Informace

Paralelní dvojité šroubovice DNA s párováním bází Watson-Crick: Proč k nim nedochází?


Vím, že paralelní šroubovice DNA existují a řídí se Hoogstenovým párováním bází, ale proč by nemohly být možné s párováním Watson-Crick? V níže uvedeném diagramu, pokud bychom měli převrátit jeden z řetězců, zatímco druhý ponecháme stejný, vypadá to, že vodíkové vazby jsou stále možné.

Jediné konkrétní návrhy, které jsem mohl najít, byly kvůli procesu replikace DNA a negativní polaritě hydoxylové skupiny na fosfátech. Po překlopení jednoho vlákna navíc DNA nukleotidy tvoří enantiomery. Jsou to možné důvody, nebo existují další?


"Jediné konkrétní návrhy, které jsem mohl najít, byly kvůli procesu replikace DNA a ..."

Ne. Vysvětlení nemůže mít nic společného s replikací DNA. Pokud struktura neexistuje, nemůžete ji replikovat, pokud ano, příroda vyvine mechanismus. (Související otázka SE, kterou zmínil @Gilleain, se zeptala, zda se může stále replikovat, pokud by byla paralelní, tj. Pomocí enzymů, které se vyvinuly pro paralelní DNA.)

Vím, že existují paralelní šroubovice DNA ...

Nejprve si to ujasněme. Asi nejrozsáhlejší paralelní duplexní DNA, jejíž struktura byla stanovena, je ta, kterou popsali Parvathy et al. Tato dvě paralelní vlákna jsou uvedena níže:

Je třeba poznamenat následující body:

  1. Tato paralelní DNA (a kratší příklady, které jí předcházely) není čistý úsek komplementárních párů bází.
  2. Je stabilizována tím, co autoři označují jako „CC+ svorky“ na obou koncích. Zbývá dojít k závěru, že bez nich by se duplex nevytvořil.
  3. Všechny komplementární páry bází jsou typu AT (ve skutečnosti reverzní páry bází Watson-Crick). Dvojice párů bází GC by pravděpodobně strukturu destabilizovaly.

(Tuto strukturu můžete zkontrolovat ve třech rozměrech zde. Vyberte styl a barvu „lékořice“ podle řetězce a všimněte si neplanárnosti tří základních „párů“ na každém konci.)

Přestože se otázka konkrétně týká paralelních DNA šroubovic s páry párů Watson-Crick, mělo by být uznáno, že rozšířené paralelní DNA šroubovice složené z jakéhokoli druhu komplementárních párů bází AT a GC nejsou nalezeny a otázka na ně platí stejně dobře.

"Pokud bychom v diagramu převrátili jeden z řetězců, zatímco druhý ponecháme stejný, vodíkové vazby jsou stále možné"

Diagram v otázce je dvourozměrný; DNA je trojrozměrný. K této otázce můžete přistupovat pouze zvážením trojrozměrné struktury DNA.

Jak by to tedy někdo udělal? Je třeba zvážit volnou energii alternativních struktur v příslušném prostředí, aby bylo možné určit, která nastane (tj. Být termodynamicky stabilnější).

  1. To vám řekne, zda jednotlivá vlákna DNA s paralelními sekvencemi vytvoří dvouvláknovou (ds) strukturu nebo ne.

  2. To vám řekne, zda je ds-paralelní DNA více či méně energeticky stabilní než ds-antiparallel DNA. I když tedy oba mohou tvořit (o čemž pochybuji, bez zvláštních okolností*), nižší termodynamická volná energie antiparalelní dsDNA by dala organizmům, které ji přijaly, evoluční výhodu.

A odpověď na otázku?

Zdá se nepravděpodobné, že by za to mohl jeden jediný faktor, nebo by to bylo zdůrazněno v základních učebnicích, jako je Berg a kol..

Odpověď by vyžadovala úplnou teoretickou analýzu struktury nebo struktur. Nejprve by bylo nutné postavit model navrhované paralelní struktury, který by pojal páry základen Watson-Crick. To je samo o sobě problém, protože pravděpodobně existuje mnoho alternativních struktur. Možná existují počítačové programy, které dokážou najít strukturu s nejnižší energií. To by bylo vypočteno klasickým způsobem, spočítáním kladného příspěvku vodíkových vazeb (které závisí na vzdálenosti a úhlu), iontové interakce atd.* Proti negativnímu příspěvku náboje a sterických odpuzování.

*Atd? Dvourozměrný diagram nezohledňuje příspěvek stohování bází (jak by mohl?), Který do značné míry přispívá ke stabilitě šroubovic nukleových kyselin, jako původní návrh obalu Stryerova Biochemie je neustálá připomínka:


DNA neuvidíte, pokud se pořádně nepodíváte

Nejsem naštvaný, ale nová analýza struktury DNA pomocí elektronové mikroskopie mě včera přivedla na kříž. Nebyla to chyba zúčastněných vědců, ale nedbalostní způsob, jakým byl výsledek hlášen, dostal moji vědeckou kozu.

Struktura DNA byla poprvé určena téměř před 60 lety Watsonovou a Crickovou slavnou analýzou rozptylových vzorů zaznamenaných Maurice Wilkinsem a Rosalind Franklinovou, když vystřelovali paprsky rentgenových paprsků na úzká vlákna materiálu. Tento výsledek jsme měli dlouho upřesňovat a zpracovávat, a tak mě překvapilo, že jsem v internetových souhrnech nového nálezu narazil na tolik nepřesných informací, o nichž v časopise Nano Letters informovala italská skupina vedená Enzo di Fabrizio.

Web io9.com obsahoval titulek Georga Dvorského „Vědci poprvé zachytili obrázek dvojité šroubovice DNA“. Ne, neměli. Doprovodný článek proložil skutečnost fantazií a nakonec dospěl k závěru, že nová zobrazovací technika nám umožní vidět, „jak interaguje s proteiny a RNA“. Ne, nebude.

Vysvětlím proč za minutu, ale nejprve se podívejme na pokrytí stejného papíru New Scientist. Byl to měřenější a přesnější popis nového výsledku, ale skladba začala špatně. Článek Rolanda Peaseho tvrdil, že „elektronový mikroskop zachytil slavnou dvojšroubovici Watson-Crick v celé své kráse“. Ale očividně ne. Doprovodný obrázek byl nejasný a nevykazoval dvojitou šroubovici, která by se podobala té, kterou popsali Watson a Crick.

Mikrofotografie modelu a elektronu DNA vlákna (publikováno v Nano Letters)

Pease na to navázal stejným nepodloženým tvrzením, že nová metoda umožní vědcům zjistit, jak ostatní biomolekuly interagují s DNA. Nejsem si jistý, odkud toto tvrzení pochází, protože není v novinách. Možná vadná tisková zpráva?

