vispārējo struktūru. Tā dubultā spirāle sastāv no divām DNS spirālveida ķēdēm. Šī dubultā spirāles forma bieži tiek vizualizēta kā spirālveida kāpnes.
• DNS savīšana ir gan hidrofilas, gan hidrofobas mijiedarbības rezultāts starp molekulām, kas satur DNS un ūdeni šūnā.
• Gan DNS replikācija, gan proteīnu sintēze mūsu šūnās ir atkarīga no DNS dubultspirāles formas.
• Dr. Džeimss Vatsons, Dr. Frensiss Kriks, Dr. Rozalinda Franklina un Dr. Moriss Vilkinss spēlēja galveno lomu DNS struktūras noskaidrošanā.

Kāpēc DNS ir savīti?

DNS ir satīta hromosomas un cieši iepakots kodols no mūsu šūnas . DNS vīšanas aspekts ir mijiedarbības rezultāts starp molekulām, kas veido DNS, un ūdeni. Slāpekļa bāzes, kas ietver vītā kāpņu pakāpienus, tiek turētas kopā ar ūdeņraža saitēm. Adenīns ir saistīts ar timīnu (A-T) un guanīna pāri ar citozīnu (G-C). Šīs slāpekļa bāzes ir hidrofobas, kas nozīmē, ka tām nav afinitātes pret ūdeni. Kopš šūnas citoplazma un citosols satur šķidrumus uz ūdens bāzes, slāpekļa bāzes vēlas izvairīties no saskares ar šūnu šķidrumiem. Cukura un fosfāta molekulas, kas veido molekulas cukura-fosfāta mugurkaulu, ir hidrofilas, kas nozīmē, ka tās mīl ūdeni un tām ir afinitāte pret ūdeni.

DNS ir sakārtota tā, ka fosfāts un cukura mugurkauls atrodas ārpusē un saskaras ar šķidrumu, bet slāpekļa bāzes atrodas molekulas iekšējā daļā. Lai vēl vairāk novērstu slāpekļa bāzu saskari ar šūna šķidrums, molekula griežas, lai samazinātu vietu starp slāpekļa bāzēm un fosfātu un cukura pavedieniem. Fakts, ka divas DNS virknes, kas veido dubulto spirāli, ir pretparalēlas, palīdz arī savērpt molekulu. Antiparalēla nozīmē, ka DNS virknes virzās pretējos virzienos, nodrošinot, ka pavedieni cieši pieguļ viens otram. Tas samazina šķidruma iekļūšanas iespējamību starp pamatnēm.

DNS replikācija un olbaltumvielu sintēze

DNS tiek pārrakstīts un tulkots, lai iegūtu olbaltumvielas. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Dubultās spirāles forma ļauj DNS replikācija un proteīnu sintēze rasties. Šajos procesos savītā DNS atritinās un atveras, lai varētu izveidot DNS kopiju. DNS replikācijā dubultā spirāle atritinās, un katra atdalītā virkne tiek izmantota jaunas virknes sintezēšanai. Veidojot jaunas virknes, bāzes tiek savienotas pārī, līdz no vienas dubultspirāles DNS molekulas veidojas divas dubultspirāles DNS molekulas. DNS replikācija ir nepieciešama procesiem mitoze un mejoze rasties.

Olbaltumvielu sintēzē DNS molekula ir pārrakstīts ražot an RNS DNS koda versija, kas pazīstama kā Messenger RNS (mRNS). Ziņnesis RNS molekula ir tad tulkots ražot olbaltumvielas . Lai DNS transkripcija notiktu, DNS dubultā spirāle ir jāatvieno un jāļauj fermentam, ko sauc par RNS polimerāzi, transkribēt DNS. RNS ir arī nukleīnskābe, bet satur uracilu, nevis timīnu. Transkripcijā guanīns savienojas ar citozīnu un adenīns savienojas ar uracilu, veidojot RNS transkriptu. Pēc transkripcijas DNS aizveras un atgriežas sākotnējā stāvoklī.

DNS struktūras atklāšana

Dr. Frensiss Kriks un Dr. Džeimss Vatsons Molekulārās bioloģijas simpozijā. Teds Špīgels / Līdzstrādnieks / Getty Images

Atzinība par DNS dubultspirāles struktūras atklāšanu ir dota Džeimsam Vatsonam un Frensiss Kriks , par savu darbu apbalvoti ar Nobela prēmiju. DNS struktūras noteikšana daļēji balstījās uz daudzu citu zinātnieku darbu, tostarp Rozalinda Franklina . Franklins un Moriss Vilkinss izmantoja rentgenstaru difrakciju, lai noskaidrotu norādes par DNS struktūru. Franklina uzņemtais DNS rentgenstaru difrakcijas fotoattēls ar nosaukumu '51. fotogrāfija' parādīja, ka DNS kristāli veido X formu uz rentgena filmas. Molekulām ar spirālveida formu ir šāda veida X formas raksts. Izmantojot Franklina rentgenstaru difrakcijas pētījuma pierādījumus, Vatsons un Kriks pārskatīja savu iepriekš ierosināto trīskāršās spirāles DNS modeli uz DNS dubultspirāles modeli.

Bioķīmiķa Ervina Čārgofa atklātie pierādījumi palīdzēja Vatsonam un Krikam atklāt bāzu savienojumu DNS. Chargoff pierādīja, ka adenīna koncentrācija DNS ir vienāda ar timīna koncentrāciju, un citozīna koncentrācija ir vienāda ar guanīnu. Izmantojot šo informāciju, Vatsons un Kriks varēja noteikt, ka adenīna saistīšanās ar timīnu (AT) un citozīna saite ar guanīnu (C-G) veido DNS savītās kāpņu formas pakāpienus. Cukura-fosfāta mugurkauls veido kāpņu telpas malas.

Avoti

• DNS molekulārās struktūras atklāšana — dubultā spirāle. Nobelprize.org , www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.