Informasi

Mengapa heliks DNA anti-paralel?

Mengapa heliks DNA anti-paralel?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Mengapa untaian DNA berjalan dengan cara yang anti-paralel? Mengingat pasangan basa kimia, mereka bisa saja paralel juga.


Untai ganda asam nukleat paralel dimungkinkan tetapi tidak sestabil bentuk antiparalel (Szabat dan Kierzek, 2017). Ini karena nukleobasa tidak selaras dengan cara yang kondusif untuk pasangan basa tipe Watson-Crick (WC). Dalam konformasi paralel, basa dapat membentuk pasangan basa tipe Hoogsteen (HS) dan reverse Watson-Crick (RWC) (lihat di bawah).

Anda dapat melihat bahwa pasangan basa ini tidak sekuat pasangan basa WC:

  • Tidak ada ikatan rangkap tiga antara G dan C dalam pasangan basa RWC
  • Pasangan GC terjadi pada pasangan basa HS hanya ketika C terprotonasi pada pH rendah

Pembentukan heliks paralel, oleh karena itu tergantung pada urutannya.

Secara umum, pembentukan dupleks dengan orientasi untai paralel sebagian besar ditentukan oleh konteks urutan dan kondisi pH. Fragmen RNA atau DNA yang mampu membentuk dupleks paralel seringkali kaya akan A dan C, yang terkait dengan kemampuannya untuk menjadi terprotonasi, dalam kondisi asam menengah.

Namun, tidak sesederhana pasangan basa RNA/DNA dengan komplemennya. Heliks paralel tidak akan mengikuti aturan pasangan basa WC dan oleh karena itu memprediksi apakah mereka akan terbentuk tidak semudah itu. Namun, heliks paralel dapat terbentuk in vivo (lihat referensi 23-25 ​​dari Szabat dan Kierzek, 2017).

Anda juga dapat melihat artikel ini oleh Leontis et al. (2002) untuk pola ikatan hidrogen dalam heliks paralel dan antiparalel.


Ini lebih banyak kimia daripada Biologi.

Kedua untai DNA adalah arah 5 'ke 3'. Kenapa begitu? karena arahnya ditentukan berdasarkan arah penambahan basa purin atau pirimidin.

Empat basa yang ada dalam DNA adalah Adenin, Guanin, Timin, dan Sitosin. Mereka dirujuk di bawah tautan Purin dan Pirimidin yang diposting di atas.

Molekul ini ditambahkan ke ujung molekul DNA baru. Ini akan ditambahkan ke ujung 3' dari molekul DNA baru yang sedang tumbuh.


"Adenosintriphosphat protoniert" oleh NEUROtiker - Karya sendiri. Dilisensikan di bawah Domain Publik melalui Commons.

Berapakah ujung 3' dan 5'?

Gula ribosa pada posisi dua akan kehilangan OH, posisi 5' adalah dimana rantai panjang fosfat ditambahkan pada gambar atas dan fosfat pada posisi 5' ini akan terikat pada OH pada posisi 3' terlihat pada gambar. molekul deoksiribosa, reaksi ini akan menghasilkan ikatan fosfodiester.


"Diagram Ikatan Fosfodiester" oleh File:Enlace fosfodiéster.png">File:PhosphodiesterBondDiagram.png">Pengguna:Merops (bicara) Karya turunan: Pengguna:Deneapol (bicara) Karya turunan: Pengguna:KES47 (bicara) Penyesuaian teks: Incnis Mrsi (bicara) Tweak teks: DMacks (bicara)) - File:Enlace fosfodiéster.png">CC BY-SA 3.0 melalui Commons.

Dan inilah reaksi lengkapnya

Jika Anda telah memperhatikan muatan negatif pada Oksigen, maka Anda akan melihat bahwa Oksigen memiliki satu elektron lagi untuk disumbangkan untuk ikatan kovalen. Jadi elektron ini menyerang ikatan O-H pada 3' OH gula deoksi-ribosa untuk menghasilkan ikatan fosfodiester.

Jadi 3' OH selalu merupakan persyaratan untuk penambahan basa baru ke untai DNA. 5' mengacu pada ujung 5' yang menjuntai dari Fosfat pertama, sedangkan 3' mengacu pada 3' OH dari gula Ribosa di dasar terakhir DNA. Seluruh reaksi dikatalisis oleh DNA Polymerase

P.S. Mereka tidak benar-benar gratis, ada banyak modifikasi yang membuat mereka lembam.

Jadi itu sebabnya DNA anti-paralel.


Mengapa heliks DNA anti-paralel? - Biologi

Apakah dua untai DNA paralel atau anti-paralel? Beralih ke tampilan berlabel "Untaian DNA antiparalel". Hanya cincin gula dari setiap pasangan basa yang ditampilkan. Atom karbon gula berwarna biru dan kuning. Perhatikan bahwa tepat di seberang setiap gula biru pada satu untai adalah gula kuning di untai lainnya. Perhatikan bahwa cincin gula berwarna berbeda membuat dua spiral heliks yang membungkus sumbu yang sama. Alat zoom "+" dan "-" dari Tool Bar dapat digunakan untuk memperbesar dan memperkecil. Dengan menggunakan atom oksigen merah sebagai referensi, tentukan apakah dua untai DNA spiral dalam:

Tutorial

Gambar close up dari tampilan "Untaian DNA antiparalel" dibuat dengan alat zoom. Coba perbesar untuk tampilan yang lebih baik.

Dalam ilustrasi untuk masalah ini, perhatikan bahwa atom oksigen mengarah ke atas pada satu untai (kuning) dan ke bawah pada yang lain (biru), menunjukkan bahwa tulang punggung gula-fosfat bergerak ke arah yang berlawanan. Untaian heliks ganda DNA dikatakan "antiparalel" karena mereka memiliki struktur kimia yang sama, tetapi arahnya berlawanan. Arah untai DNA juga dikenal sebagai "polaritas".


Apa arti heliks ganda dalam biologi?

Sebuah "diisi" spiral &ndash misalnya, jalan "spiral" (heliks) &ndash adalah disebut helikoid. Heliks adalah penting dalam biologi, sebagai molekul DNA adalah terbentuk sebagai dua yang saling terkait heliks, dan banyak protein memiliki substruktur heliks, yang dikenal sebagai alpha heliks. kata spiral berasal dari kata Yunani ?&lambda&iota&xi, "memutar, melengkung".

Demikian pula, apa yang dikatakan heliks ganda tentang DNA? A heliks ganda menyerupai tangga bengkok. Setiap tiang tangga yang 'tegak' terbentuk dari tulang punggung gugus gula dan fosfat yang berselang-seling. Setiap DNA basis ? (adenin, sitosin, guanin, timin) melekat pada tulang punggung dan basa ini membentuk anak tangga.

Lalu, apa artinya menyebut DNA double helix antiparalel?

antiparalel: Istilah yang diterapkan untuk dua molekul yang berdampingan tetapi berjalan dalam arah yang berlawanan. Dua untaian DNA adalah antiparalel. Kepala satu untai selalu diletakkan di atas ekor untai lainnya DNA.

Apa itu heliks dalam istilah medis?

Medis Definisi dari spiral 1: tepi telinga luar yang melengkung. 2 : kurva yang dilacak pada silinder oleh rotasi titik yang melintasi bagian kanannya pada sudut miring konstan secara luas: spiral sense 2 &mdash lihat alpha-spiral, dobel spiral.