Nakonec Alex Wild blogoval o článku ve Scientific American. Jeho příspěvek s riskantním názvem „Jak vlastně vypadá DNA“ tvrdil, že papír referuje o „vůbec prvním mikroskopickém obrazu izolované molekuly DNA“. Pokud by vzal nanotrouble k zadání „elektronové mikrografické DNA“ do vyhledávání Google, viděl by, že existuje spousta dřívějších mikroskopických snímků DNA. Kdyby se pozorněji podíval na abstrakt papíru - v tomto případě užitečně ilustrovaný (viz výše) - viděl by, že vzorek je ve skutečnosti svazek molekul DNA, nikoli izolovaný. Sheesh.

Proč z toho dělat povyk? Dobře, zčásti proto, že ke zkoumání struktur zajímavých biologických molekul ve svém výzkumu používám spíše rentgenovou krystalografii než elektronovou mikroskopii a přehnané tvrzení, která jménem elektronové mikroskopie autoři vědy psali, byla nepříjemná. My vědci jsme teritoriální partička, víte.

Neměl bych se tak rozpracovávat, protože problém je z velké části způsoben svůdnou silou obrazu, nad čím jsem si předtím lámal hlavu. Všichni tři autoři se zaměřili na skutečnost, že nový článek uvádí obrázek, který můžete vidět v kontrastu, přestože rentgenová metoda poskytuje mnohem vyšší úroveň detailů, její výsledky jsou vytvářeny nepřímo prostřednictvím matematické analýzy způsobu, jakým molekuly rozptylují rentgenový paprsek. Dvorsky, Pease a Wild možná plně nepochopili, že nepřímost rentgenové krystalografie v žádném případě nesnižuje kvalitu získaných informací-přiznávám, že to není něco, co bych očekával od odborníků-ale půvab obrazu se přesto zdá aby otupili jejich vizi. Znepokojilo mě, že navzdory tomu, že jim byl naservírován obrázek, se na to nedívali pořádně a to dovolilo vkrádat se chyby.

Co je ve skutečnosti novinkou, je, že autoři byli schopni převzít a vysoký kontrast snímek vlákna DNA (tvořeného svazkem dvojitých šroubovic DNA) pomocí elektronové mikroskopie. Udělali to tak, že vysušili kapku DNA rozpuštěnou ve vodě na vrstvě křemíku, která byla mikro-vyrobena tak, aby měla na svém povrchu řadu malých pilířů. Jak se voda vypařovala, mezi pilíři zůstaly natažené prameny DNA. Protože jsou pozastaveni výše křemíkové báze, bylo možné získat dobrý obraz o vláknech DNA (horší kontrast získáte, pokud DNA leží na pevném povrchu). Hezkým dojmem autoři poznamenávají, že jejich příprava vzorků je podobná metodě, kterou používal Wilkins, ale dostali vlákna, která byla asi tisíckrát jemnější, než byl schopen dosáhnout.

A co vidí? Na obrázku je určitě nějaká jemná struktura. Existují opakující se rysy velikosti očekávané pro šroubovicovou strukturu v DNA. Italským vědcům ale bylo jasné a každému, kdo se díval na obrázek v jejich online abstraktu, mělo být jasné, že na obrázku není jediná molekula DNA, ale jejich svazek. Di Fabrizio a kolegové modelovali strukturu jako svazek sedmi paralelních dvojitých šroubovic DNA, protože to generovalo strukturu se stejnou tloušťkou jako zobrazované vlákno.

Je však jejich model správný? Když se podíváte na vložený detail na obrázku, vidíte, že prohlubně na spodní straně jsou mnohem hlubší než na modelu DNA (střední panel). Možná je to artefakt způsobu, jakým elektronové mikroskopy vytvářejí obrázky. Nevím, protože nejsem odborník a autoři nesoulad nekomentují.

Sbalená povaha vzorků DNA připravených pro tyto experimenty také pomáhá vysvětlit, proč bude mikroskopická technika nevhodná pro analýzu interakcí proteinových molekul s DNA, na rozdíl od tvrzení Dvorského a Pease. Svazky DNA se přirozeně nevyskytují v živých buňkách, když je s DNA manipulováno proteiny-aby byly zkopírovány nebo použity k vytvoření instrukcí pro buněčné procesy-dvojšroubovice musí být oceněna odděleně do samostatných vláken, aby bylo možné přečíst genetický kód. Pravděpodobně nebudeme schopni tyto procesy prozkoumat pomocí vzorků složených z těsně zabalených svazků dvojitých šroubovic DNA.

I kdyby bylo možné izolovat a zobrazovat jedno vlákno DNA elektronovou mikroskopií, skutečnost, že metoda závisí na velkém vysušení vzorku, ji činí nevhodnou pro analýzu jakýchkoli vázaných proteinů, protože tyto molekuly kriticky závisí na správném fungování ponořením do vody.

To vše vám říká, že Příroda je svině, která ráda vědcům ztěžuje život. Fair play pro Italy, kteří zdokonalili techniky přípravy vláken DNA na novou úroveň, ale teprve se uvidí, zda jejich technika odhalí nějakou zajímavou novou biologii. Zatím bych na to nesázel. Vědci mají více práce, stejně jako spisovatelé věd.

Aktualizace 7-12-2012 09:30- Čtenáře může zajímat, že v reakci na tento článek George Dvorsky na io9.com a Alex Wild ve Scientific American Blogs aktualizovali své články o upřesnění a opravy, zatímco Roland Pease mi laskavě napsal, aby vysvětlil svůj postoj k článku (viz komentář níže).


3. Guanine Quadruplexy

4.1. A-forma RNA a DNA

19 ° proti ose šroubovice, protikonformace pro všechny úhly zkroucení glykosylu a C3’ -endo cukrový puk všech nukleosidů. Kombinace těchto parametrů dodává šroubovici mohutný vzhled o průměru

23 Å, hluboká a úzká hlavní drážka a mělká vedlejší drážka. Díky hluboké hlavní drážce jsou páry základen odtlačeny od šroubovice a při pohledu dolů na svou osu se šroubovice jeví jako dutá. Šroubovice A-RNA s 12 páry bází za kolo (121 symetrie) byly také modelovány na základě údajů o difrakci vláken [42].

4.2. B-forma DNA

20 Å a stejně hluboké drážky, kde hlavní drážka je širší než vedlejší drážka. Osa šroubovice prochází přímo dvojicemi bází, což umožňuje odečtení spirálové periodicity počítáním paprsků (glykosylových vazeb) spojujících páry bází s páteří cukr-fosfát.

