Dezoksiribonukleīnskābe

DNS struktūra

DNS ir dubultas spirāles forma, kas līdzinās spirālē savītām kāpnēm. Katrs kāpņu pakāpiens ir nukleotīdu pāris.

Nukleotīdi

Nukleotīds ir molekula, kas sastāv no:

• deoksiriboze, cukura veids ar 5 oglekļa atomiem,
• fosfātu grupu, kas sastāv no fosfora un skābekļa, un
• slāpekļa bāze

DNS sastāv no četru veidu nukleotīdiem:

• Adenīns (A)
• Timīns (T)
• Citozīns (C)
• Guanīns (G)

DNS kāpnes "pakāpieni" sastāv no divām bāzēm, no katras kājas pa vienai bāzei. Bāzes savienojas pa vidu: "A" savienojas tikai pārī ar "T", un "C" savienojas tikai pārī ar "G". Bāzes tur kopā ar ūdeņraža saitēm.

Adenīns (A) un timīns (T) var savienoties pārī, jo tie veido divas ūdeņraža saites, bet citozīns (C) un guanīns (G) savienojas pārī, veidojot trīs ūdeņraža saites. Lai gan bāzes vienmēr ir fiksētos pāros, tie var būt jebkurā secībā (A-T vai T-A; līdzīgi C-G vai G-C). Šādā veidā DNS var rakstīt "kodus" no "burtiem", kas ir bāzes. Šajos kodos ir ziņojums, kas norāda šūnai, ko darīt.

Hromatīns

Hromosomās DNS ir savienota ar olbaltumvielām, ko sauc par histoniem, un veido hromatīnu. Šī saistība piedalās epigenētikā un gēnu regulēšanā. Attīstības un šūnu darbības laikā gēni tiek ieslēgti un izslēgti, un šī regulācija ir pamatā lielākajai daļai darbību, kas notiek šūnās.

DNS struktūra

DNS ir dubultas spirāles forma, kas līdzinās spirālē savītām kāpnēm. Katrs kāpņu pakāpiens ir nukleotīdu pāris.

Nukleotīdi

Nukleotīds ir molekula, kas sastāv no:

• deoksiriboze, cukura veids ar 5 oglekļa atomiem,
• fosfātu grupu, kas sastāv no fosfora un skābekļa, un
• slāpekļa bāze

DNS sastāv no četru veidu nukleotīdiem:

• Adenīns (A)
• Timīns (T)
• Citozīns (C)
• Guanīns (G)

DNS kāpnes "pakāpieni" sastāv no divām bāzēm, no katras kājas pa vienai bāzei. Bāzes savienojas pa vidu: "A" savienojas tikai pārī ar "T", un "C" savienojas tikai pārī ar "G". Bāzes tur kopā ar ūdeņražasaitēm.

Adenīns (A) un timīns (T) var savienoties pārī, jo tie veido divas ūdeņraža saites, bet citozīns (C) un guanīns (G) savienojas pārī, veidojot trīs ūdeņraža saites. Lai gan bāzes vienmēr ir fiksētos pāros, tie var būt jebkurā secībā (A-T vai T-A; līdzīgi C-G vai G-C). Šādā veidā DNS var rakstīt "kodus" no "burtiem", kas ir bāzes. Šajos kodos ir ziņojums, kas norāda šūnai, ko darīt.

Hromatīns

Hromosomās DNS ir savienota ar olbaltumvielām, ko sauc par histoniem, un veido hromatīnu. Šī saistība piedalās epigenētikā un gēnu regulēšanā. Attīstības un šūnu darbības laikā gēni tiek ieslēgti un izslēgti, un šī regulācija ir pamatā lielākajai daļai darbību, kas notiek šūnās.

DNS kopēšana

Kad DNS tiek kopēta,to sauc par DNS replikāciju. Īsi sakot, tiek pārrautas ūdeņraža saites, kas satur kopā pāra bāzes, un molekula tiek sadalīta uz pusēm: tiek atdalītas kāpšļu kājas. Tādējādi rodas divas atsevišķas virknes. Jaunas virknes veidojas, savienojot bāzes (A ar T un G ar C), lai izveidotu trūkstošās virknes.

