DNA: ประวัติหน้าที่โครงสร้างส่วนประกอบ - ชีววิทยา

ดีเอ็นเอ (ดีเอ็นเอ) เป็นชีวโมเลกุลมีข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นในการสร้างร่างกายและรักษาการดำเนินงานของ มันประกอบด้วยหน่วยที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ซึ่งประกอบด้วยหมู่ฟอสเฟตโมเลกุลน้ำตาลห้าคาร์บอนและฐานไนโตรเจน

มีฐานไนโตรเจนอยู่ 4 ชนิดคืออะดีนีน (A), ไซโตซีน (C), กัวนีน (G) และไทมีน (T) อะดีนีนจับคู่กับไทมีนและกัวนีนกับไซโตซีนเสมอ ข้อความที่อยู่ในสายดีเอ็นเอจะถูกเปลี่ยนเป็นอาร์เอ็นเอของผู้ส่งสารและสิ่งนี้มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน

DNA เป็นโมเลกุลที่มีความเสถียรสูงมีประจุลบที่ pH ทางสรีรวิทยาซึ่งเชื่อมโยงกับโปรตีนเชิงบวก (ฮิสโตน) เพื่อกระชับนิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอตอย่างมีประสิทธิภาพ ดีเอ็นเอสายโซ่ยาวพร้อมกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องหลายชนิดก่อตัวเป็นโครโมโซม

ประวัติศาสตร์

ในปีพ. ศ. 2496 เจมส์วัตสันชาวอเมริกันและฟรานซิสคริกชาวอังกฤษสามารถอธิบายโครงสร้างสามมิติของดีเอ็นเอได้ด้วยผลงานด้านผลึกที่ดำเนินการโดย Rosalind Franklin และ Maurice Wilkins พวกเขายังได้ข้อสรุปเกี่ยวกับผลงานของผู้เขียนคนอื่น ๆ

เมื่อ DNA สัมผัสกับรังสีเอกซ์รูปแบบการเลี้ยวเบนจะถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ในการอนุมานโครงสร้างของโมเลกุล: เกลียวของโซ่คู่ขนานสองอันที่หมุนไปทางขวาโดยที่ทั้งสองโซ่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างฐาน . รูปแบบที่ได้รับมีดังต่อไปนี้:

โครงสร้างสามารถสันนิษฐานได้ตามกฎของการเลี้ยวเบนของแบร็ก: เมื่อวัตถุถูกแทรกกลางลำแสงเอ็กซ์เรย์มันจะสะท้อนออกมาเนื่องจากอิเล็กตรอนของวัตถุมีปฏิสัมพันธ์กับลำแสง

เมื่อวันที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2496 ผลการวิจัยของวัตสันและคริกได้รับการตีพิมพ์ในวารสารเนเจอร์อันทรงเกียรติในบทความเพียงสองหน้าชื่อ "โครงสร้างโมเลกุลของกรดนิวคลีอิก" ซึ่งจะปฏิวัติวงการชีววิทยาอย่างสิ้นเชิง

ด้วยการค้นพบนี้ทำให้นักวิจัยได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ในปี 2505 ยกเว้นแฟรงคลินที่เสียชีวิตก่อนส่งมอบ ปัจจุบันการค้นพบนี้เป็นหนึ่งในเลขยกกำลังที่ยิ่งใหญ่ของความสำเร็จของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่จะได้รับความรู้ใหม่ ๆ

ส่วนประกอบ

โมเลกุลของดีเอ็นเอประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ซึ่งประกอบด้วยน้ำตาลห้าคาร์บอนที่ยึดติดกับกลุ่มฟอสเฟตและฐานไนโตรเจน ชนิดของน้ำตาลที่พบในดีเอ็นเอคือชนิดดีออกซีไรโบสและด้วยเหตุนี้จึงมีชื่อกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก

ในการสร้างห่วงโซ่นิวคลีโอไทด์จะเชื่อมโยงโควาเลนต์โดยพันธะประเภทฟอสโฟดีสเตอร์ผ่านหมู่ 3'-hydroxyl (-OH) จากน้ำตาลและ 5'-phosphapho ของนิวคลีโอไทด์ถัดไป

นิวคลีโอไทด์ไม่ควรสับสนกับนิวคลีโอไซด์ ส่วนหลังหมายถึงส่วนของนิวคลีโอไทด์ที่เกิดจากเพนโทส (น้ำตาล) และฐานไนโตรเจนเท่านั้น

ดีเอ็นเอประกอบด้วยฐานไนโตรเจนสี่ประเภท ได้แก่ อะดีนีน (A), ไซโตซีน (C), กัวนีน (G) และไทมีน (T)

ฐานไนโตรเจนแบ่งออกเป็นสองประเภท: พิวรีนและไพริมิดีน กลุ่มแรกประกอบด้วยวงแหวนห้าอะตอมติดกับวงแหวนอีก 6 วงในขณะที่ไพริมิดีนประกอบด้วยวงแหวนเพียงวงเดียว

จากฐานที่กล่าวถึงอะดีนีนและกัวนีนเป็นอนุพันธ์ของพิวรีน ในทางตรงกันข้ามไทมีนไซโตซีนและยูราซิล (มีอยู่ในโมเลกุลอาร์เอ็นเอ) อยู่ในกลุ่มของไพริมิดีน

โครงสร้าง

โมเลกุลของดีเอ็นเอประกอบด้วยสองสายของนิวคลีโอไทด์ "โซ่" นี้เรียกว่าสายดีเอ็นเอ

ทั้งสองเส้นเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างฐานเสริม ฐานไนโตรเจนเชื่อมโยงกับโควาเลนต์กับกระดูกสันหลังของน้ำตาลและฟอสเฟต

นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวที่อยู่บนเส้นใยหนึ่งสามารถจับคู่กับนิวคลีโอไทด์เฉพาะอีกเส้นหนึ่งในอีกเส้นหนึ่งเพื่อสร้างเกลียวคู่ที่รู้จักกันดี ในการสร้างโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพ A จะจับคู่กับ T โดยใช้พันธะไฮโดรเจนสองพันธะและ G กับ C โดยสามพันธะ

กฎหมายของ Chargaff

ถ้าเราศึกษาสัดส่วนของฐานไนโตรเจนในดีเอ็นเอเราจะพบว่าจำนวน A นั้นเหมือนกันกับปริมาณของ T และเช่นเดียวกันกับ G และ C รูปแบบนี้เรียกว่ากฎของชาร์กัฟ

การจับคู่นี้เป็นประโยชน์อย่างมากเนื่องจากช่วยให้สามารถรักษาความกว้างที่ใกล้เคียงกันได้ตลอดทั้งโครงสร้างโดยรักษาระยะห่างที่ใกล้เคียงกันตามโมเลกุลกระดูกสันหลังของน้ำตาล - ฟอสเฟต สังเกตว่าฐานของแหวนคู่กับแหวนวงใดวงหนึ่ง

แบบจำลองเกลียวคู่

แนะนำว่าเกลียวคู่ประกอบด้วย 10.4 นิวคลีโอไทด์ต่อเทิร์นโดยคั่นด้วยระยะกึ่งกลางถึงกึ่งกลาง 3.4 นาโนเมตร กระบวนการรีดทำให้เกิดร่องในโครงสร้างสามารถสังเกตเห็นร่องที่ใหญ่ขึ้นและเล็กลงได้

ร่องเกิดขึ้นเนื่องจากพันธะไกลโคซิดิกในคู่ฐานไม่ได้อยู่ตรงข้ามกันเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลาง Pyrimidine O-2 และ purine N-3 พบในร่องรองในขณะที่ร่องใหญ่ตั้งอยู่ในบริเวณตรงข้าม

