Bioloogias on "kahekordne spiraal" termin, mida kasutatakse keha struktuuri kirjeldamiseks DNA. DNA topeltheeliks koosneb kahest desoksüribonukleiinhappe spiraalsest ahelast. Kuju sarnaneb keerdtreppidega. DNA on a nukleiinhape koosnevad lämmastikalustest (adeniin, tsütosiin, guaniin ja tümiin), viiest süsinikust koosnevast suhkrust (desoksüriboos) ja fosfaatmolekulidest. DNA nukleotiidide alused tähistavad trepi trepiastmeid ning deoksüribroosi ja fosfaadi molekulid moodustavad trepi küljed.
Key Takeaways
- Topeltheeliks on bioloogiline termin, mis kirjeldab DNA üldist struktuuri. Selle kahekordne spiraal koosneb kahest spiraalsest DNA ahelast. Seda kahekordset spiraali kuju visualiseeritakse sageli keerdtreppidena.
- DNA keerdumine on rakus DNA-d ja vett sisaldavate molekulide vahelise hüdrofiilse ja hüdrofoobse interaktsiooni tulemus.
- Nii DNA replikatsioon kui ka valkude süntees meie rakkudes sõltuvad DNA topelt-spiraali kujust.
- Dr James Watson, dr Francis Crick, dr Rosalind Franklin ja dr Maurice Wilkins etendasid kõik DNA struktuuri selgitamisel pöördelist rolli.
Miks DNA on väänatud?
DNA on kokku mähitud kromosoomid ja tihedalt pakitud tuum meie rakud. DNA keerdumine on DNA ja vee moodustavate molekulide vastastikmõju tulemus. Lämmastiku aluseid, mis koosnevad keerdtrepi astmetest, hoitakse koos vesiniksidemetega. Adeniin on seotud tümiiniga (A-T) ja guaniinipaarid tsütosiiniga (G-C). Need lämmastiku alused on hüdrofoobsed, mis tähendab, et neil puudub afiinsus vee suhtes. Alates lahtrist tsütoplasma ja tsütosool sisaldavad veepõhiseid vedelikke, lämmastikalused tahavad vältida kontakti rakuvedelikega. Suhkru ja fosfaadi molekulid, mis moodustavad molekuli suhkru-fosfaadi selgroo, on hüdrofiilsed, mis tähendab, et nad on vett armastavad ja neil on afiinsus vee suhtes.
DNA on paigutatud nii, et fosfaat ja suhkru selgroog asuvad väljastpoolt ja on kontaktis vedelikuga, lämmastikalused aga molekuli sisemises osas. Lämmastiku aluste kokkupuute vältimiseks veelgi kamber Vedela vedeliku korral väändub molekul lämmastikaluste ja fosfaatide ning suhkru ahelate vahelise ruumi vähendamiseks. Fakt, et kaks topeltheeliksit moodustavat DNA ahelat on paralleelsed, aitab molekuli väänata. Paralleelne tähendab, et DNA ahelad kulgevad vastassuundades, tagades, et ahelad sobivad tihedalt üksteisega. See vähendab vedeliku imbumisvõimalust aluste vahel.
DNA replikatsioon ja valkude süntees
Topelt-heeliksi kuju võimaldab DNA replikatsioon ja valkude süntees ilmnema. Nendes protsessides kerib keerutatud DNA lahti ja avaneb, et teha DNA koopia. DNA replikatsioonis kerib topeltheeliks lahti ja iga eraldatud ahelat kasutatakse uue ahela sünteesimiseks. Uute ahelate moodustumisel ühendatakse alused omavahel, kuni ühest topelt-heeliksiga DNA molekulist moodustuvad kaks kahekordse heeliksiga DNA molekuli. DNA replikatsioon on vajalik järgmiste protsesside jaoks: mitoos ja meioos ilmnema.
Valkude sünteesis on DNA molekul transkribeeritud toota RNA DNA-koodi versioon, mida nimetatakse messenger-RNA-ks (mRNA). Messenger RNA molekul on siis tõlgitud tootma valgud. DNA transkriptsiooni toimumiseks peab DNA topeltheeliks lahti kerima ja laskma DNAl transkribeerida ensüümi RNA polümeraas. RNA on samuti nukleiinhape, kuid sisaldab tümiini asemel aluse uratsiili. Transkriptsioonis moodustavad RNA transkriptsiooni moodustamiseks guaniin tsütosiini ja adeniini paarid uratsiiliga. Pärast transkriptsiooni sulgub DNA ja pöördub tagasi algsesse olekusse.
DNA struktuuri avastus
DNA topelt-spiraalse struktuuri avastamise eest on antud tunnustust James Watsonile ja Francis Crick, pälvis nende töö eest Nobeli preemia. DNA struktuuri määramine põhines osaliselt paljude teiste teadlaste tööl, sealhulgas Rosalind Franklin. Franklin ja Maurice Wilkins kasutasid DNA struktuuri vihjete tegemiseks röntgendifraktsiooni. Franklini tehtud DNA röntgendifraktsioonifoto, mida nimetati fotoga 51, näitas, et DNA kristallid moodustavad röntgenifilmil X-kuju. Spiraalse kujuga molekulidel on seda tüüpi X-kujuline muster. Kasutades Franklini röntgendifraktsiooni uuringu tõendeid, muutsid Watson ja Crick oma varasema pakutud kolmikheeliksi DNA mudeli DNA topeltheeliksi mudeliks.
Biokeemiku Erwin Chargoffi avastatud tõendid aitasid Watsonil ja Crickil avastada DNA baaside sidumist. Chargoff näitas, et adeniini kontsentratsioon DNA-s on võrdne tümiini kontsentratsiooniga ja tsütosiini kontsentratsioon on võrdne guaniiniga. Selle teabe abil suutsid Watson ja Crick kindlaks teha, et adeniini seostumine tümiiniga (A-T) ja tsütosiin guaniiniga (C-G) moodustavad DNA keerdtrepi kuju etapid. Suhkru-fosfaadi selgroog moodustab trepi küljed.
Allikad
- "DNA molekulaarse struktuuri avastamine - topeltheeliks." Nobelprize.org, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.