Heliks Ganda

Menggunakan model logam proporsional dari nukleotida individu, Watson dan Crick menyimpulkan struktur DNA yang konsisten dengan Aturan Chargaff dan dengan data kristalografi sinar-x yang diperoleh (dengan beberapa kontroversi) dari peneliti lain bernama Rosalind Franklin. Di Watson dan Crick&rsquos terkenal heliks ganda, masing-masing dari dua untai mengandung basa DNA yang terhubung melalui ikatan kovalen ke tulang punggung gula-fosfat (Gambar 1.8, 1.9). Karena satu sisi setiap molekul gula selalu terhubung ke sisi berlawanan dari molekul gula berikutnya, setiap untai DNA memiliki polaritas: ini disebut ujung 5&rsquo (5-prima) dan ujung 3&rsquo (3-prima), sesuai dengan nomenklatur karbon dalam gula. Dua helai heliks ganda berjalan di anti-paralel (yaitu berlawanan), dengan ujung 5&rsquo dari satu untai berdekatan dengan ujung 3&rsquo dari untai lainnya. Heliks ganda memiliki Pengguna tangan kanan twist, (daripada twist kidal yang sering direpresentasikan secara tidak benar di media populer). Basa DNA memanjang dari tulang punggung menuju pusat heliks, dengan sepasang basa dari setiap untai membentuk ikatan hidrogen yang membantu menyatukan kedua untai. Di sebagian besar kondisi, kedua untaian sedikit diimbangi, yang menciptakan alur besar di satu sisi heliks ganda, dan alur kecil di sisi lain. Karena struktur basa, A hanya dapat membentuk ikatan hidrogen dengan T, dan G hanya dapat membentuk ikatan hidrogen dengan C (ingat Aturan Chargaff). Oleh karena itu, setiap untai dikatakan saling melengkapi, sehingga setiap untai juga mengandung informasi yang cukup untuk bertindak sebagai cetakan untuk sintesis yang lain. Redundansi komplementer ini penting dalam replikasi dan perbaikan DNA.

Bagaimana molekul ini, DNA, mengandung materi genetik?

Gambar (PageIndex<9>): Struktur heliks ganda DNA. (Asli-tidak diketahui-?)


Bagaimana struktur antiparalel heliks ganda mempengaruhi replikasi?

Salah satu cara utama struktur antiparalel DNA mempengaruhi replikasi adalah dengan cara DNA polimerase membangun untaian DNA baru. DNA polimerase adalah enzim yang menghubungkan nukleotida untuk membuat DNA baru dalam proses ini. DNA polimerase hanya bekerja dalam arah 3 'sampai 5' sehingga pada salah satu untai DNA ini mudah karena membuka ke arah itu. Tetapi pada untai yang lain (untai yang tertinggal) enzim harus bekerja dalam arah yang berlawanan, yang berarti enzim hanya dapat membangun fragmen yang terputus-putus saat heliks ganda terlepas.

Berikut adalah gambar yang membantu memahami hal ini:

Anda dapat melihat bahwa untai utama dibangun terus menerus, menuju ke arah garpu replikasi. Untai tertinggal dibangun dalam fragmen (disebut fragmen Okazaki), bergerak menjauh dari garpu replikasi.

Jika Anda ingin informasi lebih lanjut, inilah animasi yang sangat membantu:
Animasi Replikasi DNA


Sejarah DNA

DNA ada di sekitar kita. Tidak hanya dalam arti fisik, tetapi juga dalam arti budaya. Kami melihatnya di acara TV kami, kami mendengar tentang banyak cara pemahaman kami yang maju tentang hal itu akan merevolusi hidup kami. Kami bahkan merayakan Hari DNA Nasional.

Hari DNA menandai peringatan penerbitan makalah terkenal Watson dan Crick di Alam, menggambarkan struktur heliks ganda DNA. 2018 menandai 60 tahun sejak peristiwa transformasional itu, dan sejak saat itu, dunia genetika telah berkembang pesat. Sekarang mungkin bagi siapa saja untuk mengurutkan DNA mereka, yang hasilnya dapat memberi mereka berbagai wawasan yang terus berkembang. Tapi kami tidak selalu bisa menggunakan DNA seperti ini. 150 tahun yang lalu, orang tidak tahu bahwa DNA ada, dan mereka pasti belum pernah mendengar tentang pengurutan DNA. Kami dapat melakukan apa yang kami lakukan berkat para raksasa yang datang sebelum kami.

Untuk menghormati Hari DNA Nasional, kami telah mengumpulkan daftar beberapa peristiwa penting dalam sejarah DNA. Peristiwa-peristiwa ini saling mempengaruhi, yang pada akhirnya membawa kita pada pemahaman modern tentang DNA dan genetika. Begitu banyak orang telah terlibat dalam perjalanan ini—mengarah ke begitu banyak peristiwa penting dalam genetika—sehingga hampir tidak mungkin untuk menyebutkan semuanya dalam satu artikel. Sebagai gantinya, kami telah memilih beberapa momen terbesar.

Sejarah lengkap DNA, tentu saja, harus dimulai dari awal—sup primordial dari masa lalu yang sangat jauh. Diyakini bahwa hampir 4 miliar tahun yang lalu, prekursor DNA modern mulai muncul dalam sup ini. Ada teori yang bersaing tentang bagaimana tepatnya prekursor ini menjadi DNA, tetapi yang umum menyatakan bahwa asam nukleat terbentuk dalam serangkaian reaksi yang melibatkan bahan kimia seperti sianida, asam klorida, dan gula. Asam nukleat mulai berkumpul sebagai RNA. Seiring waktu, nukleotida DNA juga terbentuk dan menggabungkan diri ke dalam struktur RNA, yang kemudian memberi jalan kepada untaian yang hanya terdiri dari nukleotida DNA. Akhirnya, ini berevolusi menjadi heliks ganda — sehingga membentuk DNA seperti yang kita kenal. 1,2,3.

Maju cepat miliaran tahun—tidak cukup untuk zaman modern, tetapi mendekati, secara relatif. Pada titik ini, DNA telah berkembang jauh sejak pertama kali terbentuk. Itu sekarang dikemas dalam sel yang terikat membran, dan telah dirakit menjadi kode yang memunculkan kehidupan. Tetapi evolusi adalah proses yang konstan dan berkelanjutan. Sekitar 2,8 juta tahun yang lalu, DNA beberapa kera bipedal berevolusi dari yang lain dan menghasilkan genus Homo. Dari cabang kehidupan ini akan tumbuh Homo neanderthalensis, Homo denisova, dan Homo sapiens—kita 4 .

Pada abad ke-19, manusia mulai membuat penemuan ilmiah penting tentang sel dan keturunan. Para petani sebenarnya telah mengeksplorasi konsep-konsep dalam genetika pada titik ini—tanpa disadari—melalui pemuliaan tanaman dan hewan secara selektif. Tetapi penelitian yang dilakukan oleh seorang ahli zoologi Prancis, seorang ahli botani Inggris, dan seorang biarawan Augustinian akan memulai era kemajuan besar. Pada awal 1800-an, orang Prancis Jean Baptiste Lamarck mulai secara terbuka mendiskusikan ide-idenya tentang hereditas (meskipun dia tidak menggunakan istilah itu). Ceramah dan tulisannya akan menjadi saran konkrit pertama dalam ilmu pengetahuan modern bahwa kehidupan berkembang dan beradaptasi sebagai akibat dari pengaruh lingkungan 5 . Ide-ide ini akan disempurnakan dan dibentuk untuk menggambarkan kehidupan secara lebih akurat oleh ahli botani Charles Darwin dalam buku maninya Tentang Asal Usul Spesies, pertama kali diterbitkan pada tahun 1859 5,6 . Bersama-sama, kedua ilmuwan ini akan memiliki dampak besar pada cara kita memandang kehidupan, evolusi, dan akhirnya DNA.

