DNA (deoxiribonukleinsyra) är den genetiska informationen som finns i kärnorna hos de flesta organismer. Det är ordnat i strukturer som kallas kromosomer. DNA-strukturen först identifierades som ett ” dubbel-helix struktur av Watson och Crick 1953. DNA består av 4 baser: purinerna, adenin (A) och guanin (G) och pyrimidiner ,tymin (T) och cytosin (C). Dessa bildar kompletterande baspar av A-T och G-C., DNA innehåller också en fosfatgrupp kopplad till ett deoxiribossocker. Fosfatgruppen är fäst vid sockret genom en fosfodiesterbindning. Människor har 99,5% likheter med andra människor i deras DNA.
DNA-struktur
DNA (deoxiribonukleinsyra) är en kedja av monomerer (upprepade enheter) som kallas ”nukleotider”. En nukleotid består av: ett 2 ’ deoxiribossocker (en fem-kolpentos liknande den för ribossocker som finns i RNA., Dess kemiska formel är c5h10o4), en fosfatgrupp (som bildar en fosfodiesterbindning: förbinder 2 deoxiribos sockerarter tillsammans) och en kvävebas (en från A (adenin), C ( cytosin), G ( guanin) eller T (tymin), som bildar en sidokedja förgrening från 1’ kol av 2` deoxiribos socker).
gruppen deoxiribos socker / fosfat betraktas som ”ryggraden” av DNA-strängar på grund av dess strukturella syfte och sekvensen av baser bär gentic information. För att producera en dubbelsträngad DNA-struktur uppträder interaktioner mellan kompletterande baser., De kompletterande basparen i DNA interagerar med varandra via vätebindningar: a-t-interaktioner består av 2 intermolekylära vätebindningar, medan G-C-interaktioner består av 3 intermolekylära vätebindningar. Mellan dessa baser är hydrofoba interaktioner som kallas van der Waal krafter. Dessa interaktioner bildar broar mellan två DNA-kedjor, vilket skapar en dubbelsträngad ”stege” formad struktur. Varje sträng fungerar som en mall för den andra i DNA-replikering., DNA kopieras till mRNA (messenger RNA) som bär informationen från den ursprungliga DNA-mallsträngen för att vara involverad i proteinsyntesen. Processen för DNA kopieras till mRNA kallas transkription. Den transkriberade mRNA översätts sedan till en polypeptid i en process som kallas översättning av tRNA.
i DNA dubbel helix strängarna i ryggraden är närmare varandra på ena sidan av spiralen än de är på den andra. Detta leder till bildandet av större och mindre spår., Det stora spåret är mycket bredare än det mindre spåret och det betyder att specifika DNA-proteininteraktioner kan ske på det stora spåret på grund av att ryggraden inte är i vägen. De specifika nukleotiderna som möter in i det stora spåret är N7-och C6-grupperna av puriner och C4-och C5-grupperna av pyrimidiner, som accepterar vätejoner från aminosyrorna i proteinet för att bilda vätebindningar.
på grund av DNA: s dubbla spiralstruktur finns kvävebaserna på insidan av strukturen och bildar ett hydrofobt interiör., Den negativa laddningen från fosfatgrupperna ger SOCKERFOSFATBACKEN av DNA en negativ laddning, som avstöter nukleofiler, inklusive vatten. Detta gör DNA mindre sårbart för nukleofil attack, vilket DNA anses vara en mycket stabil molekyl. DNA är mycket stabilare än RNA eftersom RNA bara är enkelsträngad-de kvävebaser lämnas utsatta för angrepp av nukleofiler på ena sidan.
1953, trots många andra teorier, upptäckte James Watson och Francis Crick den sanna strukturen hos en dubbelsträngad DNA-molekyl för att vara en ”dubbel Helix”., Detta löstes som ett resultat av ”stick-and-ball” – modeller som de skapade, tillsammans med att utnyttja arbetet med andra forskare Rosalind Franklin och Maurice Wilkins på röntgenkristallografi. Röntgendiffraktionsbilderna som erhållits från DNA-fibrer visade en unik röntgenform, som illustrerar en spiralformad stucture, även om de indikerade en upprepande struktur på 3,4 Å från varandra per varv av spiralen, roteras varje bas 36 grader från nästa. Helixens diameter är 23,7 Å., De fann att socker-fosfat ryggraden var på utsidan och baserna är placerade på insidan av spiralen.
ovanstående information beskrev B-formen av DNA. DNA finns också i A-och Z-former. När DNA blir dehydratiserat kan a-formen observeras. Det är också högerhänt, men det finns 11 baser per varv och helixen är bredare. Diametern är 25,5 Å. En annan skillnad är att lutningen av basparen ökar med 18o, till 19o från vinkelrätt mot helixaxeln.
