Bioloģijā "dubultā spirāle" ir termins, ko lieto, lai aprakstītu DNS. DNS dubultā spirāle sastāv no divām dezoksiribonukleīnskābes spirāles ķēdēm. Forma ir līdzīga spirālveida kāpnēm. DNS ir a nukleīnskābe sastāv no slāpekļa bāzēm (adenīns, citozīns, guanīns un timīns), piecu oglekļa cukuru (dezoksiribozē) un fosfātu molekulām. DNS nukleotīdu bāzes attēlo kāpņu kāpņu pakāpienus, un dezoksiribozes un fosfāta molekulas veido kāpņu malas.
Taustiņu izņemšana
- Dubultā spirāle ir bioloģiskais termins, kas raksturo kopējo DNS struktūru. Tās dubultā spirāle sastāv no divām DNS spirālveida ķēdēm. Šī dubultās spirāles forma bieži tiek vizualizēta kā spirālveida kāpnes.
- DNS sagriešanās ir gan hidrofilu, gan hidrofobisku mijiedarbību rezultāts starp molekulām, kas šūnā satur DNS un ūdeni.
- Gan DNS replikācija, gan olbaltumvielu sintēze mūsu šūnās ir atkarīgas no DNS dubultās spirāles formas.
- Džeimss Vatsons, Dr Francis Kriks, Dr Rosalind Franklin un Dr. Maurice Wilkins visi spēlēja galveno lomu DNS struktūras noskaidrošanā.
Kāpēc DNS ir savīti?
DNS tiek apvienota hromosomas un cieši iesaiņots kodols no mūsu šūnas. DNS sagriešanās aspekts ir mijiedarbības rezultāts starp molekulām, kas veido DNS un ūdeni. Slāpekļa bāzes, kas veido savītā kāpņu pakāpienus, tiek turētas kopā ar ūdeņraža saitēm. Adenīns ir saistīts ar timīnu (A-T) un guanīna pāri ar citozīnu (G-C). Šīs slāpekļa bāzes ir hidrofobiskas, kas nozīmē, ka tām nav afinitātes pret ūdeni. Kopš šūnas citoplazma un citosols satur šķidrumus uz ūdens bāzes, slāpekļa bāzes vēlas izvairīties no saskares ar šūnu šķidrumiem. Cukura un fosfāta molekulas, kas veido molekulas cukura-fosfāta mugurkaulu, ir hidrofīlas, tas nozīmē, ka tās ir ūdeni mīlošas un tām ir afinitāte pret ūdeni.
DNS ir sakārtota tā, ka fosfāts un cukura mugurkauls atrodas ārpusē un ir kontaktā ar šķidrumu, bet slāpekļa bāzes atrodas molekulas iekšējā daļā. Lai vēl vairāk novērstu slāpekļa bāzu saskari ar šūna Šķidrums, molekula sagriežas, lai samazinātu vietu starp slāpekļa bāzēm un fosfātu un cukura šķipsnām. Fakts, ka divi DNS virzieni, kas veido dubulto spirāli, ir antiparalēli, palīdz arī sagriezt molekulu. Pretparalēlais nozīmē, ka DNS šķipsnas virzās pretējos virzienos, nodrošinot, ka šķipsnas cieši pieguļ. Tas samazina šķidruma iespēju sūkties starp pamatnēm.
DNS replikācija un olbaltumvielu sintēze
Divkāršās spirāles forma to atļauj DNS replikācija un olbaltumvielu sintēze rasties. Šajos procesos savītā DNS atslēdzas un atveras, lai varētu izgatavot DNS kopiju. DNS replikācijā dubultā spirāle atslābst, un katru atdalīto virkni izmanto jaunas virknes sintezēšanai. Kad veidojas jaunās šķipsnas, bāzes tiek savienotas pārī, līdz no vienas dubult spirāles DNS molekulas veidojas divas dubult spirāles DNS molekulas. DNS replikācija ir nepieciešama šādiem procesiem: mitoze un meioze rasties.
Olbaltumvielu sintēzē DNS molekula ir pārrakstīts ražot RNS DNS koda versija, kas pazīstama kā Messenger RNS (mRNA). Messenger RNS molekula ir tad tulkots ražot olbaltumvielas. Lai notiktu DNS transkripcija, DNS dubultā spirālei jāatslāņojas un jāļauj fermentam, ko sauc par RNS polimerāzi, pārrakstīt DNS. RNS ir arī nukleīnskābe, bet timīna vietā satur bāzes uracilu. Transkripcijā guanīna pāri ar citozīnu un adenīna pāri ar uracilu veido RNS transkripciju. Pēc transkripcijas DNS aizveras un savērpjas atpakaļ sākotnējā stāvoklī.
DNS struktūras atklāšana
Kredīts par DNS divkāršās spirāles struktūras atklāšanu ir piešķirts Džeimsam Vatsonam un Fransisko Kriksu, par viņu darbu piešķīra Nobela prēmiju. DNS struktūras noteikšana daļēji balstījās uz daudzu citu zinātnieku darbu, ieskaitot Rosalinda Franklina. Franklins un Maurice Wilkins izmantoja rentgenstaru difrakciju, lai noskaidrotu pavedienus par DNS struktūru. Franklina uzņemtā DNS rentgenstaru difrakcijas foto, kas nosaukts par "51 fotogrāfiju", parādīja, ka DNS kristāli rentgenstaru plēvē veido X formu. Molekulām ar spirālveida formu ir šāda veida X formas raksts. Izmantojot pierādījumus no Franklina rentgenstaru difrakcijas pētījuma, Vatsons un Kriks pārskatīja savu iepriekš ierosināto trīskāršās spirāles DNS modeli uz divkāršās spirāles modeli DNS.
Bioķīmiķa Ervina Čarofa atklātie pierādījumi palīdzēja Vatsonam un Krikam atklāt bāzu pārus DNS. Chargoff parādīja, ka adenīna koncentrācija DNS ir vienāda ar timīna koncentrāciju un citozīna koncentrācija ir vienāda ar guanīnu. Izmantojot šo informāciju, Vatsons un Kriks spēja noteikt, ka adenīna saistīšana ar timīnu (A-T) un citozīns ar guanīnu (C-G) veido DNS savītas kāpņu formas pakāpienus. Cukura-fosfāta mugurkauls veido kāpņu malas.
Avoti
- "DNS molekulārās struktūras atklāšana - dubultā spirāle." Nobelprize.org, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.