Kandungan
DNA adalah salah satu daripada beberapa kombinasi huruf di teras disiplin saintifik yang nampaknya mencetuskan tahap pemahaman yang signifikan walaupun pada orang yang mempunyai pendedahan seumur hidup kepada biologi atau sains secara amnya. Kebanyakan orang dewasa yang mendengar frasa "Its in her DNA" segera mengakui bahawa sifat tertentu tidak dapat dipisahkan dari orang yang digambarkan; bahawa ciri-ciri yang ada dalam diri, tidak akan hilang dan mampu ditransfer ke orang-orang yang kanak-kanak dan seterusnya. Ini kelihatan benar walaupun di dalam fikiran mereka yang tidak tahu apa yang disebut "DNA", iaitu "asid deoksiribonukleik."
Manusia difahami terpesona dengan konsep sifat mewarisi dari ibu bapa mereka dan melewati ciri-ciri mereka sendiri kepada anak-anak mereka. Adalah semulajadi bagi orang untuk merenungkan warisan biokimia mereka sendiri, walaupun ada yang dapat membayangkannya dalam istilah formal. Pengiktirafan bahawa faktor-faktor yang tidak kelihatan di dalam diri kita masing-masing mengawal bagaimana kanak-kanak melihat dan berperilaku pasti telah hadir selama beratus-ratus tahun. Tetapi tidak sampai pertengahan abad ke 20 membuat sains moden mendedahkan dengan terperinci mulia bukan sahaja apa yang molekul yang bertanggungjawab untuk pusaka, tetapi juga apa yang mereka kelihatan.
Asid deoxyribonucleic memang genetik biru semua makhluk hidup mengekalkan di dalam sel-sel mereka, jari mikroskopik yang unik yang bukan sahaja menjadikan setiap manusia sebagai satu-satunya individu yang kotor (kembar yang sama kecuali untuk tujuan ini) tetapi mendedahkan banyak penting maklumat mengenai setiap orang, dari kemungkinan berkaitan dengan orang tertentu yang lain untuk kemungkinan mengembangkan penyakit yang diberikan di kemudian hari atau menghantar penyakit sedemikian kepada generasi akan datang. DNA bukan sahaja menjadi titik pusat semulajadi biologi molekul dan sains hayat secara keseluruhan, tetapi komponen integrasi sains forensik dan kejuruteraan biologi juga.
Penemuan DNA
James Watson dan Francis Crick (dan kurang biasa, Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins) secara meluas dikreditkan dengan penemuan DNA pada tahun 1953. Persepsi ini, bagaimanapun, adalah salah. Secara kritis, penyelidik-penyelidik ini sebenarnya mewujudkan bahawa DNA wujud dalam bentuk tiga dimensi dalam bentuk heliks ganda, yang pada dasarnya tangga dipintal dalam arah yang berbeza di kedua-dua hujung untuk membuat bentuk lingkaran. Tetapi para saintis yang bertekad dan yang sering dirayakan adalah "hanya" membina kerja keras para ahli biologi yang bekerja keras untuk mencari maklumat umum yang sama sejauh 1860-an, percubaan yang sama seperti yang diasaskan oleh hak mereka sendiri seperti Watson, Crick dan lain-lain dalam era penyelidikan selepas Perang Dunia II.
Pada tahun 1869, 100 tahun sebelum manusia pergi ke bulan, seorang ahli kimia Switzerland bernama Friedrich Miescher berusaha untuk mengeluarkan komponen protein dari leukosit (sel darah putih) untuk menentukan komposisi dan fungsi mereka. Apa yang dipetiknya, dia memanggil "nuklein," dan walaupun dia tidak mempunyai instrumen yang diperlukan untuk mempelajari apa yang boleh dipelajari biokimia masa depan, dia dapat dengan cepat melihat bahawa "nuklein" ini berkaitan dengan protein tetapi bukan protein sendiri, jumlah fosforus yang luar biasa, dan bahawa bahan ini tahan untuk direndahkan oleh faktor kimia dan fizikal yang sama dengan protein yang terdegradasi.
Ia akan menjadi lebih dari 50 tahun sebelum kepentingan sebenar kerja Mieschers mula-mula menjadi jelas. Dalam dekad kedua tahun 1900-an, biokimia Rusia, Phoebus Levene, adalah yang pertama mencadangkan bahawa apa yang kita sebut nukleotida hari ini, terdiri daripada bahagian gula, bahagian fosfat dan bahagian asas; bahawa gula adalah ribosa; dan perbezaan di antara nukleotida dihutang kepada perbezaan antara pangkalan mereka. Model "polynucleotide" beliau mempunyai beberapa kelemahan, tetapi mengikut piawaian hari itu, ia sangat sasaran.