Z-formen skiljer sig mycket mer eftersom det är en vänsterhänt dubbel helix., Denna form ses sällan utan hjälp av höga saltkoncentrationer. Bindningar är sicksack som bindningar är alternerande anti och syn (medan A – och B-former är anti endast). Z-formen är smalare, med en diameter på endast 18,4 Å, men det finns en 3,8 Å ökning per baspar. Man tror att övergångar mellan B och Z former av DNA kan vara inblandade i regleringen av genreglering.
b-DNA ses oftast i alla livsformer, men a-spiralformade och Z-spiralformade strukturer samexsist i celler; dvs, det är mycket vanligt att observera en molekyl av B-DNA och Z-DNA , i en övervägande B-DNA-bekräftelse.
DNA från den indiska muntjac som är en asiatisk hjort har den längsta längden (cirka 3 miljarder nukleotider) bland alla kända DNA-molekyler av andra organismer.
DNA är negativt laddat på grund av de negativley laddade fosfatjoner i socker-fosfat ryggraden. Därför kan den användas för gelelektrofores för att identifiera olika längder av DNA., Den negativa laddningen av ryggraden, tillsammans med OH-grupperna på deoxiribossockret, innebär att ryggraden är Hydrofillisk eftersom vatten kan bilda vätebindningar med den. DNA-molekylens centrum är hydrofobt på grund av brist på laddning i DNA-baser. Den hydrofilliska yttre och hydrofoba inre av DNA-molekylen innebär att den är löslig i vatten.
replikering
DNA: s dubbla strandade natur är viktig för DNA-replikationsmetoden ”semi-conservative replication”., I denna process avlindar enzymet DNA helicas den dubbla helixen genom att bryta vätebindningarna mellan de kompletterande baserna på varje sträng som avslöjar de 2 separata strängarna. På dessa strängar är de avslöjade baserna, som lockar kompletterande baser på fria nukleotider. De fria nukleotiderna förenas av ett enzym DNA-polymeras. Deoxiribonukleotidtrifosfat (dNTP) tillsätts till 3′ hydroxylgruppen på den växande strängen genom 5′ trifosfatgruppen på den inkommande dNTP i en förestringsreaktion., Sammanfogningen av nukleotider bildar en ny sträng av DNA som är identisk med den andra dubbelsträngen av DNA, eftersom den använder en av de ursprungliga strängarna som en mall för replikering. Varje dotter dubbel del av DNA består av en förälder strand och en nyligen sythesised sträng.
även om båda strängarna i föräldra DNA-molekylen kopieras för att bilda identiska produkter, kopieras de två strängarna på ett något annorlunda sätt från varandra. Detta beror på det faktum att DNA alltid syntetiseras i en 5′ till 3′ riktning., Den 3′ till 5′ strängen, känd som den ledande strängen, kopieras kontinuerligt av DNA-polymeras. Den andra strängen kallas den släpande strängen, eftersom den replikeras långsammare. För att replikera den släpande strängen placeras RNA-primrar på flera punkter längs den släpande strängen av ett enzym som kallas primas. Luckorna på den släpande strängen mellan RNA primers replikeras av DNA-polymeras, och de korta fragmenten av replikerat DNA är kända som Okazaki fragment. För att slutföra replikationen av den fördröjda strängen måste RNA-primers ersättas med DNA-sekvenser., Ett annat DNA-polymeras tar bort rna-primrarna och syntetiserar DNA-fragment för att ersätta dem. Okazaki-fragmenten och RNA-primerproteserna är fortfarande inte förenade, så DNA-ligas kommer i en ligerar alla fragment av DNA tillsammans.
teorin om halvkonservativ replikering har visat sig vara korrekt av messelson-Stahl-experimentet. I detta experiment odlades E. coli i ett medium innehållande 15 – n i ett antal generationer. Bakterierna överfördes sedan till ett medium innehållande 14-N. efter en replikationscykel extraherades DNA från bakterierna och centrifugerades., Centrifugeringen separerade DNA genom densitet, producerar ett band wita h densitet mellan 15 – N DNA och 14-N DNA. Detta visade att en sträng kom från föräldern (15-N) och en sträng var nyligen syntetiserad från fria nukleotider (14-N).