Sekitar waktu yang sama, seorang biarawan Augustinian bernama Gregor Mendel membuat penemuan yang nantinya akan mempengaruhi seluruh bidang genetika dan bagaimana kita menafsirkan tes genetik—dan dia melakukannya dengan menggunakan tanaman kacang polong. Karyanya mengungkapkan bahwa beberapa sifat diwariskan dalam pola tertentu dan dapat diprediksi, dan bahwa beberapa sifat dominan, sementara yang lain resesif. Konsep yang terungkap dalam penelitiannya membantu para ilmuwan modern memahami pola pewarisan dan bagaimana sifat kita dapat dipengaruhi oleh gen yang diturunkan dari generasi sebelumnya 7 . Penelitian Mendel sangat penting di bidang ini sehingga seluruh jenis pewarisan genetik, pewarisan Mendel, dinamai menurut namanya.

Selama abad ke-19, para ilmuwan di seluruh dunia mulai mendeskripsikan faktor biologis yang dapat diturunkan dari generasi ke generasi yang akan memengaruhi sifat kita, meskipun mereka tidak yakin apa faktor itu. Namun pada awal abad ke-20, para ilmuwan menemukan konsep “gen”. Seperti Mendel, Wilhelm Johannsen adalah seorang ilmuwan berpengaruh yang studi tengaranya dilakukan dengan menggunakan tanaman (khususnya tanaman kacang, dalam kasusnya). Johannsen menunjukkan bahwa berat kacang ditentukan oleh gen yang diwarisi dari induknya, bukan dari populasi pada umumnya. Dalam perjalanan karyanya, ia menciptakan istilah gen untuk menggambarkan beberapa faktor yang tidak diketahui di dalam sel yang sebagian mendikte ciri-ciri organisme. Seiring waktu, ketika para ilmuwan belajar lebih banyak, definisi gen akan berkembang untuk memasukkan DNA. Dalam tulisan-tulisan Johannsen, ia juga menggunakan istilah-istilah seperti genotip untuk menggambarkan fitur yang berasal dari gen, dan fenotipe sebagai ciri-ciri yang bisa kita lihat 8 —istilah yang masih kita gunakan sampai hari ini.

Pada tahun 1836, Heinrich Wilhelm Gottfried von Waldeyer-Hartz menciptakan istilah kromosom saat memeriksa sel di bawah mikroskop 9 . Hampir seabad kemudian, segelintir ilmuwan mulai menghubungkan titik-titik antara gen dan kromosom. Nettie Stevens menemukan bahwa jenis kelamin biologis suatu organisme ditentukan oleh kromosom X pada tahun 1905 10 . Tak lama setelah itu, Thomas Hunt Morgan mengusulkan bahwa kromosom membawa unit-unit diskrit—gen—yang mampu menentukan sifat suatu organisme 11 . Selama beberapa dekade berikutnya, para peneliti akan terus menggambarkan hubungan antara sifat-sifat yang diwariskan, penyakit, dan hubungan potensial mereka dengan gen.

Jika penemuan genetik yang dibuat pada awal 1900-an mewakili percikan ilmiah, Anda dapat mengatakan bahwa tahun 40-an dan 50-an adalah api yang mengamuk. Para peneliti terus mengeksplorasi konsep “gen”, dan penelitian terbaru menunjukkan bahwa gen adalah objek-objek terpisah yang tersusun secara tetap dan linier pada kromosom. Tidak ada yang membayangkan bahwa gen dapat bergerak di sana tampaknya tidak ada mekanisme untuk ini terjadi, juga tidak ada alasan yang diketahui bagi mereka untuk melakukannya. membutuhkan untuk bergerak. Tetapi Dr. Barbara McClintock membuktikan sebaliknya.

Dr. McClintock menggunakan jagung—umumnya dikenal sebagai jagung—dalam studinya. Dengan memeriksa kromosom di bawah mikroskop dan mempelajari pola pewarisan sifat jagung seperti pola warna daun dan kernel, dia menunjukkan bahwa gen dapat berpindah ke tempat yang berbeda dalam genom. Dia menyebut segmen DNA ini elemen yang dapat dipindahkan. Butuh beberapa dekade sebelum ahli genetika lain menerima karyanya, tetapi sekarang kita tahu bahwa fenomena ini dapat ditemukan di seluruh kerajaan kehidupan. Selain mengamati elemen transposable, dia juga melaporkan bahwa gen dapat mengontrol aktivitas gen lain dengan mengamati bahwa gen tertentu mengaktifkan gen lain tergantung pada lokasinya. Dia juga mengamati bahwa elemen transposabel dapat melompat ke tengah gen lain, menyebabkannya berfungsi secara berbeda (atau tidak sama sekali).

Sampai titik ini dalam sejarah, para ilmuwan telah berjuang untuk memahami bagaimana gen sebenarnya memiliki pengaruh pada organisme. Dr McClintock dan lain-lain telah menggambarkan hubungan antara gen, kromosom, dan sifat-sifat kita. Terlepas dari kemajuan awal ini, mereka benar-benar tidak mengerti bagaimana gen secara fisik memberikan pengaruhnya pada tingkat sel. Bagian dari ini adalah bahwa para ilmuwan tidak memiliki model eksperimental yang tepat untuk mempelajari fenomena tersebut. Meskipun telah menjadi praktik umum untuk menggunakan lalat dan jagung dalam studi genetik, tidak ada organisme yang sangat cocok untuk pertanyaan semacam ini. Apa yang mereka butuhkan adalah organisme yang tumbuh cepat dan langsung secara genetik dengan ciri-ciri genetik yang mudah diidentifikasi. Dengan model semacam ini, para peneliti dapat memiliki kendali yang cukup atas eksperimen untuk menanyakan bagaimana suatu sifat genetik mempengaruhi biokimia kita. Para peneliti menemukan model seperti itu pada jamur Neurospora crassa 13 .

Drs. George Beadle dan Edward Tatum sebelumnya telah mempelajari genetika menggunakan kombinasi metode. Tetapi dalam menggabungkan kekuatan, mereka ingin melakukan sesuatu yang baru. Alih-alih mengidentifikasi sifat-sifat yang dapat diwariskan, mereka bertujuan untuk mengidentifikasi bagaimana gen bertanggung jawab atas proses biokimia tertentu. N. crassa sempurna untuk pertanyaan semacam ini. Para ilmuwan hanya perlu memasukkan agar-agar yang bergizi ke dalam cawan petri, dan kemudian menyebarkan spora jamur ke dalamnya. Peneliti dapat menambahkan bahan lain ke agar yang digunakan jamur untuk membangun biokimia penting, yang tanpanya jamur akan mati. Beadle dan Tatum menyadari bahwa proses ini bertahap: Bahan A digunakan untuk memproduksi B, yang kemudian digunakan untuk memproduksi C, dan kemudian C beralih ke D. Proses A–>B–>C–>D ini dapat diprediksi, dan sempurna untuk menentukan apakah gen berkontribusi pada proses tersebut. Jika sebuah gen bertanggung jawab untuk mengubah A menjadi B, maka pemecahan gen itu akan mencegah jamur berhasil mengubah materi A menjadi B. Melalui eksperimen yang cermat, Beadle dan Tatum menunjukkan bahwa gen mempengaruhi sifat organisme dengan mempengaruhi protein, seperti protein yang mengubah A menjadi B. Temuan mereka revolusioner karena ahli genetika tidak hanya mempelajari cara kerja gen, tetapi mereka juga memperoleh proses eksperimental untuk mempelajari fenomena 13 .

