DNA
DNA, mis on lühend deoksüribonukleiinhappest, on molekul, mis sisaldab organismide geneetilist koodi. Siia kuuluvad loomad, taimed, algloomad, arheoidid ja bakterid.
DNA on organismi igas rakus ja ütleb rakkudele, milliseid valke toota. Enamasti on need valgud ensüümid. DNA pärivad lapsed oma vanematelt. Seetõttu jagavad lapsed oma vanematega selliseid tunnuseid nagu naha, juuste ja silmade värvus. Inimese DNA on kombinatsioon igalt vanemalt saadud DNA-st.
Osa organismi DNA-st on "mittekodeerivad DNA-järjestused". Need ei kodeeri valgujärjestusi. Osa mittekodeerivast DNA-st transkribeeritakse mittekodeerivateks RNA-molekulideks, näiteks transfeer-RNA-ks, ribosomaalseks RNA-ks ja regulatiivseteks RNA-deks. Teised järjestused ei transkribeeru üldse või tekitavad teadmata funktsiooniga RNA-d. Mittekodeeriva DNA hulk on liikide lõikes väga erinev. Näiteks üle 98% inimese genoomist on mittekodeeriv DNA, samas kui tüüpilise bakteri genoomi puhul on mittekodeeriv DNA ainult 2%.
Viirused kasutavad organismide nakatamiseks kas DNA-d või RNA-d. Enamiku DNA-viiruste genoomi paljunemine toimub raku tuumas, RNA-viirused aga tavaliselt tsütoplasmas.
DNA kaksikspiraali osa struktuur
DNA keemiline struktuur. Fosfaatrühmad on kollased, desoksüribonukleiinsuhkrud on oranžid ja lämmastiku alused on rohelised, lillad, roosad ja sinised. Näidatud aatomid on järgmised: P = fosfor O = hapnik = lämmastik H = vesinik
DNA kopeerimine
DNA kaksikspiraali osa struktuur
DNA keemiline struktuur. Fosfaatrühmad on kollased, desoksüribonukleiinsuhkrud on oranžid ja lämmastiku alused on rohelised, lillad, roosad ja sinised. Näidatud aatomid on järgmised: P = fosfor O = hapnik = lämmastik H = vesinik
DNA kopeerimine
DNA struktuur
DNA on topeltheeliksi kujuline, mis on nagu spiraalselt keerdunud redel. Iga redeli samm on üks nukleotiidipaar.
Nukleotiidid
Nukleotiid on molekul, mis koosneb:
- deoksüriboos, mis on 5 süsinikuaatomiga suhkruliik,
- fosforist ja hapnikust koosnev fosfaatrühm ja
- lämmastikaline alus
DNA koosneb neljast nukleotiiditüübist:
- Adeniin (A)
- Tümiin (T)
- Tsütosiin (C)
- Guaniin (G)
DNA-redeli "astmed" koosnevad igaüks kahest baasist, kusjuures üks alus pärineb igast jalast. Alused ühenduvad keskel: "A" moodustab ainult paari "T"-ga ja "C" ainult paari "G"-ga. Aluseid hoiavad koos vesiniksidemed.
Adeniin (A) ja tümiin (T) võivad moodustuda paarina, sest nad moodustavad kaks vesiniksidet, ning tsütosiin (C) ja guaniin (G) moodustavad paarina kolm vesiniksidet. Kuigi alused on alati fikseeritud paaridena, võivad paarid olla mis tahes järjekorras (A-T või T-A; samamoodi C-G või G-C). Sel viisil saab DNA kirjutada "koode" "tähtedest", milleks on alused. Need koodid sisaldavad sõnumit, mis ütleb rakule, mida teha.
Kromatiin
Kromosoomides on DNA seotud valkudega, mida nimetatakse histoonideks, moodustades kromatiini. See ühendus osaleb epigeneetikas ja geeniregulatsioonis. Geenid lülitatakse sisse ja välja arengu ja raku tegevuse käigus ning see regulatsioon on aluseks enamikule rakus toimuvale tegevusele.
