Informace

13.1: Struktura DNA - biologie


A. Počáteční stopy a pokračující mylné představy

V roce 1878 byla látka v hnisu zraněných vojáků odvozena z buněčných jader (tzv nuklein) bylo ukázáno, že se skládá z 5 bází (známé z DNA a RNA). Předpokládalo se, že čtyři báze tvořící DNA (jako součást nukleotidů) jsou spojeny prostřednictvím fosfátových skupin v krátkých opakujících se řetězcích čtyř nukleotidů. Do čtyřicátých let jsme věděli, že DNA je dlouhý polymer. Přesto to bylo stále považováno za příliš jednoduché na to, aby bylo možné vysvětlit geny (viz výše). Po Hersheyově a Chaseově experimentu by jen několik málo lidí nepřijalo DNA jako genetický materiál. Zbývalo tedy otázkou, jak taková „jednoduchá“ molekula může odpovídat za všechny geny, dokonce i v tak jednoduchém organismu jako je bakterie. Odpovědí na tuto otázku bylo alespoň částečně spočívat v porozumění fyzické struktuře DNA, umožněné příchodem Rentgenová krystalografie.

Pokud lze látku krystalizovat, krystal bude rozptylovat rentgenové paprsky v úhlech odhalujících pravidelné (opakující se) struktury krystalu. William Astbury prokázal, že DNA s vysokou molekulovou hmotností měla právě takovou pravidelnou strukturu. Jeho krystalografy navrhl, aby DNA byla lineárním polymerem skládaných bází (nukleotidů), přičemž každý nukleotid je od dalšího oddělen od 0,34 nm. Astbury se také pamatuje na razení výrazu „molekulární biologie“K popisu jeho studií. Termín nyní zahrnuje všechny aspekty biomolekulární struktury a také molekulární funkce (např. Replikace, transkripce, translace, regulace genů ...).

Ruský biolog Nikolaj Koltsov v ironii historie již v roce 1927 tušil, že základem genetického přenosu znaků bude „obrovská dědičná molekula“ tvořená „dvěma zrcadlovými vlákny, která by se replikovala polokonzervativním způsobem s využitím každého z nich. pramen jako šablona “. Docela fantastický závěr, když o tom přemýšlíte, protože to bylo navrženo dlouho předtím, než Watson a Crick a jejich kolegové vypracovali strukturu dvojšroubovice DNA!

B. Wilkins, Franklin, Watson a Crick

Maurice Wilkins, anglický biochemik, jako první izoloval vysoce čistou DNA s vysokou molekulovou hmotností. Rosalind Franklinová, pracující ve Wilkinsově laboratoři, dokázala tuto DNA krystalizovat a vytvářet rentgenové difrakční snímky krystalů DNA s velmi vysokým rozlišením. Franklinova nejslavnější (a definitivní) krystalografie byla „fotografie 51“, jak je uvedeno níže.

Tento obrázek potvrdil Astbury 0,34 nm opakujte dimenzi a odhalil další dvě čísla, 3,4 nm a 2 nm, odrážející další opakující se struktury v krystalu DNA. Když se James Watson a Francis Crick těchto čísel zmocnili, použili je spolu s dalšími daty k sestavení modelů DNA z ořechů, šroubů a instalatérských prací. Jejich modely nakonec odhalily, že DNA je dvojice antiparalelní komplementární polymerů nukleových kyselin ..., odstíny Koltsovových zrcadlových obrazových makromolekul! Každý řetězec je řetězec nukleotidů spojených fosfodiesterové vazby, dva prameny držely pohromadě v a dvojitá spirála komplementárními interakcemi H-vazby.

Podívejme se na důkazy těchto závěrů a stejně jako my se podívejme na dvě ilustrace dvojité šroubovice níže.

