algemeenheid
DNA, of deoxyribonucleïnezuur, is de genetische erfenis van vele levende organismen, inclusief de mens.
Een generiek DNA-vormend nucleotide omvat 3 elementen: een fosfaatgroep, de deoxyribosesuiker en een stikstofhoudende base.
Georganiseerd in chromosomen, dient DNA voor het genereren van eiwitten, die een fundamentele rol spelen bij het reguleren van alle cellulaire mechanismen van een organisme.
Wat is DNA?
DNA is het biologische macromolecuul dat alle informatie bevat die nodig is voor de juiste ontwikkeling en goede werking van de cellen van een levend organisme.
HET IS EEN NUCLEÏNEZUUR
Dankzij het beeld van een generiek nucleotide kan de lezer zien dat pentose het element vertegenwoordigt waaraan de fosfaatgroep (door een fosfodiesterbinding) en de stikstofbasis (via een N-glycosidische binding) gebonden is.
Het afkorting-DNA betekent deoxyribonucleïnezuur of deoxyribonucleïnezuur .
Deoxyribonucleïnezuur behoort tot de categorie van nucleïnezuren, dat wil zeggen biologische macromoleculen bestaande uit lange ketens van nucleotiden .
Een nucleotide is de moleculaire eenheid van een nucleïnezuur, resulterend uit de unie van 3 elementen:
- Een fosfaatgroep ;
- Een pentose, dat is een suiker met 5 koolstofatomen;
- Een stikstofhoudende base .
Nog een zeer belangrijk nucleïnezuur: RNA
Een ander fundamenteel nucleïnezuur voor het goed functioneren van de cellen van veel organismen is het RNA . De afkorting RNA staat voor ribonucleïnezuur .
Ribonucleïnezuur verschilt van deoxyribonucleïnezuur in termen van nucleotiden.
WAAROM IS GENIETEN ERFGOED ERFGOED TE ZIEN?
Genetica en moleculaire biologieboeken definiëren DNA met terminologie voor genetisch erfgoed .
Om het gebruik van deze bewoording te rechtvaardigen, is het feit dat DNA de zetel van genen is . Genen zijn nucleotidesequenties waarvan eiwitten zijn afgeleid. Eiwitten zijn een andere klasse van biologische macromoleculen die onmisbaar zijn voor het leven.
In de genen van ieder van ons is er een "geschreven" deel van wat we zijn en wat we zullen worden.
DNA-ONTDEKKING
De ontdekking van DNA is het resultaat van talrijke wetenschappelijke experimenten.
Het eerste en belangrijkste onderzoek in dit verband begon tegen het einde van de jaren 1920 en behoorde toe aan een Engelse medische officier genaamd Frederick Griffith (het transformatie-experiment van Griffith ). Griffith definieerde wat we tegenwoordig DNA noemen met de term " transformerend principe " en dacht dat het een eiwit was.
Voortgaande experimenten van Griffith waren de Amerikaanse bioloog Oswald Avery, met zijn medewerkers, tussen 1930 en 1940. Avery toonde aan dat het "transformerende principe" van Griffith geen eiwit was, maar een ander type macromolecuul: een nucleïnezuur .
De precieze structuur van het DNA bleef onbekend tot 1953, toen James Watson en Francis Crick het zogenaamde " dubbele helixmodel " voorstelden om de rangschikking van nucleotiden binnen het deoxyribonucleïnezuur te verklaren.
Watson en Crick hadden een ongelooflijke intuïtie en onthulden aan de hele wetenschappelijke gemeenschap wat biologen en genetici al jaren zoeken.
De ontdekking van de exacte DNA-structuur maakte de studie en het begrip mogelijk van de biologische processen waarbij deoxyribonucleïnezuur is betrokken: van hoe het RNA repliceert en vormt (een ander nucleïnezuur) tot hoe het eiwitten genereert.
Fundamenteel voor de beschrijving van het Watson- en Crick-model waren enkele onderzoeken uitgevoerd door Rosaling Franklin, Maurice Wilkins en Erwin Chargaff .
structuur
Het zogenaamde "dubbele helixmodel" van Watson en Crick toonde aan dat DNA een zeer lang molecuul is, gevormd door twee strengen nucleotiden (polynucleotide filamenten). Met elkaar verenigd maar in tegengestelde richtingen georiënteerd, wikkelen deze twee polynucleotide-filamenten elkaar als een spiraal in.
Omdat de structuur van DNA een tamelijk complex onderwerp is, zullen we proberen de belangrijkste punten te citeren, zonder de details te overschrijden.
WAT IS HET DNA PENTOSO?
De suiker met 5 koolstofatomen, die de structuur van DNA-nucleotiden onderscheidt, is deoxyribose .
Van de 5 koolstofatomen van de deoxyribose verdienen er 3 een speciale vermelding:
- De zogenaamde " koolstof 1 ", omdat het is wat de stikstofhoudende basis verbindt;
- De zogenaamde " koolstof 2 ", omdat het is wat de naam van deoxyribose aan suiker geeft (NB: deoxyribose betekent "zuurstofvrij" en verwijst naar de afwezigheid van zuurstofatomen gekoppeld aan koolstof);
- De zogenaamde " koolstof 5 ", want het is wat zich bindt aan de fosfaatgroep .
Vergelijking met RNA
Pentose is ribose in RNA-moleculen. Ribose verschilt alleen van deoxyribose vanwege de aanwezigheid op de "koolstof 2" van een zuurstofatoom.
De lezer kan dit ene verschil waarderen door naar de onderstaande figuur te kijken.
SOORTEN NUCLEOTIDEN EN STIKSTOFBASISEN
DNA heeft 4 verschillende soorten nucleotiden .