DNA struktuur
DNA on topeltheeliksi kujuline, mis on nagu spiraalselt keerdunud redel. Iga redeli samm on üks nukleotiidipaar.
Nukleotiidid
Nukleotiid on molekul, mis koosneb:
- deoksüriboos, mis on 5 süsinikuaatomiga suhkruliik,
- fosforist ja hapnikust koosnev fosfaatrühm ja
- lämmastikaline alus
DNA koosneb neljast nukleotiiditüübist:
- Adeniin (A)
- Tümiin (T)
- Tsütosiin (C)
- Guaniin (G)
DNA-redeli "astmed" koosnevad igaüks kahest baasist, kusjuures üks alus pärineb igast jalast. Alused ühenduvad keskel: "A" moodustab ainult paari "T"-ga ja "C" ainult paari "G"-ga. Aluseid hoiavad koos vesiniksidemed.
Adeniin (A) ja tümiin (T) võivad moodustuda paarina, sest nad moodustavad kaks vesiniksidet, ning tsütosiin (C) ja guaniin (G) moodustavad paarina kolm vesiniksidet. Kuigi alused on alati fikseeritud paaridena, võivad paarid olla mis tahes järjekorras (A-T või T-A; samamoodi C-G või G-C). Sel viisil saab DNA kirjutada "koode" "tähtedest", milleks on alused. Need koodid sisaldavad sõnumit, mis ütleb rakule, mida teha.
Kromatiin
Kromosoomides on DNA seotud valkudega, mida nimetatakse histoonideks, moodustades kromatiini. See ühendus osaleb epigeneetikas ja geeniregulatsioonis. Geenid lülitatakse sisse ja välja arengu ja raku tegevuse käigus ning see regulatsioon on aluseks enamikule rakus toimuvale tegevusele.
DNA kopeerimine
Kui DNA kopeeritakse, nimetatakse seda DNA replikatsiooniks. Lühidalt öeldes purunevad paarislehtedega aluseid kokku hoidvad vesiniksidemed ja molekul jaguneb kaheks: redeli jalad eralduvad. See annab kaks üksikut niiti. Uued ahelad moodustatakse, kui puuduvad ahelad ühendatakse (A ja T ning G ja C).
Kõigepealt jagab ensüüm nimega DNA-helikaas DNA-d keskelt alla, lõhkudes vesiniksidemeid. Seejärel, kui DNA-molekul on kahes eraldi tükis, valmistab teine molekul, mida nimetatakse DNA-polümeraasiks, uue ahela, mis vastab jagatud DNA-molekuli kummalegi ahelale. Iga DNA-molekuli koopia koosneb pooleks esialgsest (algsest) molekulist ja pooleks uutest alustest.
Mutatsioonid
DNA kopeerimisel tehakse mõnikord vigu - neid nimetatakse mutatsioonideks. On olemas kolm peamist tüüpi mutatsioone:
- Kustutamine, kus üks või mitu alust on välja jäetud.
- Asendamine, mille puhul üks või mitu alust asendatakse mõne teise alusega järjestuses.
- Sisestamine, mille puhul sisestatakse üks või mitu lisabaasi.
- dubleerimine, kus aluspaaride jada kordub.
Mutatsioone võib liigitada ka nende mõju järgi valkude struktuurile ja funktsioonile või nende mõju fitnessile. Mutatsioonid võivad olla organismile kahjulikud, neutraalsed või kasulikud. Mõnikord on mutatsioonid organismi jaoks fataalsed - uue DNA abil toodetud valk ei toimi üldse ja see põhjustab embrüo surma. Teisest küljest viivad mutatsioonid evolutsiooni edasi, kui valgu uus versioon töötab organismi jaoks paremini.