Připomínáme, že Astburyho rozměr 0,34 nm byl vzdálenost mezi po sobě jdoucími nukleotidy v řetězci DNA Watson a Crick usoudili, že opakování 3,4 nm je strukturálně smysluplný desetinásobek Astburyho čísla. Když začali stavět své modely DNA, z úhlů vazby spojujících nukleotidy si uvědomili, že vlákno tvoří šroubovici, z čehož usoudili, že opakování 3,4 nm je hřiště šroubovice, tj. vzdálenost jednoho úplného otočení šroubovice. To znamenalo, že na otáčku šroubovice připadalo 10 základen. Dále usoudili, že číslo 2,0 nm může odrážet průměr šroubovice. Když jejich zmenšený model jednovláknové spirály DNA předpovídal spirálovitý průměr mnohem menší než 2,0 nm, byli schopni modelovat dvojitá spirála to téměř splnilo požadavek na průměr 2,0 nm. Při budování své dvojité šroubovice si Watson a Crick uvědomili, že báze v protilehlých vláknech se spojí a vytvoří H-vazby, držící šroubovici pohromadě. Aby však jejich dvojitá šroubovice měla konstantní průměr 2,0 nm, uvědomili si také, že čím menší pyrimidin základny, Thymin (T) a Cytosin (C), bude muset H-vazba na větší purin základny, Adenin (A) a Guanosin (G).

Nyní k otázce, jak by „jednoduchá“ molekula DNA mohla mít strukturální diverzitu potřebnou ke kódování tisíců různých polypeptidů a proteinů. V raných studiích očištěno E-coli DNA byla chemicky hydrolyzována na nukleotidové monomery. Produkty hydrolýzy obsahovaly téměř stejné množství každé báze, což posílilo představu, že DNA je ta jednoduchá molekula, která nemůže kódovat geny. Watson a Crick však měli soukromý přístup k odhalení dat od Erwina Chargaffa. Chargaff určil základní složení DNA izolované z různých druhů, včetně E-coli. Zjistil, že základní složení DNA z různých druhů nebylo vždy ekvimolární, což znamená, že u některých druhů DNA nebyla složena ze stejného množství každé ze čtyř bází (viz některá z těchto údajů níže).

Pouhá skutečnost, že DNA některých druhů mohla mít základní kompozice, které se odchylovaly od ekvimolárnosti, zpochybnila tvrzení, že DNA musí být velmi jednoduchá sekvence. Nakonec bylo bezpečné přijmout to, abychom přijali zjevné, totiž že DNA byla skutečně „věcí genů“.

Chargaffova data také ukázala jedinečný vzorec základních poměrů. Ačkoli se základní složení může u jednotlivých druhů lišit, NA a G/C poměr byl vždy jeden, pro každý druh. Stejně tak poměr (A+C)/(G+T) a (A+G)/(C+T). Z těchto informací Watson a Crick usoudili, že A (purin) by H-vazba s T (pyrimidin), a G (purin) by H-vazba s C (pyrimidin) ve dvojité šroubovici. Při stavbě svého modelu s touto novou informací také zjistili, že H-vazba mezi komplementárními bázemi by byla maximální pouze v případě, že by dvě vlákna DNA byla antiparalelní, což vede k nejstabilnější struktuře dvojité šroubovice.

Watson a Crick publikovali své závěry o struktuře DNA v roce 1953 (kliknutím sem si přečtěte jejich klíčový článek: Molekulární struktura nukleových kyselin: A Struktura nukleové kyseliny deoxyribózy. Jejich článek je také známý tím, že předpovídá semi-konzervativní mechanismus replikace, něco, co předpověděl Koltsov o 26 let dříve, i když na základě intuice ... a mnohem méně důkazů!

Watson, Crick a Wilkins sdíleli v roce 1962 Nobelovu cenu za práci na struktuře DNA. Franklin bohužel v roce 1958 zemřel a Nobelovy ceny nebyly posmrtně uděleny. Stále se vedou spory o tom, proč Franklin nezískala za svoji roli v díle patřičný kredit. Ale dostává se jí zaslouženého, ​​dlouho odkládaného uznání, včetně univerzity v Chicagu pojmenované na její počest!