ถ้าเราใช้การเปรียบเทียบของบันไดขั้นบันไดประกอบด้วยคู่ฐานเสริมซึ่งกันและกันในขณะที่โครงกระดูกสอดคล้องกับราวจับทั้งสอง

จุดจบของโมเลกุลดีเอ็นเอไม่เหมือนกันซึ่งเป็นสาเหตุที่เราพูดถึง "ขั้ว" ปลายด้านหนึ่งของมันคือ 3 'มีหมู่ -OH ในขณะที่ปลาย 5' มีหมู่ฟอสเฟตอิสระ

ทั้งสองเส้นตั้งอยู่ในลักษณะที่ตรงกันข้ามกันซึ่งหมายความว่าพวกมันอยู่ในทางตรงกันข้ามกับขั้วของพวกมันดังนี้:

นอกจากนี้ลำดับของเกลียวเส้นใดเส้นหนึ่งจะต้องเสริมกับคู่ของมันหากเป็นตำแหน่งที่มี A ในเส้นคู่ขนานจะต้องมี T

องค์กร

ในเซลล์ของมนุษย์แต่ละเซลล์มีดีเอ็นเอประมาณ 2 เมตรซึ่งต้องได้รับการบรรจุอย่างมีประสิทธิภาพ

ต้องมีการบีบอัดเกลียวเพื่อให้สามารถบรรจุในนิวเคลียสขนาดเล็กเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 μmที่มีขนาดเพียง 10% ของปริมาตรเซลล์ เป็นไปได้ด้วยระดับการบดอัดต่อไปนี้:

histones

ในยูคาริโอตมีโปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตนซึ่งมีความสามารถในการจับกับโมเลกุลของดีเอ็นเอซึ่งเป็นระดับแรกของการบดอัดของเส้นใย ฮิสโตนมีประจุบวกเพื่อให้สามารถโต้ตอบกับประจุลบของดีเอ็นเอโดยฟอสเฟต

ฮิสโตนเป็นโปรตีนที่มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตจนแทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการวิวัฒนาการ - การจำไว้ว่าการกลายพันธุ์ในอัตราที่ต่ำบ่งชี้ว่าแรงกดดันที่เลือกต่อโมเลกุลนั้นแข็งแกร่ง ข้อบกพร่องในฮิสโตนอาจส่งผลให้การบดอัดในดีเอ็นเอมีข้อบกพร่อง

ฮิสโตนสามารถดัดแปลงทางชีวเคมีและกระบวนการนี้จะปรับเปลี่ยนระดับการบดอัดของสารพันธุกรรม

เมื่อฮิสโตน "hypoacetylated" โครมาตินจะควบแน่นมากขึ้นเนื่องจากรูปแบบอะซิติลจะทำให้ประจุบวกของไลซีน (กรดอะมิโนที่มีประจุบวก) ในโปรตีนเป็นกลาง

นิวคลีโอโซมและเส้นใย 30 นาโนเมตร

สายดีเอ็นเอจะบิดเป็นฮิสโตนและสร้างโครงสร้างที่คล้ายกับลูกปัดบนสร้อยคอมุกเรียกว่านิวคลีโอโซม หัวใจสำคัญของโครงสร้างนี้คือสำเนาของฮิสโตนแต่ละประเภท 2 ชุด ได้แก่ H2A, H2B, H3 และ H4 การรวมกันของฮิสโตนที่แตกต่างกันเรียกว่า "ฮิสโตนออคทาเมอร์"

octamer ล้อมรอบด้วยฐานคู่ประมาณ 146 คู่วนน้อยกว่าสองครั้ง เซลล์ไดพลอยด์ของมนุษย์ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ประมาณ 6.4 x 10 ⁹ซึ่งจัดเป็น 30 ล้านนิวคลีโอโซม

การรวมตัวกันเป็นนิวคลีโอโซมทำให้ดีเอ็นเอถูกบีบอัดได้มากกว่าหนึ่งในสามของความยาวเดิม