Sulit untuk melebih-lebihkan pentingnya terobosan ilmiah tahun 1950-an. Itu adalah aliran penemuan tanpa henti yang akhirnya menjawab pertanyaan yang telah mengganggu para ahli genetika selama lebih dari satu abad: Apa materi genetiknya?

Kromosom adalah struktur biologis yang terbuat dari kombinasi DNA dan protein. Ahli genetika pada saat itu memahami bahwa sesuatu di dalam kromosom menyimpan informasi genetik yang dapat diturunkan dari generasi ke generasi. Tapi apakah bahan itu—DNA atau proteinnya?

Menjawab pertanyaan ini membutuhkan upaya banyak ilmuwan selama rentang beberapa dekade. Pada 1920-an, Dr. Fredrick Griffith mempelajari dua versi bakteri yang dikenal sebagai Streptococcus pneumoniae. Dia menemukan bahwa sifat patogen dari satu strain bakteri dapat diteruskan ke yang lain, mewakili suatu bentuk transfer genetik pada bakteri. Kemudian, Oswald Avery, C. M. MacLeod, dan M. McCarty akan menggunakan bakteri yang sama ini untuk menanyakan apakah materi genetik itu terbuat dari protein atau DNA. Mereka mengisolasi bagian-bagian individu dari puing-puing dari bakteri patogen yang mati, termasuk DNA dan protein. Mereka kemudian memandikan bakteri non-patogen di setiap komponen individu dan menemukan bahwa hanya DNA yang mampu mentransfer sifat patogen. Ini adalah demonstrasi definitif pertama bahwa DNA adalah materi genetik 14 .

Eksperimen Avery, MaCleod, dan McCarty direncanakan dengan baik, tetapi masih ada perpecahan dalam komunitas ilmiah. Akhirnya, pada tahun 1952, argumen tersebut diperkuat oleh Martha Chase dan Alfred Hershey. Para peneliti ini mempelajari bakteriofag, virus yang menginfeksi bakteri dengan mendarat di bakteri dan menyuntikkannya dengan materi genetik. Bahan itu kemudian digunakan oleh bakteri untuk membangun lebih banyak virus. Chase dan Hershey memberi label radio pada DNA bakteriofag untuk menunjukkan bahwa hanya DNA yang diteruskan dalam proses infeksi. Secara kolektif, eksperimen Hershey-Chase dan Avery, MaCleod, dan McCarty mengubah arus dalam sains dan meyakinkan banyak orang bahwa DNA, dan bukan protein, adalah misteri materi genetik yang dibicarakan para ilmuwan selama bertahun-tahun 14 .

Pukulan signifikan lainnya akan datang dari tim peneliti yang bekerja untuk menggambarkan struktur DNA. DNA terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang, bahkan di bawah mikroskop yang kuat. Para ilmuwan telah beralih ke teknik yang dikenal sebagai kristalografi sinar-x, yang menjebak molekul dalam kristal yang kemudian diledakkan dengan sinar-x. Sinar-x ini memantul dari molekul yang terperangkap dalam pola unik yang memungkinkan peneliti untuk menentukan bentuk molekul dalam kristal. Dr Rosalind Franklin adalah seorang ahli dalam teknik ini. Dia berhasil mengambil gambar pertama DNA dalam struktur heliksnya, tetapi belum mengetahui dengan tepat apa yang dia lihat.

Sementara itu, Dr. James Watson dan Francis Crick telah memperoleh akses ke penelitiannya (sebuah fakta yang masih kontroversial hingga hari ini, karena pekerjaan itu dibagikan kepada mereka tanpa sepengetahuan Franklin). Mereka menyadari bahwa pola yang ditunjukkan dalam gambarnya menunjukkan heliks ganda. Menggunakan informasi ini dan pekerjaan lain yang menjelaskan bahwa DNA memiliki proporsi yang sama dari basa komplementer (jumlah yang sama dari A dan T, dan jumlah yang sama dari G dan C), mereka menyusun model struktur DNA dan menulis kertas mani yang menggambarkan DNA ganda. heliks 15 . Dalam karya ini, Watson dan Crick menunjukkan bahwa DNA dapat berfungsi sebagai bahan genetik dengan mengkodekan informasi dalam rangkaian basa nukleotida dan dapat disalin secara andal berdasarkan sifat komplementer dari struktur untai ganda.

Para peneliti ini menunjukkan kepada dunia bahwa DNA adalah heliks ganda, yang membawa informasi genetik yang diturunkan dari orang tua ke anak, dan menunjukkan mekanisme molekuler yang digunakan oleh sel untuk membangun untaian DNA baru 16-18 . Kemudian, temuan ini akan membantu kita memahami bagaimana variasi dalam DNA berkembang, bagaimana mereka disebarkan sepanjang waktu, dan bagaimana hal ini dapat menyebabkan penyakit. Dampak dari karya ini benar-benar membuat tokoh-tokoh ini—Franklin, Chase, Hershey, dan lainnya—menjadi titans di dunia sains.

Setelah penemuan DNA sebagai materi genetik, ada dorongan kuat untuk memahami bagaimana informasi yang tersimpan di dalam DNA dapat digunakan untuk membangun protein. Pada akhirnya, upaya ini menghasilkan penemuan messenger RNA (mRNA). mRNA adalah molekul berumur pendek yang dihasilkan berdasarkan urutan DNA gen. Pada manusia, mRNA dikirim keluar dari nukleus untuk digunakan sebagai cetakan untuk membangun protein.

Kita tahu semua ini berkat upaya kolektif dari banyak ilmuwan di tahun 1940-an dan 1950-an. Selama mempelajari DNA, beberapa pengamatan dilakukan yang menunjukkan keberadaan mRNA. Pada tahun 1940-an, percobaan oleh Avery menggunakan bakteriofag mencatat keberadaan molekul RNA berumur pendek yang dibuat dalam jumlah besar setelah infeksi virus pada sel bakteri. Saat menjelaskan struktur DNA, James Watson berspekulasi tentang adanya beberapa mekanisme yang mengangkut informasi dalam DNA ke sitoplasma. Perlombaan untuk menggambarkan mekanisme ini meningkat pada akhir 1950-an, yang berpuncak pada publikasi makalah yang menjelaskan konsep mRNA pada tahun 1961. Dengan pengungkapan ini, para ilmuwan sekarang memiliki gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana DNA bertindak sebagai materi genetik dan bagaimana ia mampu mempengaruhi fungsi sel 19 .