169 Rozpletení struktury DNA

Potvrzení návrhu společnosti Watson & Crick na semikonzervativní replikaci pochází z velmi elegantního experimentu Meselsona a Stahla, který testoval tři možné modely replikace uvedené níže.

V jejich experimentu E-coli buňky byly pěstovány v médiu obsahujícím 15N, „těžký“ izotop dusíku. Po mnoha generacích byla veškerá DNA v buňkách označena těžkým izotopem. V tom okamžiku byly buňky označené 15N umístěny zpět do média obsahujícího běžnější „lehký“ 14N izotop a ponechány růst přesně jednu generaci.

Předpovědi Meselsona a Stahla a jejich experimentální návrh jsou uvedeny níže.

Meselson a Stahl věděli, že 14N-značená a 15N-značená DNA vytvoří oddělené pásy po centrifugaci na Přechody hustoty chloridu CsCl. Testovali své předpovědi purifikací a centrifugací DNA z 15N-značených buněk pěstovaných v 14N médiu po dobu jedné generace. Zjistili, že tato DNA tvoří jeden pás s hustotou mezi 15N značenou DNA a 14N značenou DNA. Tento výsledek odstraněny konzervativní model replikace DNA (jak předpovídali také Watson a Crick. Zbývaly tak dvě možnosti: replikace byla buď polokonzervativní, nebo disperzní. Disperzní model byl odstraněny když bylo ukázáno, že DNA izolovaná z buněk pěstovaných pro 2. generaci na 14N obsahuje dva pásy DNA na gradientech hustoty CsCl.

170 Replikace je semokonzervativní

Chromozomy

Od počátku 20. století jsme pochopili, že chromozomy obsahují geny. Proto je nutné porozumět vztahu mezi chromozomy, chromatinem, DNA a geny. Jak již bylo uvedeno dříve, chromozomy jsou specializované, zhuštěné verze chromatinu s níže uvedenými klíčovými strukturálními rysy.

Nyní víme, že kompaktní struktura chromozomu brání poškození DNA při dělení buněk. K tomuto poškození může dojít, když síly na centromery generované mitotickými nebo meiotickými vřetenovými vlákny roztahují chromatidy od sebe. Když se jádro rozpadá během mitózy nebo meiózy, mikroskopové z konce 19. století viděli chromozomy kondenzovat z rozptýleného cytoplazmatického pozadí. Tyto chromozomy zůstaly viditelné, když se oddělily, během buněčného dělení se pohybovaly k opačným pólům buňky. Taková pozorování chování chromozomů během dělení buněk poukazovala na jejich roli v dědičnosti. Počítačem zbarvená buňka v mitóze je uvedena níže.

Je možné rozlišit jeden chromozom od druhého karyotypování. Když jsou buňky v metafázi mitózy vystaveny tlaku, prasknou a chromozomy se rozdělí. Takové šíření chromozomů je uvedeno níže.

Počátkem 20. století se ukázalo, že počet, velikosti a tvary chromozomů jsou druhově specifické. Bližší pohled na šíření chromozomů navíc odhalil, že chromozomy pocházely v morfologicky odpovídajících párech. To tak připomínalo párové dědičné faktory Gregora Mendela, že chromozomy byly tehdy široce přijímány jako strukturální sídlo genetické dědičnosti. Rozřezáním mikrografů, jako je ten výše, a spárováním chromozomů podle jejich morfologie se vytvoří a karyotyp. Spárované lidské homology lze snadno identifikovat na níže zobrazeném mikrofotografii.

Všechny dělící se lidské buňky zachycené v mitóze obsahují 23 párů homologních chromozomů. The karyotyp je od ženy; všimněte si dvojice homologních pohlavních („X“) chromozomů (vpravo dole na vložce). Chromozomy X a Y u mužů nejsou skutečně homologní. Chromozomy v původním rozprostření a v zarovnaném karyotypu obarvené fluorescenčními protilátkami k sekvencím DNA specifickým pro chromozomy „rozsvítí“ různé chromozomy.