DNA kopeerimine
Kui DNA kopeeritakse, nimetatakse seda DNA replikatsiooniks. Lühidalt öeldes purunevad paarislehtedega aluseid kokku hoidvad vesiniksidemed ja molekul jaguneb kaheks: redeli jalad eralduvad. See annab kaks üksikut niiti. Uued ahelad moodustatakse, kui puuduvad ahelad ühendatakse (A ja T ning G ja C).
Kõigepealt jagab ensüüm nimega DNA-helikaas DNA-d keskelt alla, lõhkudes vesiniksidemeid. Seejärel, kui DNA-molekul on kahes eraldi tükis, valmistab teine molekul, mida nimetatakse DNA-polümeraasiks, uue ahela, mis vastab jagatud DNA-molekuli kummalegi ahelale. Iga DNA-molekuli koopia koosneb pooleks esialgsest (algsest) molekulist ja pooleks uutest alustest.
Mutatsioonid
DNA kopeerimisel tehakse mõnikord vigu - neid nimetatakse mutatsioonideks. On olemas neli peamist tüüpi mutatsioone:
- kustutamine, mille puhul üks või mitu alust jäetakse välja.
- Asendamine, mille puhul üks või mitu alust asendatakse mõne teise alusega järjestuses.
- Sisestamine, mille puhul sisestatakse üks või mitu lisabaasi.
- dubleerimine, kus aluspaaride jada kordub.
Mutatsioone võib liigitada ka nende mõju järgi valkude struktuurile ja funktsioonile või nende mõju fitnessile. Mutatsioonid võivad olla organismile kahjulikud, neutraalsed või kasulikud. Mõnikord on mutatsioonid organismi jaoks fataalsed - uue DNA abil toodetud valk ei toimi üldse ja see põhjustab embrüo surma. Teisest küljest viivad mutatsioonid evolutsiooni edasi, kui valgu uus versioon töötab organismi jaoks paremini.
Valgusüntees
DNA osa, mis sisaldab juhiseid valgu valmistamiseks, nimetatakse geeniks. Iga geen sisaldab vähemalt ühe polüpeptiidi järjestust. Valgud moodustavad struktuure ja ka ensüüme. Enzüümid teevad enamiku tööd rakkudes. Valgud koosnevad väiksematest polüpeptiididest, mis moodustuvad aminohapetest. Selleks, et valk teha mingit kindlat tööd, peavad õiged aminohapped olema õiges järjekorras ühendatud.
Valgud valmistatakse rakus olevate pisikeste masinate abil, mida nimetatakse ribosoomideks. Ribosoomid asuvad raku põhikehas, kuid DNA on ainult raku tuumas. Koodon on osa DNA-st, kuid DNA ei lahku kunagi tuumast. Kuna DNA ei saa tuumast lahkuda, teeb rakk DNA järjestuse koopia RNA-sse. See on väiksem ja pääseb läbi tuumamembraanis olevate aukude - pooride - ja rakust välja.
DNA-s kodeeritud geenid transkribeeritakse sõnumitooja RNA-ks (mRNA) valkude, näiteks RNA-polümeraasi abil. Küpset mRNA-d kasutatakse seejärel ribosoomi poolt valkude sünteesi malliks. Ribosoomid loevad koodoneid, kolmest aluspaarist koosnevaid "sõnu", mis ütlevad ribosoomile, millist aminohapet lisada. Ribosoom skaneerib mööda mRNA-d, lugedes koodi, samal ajal kui ta valmistab valku. Teine RNA, mida nimetatakse tRNA, aitab sobitada igale koodonile õige aminohappe.
Valgusüntees
DNA osa, mis sisaldab juhiseid valgu valmistamiseks, nimetatakse geeniks. Igal geenil on vähemalt ühe polüpeptiidi järjestus. Valgud moodustavad struktuure ja ka ensüüme. Enzüümid teevad enamiku tööd rakkudes. Valgud koosnevad väiksematest polüpeptiididest, mis moodustuvad aminohapetest. Selleks, et valk teha mingit kindlat tööd, peavad õiged aminohapped olema õiges järjekorras ühendatud.