Vispirms enzīms, ko sauc par DNS helikāzi, sadala DNS pa vidu, pārraujot ūdeņraža saites. Pēc tam, kad DNS molekula ir sadalīta divos atsevišķos gabalos, cita molekula, ko sauc par DNS polimerāzi, izveido jaunu virkni, kas atbilst katrai no sadalītās DNS molekulas virknēm. Katru DNS molekulas kopiju veido puse no sākotnējās (sākuma) molekulas un puse no jaunām bāzēm.

Mutācijas

Kopējot DNS, dažkārt tiek pieļautas kļūdas - tās sauc par mutācijām. Ir trīs galvenie mutāciju veidi:

• Izslēgšana, kad viena vai vairākas bāzes ir izlaistas.
• Aizstāšana, kad viena vai vairākas bāzes tiek aizstātas ar citu secības bāzi.
• Ievietošana, kad tiek ievietota viena vai vairākas papildu bāzes.
• Dubultošanās, kad atkārtojas bāzu pāru secība.

Mutācijas var klasificēt arī pēc to ietekmes uz olbaltumvielu struktūru un funkciju vai ietekmes uz piemērotību. Mutācijas var būt organismam kaitīgas, neitrālas vai labvēlīgas. Dažreiz mutācijas ir organismam nāvējošas - olbaltumviela, ko veido jaunā DNS, vispār nedarbojas, un tas izraisa embrija nāvi. No otras puses, mutācijas virza evolūciju uz priekšu, ja jaunā olbaltumvielas versija organismam darbojas labāk.

DNS kopēšana

Kad DNS tiek kopēta,to sauc par DNS replikāciju. Īsi sakot, tiek pārrautas ūdeņraža saites, kas satur kopā pāra bāzes, un molekula tiek sadalīta uz pusēm: tiek atdalītas kāpšļu kājas. Tādējādi rodas divas atsevišķas virknes. Jaunas virknes veidojas, savienojot bāzes (A ar T un G ar C), lai izveidotu trūkstošās virknes.

Vispirms enzīms, ko sauc par DNS helikāzi, sadala DNS pa vidu, pārraujot ūdeņraža saites. Pēc tam, kad DNS molekula ir sadalīta divos atsevišķos gabalos, cita molekula, ko sauc par DNS polimerāzi, izveido jaunu virkni, kas atbilst katrai no sadalītās DNS molekulas virknēm. Katru DNS molekulas kopiju veido puse no sākotnējās (sākuma) molekulas un puse no jaunām bāzēm.

Mutācijas

Kopējot DNS, dažkārt tiek pieļautas kļūdas - tās sauc par mutācijām. Ir četri galvenie mutāciju veidi:

• Izslēgšana, kad viena vai vairākas bāzes ir izlaistas.
• Aizstāšana, kad viena vai vairākas bāzes tiek aizstātas ar citu secības bāzi.
• Ievietošana, kad tiek ievietota viena vai vairākas papildu bāzes.
• Dubultošanās, kad atkārtojas bāzu pāru secība.

Mutācijas var klasificēt arī pēc to ietekmes uz olbaltumvielu struktūru un funkciju vai ietekmes uz piemērotību. Mutācijas var būt organismam kaitīgas, neitrālas vai labvēlīgas. Dažreiz mutācijas ir organismam nāvējošas - olbaltumviela, ko veido jaunā DNS, vispār nedarbojas, un tas izraisa embrija nāvi. No otras puses, mutācijas virza evolūciju uz priekšu, ja jaunā olbaltumvielas versija organismam darbojas labāk.

Olbaltumvielu sintēze

DNS posmu, kas satur norādījumus olbaltumvielas ražošanai, sauc par gēnu. Katrā gēnā ir vismaz viena polipeptīda sekvence. Olbaltumvielas veido struktūras un arī fermentus. Enzīmi šūnās veic lielāko daļu darba. Olbaltumvielas ir veidotas no mazākiem polipeptīdiem, kas sastāv no aminoskābēm. Lai izveidotu olbaltumvielu, kas veic noteiktu darbu, pareizā secībā ir jāsavieno pareizās aminoskābes.

