som du kan se i Figuren1 varierar nukleotiderna endast något och endast i kvävebasen. När det gäller DNA är dessa baser adenin, guanin, cytosin och tymin. Notera likheten mellan formerna av adenin och guanin, och även likheten mellan cytosin och tymin. A och G klassificeras som puriner, medan C och T klassificeras som pyrimidiner. Så länge vi namnger saker, märka ”deoxyribose”och ” ribose”. Som namnet antyder är deoxyribose bara en ribos utan syre., Mer specifikt, där det finns en hydroxylgrupp fäst vid ribos 2-kol, finns det bara ett väte fäst vid deoxiribos 2-kol. Det är den enda skillnaden mellan de två sockerarterna.
När man slumpmässigt konstruerar en enda sträng av nukleinsyra in vitro finns det inga särskilda regler för beställning av nukleotider med avseende på deras baser. Identiteterna på deras kvävebaser är irrelevanta eftersom nukleotiderna är fästa av fosfodiesterbindningar genom fosfatgruppen och pentosen., Det kallas därför ofta socker-fosfat ryggraden. Om vi bryter ner ordet ”fosfodiester” ser vi att det ganska handily beskriver anslutningen: sockerarterna är anslutna med två esterbindningar ( —O—) med en fosfor däremellan. En av de idéer som ofta förvirrar eleverna är riktningen för detta band, och därför av nukleinsyror i allmänhet. Till exempel, när vi talar om DNA-polymeras, enzymet som katalyserar tillsatsen av nukleotider i levande celler, säger vi att det fungerar i en 5-prime (5′) till 3-prime (3′) riktning., Detta kan verka som arcane molecular-biologist-tala, men det är faktiskt mycket enkelt. Ta en annan titt på två av nukleotiderna förenade med fosfodiesterbindningen (figur \(\PageIndex{1}\), längst ner till vänster). En adeninnukleotid förenas med en cytosinnukleotid. Fosfodiesterbindningen kopplar alltid 5-kolet av en deoxiribos (eller ribos i RNA) till 3-kolet i nästa socker. Detta innebär också att i ena änden av en kedja av länkade nukleotider kommer det att finnas en fri 5 ’fosfat (-PO4) grupp, och i den andra änden, en fri 3’ hydroxyl (- OH)., Dessa definierar inriktningen av en sträng av DNA eller RNA.
DNA finns normalt som en dubbelsträngad molekyl i cellen medan RNA oftast är enkelsträngad., Det är viktigt att förstå dock, att under lämpliga förhållanden, DNA kan göras enkelsträngad, och RNA kan dubbelsträngad. Faktum är att molekylerna är så lika att det även är möjligt att skapa dubbelsträngade hybridmolekyler med en sträng av DNA och en av RNA. Intressant är rna-rna-dubbla helices och RNA-DNA-dubbla helices faktiskt något stabilare än den mer konventionella DNA-DNA-dubbelhelixen.,
grunden för DNA: s dubbelsträngade natur, och i själva verket är grunden för nukleinsyror som medium för lagring och överföring av genetisk information, basparning. Basparning avser bildandet av vätebindningar mellan adeniner och tyminer och mellan guaniner och cytosiner. Dessa par är betydligt stabilare än någon förening som bildas med de andra möjliga baserna. Vidare, när dessa basparföreningar bildas i samband med två strängar av nukleinsyror, är deras avstånd också likformigt och mycket stabilt., Du kanske kommer ihåg att vätebindningar är relativt svaga bindningar. I samband med DNA är emellertid vätebindningen det som gör DNA extremt stabilt och därför väl lämpat som ett långtidslagringsmedium för genetisk information. Eftersom även i enkla prokaryoter är DNA – dubbla helices minst tusentals nukleotider långa, betyder det att det finns flera tusen vätebindningar som håller de två strängarna tillsammans., Även om varje enskild nukleotid-till-nukleotid – vätebindningsinteraktion lätt kan störas tillfälligt av en liten temperaturökning eller en miniscule-förändring i lösningens jonstyrka, kräver en fullständig dubbelhelix av DNA mycket höga temperaturer (i allmänhet över 90oC) för att fullständigt denaturera dubbelhelixen i enskilda strängar.