ในกระบวนการสกัดสารพันธุกรรมภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาพบว่านิวคลีโอโซมถูกจัดเรียงในเส้นใย 30 นาโนเมตร

โครโมโซม

โครโมโซมเป็นหน่วยการทำงานของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมซึ่งมีหน้าที่ในการถ่ายทอดยีนของแต่ละบุคคล ยีนคือส่วนของดีเอ็นเอที่มีข้อมูลในการสังเคราะห์โปรตีน (หรือชุดของโปรตีน) อย่างไรก็ตามยังมียีนที่เป็นรหัสสำหรับองค์ประกอบด้านกฎระเบียบเช่น RNA

เซลล์ของมนุษย์ทั้งหมด (ยกเว้นเซลล์สืบพันธุ์และเซลล์เม็ดเลือด) มีโครโมโซมสองชุดโดยหนึ่งชุดสืบทอดมาจากพ่อและอีกเซลล์หนึ่งมาจากแม่

โครโมโซมเป็นโครงสร้างที่ประกอบขึ้นจากชิ้นดีเอ็นเอที่เป็นเส้นยาวซึ่งเกี่ยวข้องกับโปรตีนเชิงซ้อนที่กล่าวถึงข้างต้น โดยปกติในยูคาริโอตสารพันธุกรรมทั้งหมดที่รวมอยู่ในนิวเคลียสจะถูกแบ่งออกเป็นชุดโครโมโซม

องค์กรในโปรคาริโอต

โปรคาริโอตเป็นสิ่งมีชีวิตที่ขาดนิวเคลียส ในสปีชีส์เหล่านี้สารพันธุกรรมจะถูกขดรวมกับโปรตีนอัลคาไลน์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ด้วยวิธีนี้ดีเอ็นเอจะถูกบีบอัดและอยู่ในบริเวณภาคกลางของแบคทีเรีย

ผู้เขียนบางคนมักเรียกโครงสร้างนี้ว่า "โครโมโซมของแบคทีเรีย" แม้ว่าจะไม่มีลักษณะเดียวกับโครโมโซมยูคาริโอต

ปริมาณดีเอ็นเอ

สิ่งมีชีวิตบางชนิดไม่ได้มีจำนวนดีเอ็นเอเท่ากัน ในความเป็นจริงค่านี้มีความแปรผันอย่างมากระหว่างสิ่งมีชีวิตและไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนดีเอ็นเอกับความซับซ้อนของสิ่งมีชีวิต ความขัดแย้งนี้เรียกว่า "C-value paradox"

การให้เหตุผลเชิงตรรกะจะเป็นการคาดเดาว่ายิ่งสิ่งมีชีวิตมีความซับซ้อนมากเท่าใดก็ยิ่งมีดีเอ็นเอมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงในธรรมชาติ

ตัวอย่างเช่นจีโนมของปลาปอด Protopterus aethiopicus มีขนาด 132 pg (DNA สามารถหาปริมาณได้ใน picograms = pg) ในขณะที่จีโนมของมนุษย์มีน้ำหนักเพียง 3.5 pg

ต้องจำไว้ว่าไม่ใช่ DNA ทั้งหมดของรหัสสิ่งมีชีวิตสำหรับโปรตีนจำนวนมากนี้เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบด้านกฎระเบียบและ RNA ประเภทต่างๆ

รูปแบบโครงสร้างของ DNA

แบบจำลองวัตสันและคริกซึ่งได้มาจากรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เรียกว่าเกลียว B-DNA และเป็นแบบจำลอง "แบบดั้งเดิม" และเป็นที่รู้จักกันดีที่สุด อย่างไรก็ตามมีอีกสองรูปแบบที่แตกต่างกันเรียกว่า A-DNA และ Z-DNA

ดีเอ็นเอ - ก

ตัวแปร "A" จะหมุนไปทางขวาเช่นเดียวกับ B-DNA แต่จะสั้นและกว้างกว่า แบบฟอร์มนี้จะปรากฏขึ้นเมื่อความชื้นสัมพัทธ์ลดลง

