Zmiany DNA w wyniku przejścia. Co to jest DNA - kwas deoksyrybonukleinowy Struktura nukleotydów w cząsteczce DNA

MOSKWA, 25 kwietnia – RIA Nowosti, Tatyana Pichugina. Dokładnie 65 lat temu brytyjscy naukowcy James Watson i Francis Crick opublikowali artykuł na temat rozszyfrowania struktury DNA, kładąc podwaliny pod nową naukę - biologię molekularną. To odkrycie wiele zmieniło w życiu ludzkości. RIA Novosti opowiada o właściwościach cząsteczki DNA i o tym, dlaczego jest ona tak ważna.

W drugiej połowie XIX wieku biologia była nauką bardzo młodą. Naukowcy dopiero zaczynali badać komórkę, a poglądy na temat dziedziczności, choć sformułowane już przez Gregora Mendla, nie cieszyły się powszechną akceptacją.

Wiosną 1868 roku na Uniwersytet w Tybindze (Niemcy) przybył młody szwajcarski lekarz Friedrich Miescher, aby podjąć pracę naukową. Zamierzał dowiedzieć się, z jakich substancji zbudowana jest komórka. Do eksperymentów wybrałem leukocyty, które łatwo pozyskać z ropy.

Oddzielając jądro od protoplazmy, białek i tłuszczów, Miescher odkrył związek o wysokiej zawartości fosforu. Nazwał tę cząsteczkę nukleiną („jądro” po łacinie – jądro).

Związek ten wykazywał właściwości kwasowe, dlatego powstało określenie „kwas nukleinowy”. Jej przedrostek „deoksyrybo” oznacza, że cząsteczka zawiera grupy H i cukry. Potem okazało się, że faktycznie była to sól, ale nazwy nie zmienili.

Już na początku XX wieku naukowcy wiedzieli, że nukleina jest polimerem (czyli bardzo długą, elastyczną cząsteczką składającą się z powtarzających się jednostek), jednostki zbudowane są z czterech zasad azotowych (adenina, tymina, guanina i cytozyna), a nukleina zawarty jest w chromosomach – zwartych strukturach występujących w dzielących się komórkach. Ich zdolność do przekazywania cech dziedzicznych wykazał amerykański genetyk Thomas Morgan w eksperymentach na muszkach owocowych.

Model wyjaśniający geny

Ale to, co kwas dezoksyrybonukleinowy, w skrócie DNA, robi w jądrze komórkowym, nie było rozumiane przez długi czas. Uważano, że odgrywa pewną rolę strukturalną w chromosomach. Jednostkom dziedziczności – genom – przypisywano naturę białkową. Przełomu dokonał amerykański badacz Oswald Avery, który eksperymentalnie udowodnił, że materiał genetyczny przenoszony jest z bakterii na bakterie poprzez DNA.

Stało się jasne, że należy zbadać DNA. Ale jak? W tamtym czasie naukowcy mieli do dyspozycji jedynie promienie rentgenowskie. Aby oświetlić nim cząsteczki biologiczne, trzeba je skrystalizować, a to jest trudne. Strukturę cząsteczek białka odszyfrowano na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich w Cavendish Laboratory (Cambridge, Wielka Brytania). Pracujący tam młodzi badacze, James Watson i Francis Crick, nie dysponowali własnymi danymi eksperymentalnymi dotyczącymi DNA, dlatego wykorzystali zdjęcia rentgenowskie kolegów z King's College Maurice'a Wilkinsa i Rosalind Franklin.

Watson i Crick zaproponowali model struktury DNA, który dokładnie odpowiadał wzorom promieniowania rentgenowskiego: dwie równoległe nici skręcone w prawoskrętną helisę. Każdy łańcuch składa się z losowego zestawu zasad azotowych nawleczonych na szkielet ich cukrów i fosforanów i jest utrzymywany razem przez wiązania wodorowe pomiędzy zasadami. Ponadto adenina łączy się tylko z tyminą, a guanina z cytozyną. Zasada ta nazywana jest zasadą komplementarności.

Model Watsona i Cricka wyjaśnił cztery główne funkcje DNA: replikację materiału genetycznego, jego specyficzność, przechowywanie informacji w cząsteczce i jego zdolność do mutacji.