Valgud valmistatakse rakus olevate pisikeste masinate, nn ribosoomide abil. Ribosoomid asuvad raku põhikehas, kuid DNA on ainult raku tuumas. Koodon on osa DNA-st, kuid DNA ei lahku kunagi tuumast. Kuna DNA ei saa tuumast lahkuda, teeb rakutuuma DNA järjestuse koopia RNA-sse. See on väiksem ja pääseb läbi tuumamembraanis olevate aukude - pooride - välja rakku.
DNA-s kodeeritud geenid transkribeeritakse sõnumitooja RNA-ks (mRNA) valkude, näiteks RNA-polümeraasi abil. Küpset mRNA-d kasutatakse seejärel ribosoomi poolt valkude sünteesi malliks. Ribosoomid loevad koodoneid, kolmest aluspaarist koosnevaid "sõnu", mis ütlevad ribosoomile, millist aminohapet lisada. Ribosoom skaneerib mööda mRNA-d, lugedes koodi, samal ajal kui ta valmistab valku. Teine RNA, mida nimetatakse tRNA-ks, aitab sobitada igale koodonile õige aminohappe.
DNA-uuringute ajalugu
DNA isoleeris (rakkudest ekstraheeris) esimest korda Šveitsi arst Friedrich Miescher 1869. aastal, kui ta töötas bakteritega kirurgiliste sidemete mädast. Molekul leiti rakkude tuumast ja nii nimetas ta seda nukleiiniks.
1928. aastal avastas Frederick Griffith, et Pneumokoki "sileda" vormi tunnused võivad kanduda üle sama bakteri "töötlemata" vormile, segades tapetud "sileda" bakterit elava "töötlemata" vormiga. See süsteem andis esimese selge vihje sellele, et DNA kannab geneetilist teavet.
Avery-MacLeod-McCarty eksperimendis tuvastati 1943. aastal DNA kui muundamispõhimõte.
DNA roll pärilikkuses leidis kinnitust 1952. aastal, kui Alfred Hershey ja Martha Chase näitasid Hershey-Chase'i eksperimendis, et DNA on bakteriofaagi T2 geneetiline materjal.
1950. aastatel leidis Erwin Chargaff, et tümiini (T) kogus DNA molekulis on ligikaudu võrdne adeniini (A) kogusega. Ta leidis, et sama kehtib ka guaniini (G) ja tsütosiini (C) kohta. Chargaffi reeglid võtavad selle järelduse kokku.
1953. aastal pakkusid James D. Watson ja Francis Crick ajakirjas Nature välja DNA struktuuri esimese õigeks tunnistatud topelt-spiraali mudeli. Nende kahe spiraali molekulaarse DNA mudeli aluseks oli üks röntgendiffraktsioonipilt "Foto 51", mille Rosalind Franklin ja Raymond Gosling tegid 1952. aasta mais.
Watsoni ja Cricki mudelit toetavad eksperimentaalsed tõendid avaldati Nature'i samas numbris viie artikli seerias. Neist Franklini ja Goslingi artikkel oli esimene, milles avaldati nende enda röntgendifraktsiooni andmed ja originaalne analüüsimeetod, mis osaliselt toetasid Watsoni ja Cricki mudelit; selles numbris oli ka Maurice Wilkinsi ja kahe tema kolleegi artikkel DNA struktuuri kohta, mille analüüs ja in vivo B-DNA röntgenmustrid toetasid samuti Cricki ja Watsoni poolt Nature'i kahel eelneval leheküljel esitatud DNA topelhelikaalse molekulaarmudeli jaoks pakutud DNA-konfiguratsioonide esinemist in vivo. 1962. aastal, pärast Franklini surma, said Watson, Crick ja Wilkins ühiselt Nobeli füsioloogia- või meditsiinipreemia. Nobeli preemiaid anti toona ainult elusolevatele laureaatidele. Jätkub vaidlus selle üle, kes peaks selle avastuse eest tunnustust saama.
