4.7: Структура та реплікація ДНК

Last updated

Oct 27, 2022
Save as PDF
- 4.6: ДНК
- 4.8: РНК

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Ф-Д_0867Ф50Ф925 АСЕ9Б82Д0435730062864БК8858C44CE1Б174592D1A40+зображення_крихіткий+зображення_крихіткий.jpg

Як ці чотири структури утворюють ДНК?

У надзвичайно елегантній моделі, ось як. Як ви скоро побачите, модель передбачає, як послідовність ДНК може кодувати білки, і як молекулу можна повторити.

Структура ДНК і реплікація

Правила Чаргафа

Інші важливі відкриття про ДНК були зроблені в середині 1900-х років Ервіном Чаргаффом. Він вивчав ДНК багатьох різних видів. Особливо його зацікавили чотири різні азотні основи ДНК: аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тимін (Т) (див. Рис. Нижче). Chargaff встановив, що концентрації чотирьох основ відрізнялися від одного виду до іншого. Однак всередині кожного виду концентрація аденіну завжди була приблизно такою ж, як і концентрація тиміну. Те ж саме було і з концентраціями гуаніну і цитозину. Ці спостереження стали відомими як правила Chargaff. Значення правил не буде виявлено до тих пір, поки не буде виявлена структура ДНК.

Ф-Д_5А 64323429БФ Ф 9ФФАЕ 5Е505С8 ДК406332Д8Д06665E3B1D0C7E008+зображення_крихіткий+зображення_крихіткий.jpg

Подвійна спіраль

Після того, як ДНК була виявлена як генетичний матеріал, вчені хотіли дізнатися про нього більше. Джеймсу Уотсону та Френсісу Кріку зазвичай віддають належне виявленню того, що ДНК має форму подвійної спіралі, як гвинтові сходи (див. Малюнок нижче). Відкриття було засноване на попередній роботі Розалінд Франклін та інших вчених, які використовували рентгенівські промені, щоб дізнатися більше про структуру ДНК. Франклін та ці інші вчені не завжди отримували належне за свої внески.

Форма подвійної спіралі ДНК разом з правилами Чаргаффа призвела до кращого розуміння ДНК. ДНК, як нуклеїнова кислота, виготовляється з нуклеотидних мономерів, а подвійна спіраль ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів. Кожен нуклеотид складається з цукру (дезоксирибози), фосфатної групи та азотовмісної основи (A, C, G або T).

Вчені прийшли до висновку, що зв'язки (водневі зв'язки) між комплементарними основами утримують два полінуклеотидних ланцюга ДНК. Аденін завжди зв'язується зі своєю комплементарною основою, тиміном. Цитозин завжди зв'язується зі своїм комплементарним підставою, гуаніном. Якщо ви подивитеся на азотні основи на малюнку вище, ви побачите, чому. Аденін і гуанін мають двокільцеву структуру. Цитозин і тимін мають всього одне кільце. Якби аденін зв'язувався з гуаніном і цитозином з тиміном, відстань між двома ланцюгами ДНК була б змінною. Однак, коли однокільцева молекула зв'язується з двокільцевої молекулою, відстань між двома ланцюгами підтримується постійним. Це підтримує рівномірну форму подвійної спіралі ДНК. Ці пари підстави (А-Т або Г-С) встромляються в середину подвійної спіралі, утворюючи, по суті, ступені гвинтових сходів.

Реплікація ДНК

Знання структури ДНК допомогло вченим зрозуміти, як відбувається реплікація ДНК. Реплікація ДНК - це процес, при якому копіюється ДНК. Він виникає під час фази синтезу (S) еукаріотичного клітинного циклу. Реплікація ДНК починається, коли фермент, ДНК helicase, розриває зв'язки між комплементарними основами в ДНК (див. Малюнок нижче). Це оголює основи всередині молекули, щоб їх можна було «прочитати» іншим ферментом, ДНК-полімеразою, і використовувати для побудови двох нових ниток ДНК з комплементарними основами, також ДНК-полімеразою. Дві дочірні молекули, які призводять до кожної, містять одну нитку з батьківської молекули та одну нову нитку, яка доповнює її. В результаті дві дочірні молекули обидві ідентичні материнській молекулі. Реплікація ДНК є напівконсервативним процесом, оскільки половина материнської молекули ДНК зберігається в кожній з двох дочірніх молекул ДНК.