171 DNA, chromozomy, karyotypy a genové mapy


Identifikace aminokyselin nezbytných pro vazbu a dimerizaci DNA v p67SRF: důsledky pro nový motiv vázající DNA

Faktor odezvy na sérum (p67SRF) se váže na palindromickou sekvenci v prvku odezvy na sérum c-fos (SRE). Druhý protein, p62TCF, se váže ve spojení s p67SRF za vzniku ternárního komplexu, a právě prostřednictvím tohoto komplexu se předpokládá, že dochází k transkripční aktivaci c-fos indukované růstovým faktorem. Peptid s 90 aminokyselinami, coreSRF, je schopen dimerizace, vazby DNA a náboru p62TCF. Použitím rozsáhlé místně cílené mutageneze jsme zkoumali úlohu jednotlivých coreSRF aminokyselin ve vazbě DNA. Mutantní fenotypy byly definovány retardací gelu a analýzami zesíťování. Naše výsledky identifikovaly zbytky nezbytné pro vazbu DNA nebo dimerizaci. Byly identifikovány tři esenciální bazické aminokyseliny, jejichž konzervativní mutace vážně omezila vazbu DNA. Jsou předloženy důkazy, které jsou v souladu s těmito zbytky na povrchu alfa-šroubovice vázající DNA. Fenylalaninový zbytek a hexamerní hydrofobní box jsou identifikovány jako nezbytné pro dimerizaci. Fázování aminokyselin je v souladu s dimerizačním rozhraním, které je prezentováno jako spojitá oblast na beta řetězci. Předpokládaný druhý alfa-šroubovice funguje jako spojovací článek mezi těmito dvěma oblastmi. Tato studie ukazuje, že p67SRF je členem rodiny proteinů, která, podobně jako mnoho proteinů vázajících DNA, využívá k vazbě DNA alfa-šroubovici. Tato alfa-šroubovice je však obsažena v nové struktuře domény.


Délka molekuly lidské DNA

Chromozomy v jádru buňky obsahují všechny informace, které buňka potřebuje k provádění svých životních procesů. Jsou složeny ze složité chemikálie (nukleové kyseliny) nazývané deoxyribonukleová kyselina nebo zkráceně DNA. Vědecké dekódování chemické struktury DNA vedlo k jednoduchému koncepčnímu pochopení genetických procesů. DNA je dědičným materiálem všech buněk. Je to dvouvláknová šroubovicová makromolekula skládající se z nukleotidových monomerů s deoxyribózovým cukrem a dusíkatých bází adenin (A), cytosin (C), guanin (G) a tymin (T). V chromozomech buňky se DNA vyskytuje jako jemná, spirálovitě stočená vlákna, která se zase vinou kolem jiného, ​​jako zkroucený žebřík.

Molekula DNA je navlečena tak jemně, že je možné ji vidět pouze pod vysoce výkonnými elektronovými mikroskopy. Abyste získali představu o tom, jak dlouho je nesvinutá molekula DNA srovnávána s typickou buňkou, buňka se zvětší 1000krát. V tomto měřítku by celková délka veškeré DNA v jádru buňky byla 3 km - ekvivalentní vzdálenost Lincolnovu památníku od hlavního města ve Washingtonu, DC.

Lidský genom obsahuje informace obsažené v jedné sadě lidských chromozomů, které samy obsahují asi 3 miliardy párů bází (bp) DNA ve 46 chromozomech (22 párů autosomů + 2 pohlavní chromozomy). Celková délka DNA přítomná u jednoho dospělého člověka se vypočítá vynásobením

(délka 1 bp) (počet bp na buňku) (počet buněk v těle)
(0,34 × 10 𕒽 m) (6 × 10 9) (10 13)
2,0 × 10 13 metrů

To odpovídá téměř 70 cestám ze Země na Slunce a zpět.