4.3. B-jako formy DNA

4.4. Z-forma DNA

–9 ° proti ose šroubovice. Charakteristickým rysem Z -DNA je synkonformace všech purinových nukleosidů a obvyklá antikonformace pyrimidinů. Puriny mají C3’-endo cukrový pucker, zatímco pyrimidiny mají C2’-endo pucker v Z-DNA. Kombinace opakování hromádky dinukleotidů se střídáním syn-anti podél každého vlákna odpovídá vrásčitému vzhledu kostry cukr-fosfát v Z-DNA, která se výrazně liší od hladké trajektorie pozorované u A- a B-šroubovic. K vytvoření antiparalelní dvojité šroubovice je nutná speciální páteřní konformace, ačkoli nukleosidy spárované s WC mají na svých purinech syn a anti glykosylové vazby, v daném pořadí. Helix Z-DNA vypadá neobvykle štíhlý o průměru

18 Å, mělká hlavní drážka a hluboká vedlejší drážka. Kvůli hluboké drobné drážce jsou páry základen přemístěny z osy šroubovice a šroubovice odhaluje při pohledu podél své osy malý centrální otvor.


Strukturální srovnání

Nyní se podívejme na druhy struktury přijaté třemi hlavními makromolekulami, DNA, RNA a proteiny. DNA převážně přijímá klasickou strukturu ds-BDNA, ačkoli tato struktura je navinuta kolem nukleosomů a v buňkách je "quotsupercoiled", protože musí být zabalena do jádra. Tato rozšířená šroubovicová forma vzniká částečně z výrazných elektrostatických odpuzování dvou vláken tohoto polyaniontu (dokonce i za přítomnosti protionů). Vzhledem k jeho vysoké hustotě náboje není překvapující, že je komplexován s pozitivními proteiny a nepřijímá složité terciární struktury. Na druhé straně RNA nemůže vytvářet dlouhé dvouvláknové šroubovice typu B (kvůli sterickým omezením 2'OH a výsledného 3'endo ribózového puckeru). Může spíše přijímat složité terciární konformace (byť s výraznou vazbou protiiontů ke stabilizaci struktury) a přitom může vytvářet oblasti sekundární struktury (ds-A RNA) ve formě kmenových/vlásenkových forem. Proteiny s jejich kombinací polárních nabitých, polárních nenabitých a nepolárních postranních řetězců mají malou elektrostatickou překážku při přijímání sekundárních a terciárních struktur. Že RNA a proteiny mohou přijímat terciární struktury s potenciálními vazebnými a katalytickými místy, z nich činí ideální katalyzátory pro chemické reakce. RNA, vzhledem ke svému 4 nukleotidovému motivu, může zjevně nést také genetickou informaci, což z ní činí ideálního kandidáta na první vyvinuté makromolekuly umožňující rozvoj života. Proteiny s velkým množstvím organických funkcí by nakonec nahradily RNA jako lepší volbu pro katalyzátor života. DNA by se svou větší stabilitou nahradila RNA jako volbu hlavního nositele genetické informace.


Reference

Nikolova, E. N. a kol. Příroda 470, 498–502 (2011).

Parker, S. C. J., Hansen, L., Abaan, H. O., Tullius, T. D. & amp Margulies, E. H. Věda 324, 389–392 (2009).

Rohs, R. a kol. Příroda 461, 1248–1253 (2009).

Watson, J. D. & amp Crick, F. H. C. Příroda 171, 737–738 (1953).

Hoogsteen, K. Acta Crystallogr. 16, 907–916 (1963).

Palmer, A. G. & amp. Massi, F. Chem. Rev. 106, 1700–1719 (2006).

Aishima, J. a kol. Nucleic Acids Res. 30, 5244–5252 (2002).

Nair, D. T., Johnson, R. E., Prakash, S., Prakash, L. & amp Aggarwal, A. K. Příroda 430, 377–380 (2004).

Kitayner, M. a kol. Přírodní struktura. Mol. Biol. 17, 423–429 (2010).

Rohs, R. a kol. Annu. Rev. Biochem. 79, 233–269 (2010).

Chen, Y., Dey, R. & amp Chen, L. Struktura 18, 246–256 (2010).


Byla objevena chemická struktura DNA

28. února 1953 vědci z Cambridgeské univerzity James D. Watson a Francis H.C. Crick oznámil, že určili strukturu DNA s dvojitou šroubovicí, molekuly obsahující lidské geny. Molekulárním biologům výrazně pomohla práce další badatelky DNA Rosalind Franklinové, přestože ona v oznámení není zahrnuta, ani za něj nesdílela následnou Nobelovu cenu.

Ačkoli DNA — short pro deoxyribonukleovou kyselinu — byla objevena v roce 1869, její klíčová role při určování genetické dědičnosti byla prokázána až v roce 1943. Na počátku 50. let minulého století byli Watson a Crick pouze dvěma z mnoha vědců pracujících na zjišťování struktury DNA. Kalifornský chemik Linus Pauling navrhl na začátku roku 1953 nesprávný model, což přimělo Watsona a Cricka, aby se pokusili porazit Paulinga v jeho vlastní hře.  

Ráno 28. února určili, že struktura DNA je polymer s dvojitou šroubovicí nebo spirála dvou řetězců DNA, z nichž každý obsahuje dlouhý řetězec monomerních nukleotidů, navinutých kolem sebe. Podle jejich zjištění se DNA replikovala separací na jednotlivá vlákna, z nichž se každé stalo předlohou pro novou dvojitou šroubovici. Ve své nejprodávanější knize Dvojitá šroubovice (1968), Watson později tvrdil, že Crick ohlásil objev tím, že vstoupil do nedaleké Eagle Pub a rozplýval se, že “we našel tajemství života. ” Pravda nebyla tak daleko, jak měli Watson a Crick vyřešil základní tajemství vědy – jak bylo možné, aby byly genetické instrukce drženy uvnitř organismů a předávány z generace na generaci.

Řešení Watson and Crick ’s bylo formálně oznámeno 25. dubna 1953 po jeho vydání v daném měsíci vydání Příroda časopis. Článek přinesl revoluci ve studiu biologie a medicíny. Mezi vývoj, který z toho přímo plynul, patřil prenatální screening na geny chorob geneticky modifikovaných potravin, schopnost identifikovat člověka zůstává racionálním návrhem léčby nemocí, jako je AIDS, a přesným testováním fyzických důkazů s cílem usvědčit nebo osvobodit zločince.

Crick a Watson později propadli knize Watsona, což Crickovi připadalo jako zkreslení jejich spolupráce a zradilo jejich přátelství.  

