općenitost
DNA, ili deoksiribonukleinska kiselina, je genetska baština mnogih živih organizama, uključujući ljude.
Generički nukleotid koji tvori DNA uključuje 3 elementa: fosfatnu skupinu, deoksiribozni šećer i dušikovu bazu.
Organizirana u kromosomima, DNA služi za stvaranje proteina, koji igraju temeljnu ulogu u reguliranju svih staničnih mehanizama organizma.
Što je DNA?
DNA je biološka makromolekula koja sadrži sve informacije potrebne za pravilan razvoj i ispravno funkcioniranje stanica živog organizma.
NUKLEKNA KISELINA
Zahvaljujući slici generičkog nukleotida, čitatelj može vidjeti da pentoza predstavlja element na koji je vezana fosfatna skupina (preko fosfodiesterske veze) i dušična baza (preko N-glikozidne veze).
Kratica DNA znači deoksiribonukleinska kiselina ili deoksiribonukleinska kiselina .
Deoksiribonukleinska kiselina pripada kategoriji nukleinskih kiselina, odnosno bioloških makromolekula koje se sastoje od dugih lanaca nukleotida .
Nukleotid je molekularna jedinica nukleinske kiseline koja nastaje kao rezultat spoja 3 elementa:
- Fosfatna skupina ;
- Pentoza, koja je šećer s 5 ugljikovih atoma;
- Dušična baza .
Još jedna vrlo važna nukleinska kiselina: RNA
Još jedna temeljna nukleinska kiselina za pravilno funkcioniranje stanica mnogih organizama je RNA . Kratica RNA označava ribonukleinsku kiselinu .
Ribonukleinska kiselina razlikuje se od deoksiribonukleinske kiseline u smislu nukleotida.
ZAŠTO JE GENETIČKA BAŠTINA?
Knjige o genetici i molekularnoj biologiji definiraju DNK s terminologijom genetske baštine .
Opravdati uporabu ovog teksta jest činjenica da je DNK sjedište gena . Geni su nukleotidne sekvence, od kojih su izvedeni proteini. Proteini su još jedna vrsta bioloških makromolekula neophodnih za život.
U genima svakog od nas postoji "pisani" dio onoga što jesmo i što ćemo postati.
OTKRIVANJE DNK
Otkriće DNK rezultat je brojnih znanstvenih eksperimenata.
Prvo i najvažnije istraživanje u tom smislu započelo je krajem 1920-ih i pripadalo je engleskom liječniku Fredericku Griffithu ( Griffithov eksperiment transformacije ). Griffith je definirao ono što danas nazivamo DNK pojmom " transformirajući princip " i mislio je da je to protein.
Nastavak Griffithovih eksperimenata bio je američki biolog Oswald Avery, sa svojim suradnicima, između 1930. i 1940. godine. Avery je pokazao da Griffithov "princip preobrazbe" nije protein, već drugi tip makromolekule: nukleinska kiselina,
Precizna struktura DNA ostala je nepoznata sve do 1953. godine, kada su James Watson i Francis Crick predložili takozvani " model dvostrukog heliksa ", kako bi objasnili raspored nukleotida unutar deoksiribonukleinske kiseline.
Watson i Crick imali su nevjerojatnu intuiciju, otkrivajući cijeloj znanstvenoj zajednici ono što su biolozi i genetičari godinama tražili.
Otkriće egzaktne DNA strukture omogućilo je proučavanje i razumijevanje bioloških procesa u kojima je uključena deoksiribonukleinska kiselina: od načina na koji se replicira i oblikuje RNA (druga nukleinska kiselina) do načina na koji generira proteine.
U opisu modela Watsona i Cricka bili su temeljna istraživanja koja su proveli Rosaling Franklin, Maurice Wilkins i Erwin Chargaff .
struktura
Takozvani "model dvostrukog heliksa" Watsona i Cricka pokazali su da je DNA vrlo duga molekula, koju čine dva lanca nukleotida (polinukleotidni filamenti). Spojeni jedni s drugima, ali orijentirani u suprotnim smjerovima, ova dva polinukleotidna vlakna se međusobno omataju poput spirale.
Budući da je struktura DNK prilično složena tema, pokušat ćemo navesti najvažnije točke, ne prelazeći detalje.
ŠTO JE DNK PENTOSO?
Šećer s 5 ugljikovih atoma, koji razlikuje strukturu DNA nukleotida, je deoksiriboza .
Od 5 ugljikovih atoma dezoksiriboze, 3 zaslužuju posebno spominjanje:
- Takozvani " ugljik 1 ", jer to je ono što se pridružuje dušikovoj bazi ;
- Takozvani " ugljik 2 ", jer je ono što daje naziv deoksiriboze šećeru (NB: deoksiriboza znači "bez kisika" i odnosi se na odsutnost atoma kisika koji su povezani s ugljikom);
- Takozvani " ugljik 5 ", jer se to veže za fosfatnu skupinu .
Usporedba s RNA
Pentoza je riboza u RNA molekulama. Riboza se razlikuje od deoksiriboze samo zbog prisutnosti, na "ugljiku 2", atoma kisika.
Čitatelj može uvidjeti ovu razliku ako pogleda donju sliku.