Olbaltumvielas veido nelielas šūnas mašīnas, ko sauc par ribosomām. Riosomas atrodas šūnas pamatdaļā, bet DNS ir tikai šūnas kodolā. Kodons ir daļa no DNS, bet DNS nekad neatstāj kodolu. Tā kā DNS nevar atstāt kodolu, šūna izveido DNS sekvences kopiju RNS. Tā ir mazāka un var izkļūt caur caurumiem - porām - kodola membrānā un izkļūt šūnā.

DNS kodētos gēnus pārraksta ziņneša RNS (mRNS), izmantojot tādus proteīnus kā RNS polimerāze. Nobriedušo mRNS pēc tam izmanto kā veidni olbaltumvielu sintēzei, ko veic ribosoma. Riosomas nolasa kodonus, "vārdus", kas sastāv no trīs bāzu pāriem, kuri norāda ribosomai, kura aminoskābe jāpievieno. Ribosoma skenē mRNS, nolasot kodu, kamēr tā veido olbaltumvielu. Cita RNS, ko sauc par tRNA, palīdz saskaņot pareizo aminoskābi ar katru kodonu.

Olbaltumvielu sintēze

DNS posmu, kas satur norādījumus olbaltumvielas ražošanai, sauc par gēnu. Katrā gēnā ir vismaz viena polipeptīda sekvence. Olbaltumvielas veido struktūras un arī fermentus. Enzīmi šūnās veic lielāko daļu darba. Olbaltumvielas ir veidotas no mazākiem polipeptīdiem, kas sastāv no aminoskābēm. Lai izveidotu olbaltumvielu, kas veic noteiktu darbu, pareizā secībā ir jāsavieno pareizās aminoskābes.

Olbaltumvielas veido nelielas šūnas mašīnas, ko sauc par ribosomām. Riosomas atrodas šūnas pamatdaļā, bet DNS ir tikai šūnas kodolā. Kodons ir daļa no DNS, bet DNS nekad neatstāj kodolu. Tā kā DNS nevar atstāt kodolu, šūnas kodols veido DNS sekvences kopiju RNS. Tā ir mazāka un var izkļūt caur caurumiem - porām - kodola membrānā un izkļūt šūnā.

DNS kodētos gēnus pārraksta ziņneša RNS (mRNS), izmantojot tādus proteīnus kā RNS polimerāze. Nobriedušo mRNS pēc tam izmanto kā veidni olbaltumvielu sintēzei, ko veic ribosoma. Riosomas nolasa kodonus, "vārdus", kas sastāv no trīs bāzu pāriem, kuri norāda ribosomai, kura aminoskābe jāpievieno. Ribosoma skenē mRNS, nolasot kodu, kamēr tā veido olbaltumvielu. Cita RNS, ko sauc par tRNA, palīdz katram kodonam pieskaņot pareizo aminoskābi.

DNS pētījumu vēsture

Pirmo reizi DNS izolēja (ieguva no šūnām) šveiciešu ārsts Frīdrihs Mišers 1869. gadā, kad viņš pētīja baktērijas no ķirurģisko pārsēju strutas. Molekula tika atrasta šūnu kodolā, tāpēc viņš to nosauca par nukleīnu.

1928. gadā Frederiks Grifits atklāja, ka pneimokoka "gludās" formas īpašības var pārnest uz tās pašas baktērijas "raupjo" formu, sajaucot nogalinātās "gludās" baktērijas ar dzīvām "raupjām" formām. Šī sistēma pirmo reizi skaidri liecināja par to, ka DNS ir ģenētiskās informācijas nesējs.

1943. gadā Avery-MacLeod-McCarty eksperimenta laikā DNS tika identificēta kā transformācijas princips.

