Kwas dezoksyrybonukleinowy lub DNA jest cząsteczką, która jest nośnikiem informacji genetycznej w prawie wszystkich organizmach żywych. Zawiera instrukcje biologiczne dla rozwoju, przetrwania i reprodukcji organizmów.DNA znajduje się w jądrze komórki, gdzie jest pakowany w zwartej formie zwanej chromosomem z pomocą kilku białek znanych jako histony. Znajduje się również w strukturach komórkowych zwanych mitochondriami. Jednak w przypadku prokariotów DNA nie jest zamknięte w jądrze ani w błonie, ale jest obecne w cytoplazmie. DNA u prokariotów jest na ogół kolisty i zwinięty bez histonów. DNA przechowuje informację genetyczną w postaci sekwencji nukleotydów w specjalnych regionach zwanych genami, które są wykorzystywane do produkcji białek. Ekspresja informacji genetycznej do białek jest procesem dwuetapowym, w którym sekwencja nukleotydów w DNA jest przekształcana w cząsteczkę zwaną kwasem rybonukleinowym lub RNA w procesie zwanym transkrypcją. RNA jest wykorzystywane do tworzenia białek w innym procesie zwanym translacją. Genom ludzki zawiera prawie 3 – 109 zasad z około 20 000 genów na 23 chromosomach.

DNA został po raz pierwszy odkryty przez niemieckiego biochemika Fredericha Mieschera w roku 1869. W oparciu o prace Erwin Chargaff, James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins i Rosalind Franklin, struktura DNA została odkryta w roku 1953. Struktura DNA to: dwie komplementarne nici polinukleotydów, które biegną w przeciwnych kierunkach i są utrzymywane razem przez wiązania wodorowe między nimi. Struktura ta pomaga DNA replikować się podczas podziału komórki, a także dla pojedynczej nici, aby służyć jako szablon podczas transkrypcji.

• 1 Cechy cząsteczki DNA
  • 1.1 Podwójna spirala
  • 1.2 Bazy komplementarne
  • 1.3 Denaturacja i renaturacja DNA
  • 1.4 Rowki
• 2 Funkcje biologiczne
  • 2.1 Replikacja
  • 2.2 Transkrypcja i Translacja
• 3 Formy DNA
• 4 Historia struktury DNA
• 5 Modele DNA

Cechy cząsteczki DNA

Podwójna spirala

składa się z dwóch łańcuchów polinukleotydowych, . W DNA składa się z wiązania do 5′ z których jest podłączony przez wiązanie beta-glikozydowe do puryny lub pirymidyny . Ryboza jest głównym czynnikiem decydującym o tym, która z form DNA jest obecna. W tej scenie, która przedstawia B DNA, węgiel 2′ znajduje się poza płaszczyzną pozostałych członków pięcioczłonowego pierścienia. W , węgiel 3′ jest poza płaszczyzną pierścienia rybozy.Cztery rodzaje zasad to dwie dwupierścieniowe zasady purynowe i oraz dwie jednopierścieniowe zasady pirymidynowe i . Atomy wodoru na niektórych atomach azotu i tlenu mogą ulegać przesunięciom tautomerycznym. Atomy azotu, które biorą udział w tworzeniu tautomeru występują jako grupy aminowe lub iminowe, a atomy tlenu występują w formie ketonowej lub enolowej. Na przykładzie izolowanej tyminy można zilustrować, że istnieje preferencja dla form aminowych i ketonowych, co jest bardzo istotne dla biologicznego funkcjonowania DNA, ponieważ zapewnia łączność z deoksyrybozą i prowadzi do specyficzności wiązania wodorowego w parowaniu zasad, a tym samym komplementarności łańcuchów. Azot iminowy może być tylko atomem donorowym w wiązaniu wodorowym, ale azot aminowy może być również atomem biorczym. Każdy nukleotyd w łańcuchu DNA jest połączony z innym poprzez . W DNA znajdują się cztery nukleotydy. Szkielet cukrowo-fosforanowy DNA jest bardzo regularny dzięki wiązaniom fosfodiestrowym, natomiast uporządkowanie zasad jest wysoce nieregularne.

A C G T

Puryny Pirymidyny

Bazy komplementarne

Dwa łańcuchy w DNA są połączone wiązaniami wodorowymi pomiędzy określonymi zasadami. Adenina tworzy pary zasadowe z tyminą, a guanina z cytozyną. To specyficzne parowanie zasad między i jest znane jako parowanie zasad Watson-Crick. Specyficzność wiązania wodorowego między zasadami prowadzi do komplementarności sekwencji nukleotydów w dwóch łańcuchach. Tak więc w nici DNA zawartość adeniny jest równa zawartości tyminy, a zawartość guaniny jest równa zawartości cytozyny. Ogólnie rzecz biorąc, DNA z większą zawartością GC jest bardziej stabilny niż ten z większą zawartością AT dzięki stabilizacji wynikającej z interakcji między zasadami.