VRSTE NUKLEOTIDA I DUŠIČNIH BAZA
DNA ima 4 različite vrste nukleotida .
Razlikovati ove elemente je samo dušična baza, povezana s kosturom pentozno-fosfatne skupine (za razliku od baze nikad ne varira).
Iz očiglednih razloga, dušične baze DNA su 4: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i timin (T).
Adenin i gvanin spadaju u skupinu purinskih, dvostruko prstenastih heterocikličkih spojeva.
Citozin i timin, s druge strane, spadaju u kategoriju pirimidina, heterocikličkih spojeva s jednim prstenom.
Model dvojne spirale Watsona i Cricka omogućio je u to vrijeme pojasniti dva potpuno nepoznata aspekta:
- Svaka dušična baza prisutna na lancu DNA spaja se s dušičnom bazom prisutnom na drugom lancu DNA, učinkovito formirajući par, uparivanje baza.
- Sparivanje između dušikovih baza dvaju lanaca je vrlo specifično. U stvari, adenin se pridružuje samo timinu, dok se citozin veže samo za gvanin.
Nakon ovog drugog senzacionalnog otkrića, molekularni biolozi i genetičari nazvali su adeninske i timinske baze te citozinske i gvaninske baze " komplementarne jedna drugoj ".
Identifikacija komplementarnog sparivanja između dušičnih baza bila je ključna za objašnjavanje fizičkih dimenzija DNK i posebne stabilnosti koju uživaju dva lanca.
Generička molekula ljudske DNA sadrži oko 3, 3 milijarde osnovnih dušičnih parova (koji su oko 3, 3 milijarde nukleotida po filamentu).
Usporedba s RNA
U molekulama RNA, dušične baze su adenin, gvanin, citozin i uracil . Potonji je pirimidin i zamjenjuje timin.
PREMA NUKLEOTIDIMA
Da bi se držali zajedno nukleotidi svakog pojedinačnog lanca DNA su veze fosfodiesterskog tipa, između fosfatne skupine nukleotida i takozvanog "ugljika 5" neposredno slijedećeg nukleotida.
FILAMENTI IMAJU OPOZISANU ORIJENTACIJU
DNK lanci imaju dva kraja, koji se nazivaju 5 '(prvo se čita "pet prvi") i 3' (čitaju se "prva tri"). Po dogovoru, biolozi i genetičari su utvrdili da 5 ' kraj predstavlja glavu DNA lanca, dok 3' kraj predstavlja rep .
Predlažući svoj "model dvostrukog heliksa", Watson i Crick su tvrdili da dvije niti koje čine DNK imaju suprotnu orijentaciju. To znači da glava i rep vlakna međusobno djeluju s repom i glavom drugog filamenta.
Kratko istraživanje 5 'kraja i 3' kraja
Fosfatna skupina vezana za "ugljik 5" nukleotida je njegov 5 'kraj, dok hidroksilna skupina vezana za "ugljik 3" (-OH na slici) predstavlja njezin kraj 3'.
Sjedinjavanje nekoliko nukleotida održava ovu dispoziciju i upravo iz tog razloga, u knjigama genetike i molekularne biologije, sekvence DNA opisane su kako slijedi: P-5 '→ 3'-OH
* Napomena: veliko slovo P označava fosforni atom fosfatne skupine.
SJEDIŠTE U ĆELIJI I KROMOSOMIMA
Eukariotski organizmi (među njima i ljudsko biće) posjeduju, u jezgri svake svoje stanice, jednaku (i osobnu) molekulu DNA .
U jezgri (uvijek u eukariotskom organizmu) DNA je organizirana u različite kromosome . Svaki kromosom sadrži precizno rastezanje DNK povezane s određenim proteinima (histoni, koeksini i kondenzira). Veza između DNA i kromosomskih proteina naziva se kromatin .
Kromosomi u ljudi
Organizam je diploidan kada je DNA unutar stanične jezgre organizirana u parove kromosoma (nazvanih homologni kromosomi ).
Čovjek je diploidni organizam jer u somatskim stanicama ima 23 para homolognih kromosoma (ukupno 46 kromosoma).
Kao i kod mnogih drugih organizama, svaki od ovih parova ima kromosom majčinskog podrijetla i kromosom paternalnog podrijetla.
Na upravo opisanoj slici, prikazati slučaj u sebi jesu spolne stanice (ili gamete): one posjeduju polovicu kromosoma normalne somatske stanice (dakle 23, u ljudskom biću) i zbog toga se nazivaju haploidnim,
Ljudska spolna stanica tijekom oplodnje doseže normalan skup od 46 kromosoma.
funkcija
DNA služi za stvaranje proteina, makromolekula neophodnih u regulaciji staničnih mehanizama organizma.
Ljudski kromosomi
Proces koji dovodi do stvaranja proteina vrlo je složen i uključuje temeljni međukorak: transkripciju DNA u RNA .
Molekula RNA može se usporediti s rječnikom, jer omogućuje prijevod DNA nukleotida u aminokiseline proteina .
Suočavanje sa sintezom proteina - proces koji se, što ne iznenađuje, naziva prijevodom - su neke male stanične organele, poznate kao ribosomi .
DNA → RNA → protein je ono što stručnjaci nazivaju središnjom dogmom molekularne biologije.
