Deoksiribonükleik Asit (DNA): Model, Kimyasal Bileşimi ve Transformasyon Denemeleri

DNA Modeli, Kimyasal Bileşimi ve Dönüşüm Deneyleri hakkında daha fazla bilgi için bu makaleyi okuyun!

Deoksiribonükleik Asit (DNA):

DNA, bazı bitki virüsleri dışındaki tüm canlı organizmaların hücrelerinde bulunur. Bakteriyofaj ve virüslerde, bir protein kaplama içine alınmış merkezi bir DNA merkezi çekirdeği vardır. Bakterilerde ve mitokondri ve ökaryotik hücrelerin plastidlerinde DNA daireseldir ve sitoplazmada çıplak olarak uzanır.

Ökaryotik hücrelerin çekirdeğinde DNA, uzun sarmal olarak sarılmış ve dallanmamış iplikler, kromozomlar şeklinde oluşur. Kromozomlarda DNA, kromatin materyali olan nükleoproteinleri oluşturan proteinlerle birlikte bulunur. Birkaç dolaylı delil çizgisi uzun zamandır DNA'nın canlı organizmaların genetik bilgisini içerdiğini ileri sürmüştür.

Birkaç farklı deneysel prosedür kullanılarak elde edilen en önemli sonuçlar, DNA'nın çoğunun kromozomlarda bulunduğunu, RNA ve proteinlerin sitoplazmada daha fazla bulunduğunu göstermiştir. Ayrıca, hücre başına DNA miktarı ile hücre başına kromozom sayısı arasında kesin bir ilişki vardır.

Örneğin, diploid organizmaların çoğu somatik hücreleri, aynı türdeki haploid germ hücreleri veya gametlerinin tam olarak iki katı miktarda DNA içerir. Son olarak, DNA'nın bir organizmanın farklı hücrelerinin hepsindeki moleküler bileşimi aynıdır (nadir istisnalar dışında), RNA ve proteinlerin bileşimi hem niteliksel hem de niceliksel olarak bir hücre tipinden diğerine değişir. Bu korelasyonlar, DNA'nın genetik materyal olduğunu kuvvetle ortaya koyarken, hiçbir şekilde kanıtlayamazlar. Doğrudan kanıtlar genetik bilginin DNA'da kodlandığını göstermiştir.

Dönüşüm Denemeleri:

Transformasyon deneyleri ilk olarak 1928 yılında Frederick Griffith tarafından yapıldı. İki pnömokok suşu (Diplococcus pneumoniae) karışımını farelere enjekte etti. Bu iki suştan biri S III virülent, diğer suş R2 virülent değildi. Isı öldürülen virülan suş SIII, tek tek enjekte edildiğinde ölüme neden olmadı, bu da ısı öldürmeden sonraki bulaşıcılığın kaybolduğunu gösterdi.

Bir RII (canlı) ve S III (ısı ile öldürülmüş) karışımı enjekte edilen fareler öldü ve virülan pnömokoklar bu farelerden izole edilebilir. Çıkarım, ölü SIII hücrelerinin bazı bileşenlerinin (dönüştürme prensibi), yaşayan RII hücrelerini S III'e dönüştürmüş olmalarıydı.

1944’te OT Avery, CM MacLeod ve M. McCarty, in vitro sistemde Griffith’in deneylerini tekrarladı ve genetik materyalin protein veya RNA yerine DNA olduğuna dair ilk doğrudan kanıtı üretti. Diplococcus pneumoniae bakterisindeki dönüşüm olgusundan sorumlu olan hücrenin bileşeninin DNA olduğunu gösterdiler. Bu deneyler, DNA, RNA veya proteini parçalayan enzimlerin kullanımını içermiştir.

Ayrı deneylerde, S III hücrelerinden yüksek oranda saflaştırılmış DNA şunlarla muamele edildi:

(1) DNA'yı parçalayan deoksiribonükleaz (DNAaz),

(2) RNA'yı parçalayan Ribonuclease (RNAase) veya

(3) Proteazlar (proteinleri parçalayan) ve daha sonra RII hücrelerini SIII'ye dönüştürme kabiliyeti açısından test edilmiştir. Yalnızca DNAaz, DNA preparatının transformasyon aktiviteleri üzerinde etkili değildi, bütün transformasyon aktivitesini tamamen ortadan kaldırdı. Böylece bu deneyler, proteinlerin veya RNA'nın değil DNA'nın genetik materyal olduğunu göstermiştir.

DNA'nın genetik materyal olduğunu gösteren doğrudan kanıtlar, AD Hershey ve MJ Chase tarafından bakteriyofaj T2'de gösterilmiştir.

DNA'nın kimyasal bileşimi:

Kimyasal analizler, DNA'nın üç farklı molekül tipinden oluştuğunu göstermiştir.

1. Fosforik asit (H3P04), ikisi DNA'nın şeker fosfat omurgasını oluştururken yer alan üç reaktif (-OH) gruba sahiptir.

2. Pentoz şekeri:

DNA, deo-deoksi-D-riboz (veya sadece deoksiriboz) içerir; bu, deoksiriboz nükleik asit adının nedenidir.

3. Organik bazlar:

Organik bazlar halkalarında azot içeren heterosiklik bileşiklerdir; Bu nedenle azotlu baz olarak da adlandırılırlar. DNA normalde adenirie (A), guanin (G), timin (T) ve sitozin (C) olarak adlandırılan dört farklı baz içerir.

Bu dört baz kimyasal yapıları temelinde iki sınıfa ayrılır:

(1) pirimidin (T ve C) ve

(2) pürin (A, G).

DNA'da dört farklı nükleosit bulunur. Bunlar:

(i) deoksisitidin

(ii) deoxythy- midine,

(iii) deoksiadenozin ve

(iv) deoksiguanozin.