Pada tahun 1944, Oswald Avery dan rakan-rakannya di Rockefeller University adalah penyelidik pertama yang secara rasmi menyatakan bahawa DNA terdiri daripada unit keturunan, atau gen. Mengikuti kerja mereka serta Levene, saintis Austria Erwin Chargaff membuat dua penemuan utama: satu, bahawa urutan nukleotida dalam DNA berbeza-beza antara spesies organisma, bertentangan dengan apa yang dicadangkan oleh Levene; dan dua, bahawa dalam mana-mana organisma, jumlah total nitrogenous bases adenine (A) dan guanine (G) digabungkan, tanpa mengira spesies, hampir selalu sama dengan jumlah sitosin (C) dan timin (T). Ini tidak mengetuai Chargaff untuk menyimpulkan bahawa pasangan A dengan pasangan T dan C dengan G dalam semua DNA, tetapi kemudian membantu menegaskan kesimpulan yang dicapai oleh orang lain.
Akhirnya, pada tahun 1953, Watson dan rekan-rekannya, memanfaatkan dengan cepat memperbaiki cara-cara menggambarkan struktur kimia tiga dimensi, meletakkan semua penemuan ini bersama-sama dan menggunakan model kadbod untuk menentukan bahawa heliks ganda mempunyai segala-galanya yang diketahui tentang DNA dengan cara apa-apa lain boleh.
DNA dan ciri-ciri Heral
DNA dikenalpasti sebagai bahan keturunan dalam keadaan hidup sebelum strukturnya dijelaskan, dan selalunya berlaku dalam sains eksperimen, penemuan penting ini sebenarnya bersampingan dengan tujuan penyelidik utama.
Sebelum terapi antibiotik muncul pada akhir 1930-an, penyakit berjangkit mendedahkan lebih banyak nyawa manusia daripada yang mereka lakukan hari ini, dan menguraikan misteri organisma yang bertanggungjawab adalah matlamat penting dalam penyelidikan mikrobiologi. Pada tahun 1913, Oswald Avery yang disebutkan di atas memulakan kerja yang akhirnya mendedahkan kandungan polysaccharide (gula) yang tinggi dalam kapsul spesies bakteria pneumokokus, yang telah diasingkan daripada pesakit pneumonia. Avery berteori bahawa pengeluaran antibodi yang dirangsang ini pada orang yang dijangkiti. Sementara itu, di England, William Griffiths melakukan kerja yang menunjukkan bahawa komponen mati satu jenis pneumococcus yang menyebabkan penyakit boleh diadun dengan komponen hidup pneumokokus yang tidak berbahaya dan menghasilkan bentuk penyebab penyakit yang tidak berbahaya dahulu; ini membuktikan bahawa apa saja yang dipindahkan dari orang mati kepada bakteria yang hidup adalah sangat menarik.
Apabila Avery mengetahui keputusan Griffiths, dia membuat percubaan pemurnian dalam usaha untuk mengasingkan bahan yang tepat dalam pneumococci yang ternakan, dan homed pada asid nukleat, atau lebih khusus, nukleotida. DNA sudah pasti disyaki mempunyai apa yang kemudian dikenali sebagai "prinsip transformasi," jadi Avery dan yang lain menguji hipotesis ini dengan mendedahkan bahan keturunan kepada pelbagai agen. Mereka yang diketahui memusnahkan integriti DNA tetapi tidak berbahaya kepada protein atau DNA, yang dipanggil DNAases, mencukupi dalam jumlah yang tinggi untuk mencegah penularan sifat dari satu generasi bakteria ke seterusnya. Sementara itu, protease, yang membongkar protein, tidak melakukan kerosakan sedemikian.
Kerja rumah Averys dan Griffiths adalah, sekali lagi, sementara orang-orang seperti Watson dan Crick telah dipuji dengan baik kerana sumbangan mereka kepada genetik molekul, membentuk struktur DNA sebenarnya sumbangan yang agak lambat untuk proses pembelajaran tentang ini molekul spektakuler.
Struktur DNA
Chargaff, walaupun ia jelas tidak menggambarkan struktur DNA sepenuhnya, menunjukkan bahawa, sebagai tambahan kepada (A + G) = (C + T), kedua-dua helai yang diketahui dimasukkan ke dalam DNA sentiasa jarak yang sama. Ini membawa kepada postulat itu purin (termasuk A dan G) sentiasa terikat dengan pyrimidines (termasuk C dan T) dalam DNA. Ini menjadikan rasa tiga dimensi, kerana purin jauh lebih besar daripada pirimidin, sementara semua purin pada dasarnya adalah saiz yang sama dan semua pirimidin pada dasarnya adalah saiz yang sama. Ini menunjukkan bahawa dua purin yang terikat bersama akan mengambil lebih banyak ruang di antara helai DNA daripada dua pirimidin, dan juga bahawa mana-mana pasangan purine-pyrimidine yang diberikan akan menggunakan jumlah ruang yang sama. Meletakkan semua maklumat ini memerlukan A mengikat, dan hanya untuk, T dan hubungan yang sama memegang untuk C dan G jika model ini adalah untuk membuktikan berjaya. Dan ia telah.
