Dezoksiribonukleino rūgštis (DNR): modeliai, cheminės sudėties ir transformacijos eksperimentai

Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie DNR modelį, cheminę sudėtį ir transformacijos eksperimentus!

Dezoksiribonukleino rūgštis (DNR):

DNR randama visų gyvų organizmų ląstelėse, išskyrus kai kuriuos augalų virusus. Bakteriofaguose ir virusuose yra centrinė DNR šerdis, kuri yra uždengta baltymų sluoksniu. Bakterijose ir mitochondrijose bei eukariotinių ląstelių plastiduose DNR yra apvali ir yra plika citoplazmoje.

Eukariotinių ląstelių branduoliuose DNR atsiranda kaip ilgos spiralės spiralės ir šakotosios grandinės, chromosomos. Chromosomose DNR randama kartu su proteinais, kurie sudaro nukleoproteinus - chromatino medžiagą. Keletas netiesioginių įrodymų linijų jau seniai nurodė, kad DNR yra genetinė informacija apie gyvus organizmus.

Svarbiausi rezultatai, gauti naudojant kelias skirtingas eksperimentines procedūras, parodė, kad didžioji dalis DNR yra chromosomose, o RNR ir baltymai yra daug daugiau citoplazmoje. Be to, egzistuoja tiksli koreliacija tarp DNR kiekio ląstelėje ir chromosomų rinkinių skaičiaus vienoje ląstelėje.

Pavyzdžiui, daugelyje diploidinių organizmų somatinių ląstelių yra lygiai dvigubai didesnis DNR kiekis, kaip ir tos pačios rūšies haploidinių gemalų ląstelės. Galiausiai DNR molekulinė sudėtis visose skirtingose ​​organizmų ląstelėse yra tokia pati (retais atvejais), tuo tarpu RNR ir baltymų sudėtis kokybiškai ir kiekybiškai skiriasi nuo vienos ląstelės tipo į kitą. Nors šios koreliacijos tvirtai rodo, kad DNR yra genetinė medžiaga, jos jokiu būdu neįrodo. Tiesioginiai įrodymai parodė, kad genetinė informacija yra koduojama DNR.

Transformacijos eksperimentai:

Iš pradžių transformacijos eksperimentus 1928 m. Atliko Frederikas Griffithas. Į pelių švirkštė dviejų pneumococcus (Diplococcus pneumoniae) padermių mišinį. Vienas iš šių dviejų padermių, S III, buvo virulentiškas ir kitas R II štamas buvo ne virulentinis. Sušvirkštus virulentinį kamieną SIII, kai jis švirkščiamas atskirai, nebuvo mirties, o tai rodo, kad po karščio žudymo užkrečiama infekcija.

Pelės, švirkščiamos RII (gyvų) ir S III (karščiu nužudytų) mirusių ir virulentinių pneumokokų mišiniu, gali būti išskiriamos iš šių pelių. Išvada buvo ta, kad tam tikras mirusių SIII ląstelių komponentas (transformuojantis principas) turi paversti gyvas RII ląsteles į S III.

OT Avery, CM MacLeod ir M. McCarty 1944 m. Pakartojo Griffith eksperimentus in vitro sistemoje ir pateikė pirmuosius tiesioginius įrodymus, kad genetinė medžiaga yra DNR, o ne baltymas ar RNR. Jie parodė, kad ląstelė, atsakinga už transformacijos fenomeną Diplococcus pneumoniae, yra DNR. Šie eksperimentai buvo susiję su fermentų, kurie išskiria DNR, RNR arba baltymus, naudojimu.

Atskiruose eksperimentuose labai išvalyta DNR iš S III ląstelių buvo apdorota:

(1) Dezoksiribonukleazė (DNR), kuri degraduoja DNR,

(2) Ribonukleazė (RNAazė), kuri skaido RNR arba

(3) Proteazės (kurios degraduoja baltymus) ir tada išbandomos jo gebėjimo transformuoti RII ląsteles į SIII. Tik DNSazė neturėjo įtakos DNR preparato transformuojančiai veiklai, ji visiškai pašalino visą transformuojančią veiklą. Šie tyrimai parodė, kad DNR, o ne baltymai ar RNR yra genetinė medžiaga.

Papildomus tiesioginius įrodymus, rodančius, kad DNR yra genetinė medžiaga, parodė AD Hershey ir MJ Chase bakteriofage T ₂ .

Cheminė DNR sudėtis:

Cheminės analizės parodė, kad DNR sudaro trys skirtingi molekulių tipai.

1. Fosforo rūgštis (H3P04) turi tris reaktyvias (-OH) grupes, iš kurių dvi yra susijusios su DNR cukraus fosfato pagrindu.

2. Pentozės cukrus:

DNR sudėtyje yra 2'-deoksi-D-ribozės (arba tiesiog deoksiribozės), kuri yra dezoksiribozės nukleino rūgšties pavadinimas.

3. Organinės bazės:

Organinės bazės yra heterocikliniai junginiai, turintys azoto žieduose; todėl jie taip pat vadinami azoto bazėmis. DNR paprastai turi keturias skirtingas bazes, vadinamas adenirie (A), guaninu (G), timinu (T) ir citozinu (C).

Šios keturios bazės suskirstytos į dvi klases pagal jų cheminę struktūrą:

(1) pirimidinas (T ir C) ir

(2) purinas (A, G).

DNR aptinkami keturi skirtingi nukleozidai. Sitie yra:

(i) deoksicitidinas

(ii) deoksitinino,

(iii) deoksidenozinas ir

(iv) deoksiguanozinas.