eftersom det finns en exakt en-till-en – parning av nukleotider, visar det sig att de två strängarna i huvudsak är säkerhetskopior av varandra-ett säkerhetsnät om nukleotider förloras från en sträng., Faktum är att även om delar av båda strängarna är skadade, så länge den andra strängen är intakt i skadans område, är den väsentliga informationen fortfarande kvar i den kompletterande sekvensen av motsatt sträng och kan skrivas på plats. Tänk dock på att medan en sträng av DNA således kan fungera som en” backup ” av den andra, de två strängarna är inte identiska – de kompletterar varandra. En intressant följd av detta system av komplementära och antiparallella strängar är att de två strängarna kan bära unik information.,
Dubbelriktade genpar är två gener på motsatta DNA-strängar, men delar en promotor, som ligger mellan dem. Eftersom DNA endast kan göras i en riktning, 5 ’till 3’, skickar denna Dubbelriktade promotor, ofta en CpG-ö (se nästa kapitel), sålunda RNA-polymeras för varje gen i motsatta fysiska riktningar. Detta har visats för ett antal gener som är involverade i cancer (bröst, äggstockar) och är en mekanism för att samordna uttrycket av nätverk av genprodukter.
strängarna i en DNA-dubbelhelix är antiparallel., Detta innebär att om vi tittade på en dubbel-helix av DNA från vänster till höger, skulle en sträng konstrueras i 5′ till 3′ riktning, medan den kompletterande strängen är konstruerad i 3′ till 5′ riktning. Detta är viktigt för funktionen av enzymer som skapar och reparerar DNA, som vi kommer att diskutera snart. I Figur \(\PageIndex{1}\) är den vänstra strängen 5′ till 3′ från topp till botten och den andra är 5′ till 3′ från botten till toppen.
ur fysisk synvinkel är DNA-molekyler negativt laddade (alla dessa fosfater) och normalt en dubbelhelix med en högerhänt vridning., I detta normala tillstånd (även kallat ”B” – konformationen) omfattar en fullständig vridning av molekylen 11 baspar, med 0,34 nm mellan varje nukleotidbas. Var och en av de kvävehaltiga baserna är plana, och när de paras ihop med den kompletterande basen bildar en at-plan ”rung” på ”stegen” av DNA. Dessa är vinkelräta mot DNA: s längdaxel. Det mesta av det fritt flytande DNA i en cell, och det mesta DNA i någon vattenlösning av nära fysiologisk osmolaritet och pH, finns i denna b-konformation., Andra konformationer har dock konstaterats, vanligtvis under mycket specifika miljöförhållanden. En komprimerad konformation, a-DNA, observerades som en artefakt av in vitro kristallisering, med något mer baser per varv, kortare svänglängd och baspar som inte är vinkelräta mot längdaxeln. En annan, Z-DNA, verkar bilda transient i gc-rika sträckor av DNA, där intressant, DNA vrider motsatt riktning.
det har föreslagits att både A-och Z-formerna av DNA faktiskt är fysiologiskt relevanta., Det finns bevis som tyder på att A-formen kan förekomma i RNA-DNA hybrid dubbel helices samt när DNA är komplexed till vissa enzymer. Z-konformationen kan uppstå som svar på metylering av DNA. Dessutom är den ”normala” B-DNA-konformationen något av en idealiserad struktur baserad på att vara helt hydratiserad, vilket säkert är mycket troligt inuti en cell. Men det hydrationstillståndet förändras ständigt, om än minutivt, så DNA-konformationen varierar ofta något från B-konformationsparametrarna i Figur \(\PageIndex{2}\).,
i prokaryoter finns DNA i cytoplasman (ganska uppenbart eftersom det inte finns något annat val i dessa enkla organismer), medan i eukaryoter finns DNA inuti kärnan. Trots skillnaderna i deras platser är skyddsnivån från yttre krafter och mest av allt deras storlekar, både prokaryotiskt och eukaryotiskt DNA förpackat med proteiner som hjälper till att organisera och stabilisera den totala kromosomstrukturen., Relativt lite förstås när det gäller prokaryotisk kromosomförpackning även om det finns strukturella likheter mellan några av proteinerna som finns i prokaryota och eukaryota kromosomer. Därför håller de flesta inledande cellbiologikurser fast vid eukaryotisk kromosomal förpackning.