Melanggar kode genetik
Langkah selanjutnya untuk memahami DNA diperlukan, dalam arti tertentu, pemecah kode. DNA adalah rangkaian empat basa nukleotida — adenin, guanin, sitosin, dan timin. Entah bagaimana, keempat basa ini disusun dengan cara tertentu—sebuah kode—yang membuatnya mampu memberikan instruksi bagaimana membangun protein. Pada awal 1960-an, kode itu dipecahkan oleh upaya gabungan dari tim peneliti terpisah yang dipimpin oleh Robert W. Holley, H. Gobind Khorana, dan Marshall W. Nirenberg.

Tahun 1950-an telah menunjukkan bahwa DNA membawa materi genetik, dan ada banyak bukti yang menunjukkan bahwa RNA digunakan untuk membangun protein. Diperkirakan bahwa urutan DNA menentukan urutan RNA, dan pada gilirannya RNA akan menentukan urutan asam amino yang digunakan untuk membangun protein. Namun, tidak jelas bagaimana urutan RNA mengarahkan penambahan asam amino tertentu. Ada empat kemungkinan basa nukleotida dalam RNA, tetapi 20 kemungkinan asam amino. Ini menunjukkan bahwa beberapa basa, diatur dalam urutan yang benar, dikodekan untuk asam amino tertentu.

Ahli genetika mengantisipasi bahwa akan memakan waktu puluhan tahun untuk menguraikan jumlah dan urutan yang tepat dari kode genetik ini, tetapi Dr. Nirenberg punya rencana. Dia ingin membuat molekul RNA secara sintetis yang hanya terdiri dari satu huruf (urasil, U), berulang-ulang. Dia kemudian akan menggabungkan ini dengan ribosom—mesin yang bertanggung jawab untuk membuat protein—dalam tabung reaksi. Langkah terakhir adalah menambahkan salah satu dari 20 asam amino yang dapat digunakan untuk membangun protein. Dia melakukan ini untuk setiap asam amino sampai salah satu dari mereka menghasilkan protein. Pada saat itu, dia harus sedikit mengubah urutan RNA untuk menentukan apa kode genetik itu—tugas yang tampaknya kecil yang memakan waktu bertahun-tahun dan pekerjaan banyak laboratorium.

Kita sekarang tahu bahwa asam amino spesifik ditambahkan ke protein berdasarkan urutan unik dari 3 nukleotida dalam RNA. Para ilmuwan menyebut urutan ini sebagai kodon. Pada tahun 1961, Dr. Nirenberg menerbitkan temuan awalnya dan menunjukkan kepada dunia tampilan nyata pertama pada kodon: urutan berulang UUU menghasilkan rangkaian panjang asam amino tunggal yang dikenal sebagai fenilalanin. Selama beberapa tahun berikutnya, Dr. Nirenberg, Dr. Khorana, dan Dr. Holley secara terpisah berkontribusi untuk menguraikan korelasi yang tepat antara kodon dan asam amino yang sesuai. Untuk pekerjaan mereka, ketiganya berbagi dalam hadiah Nobel 1968 untuk Fisiologi dan Kedokteran 20-22.

Pada titik ini, para ilmuwan sekarang memiliki kunci untuk membantu mereka menerjemahkan bahasa DNA. Namun, masih ada masalah signifikan di depan mereka: mereka tidak memiliki cara praktis untuk menentukan urutan DNA suatu organisme. Secara fungsional, mereka dapat melihat huruf apa yang ada dalam genom, tetapi mereka tidak dapat menentukan urutan huruf tersebut. Jika umat manusia ingin melangkah lebih jauh dalam studinya tentang DNA, revolusi teknologi diperlukan.

Pada hari-hari awal pengurutan DNA, para peneliti memfokuskan banyak upaya mereka pada RNA karena strukturnya sedikit lebih sederhana. Tidak seperti DNA, RNA adalah untai tunggal dan dapat diproduksi dalam jumlah besar oleh virus dan mikroorganisme. Robert Holley dan rekan-rekannya berhasil mengurutkan urutan asam nukleat lengkap dari tRNA (khususnya yang mengkode asam amino alanin) pada tahun 1965. tRNA digunakan oleh sel ketika membangun protein—itulah yang menghubungkan asam amino spesifik dengan urutan mRNA tertentu. Penemuan Dr. Holley secara signifikan membantu upaya berkelanjutan untuk mengkarakterisasi kodon. Secara bersamaan, Dr. Fred Sanger dan yang lainnya sedang mengembangkan metode pengurutan baru yang memungkinkan mereka mengambil pelajaran dari pengurutan RNA dan menerapkannya pada DNA 23 .

Pada tahun 1972, tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. Walter Fiers menggunakan versi modifikasi dari metode sekuensing Sanger untuk menghasilkan urutan DNA lengkap dari protein bakteriofag, menjadikannya urutan DNA lengkap pertama dari gen penyandi protein. Pada tahun-tahun berikutnya, teknologi pengurutan DNA berkembang pesat menjadi lebih efisien dan lebih akurat. Kemudian pada tahun 1977, metode pengurutan yang kuat dikembangkan yang sekarang kita kenal sebagai Urutan Sanger.

Karena kesederhanaan pengurutan Sanger, teknik ini menyebar melalui komunitas sains dengan cepat. Seiring waktu, teknologi yang digunakan untuk metode ini akan berkembang untuk memungkinkan otomatisasi proses pengurutan dan memungkinkan pengurutan sebanyak 1.000 basis dalam sekali proses—sebagian kecil dari miliaran basis dalam genom manusia, tetapi merupakan terobosan yang luar biasa. untuk waktunya. Dan pada akhirnya, pengurutan Sanger akan memunculkan teknologi yang digunakan untuk mengurutkan genom manusia, menginspirasi teknologi pengurutan generasi berikutnya (NGS) yang digunakan di banyak laboratorium pengurutan modern 23 . NGS membaca jutaan fragmen DNA kecil, berkali-kali, untuk memberi para ilmuwan gambaran akurat tentang seperti apa urutan DNA itu dan memungkinkan mereka mengidentifikasi perubahan kecil dalam urutan DNA seseorang dengan percaya diri.

Tahun 1980-an memunculkan teknologi sekuensing kritis lainnya—metode yang dikenal sebagai reaksi berantai polimerase (PCR), yang dikembangkan oleh Dr. Kary Mullis dan secara signifikan meningkatkan potensi yang dimiliki sekuensing. Rintangan utama dalam pengurutan DNA adalah mereka membutuhkan DNA dalam jumlah besar, yang sulit didapat. PCR memungkinkan peneliti untuk mengambil sejumlah kecil DNA dan mengubahnya menjadi jumlah yang jauh lebih besar yang kemudian dapat diurutkan.

RNA penyambungan
Dibandingkan dengan urutan DNA gen, mRNA yang sesuai biasanya lebih pendek. mRNA adalah molekul beruntai tunggal yang dibuat sesuai dengan urutan DNA suatu gen, jadi jika didasarkan pada urutan DNA, bagaimana bisa lebih pendek? Pada akhir 1970-an, dua peneliti yang berbeda akan sampai pada kesimpulan yang sama: bagian dari urutan gen dikeluarkan dari mRNA sebelum dikirim ke sintesis protein langsung.

