Razumevanje strukture dvojne vijačnice DNK

DNK dvojna vijačnica.

Andrej Prohorov / Getty Images

V biologiji je 'dvojna vijačnica' izraz, ki se uporablja za opis strukture DNK . Dvojna vijačnica DNK je sestavljena iz dveh spiralnih verig deoksiribonukleinske kisline. Oblika je podobna obliki spiralnega stopnišča. DNK je a nukleinska kislina sestavljen iz dušikovih baz (adenin, citozin, gvanin in timin), sladkorja s petimi ogljikovimi atomi (deoksiriboze) in fosfatnih molekul. Nukleotidne baze DNK predstavljajo stopnice stopnišča, deoksiriboza in fosfatne molekule pa tvorijo stranice stopnišča.

Ključni zaključki

• Dvojna vijačnica je biološki izraz, ki opisuje celotno strukturo DNK. Njegova dvojna vijačnica je sestavljena iz dveh spiralnih verig DNK. Ta oblika dvojne vijačnice je pogosto predstavljena kot spiralno stopnišče.
• Zvijanje DNK je posledica hidrofilnih in hidrofobnih interakcij med molekulami, ki sestavljajo DNK, in vodo v celici.
• Tako replikacija DNK kot sinteza beljakovin v naših celicah sta odvisni od oblike dvojne vijačnice DNK.
• Dr. James Watson, dr. Francis Crick, dr. Rosalind Franklin in dr. Maurice Wilkins so imeli ključno vlogo pri razjasnitvi strukture DNK.

Zakaj je DNK zvit?

DNK je zvita v kromosomi in tesno zapakirano v jedro od naših celice . Zvit vidik DNK je posledica interakcij med molekulami, ki sestavljajo DNK, in vodo. Dušikove baze, ki sestavljajo stopnice zavitega stopnišča, držijo skupaj vodikove vezi. Adenin je vezan s timinom (A-T), gvaninski pari pa s citozinom (G-C). Te dušikove baze so hidrofobne, kar pomeni, da nimajo afinitete do vode. Od celice citoplazma in citosol vsebujeta tekočine na vodni osnovi, se dušikove baze želijo izogniti stiku s celičnimi tekočinami. Molekule sladkorja in fosfata, ki tvorijo sladkorno-fosfatno ogrodje molekule, so hidrofilne, kar pomeni, da ljubijo vodo in imajo afiniteto do vode.

DNK je urejena tako, da sta fosfat in sladkorno ogrodje na zunanji strani in v stiku s tekočino, medtem ko so dušikove baze v notranjem delu molekule. Da bi še dodatno preprečili stik dušikovih baz z celica tekočina, se molekula zvije, da zmanjša prostor med dušikovimi bazami ter fosfatnimi in sladkornimi nitmi. Dejstvo, da sta dve verigi DNK, ki tvorita dvojno vijačnico, nasprotno vzporedni, pomaga tudi pri zvijanju molekule. Protivzporednost pomeni, da verige DNK potekajo v nasprotnih smereh, kar zagotavlja, da se verige tesno prilegajo drug drugemu. To zmanjša možnost pronicanja tekočine med podstavki.

Replikacija DNA in sinteza beljakovin

DNK se prepisuje in prevaja za proizvodnjo beljakovin. ttsz / iStock / Getty Images Plus

Oblika dvojne vijačnice omogoča replikacija DNK in sinteza beljakovin pojavijo. V teh procesih se zvita DNK odvije in odpre, da se omogoči izdelava kopije DNK. Pri replikaciji DNK se dvojna vijačnica odvije in vsaka ločena veriga se uporabi za sintezo nove verige. Ko se oblikujejo nove verige, se baze seznanjajo, dokler se iz ene molekule DNA z dvojno vijačnico ne tvorita dve molekuli DNK z dvojno vijačnico. Podvajanje DNK je potrebno za procese mitoza in mejoza pojavijo.

Pri sintezi beljakovin je molekula DNA prepisano izdelati an RNA različica kode DNK, znana kot sporočilna RNK (mRNA). Molekula sporočilne RNK je tedaj prevedeno izdelovati beljakovine . Da lahko poteka transkripcija DNK, se mora dvojna vijačnica DNK odviti in omogočiti encimu, imenovanemu RNK polimeraza, da prepiše DNK. Tudi RNA je nukleinska kislina, vendar vsebuje bazo uracil namesto timina. Pri transkripciji se gvanin združi s citozinom in adenin z uracilom, da tvori transkript RNA. Po transkripciji se DNK zapre in zasuka nazaj v prvotno stanje.

Odkritje strukture DNK

Dr. Francis Crick in dr. James Watson na simpoziju molekularne biologije. Ted Spiegel / sodelavec / Getty Images

Zasluge za odkritje dvojne vijačne strukture DNK so pripisali Jamesu Watsonu in Francis Crick , za svoje delo prejel Nobelovo nagrado. Določanje strukture DNK je delno temeljilo na delu mnogih drugih znanstvenikov, vključno z Rosalind Franklin . Franklin in Maurice Wilkins sta uporabila rentgensko difrakcijo, da bi ugotovila namige o strukturi DNK. Rentgenska difrakcijska fotografija DNK, ki jo je posnel Franklin, imenovana 'fotografija 51', je pokazala, da kristali DNK na rentgenskem filmu tvorijo obliko X. Molekule s spiralno obliko imajo ta tip vzorca v obliki X. Z uporabo dokazov iz Franklinove študije rentgenske difrakcije sta Watson in Crick revidirala svoj prejšnji predlagani model DNK s trojno vijačnico v model z dvojno vijačnico za DNK.

Dokazi, ki jih je odkril biokemik Erwin Chargoff, so Watsonu in Cricku pomagali odkriti združevanje baz v DNK. Chargoff je dokazal, da so koncentracije adenina v DNA enake koncentraciji timina, koncentracije citozina pa enake koncentraciji gvanina. S temi informacijami sta Watson in Crick lahko ugotovila, da vezava adenina na timin (A-T) in citozina na gvanin (C-G) tvorita stopnice zavite stopničaste oblike DNK. Sladkorno-fosfatna hrbtenica tvori stranice stopnišča.

Viri

• Odkritje molekularne strukture DNK – dvojna vijačnica. Nobelprize.org , www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.