1957. aastal selgitas Crick DNA, RNA ja valkude vahelist seost molekulaarbioloogia keskses dogmas.
Kuidas DNA kopeeriti (replikatsioonimehhanism), selgus 1958. aastal Meselsoni-Stahli eksperimendi kaudu. Cricki ja tema kolleegide töö näitas, et geneetiline kood põhineb mittekattuvatel alusetripletidel, mida nimetatakse koodoniteks. Need avastused kujutavad endast molekulaarbioloogia sündi.
Kuidas Watson ja Crick Franklini tulemusi said, on palju vaieldud. Crick, Watson ja Maurice Wilkins said 1962. aastal Nobeli preemia oma DNA-alase töö eest - Rosalind Franklin oli surnud 1958. aastal.
James D. Watson ja Francis Crick (paremal) koos Maclyn McCarty'ga (vasakul)
DNA-uuringute ajalugu
DNA isoleeris (rakkudest ekstraheeris) esimest korda Šveitsi arst Friedrich Miescher 1869. aastal, kui ta töötas bakteritega kirurgiliste sidemete mädast. Molekul leiti rakkude tuumast ja nii nimetas ta seda nukleiiniks.
1928. aastal avastas Frederick Griffith, et Pneumokoki "sileda" vormi tunnused võivad kanduda üle sama bakteri "töötlemata" vormile, segades tapetud "sileda" bakterit elava "töötlemata" vormiga. See süsteem andis esimese selge vihje sellele, et DNA kannab geneetilist teavet.
Avery-MacLeod-McCarty eksperimendis tuvastati 1943. aastal DNA kui muundamispõhimõte.
DNA roll pärilikkuses leidis kinnitust 1952. aastal, kui Alfred Hershey ja Martha Chase näitasid Hershey-Chase'i eksperimendis, et DNA on bakteriofaagi T2 geneetiline materjal.
1950. aastatel leidis Erwin Chargaff, et tümiini (T) kogus DNA molekulis on ligikaudu võrdne adeniini (A) kogusega. Ta leidis, et sama kehtib ka guaniini (G) ja tsütosiini (C) kohta. Chargaffi reeglid võtavad selle järelduse kokku.
1953. aastal pakkusid James D. Watson ja Francis Crick ajakirjas Nature välja DNA struktuuri esimese õigeks tunnistatud topelt-spiraali mudeli. Nende kahe spiraali molekulaarse DNA mudeli aluseks oli üks röntgendiffraktsioonipilt "Foto 51", mille Rosalind Franklin ja Raymond Gosling tegid 1952. aasta mais.
Watsoni ja Cricki mudelit toetavad eksperimentaalsed tõendid avaldati Nature'i samas numbris viie artikli seerias. Neist Franklini ja Goslingi artikkel oli esimene, milles avaldati nende enda röntgendifraktsiooni andmed ja originaalne analüüsimeetod, mis osaliselt toetasid Watsoni ja Cricki mudelit; selles numbris oli ka Maurice Wilkinsi ja kahe tema kolleegi artikkel DNA struktuuri kohta, mille analüüs ja in vivo B-DNA röntgenmustrid toetasid samuti Cricki ja Watsoni poolt Nature'i kahel eelneval leheküljel esitatud DNA topelhelikaalse molekulaarmudeli jaoks pakutud DNA-konfiguratsioonide esinemist in vivo. 1962. aastal, pärast Franklini surma, said Watson, Crick ja Wilkins ühiselt Nobeli füsioloogia- või meditsiinipreemia. Nobeli preemiaid anti toona ainult elusolevatele laureaatidele. Jätkub vaidlus selle üle, kes peaks selle avastuse eest tunnustust saama.