DNS loma iedzimtībā tika apstiprināta 1952. gadā, kad Alfrēds Heršijs un Marta Čase Heršija un Čases eksperimentā pierādīja, ka DNS ir T2 bakteriofāga ģenētiskais materiāls.

Pagājušā gadsimta 50. gados Ervīns Čargafs atklāja, ka DNS molekulā esošā timīna (T) daudzums ir aptuveni vienāds ar esošā adenīna (A) daudzumu. Viņš atklāja, ka tas pats attiecas uz guanīnu (G) un citozīnu (C). Šargafa noteikumi apkopo šo atklājumu.

1953. gadā Džeimss D. Vatsons un Frānsiss Kriks žurnālā Nature ierosināja to, kas tagad tiek uzskatīts par pirmo pareizo DNS struktūras dubultspirāles modeli. Viņu izstrādātais DNS divkāršās spirāles molekulārais modelis toreiz balstījās uz vienu rentgena staru difrakcijas attēlu "Photo 51", ko 1952. gada maijā uzņēma Rozalinda Franklina un Raimonds Goslings.

Eksperimentāli pierādījumi, kas apstiprina Vatsona un Krika modeli, tika publicēti piecu rakstu sērijā tajā pašā Nature numurā. No tiem Franklina un Goslinga raksts bija pirmais, kurā tika publicēti viņu pašu rentgenstaru difrakcijas dati un oriģinālā analīzes metode, kas daļēji apstiprināja Vatsona un Krika modeli; šajā numurā bija arī Mauriča Vilkinsa un divu viņa kolēģu raksts par DNS struktūru, kuru veiktā analīze un in vivo B-DNS rentgenstaru modeļi arī apstiprināja to, ka in vivo pastāv divkāršās spirāles DNS konfigurācijas, ko Kriks un Vatsons ierosināja savam divkāršās spirāles molekulārajam DNS modelim iepriekšējās divās Nature lappusēs. Pēc Franklina nāves 1962. gadā Vatsons, Krikss un Vilkinss kopīgi saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā. Nobela prēmijas tolaik tika piešķirtas tikai dzīviem laureātiem. Joprojām turpinās debates par to, kuram būtu jāsaņem atzinība par šo atklājumu.

1957. gadā Krīks izskaidroja DNS, RNS un olbaltumvielu saistību ar molekulārās bioloģijas galveno dogmu.

Par to, kā DNS tika kopēta (replikācijas mehānisms), uzzināja 1958. gadā, veicot Meselsona-Stahla eksperimentu. Krika un viņa līdzstrādnieku darbs parādīja, ka ģenētiskā koda pamatā ir nepārklājas bāzu tripleti, ko sauc par kodoniem. Šie atklājumi ir molekulārās bioloģijas aizsākums.

Par to, kā Vatsons un Kriks ieguva Franklina rezultātus, ir daudz diskutēts. Par darbu ar DNS 1962. gadā Krīkam, Vatsonam un Morisam Vilkinsam tika piešķirta Nobela prēmija - Rozalinda Franklina bija mirusi 1958. gadā.

Džeimss D. Vatsons un Frānsiss Kriks (pa labi) kopā ar Maklīnu Makkartiju (pa kreisi)

DNS pētījumu vēsture

Pirmo reizi DNS izolēja (ieguva no šūnām) šveiciešu ārsts Frīdrihs Mišers 1869. gadā, kad viņš pētīja baktērijas no ķirurģisko pārsēju strutas. Molekula tika atrasta šūnu kodolā, tāpēc viņš to nosauca par nukleīnu.

1928. gadā Frederiks Grifits atklāja, ka pneimokoka "gludās" formas īpašības var pārnest uz tās pašas baktērijas "raupjo" formu, sajaucot nogalinātās "gludās" baktērijas ar dzīvām "raupjām" formām. Šī sistēma pirmo reizi skaidri liecināja par to, ka DNS ir ģenētiskās informācijas nesējs.

1943. gadā Avery-MacLeod-McCarty eksperimenta laikā DNS tika identificēta kā transformācijas princips.