Om deze elementen te onderscheiden is alleen de stikstofhoudende base gekoppeld aan het pentose-fosfaatgroepskelet (dat in tegenstelling tot de basis nooit varieert).
Om voor de hand liggende redenen zijn de stikstofhoudende DNA-basen 4: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T).
Adenine en guanine behoren tot de klasse van purine, heterocyclische verbindingen met dubbele ringen.
Cytosine en thymine daarentegen vallen in de categorie van pyrimidines, heterocyclische verbindingen met een enkele ring.
Het dubbele helixmodel van Watson en Crick maakte het mogelijk om op dit moment twee volledig onbekende aspecten te verduidelijken:
- Elke stikstofhoudende base die aanwezig is op een DNA-streng verbindt een stikstofhoudende base die aanwezig is op de andere DNA-streng en vormt op effectieve wijze een paar, een paring, van basen.
- De koppeling tussen de stikstofhoudende basen van de twee strengen is zeer specifiek. In feite voegt adenine alleen thymine samen, terwijl cytosine alleen aan guanine bindt.
Na deze tweede sensationele ontdekking, heten moleculair biologen en genetici adenine en thymine basen en cytosine en guanine basen " complementair aan elkaar ".
De identificatie van complementaire paring tussen stikstofhoudende basen was de sleutel tot het verklaren van de fysieke dimensies van DNA en de specifieke stabiliteit die door de twee strengen wordt genoten.
Een generiek menselijk DNA-molecuul bevat ongeveer 3, 3 miljard basische stikstofhoudende paren (die ongeveer 3, 3 miljard nucleotiden per filament zijn).
Vergelijking met RNA
In RNA-moleculen zijn de stikstofhoudende basen adenine, guanine, cytosine en uracil . De laatste is een pyrimidine en vervangt de thymine.
BOND ONDER DE NUCLEOTIDEN
Om bij elkaar te houden zijn de nucleotiden van elke afzonderlijke streng van DNA fosfodiëster-type bindingen, tussen de fosfaatgroep van een nucleotide en de zogenaamde "koolstof 5" van het onmiddellijk volgende nucleotide.
FILAMENTEN HEBBEN TEGENOVERGESTELDE ORIËNTATIE
De DNA-strengen hebben twee uiteinden, genaamd 5 '(lees' vijf eerst ') en 3' (lees 'drie eerst'). Volgens afspraak hebben biologen en genetici vastgesteld dat het 5' - uiteinde de kop van een DNA-streng vertegenwoordigt, terwijl het 3'-uiteinde de staart vertegenwoordigt.
Bij het voorstellen van hun "dubbele-helix-model" beweerden Watson en Crick dat de twee strengen die het DNA vormen een tegenovergestelde oriëntatie hebben. Dit betekent dat de kop en de staart van een filament respectievelijk in wisselwerking staan met de staart en het hoofd van de andere gloeidraad.
Korte studie van het 5'-uiteinde en het 3'-uiteinde
De fosfaatgroep gebonden aan de "koolstof 5" van een nucleotide is zijn 5'-uiteinde, terwijl de hydroxylgroep gebonden aan de "koolstof 3" (-OH in de figuur) zijn uiteinde 3 'vertegenwoordigt.
De vereniging van verschillende nucleotiden handhaaft deze dispositie en het is om deze reden dat, in de boeken van genetica en moleculaire biologie, de DNA-sequenties als volgt worden beschreven: P-5 '→ 3'-OH
* Let op: de hoofdletter P identificeert het fosforatoom van de fosfaatgroep.
ZITTING IN DE CEL EN CHROMOSOMEN
Eukaryotische organismen (de mens is er één van) bezitten in de kern van elk van hun cellen een gelijk (en persoonlijk) DNA-molecuul .
In de kern (altijd in een eukaryotisch organisme) is DNA georganiseerd in verschillende chromosomen . Elk chromosoom bevat een nauwkeurig stuk DNA dat is geassocieerd met specifieke eiwitten (histonen, coexines en condenseert). De associatie tussen DNA en chromosomale eiwitten wordt chromatine genoemd .
Chromosomen bij de mens
Een organisme is diploïde wanneer het DNA, binnen de cellulaire kern, is georganiseerd in paren van chromosomen ( homologe chromosomen genoemd ).
De mens is een diploïde organisme, want het heeft 23 paar homologe chromosomen (dus 46 chromosomen in totaal) in zijn somatische cellen.
Zoals in veel andere organismen, heeft elk van deze paren een chromosoom van moederlijke oorsprong en een chromosoom van vaderlijke oorsprong.
In deze zojuist beschreven foto zijn de geslachtscellen (of gameten) een geval op zich: deze bezitten de helft van de chromosomen van een normale somatische cel (dus 23 in de mens) en worden daarom om deze reden haploïde genoemd .
Een menselijke geslachtscel bereikt de normale set van 46 chromosomen tijdens de bevruchting.
functie
DNA dient voor het genereren van eiwitten, macromoleculen die onmisbaar zijn bij het reguleren van de cellulaire mechanismen van een organisme.
Menselijke chromosomen
Het proces dat leidt tot de vorming van eiwitten is zeer complex en omvat een fundamentele tussenstap: de transcriptie van DNA in RNA .
Het RNA-molecuul is vergelijkbaar met een woordenboek, omdat het de vertaling van DNA-nucleotiden in de aminozuren van eiwitten mogelijk maakt .
Om eiwitsynthese aan te pakken - een proces dat, niet verrassend, een vertaling wordt genoemd - zijn enkele kleine cellulaire organellen, bekend als ribosomen .
DNA → RNA → eiwit is wat experts het centrale dogma van de moleculaire biologie noemen.