2,0 × 10 13 metrů = 133,691627 astronomických jednotek
133,691627/2 = 66,8458135 okružní cesty ke slunci

V průměru se jeden lidský chromozom skládá z molekuly DNA, která má téměř 5 centimetrů.


Jak se sekvence DNA používají k výrobě proteinů?

Pokyny DNA se používají k výrobě proteinů ve dvou krocích. Nejprve enzymy přečtou informace v molekule DNA a transkribují je do střední molekuly zvané messenger ribonukleová kyselina neboli mRNA.

Dále jsou informace obsažené v molekule mRNA přeloženy do „jazyka“ aminokyselin, které jsou stavebními kameny proteinů. Tento jazyk říká buněčnému stroji na výrobu proteinů přesné pořadí, ve kterém se spojí aminokyseliny za vzniku specifického proteinu. To je hlavní úkol, protože existuje 20 typů aminokyselin, které lze umístit do mnoha různých řádů za vzniku široké škály proteinů.

Pokyny DNA se používají k výrobě proteinů ve dvou krocích. Nejprve enzymy přečtou informace v molekule DNA a transkribují je do střední molekuly zvané messenger ribonukleová kyselina neboli mRNA.

Dále jsou informace obsažené v molekule mRNA přeloženy do „jazyka“ aminokyselin, které jsou stavebními kameny proteinů. Tento jazyk říká buněčnému stroji na výrobu proteinů přesné pořadí, ve kterém se spojí aminokyseliny za vzniku specifického proteinu. To je hlavní úkol, protože existuje 20 typů aminokyselin, které lze umístit do mnoha různých řádů za vzniku široké škály proteinů.


Genové mutace

K mutacím dochází, když je narušen počet nebo pořadí bází v genu. Nukleotidy mohou být odstraněny, zdvojnásobeny, přeskupeny nebo nahrazeny, přičemž každá změna má určitý účinek. Mutace má obecně malý nebo žádný účinek, ale pokud změní organismus, tato změna může být smrtelná nebo způsobit onemocnění. Prospěšná mutace bude v populaci stoupat na frekvenci, dokud se nestane normou.

Další informace o vlivu genetických mutací na člověka a jiné organismy získáte na vidět genetická nemoc a evoluce člověka.

Redaktoři Encyclopaedia Britannica Tento článek byl naposledy revidován a aktualizován Adamem Augustynem, vedoucím redaktorem referenčního obsahu.


Nový molekulární nástroj přesně upravuje mitochondriální DNA

Genom v mitochondriích-organelách produkujících energii buňky-se podílí na chorobách a klíčových biologických funkcích a schopnost přesně změnit tuto DNA by vědcům umožnila dozvědět se více o účincích těchto genů a mutací. Technologie přesných úprav, které přinesly revoluci v úpravách DNA v buněčném jádru, však nebyly schopny dosáhnout mitochondriálního genomu.

Tým z Broad Institute of MIT and Harvard and University of Washington School of Medicine tuto bariéru prolomil novým typem molekulárního editoru, který dokáže provádět přesné nukleotidové změny C* G-to-T* A v mitochondriální DNA. Editor, vytvořený z bakteriálního toxinu, umožňuje modelování mitochondriálních mutací DNA spojených s nemocí a otevírá dveře lepšímu porozumění genetických změn spojených s rakovinou, stárnutím a dalšími.

Práce je popsána v Přírodase spoluautory jako prvními autory Beverly Mokovou, absolventkou Broad Institute a Harvardské univerzity, a Marcosem de Moraesem, postdoktorandem na Washingtonské univerzitě (UW).

Na práci společně dohlíželi Joseph Mougous, profesor mikrobiologie UW a vyšetřovatel lékařského institutu Howard Hughes Medical Institute (HHMI), a David Liu, profesor Richarda Merkina a ředitel Merkinova institutu transformačních technologií ve zdravotnictví na Broad Institute, profesor chemie a chemické biologie na Harvardově univerzitě a vyšetřovatel HHMI.