DNS loma iedzimtībā tika apstiprināta 1952. gadā, kad Alfrēds Heršijs un Marta Čase Heršija un Čases eksperimentā pierādīja, ka DNS ir T2 bakteriofāga ģenētiskais materiāls.

Pagājušā gadsimta 50. gados Ervīns Čargafs atklāja, ka DNS molekulā esošā timīna (T) daudzums ir aptuveni vienāds ar esošā adenīna (A) daudzumu. Viņš atklāja, ka tas pats attiecas uz guanīnu (G) un citozīnu (C). Šargafa noteikumi apkopo šo atklājumu.

1953. gadā Džeimss D. Vatsons un Frānsiss Kriks žurnālā Nature ierosināja to, kas tagad tiek uzskatīts par pirmo pareizo DNS struktūras dubultspirāles modeli. Viņu izstrādātais DNS divkāršās spirāles molekulārais modelis toreiz balstījās uz vienu rentgena staru difrakcijas attēlu "Photo 51", ko 1952. gada maijā uzņēma Rozalinda Franklina un Raimonds Goslings.

Eksperimentāli pierādījumi, kas apstiprina Vatsona un Krika modeli, tika publicēti piecu rakstu sērijā tajā pašā Nature numurā. No tiem Franklina un Goslinga raksts bija pirmais, kurā tika publicēti viņu pašu rentgenstaru difrakcijas dati un oriģinālā analīzes metode, kas daļēji apstiprināja Vatsona un Krika modeli; šajā numurā bija arī Mauriča Vilkinsa un divu viņa kolēģu raksts par DNS struktūru, kuru veiktā analīze un in vivo B-DNS rentgenstaru modeļi arī apstiprināja to, ka in vivo pastāv divkāršās spirāles DNS konfigurācijas, ko Kriks un Vatsons ierosināja savam divkāršās spirāles molekulārajam DNS modelim iepriekšējās divās Nature lappusēs. Pēc Franklina nāves 1962. gadā Vatsons, Krikss un Vilkinss kopīgi saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā. Nobela prēmijas tolaik tika piešķirtas tikai dzīviem laureātiem. Joprojām turpinās debates par to, kuram būtu jāsaņem atzinība par šo atklājumu.

1957. gadā Krīks izskaidroja DNS, RNS un olbaltumvielu saistību ar molekulārās bioloģijas galveno dogmu.

Par to, kā DNS tika kopēta (replikācijas mehānisms), uzzināja 1958. gadā, veicot Meselsona-Stahla eksperimentu. Krika un viņa līdzstrādnieku darbs parādīja, ka ģenētiskā koda pamatā ir nepārklājas bāzu tripleti, ko sauc par kodoniem. Šie atklājumi ir molekulārās bioloģijas aizsākums.

Par to, kā Vatsons un Kriks ieguva Franklina rezultātus, ir daudz diskutēts. Par darbu ar DNS 1962. gadā Krīkam, Vatsonam un Morisam Vilkinsam tika piešķirta Nobela prēmija - Rozalinda Franklina bija mirusi 1958. gadā.

Džeimss D. Vatsons un Frānsiss Kriks (pa labi) kopā ar Maklīnu Makkartiju (pa kreisi)

DNS un privātuma problēmas

Amerikas Savienoto Valstu policija izmanto DNS un dzimtas koku publiskās datubāzes, lai atrisinātu atklātās lietas. Amerikas Pilsoņubrīvību savienība pauda bažas par šo praksi.

DNS un privātuma problēmas

Amerikas Savienoto Valstu policija izmanto DNS un dzimtas koku publiskās datubāzes, lai atrisinātu atklātās lietas. Amerikas Pilsoņu brīvību savienība pauda bažas par šo praksi.

Saistītās lapas

• Šūnu dalīšanās
• Mitoze
• Meioze
• DNS labošana
• Hromosoma
• Sekvences analīze

Saistītās lapas

• Šūnu dalīšanās
• Mitoze
• Meioze
• DNS labošana
• Hromosoma
• Sekvences analīze