Větší kontroverze vyvstala kvůli používání Watsona a Cricka z práce vykonané jiným výzkumníkem DNA Rosalind Franklinovou. Kolega Maurice Wilkins ukázal Watsonovi a Cricku Franklinovi rentgenové fotografické dílo Watsonovi těsně předtím, než s Crickem učinili slavný objev. Snímky   prokázaly, že molekula DNA   existuje v šroubovicové konformaci.   Když Crick a Watson získali v roce 1962 Nobelovu cenu, podělili se o to s Wilkinsem. Franklin, který zemřel v roce 1958 na rakovinu vaječníků, a proto nebyl způsobilý pro udělení ceny, se nikdy nedozvěděl o roli, kterou její fotografie hrály v historickém vědeckém průlomu.


Paralelní dvojité šroubovice DNA s párováním bází Watson-Crick: Proč k nim nedochází? - Biologie

přetištěno se svolením od Příroda časopis

Struktura nukleové kyseliny deoxyribózy
J. D. Watson a F. H. C. Crick (1)

25. dubna 1953 (2), Příroda (3) , 171, 737-738

Chceme navrhnout strukturu soli deoxyribózové nukleové kyseliny (D.N.A.). Tato struktura má nové rysy, které mají značný biologický význam.

Struktura nukleové kyseliny již byla navržena Pauling (4) a Corey 1. Svůj rukopis nám laskavě dali k dispozici před zveřejněním. Jejich model se skládá ze tří propletených řetězců s fosfáty poblíž osy vláken a základen na vnější straně. Podle našeho názoru je tato struktura nevyhovující ze dvou důvodů:

(1) Věříme, že materiál, který poskytuje rentgenové diagramy, je sůl, nikoli volná kyselina. Bez kyselých atomů vodíku není jasné, jaké síly by držely strukturu pohromadě, zejména proto, že se záporně nabité fosfáty poblíž osy navzájem odpuzují.

(2) Některé z van der Waalsových vzdáleností se zdají být příliš malé.

Další třířetězcovou strukturu navrhl také Fraser (v tisku). V jeho modelu jsou fosfáty na vnější straně a báze uvnitř, spojené dohromady vodíkovými vazbami. Tato struktura, jak je popsána, je poměrně špatně definována, a proto ji nebudeme komentovat.

Chceme předložit a radikálně odlišná struktura soli deoxyribózové nukleové kyseliny (5) . Tato struktura má dva šroubovicové řetězce, každý navinutý kolem stejné osy (viz diagram). Provedli jsme obvyklé chemické předpoklady, a sice, že každý řetězec se skládá ze skupin diesteru fosfátu spojujících zbytky beta-D-deoxyribofuranosy se 3 ', 5' vazbami. Tyto dva řetězce (ale ne jejich báze) jsou spojeny dyadou kolmou na osu vlákna. Oba řetězce sledují pravotočivé šroubovice, ale díky dyadě sekvence atomů v dva řetězy běží v opačných směrech (6) . Každý řetěz volně připomíná Furbergova 2 model č. 1 (7) to znamená, že báze jsou na vnitřní straně šroubovice a fosfáty na vnější straně. Konfigurace cukru a atomů v jeho blízkosti se blíží Furbergově „standardní konfiguraci“, přičemž cukr je zhruba kolmý na připojenou základnu. Na každém je 3,4 A. v z-směr. Předpokládali jsme úhel 36 ° mezi sousedními zbytky ve stejném řetězci, takže se struktura opakuje po 10 zbytcích na každém řetězci, tj. Po 34 A. Vzdálenost atomu fosforu od osy vlákna je 10 A. Protože fosfáty jsou na vnější straně, kationty k nim mají snadný přístup.

Obrázek 1
Tento obrázek je čistě schematický (8) . Dvě stužky symbolizují dva řetězce fosfát-cukr a horizontální tyče tvoří páry základen, které drží řetězy pohromadě. Svislá čára označuje osu vlákna.

Struktura je otevřená a její obsah vody je poměrně vysoký. Při nižším obsahu vody bychom očekávali naklonění základen, aby se struktura mohla stát kompaktnější.

Novým rysem struktury je způsob, jakým jsou dva řetězce drženy pohromadě purinovou a pyrimidinovou bází. Roviny základen jsou kolmé na osu vlákna. Jsou spojeny dohromady v párech, přičemž jedna báze z jednoho řetězce je hydrodenově spojena s jedinou základnou z druhého řetězce, takže oba leží vedle sebe se stejnými z-souřadnice. Aby došlo ke spojení, jeden z páru musí být purin a druhý pyrimidin. Vodíkové vazby jsou vytvořeny následovně: purinová poloha 1 až pyrimidinová poloha 1 purinová poloha 6 až pyrimidinová poloha 6.

Pokud se předpokládá, že se báze vyskytují ve struktuře pouze v nejpravděpodobnějších tautomerních formách (tj. S konfiguracemi keto spíše než enol), zjistilo se, že se k sobě mohou vázat pouze specifické páry bází. Jedná se o tyto páry: adenin (purin) s thyminem (pyrimidin) a guanin (purin) s cytosinem (pyrimidin) (9) .

Jinými slovy, pokud adenin tvoří jeden člen páru na kterémkoli řetězci, pak za těchto předpokladů musí být druhý člen thymin podobně pro guanin a cytosin. Sekvence bází na jednom řetězci se nezdá být nijak omezena. Pokud však lze vytvořit pouze specifické páry bází, vyplývá z toho, že pokud je dána posloupnost bází na jednom řetězci, pak je automaticky určena sekvence na druhém řetězci.

Bylo zjištěno experimentálně 3,4 že poměr množství adeninu k tyminu a poměr guaninu k cytosinu jsou vždy velmi blízké jednotě deoxyribózové nukleové kyseliny.

Postavit tuto strukturu pomocí ribózového cukru místo deoxyribózy je pravděpodobně nemožné, protože další atom kyslíku by vytvořil příliš těsný van der Waalsův kontakt.

Dříve publikovaná rentgenová data 5,6 o nukleové kyselině deoxyribózy nepostačují pro přísný test naší struktury. Pokud můžeme říci, je zhruba kompatibilní s experimentálními daty, ale musí být považováno za neprokázané, dokud nebude zkontrolováno podle přesnějších výsledků. Některé z nich jsou uvedeny v následujících sděleních (10) . Byli jsme když jsme při navrhování naší struktury nevěděli podrobnosti o zde uvedených výsledcích (11) , který spočívá hlavně, i když ne zcela na publikovaných experimentálních datech a stereochemických argumentech.

Neuniklo to našemu upozornění (12) že specifické párování, které jsme postulovali, okamžitě naznačuje možný kopírovací mechanismus pro genetický materiál.

Úplné podrobnosti o struktuře, včetně podmínek předpokládaných při jejím budování, spolu se sadou souřadnic atomů, bude zveřejněno jinde (13) .

