Articles

Biologia dla niespecjalistów I

Wykształcenie

  • Diagram struktury DNA

Budulcem DNA są nukleotydy. Ważnymi składnikami każdego nukleotydu są: zasada azotowa, deoksyryboza (cukier 5-węglowy) i grupa fosforanowa (patrz rys. 1). Każdy nukleotyd jest nazywany w zależności od jego zasady azotowej. Podstawą azotową może być puryna, taka jak adenina (A) i guanina (G), lub pirymidyna, taka jak cytozyna (C) i tymina (T). Uracyl (U) jest również pirymidyną (jak widać na Rysunku 1), ale występuje tylko w RNA, o którym więcej powiemy później.

Ilustracja przedstawia strukturę nukleozydu, który składa się z pentozy z zasadą azotową dołączoną w pozycji 1'. Istnieją dwa rodzaje zasad azotowych: pirymidyny, które mają jeden pierścień sześcioczłonowy, i puryny, które mają pierścień sześcioczłonowy połączony z pierścieniem pięcioczłonowym. Cytozyna, tymina i uracyl to pirymidyny, a adenina i guanina to puryny. Nukleozyd z fosforanem przyłączonym w pozycji 5' nazywany jest mononukleotydem. Nukleozyd z przyłączonymi dwoma lub trzema fosforanami nazywany jest odpowiednio difosforanem lub trifosforanem nukleotydów.' position. There are two kinds of nitrogenous bases: pyrimidines, which have one six-membered ring, and purines, which have a six-membered ring fused to a five-membered ring. Cytosine, thymine, and uracil are pyrimidines, and adenine and guanine are purines. A nucleoside with a phosphate attached at the 5' position is called a mononucleotide. A nucleoside with two or three phosphates attached is called a nucleotide diphosphate or nucleotide triphosphate, respectively.

Rysunek 1. Każdy nukleotyd zbudowany jest z cukru, grupy fosforanowej i zasady azotowej. W DNA cukrem jest deoksyryboza, a w RNA ryboza.

Nukleotydy łączą się ze sobą za pomocą wiązań kowalencyjnych zwanych wiązaniami fosfodiestrowymi lub wiązaniami. Reszta fosforanowa jest przyłączona do grupy hydroksylowej 5′ węgla jednego cukru jednego nukleotydu i grupy hydroksylowej 3′ węgla cukru następnego nukleotydu, tworząc w ten sposób wiązanie fosfodiestrowe 5′-3′.

W latach 50-tych Francis Crick i James Watson pracowali razem nad ustaleniem struktury DNA na Uniwersytecie Cambridge w Anglii. Inni naukowcy, tacy jak Linus Pauling i Maurice Wilkins, również aktywnie badali tę dziedzinę. Pauling odkrył strukturę drugorzędową białek za pomocą krystalografii rentgenowskiej. W laboratorium Wilkinsa badaczka Rosalind Franklin wykorzystywała metody dyfrakcji rentgenowskiej do poznania struktury DNA. Watson i Crick byli w stanie poskładać puzzle cząsteczki DNA na podstawie danych Franklina, ponieważ Crick również studiował dyfrakcję rentgenowską (rysunek 2). W 1962 r. James Watson, Francis Crick i Maurice Wilkins otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny. Niestety, do tego czasu Franklin już nie żył, a nagrody Nobla nie są przyznawane pośmiertnie.

Zdjęcie w części A przedstawia Jamesa Watsona, Francisa Cricka i Maclyna McCarty'ego. Wzór dyfrakcji rentgenowskiej w części b jest symetryczny, z kropkami w kształcie litery x

Rysunek 2. Prace pionierskich naukowców (a) Jamesa Watsona, Francisa Cricka i Maclyna McCarty’ego doprowadziły do naszego dzisiejszego zrozumienia DNA. Naukowiec Rosalind Franklin odkryła (b) wzór dyfrakcji rentgenowskiej DNA, co pomogło wyjaśnić jego strukturę podwójnej helisy. (kredyt a: modyfikacja pracy Marjorie McCarty, Public Library of Science)

Watson i Crick zaproponowali, że DNA składa się z dwóch nici, które są skręcone wokół siebie, tworząc prawoskrętną helisę. Parowanie zasad odbywa się pomiędzy puryną i pirymidyną; mianowicie, A łączy się w pary z T, a G z C. Adenina i tymina są komplementarnymi parami zasad, a cytozyna i guanina są również komplementarnymi parami zasad. Pary zasad są stabilizowane przez wiązania wodorowe; adenina i tymina tworzą dwa wiązania wodorowe, a cytozyna i guanina trzy wiązania wodorowe. Obie nici mają charakter antyrównoległy, to znaczy, że koniec 3′ jednej nici jest zwrócony w kierunku końca 5′ drugiej nici. Cukier i fosforan nukleotydów tworzą szkielet struktury, podczas gdy zasady azotowe są ułożone wewnątrz. Każda para zasad jest oddzielona od innej pary zasad na odległość 0,34 nm, a każdy skręt helisy ma długość 3,4 nm. Na jeden obrót helisy przypada zatem dziesięć par zasad. Średnica podwójnej helisy DNA wynosi 2 nm i jest jednolita na całej długości. Jednolitą średnicę może wyjaśnić jedynie parowanie puryn i pirymidyn. Skręcanie się dwóch nici wokół siebie powoduje powstawanie równomiernie rozmieszczonych większych i mniejszych rowków (rysunek 3).

Część A przedstawia ilustrację podwójnej helisy DNA, która ma szkielet cukrowo-fosforanowy na zewnątrz i pary zasad azotowych wewnątrz. Część B przedstawia pary zasad pomiędzy tyminą i adeniną, które tworzą dwa wiązania wodorowe, oraz pomiędzy guaniną i cytozyną, które tworzą trzy wiązania wodorowe. Część C przedstawia model molekularny podwójnej helisy DNA. Na zewnątrz helisy występują na przemian szerokie szczeliny, zwane rowkami głównymi, i wąskie szczeliny, zwane rowkami mniejszymi.

Rysunek 3. DNA ma (a) strukturę podwójnej helisy i (b) wiązania fosfodiestrowe. (c) rowki główne i małe są miejscami wiązania dla białek wiążących DNA podczas takich procesów jak transkrypcja (kopiowanie RNA z DNA) i replikacja.

Próbka

Wkład!

Masz pomysł na poprawienie tej zawartości? Chętnie poznamy Twój wkład.

Ulepsz tę stronęDowiedz się więcej

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *