Deoxiribonukleinsyra (DNA): Modell, Kemisk Sammansättning och Transformationsexperiment

Läs den här artikeln för att lära dig om modell, kemisk sammansättning och transformationsexperiment av DNA!

Deoxiribonukleinsyra (DNA):

DNA finns i cellerna hos alla levande organismer utom i vissa växtvirus. I bakteriofager och virus finns en central kärna av DNA som är innesluten i en proteinfärg. I bakterier och i mitokondrier och plastider av eukaryota celler är DNA cirkulärt och ligger naket i cytoplasman.

I kärnorna i eukaryota celler förekommer DNA i form av långa spiralformade och oförgrenade trådar, kromosomerna. I kromosomerna finns DNA i kombination med proteiner som bildar nukleoproteiner, kromatinmaterialet. Flera linjer av indirekta bevis har länge föreslagit att DNA innehåller den genetiska informationen av levande organismer.

De viktigaste resultaten som erhölls med användning av flera olika experimentella förfaranden visade att det mesta av DNA ligger i kromosomerna, medan RNA och proteiner är mer rikliga i cytoplasman. Dessutom finns en exakt korrelation mellan mängden DNA per cell och antalet uppsättningar kromosomer per cell.

De flesta somatiska cellerna av diploida organismer innehåller exempelvis exakt dubbelt så stor mängd DNA som haploida bakterieceller eller gameter av samma art. Slutligen är DNA-molekylens sammansättning i alla de olika cellerna i en organism densamma (med sällsynta undantag), medan kompositionen av RNA och proteiner varierar både kvalitativt och kvantitativt från en celltyp till en annan. Medan dessa korrelationer starkt föreslår att DNA är det genetiska materialet, visar de inte på något sätt. Direkt bevis har visat att den genetiska informationen kodas i DNA: n.

Transformationsexperiment:

Transformationsexperiment utfördes ursprungligen av Frederick Griffith 1928. Han injicerade en blandning av två stammar av pneumokocker (Diplococcus pneumoniae) i möss. En av dessa två stammar, S III var virulenta och den andra stammen R II var icke-virulent. Värmdödad virulent stam SIII, när den injicerades individuellt, orsakade inte döden, vilket visade att smittsamheten efter värmdödnad försvann.

Mössen injicerade med en blandning av RII (levande) och S III (värmdödad) dog och virulenta pneumokocker kunde isoleras från dessa möss. Inferensen var att en del av de döda SIII-cellerna (transformationsprincipen) måste ha konverterat levande RII-celler till S III.

OT Avery, CM MacLeod och M. McCarty i 1944 upprepade Griffiths experiment i ett in vitro-system och producerade de första direkta bevisen att det genetiska materialet är DNA snarare än protein eller RNA. De visade att cellkomponenten som ansvarar för fenomenet transformation i bakterien Diplococcus pneumoniae är DNA. Dessa experiment involverade användningen av enzymer som bryter ned DNA, RNA eller protein.

I separata försök behandlades högrenat DNA från S III-celler med:

(1) Deoxiribonukleas (DNAas) som bryter ned DNA,

(2) Ribonukleas (RNAas) som nedbryter RNA eller

(3) Proteaser (som bryter ned proteiner) och sedan testas för dess förmåga att transformera RII-celler till SIII. Endast DNAas hade ingen effekt på DNA-beredningens transformerande aktiviteter, det eliminerade fullständigt all omvandlingsaktivitet. Dessa försök indikerade sålunda att DNA och inte proteinerna eller RNA är det genetiska materialet.

Ytterligare direkta bevis som indikerar att DNA är det genetiska materialet demonstrerades av AD Hershey och MJ Chase i bakteriofag T2.

Kemisk sammansättning av DNA:

Kemiska analyser har visat att DNA består av tre olika typer av molekyler.

1. Fosforsyra (H3P04) har tre reaktiva (-OH) grupper, varav två är involverade i att bilda sockerfosfatskelettet i DNA.

2. Pentosocker:

DNA innehåller 2'-deoxi-D-ribos (eller helt enkelt deoxiribos), vilket är orsaken till namnet deoxiribosnukleinsyra.

3. Organiska baser:

De organiska baserna är heterocykliska föreningar innehållande kväve i sina ringar; Därför kallas de även kvävebaser. DNA innehåller vanligtvis fyra olika baser som kallas adenirie (A), guanin (G), tymin (T) och cytosin (C).

Dessa fyra baser är grupperade i två klasser på grundval av deras kemiska struktur:

(1) pyrimidin (T och C) och

(2) purin (A, G).

I DNA finns fyra olika nukleosider. Dessa är:

(i) deoxicytidin

(ii) deoxi-tiiminin,

(iii) deoxiadenosin och

(iv) deoxyguanosin.