Naukowcy opublikowali swoje odkrycie w czasopiśmie Nature 25 kwietnia 1953 roku. Dziesięć lat później wraz z Maurice'em Wilkinsem otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie biologii (Rosalind Franklin zmarła w 1958 roku na raka w wieku 37 lat).

„Teraz, ponad pół wieku później, możemy stwierdzić, że odkrycie struktury DNA odegrało w rozwoju biologii tę samą rolę, co odkrycie jądra atomowego w fizyce. Wyjaśnienie budowy atomu doprowadziło do narodziny nowej fizyki kwantowej i odkrycie struktury DNA doprowadziły do narodzin nowej, biologii molekularnej” – pisze Maxim Frank-Kamenetsky, wybitny genetyk, badacz DNA, autor książki „The Najważniejsza cząsteczka.”

Kod genetyczny

Teraz pozostało tylko dowiedzieć się, jak działa ta cząsteczka. Wiadomo było, że DNA zawiera instrukcje dotyczące syntezy białek komórkowych, które wykonują całą pracę w komórce. Białka to polimery składające się z powtarzających się zestawów (sekwencji) aminokwasów. Co więcej, jest tylko dwadzieścia aminokwasów. Gatunki zwierząt różnią się między sobą zestawem białek w komórkach, czyli różnymi sekwencjami aminokwasów. Genetycy twierdzili, że sekwencje te są zdeterminowane przez geny, które wówczas uważano za elementy składowe życia. Ale nikt nie wiedział dokładnie, jakie to geny.

Przejrzystość przyniósł autor teorii Wielkiego Wybuchu, fizyk Georgiy Gamow, pracownik George Washington University (USA). Opierając się na modelu dwuniciowej helisy DNA Watsona i Cricka zasugerował, że gen to odcinek DNA, czyli pewna sekwencja połączeń – nukleotydów. Ponieważ każdy nukleotyd jest jedną z czterech zasad azotowych, musimy po prostu dowiedzieć się, jak cztery elementy kodują dwadzieścia. Taka była idea kodu genetycznego.

Na początku lat sześćdziesiątych XX wieku ustalono, że białka syntetyzowane są z aminokwasów znajdujących się w rybosomach, co stanowi swego rodzaju „fabrykę” wewnątrz komórki. Aby rozpocząć syntezę białka, enzym zbliża się do DNA, rozpoznaje określony region na początku genu, syntetyzuje kopię genu w postaci małego RNA (nazywa się to matrycą), następnie białko jest hodowane w rybosomie z aminokwasy.

Odkryli również, że kod genetyczny jest trzyliterowy. Oznacza to, że jeden aminokwas odpowiada trzem nukleotydom. Jednostka kodu nazywana jest kodonem. W rybosomie informacja z mRNA jest odczytywana sekwencyjnie, kodon po kodonie. A każdy z nich odpowiada kilku aminokwasom. Jak wygląda szyfr?

Na to pytanie odpowiedzieli Marshall Nirenberg i Heinrich Mattei z USA. W 1961 roku po raz pierwszy ogłosili swoje wyniki na kongresie biochemicznym w Moskwie. Do roku 1967 kod genetyczny został całkowicie rozszyfrowany. Okazało się, że jest ono uniwersalne dla wszystkich komórek wszystkich organizmów, co ma daleko idące konsekwencje dla nauki.

Odkrycie struktury DNA i kodu genetycznego całkowicie przekierowało badania biologiczne. Fakt, że każdy człowiek ma unikalną sekwencję DNA, zrewolucjonizował kryminalistykę. Odszyfrowanie ludzkiego genomu dało antropologom zupełnie nową metodę badania ewolucji naszego gatunku. Niedawno wynaleziony edytor DNA CRISPR-Cas znacznie zaawansował inżynierię genetyczną. Najwyraźniej cząsteczka ta zawiera rozwiązanie najpilniejszych problemów ludzkości: nowotworów, chorób genetycznych, starzenia się.

Watsonie I Krzyk pokazał, że DNA składa się z dwóch łańcuchów polinukleotydowych. Każdy łańcuch jest skręcony w spiralę w prawo, a oba są skręcone razem, to znaczy skręcone w prawo wokół tej samej osi, tworząc podwójną helisę.

Łańcuchy są antyrównoległe, to znaczy skierowane w przeciwnych kierunkach. Każda nić DNA składa się ze szkieletu cukrowo-fosforanowego, wzdłuż którego zasady są umieszczone prostopadle do długiej osi podwójnej helisy; Przeciwległe zasady dwóch przeciwnych nici podwójnej helisy są połączone wiązaniami wodorowymi.

Szkielety fosforanów cukru dwie nici podwójnej helisy są wyraźnie widoczne na przestrzennym modelu DNA. Odległość pomiędzy szkieletami cukrowo-fosforanowymi obu łańcuchów jest stała i równa odległości zajmowanej przez parę zasad, tj. jedną purynę i jedną pirymidynę. Dwie puryny zajmowałyby zbyt dużo miejsca, a dwie pirymidyny zajmowałyby zbyt mało miejsca, aby wypełnić luki pomiędzy dwoma łańcuchami.

Wzdłuż osi cząsteczki sąsiednie pary zasad znajdują się w odległości 0,34 nm od siebie, co wyjaśnia okresowość wykrywaną na obrazach dyfrakcji promieni rentgenowskich. Pełny obrót spirali odpowiada 3,4 nm, tj. 10 par zasad. Nie ma ograniczeń co do kolejności nukleotydów w jednym łańcuchu, jednak ze względu na zasadę parowania zasad, ta sekwencja w jednym łańcuchu determinuje sekwencję nukleotydów w drugim łańcuchu. Dlatego mówimy, że dwie nici podwójnej helisy są względem siebie komplementarne.

Watsonie I Krzyk opublikował wiadomość dot Twój model DNA w czasopiśmie „” w 1953 r., a w 1962 r. wraz z Maurice’em Wilkinsem otrzymali za tę pracę Nagrodę Nobla. W tym samym roku Kendrew i Perutz otrzymali Nagrodę Nobla za pracę nad określeniem trójwymiarowej struktury białek, również dokonaną metodą analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich. Rosalind Franklin, która zmarła na raka przed przyznaniem nagród, nie została uwzględniona jako laureatka, ponieważ Nagroda Nobla nie jest przyznawana pośmiertnie.

Aby uznać zaproponowaną strukturę za materiał genetyczny, należało wykazać, że jest ona zdolna do: 1) przenoszenia zakodowanej informacji oraz 2) dokładnego odtwarzania (replikowania). Watson i Crick byli świadomi, że ich model spełnia te wymagania. Na końcu swojej pierwszej pracy ostrożnie odnotowali: „Nie umknęło naszej uwadze, że postulowane przez nas specyficzne parowanie zasad od razu pozwala nam postulować możliwy mechanizm kopiowania materiału genetycznego”.

W drugim artykule, opublikowanym w 1953 r., omówili genetyczne implikacje swojego modelu. To odkrycie pokazało, jak to zrobić wyraźna struktura można powiązać z funkcją już na poziomie molekularnym, dając potężny impuls do rozwoju biologii molekularnej.

Zgodnie ze swoją budową chemiczną DNA ( Kwas deoksyrybonukleinowy) Jest biopolimer, którego monomerami są nukleotydy. Oznacza to, że DNA jest polinukleotyd. Co więcej, cząsteczka DNA zwykle składa się z dwóch łańcuchów skręconych względem siebie wzdłuż linii helikalnej (często nazywanej „skręconymi helikalnie”) i połączonych ze sobą wiązaniami wodorowymi.

Łańcuchy można skręcać zarówno w lewą, jak i prawą (najczęściej) stronę.

Niektóre wirusy mają jednoniciowy DNA.

Każdy nukleotyd DNA składa się z 1) zasady azotowej, 2) deoksyrybozy, 3) reszty kwasu fosforowego.

Podwójna prawoskrętna helisa DNA

Skład DNA obejmuje: adenina, guanina, tymina I cytozyna. Adenina i guanina są puryny oraz tymina i cytozyna - do pirymidyny. Czasami DNA zawiera uracyl, który jest zwykle charakterystyczny dla RNA, gdzie zastępuje tyminę.

Zasady azotowe jednego łańcucha cząsteczki DNA łączą się z zasadami azotowymi drugiego łańcucha ściśle według zasady komplementarności: adenina tylko z tyminą (tworzą między sobą dwa wiązania wodorowe), a guanina tylko z cytozyną (trzy wiązania).

Zasada azotowa w samym nukleotydzie jest połączona z pierwszym atomem węgla formy cyklicznej dezoksyryboza, który jest pentozą (węglowodanem o pięciu atomach węgla). Wiązanie jest kowalencyjne, glikozydowe (C-N). W przeciwieństwie do rybozy, deoksyrybozie brakuje jednej z grup hydroksylowych. Pierścień deoksyrybozy składa się z czterech atomów węgla i jednego atomu tlenu. Piąty atom węgla znajduje się na zewnątrz pierścienia i jest połączony poprzez atom tlenu z resztą kwasu fosforowego. Ponadto poprzez atom tlenu przy trzecim atomie węgla przyłączana jest reszta kwasu fosforowego sąsiedniego nukleotydu.

Zatem w jednej nici DNA sąsiadujące nukleotydy są połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi pomiędzy dezoksyrybozą i kwasem fosforowym (wiązanie fosfodiestrowe). Tworzy się szkielet fosforanowo-deoksyrybozowy. Prostopadle do niego, w stronę drugiego łańcucha DNA, skierowane są zasady azotowe, które z zasadami drugiego łańcucha łączą się wiązaniami wodorowymi.

Struktura DNA jest taka, że szkielety łańcuchów połączonych wiązaniami wodorowymi są skierowane w różnych kierunkach (mówią „wielokierunkowe”, „antyrównoległe”). Po stronie, gdzie jeden kończy się kwasem fosforowym połączonym z piątym atomem węgla dezoksyrybozy, drugi kończy się „wolnym” trzecim atomem węgla. Oznacza to, że szkielet jednego łańcucha jest odwrócony do góry nogami w stosunku do drugiego. Zatem w strukturze łańcuchów DNA rozróżnia się końce 5” i końce 3”.

Podczas replikacji DNA (podwajania) synteza nowych łańcuchów zawsze przebiega od ich piątego końca do trzeciego, ponieważ nowe nukleotydy można dodać tylko do wolnego trzeciego końca.

Ostatecznie (pośrednio przez RNA) każde trzy kolejne nukleotydy w łańcuchu DNA kodują jeden aminokwas białkowy.

Odkrycie struktury cząsteczki DNA nastąpiło w 1953 r. dzięki pracom F. Cricka i D. Watsona (do czego przyczyniły się także wczesne prace innych naukowców). Chociaż DNA było znane jako substancja chemiczna już w XIX wieku. W latach 40. XX wieku stało się jasne, że DNA jest nośnikiem informacji genetycznej.

Podwójna helisa jest uważana za drugorzędną strukturę cząsteczki DNA. W komórkach eukariotycznych przeważająca ilość DNA zlokalizowana jest w chromosomach, gdzie jest powiązana z białkami i innymi substancjami, a także jest gęściej upakowane.

Plan porodu danej osoby jest gotowy, gdy komórki rozrodcze matki i ojca łączą się w jedną. Ta formacja nazywa się zygotą lub zapłodnionym jajem. Sam plan rozwoju organizmu zawarty jest w cząsteczce DNA znajdującej się w jądrze tej pojedynczej komórki. To w nim zakodowany jest kolor włosów, wzrost, kształt nosa i wszystko inne, co czyni człowieka indywidualnym.

Oczywiście los człowieka zależy nie tylko od cząsteczki, ale także od wielu innych czynników. Ale geny zapisane w chwili urodzenia również w dużym stopniu wpływają na fatalną ścieżkę. Reprezentują sekwencję nukleotydów.

Za każdym razem, gdy komórka się dzieli, DNA podwaja się. Dlatego każda komórka niesie informację o budowie całego organizmu. To tak, jakby wznosząc budynek z cegły, każda cegła miała plan architektoniczny całej konstrukcji. Patrzysz na jedną cegłę i już wiesz, której konstrukcji budowlanej jest częścią.

Prawdziwą strukturę cząsteczki DNA po raz pierwszy zademonstrował brytyjski biolog John Gurdon w 1962 roku. Pobrał jądro komórkowe z jelita żaby i za pomocą technik mikrochirurgicznych przeszczepił je do żabiego jaja. Co więcej, w tym jaju jego własne jądro zostało wcześniej zniszczone przez promieniowanie ultrafioletowe.