Dalam proses pembuatan mRNA, tubuh Anda terlebih dahulu membuat pra-mRNA. Molekul ini hampir merupakan replika persis dari urutan DNA yang membuatnya. Para peneliti yang bekerja di bawah Dr. Phillip Sharp—dan, secara terpisah, Dr. Richard J. Roberts—menemukan bahwa segmen-segmen molekul pra-mRNA tidak sesuai dengan urutan asam amino dari protein akhir dan bahwa mereka tampaknya segera dihilangkan pra-mRNA terbentuk. Segmen pra-mRNA yang dihilangkan disebut intron. Setelah intron dihilangkan dan beberapa modifikasi lagi terjadi, mRNA terbentuk. Urutan yang tersisa dalam mRNA disebut ekson, dan ekson inilah yang sebenarnya mengkode produk protein akhir 24 .

Menghapus intron dan kemudian menempelkan ekson bersama-sama adalah proses yang dikenal sebagai penyambungan, dan penemuannya secara radikal memengaruhi cara kita memandang genetika. Fakta bahwa RNA pengkode protein dipecah menjadi beberapa bagian dan kemudian bagian-bagiannya direkatkan kembali menunjukkan tingkat kerumitan yang tidak kami duga. Faktanya, selama proses ini, terkadang gen mengubah bagian mana dari pra-mRNA yang mereka potong, dan terkadang mengacak urutan ekson. Ini dapat memiliki efek dramatis pada bentuk dan fungsi protein yang dihasilkan. Kita sekarang mengenal proses ini sebagai penyambungan alternatif dan pengocokan ekson 25 .

Pada 1990-an, kemajuan signifikan dalam teknologi pengurutan DNA dari dekade sebelumnya telah mendorong para ilmuwan untuk mempertimbangkan proyek baru yang radikal. Proyek ini bertujuan untuk mengurutkan seluruh genom manusia dan menetapkan urutan DNA manusia dasar. Jika peneliti bisa melakukan ini, itu akan memungkinkan mereka untuk memahami di mana DNA seseorang mungkin berbeda dari garis dasar, dan kemudian mempelajari bagaimana perbedaan itu mungkin mempengaruhi mereka. It would also allow us to better characterize the information coded in our genes—and even the number of genes we have in the first place. This radical project, the Human Genome Project, officially began in 1990.

In 2003, nearly 50 years to the day after the publication of Watson and Crick’s historic paper, the Human Genome Project published the first-ever complete sequence of the human genome. This monumental accomplishment signaled the increasing power of DNA sequencing technology. When the project began, scientists estimated that it would take 15 years to complete. Instead, the rapid pace of innovation had enabled the project to develop new sequencing technologies and speed ahead of projections.

With these new technologies, and with the full sequence of the human genome freely available to researchers, the stage was set for a new wave of discoveries about the human genome. Since the project ended, we’ve learned that the human genome consists of more than 20,000 different genes, and we’ve learned that these genes have evolved over time. Continuing innovations to sequencing technology have vastly improved our ability to study DNA and characterize its influence on us. In the process, we’ve gained more and more insights into how mutations precipitated the evolution of all life on earth.

But the power of DNA sequencing is no longer limited to the academic setting. The first generation of consumer genetics companies and projects began appearing in the first years after the Human Genome Project ended. For example, in 2005, our partner National Geographic launched the Genographic Project, which aimed to analyze the DNA of thousands of people around the world—particularly people from indigenous communities—in order to build a more complete picture of ancient human migration patterns. Along with other early consumer genetics efforts (and the Genographic consumer products that National Geographic has launched since), the Genographic Project helped bring DNA sequencing to the masses.

More than a century of research has illuminated the power of DNA. The efforts of thousands of researchers have collectively led us to where we are in genomic research and technology today, and the numerous ways in which the power of the genome can impact our lives. It was only 100 years ago that scientists were learning about chromosomes. Now, anyone can have their DNA sequenced to gain insights. Inspired by the giants that came before us, Helix is taking another step by sequencing your entire exome—the regions of the DNA that code for proteins—and other areas of interest within the genome. With this information, you can gain insights about your distant ancestry, or you can learn about your DNA and the ways it could be influencing your body’s response to various foods. You could use this information to ask if you’ve inherited a variant in the DNA that predisposes you to a serious disease, or you can use your DNA to inspire art. The possibilities are endless, and we’re witnessing that with the exciting new products and partners that are launching all the time.

We’ve come a long way since the days of Darwin and Mendel. While we still have a long way to go before we fully understand the human genome, it’s incredible to look at how much has changed—and it’s easy to get excited about what the future may hold.

2 Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Biologi Molekuler Sel. edisi ke-4. New York: Garland Science 2002. The RNA World and the Origins of Life. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26876/

3 E., Orgel Leslie. “Prebiotic Chemistry and the Origin of the RNA World.” Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, vol. 39, tidak. 2, 2004, pp. 99–123., doi:10.1080/10409230490460765.

4 Foley, Robert A. et al. “Major Transitions in Human Evolution.” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 371.1698 (2016): 20150229. PMC. Web. 12 Apr. 2018.

5 Burkhardt, Richard W. “Lamarck, Evolution, and the Inheritance of Acquired Characters.” Genetics 194.4 (2013): 793–805. PMC. Web. 12 Apr. 2018.

6 ”Rewriting the Book of Nature – Charles Darwin and Evolutionary Theory.” U.S. National Library of Medicine, National Institutes of Health, 29 July 2013, http://www.nlm.nih.gov/exhibition/darwin/evolutionarytheory.html.

7 De Castro, Mauricio. “Johann Gregor Mendel: Paragon of Experimental Science.” Molecular Genetics & Genomic Medicine 4.1 (2016): 3–8. PMC. Web. 12 Apr. 2018.

8 Roll-Hansen, Nils. “The Holist Tradition in Twentieth Century Genetics. Wilhelm Johannsen’s Genotype Concept.” The Journal of Physiology 592.Pt 11 (2014): 2431–2438. PMC. Web. 12 Apr. 2018.

9 Roll-Hansen, Nils. “The Holist Tradition in Twentieth Century Genetics. Wilhelm Johannsen’s Genotype Concept.” The Journal of Physiology 592.Pt 11 (2014): 2431–2438. PMC. Web. 12 Apr. 2018.

10 Wessel, Gary M. “Y Does It Work This Way? Nettie Maria Stevens (July 7, 1861 – May 4, 1912).” Molecular Reproduction and Development, vol. 78, no. 9, 2011, doi:10.1002/mrd.21390.

11 Griffiths, Anthony JF. “Historical Development of the Chromosome Theory.” Sebuah Pengantar Analisis Genetika. 7th Edition., U.S. National Library of Medicine, 1 Jan. 1970, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22088/.

12 Ravindran, Sandeep. “Barbara McClintock and the Discovery of Jumping Genes.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109.50 (2012): 20198–20199. PMC. Web. 23 Apr. 2018.

13 Strauss, Bernard S. “Biochemical Genetics and Molecular Biology: The Contributions of George Beadle and Edward Tatum.” Genetics 203.1 (2016): 13–20. PMC. Web. 23 Apr. 2018.

14 Griffiths, Anthony JF. “DNA: The Genetic Material.” Sebuah Pengantar Analisis Genetika. 7th Edition., U.S. National Library of Medicine, 1 Jan. 1970, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22104/.

15 “The Rosalind Franklin Papers: The DNA Riddle: King’s College, London, 1951-1953.” U.S. National Library of Medicine, National Institutes of Health, profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Narrative/KR/p-nid/187.

16 “The Arthur Kornberg Papers: The Synthesis of DNA, 1953-1959.” U.S. National Library of Medicine, National Institutes of Health, profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Narrative/WH/p-nid/208.

