Глава 1 продовження ДНК і Менделя
Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) вперше був ідентифікований у 1868 р. Фрідріхом Мішером, швейцарським біологом, в ядра гнійних клітин, отриманих із відкинутих хірургічних пов’язок. Знайдена ним речовина містила кислу частину, нуклеїнова кислота, і основна (лужна) частина, якою ми зараз знаємо білки гістону, які зв’язуються з нуклеїновою кислотою.
Який компонент був генетичним матеріалом? Багато вчених були впевнені, що це білок. Зрештою, білок мав стільки субодиниць (20 амінокислот), що здавалося очевидним, що всередині білка існує можливість набагато більше різноманітності у вираженні генетичного коду, ніж у ДНК, яка має лише 4 субодиниці. Кожна субодиниця ідентична, за винятком база:
Вивчіть ці структури. Клацніть тут для вікторини!
Принцип трансформації - ДНК може бути генетичним матеріалом
Гіпертекстовий підручник MIT
У 1943 році Освальд Евері, Колін Маклеод та Маклін Маккарті з Інституту Рокфеллера виявили, що різні штами бактерії Strepotococcus pneumonae можуть мати різний вплив на мишей. Один вірулентний штам може вбити ін’єкційну мишу, а інший авирулентний штам не мав ефекту. Коли вірулентний штам було вбито теплом та введено мишам, ефекту не було. Але коли вбитий теплом вірулентний штам був введений разом з авирулентним штамом, миші загинули. Яким трансформуючим принципом був мертвий вірулентний штам, який надав авирулентному штаму, щоб зробити його смертельним?
Це явище перетворення, поглинання ДНК та вбудовування в геном, зараз зазвичай здійснюється в біотехнології. .
Чаргафф - Вміст нуклеотидів у ДНК
У 1950 році Ервін Чаргафф з Колумбійського університету виявив, що незалежно від того, яку тканину тварини він дивився, процентний вміст кожного з них чотири нуклеотиди була однаковою, хоча відсотки могли варіюватися від виду до виду. У всіх тварин:
Значення цих результатів не помічали протягом трьох років, але вони мали вирішальне значення для з’ясування структури ДНК.
Уотсон і Крик - Подвійна спіраль
Наприкінці 1953 року Джеймс Уотсон та Френсіс Крик представили модель структури ДНК (див. Їх статтю в "Природі"). З хімічних досліджень було вже відомо, що ДНК є полімером нуклеотидних (цукрових, основних та фосфатних) одиниць. Криталографічні дані рентгенівського випромінювання, отримані Розалінд Франклін, в поєднанні з попередніми результатами від Шарґаффа та хіміків, були суміщені Уотсоном та Криком, які "запозичили" дані з пропозиції гранту Франкліна. Після декількох помилкових пусків, включаючи неправильні таутомерні форми основ, вони розробили таку модель:
Том Страчан та Ендрю П. Читай, Молекулярна генетика людини, BIOS
У більшості клітинних умов ця дволанцюжкова молекула ДНК буде природним чином згортатися в В-форма спіралі, з одним поворотом на 10,4 пари основ. Однак можливі й інші структури (див. Нижче).
Кожна ланцюг ДНК складається нуклеотиди:
Гіпертекстовий підручник MIT.
Утворюються нуклеотиди пари основ:
Гіпертекстовий підручник MIT.
Аденин пари з Тимін тому що вони роблять два водневі зв’язки.Гуанін пари з Цитозин тому що вони роблять три водневі зв’язки.
Складені пари основ складають a основна канавка і a незначна канавка. Різні регуляторні білки будуть зв’язуватися з великою або другою борозниною. Побачити Модель, що заповнює простір.
Кожна основа кріпиться до фосфат на своєму 3 'ОХ, і його ОЙ. У положенні вуглецю 2 'немає ОН; звідси «дезокси» частина ДНК. Відсутність 2 'ОН значно стабілізує ДНК порівняно з РНК, оскільки він запобігає внутрішньомолекулярному гідролізу фосфатних зв'язків.
Гіпертекстовий підручник MIT.
Пари основ "складаються" разом, як сходинки на драбині, через сприятливу взаємодію між пі-орбіталями, що виходять за межі гетероароматичної кільцевої структури кожної основи.
| Молекули та вікторини |
| ДНК-вікторина - найпростіша |
| Удосконалені нуклеотиди |
| Більш досконала вікторина ДНК |
| Модель, що заповнює простір |
| B-ДНК та A-РНК |
Гвинтові форми ДНК
Структура спіралі ДНК B-форми вперше була визначена за допомогою рентгенологічного аналізу кристалізованих молекул.
Однак інші форми спіралі можуть бути стабільними за певних умов солі, рН та температури. Насправді, потрійні гвинтові форми ( триплексна ДНК, Н-форма ) були знайдені.
Очевидно, що певні регуляторні ділянки всередині клітин мають послідовність ДНК, яка приймає нестандартну форму, іноді за допомогою білка.
Більше того, технології ДНК використовують для конструювання незвичайні властивості ДНК генетичні ліки . Генетичні ліки - це шматочки штучної ДНК, які можуть гібридизувати до області геному і вимкнути транскрипцію генів, таких як ген раку.
Стійкість ДНК
ДНК - це стабільна молекула; короткі шматочки ДНК можуть залишатися цілими у скам’янілостях та муміях протягом тисячоліть.
Однак у водному розчині певні хімічні умови можуть дестабілізувати ДНК.
Наприклад:
Кислота (низький рН) викликає відрив пуринів від хребта.
Луг (високий рН) запобігає водневому зв’язку, тому ці нитки розходяться.
Це одна з причин того, що все живе має регулювати власний рН, як це вивчали студенти Кеніона в лабораторії досліджень рН бактерій, що фінансується NSF.
Суперспіралізація
Майже у всіх живих клітинах міститься ДНК негативні суперверти . Це означає, що він "підмотаний", як шматок пряжі, скручений у протилежну сторону, до якої намотуються множинні нитки. Це називається негативна суперспіралізація. Негативна суперспіралізація може сприяти реплікації та транскрипції ДНК, знижуючи енергію, необхідну для розплавлення спіралі. Дивіться молекулу топоізомерази.
У бактерій негативні надбудови підтримуються замкнутою круговою структурою хромосоми: розвернути суперверти неможливо.
У еукаріотів негативні суперверти підтримуються за допомогою звивки спіралі ДНК навколо гістону білки.
1. Експерименти з моделювання на ранніх термінах показують, що основа аденин спонтанно утворилася б з ціаністого водню на анаеробній ранній Землі. Покажіть, як п’ять молекул HCN можуть з’єднуватися, утворюючи рівно одну молекулу аденіну.
2. Який заряд знаходиться на більшості білків, які займають 60% хромосоми? Чому?
3. Якщо хімічний аналіз геному виявляє 23% гуаніну, який відсоток мають інші три основи - A, T і C?
4. Якщо певна ділянка ДНК повинна легко роз'єднатися для регуляторних функцій, то які саме основи можуть бути схильні до цього місця?