Z jaja hybrydowego wyrosła normalna żaba. Co więcej, był absolutnie identyczny z tym, z którego pobrano jądro komórkowe. To zapoczątkowało erę klonowania. Pierwszym udanym rezultatem klonowania wśród ssaków była owca Dolly. Żyła 6 lat i zmarła.

Jednak sama natura stwarza również sobowtóry. Dzieje się tak, gdy po pierwszym podziale zygoty dwie nowe komórki nie pozostają razem, lecz oddalają się od siebie i każda z nich wytwarza własny organizm. Tak rodzą się bliźnięta jednojajowe. Ich cząsteczki DNA są dokładnie takie same, dlatego bliźnięta są tak podobne.

Z wyglądu DNA przypomina drabinę linową skręconą w prawoskrętną spiralę. I składa się z łańcuchów polimerowych, z których każdy jest utworzony z 4 rodzajów jednostek: adeniny (A), guaniny (G), tyminy (T) i cytozyny (C).

W ich sekwencji zawarty jest program genetyczny każdego żywego organizmu. Na przykład poniższy rysunek przedstawia nukleotyd T. Jego górny pierścień nazywany jest zasadą azotową, pięcioczłonowy pierścień na dole to cukier, a po lewej stronie jest grupa fosforanowa.

Rysunek przedstawia nukleotyd tyminy, który jest częścią DNA. Pozostałe 3 nukleotydy mają podobną strukturę, ale różnią się zasadą azotową. Prawy górny pierścień to zasada azotowa. Dolny pięcioczłonowy pierścień to cukier. Lewa grupa PO - fosforan

Wymiary cząsteczki DNA

Średnica podwójnej helisy wynosi 2 nm (nm to nanometr, równy 10-9 metrów). Odległość między sąsiednimi parami zasad wzdłuż helisy wynosi 0,34 nm. Podwójna helisa wykonuje pełny obrót co 10 par. Ale długość zależy od organizmu, do którego należy cząsteczka. Najprostsze wirusy mają tylko kilka tysięcy linków. Bakterie mają ich kilka milionów. A organizmy wyższe mają ich miliardy.

Jeśli rozciągniesz całe DNA zawarte w jednej ludzkiej komórce w jedną linię, otrzymasz nić o długości około 2 m. To pokazuje, że długość nici jest miliardy razy większa niż jej grubość. Aby lepiej wyobrazić sobie wielkość cząsteczki DNA, można sobie wyobrazić, że jej grubość wynosi 4 cm, a taka nić pobrana z jednej ludzkiej komórki może okrążyć kulę ziemską wzdłuż równika. W tej skali człowiek będzie odpowiadał wielkości Ziemi, a jądro komórkowe urosnie do rozmiarów stadionu.

Czy model Watsona i Cricka jest poprawny?

Biorąc pod uwagę strukturę cząsteczki DNA, pojawia się pytanie, w jaki sposób, mając tak ogromną długość, znajduje się ona w jądrze. Musi leżeć tak, aby na całej swojej długości był dostępny dla polimerazy RNA, która odczytuje pożądane geny.

Jak przebiega replikacja? Przecież po podwojeniu dwa uzupełniające się łańcuchy muszą się rozdzielić. Jest to dość trudne, ponieważ łańcuchy są początkowo skręcone w spiralę.

Pytania takie budziły początkowo wątpliwości co do słuszności modelu Watsona i Cricka. Ale ten model był zbyt specyficzny i po prostu drażnił specjalistów swoją nienaruszalnością. Dlatego wszyscy rzucili się do szukania wad i sprzeczności.

Niektórzy eksperci zakładali, że jeśli niefortunna cząsteczka składa się z 2 łańcuchów polimerowych połączonych słabymi wiązaniami niekowalencyjnymi, to powinny one się rozejść po podgrzaniu roztworu, co można łatwo zweryfikować eksperymentalnie.

Drugich specjalistów zainteresowali zasady azotowe, które tworzą między sobą wiązania wodorowe. Można to zweryfikować, mierząc widma cząsteczki w obszarze podczerwieni.

Jeszcze inni sądzili, że gdyby w podwójnej helisie rzeczywiście były ukryte zasady azotowe, wówczas można byłoby dowiedzieć się, czy na cząsteczkę wpływają te substancje, które mogą reagować tylko z tymi ukrytymi grupami.