Dr. Jerrymu Donohueovi jsme velmi vděční za neustálé rady a kritiku, zejména na meziatomové vzdálenosti. Byli jsme také stimulováni znalostí obecné povahy nepublikovaných experimentálních výsledků a myšlenek Dr. M. H. F. Wilkinse, Dr. R. E. Franklina a jejich spolupracovníků na King ’s College v Londýně. Jednomu z nás (J. D. W.) pomohlo stipendium Národní nadace pro dětskou obrnu.


1 Pauling, L. a Corey, R. B., Příroda, 171, 346 (1953) Proč. U.S. Nat. Akadem. Sci., 39, 84 (1953).
2 Furberg, S., Acta Chem. Skand., 6, 634 (1952).
3 Chargaff, E., odkazy viz Zamenhof, S., Brawerman, G. a Chargaff, E., Biochim. et Biophys. Acta, 9, 402 (1952).
4 Wyatt, G. R., J. Gen.Physiol., 36, 201 (1952).
5 Astbury, W. T., Symp. Soc. Exp. Biol. 1, Nucleic Acid, 66 (Camb. Univ. Press, 1947).
6 Wilkins, M. H. F. a Randall, J. T., Biochim. et Biophys. Acta, 10, 192 (1953).

Anotace
(1)
Není žádným překvapením, že James D. Watson a Francis HC Crick hovořili o nalezení struktury DNA během několika minut od jejich prvního setkání v Cavendish Laboratory v Cambridgi v Anglii v roce 1951. Watson, 23letý genetik, a Crick, 35letý bývalý fyzik studující proteinovou strukturu pro doktorát z biofyziky, považoval architekturu DNA a#8217 za největší otázku biologie. Znalost struktury této molekuly by byla klíčem k pochopení kopírování genetické informace. Na druhé straně by to vedlo k hledání léků na lidské nemoci.

Watson a Crick si byli vědomi těchto hlubokých důsledků a byli posedlí tímto problémem - a možná více než kdokoli jiný vědci byli odhodláni najít odpověď jako první. Jejich soutěživý duch je hnal do práce rychle a nepochybně jim to pomohlo uspět v jejich hledání.

Watson a Crick a jejich vztah#8217s je také přivedli k rychlému nahlédnutí. Neustále diskutovali o problému a odráželi si navzájem myšlenky. To bylo obzvláště užitečné, protože každý byl inspirován jinými důkazy. Když například vizuálně citlivý Watson viděl na rentgenové fotografii DNA křížový vzor skvrn, věděl, že DNA musí být dvojitá šroubovice. Z údajů o symetrii krystalů DNA Crick, odborník na krystalovou strukturu, viděl, že dva řetězce DNA ’ běží v opačných směrech.

Od průkopnického objevu dvojité šroubovice v roce 1953 používá Watson stejný rychlý a konkurenceschopný přístup k pohonu revoluce v molekulární biologii. Jako profesor na Harvardu v 50. a 60. letech minulého století a jako bývalý ředitel a současný prezident laboratoře Cold Spring Harbor Laboratory neúnavně budoval intelektuální arény —skupiny vědců a laboratoří —, aby aplikoval znalosti získané z objevu dvojité šroubovice na syntézu bílkovin, genetický kód a další oblasti biologického výzkumu. Neúprosným tlačením těchto polí vpřed také rozšířil názor mezi biology, že řešení hlavních zdravotních problémů vyžaduje výzkum na nejzákladnější úrovni života.

(2) V toto datum, Příroda publikoval článek, který čtete.

Podle historika vědy Victora McElhenyho z Massachusettského technologického institutu bylo toto datum zlomovým bodem v dlouhodobém boji mezi dvěma tábory biologie, vitalismu a redukcionismu. Zatímco vitalisté studovali celé organismy a považovali genetiku za příliš složitou na to, aby ji plně pochopili, redukcionisté považovali dešifrování základních životních procesů za zcela možné — a kritické pro léčení lidských chorob. Objev struktury DNA s dvojitou šroubovicí DNA byl hlavní ranou pro vitalistický přístup a dal impuls redukcionistickému oboru molekulární biologie.

Historici se diví, jak načasování závodu DNA ovlivnilo jeho výsledek. Věda se po letech odklonění do válečného úsilí dokázala více zaměřit na problémy, jako jsou ty, které ovlivňují lidské zdraví. Přesto ve Spojených státech hrozilo omezení volné výměny názorů. Někteří si myslí, že by americký badatel Linus Pauling porazil Watsona a Cricka, kdyby Paulingovu schopnost cestovat v roce 1952 nebránil příliš horlivý výbor House Un-American Activities.

(3) Příroda (založena v roce 1869) — — a stovky dalších vědeckých časopisů — pomáhají posouvat vědu kupředu tím, že poskytují výzkumným pracovníkům místo k publikování a diskusi o zjištěních. Časopisy dnes také ověřují kvalitu tohoto výzkumu prostřednictvím přísného hodnocení nazývaného peer review. Obecně nejméně dva vědci, vybraní redakcí časopisu, hodnotí kvalitu a originalitu každého článku a doporučují, zda by měl být publikován.

Publikování vědy byla jiná hra, když Watson a Crick předložili tento dokument Příroda. Bez většiny formálních recenzních řízení ve většině časopisů redaktoři obvykle dospěli k vlastním rozhodnutím o příspěvcích a neformálně hledali rady pouze tehdy, když nebyli obeznámeni s předmětem.

(4) Snaha objevit strukturu DNA byla rasa mezi několika hráči. Byli to světově proslulý chemik Linus Pauling z Kalifornského technologického institutu a rentgenoví krystalografové Maurice Wilkins a Rosalind Franklin z King ’s College London, kromě Watsona a Cricka z Cavendish Laboratory, Cambridge University.

Konkurenční šťávy tekly dobře, než byl sprint DNA na plné obrátky. V roce 1951 Pauling těsně porazil vědce z Cavendish Lab, špičkového centra pro zkoumání struktury proteinů, a zjistil, že některé proteiny jsou šroubovicové. Porážka bodla. Když Pauling zaslal na začátku roku 1953 článek, který měl zveřejnit třívláknovou strukturu DNA, vedoucí Cavendishu dal Watsonovi a Crickovi povolení pracovat na plný úvazek na struktuře DNA. Cavendish se nechystal dvakrát prohrát s Paulingem.

Paulingovou navrhovanou strukturou DNA byla třívláknová šroubovice se základnami obrácenými ven. Zatímco model byl špatný, Watson a Crick si byli jisti, že se Pauling brzy dozví o své chybě, a odhadli, že ho šest týdnů dělila správná odpověď. Watson a Crick byli elektrizováni naléhavostí — a vyhlídkou na porážku vědecké superhvězdy —.