"Tým vyvinul nový způsob manipulace s DNA a použil ji k přesné úpravě lidského mitochondriálního genomu poprvé, podle našich znalostí-poskytuje řešení dlouhodobé výzvy v molekulární biologii," řekl Liu. "Práce je svědectvím spolupráce v základním a aplikovaném výzkumu a může mít další aplikace mimo mitochondriální biologii."

Agent bakteriální války

Většina současných přístupů ke studiu specifických variací mitochondriální DNA zahrnuje použití buněk odvozených od pacienta nebo malého počtu zvířecích modelů, u nichž došlo k náhodným mutacím. „Tyto metody však představují zásadní omezení a vytváření nových definovaných modelů nebylo možné,“ řekl spoluautor Vamsi Mootha, člen institutu a spoluředitel programu metabolismu na Broad. Mootha je také vyšetřovatelem HHMI a profesorem medicíny ve všeobecné nemocnici v Massachusetts.

Zatímco technologie založené na CRISPR mohou rychle a přesně upravovat DNA v buněčném jádru, což výrazně usnadňuje tvorbu modelu pro mnoho nemocí, tyto nástroje nebyly schopny upravit mitochondriální DNA, protože se spoléhají na naváděcí RNA, která cílí na umístění v genomu. Mitochondriální membrána umožňuje proteinům vstoupit do organel, ale není známo, že mají přístupné cesty pro transport RNA.

Jeden kus potenciálního řešení vznikl, když laboratoř Mougous identifikovala toxický protein vyrobený patogenem Burkholderia cenocepacia. Tento protein může zabíjet jiné bakterie přímou změnou cytosinu (C) na uracil (U) ve dvouvláknové DNA.

"Co je na tomto proteinu zvláštní a co nám naznačilo, že by mohl mít jedinečné editační aplikace, je jeho schopnost zaměřit se na dvouvláknovou DNA. Všechny dříve popsané deaminázy, které cílí na DNA, fungují pouze na jednovláknové formě, což omezuje mohou být použity jako editory genomu, “řekl Mougous. Jeho tým určil strukturu a biochemické vlastnosti toxinu zvaného DddA.

„Uvědomili jsme si, že vlastnosti tohoto„ bakteriálního válečného agenta “by mohly umožnit jeho spárování se systémem cílení DNA založeným na jiném než CRISPR, což zvyšuje možnost vytvoření základních editorů, které se nespoléhají na CRISPR nebo na naváděcí RNA,“ vysvětlil Liu. "Mohlo by nám to umožnit konečně provést přesné úpravy genomu v jednom z posledních koutů biologie, které zůstalo nedotknutelné takovou technologií - mitochondriální DNA."

„Zkrocení šelmy“

První hlavní výzvou týmu bylo odstranit toxicitu bakteriálního agens - to, co Liu popsal Mougousovi jako „zkrocení šelmy“ - aby mohla upravit DNA bez poškození buňky. Vědci rozdělili protein na dvě neaktivní poloviny, které dokázaly upravit DNA, pouze když se spojily.

Vědci přivázali dvě poloviny zkroceného bakteriálního toxinu k proteinům TALE vázajícím DNA, které dokážou lokalizovat a vázat cílovou sekvenci DNA jak v jádru, tak v mitochondriích bez použití vodicí RNA. Když tyto kusy navážou DNA vedle sebe, komplex se znovu sestaví do své aktivní formy a v tomto místě převede C na U-což nakonec vede k úpravě základny C* G-to-T* A. Vědci nazvali svůj nástroj editorem cytosinové báze odvozeným od DddA (DdCBE).

Tým testoval DdCBE na pěti genech v mitochondriálním genomu v lidských buňkách a zjistil, že DdCBE nainstaloval přesné základní úpravy až v 50 procentech mitochondriální DNA. Pro další charakterizaci se zaměřili na gen ND4, který kóduje podjednotku mitochondriálního komplexu enzymů I. Moothaova laboratoř analyzovala mitochondriální fyziologii a chemii upravených buněk a ukázala, že změny ovlivnily mitochondrie, jak bylo zamýšleno.