På samma sätt är fyra nukleotider i DNA:

(i) deoxycytidylsyra eller deoxycytidylat,

(ii) deoxitymidylsyra eller deoxitymidylat,

(iii) deoxiadenylsyra eller deoxiadenylat och

(iv) deoxyguanylsyra eller deoxyguanylat.

När DNA-sammansättningen från många olika organismer analyserades av E. Chargaff och medarbetare (1950) observerades att (i) oberoende av källan förekommer purin- och pyrimidinkomponenterna i lika stora mängder i en molekyl, (ii) mängden adenin (A) motsvarar mängden tymin (T) och cytosin (C) är ekvivalent med den för guanin (G) och (iii) basförhållandet A + T / G + C är konstant för en viss arter.

Watson och Crick Double Helix Modell av DNA:

DNA-strukturen drogs först av JD Watson och FH Crick 1953. På grundval av Chargaffs data föreslog Wilkins och Franklins röntgendiffraktionsfynd och avledningar från egna modellbyggnader att Watson och Crick föreslog att DNA existerar som en dubbelhelikix i vilken de två polynukleotidkedjorna rullas om varandra i en spiral.

Varje polynukleotidkedja består av en sekvens av nukleotider kopplade ihop med fosfodiesterbindningar, som bildar intilliggande deoxyribos-grupper. De två polynukleotidsträngarna hålls ihop i sin spiralformiga konfiguration genom vätebindning mellan baser i motstående strängar, varvid de resulterande basparen staplas mellan de två kedjorna vinkelrätt mot molekylens axel som stegen i en spiralstege.

Basparingen är specifik, adenin är alltid ihop med tymin, och guanin är alltid parat med cytosin. Således består alla baspar av en purin och en pyrimidin. Specificiteten av basparning resulterar från basernas vätebindningskapacitet, i deras normala konfigurationer.

I deras vanligaste strukturella konfigurationer bildar adenin och tymin två vätebindningar och guanin och cytosin tre vätebindningar. Analog vätebindning mellan cytosin och aden är till exempel inte allmänt möjligt.

När sekvensen av baser i en sträng av en DNA-dubbelhelix är känd är också sekvensen av baser i den andra strängen automatiskt känd på grund av den specifika basparningen. De två strängarna i en dubbelhelix sägs således vara komplementära (ej identiska); Det är denna egenskap, komplementaritet mellan de två strängarna, vilket gör DNA unikt lämpat för att lagra och överföra genetisk information.

Basparna i DNA staplas 3, 4A ° ifrån varandra med 10 baspar per tur (360 °) av dubbelhelikixen. Socker-fosfat-ryggraden hos de två komplementära strängarna är antiparallella; det vill säga de har motsatt kemisk polaritet.

När man rör sig enriktad längs en DNA-dubbelhelix, går fosfodiesterbindningarna i en sträng från ett 3'-kol av en nukleotid till ett 5'-kol av den intilliggande nukleotiden medan de i komplementärsträngen går från ett 5'-kol till 3'-kol .

A-, B- och Z-formen av DNA:

Den stora majoriteten av DNA-molekylerna som finns närvarande i de vattenhaltiga protoplasmerna av levande celler existerar nästan säkert i Watson-Crick-dubbelhelikixformen som beskrivits ovan. Detta kallas B-formen av DNA och visar högerhänt spolning. Den innehåller 10, 4 baspar per tur (istället för de 10 som nämns ovan). Dehydrerad DNA förekommer i A-formen, som också är en högerhänt helix, men den har 11 baspar per tur.

Vissa DNA-sekvenser förekommer i Z-form, vilket visar vänsterhänt samling, innehåller 12 baspar per tur. I Z-DNA följer sockerfosfatskelettet en zigzagged väg som ger den namnet Z-DNA eller Z-form.

Särskilda segment av en DNA-molekyl kan genomgå konformationsförändringar från B-form till Z-form och vice versa; Dessa förändringar kan orsakas av vissa specifika regulatoriska proteiner. Z-formen DNA postuleras för att spela en roll i genreglering.

Bevis för att stödja DNA: s dubbla helixstruktur:

Den dubbla spiralformiga strukturen av DNA som ges av Waston och Crick stöds av följande bevis.

1. MHF Wilkins och hans kollegor studerade DNA genom röntgenkristallografi och stödde sin dubbelformiga struktur.

2. Kornberg och hans medarbetare försökte syntetisera DNA i ett medium fritt från DNA i närvaro av enzym-DNA-polymeras och nukleotider, byggstenarna av DNA. De fann att DNA-syntes inte förekommer i ett DNA-fritt medium med alla nödvändiga föreningar. Endast när något DNA sattes som en primer till samma medium startade DNA-syntesen.