Przeprowadzono wiele eksperymentów i pod koniec lat 50. XX wieku stało się jasne, że model zaproponowany przez Watsona i Cricka przeszedł wszelkie testy. Próby obalenia tego nie powiodły się.

Jednostki monomeru to nukliatydy.

Co to jest DNA?

Wszelkie informacje o budowie i funkcjonowaniu każdego żywego organizmu zawarte są w zakodowanej formie w jego materiale genetycznym. Podstawą materiału genetycznego organizmu jest kwas deoksyrybonukleinowy (DNA).

DNA w większości organizmów jest to długa, dwułańcuchowa cząsteczka polimeru. Podciąg jednostki monomeru (deoksyrybonukleotydy) w jednym z łańcuchów odpowiada ( uzupełniający) sekwencje dezoksyrybonukleotydowe w inną. Zasada komplementarności zapewnia syntezę nowych cząsteczek DNA identycznych z pierwotnymi, gdy zostaną one podwojone ( replikacja).

Sekcja cząsteczki DNA kodująca określoną cechę - gen.

Geny– są to pojedyncze elementy genetyczne, które mają ściśle określoną sekwencję nukleotydów i kodują pewne cechy organizmu. Niektóre z nich kodują białka, inne tylko cząsteczki RNA.

Informacja zawarta w genach kodujących białka (geny strukturalne) jest rozszyfrowywana w dwóch kolejnych procesach:

Synteza RNA (transkrypcja): DNA jest syntetyzowane w określonej sekcji, jak na matrycy informacyjny RNA (mRNA).
synteza białek (tłumaczenie): Podczas skoordynowanej pracy układu wieloelementowego z udziałem transportujące RNA (tRNA), mRNA, enzymy i różne czynniki białkowe przeprowadzone synteza białek.

Wszystkie te procesy zapewniają prawidłowe tłumaczenie informacji genetycznej zakodowanej w DNA z języka nukleotydów na język aminokwasów. Sekwencja aminokwasów cząsteczki białka określa jego strukturę i funkcje.

Struktura DNA

DNA- Ten liniowy polimer organiczny. Jego - nukleotydy, które z kolei składają się z:

W tym przypadku dołączona jest grupa fosforanowa 5′ atom węgla reszta monosacharydowa i zasada organiczna - do 1′-atom.

W DNA występują dwa rodzaje zasad:

Struktura nukleotydów w cząsteczce DNA

W DNA prezentowany monosacharyd 2′-deoksyryboza, zawierający tylko 1 grupa hydroksylowa (OH), i w RNA - ryboza mający 2 grupy hydroksylowe (OH).

Nukleotydy są ze sobą połączone wiązania fosfodiestrowe, natomiast grupa fosforanowa 5′ atom węgla połączony z jednym nukleotydem Grupa 3'-OH deoksyrybozy sąsiadujący nukleotyd (Rysunek 1). Na jednym końcu łańcucha polinukleotydowego znajduje się grupa Z'-OH (koniec Z'), a z drugiej - Grupa 5′-fosforanowa (koniec 5′).

Poziomy struktury DNA

Zwyczajowo rozróżnia się 3 poziomy struktury DNA:

podstawowy;
wtórny;
trzeciorzędowy

Podstawowa struktura DNA jest sekwencją ułożenia nukleotydów w łańcuchu polinukleotydowym DNA.

Struktura wtórna DNA stabilizuje pomiędzy komplementarnymi parami zasad i jest podwójną helisą dwóch antyrównoległych łańcuchów skręconych w prawo wokół tej samej osi.

Całkowity obrót spirali wynosi 3,4 nm, odległość między łańcuchami 2 nm.

Trzeciorzędowa struktura DNA - superspecjalizacja DNA. Podwójna helisa DNA może w niektórych miejscach ulegać dalszej helikalizacji, tworząc superskręt lub otwarty okrągły kształt, często spowodowany kowalencyjnym połączeniem ich otwartych końców. Superskręcona struktura DNA zapewnia ekonomiczne upakowanie bardzo długiej cząsteczki DNA w chromosomie. Zatem w wydłużonej formie długość cząsteczki DNA wynosi 8cm i w formie superspirali pasuje 5 nm.