„Toto je poprvé v mé kariéře, kdy jsme mohli navrhnout přesnou úpravu mitochondriální DNA,“ řekl Mootha. „Je to kvantový skok vpřed-pokud dokážeme cíleně mutovat, můžeme vyvinout modely pro studium variant spojených s nemocí, určit, jakou roli ve skutečnosti hrají při chorobách, a prověřit účinky drog na příslušných drahách.“

Budoucí vývoj

Jedním z cílů v této oblasti nyní bude vyvinout editory, kteří dokážou přesně provádět jiné typy genetických změn v mitochondriální DNA.

„Editor mitochondriálního genomu má dlouhodobý potenciál vyvinout se v terapeutikum k léčbě nemocí odvozených z mitochondrií a má okamžitější hodnotu jako nástroj, který mohou vědci použít k lepšímu modelování mitochondriálních chorob a prozkoumání základních otázek týkajících se mitochondriální biologie. a genetika, “řekl Mougous.

Tým dodal, že některé funkce DdCBE, jako je nedostatek RNA, mohou být atraktivní i pro jiné aplikace pro úpravu genů mimo mitochondrie.

Tato práce byla částečně podpořena Merkinovým institutem transformačních technologií ve zdravotnictví, NIH (R01AI080609, U01AI142756, RM1HG009490, R35GM122455, R35GM118062 a P30DK089507), Defence Threat Reduction Agency (1-13-1-0014) a University of Washington Nadace pro cystickou fibrózu


Závěry

Tato studie objasňuje historii diverzifikace jednotlivých sekcí Cyklobalanopsa, Cesmína, a Quercus, což se projevuje jejich rozmanitostí chloroplastů. Výsledky zdůrazňují důležitost geologických událostí a ekologické adaptační kapacity pro prostorový genetický vzorec dubových plášťů a poskytují detailní pohled na mechanismus formování jejich současné rozmanitosti. Další poznatky o historii divergencí těchto skupin budou pocházet z kombinace sekvenování celého chloroplastu a jaderných genetických dat z hlubšího vzorkování populace. Nakonec lze ke zkoumání vztahu mezi genetickými polymorfismy a prostředím použít asociační mapování, což pomůže identifikovat relativní efekty klimatické, edafické variace a historie migrace na genetické variace ve více kladech.


Struktura dvojité šroubovice

Objev 1953 o tvaru DNA, známý jako dvojitá šroubovice, je připisován hlavně Francisu Crickovi, Jamesi Watsonovi, Rosalind Franklinové a Maurice Wilkinsovi. Je to spíše jako točité schodiště nebo zkroucený žebřík, ve kterém je každá příčka vazbou mezi odpovídajícími “ základnami ” na jejích dvou vláknech. Ale byla to práce mnoha výzkumníků v následujících desetiletích, která určila, pro co kódy DNA, jak je čtena a jak je kopírována a předávána novým buňkám a budoucím generacím.

Pořadí chemických základů DNA a#8217 tvoří genetický kód. Existují ve čtyřech typech: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a tymin (T). Báze se vždy spárují se stejnou komplementární sloučeninou na druhém řetězci DNA: A s T a C s G.

Reklama

Tři báze za sebou kódují konkrétní aminokyselinu, základní stavební kameny proteinů. ACT například říká buňkám, aby vytvořily aminokyselinu zvanou threonin. Tímto způsobem každý gen říká strojnímu zařízení buňky, jak vyrobit obrovské množství proteinů.