Pauling byl zmařen ve svých pokusech vidět rentgenové fotografie DNA z King's College —cruciální důkazy, které inspirovaly Watsonovu vizi dvojité šroubovice — a musel se spokojit s nižšími staršími fotografiemi. V roce 1952 Wilkins a vedoucí královské laboratoře zamítli Paulingovu žádost o prohlížení jejich fotografií. Pauling plánoval účast na vědeckém setkání v Londýně, kde by s největší pravděpodobností osobně obnovil svou žádost, ale výbor pro neamerické aktivity domu Spojených států zastavil Paulingovu cestu s odvoláním na jeho protiválečný aktivismus. Bylo tedy vhodné, že Pauling, který získal Nobelovu cenu za chemii v roce 1954, získal také Nobelovu cenu míru v roce 1962, ve stejném roce získali Watson a Crick Nobelovu cenu za objev dvojité šroubovice.

(5) Here, the young scientists Watson and Crick call their model “radically different” to strongly set it apart from the model proposed by science powerhouse Linus Pauling. This claim was justified. While Pauling’s model was a triple helix with the bases sticking out, the Watson-Crick model was a double helix with the bases pointing in and forming pairs of adenine (A) with thymine (T), and cytosine (C) with guanine (G).

(6) This central description of the double helix model still stands today—a monumental feat considering that the vast majority of research findings are either rejected or changed over time.

According to science historian Victor McElheny of the Massachusetts Institute of Technology, the staying power of the double helix theory puts it in a class with Newton’s laws of motion. Just as Newtonian physics has survived centuries of scientific scrutiny to become the foundation for today’s space programs, the double helix model has provided the bedrock for several research fields since 1953, including the biochemistry of DNA replication, the cracking of the genetic code, genetic engineering, and the sequencing of the human genome.

(7) Norwegian scientist Sven Furberg’s DNA model—which correctly put the bases on the inside of a helix—was one of many ideas about DNA that helped Watson and Crick to infer the molecule’s structure. To some extent, they were synthesizers of these ideas. Doing little laboratory work, they gathered clues and advice from other experts to find the answer. Watson and Crick’s extraordinary scientific preparation, passion, and collaboration made them uniquely capable of this synthesis.

(8) A visual representation of Watson and Crick’s model was crucial to show how the components of DNA fit together in a double helix. In 1953, Crick’s wife, Odile, drew the diagram used to represent DNA in this paper. Scientists use many different kinds of visual representations of DNA.

(9) The last hurdle for Watson and Crick was to figure out how DNA’s four bases paired without distorting the helix. To visualize the answer, Watson built cardboard cutouts of the bases. Early one morning, as Watson moved the cutouts around on a tabletop, he found that only one combination of base molecules made a DNA structure without bulges or strains. As Crick put it in his book What Mad Pursuit, Watson solved the puzzle “not by logic but serendipity.” Watson and Crick picked up this model-building approach from eminent chemist Linus Pauling, who had successfully used it to discover that some proteins have a helical structure.

(10) Alongside the Watson-Crick paper in the April 25, 1953, issue of Příroda were separately published papers by scientists Maurice Wilkins and Rosalind Franklin of King’s College, who worked independently of each other. The Wilkins and Franklin papers described the X-ray crystallography evidence that helped Watson and Crick devise their structure. The authors of the three papers, their lab chiefs, and the editors of Příroda agreed that all three would be published in the same issue.

The “following communications” that our authors are referring to are the papers by Franklin and Wilkins, published on the journal pages immediately after Watson and Crick’s paper. They (and other papers) can be downloaded as PDF files (Adobe Acrobat required) from Nature’s 50 Years of DNA website (http://www.nature.com/nature/dna50/archive.html).

Here are the direct links:

Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate
Franklin, R., and Gosling, R. G.
Příroda 171, 740-741 (1953)
URL: http://www.nature.com/nature/dna50/franklingosling.pdf

Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids
Wilkins, M. H. F., Stokes, A. R., & Wilson, H. R.
Příroda 171, 738-740 (1953)
URL: http://www.nature.com/nature/dna50/wilkins.pdf

(11) This sentence marks what many consider to be an inexcusable failure to give proper credit to Rosalind Franklin, a King’s College scientist. Watson and Crick are saying here that they “were not aware of” Franklin’s unpublished data, yet Watson later admits in his book Dvojitá šroubovice that these data were critical in solving the problem. Watson and Crick knew these data would be published in the same April 25 issue of Nature, but they did not formally acknowledge her in their paper.

What exactly were these data, and how did Watson and Crick gain access to them? While they were busy building their models, Franklin was at work on the DNA puzzle using X-ray crystallography, which involved taking X-ray photographs of DNA samples to infer their structure. By late February 1953, her analysis of these photos brought her close to the correct DNA model.

But Franklin was frustrated with an inhospitable environment at King’s, one that pitted her against her colleagues. And in an institution that barred women from the dining room and other social venues, she was denied access to the informal discourse that is essential to any scientist’s work. Seeing no chance for a tolerable professional life at King’s, Franklin decided to take another job. As she was preparing to leave, she turned her X-ray photographs over to her colleague Maurice Wilkins (a longtime friend of Crick).

Then, in perhaps the most pivotal moment in the search for DNA’s structure, Wilkins showed Watson one of Franklin’s photographs without Franklin’s permission. As Watson recalled, “The instant I saw the picture my mouth fell open and my pulse began to race.” To Watson, the cross-shaped pattern of spots in the photo meant that DNA had to be a double helix.

Was it unethical for Wilkins to reveal the photographs? Should Watson and Crick have recognized Franklin for her contribution to this paper? Why didn’t they? Would Watson and Crick have been able to make their discovery without Franklin’s data? For decades, scientists and historians have wrestled over these issues.

To read more about Rosalind Franklin and her history with Wilkins, Watson, and Crick, see the following:

“Light on a Dark Lady” by Anne Piper, a lifelong friend of Franklin’s
URL: http://www.physics.ucla.edu/

A review of Brenda Maddox’s recent book, Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA v Opatrovník (UK)
URL: http://books.guardian.co.uk/whitbread2002/story/0,12605,842764,00.html

(12) This phrase and the sentence it begins may be one of the biggest understatements in biology. Watson and Crick realized at the time that their work had important scientific implications beyond a “pretty structure.” In this statement, the authors are saying that the base pairing in DNA (adenine links to thymine and guanine to cytosine) provides the mechanism by which genetic information carried in the double helix can be precisely copied. Knowledge of this copying mechanism started a scientific revolution that would lead to, among other advances in molecular biology, the ability to manipulate DNA for genetic engineering and medical research, and to decode the human genome, along with those of the mouse, yeast, fruit fly, and other research organisms.

(13) This paper is short because it was intended only to announce Watson and Crick’s discovery, and because they were in a competitive situation. In January 1954, they published the “full details” of their work in a longer paper (in Proceedings of the Royal Society). This “expound later” approach was usual in science in the 1950s as it continues to be. In fact, Rosalind Franklin did the same thing, supplementing her short April 25 paper with two longer articles.

