В биологията "двойна спирала" е термин, използван за описание на структурата на ДНК. ДНК двойна спирала се състои от две спирални вериги от дезоксирибонуклеинова киселина. Формата е подобна на тази на вита стълба. ДНК е a нуклеинова киселина съставен от азотни основи (аденин, цитозин, гуанин и тимин), пет-въглеродна захар (дезоксирибоза) и фосфатни молекули. Нуклеотидните основи на ДНК представляват стълбищните стъпала на стълбището, а молекулите дезоксирибоза и фосфат образуват страните на стълбището.
Ключови заведения
- Двойната спирала е биологичният термин, който описва цялостната структура на ДНК. Двойната му спирала се състои от две спираловидни вериги от ДНК. Тази двойна спирална форма често се визуализира като спираловидно стълбище.
- Извиването на ДНК е резултат както от хидрофилни, така и от хидрофобни взаимодействия между молекулите, които съдържат ДНК и вода в клетка.
- Както репликацията на ДНК, така и синтеза на протеини в нашите клетки зависят от двойно спиралната форма на ДНК.
- Д-р Джеймс Уотсън, д-р Франсис Крик, д-р Розалинд Франклин и д-р Морис Уилкинс играха ключови роли в изясняването на структурата на ДНК.
Защо ДНК е усукана?
ДНК се навива в хромозоми и плътно опаковани в ядро от нашето клетки. Извиващият се аспект на ДНК е резултат от взаимодействия между молекулите, съставляващи ДНК и вода. Азотните основи, които се състоят от стъпалата на усуканото стълбище, се държат заедно с водородни връзки. Аденинът е свързан с тимин (A-T), а гуанинови двойки с цитозин (G-C). Тези азотни основи са хидрофобни, което означава, че им липсва афинитет към водата. Тъй като клетката цитоплазма и цитозолът съдържа течности на водна основа, азотните основи искат да избегнат контакт с клетъчни течности. Молекулите на захарта и фосфатите, които образуват захарно-фосфатния гръбнак на молекулата, са хидрофилни, което означава, че са водолюбиви и имат афинитет към водата.
ДНК е подредена така, че фосфатът и захарният гръбнак са отвън и са в контакт с течност, докато азотните основи са във вътрешната част на молекулата. С цел по-нататъшно предотвратяване на контакт на азотните основи клетка течност, молекулата се усуква, за да намали пространството между азотните основи и нишките от фосфат и захар. Фактът, че двете нишки на ДНК, които образуват двойната спирала, са антипаралелни, помага и за усукване на молекулата. Антипаралелно означава, че нишките на ДНК вървят в противоположни посоки, като се гарантира, че нишките са плътно прилепнали. Това намалява възможността течност да проникне между основите.
ДНК репликация и синтез на протеини
Формата с двойна спирала позволява ДНК репликация и синтез на протеин да се случи. При тези процеси усуканата ДНК се развива и отваря, за да позволи да се направи копие на ДНК. При репликацията на ДНК двойната спирала се отвива и всеки отделен кичур се използва за синтезиране на нова верига. Тъй като новите нишки се формират, основите се сдвояват, докато две молекули с двойна спирала на ДНК се формират от една молекула с двойна спирала на ДНК. ДНК репликацията е необходима за процесите на митоза и смекчен израз да се случи.
В синтеза на протеини молекулата на ДНК е транскрибирани за производство на РНК версия на кода на ДНК, известна като РНК на месинджър (mRNA). Молекулата на РНК на пратеника е тогава преведена да произвежда протеини. За да се извърши транскрипцията на ДНК, ДНК двойната спирала трябва да се развие и да позволи на ензим, наречен РНК полимераза, да преписва ДНК. РНК също е нуклеинова киселина, но съдържа основния урацил вместо тимин. При транскрипция, гуанинови двойки с цитозин и аденинови двойки с урацил образуват РНК транскрипта. След транскрипцията ДНК се затваря и извива обратно до първоначалното си състояние.
Откриване на структурата на ДНК
Кредит за откриването на двойно-спиралната структура на ДНК е даден на Джеймс Уотсън и Франсис Крик, удостоена с Нобелова награда за работата си. Определянето на структурата на ДНК се основава отчасти на работата на много други учени, включително Розалинд Франклин. Франклин и Морис Уилкинс използваха рентгенова дифракция, за да установят улики за структурата на ДНК. Рентгеновата дифракционна снимка на ДНК, направена от Франклин, наречена "фотография 51", показа, че ДНК кристалите образуват рентгенова форма на рентгенов филм. Молекулите със спирална форма имат този тип X-образна форма. Използвайки доказателства от рентгеновото дифракционно проучване на Франклин, Уотсън и Крик преработиха предложения си по-ранен модел на ДНК с три спирали на ДНК модел с двойна спирала за ДНК.
Доказателствата, открити от биохимика Ервин Чаргов, помогнаха на Уотсън и Крик да открият сдвояване на базата в ДНК. Чаргов показа, че концентрациите на аденин в ДНК са равни на тези на тимин, а концентрациите на цитозин са равни на гуанин. С тази информация Уотсън и Крик успяха да определят, че свързването на аденин с тимин (A-T) и цитозин с гуанин (C-G) образуват стъпките на формата на ДНК с усукани стълби. Основата на захарно-фосфатната форма образува страните на стълбището.
Източници
- „Откриването на молекулярната структура на ДНК - Двойната спирала.“ Nobelprize.org, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.