Процес реплікації ДНК насправді набагато складніший, ніж це просте резюме.

Резюме

Правила Чаргаффа стверджують, що величина А аналогічна величині Т, а кількість G аналогічна величині С.
Уотсон і Крик виявили, що ДНК має форму подвійної спіралі, що складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, скріплених зв'язками між комплементарними основами.
Реплікація ДНК напівконсервативна: половина материнської молекули ДНК зберігається в кожній з двох дочірніх молекул ДНК.

Рецензія

Які правила Chargaff?
Визначте будову молекули ДНК.
Що таке нуклеотиди? З чого складається нуклеотид?
Чому реплікація ДНК вважається напівконсервативною?
Створіть діаграму, яка показує, як відбувається реплікація ДНК.
Що таке додаткове сполучення бази? Поясніть, чому додаткове сполучення основи необхідне для підтримки подвійної спіралі форми молекули ДНК.

Зображення	Довідка	Атрибуції
	[Рисунок 1]	Кредит: ДНК: Авторське право на зображення, 2014; Сходи: Ендрю Гулд; Мадлен Ціна м'яч; Авторське право на зображення, 2014; Хана Завадська; Мар'яна Руїс Вільярреал (LadyOfHats) Джерело: ДНК: http://www.shutterstock.com; Сходи: http://www.flickr.com/photos/27950702@N04/3644533740; Commons.wikimedia.org/wiki/файл:DNA_replication_split.svg; http://www.shutterstock.com; CK-12 Ліцензія Фонду: ДНК: Ліцензія від Shutterstock; Сходи: CC BY 2.0; Громадське надбання; CC BY-NC 3.0
	[Рисунок 2]	Кредит: Гана Завадська; Мар'яна Руїс Вільярреал (LadyOfHats); Лаура Герін; ДНК: Авторські права на зображення, 2014; Сходи: Ендрю Гулд Джерело: Фонд CK-12; ДНК: http://www.shutterstock.com; Сходи: http://www.flickr.com/photos/27950702@N04/3644533740 Ліцензія: CC BY-NC 3.0; ДНК: Ліцензія від Shutterstock; Сходи: CC BY 2.0
	[Рисунок 3]	Кредит: ДНК: Авторське право на зображення, 2014; Сходи: Ендрю Гулд; Авторське право на зображення, 2014; "0322 Нуклеотиди ДНК» від OpenStax College - Анатомія та фізіологія, веб-сайт зв'язків. http://cnx.org/content/col11496/1.6/, 19 червня 2013 р.. Ліцензований під CC BY 3.0 через Вікісховище - Commons.wikimedia.org/wiki/f... es.jpg; Маріана Руїс Вільярреал (LadyofHats) Джерело: ДНК: http://www.shutterstock.com; Сходи: http://www.flickr.com/photos/27950702@N04/3644533740; http://www.shutterstock.com; CK-12 Ліцензія Фонду: ДНК: Ліцензія від Shutterstock; Сходи: CC BY 2.0
	[Рисунок 4]	Кредит: Мадлен Прайс-м'яч; ДНК: Авторське право на зображення, 2014; Сходи: Ендрю Гулд; Авторське право на зображення, 2014; Яссин Марбет Джерело: Commons.wikimedia.org/wiki/file:DNA_replication_split.svg; ДНК: http://www.shutterstock.com; Сходи: http://www.flickr.com/photos/27950702@N04/3644533740; http://www.shutterstock.com; Commons.wikimedia.org/wiki/файл:chromosomes_mutations-ua.svg Ліцензія: суспільне надбання; Ліцензія ДНК від Shutterstock; Сходи CC BY 2.0