V každé lidské buňce je zabaleno hodně DNA. Pokud byste ho natáhli, byl by téměř dva metry dlouhý. Takže vaše tři miliardy základen, které jsou z více než 99 procent stejné jako všechny ostatní, je třeba sbalit úhledně. Stočená vlákna vaší DNA jsou tak organizována do chromozomů. Lidé jich mají obvykle 46 v každé buňce, 23 od každého rodiče. U jiných zvířat se počet liší: ovocných mušek je jen osm a například u moruše černé jich je 308. Mitochondriální DNA je zcela zděděna od matky organismu a#8217s.

DNA je tak úžasná, že dokáže kopírovat sama sebe, což umožňuje všem známým organismům fungovat, růst a množit se. Každý řetězec DNA ve dvojité šroubovici může sloužit jako šablona pro duplikování sekvence bází, což umožňuje novým buňkám být přesnými kopiemi těch stávajících - ačkoli k mutacím často dochází v důsledku malých chyb v tomto procesu.


Zwitterion

Aminokyseliny se obvykle odebírají buď bez nábojů, nebo s plusovým a mínusovým nábojem (viz obrázek 13.1.1). Pokud aminokyselina obsahuje plusový i minusový náboj v "kostře", nazývá se a zwitterion a má celkově neutrální náboj. Amfoterní ion aminokyseliny existuje při pH rovnajícím se izoelektrickému bodu. Každá aminokyselina má svou vlastní hodnotu pí na základě vlastností aminokyseliny. Při hodnotách pH nad nebo pod izoelektrickým bodem bude mít molekula čistý náboj, který závisí na její hodnotě pI a také na pH roztoku, ve kterém se aminokyselina nachází.

PH & lt pI

Když je pH nižší než pI, existuje nadměrné množství ( ce) v řešení. Přebytek ( ce) je přitahován k negativně nabitému karboxylátovému iontu, což má za následek jeho protonaci. Sacharidový ion je protonizován, čímž je neutrální, přičemž na aminové skupině zůstává pouze kladný náboj. Celkově bude mít aminokyselina náboj (+1 ).

PH> gt pI

Když je pH vyšší než pI, existuje nadbytečné množství ( ce) v řešení. Přebytek ( ce) je přitahován ke kladně nabité aminové skupině, což má za následek odstranění ( ce) iontu k vytvoření ( ce). Aminová skupina má neutrální náboj a na karboxylátové skupině ponechává pouze záporný náboj. Celkově bude mít aminokyselina náboj (-1 ).

Obrázek ( PageIndex <4> ): Postranní řetězce aminokyselin a hodnoty pí.

  1. Identifikujte níže uvedenou aminokyselinu.
  2. Najděte hodnotu pí pro aminokyselinu.
  3. Určete, jak bude aminokyselina existovat při pH = 3,52
  4. Určete, jak bude aminokyselina existovat při pH = 9,34
  5. Určete, jak bude aminokyselina existovat při pH = 5,02

A. Pro identifikaci aminokyseliny se podívejte na postranní řetězec. Boční řetězec obsahuje ( ce <-CH_2SH> ), který odpovídá struktuře cysteinu.

b. Hodnoty pí pro aminokyseliny se nacházejí v tabulce aminokyselin. Pro cystein pI = 5,02.

C. Při pH = 3,52 je ( ce) koncentrace je vysoká (nízké pH = kyselejší = více ( ce)). Proto ( ce) se přidá ke karboxylátovému iontu a neutralizuje negativní náboj. Aminokyselina bude mít kladný náboj na levé aminové skupině a bude mít celkový náboj (+1 ).

d. Při pH = 9,34 je ( ce) koncentrace je vysoká (vysoké pH = zásaditější = méně ( ce) = více ( ce)). Proto ( ce) bude přitahován ke kladně nabité aminové skupině a bude „kradnout“ ( ce) z toho. Výsledkem je, že jediný zbývající náboj bude na karboxylátovém iontu, takže aminokyselina bude mít nabití (-1 ).

E. Při pH = 5,02 bude pH = pI, takže aminokyselina bude existovat jako obojetný ion s kladným i záporným nábojem, jak je uvedeno výše.


Podívejte se na video: GK Bio. DNA (Listopad 2021).