Benzer şekilde, DNA'daki dört nükleotid:

(i) deoksisitidilik asit veya deoksisitidilat,

(ii) deoksitimidilik asit veya deoksitimidilat,

(iii) deoksiadenik asit veya deoksiadenilat ve

(iv) deoksiganil asit veya deoksiguanlat.

Birçok farklı organizmadan elde edilen DNA'nın bileşimi E. Chargaff ve arkadaşları (1950) tarafından analiz edildiğinde, (i) kaynağa bakılmaksızın, purin ve pirimidin bileşenlerinin bir molekülde eşit miktarlarda oluştuğu, (ii) adenin (A) miktarı, timin (T) ve sitozin (C) miktarına eşdeğerdir ve guanine (G) eşdeğerdir ve (iii) baz oranı A + T / G + C, belirli bir değer için sabittir. Türler.

DNA'nın Watson ve Crick Çift Sarmal Modeli:

DNA'nın yapısı ilk olarak 1953 yılında JD Watson ve FH Crick tarafından çıkarıldı. Chargaff'ın verilerine dayanarak, Wilkin ve Franklin'in X ışını kırınım bulguları ve kendi model binalarından çıkan çıkarımlar üzerine Watson ve Crick, DNA'nın çift sarmal olarak bulunduğunu öne sürdü. iki polinükleotit zincirinin birbiri etrafında spiral şeklinde sarıldığı.

Her polinükleotit zinciri, bitişik deoksiriboz kısımları oluşturan, fosfodiester bağları ile birbirine bağlanan bir nükleotit sekansından oluşur. İki polinükleotit şeridi, helisel konfigürasyonunda, karşıt ipliklerdeki bazlar arasındaki hidrojen bağlanması ile bir arada tutulur; elde edilen baz çiftleri, bir spiral merdivenin basamakları gibi molekül eksenine dik olan iki zincir arasında istiflenir.

Baz eşleşmesi spesifiktir, adenin her zaman timin ile eşleştirilir ve guanin her zaman sitozin ile eşleştirilir. Bu nedenle, tüm baz çiftleri bir purin ve bir pirimidinden oluşur. Baz eşleşmesinin özgüllüğü, normal konfigürasyonlarında bazların hidrojen bağlama kapasitelerinden kaynaklanır.

En yaygın yapısal konfigürasyonlarında, adenin ve timin iki hidrojen bağı oluşturur ve guanin ve sitozin üç hidrojen bağı oluşturur. Örneğin, sitozin ve adenin arasında benzer hidrojen bağı yapılması genellikle mümkün değildir.

Bir DNA çift sarmalının bir sarmalındaki baz dizisi bilindiğinde, diğer sarmaldaki baz dizisi de spesifik baz eşleşmesi nedeniyle otomatik olarak bilinir. Çift sarmalın iki şeridinin tamamlayıcı olduğu söylenir (aynı değil); DNA'nın genetik bilgiyi depolamak ve iletmek için benzersiz bir şekilde uygun olmasını sağlayan bu iki telin tamamlayıcılığıdır.

DNA'daki baz çiftleri, çift sarmalın dönüş başına 10 baz çifti (360 °) ile birlikte 3.4A ° 'de istiflenir. İki tamamlayıcı şeridin şeker-fosfat omurgaları antiparaleldir; Bu, zıt kimyasal polariteye sahip olmalarıdır.

Bir DNA çift sarmalı boyunca tek yönlü hareket ettikçe, bir iplikçikteki fosfodiester bağları, bir 3 nükleotitin karbonu olan bir rand karbondan bitişik nükleotitin 5 ′'luk karbonuna, tamamlayıcı iplikçiktekiler ise 5 ′ karbon ila 3 ′ karbona gider. .

DNA'nın A, B ve Z şekli:

Canlı hücrelerin sulu protoplazmalarında bulunan DNA moleküllerinin büyük çoğunluğu, yukarıda tarif edilen Watson-Crick çift sarmal formunda neredeyse kesinlikle var. Buna DNA'nın B formu denir ve sağ elle sarılma gösterilir. Tur başına 10.4 baz çifti içerir (yukarıda belirtilen 10 yerine). Susuz DNA, aynı zamanda bir sağ el helezonu olan A formunda meydana gelir, ancak dönüş başına 11 baz çifti vardır.

Bazı DNA dizileri, solak sargısını gösteren Z-formunda meydana gelir, tur başına 12 baz çifti içerir. Z-DNA'da, şeker-fosfat omurgası, ona Z-DNA veya Z-formu adını veren zig-zagge edilmiş bir yolu izler.

Bir DNA molekülünün spesifik bölümleri, B formundan Z formuna ve tersi; bu değişiklikler bazı özel düzenleyici proteinler tarafından gerçekleştirilebilir. Z-form DNA'sının, gen düzenlemesinde bir rol oynadığı düşünülmektedir.

DNA'nın Çift Sarmal Yapısını Destekleyen Kanıtlar:

Waston ve Crick tarafından verilen DNA'nın çift sarmal yapısı aşağıdaki kanıtlarla desteklenir.

1. MHF Wilkins ve meslektaşları, DNA'yı X-ışını kristalografisi ile inceledi ve çift sarmal yapısını destekledi.

2. Kornberg ve ortakları, DNA'nın yapıtaşları olan enzim DNA polimeraz ve nükleotitlerin varlığında DNA'yı orta olmayan bir ortamda DNA'yı sentezlemeye çalıştı. DNA içermeyen bir ortamda, gerekli tüm bileşiklerin bulunduğu DNA sentezinin meydana gelmediğini buldular. Sadece bazı DNA aynı ortama primer olarak eklendiğinde, DNA sentezi başlamıştır.