17 Tan, Siang Yong, and Kate Pettigrew. “Severo Ochoa (1905–1993): The Man behind RNA.” Singapore Medical Journal 59.1 (2018): 3–4. PMC. Web. 23 Apr. 2018.

18 Hanawalt, Philip C. “Density Matters: The Semiconservative Replication of DNA.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 101.52 (2004): 17889–17894. PMC. Web. 23 Apr. 2018.

19 Cobb, Matthew. “Who Discovered Messenger RNA?” Current Biology, vol. 25, tidak. 13, 2015, doi:10.1016/j.cub.2015.05.032.

20 “Nirenberg: History Section: Cracked Code.” National Institutes of Health, U.S. Department of Health and Human Services, history.nih.gov/exhibits/nirenberg/HS5_cracked.htm.

21 “Nirenberg: History Section: Poly-U.” National Institutes of Health, U.S. Department of Health and Human Services, history.nih.gov/exhibits/nirenberg/HS4_polyU.htm.

22 Marshall, Jessica. “The Genetic Code.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111.16 (2014): 5760. PMC. Web. 24 Apr. 2018.

23 Heather, James M., and Benjamin Chain. “The Sequence of Sequencers: The History of Sequencing DNA.” Genomics 107.1 (2016): 1–8. PMC. Web. 24 Apr. 2018.

24 Berk, Arnold J. “Discovery of RNA Splicing and Genes in Pieces.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 113.4 (2016): 801–805. PMC. Web. 24 Apr. 2018.


Why is the DNA helix anti-parallel? - Biologi

THESE ARE THE BASE PAIRS IN DOUBLE STRANDED (DNA dsDNA).

The anti-parallel strands allow for the formation of hydrogen bonds as illustrated in the figure. If the strands were not antiparallel these non-symetrical hydrogen bonding interactions would not be possible. It is important that CG interactions have three H- bonds, and AT have two H-bonds, to keep these parings specific.

The anitparallel organization also means that both strands can be made the same way, using the same isomers, and using the same enzymes. The dsDNA molecule is quite robust and stable in the correct conditions. For example, careful purification of DNA only takes about one hour, and we keep the DNA disolved in Tris buffer (pH 7.5-8.5) with some EDTA to trap Mg++ ions. (DNAase enzymes that cut up DNA need Mg++ for activity, so EDTA keeps them inactive). In such a buffer, the DNA (say a plasmid from E. coli) is stable for years in a common refrigerator, or even at room temperature in the dark.

As you know DNA can even be isolated in quite large lengths from biological remains that are thousands of years old. This particular double helical structure with a high density of H-bonds per unit length is a very robust and stable structure for storage of genetic sequence, yet it can be unravelled as required for replication of DNA strands, and the transcription of mRNA.

Research Fellow
Ophthalmology Dept.
rm 540 / Kellogg Eye Center
Universitas Michigan
Ann Arbor, MI 48105


Base Pairs

Only certain types of base pairing are allowed. For example, a certain purine can only pair with a certain pyrimidine. This means Adenine pair with Thymine, and Guanine pairs with Cytosine. This is known as the base complementary rule because the DNA strands are complementary to each other. If the sequence of one strand is AATTGGCC, the complementary strand would have the sequence TTAACCGG.

Antiparallel StrandsIn a double stranded DNA molecule, the two strands run antiparallel to one another so that one strand runs 5′ to 3′ and the other 3′ to 5′. The phosphate backbone is located on the outside, and the bases are in the middle. Adenin membentuk ikatan hidrogen (atau pasangan basa) dengan timin, dan pasangan basa guanin dengan sitosin.


Keluhan DMCA

Jika Anda yakin bahwa konten yang tersedia melalui Situs Web (sebagaimana didefinisikan dalam Ketentuan Layanan kami) melanggar satu atau lebih hak cipta Anda, harap beri tahu kami dengan memberikan pemberitahuan tertulis ("Pemberitahuan Pelanggaran") yang berisi informasi yang dijelaskan di bawah ini kepada pihak yang ditunjuk. agen yang tercantum di bawah ini. Jika Tutor Varsity mengambil tindakan sebagai tanggapan atas Pemberitahuan Pelanggaran, itu akan berusaha dengan itikad baik untuk menghubungi pihak yang menyediakan konten tersebut melalui alamat email terbaru, jika ada, yang diberikan oleh pihak tersebut kepada Tutor Varsity.

Pemberitahuan Pelanggaran Anda dapat diteruskan ke pihak yang menyediakan konten atau ke pihak ketiga seperti ChillingEffects.org.

Harap diperhatikan bahwa Anda akan bertanggung jawab atas kerusakan (termasuk biaya dan biaya pengacara) jika Anda secara material salah mengartikan bahwa suatu produk atau aktivitas melanggar hak cipta Anda. Jadi, jika Anda tidak yakin konten yang terletak di atau ditautkan ke Situs Web melanggar hak cipta Anda, Anda harus mempertimbangkan untuk menghubungi pengacara terlebih dahulu.

Ikuti langkah-langkah berikut untuk mengajukan pemberitahuan:

Anda harus menyertakan hal berikut:

Tanda tangan fisik atau elektronik dari pemilik hak cipta atau orang yang diberi wewenang untuk bertindak atas nama mereka Identifikasi hak cipta yang diklaim telah dilanggar Uraian tentang sifat dan lokasi yang tepat dari konten yang Anda klaim melanggar hak cipta Anda, di cukup detail untuk memungkinkan Tutor Varsity menemukan dan secara positif mengidentifikasi konten tersebut, misalnya, kami memerlukan tautan ke pertanyaan spesifik (bukan hanya nama pertanyaan) yang berisi konten dan deskripsi bagian spesifik mana dari pertanyaan – gambar, tautan, teks, dll – keluhan Anda mengacu pada nama, alamat, nomor telepon, dan alamat email Anda dan Pernyataan oleh Anda: (a) bahwa Anda yakin dengan itikad baik bahwa penggunaan konten yang Anda klaim melanggar hak cipta Anda adalah tidak diizinkan oleh hukum, atau oleh pemilik hak cipta atau agen pemilik tersebut (b) bahwa semua informasi yang terkandung dalam Pemberitahuan Pelanggaran Anda akurat, dan (c) di bawah sumpah palsu, bahwa Anda baik pemilik hak cipta atau orang yang berwenang untuk bertindak atas nama mereka.

Kirimkan keluhan Anda ke agen kami yang ditunjuk di:

Charles Cohn Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105


A scientific breakthrough

The sentence "This structure has novel features which are of considerable biological interest" may be one of science's most famous understatements. It appeared in April 1953 in the scientific paper where James Watson and Francis Crick presented the structure of the DNA-helix, the molecule that carries genetic information from one generation to the other.

Nine years later, in 1962, they shared the Nobel Prize in Physiology or Medicine with Maurice Wilkins, for solving one of the most important of all biological riddles. Half a century later, important new implications of this contribution to science are still coming to light.

What is DNA?

The work of many scientists paved the way for the exploration of DNA. Way back in 1868, almost a century before the Nobel Prize was awarded to Watson, Crick and Wilkins, a young Swiss physician named Friedrich Miescher, isolated something no one had ever seen before from the nuclei of cells. He called the compound "nuclein." This is today called nucleic acid, the "NA" in DNA (deoxyribo-nucleic-acid) and RNA (ribo-nucleic-acid).

