В биологии термин «двойная спираль» используется для описания структуры ДНК. Двойная спираль ДНК состоит из двух спиральных цепей дезоксирибонуклеиновой кислоты. По форме похожа на винтовую лестницу. ДНК – это нуклеиновая кислота, состоящая из азотистых оснований (аденин, цитозин, гуанин и тимин), пятиуглеродного сахара (дезоксирибоза) и молекул фосфата. Нуклеотидные основания ДНК представляют ступеньки лестницы, а молекулы дезоксирибозы и фосфата образуют боковые стороны лестницы.
Key Выводы
- Двойная спираль – это биологический термин, который описывает общую структуру ДНК. Его двойная спираль состоит из двух спиральных цепочек ДНК. Эта форма двойной спирали часто визуализируется как винтовая лестница.
- Скручивание ДНК является результатом как гидрофильных, так и гидрофобных взаимодействий между молекулами, составляющими ДНК, и водой в клетке.
- И репликация ДНК, и синтез белков в наших клетках зависят от формы двойной спирали ДНК.
- Dr. Джеймс Уотсон, доктор Фрэнсис Крик, доктор Розалинд Франклин и доктор Морис Уилкинс сыграли решающую роль в выяснении структуры ДНК.
Почему скручена ДНК?
ДНК свернута в хромосомы и плотно упакована в ядре наших клеток. Скручивание ДНК является результатом взаимодействия молекул, из которых состоит ДНК, и воды. Азотистые основания, из которых состоят ступени витой лестницы, удерживаются вместе водородными связями. Аденин связан с тимином (A-T), а пары гуанина – с цитозином (G-C). Эти азотистые основания гидрофобны, что означает отсутствие сродства с водой. Поскольку цитоплазма клетки и цитозоль содержат жидкости на водной основе, азотистые основания хотят избежать контакта с клеточными жидкостями. Молекулы сахара и фосфата, которые образуют сахарно-фосфатный остов молекулы, являются гидрофильными, что означает, что они водолюбивы и имеют сродство к воде.
ДНК устроена так, что фосфат и сахарный остов находятся снаружи и находятся в контакте с жидкостью, в то время как азотистые основания находятся во внутренней части молекулы. Чтобы еще больше предотвратить контакт азотистых оснований с клеточной жидкостью, молекула скручивается, чтобы уменьшить пространство между азотистыми основаниями и нитями фосфата и сахара. Тот факт, что две цепи ДНК, образующие двойную спираль, антипараллельны, также помогает скручивать молекулу. Антипараллельность означает, что нити ДНК проходят в противоположных направлениях, обеспечивая плотное прилегание друг к другу. Это снижает вероятность просачивания жидкости между основаниями.
Репликация ДНК и синтез белка
Форма двойной спирали позволяет репликации ДНК и синтезу белка.. В этих процессах скрученная ДНК раскручивается и открывается, позволяя сделать копию ДНК. При репликации ДНК двойная спираль раскручивается, и каждая отделенная цепь используется для синтеза новой цепи. По мере формирования новых цепей основания соединяются вместе до тех пор, пока две молекулы ДНК с двойной спиралью не образуются из одной молекулы ДНК с двойной спиралью. Репликация ДНК необходима для процессов митоза и мейоза.
При синтезе белка молекула ДНК транскрибируется для создания РНК-версии кода ДНК. известная как информационная РНК (мРНК). Затем молекула информационной РНК транслируется с образованием белков. Чтобы транскрипция ДНК происходила, двойная спираль ДНК должна раскручиваться и позволить ферменту, называемому РНК-полимеразой, транскрибировать ДНК. РНК также является нуклеиновой кислотой, но вместо тимина содержит урацил. При транскрипции гуанин соединяется с цитозином, а аденин соединяется с урацилом с образованием транскрипта РНК. После транскрипции ДНК закрывается и возвращается в исходное состояние.
Обнаружение структуры ДНК
Джеймс получил признание за открытие двойной спиральной структуры ДНК. Уотсон и Фрэнсис Крик, удостоенные Нобелевской премии за свою работу. Определение структуры ДНК было частично основано на работах многих других ученых, включая Розалинду Франклин. Франклин и Морис Уилкинс использовали дифракцию рентгеновских лучей, чтобы узнать о структуре ДНК. Сделанная Франклином рентгеновская дифракционная фотография ДНК, названная «фотография 51», показала, что кристаллы ДНК образуют X-образную форму на рентгеновской пленке. Молекулы со спиральной формой имеют этот тип X-образного узора. Используя данные исследования дифракции рентгеновских лучей Франклина, Уотсон и Крик пересмотрели свою ранее предложенную модель тройной спирали ДНК на модель двойной спирали для ДНК.
Доказательства. обнаруженный биохимиком Эрвином Чаргоффом, помог Ватсону и Крику обнаружить спаривание оснований в ДНК. Чаргофф продемонстрировал, что концентрация аденина в ДНК равна концентрации тимина, а концентрация цитозина равна концентрации гуанина. Обладая этой информацией, Уотсон и Крик смогли определить, что связывание аденина с тимином (A-T) и цитозина с гуанином (C-G) образует ступеньки в форме витой лестницы ДНК. Сахарно-фосфатная основа образует стороны лестницы.
Источники
- «Открытие молекулярной структуры ДНК – двойной спирали». Nobelprize.org , www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.