Reguła Chargaffa

Reguła E. Chargaffa to wzór ilościowej zawartości zasad azotowych w cząsteczce DNA:

W DNA ułamki molowe zasady purynowe i pirymidynowe są równe: +G = C+ T Lub (+G)/(C + T) = 1 .
W DNA liczba zasad z grupami aminowymi (A +C) równa się liczba zasad z grupami ketonowymi (G+ T.):+C= G+ T Lub (+C)/(G+ T) = 1
Zasada równoważności, czyli: A=T, G=C; A/T = 1; G/C=1.
Skład nukleotydowy DNA w organizmach różnych grup jest specyficzny i scharakteryzowany współczynnik specyficzności: (G+C)/(A+T). U roślin wyższych i zwierząt współczynnik specyficzności mniej niż 1 i waha się nieznacznie: od 0,54 zanim 0,98 , u mikroorganizmów jest większy niż 1.

Model DNA Watsona-Cricka

B 1953 Jakub Watsonie i Franciszek Krzyk na podstawie analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich kryształów DNA doszedł do wniosku, że natywne DNA składa się z dwóch łańcuchów polimerowych tworzących podwójną helisę (ryc. 3).

Łańcuchy polinukleotydowe nawinięte jeden na drugi są utrzymywane razem wiązania wodorowe, utworzone pomiędzy komplementarnymi zasadami przeciwległych łańcuchów (ryc. 3). W której adenina tworzy parę tylko z tymina, A guanina- Z cytozyna. Para podstawowa NA stabilizuje się dwa wiązania wodorowe i parę G-C - trzy.

Długość dwuniciowego DNA jest zwykle mierzona liczbą komplementarnych par nukleotydów ( P.N.). W przypadku cząsteczek DNA składających się z tysięcy lub milionów par nukleotydów przyjmuje się jednostki t.b.s. I m.p.n. odpowiednio. Na przykład DNA ludzkiego chromosomu 1 ma długość jednej podwójnej helisy 263 m.b..

Szkielet cząsteczki fosforanu cukru, który składa się z połączonych grup fosforanowych i reszt dezoksyrybozy Wiązania 5'-3'-fosfodiestrowe, tworzy „ściany boczne spiralnych schodów” i pary podstawy NA I G-C- jego etapy (rysunek 3).

Rysunek 3: Model DNA Watsona-Cricka

Łańcuchy cząsteczek DNA antyrównoległe: jeden z nich ma kierunek 3’ → 5′, Inny 5’ → 3′. Zgodnie z zasada komplementarności, jeśli jeden z łańcuchów zawiera sekwencję nukleotydową 5-TAGGCAT-3′, to w łańcuchu dopełniającym w tym miejscu powinna znajdować się sekwencja 3′-ATCCGTA-5′. W tym przypadku forma dwuniciowa wyglądałaby następująco:

5′-TAGGCAT-3′
3-ATCCGTA-5′.

W takim nagraniu Koniec 5' górnego łańcucha zawsze umieszczany po lewej stronie, i koniec 3'- po prawej.

Nośnik informacji genetycznej musi spełniać dwa podstawowe wymagania: odtwarzać (replikować) z dużą dokładnością I określić (kodować) syntezę cząsteczek białka.

Model DNA Watsona-Cricka w pełni spełnia te wymagania, ponieważ:

Zgodnie z zasadą komplementarności każda nić DNA może służyć jako matryca do tworzenia nowego komplementarnego łańcucha. W rezultacie po jednej rundzie powstają dwie cząsteczki potomne, z których każda ma tę samą sekwencję nukleotydową, co pierwotna cząsteczka DNA.
sekwencja nukleotydowa genu strukturalnego jednoznacznie określa sekwencję aminokwasową białka, które koduje.

Jedna cząsteczka ludzkiego DNA zawiera ok 1,5 gigabajta informacji. Jednocześnie DNA wszystkich komórek ludzkiego ciała zajmuje 60 miliardów terabajtów, które są przechowywane na 150-160 gramach DNA.
Międzynarodowy Dzień DNA obchodzony 25 kwietnia. Tego dnia w 1953 r Jamesa Watsona I Franciszka Creka opublikowane w czasopiśmie Natura jego artykuł pt „Struktura molekularna kwasów nukleinowych” , gdzie opisano podwójną helisę cząsteczki DNA.

Bibliografia: Biotechnologia molekularna: zasady i zastosowania, B. Glick, J. Pasternak, 2002