Naket DNA, vare sig prokaryotiskt eller eukaryotiskt, är en extremt tunn materialsträng, ungefär 11 nm i diameter. Men med tanke på storleken på eukaryotiska genom, om DNA lagrades på det sättet inuti kärnan, skulle det bli ohanterligt trassligt. Bild en hink i vilken du har kastat hundra meter garn utan några som helst försök att organisera det genom att coiling det eller bunching det., Nu överväga om du skulle kunna nå in i den hinken dra på en sträng, och räkna med att dra upp endast en sträng, eller om du i stället är sannolikt att dra upp åtminstone en liten härva av garn. Cellen gör i huvudsak vad du skulle göra med garnet för att hålla det organiserat: det är förpackat snyggt i mindre, hanterbara skeins. När det gäller DNA loopas varje kromosom runt ett histonkomplex för att bilda den första ordningen av kromosomal organisation: nukleosomen.
30-nm-fibern hålls samman av två uppsättningar interaktioner. För det första sammanför linkerhistonen, H1, nukleosomerna i en ungefärlig 30-nm-struktur., Denna struktur stabiliseras sedan av disulfidbindningar som bildar mellan H2A-histonen av en nukleosom och H4-histonen hos sin granne.
histoner är en familj av grundläggande (positivt laddade) proteiner. De fungerar alla främst i att organisera DNA, och nukleosomen bildas när DNA-omslag (lite över 2 gånger) runt en kärna av åtta histoner – två vardera av H2A, H2B, H3 och H4. Antalet och positionen för de positiva laddningarna (mestadels från lysiner och argininer) är avgörande för deras förmåga att tätt binda DNA, vilket som tidigare påpekats, är mycket negativt laddat., Att” motsatser locka ” idé är inte bara en dejting tips från råd kolumner.
vid undersökning av 3D-strukturen i histonkärnkomplexet ser vi att medan relativt oladdade proteininteraktionsdomäner håller histonerna tillsammans i mitten, finns de positivt laddade resterna runt utsidan av komplexet, tillgängliga för att interagera med de negativt laddade fosfaterna av DNA.,
i ett senare kapitel kommer vi att diskutera hur enzymer läser DNA för att transkribera informationen till mindre, mer hanterbara bitar av RNA. För tillfället behöver vi bara vara medvetna om att en stor del av DNA: t vid varje given tidpunkt förpackas tätt, medan vissa delar av DNA: t inte är det. Eftersom de delar som är tillgängliga för användning kan variera beroende på vad som händer med/i cellen vid varje given tidpunkt, måste förpackningen av DNA vara dynamisk. Det måste finnas en mekanism för att snabbt lossa bindningen av DNA till histoner när detta DNA behövs för genuttryck och för att strama bindningen när den inte är det., Som det visar sig innebär denna process acetylering och deacetylering av histonerna.
Histonacetyltransferaser (hattar) är enzymer som placerar en acetylgrupp på en lysin av ett histonprotein. Acetylgrupperna är negativt laddade, och acetyleringen lägger inte bara till en negativt laddad grupp, den tar också bort den positiva laddningen från lysin. Detta har effekten av att inte bara neutralisera en attraktionspunkt mellan proteinet och DNA, men även något avvisande det (med liknande avgifter)., På andra sidan mekanismen är Histondeaktylaser (HDACs) enzymer som tar bort acetyleringen och därigenom återställer interaktionen mellan histonprotein och DNA. Eftersom dessa är så viktiga enzymer, står det för att de inte får fungera willy-nilly på någon tillgänglig Histon, och i själva verket finns de ofta i ett komplex med andra proteiner som kontrollerar och samordnar deras aktivering med andra processer som aktivering av transkription.