Pangkalan (lebih banyak di kemudian hari) mengikat satu sama lain di pedalaman molekul DNA, seperti tangga di tangga. Tetapi bagaimana dengan helai, atau "sisi" diri? Rosalind Franklin, bekerja dengan Watson dan Crick, menganggap bahawa "tulang belakang" ini dibuat daripada gula (khususnya gula pentosa, atau satu dengan struktur cincin lima atom) dan kumpulan fosfat yang menghubungkan gula. Disebabkan idea yang baru diperkatakan mengenai pasangan asas, Franklin dan yang lain menyedari bahawa dua helai DNA dalam molekul tunggal adalah "pelengkap," atau kesan cermin antara satu sama lain pada tahap nukleotida mereka. Ini membenarkan mereka meramalkan radius anggaran bentuk yang dipintal DNA dalam ketepatan pepejal yang kukuh, dan analisa pembelahan sinar-X mengesahkan struktur heliks. Idea bahawa heliks adalah heliks ganda adalah perincian utama terakhir tentang struktur DNA yang berlaku pada tahun 1953.
Nukleotida dan Nitrogenous Bas
Nukleotida adalah subunit DNA yang berulang, yang bercanggah dengan mengatakan DNA adalah polimer nukleotida. Setiap nukleotida terdiri daripada gula yang dipanggil deoxyribose yang mengandungi struktur cincin pentagonal dengan satu oksigen dan empat molekul karbon. Gula ini terikat kepada kumpulan fosfat, dan dua tempat di sepanjang cincin dari kedudukan ini, ia juga terikat pada asas nitrogenous. Kumpulan fosfat menghubungkan gula bersama-sama untuk membentuk tulang belakang DNA, kedua-dua helai yang memutar di sekitar pangkalan nitrogen yang terikat di tengah helix ganda. Helix membuat satu lubang 360 darjah lengkap mengenai sekali setiap 10 pasangan asas.
Satu gula terikat hanya kepada asas nitrogenous dipanggil a nukleosida.
RNA (asid ribonukleat) berbeza daripada DNA dalam tiga cara utama: Satu, uracil pyrimidine digantikan untuk timin. Dua, gula pentosa adalah ribosa dan bukannya deoxyribose. Dan tiga, RNA hampir selalu terdampar tunggal dan datang dalam pelbagai bentuk, perbincangan yang melampaui skop artikel ini.
Replikasi DNA
DNA adalah "unzipped" ke dalam dua helai pelengkap apabila tiba masa untuk salinan dibuat. Seperti yang berlaku, helai anak perempuan terbentuk di sepanjang helai ibu tunggal. Satu helai anak perempuan seperti ini dibentuk terus menerus melalui penambahan nukleotida tunggal, di bawah tindakan enzim Polimerase DNA. Sintesis ini hanya mengikuti arah pemisahan helai DNA ibu bapa. Strand anak perempuan lain bentuk dari polynucleotides kecil dipanggil Serpihan Okazaki yang sebenarnya terbentuk dalam arah yang bertentangan dengan unzipping helai induk, dan kemudian disatukan oleh enzim Ligase DNA.
Kerana kedua helai anak perempuan itu juga saling melengkapi antara satu sama lain, pangkalan mereka akhirnya ikatan bersama untuk membuat molekul DNA dua stranded sama dengan induknya.
Dalam bakteria, yang bersel tunggal dan dipanggil prokariot, satu salinan DNA bakteria (juga dipanggil genomnya) duduk di sitoplasma; tiada nukleus hadir. Dalam organisma eukariotik multiselular, DNA ditemui dalam nukleus dalam bentuk kromosom, yang terdiri daripada molekul DNA yang spikelulasi, spooled dan spasial, hanya berjuta-juta meter panjang, dan protein dipanggil histones. Pada pemeriksaan mikroskopik, bahagian kromosom yang memperlihatkan selang histone "spools" dan helai DNA yang mudah (dipanggil chromatin pada peringkat organisasi) sering disamakan dengan manik pada rentetan. Sesetengah DNA eukariotik juga terdapat di dalam sel-sel organel yang dipanggil mitokondria.