1957. aastal selgitas Crick DNA, RNA ja valkude vahelist seost molekulaarbioloogia keskses dogmas.
Kuidas DNA kopeeriti (replikatsioonimehhanism), selgus 1958. aastal Meselsoni-Stahli eksperimendi kaudu. Cricki ja tema kolleegide töö näitas, et geneetiline kood põhineb mittekattuvatel alusetripletidel, mida nimetatakse koodoniteks. Need avastused kujutavad endast molekulaarbioloogia sündi.
Kuidas Watson ja Crick Franklini tulemusi said, on palju vaieldud. Crick, Watson ja Maurice Wilkins said 1962. aastal Nobeli preemia oma DNA-alase töö eest - Rosalind Franklin oli surnud 1958. aastal.
James D. Watson ja Francis Crick (paremal) koos Maclyn McCarty'ga (vasakul)
DNA ja eraelu puutumatusega seotud probleemid
Ameerika Ühendriikide politsei kasutas külmade juhtumite lahendamiseks avalikke DNA- ja sugupuuandmebaase. Ameerika Kodanikuvabaduste Liit väljendas selle praktika suhtes muret.
DNA ja eraelu puutumatusega seotud probleemid
Ameerika Ühendriikide politsei kasutas külmade juhtumite lahendamiseks avalikke DNA- ja sugupuuandmebaase. Ameerika Kodanikuvabaduste Liit väljendas selle praktika suhtes muret.
Seotud leheküljed
- Raku jagunemine
- DNA parandamine
- Kromosoom
- Järjestuse analüüs
Seotud leheküljed
- Raku jagunemine
- DNA parandamine
- Kromosoom
- Järjestuse analüüs
Küsimused ja vastused
K: Mis on DNA?
V: DNA tähendab desoksüribonukleiinhapet ja on molekul, mis sisaldab organismide, sealhulgas loomade, taimede, algloomade, algloomade, arheoidide ja bakterite geneetilist koodi. See koosneb kahest polünukleotiidi ahelast, mis moodustavad kaksikspiraali.
K: Kuidas ütleb DNA rakkudele, milliseid valke toota?
V: Enamasti valmistatakse ensüüme, mis on määratud DNAs sisalduvate juhiste järgi.
K: Kuidas pärivad lapsed omadusi oma vanematelt?
V: Lapsed jagavad omadusi oma vanematega, sest nad pärivad osa oma vanemate DNA-st, mis määrab sellised asjad nagu naha, juuste ja silmade värvus. Mõlema vanema DNA kombinatsioon moodustab iga lapse jaoks unikaalse juhiste kogumi.
K: Mis on mittekodeeriv DNA?
V: Mittekodeerivad DNA-järjestused on organismi genoomi osad, mis ei kodeeri valgujärjestusi. Mõned mittekodeerivad DNA-järjestused võivad transkribeeruda mittekodeerivateks RNA-molekulideks, näiteks transfeer-RNA-ks või ribosomaalseks RNA-ks, samas kui teised järjestused ei pruugi üldse transkribeeruda või tekitavad teadmata funktsiooniga RNAsid. Mittekodeerivate DNAde hulk on liikide lõikes erinev.
K: Kus hoiavad eukarüootilised organismid suurema osa oma DNA-st?
V: Eukarüootsed organismid, nagu loomad, taimed, seened ja algloomad, säilitavad suurema osa oma DNA-st rakutuumas, samas kui prokarüoodid, nagu bakterid ja arheoidid, säilitavad oma DNA-d ainult tsütoplasmas ringikujulistes kromosoomides.
K: Kuidas aitab kromatiin korraldada DNA-d eukarüootiliste kromosoomide sees?
V: Kromatiini valgud, näiteks histoonid, aitavad DNA-d eukarüootiliste kromosoomide sees tihendada ja organiseerida, et see oleks vajaduse korral kergesti kättesaadav.