A-DNA จะหมุนทุกคู่ฐาน 11 คู่ร่องที่สำคัญแคบและลึกกว่า B-DNA ในส่วนของร่องรองนี้มีความตื้นและกว้างมากขึ้น

ดีเอ็นเอ - ซ

ตัวแปรที่สามคือ Z-DNA มันเป็นรูปแบบที่แคบที่สุดซึ่งเกิดจากกลุ่มของเฮกซานิวคลีโอไทด์ที่จัดเรียงแบบดูเพล็กซ์ของโซ่แอนติคู่ขนาน หนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของรูปทรงนี้คือหันไปทางซ้ายในขณะที่อีกสองวิธีทำไปทางขวา

Z-DNA ปรากฏขึ้นเมื่อมีลำดับสั้น ๆ ของไพริมิดีนและพิวรีนสลับกัน ร่องลึกที่สำคัญมีลักษณะแบนและส่วนเล็กจะแคบและลึกกว่าเมื่อเทียบกับ B-DNA

แม้ว่าภายใต้เงื่อนไขทางสรีรวิทยาโมเลกุลของดีเอ็นเอส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปแบบ B แต่การมีอยู่ของทั้งสองสายพันธุ์ที่อธิบายไว้นั้นแสดงให้เห็นถึงความยืดหยุ่นและไดนามิกของสารพันธุกรรม

คุณสมบัติ

โมเลกุลของดีเอ็นเอประกอบด้วยข้อมูลและคำแนะนำทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการสร้างสิ่งมีชีวิต ข้อมูลทางพันธุกรรมที่สมบูรณ์ในสิ่งมีชีวิตเรียกว่าจีโนม

ข้อความถูกเข้ารหัสโดย "อักษรชีวภาพ": ฐานทั้งสี่ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้คือ A, T, G และ C

ข้อความสามารถนำไปสู่การก่อตัวของโปรตีนหรือรหัสประเภทต่างๆสำหรับองค์ประกอบกฎระเบียบบางอย่าง กระบวนการที่ฐานข้อมูลเหล่านี้สามารถส่งข้อความได้อธิบายไว้ด้านล่าง:

การจำลองแบบการถอดความและการแปล

ข้อความที่เข้ารหัสด้วยตัวอักษรสี่ตัว A, T, G และ C ทำให้เกิดฟีโนไทป์ (ไม่ใช่รหัสลำดับดีเอ็นเอทั้งหมดสำหรับโปรตีน) เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ DNA ต้องจำลองตัวเองในแต่ละกระบวนการของการแบ่งเซลล์

การจำลองแบบดีเอ็นเอเป็นแบบกึ่งอนุรักษ์นิยม: เส้นใยหนึ่งทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสร้างโมเลกุลของลูกสาวใหม่ การจำลองแบบเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์หลายชนิด ได้แก่ DNA primase, DNA helicase, DNA ligase และ topoisomerase

ต่อจากนั้นข้อความที่เขียนด้วยภาษาลำดับเบสจะต้องถูกส่งไปยังโมเลกุลระดับกลาง: RNA (กรดไรโบนิวคลีอิก) กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดความ

เพื่อให้การถอดความเกิดขึ้นต้องมีเอนไซม์ที่แตกต่างกันรวมทั้ง RNA polymerase

เอนไซม์นี้มีหน้าที่คัดลอกข้อความของดีเอ็นเอและแปลงเป็นโมเลกุลอาร์เอ็นเอของผู้ส่งสาร กล่าวอีกนัยหนึ่งเป้าหมายของการถอดเสียงคือการได้รับผู้ส่งสาร

