V biológii sa výraz "dvojitá špirála" používa na označenie štruktúry DNA. Dvojitá špirála DNA pozostáva z dvoch špirálových reťazcov kyseliny deoxyribonukleovej. Tvar je podobný tvaru špirálového schodiska. DNA je a nukleová kyselina zložené z dusíkatých zásad (adenín, cytozín, guanín a tymín), cukru s 5 atómami uhlíka (deoxyribóza) a molekúl fosfátu. Nukleotidové bázy DNA predstavujú schodiskové kroky schodiska a deoxyribóza a fosfátové molekuly tvoria bočné strany schodiska.
Kľúčové jedlá
- Dvojitá špirála je biologický pojem, ktorý opisuje celkovú štruktúru DNA. Jeho dvojitá špirála pozostáva z dvoch špirálových reťazcov DNA. Tento tvar dvojitej špirály sa často vizualizuje ako točité schodisko.
- Krútenie DNA je výsledkom hydrofilných aj hydrofóbnych interakcií medzi molekulami, ktoré obsahujú DNA a vodu v bunke.
- Replikácia DNA aj syntéza proteínov v našich bunkách závisia od tvaru dvojitej špirály DNA.
- James Watson, Dr. Francis Crick, Dr. Rosalind Franklin a Dr. Maurice Wilkins zohrávali kľúčovú úlohu pri objasňovaní štruktúry DNA.
Prečo je DNA skrútená?
DNA je navinutá chromozómy a pevne zabalené v jadro nášho bunky. Twisting aspekt DNA je výsledkom interakcií medzi molekulami, ktoré tvoria DNA a vodu. Dusíkaté bázy, ktoré tvoria stupne skrúteného schodiska, sú držané pohromade vodíkovými väzbami. Adenín je naviazaný na tymín (A-T) a guanínové páry s cytozínom (G-C). Tieto dusíkaté bázy sú hydrofóbne, čo znamená, že nemajú afinitu k vode. Od bunky cytoplazma a cytosol obsahuje kvapaliny na báze vody, dusíkaté bázy sa chcú vyhnúť kontaktu s bunkovými tekutinami. Cukorné a fosfátové molekuly, ktoré tvoria kostru molekuly cukru a fosfátu, sú hydrofilné, čo znamená, že sú milujúce vodu a majú afinitu k vode.
DNA je usporiadaná tak, že fosfát a kostra cukru sú na vonkajšej strane a sú v kontakte s tekutinou, zatiaľ čo dusíkaté bázy sú vo vnútornej časti molekuly. Aby sa zabránilo ďalšiemu kontaktu dusíkatých zásad s bunka tekutina, molekula sa krúti, aby sa zmenšil priestor medzi dusíkatými bázami a vláknami fosfátu a cukru. Skutočnosť, že dva vlákna DNA, ktoré tvoria dvojitú špirálu, sú antiparalelné, tiež pomáha k skrúteniu molekuly. Antiparalelný znamená, že reťazce DNA prebiehajú v opačných smeroch, čo zaisťuje, že tieto pramene tesne priliehajú. Tým sa znižuje možnosť, že tekutina presakuje medzi základňami.
Replikácia DNA a syntéza proteínov
Tvar dvojitej špirály to umožňuje Replikácia DNA a Syntézy bielkovín prihodiť sa. V týchto procesoch sa skrútená DNA odvíja a otvára, aby umožnila vytvorenie kópie DNA. Pri replikácii DNA sa dvojitá špirála odvíja a každé oddelené vlákno sa používa na syntézu nového vlákna. Keď sa nové vlákna vytvárajú, bázy sa spárujú dokopy, až kým sa z jednej molekuly dvojzávitnicovej DNA nevytvoria dve molekuly DNA s dvoma skrutkovicami. Replikácia DNA je potrebná pre procesy v mitosis a meiosis prihodiť sa.
Pri syntéze proteínov je molekula DNA prepisuje vyrábať RNA verzia kódu DNA známa ako messenger RNA (mRNA). Potom je molekulou messenger RNA preložené na výrobu proteíny. Aby sa uskutočnila transkripcia DNA, dvojitá špirála DNA sa musí uvoľniť a musí umožniť transkripcii DNA enzýmu nazývanému RNA polymeráza. RNA je tiež nukleová kyselina, ale namiesto tymínu obsahuje bázický uracil. Pri transkripcii guanínové páry s cytozínom a adenínové páry s uracilom tvoria RNA transkript. Po transkripcii sa DNA uzavrie a otočí späť do pôvodného stavu.
Objavenie štruktúry DNA
James Watson a. Boli ocenení za objavenie dvojzávitnicovej štruktúry DNA Francis Crickza svoju prácu udelili Nobelovu cenu. Určenie štruktúry DNA bolo čiastočne založené na práci mnohých ďalších vedcov vrátane Rosalind Franklinová. Franklin a Maurice Wilkins použili röntgenovú difrakciu na zistenie kľúčov o štruktúre DNA. Rôntgenová difrakčná fotografia DNA zhotovená Franklinom, nazvaná „fotografia 51“, ukázala, že kryštály DNA tvoria na rôntgenovom filme tvar X. Molekuly so špirálovitým tvarom majú tento typ tvaru X. Na základe dôkazov z Franklinovej rôntgenovej difrakčnej štúdie Watson a Crick revidovali svoj predtým navrhovaný model DNA s trojitým helixom na model s dvoma helixmi pre DNA.
Dôkazy objavené biochemikom Erwinom Chargoffom pomohli Watsonovi a Crickovi objaviť párovanie báz v DNA. Chargoff preukázal, že koncentrácie adenínu v DNA sú rovnaké ako koncentrácie tymínu a koncentrácie cytozínu sú rovnaké ako guanín. Na základe tejto informácie boli Watson a Crick schopní určiť, že väzba adenínu na tymín (A-T) a cytozín na guanín (C-G) tvorí kroky tvaru krúteného schodiska v tvare DNA. Chrbtová kostra cukru a fosfátu tvorí steny schodiska.
zdroje
- "Objav molekulárnej štruktúry DNA - dvojitá špirála." Nobelprize.org, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.