Denaturacja i renaturacja DNA

Podwójna nić DNA może zostać rozdzielona na dwie pojedyncze nici poprzez zerwanie wiązań wodorowych między nimi. Jest to znane jako denaturacja DNA. Energia cieplna dostarczana przez ogrzewanie może być użyta do stopienia lub denaturacji DNA. Cząsteczki z dużą zawartością GC są bardziej stabilne i ulegają denaturacji w wyższych temperaturach niż cząsteczki z większą zawartością AT. Temperatura topnienia jest definiowana jako temperatura, w której połowa nici DNA znajduje się w stanie podwójnej spirali, a połowa w stanie przypadkowego zwoju. Zdenaturowane pojedyncze nici DNA mają zdolność do renaturyzacji i tworzenia podwójnej nici DNA again.

Rowki

W zasad, które są sparowane ze sobą, ale są umieszczone pod kątem. Powoduje to nierównomierne rozmieszczenie szkieletów cukrowo-fosforanowych i daje początek dwóm rowkom: the i the o różnej szerokości i głębokości. Znajdują się one na powierzchni mniejszego rowka, a większy rowek jest po przeciwnej stronie. Podłoga lub powierzchnia rowka głównego jest wypełniona przez . Większy rozmiar rowka głównego pozwala na wiązanie białek specyficznych dla DNA.

Funkcje biologiczne

Źródła:

Replikacja

DNA przechodzi to, co jest znane jako semi konserwatywny tryb replikacji, w którym DNA córki zawiera jedną nić DNA rodzica. Replikacja przebiega poprzez odwijanie podwójnej helisy, po czym następuje synteza starterów, od których rozpoczyna się replikacja. Enzym polimeraza DNA syntetyzuje komplementarne nici do każdej nici rodzicielskiej z 5′-3′ kierunku.

Transkrypcja i tłumaczenie

Wyrażanie genów do białek i jest procesem obejmującym dwa etapy zwane transkrypcji i tłumaczenia. W etapie transkrypcji nić cząsteczki DNA służy jako szablon do syntezy cząsteczki RNA zwanej posłańcem RNA. Ten komunikator RNA jest następnie tłumaczony na białka na rybosomach.

Formy DNA

Dla porównania różnych form DNA, zobacz formy DNA.

Historia struktury DNA

Następujące streszczenie jest skopiowane z Atlas of Macromolecules za zgodą:

Geny zostały pokazane do rezydencji w DNA w 1944 roku (Avery i wsp.) i to stało się powszechnie akceptowane po 1952 eksperymentów Hershey i Chase. Podwójna struktura helikalna DNA została przewidziana przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka w 1953 roku (Nagroda Nobla, 1962). Ich przewidywania opierały się częściowo na badaniach dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego przeprowadzonych przez Rosalind Franklin, której Watson i Maurice Wilkins przypisali niewystarczające zasługi. Przewidywana forma B podwójnej helisy została potwierdzona strukturami krystalicznymi o rozdzielczości atomowej dopiero w 1973 roku, najpierw przy użyciu dinukleotydów RNA (Rosenberg i in.). Pierwsza struktura krystaliczna zawierająca więcej niż jeden pełny skręt podwójnej helisy została rozwiązana dopiero w 1980 roku (1bna, 1981, 12 par zasad). Ponad ćwierćwiekowe opóźnienie między przewidywaniami a empirycznym potwierdzeniem wiązało się z rozwojem krystalografii rentgenowskiej dla makrocząsteczek oraz z koniecznością wytworzenia krótkiej, określonej sekwencji DNA do krystalizacji. Ta krótka relacja oparta jest na recenzji Bermana, Gelbina i Westbrooka, gdzie można znaleźć odnośniki.

Modele DNA

Model DNA używany w scenach w niniejszym artykule jest modelem teoretycznym (Image:B-DNA.pdb), niedostępnym w Protein Data Bank. Plik PDB nie przestrzega pewnych konwencji formatu PDB:

• Bazy są oznaczone jako ADE, CYT, GUA i THY zamiast standardowych DA, DC, DG i DT.
• Łańcuchy nie są nazwane. Typowo byłyby nazwane A i B.

Jeden łańcuch zawiera reszty numerowane od 1 do 12 w sekwencji CGCG AATT CGCG. Drugi łańcuch zawiera reszty o numerach 13-24 o identycznej (antyrównoległej) sekwencji.

Modele teoretyczne zwykle reprezentują wyidealizowaną konformację DNA, podczas gdy rzeczywiste DNA może mieć różne nieregularności, w tym zagięcia i załamania (zobacz przykłady związane z represorem Lac). Istnieje wiele empirycznych modeli dla DNA, pierwsze z nich stały się dostępne w latach 70-tych i 80-tych (patrz wyżej). W maju 2012 r. Bank Danych o Białkach zawiera prawie 4 000 wpisów zawierających DNA. Ponad 1300 zawiera tylko DNA, podczas gdy ponad 2000 zawiera kompleksy białko-DNA. Ponad 100 wpisów zawiera białko, DNA i RNA, a ponad 100 zawiera cząsteczki hybrydowe DNA/RNA.

Dla bardziej interaktywnych wizualizacji DNA, zobacz DNA.MolviZ.Org, samouczek, który jest dostępny w dziewięciu językach.

.