ในที่สุดการแปลข้อความเป็นโมเลกุล RNA ของผู้ส่งสารก็เกิดขึ้นด้วยไรโบโซม

โครงสร้างเหล่านี้ใช้ Messenger RNA และร่วมกับเครื่องจักรการแปลสร้างโปรตีนที่ระบุ

รหัสพันธุกรรม

ข้อความนี้อ่านเป็น "แฝดสาม" หรือกลุ่มของตัวอักษรสามตัวที่ระบุกรดอะมิโนซึ่งเป็นส่วนประกอบของโปรตีน เป็นไปได้ที่จะถอดรหัสข้อความของแฝดสามเนื่องจากรหัสพันธุกรรมได้รับการเปิดเผยอย่างสมบูรณ์แล้ว

การแปลจะเริ่มต้นด้วยกรดอะมิโนเมไธโอนีนซึ่งเข้ารหัสโดย triplet เริ่มต้น: AUG "U" หมายถึง uracil ฐานและเป็นลักษณะของ RNA และไทมีนทดแทน

ตัวอย่างเช่นถ้า Messenger RNA มีลำดับต่อไปนี้: AUG CCU CUU UUU UUA จะถูกแปลเป็นกรดอะมิโนต่อไปนี้: เมไทโอนีนโพรลีนลิวซีนฟีนิลอะลานีนและฟีนิลอะลานีน โปรดทราบว่าสองแฝด - ในกรณีนี้คือ UUU และ UUA - อาจเป็นรหัสสำหรับกรดอะมิโนเดียวกัน: ฟีนิลอะลานีน

เนื่องจากคุณสมบัตินี้จึงกล่าวได้ว่ารหัสพันธุกรรมเสื่อมลงเนื่องจากกรดอะมิโนถูกเข้ารหัสโดยลำดับของแฝดมากกว่าหนึ่งลำดับยกเว้นกรดอะมิโนเมไทโอนีนซึ่งกำหนดจุดเริ่มต้นของการแปล

กระบวนการหยุดโดยเฉพาะหยุดหรือหยุดแฝด: UAA, UAG และ UGA พวกเขาเป็นที่รู้จักภายใต้ชื่อสีเหลืองอำพันและโอปอลตามลำดับ เมื่อไรโบโซมตรวจพบพวกมันก็จะไม่สามารถเพิ่มกรดอะมิโนเข้าไปในโซ่ได้อีกต่อไป

คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ

กรดนิวคลีอิกเป็นกรดในธรรมชาติและละลายได้ในน้ำ (ชอบน้ำ) การสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างหมู่ฟอสเฟตและหมู่ไฮดรอกซิลของเพนโทสกับน้ำสามารถเกิดขึ้นได้ มีประจุลบที่ pH ทางสรีรวิทยา

สารละลายดีเอ็นเอมีความหนืดสูงเนื่องจากความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนรูปของเกลียวคู่ซึ่งมีความแข็งมาก ความหนืดจะลดลงถ้ากรดนิวคลีอิกเป็นเกลียวเดี่ยว

เป็นโมเลกุลที่มีความเสถียรสูง ตามเหตุผลแล้วลักษณะนี้จะต้องขาดไม่ได้ในโครงสร้างที่มีข้อมูลทางพันธุกรรม เมื่อเทียบกับ RNA แล้ว DNA จะเสถียรกว่ามากเนื่องจากไม่มีกลุ่มไฮดรอกซิล

ดีเอ็นเอสามารถทำให้เกิดความร้อนได้นั่นคือเส้นจะแยกออกจากกันเมื่อโมเลกุลสัมผัสกับอุณหภูมิสูง

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์ G - C ของโมเลกุลเนื่องจากฐานเหล่านี้เชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนสามพันธะทำให้ความต้านทานต่อการแยกตัวเพิ่มขึ้น

เกี่ยวกับการดูดกลืนแสงพวกมันมีจุดสูงสุดที่ 260 นาโนเมตรซึ่งจะเพิ่มขึ้นหากกรดนิวคลีอิกเป็นเกลียวเดี่ยวเนื่องจากวงแหวนนิวคลีโอไทด์สัมผัสและสิ่งเหล่านี้มีหน้าที่ในการดูดซึม