Today, scientists publish their results in a variety of formats. They also present their work at conferences. Watson reported his and Crick’s results at the prestigious annual symposium at Cold Spring Harbor Laboratory in June 1953. As part of our recognition of the fiftieth anniversary of the double helix discovery, we will join scientists at Cold Spring Harbor as they present their papers at the “Biology of DNA” conference.


Watson and crick were wrong. dna is wrong. biology is wrong. we’re all wrong!

Even if they discount all in vitro work, there is plenty of in vivo data that only supports Watson/Crick pairing. For example, literally any paired-end deep sequencing experiment using cellular DNA shows us that each sequenced strand is paired with a reverse complement, so the pairing rules must be the same in vivo. Furthermore, high-resolution immunoprecipitation experiments that look at proteins bound to chromatin show the expected

10 bp twist of Watson/Crick paired B-DNA.

Not to mention the energetics: typical Watson/Crick base pairing is the most stable form under physiological conditions. They are basically asserting that some mystery force is preventing normal base pairing inside cells.

i keep laughing at the way they described artificially synthesized oligos as “certainly having utility.” i would hope so, they’re one of the greatest molecular biology innovations of our time

They must not have heard of FISH, siRNA, CRISPR Cas9 or dozens of tech that would not work if base pairing was different in vivo. And he “concedes” that Watson-Crick may only work in vitro method like PCR but not in vivo. If this were the case, almost none of the in vivo genetic manipulation we do would work because almost all of them contains a PCR step along the way.

R1: non watson and crick (aka non-canonical) base pairs do exist. wobble base pairs and hoogsteen base pairs are the first that come to mind. these have a biological role. this person is saying that when we observe DNA through high resolution structural biology methods, the base pairing is not true to what is occurring inside cells because we are synthesizing DNA to watson and crick’s “blueprint.” thus, watson and crick base pairing isn’t happening in vivo. this is false on many levels:

watson and crick did not invent the double helix, they discovered it

oligonucleotides that are synthesized by a machine are the same as oligonucleotides that are inside your cells, which is why we can use them for biology

watson and crick base pairing is observed during protein binding to dna, regardless of whether or not the oligonucleotide is from a cell or a machine. it’s also crucial to the function of many dna binding enzymes, such as the proofreading role of some dna polymerases, which “read” the hydrogen bonding between bases and remove incorrect pairs

this person’s theory goes against decades of knowledge and thousands of experiments, and they’ve been posting it in science related subreddits for the last year. it’s like a more intellectual version of flat earth lol

I also saw this spammed to several subreddits and considered posting this here. There's a mountain of badscience in some of the papers they've linked, much of it already debunked on biology and chemistry subreddits.

Ale. the tertiary structure of DNA was resolved way before PCR was invented.

cries in Rosalind Franklin

Watson is wrong about a lot of things though.

Kary Mullis could barely tie his own shoes without hanging himself but I'm not gonna boycott PCR because of it.

watson and crick were wrong. dna is. - archive.org, archive.today

My understanding is that this individual believes that the 4 nucleotide bases were formed in the process of dissecting/examining DNA.

If that were true, there would be many steps within DNA synthesis that would have these "missing" nucleotides.

There are certain experiments that involved identifying sections of DNA with large amount of the same nucleotide natively, which was then centrifuged from the rest of the cell.

Essentially, there is a lot of documented research in which scientists systematically identified DNA's structure as it occurs within the cell.

Someone seems to have got the wrong end of the stick. and seems a bit triggered that I might dare consider a differing view and present work that poses difficult questions. It certainly matters whether Crick and Watson’s reading of Photo 51 is correct.

C/W rushed to publish, having settled on an arbitrary set of base-pairings - when there were many other theoretical contenders - and that these just so happened to turn out correct and canonical. Hmm…

By the way I am not disputing "Chargaff's second parity rule".

Jerry Donohue picked up on Hoogsteen in his 1960 paper Base Pairing in DNA.

He also takes issue with the “indirect evidence” supporting Watson and Crick's base pairing - which include:

“observations on rates of enzymatic synthesis of DNA in vitro with different deoxynucleoside triphosphates”

“The experiments on rates of synthesis, originally available only in abstract form have now been described more fully (Bessman et al. 1958), and it is clear that the rates observed reflect a great many different factors. In the words of the authors "it is not feasible at this time to attribute different rates of incorporation of (the different) deoxynucleoside triphosphates to conditions controlled simply by the hydrogen-bonding characteristics of the base pairs" and "the specificity of the enzyme toward a given substrate must be considered, as well as the unexplored influence of the DNA primer. "”

Plenty more below to chew on. The science is far from settled.

Hoogsteen DNA base pairs (bps) are an alternative base pairing to canonical Watson–Crick bps and are thought to play important biochemical roles. Hoogsteen bps have been reported in a handful of X‐ray structures of protein–DNA complexes. However, there are several examples of Hoogsteen bps in crystal structures that form Watson–Crick bps when examined under solution conditions. Furthermore, Hoogsteen bps can sometimes be difficult to resolve in DNA:protein complexes by X‐ray crystallography due to ambiguous electron density and by solution‐state NMR spectroscopy due to size limitations. Here, using infrared spectroscopy, we report the first direct solution‐state observation of a Hoogsteen (G–C+) bp in a DNA:protein complex under solution conditions with specific application to DNA‐bound TATA‐box binding protein. These results support a previous assignment of a G–C+ Hoogsteen bp in the complex, and indicate that Hoogsteen bps do indeed exist under solution conditions in DNA:protein complexes.

The detection and characterization of Hoogsteen bps can pose unique challenges to existing structural characterization techniques. There are now several studies documenting difficulties in distinguishing Hoogsteen from Watson–Crick bps by X-ray crystallography particularly for low-to-medium resolution maps. For example, a crystal structure of the Y-family DNA polymerase iota revealing Hoogsteen pairing during replication [25,26] was challenged [27] on the grounds that the weak electron density for the active site A-T bp makes it difficult to resolve a Watson–Crick from a Hoogsteen geometry. There have been other studies documenting difficulties in resolving Hoogsteen versus Watson–Crick bps in X-ray structures of DNA homeodomain [17] and DNA p73 [20] complexes. Because of these ambiguities [17], it is conceivable that Hoogsteen bps may have been mismodeled as Watson–Crick in existing X-ray structures of DNA complexes. The characterization of Hoogsteen bps by X-ray crystallography can also be complicated by potential effects arising due to crystal packing forces. For example, several AT-rich sequences form DNA duplexes composed of Hoogsteen bps by X-ray crystallography [28–32] but predominantly form canonical duplexes composed of Watson–Crick bps when examined using solution NMR. While solution NMR can be used to unambiguously characterize Hoogsteen bps, size limitations hinder application to large protein:DNA complexes. There have also been documented difficulties [4,6,33] in detecting Hoogsteen bps by NMR due to severe line broadening of resonances arising either because a fractional population of Hoogsteen (> 20%) exchanges with the Watson–Crick form on the microsecond-to-millisecond timescale or due to enhanced solvent exchange. Such broadening contributions can lead to a blind spot for NMR-based detection, even in small systems. Both NMR and X-ray also require significant amounts of nucleic acid material, and data collection and analysis can be significantly time-consuming.