Panašiai keturi nukleotidai DNR yra:

(i) deoksicitidilo rūgšties arba deoksicitidilato, \ t

(ii) deoksitimidilo rūgšties arba deoksitimidilato,

iii) deoksiadenilo rūgšties arba deoksadenilato ir

(iv) deoksiguanilo rūgšties arba deoksiguananato.

Kai E. Chargaff ir bendradarbiai (1950) analizavo daugelio skirtingų organizmų DNR sudėtį, pastebėta, kad (i) nepriklausomai nuo šaltinio, purino ir pirimidino komponentai molekulėje yra lygūs, (ii) adenino (A) kiekis yra ekvivalentiškas timino (T) ir citozino (C) kiekiui, kuris yra lygiavertis guanino (G) ir (iii) baziniam santykiui A + T / G + C yra pastovus konkrečiam rūšis.

„Watson“ ir „Crick“ dvigubo spiralės DNR modelis:

DNR struktūrą pirmiausia nulėmė JD Watson ir FH Crick 1953 m. Remdamiesi „Chargaff“ duomenimis, Wilkin ir Franklin rentgeno spinduliuotės difrakcijos nustatymai ir išvados iš jų pačių modelių pastatų Watson ir Crick pasiūlė, kad DNR egzistuotų kaip dvigubas spiralė kurioje dvi polinukleotidinės grandinės susuktos viena į kitą spirale.

Kiekviena polinukleotidinė grandinė susideda iš nukleotidų sekos, susietos fosfodiesterio jungtimis, sudarant gretimus deoksiribozės fragmentus. Dvi polinukleotidinės grandinės kartu su spiralinėmis konfigūracijomis yra laikomos vandenilio surišimu tarp bazių priešingose ​​kryptyse, gautos bazinės poros yra sukrautos tarp dviejų grandinių, statmenų molekulės ašiai, kaip spiralinės kopėčios.

Bazinis poravimas yra specifinis, adeninas visada susiejamas su timinu, o guaninas visada susiejamas su citozinu. Taigi, visos bazinės poros susideda iš vieno purino ir vieno pirimidino. Bazinių porų specifiškumas kyla iš bazių vandenilio surišimo pajėgumų, jų įprastose konfigūracijose.

Dažniausiai pasitaikančios struktūrinės konfigūracijos atveju adeninas ir timinas sudaro dvi vandenilio jungtis, o guaninas ir citozinas sudaro tris vandenilio jungtis. Pavyzdžiui, analogiško vandenilio surišimo tarp citozino ir adenino nėra įmanoma.

Kai žinoma viena DNR dvigubo spiralės krypties bazių seka, kitos eilutės bazių seka taip pat yra automatiškai žinoma dėl specifinės bazinės poros. Taigi sakoma, kad dvi dvigubo spiralės kryptys yra viena kitą papildančios (ne identiškos); būtent ši savybė, abiejų krypčių papildomumas, daro DNR unikalią vietą saugoti ir perduoti genetinę informaciją.

DNR bazinės poros yra sukrautos 3.4A °, atskirtos 10 bazinių porų per dvigubą spiralę (360 °). Dviejų komplementarių krypčių cukraus ir fosfato pagrindai yra lygiaverčiai; ty jie turi priešingą cheminį poliškumą.

Vykdant vieną kryptį išilgai DNR dvigubo spiralės, vienoje kryptyje esančios fosfodiesterio jungtys eina iš vieno nukleotido 3 'anglies iki 5' anglies, esančios gretimoje nukleotidoje, tuo tarpu tos, kurios yra komplementinėje grandinėje, eina iš 5 'anglies iki 3' .

DNR A, B ir Z forma:

Dauguma gyvų ląstelių vandenyje esančių protoplazmų esančių DNR molekulių beveik neabejotinai yra Watson-Crick dvigubo spiralės formos, aprašytos aukščiau. Tai vadinama DNR B forma ir rodo dešiniarankį. Jame yra 10, 4 bazinės poros už vieną apsisukimą (vietoj 10 minėtųjų). Dehidratuota DNR atsiranda A-formoje, kuri taip pat yra dešiniarankė spiralė, tačiau joje yra 11 bazinių porų.

Tam tikros DNR sekos vyksta Z-formoje, kuri rodo kairiąją ritę, kurioje yra 12 bazinių porų. Z-DNR cukraus ir fosfato pagrindu seka zigzaguotas kelias, suteikiantis jam Z-DNR arba Z formos.

Konkretūs DNR molekulės segmentai gali patirti konformacinius pokyčius nuo B formos iki Z formos ir atvirkščiai; šiuos pokyčius gali sukelti kai kurie specifiniai reguliavimo baltymai. Z-formos DNR postuliuoja geno reguliavimui.

Dukterinės sraigtinės DNR struktūros palaikymo įrodymai:

Waston ir Crick pateiktą dvigubą spiralinę DNR struktūrą patvirtina šie įrodymai.

1. MHF Wilkins ir jo kolegos tyrė DNR rentgeno kristalografija ir palaikė dvigubą spiralinę struktūrą.

2. Kornbergas ir jo draugai bandė sintezuoti DNR DNR neturinčioje terpėje, dalyvaujant fermento DNR polimerazei ir nukleotidams, DNR statybiniams blokams. Jie nustatė, kad DNR neturinčioje terpėje su visais reikalingais junginiais DNR sintezė neįvyksta. DNR sintezė prasidėjo tik tuomet, kai į tą pačią terpę buvo įdėta šiek tiek DNR.