วิวัฒนาการ

อ้างอิงจาก Lazcano et al. 1988 DNA เกิดขึ้นในช่วงการเปลี่ยนแปลงจาก RNA ซึ่งเป็นหนึ่งในเหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ของชีวิต

ผู้เขียนเสนอสามขั้นตอน: ช่วงแรกที่มีโมเลกุลคล้ายกับกรดนิวคลีอิกต่อมาจีโนมประกอบด้วยอาร์เอ็นเอและในขั้นตอนสุดท้ายจีโนมดีเอ็นเอแถบคู่ปรากฏขึ้น

หลักฐานบางอย่างสนับสนุนทฤษฎีของโลกปฐมภูมิตาม RNA ประการแรกการสังเคราะห์โปรตีนสามารถเกิดขึ้นได้ในกรณีที่ไม่มี DNA แต่ไม่ใช่เมื่อ RNA ขาดหายไป นอกจากนี้ยังมีการค้นพบโมเลกุล RNA ที่มีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยา

เกี่ยวกับการสังเคราะห์ deoxyribonucleotides (มีอยู่ใน DNA) มักมาจากการลดลงของ ribonucleotides (มีอยู่ใน RNA)

นวัตกรรมวิวัฒนาการของโมเลกุลดีเอ็นเอต้องมีเอนไซม์ที่สังเคราะห์สารตั้งต้นของดีเอ็นเอและมีส่วนร่วมในการถอดความย้อนกลับของ RNA

จากการศึกษาเอนไซม์ในปัจจุบันสามารถสรุปได้ว่าโปรตีนเหล่านี้มีวิวัฒนาการมาหลายครั้งและการเปลี่ยนจาก RNA ไปเป็น DNA มีความซับซ้อนกว่าที่เคยเชื่อกันมาก่อนหน้านี้รวมถึงกระบวนการถ่ายทอดและการสูญเสียยีนและการแทนที่แบบไม่ใช้อวัยวะ

ลำดับดีเอ็นเอ

การจัดลำดับดีเอ็นเอประกอบด้วยการอธิบายลำดับของสายดีเอ็นเอในแง่ของฐานทั้งสี่ที่ประกอบกัน

ความรู้เกี่ยวกับลำดับนี้มีความสำคัญสูงสุดในวิทยาศาสตร์ชีวภาพ สามารถใช้แยกแยะระหว่างสิ่งมีชีวิตสองชนิดที่คล้ายคลึงกันมากเพื่อตรวจหาโรคพยาธิสภาพหรือปรสิตและยังมีการบังคับใช้ทางนิติวิทยาศาสตร์

การจัดลำดับแซงเกอร์ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ 1900 และเป็นเทคนิคดั้งเดิมในการชี้แจงลำดับ แม้จะมีอายุมาก แต่ก็เป็นวิธีที่ถูกต้องและใช้กันอย่างแพร่หลายโดยนักวิจัย

วิธีการแซงเจอร์

วิธีการนี้ใช้ DNA polymerase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงซึ่งจำลองดีเอ็นเอในเซลล์สังเคราะห์สายดีเอ็นเอใหม่โดยใช้ดีเอ็นเอที่มีอยู่ก่อนเป็นแนวทาง เอนไซม์ต้องการไพรเมอร์เพื่อเริ่มการสังเคราะห์ ไพรเมอร์เป็นโมเลกุลเล็ก ๆ ของ DNA ที่เสริมกับโมเลกุลที่จะจัดลำดับ

ในปฏิกิริยาจะมีการเติมนิวคลีโอไทด์ซึ่งจะรวมเข้ากับสายดีเอ็นเอใหม่โดยเอนไซม์

นอกเหนือจากนิวคลีโอไทด์แบบ "ดั้งเดิม" แล้ววิธีการนี้ยังรวมถึงชุดของไดโอดอกซีนิวคลีโอไทด์สำหรับแต่ละเบสด้วย พวกเขาแตกต่างจากนิวคลีโอไทด์มาตรฐานในสองลักษณะ: ในเชิงโครงสร้างพวกเขาไม่อนุญาตให้ DNA polymerase เพิ่มนิวคลีโอไทด์ให้กับเส้นใยของลูกสาวและมีเครื่องหมายเรืองแสงที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละฐาน

ผลลัพธ์ที่ได้คือโมเลกุลของ DNA ที่มีความยาวต่างกันเนื่องจาก dideoxynucleotides ถูกรวมเข้าด้วยกันแบบสุ่มและหยุดกระบวนการจำลองแบบในขั้นตอนต่างๆ

โมเลกุลที่หลากหลายนี้สามารถแยกออกได้ตามความยาวและข้อมูลประจำตัวของนิวคลีโอไทด์จะถูกอ่านโดยการปล่อยแสงจากฉลากเรืองแสง

ลำดับรุ่นต่อไป

เทคนิคการจัดลำดับที่พัฒนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาช่วยให้สามารถวิเคราะห์ตัวอย่างจำนวนมากได้พร้อมกัน

วิธีการที่โดดเด่นที่สุด ได้แก่ การทำไพโรซีฟการเรียงลำดับโดยการสังเคราะห์การเรียงลำดับโดยการลอกคราบและการจัดลำดับรุ่นต่อไปโดย Ion Torrent

อ้างอิง

Alberts, B. , Johnson, A. , Lewis, J. , et al. (2002) อณูชีววิทยาของเซลล์. พิมพ์ครั้งที่ 4. นิวยอร์ก: วิทยาศาสตร์การ์แลนด์. โครงสร้างและหน้าที่ของดีเอ็นเอ มีจำหน่ายที่: ncbi.nlm.nih.gov/
Alberts, B. , Johnson, A. , Lewis, J. , et al. (2002) อณูชีววิทยาของเซลล์. พิมพ์ครั้งที่ 4. นิวยอร์ก: วิทยาศาสตร์การ์แลนด์. โครโมโซมดีเอ็นเอและบรรจุภัณฑ์ในโครมาตินไฟเบอร์ มีจำหน่ายที่: ncbi.nlm.nih.gov
เบิร์ก, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L. (2002). ชีวเคมี. พิมพ์ครั้งที่ 5. นิวยอร์ก: WH Freeman มาตรา 27.1 DNA สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีรูปแบบโครงสร้างที่หลากหลาย มีจำหน่ายที่: ncbi.nlm.nih.gov
Fierro, A. (2544). ประวัติโดยย่อของการค้นพบโครงสร้างของ DNA Rev MédClínica Las Condes, 20, 71-75
Forterre, P. , Filée, J. & Myllykallio, H. (2000-2013) กำเนิดและวิวัฒนาการของเครื่องจำลองดีเอ็นเอและดีเอ็นเอ ใน: Madame Curie Bioscience Database ออสติน (TX): Landes Bioscience มีจำหน่ายที่: ncbi.nlm.nih.gov
Lazcano, A. , Guerrero, R. , Margulis, L. , & Oro, J. (1988). การเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการจาก RNA ไปเป็น DNA ในเซลล์แรก ๆ วารสารวิวัฒนาการระดับโมเลกุล, 27 (4), 283-290.
Lodish, H. , Berk, A. , Zipursky, SL และอื่น ๆ (2000) อณูชีววิทยาของเซลล์. พิมพ์ครั้งที่ 4. นิวยอร์ก: WH Freeman ส่วนที่ 9.5 การจัดระเบียบ DNA ของเซลล์ให้เป็นโครโมโซม มีจำหน่ายที่: ncbi.nlm.nih.gov/books
Voet, D. , Voet, JG, & Pratt, CW (1999). พื้นฐานของชีวเคมี นิวยอร์ก: John Willey and Sons

DNA: ประวัติหน้าที่โครงสร้างส่วนประกอบ - ชีววิทยา - 2026