At present, we have a few oligonucleotide crystal structures where Hoogsteen base pairs have been unambiguously established in the presence of quinoxaline antibiotics, but no clear probe is available to test its existence in solution. In the other case, the H-form, we have a model that fits nicely with most but not all of the experimental data, and so the H-form DNA, and the presence of Hoogsteen base pairs, remains as a hypothetical conformation.

A novel technique 2s for studying changes in DNA structure of the cell has recently become available in brief,the use of chemical probes (OsO4) in studies in vivo. However, proper controls are essential in order to determine whether or not the presence of this chemical reagent dramatically changes the structure and functions of the living cell. This technique could be of interest for analysing whether the H-form DNA could exist in the cell nucleus, and its biological role. Moreover, it could be also used to study DNA-antibiotic interactions 'in situ'.

The realization that HG base pairing may provide an energetically viable route for key biological processes has fueled great interest in understanding the relative abundance of HG base pairs in diverse sequence and positional contexts, 38 as well as the molecular mechanism underlying the WC to HG switch. 39–42 A systematic survey of the DNA crystal structures deposited in the PDB database reveals that the repertoire of HG bonds is more extensive than previously thought, and the formation of HG base pairs can induce significant DNA bending.24

The possibility of different H-bond patterns for the A‚T pair (see Figure 1) has been known since the 1960s.22Accurate theoretical calculations23 showed that in fact the Watson-Crick pairing is not the best recognition mode for the A‚T pair and that all of the four recognition patterns shown in Figure 1 are accessible, at least in the gas phase. Molecular dynamics simulations have also shown that stable helices can be built for both duplexes10a and triplexes24 using Hoogsteen A‚T pairings. Experimentally, the Hoogsteen recognition mode is found in different structures of DNA and RNA,25 including the parallel triplexes,7,26 where it stabilizes both d(A-T‚T) and d(G-C‚C) triads. Very interestingly, Hoogsteen pairs are common in complexes between duplex DNA and drugs or proteins.18,27-29

In conjunction with the biological role of d(AT)n regions,27,30 these findings strongly suggest an important role for Hoogsteen pairings in the modulation of gene expression.18,27 In summary, recent theoretical and experimental information points out that the apparently exotic Hoogsteen interaction might be common and have a large biological significance.


TRNA: the assembly point of translation

The transfer RNA or tRNA is also single-stranded, but is folded, unlike the straight mRNA. It serves as a physical link between the mRNA and the amino acids by interpreting the mRNA and přenášení the right amino acids to their place while making the protein. If the translation machinery was a factory, the tRNA would be the factory workers who interpret the instruction manual (the mRNA) to carefully put products in the specified order.

The tRNA are like factory workers that assemble the amino acids to form a polypeptide chain (Photo Credit : Lenam14/Wikimedia Commons)

The tRNA is structured in such a way that it has an anticodon loop on one end and an acceptor arm/stem on the opposite end.

The primary, secondary and tertiary structure of tRNA (Photo Credit : CNX OpenStax/Wikimedia Commons)

As the name suggests, the anticodon loop is complementary and antiparallel (3&rsquo to 5&rsquo) to the mRNA codons. That is, the tRNA consists of the 3 nucleotides that bind to the ones present on the mRNA. Thus, guanine (G) and cytosine (C) bind to each other and adenine (A) and uridine (U) bind to one another.

So, considering the codon for methionine, AUG, it would have a methionine tRNA with an anti-codon UAG.

This type of pairing is known as Watson-Crick base pairing. The pairing is like the attraction between highly specific magnets. Anti-codons on the tRNA ensure that it lines up against the correct codon on the mRNA. Furthermore, as codons are read in the 5&rsquo to 3&rsquo direction, anticodons present on the tRNA are positioned in the 3&rsquo to 5&rsquo direction.

The codon, anticodon and tRNA for the amino acid Alanine (Photo Credit : Yikrazuul/Wikimedia Commons)

This means that the 1st codon base binds to the 3rd anticodon base and so on. Note that each amino acid has its very own tRNA, which correctly positions it in the polypeptide chain due to the base-pairing between the codon and anticodon.

The codon for glutamic acid bound to the anticodon of the tRNA, which has glutamic acid on the acceptor arm. (Photo Credit : M. PATTHAWEE/Shutterstock)

However, like many things in biology, this is also a little more complicated. Each amino acid can be specified by more than one codon. Additionally, the base-pairing rules between the codon and anticodon are not equally binding for all bases. We will learn more about this peculiar phenomenon next!


Obrázek 3

Figure 3. (A) Effect of 10 μM metal ions (Ca 2+ , Sn 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Ba 2+ , Ag + , Cd 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , Hg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ , Zn 2+ , and Mg 2+ ) on the HPIN fluorescence (1 μM) at pH 6.5 and 2 μM ps-DNA1. Inset: photographs of these solutions under UV illumination. (B) Ag + concentration-dependent fluorescence response of HPIN (1 μM) at pH 6.5 and 2 μM ps-DNA1 or aps-DNA1.

It is well-known that in G-quadruplex, the Hoogsteen hydrogen bonding between guanines is the driving force to form the quartet ingredients.(6) We found that the DNA and RNA G-quadruplexes with variant topologies including hybrid, chair, and parallel conformations (Table S1) are inefficient to turn on the HPIN fluorescence (Figure S9), suggesting the high selectivity of HPIN in fluorescently recognizing the ps-DNA duplex.

In conclusion, the strand polarity analysis in DNA duplex with an ideal selectivity is achieved using our synthesized HPIN as the fluorescent probe. The ps-DNA duplex held together by the Hoogsteen hydrogen bonding can efficiently turn on the HPIN fluorescence, as opposed to the nonfluorescent behavior when binding to the aps-DNA duplex. This hydrogen bonding pattern-specific discrimination using HPIN suggests the role of structurally adaptive recognition in the polarity analysis. This is the first report on the highly selective recognization of the duplex strand polarity. Our work will inspire more interest in developing the ps-DNA duplex-based sensors. The detailed binding mode is underway in this laboratory using theoretical computation.


Podívejte se na video: Structure of DNA.,. lecture by Pragya Dhakar I Guru Kpo (Listopad 2021).