Francis Crick and James Watson, 1953.
Photo: Cold Spring Harbor Laboratory Archives
Maurice Wilkins.

Two years earlier, the Czech monk Gregor Mendel, had finished a series of experiments with peas. His observations turned out to be closely connected to the finding of nuclein. Mendel was able to show that certain traits in the peas, such as their shape or color, were inherited in different packages. These packages are what we now call genes.

For a long time the connection between nucleic acid and genes was not known. But in 1944 the American scientist Oswald Avery managed to transfer the ability to cause disease from one strain of bacteria to another. But not only that: the previously harmless bacteria could also pass the trait along to the next generation. What Avery had moved was nucleic acid. This proved that genes were made up of nucleic acid.

Solving the puzzle

In the late 1940's, the members of the scientific community were aware that DNA was most likely the molecule of life, even though many were skeptical since it was so "simple." They also knew that DNA included different amounts of the four bases adenine, thymine, guanine and cytosine (usually abbreviated A, T, G and C), but nobody had the slightest idea of what the molecule might look like.

In order to solve the elusive structure of DNA, a couple of distinct pieces of information needed to be put together. One was that the phosphate backbone was on the outside with bases on the inside another that the molecule was a double helix. It was also important to figure out that the two strands run in opposite directions and that the molecule had a specific base pairing.

As in the solving of other complex problems, the work of many people was needed to establish the full picture.

The original DNA model by Watson and Crick.
Photo: Cold Spring Harbor Laboratory Archives

Using X-rays to see through DNA

Watson and Crick used stick-and-ball models to test their ideas on the possible structure of DNA. Other scientists used experimental methods instead. Among them were Rosalind Franklin and Maurice Wilkins, who were using X-ray diffraction to understand the physical structure of the DNA molecule.

When you shine X-rays on any kind of crystal – and some biological molecules, such as DNA, can form crystals if treated in certain ways – the invisible rays bounce off the sample. The rays then create complex patterns on photographic film. By looking at the patterns, it is possible to figure out important clues about the structures that make up the crystal.

"Photograph 51". X-ray diffraction photo of a DNA molecule, structure B.
Photo: Cold Spring Harbor Laboratory Archives

A three-helical structure?

The scientist Linus Pauling was eager to solve the mystery of the shape of DNA. In 1954 he became a Nobel Laureate in Chemistry for his ground-breaking work on chemical bonds and the structure of molecules and crystals. In early 1953 he had published a paper where he proposed a triple-helical structure for DNA. Watson and Crick had also previously worked out a three-helical model, in 1951. But their theory was wrong.

Their mistake was partly based on Watson having misremembered a talk by Rosalind Franklin where she reported that she had established the water content of DNA by using X-ray crystallographic methods. But Watson did not take notes, and remembered the numbers incorrectly.

Instead, it was Franklin's famous "photograph 51" that finally revealed the helical structure of DNA to Watson and Crick in 1953. This picture of DNA that had been crystallized under moist conditions shows a fuzzy X in the middle of the molecule, a pattern indicating a helical structure.

Model of the alpha helix, 1951. Photo: Oregon State University's Special Collections

Specific base-pairing

The base-pairing mystery had been partly solved by the biochemist Erwin Chargoff some years earlier. In 1949 he showed that even though different organisms have different amounts of DNA, the amount of adenine always equals the amount of thymine. The same goes for the pair guanine and cytosine. For example, human DNA contains about 30 percent each of adenine and thymine, and 20 percent each of guanine and cytosine.

With this information at hand Watson was able to figure out the pairing rules. On the 21st of February 1953 he had the key insight, when he saw that the adenine-thymine bond was exactly as long as the cytosine-guanine bond. If the bases were paired in this way, each rung of the twisted ladder in the helix would be of equal length, and the sugar-phosphate backbone would be smooth.

Structure shows action

"It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material" wrote Watson and Crick in the scientific paper that was published in Nature, April 25, 1953.

This was indeed a breakthrough in the study of how genetic material passes from generation to generation. Once the model was established, its mere structure hinted that DNA was indeed the carrier of the genetic code and thus the key molecule of heredity, developmental biology and evolution.

The specific base pairing underlies the perfect copying of the molecule, which is essential for heredity. During cell division, the DNA molecule is able to "unzip" into two pieces. One new molecule is formed from each half-ladder, and due to the specific pairing this gives rise to two identical daughter copies from each parent molecule.

We all share the same building blocks

DNA is a winning formula for packaging genetic material. Therefore almost all organisms – bacteria, plants, yeast and animals – carry genetic information encapsulated as DNA. One exception is some viruses that use RNA instead.

Different species need different amounts of DNA. Therefore the copying of the DNA that precedes cell division differs between organisms. For example, the DNA in E. coli bacteria is made up of 4 million base pairs and the whole genome is thus one millimeter long. The single-cell bacterium can copy its genome and divide into two cells once every 20 minutes.

The DNA of humans, on the other hand, is composed of approximately 3 billion base pairs, making up a total of almost a meter-long stretch of DNA in every cell in our bodies.

In order to fit, the DNA must be packaged in a very compact form. In E. coli the single circular DNA molecule is curled up in a condensed fashion, whereas the human DNA is packaged in 23 distinct chromosome pairs. Here the genetic material is tightly rolled up on structures called histones.

A new biological era

This knowledge of how genetic material is stored and copied has given rise to a new way of looking at and manipulating biological processes, called molecular biology. With the help of so-called restriction enzymes, molecules that cut the DNA at particular stretches, pieces of DNA can be cut out or inserted at different places.

In basic science, where you want to understand the role of all the different genes in humans and animals, new techniques have been developed. For one thing, it is now possible to make mice that are genetically modified and lack particular genes. By studying these animals scientists try to figure out what that gene may be used for in normal mice. This is called the knockout technique, since stretches of DNA have been taken away, or knocked out.

Scientists have also been able to insert new bits of DNA into cells that lack particular pieces of genes or whole genes. With this new DNA, the cell becomes capable of producing gene products it could not make before. The hope is that, in the future, diseases that arise due to the lack of a particular protein could be treated by this kind of gene therapy.

Was Rosalind Franklin nominated?

Rosalind Franklin.
Photo: Cold Spring Harbor Laboratory Archives

Many voices have argued that the Nobel Prize should also have been awarded to Rosalind Franklin, since her experimental data provided a very important piece of evidence leading to the solving of the DNA structure. In a recent interview in the magazine Scientific American, Watson himself suggested that it might have been a good idea to give Wilkins and Franklin the Nobel Prize in Chemistry, and him and Crick the Nobel Prize in Physiology or Medicine – in that way all four would have been honored.

Rosalind Franklin died in 1958. As a rule only living persons can be nominated for the Nobel Prize, so the 1962 Nobel Prize was out of the question. The Nobel archives, at the Nobel Prize-awarding institutions, that among other things contain the nominations connected to the prizes, are held closed. But 50 years after a particular prize had been awarded, the archives concerning the nominees are released. Therefore, in 2008 it was possible to see whether Rosalind Franklin ever was a nominee for the Nobel Prize concerning the DNA helix. The answer is that no one ever nominated her - neither for the Nobel Prize in Physiology or Medicine nor in Chemistry.

The DNA-helix

The sugar-phosphate backbone is on the outside and the four different bases are on the inside of the DNA molecule.

The two strands of the double helix are anti-parallel, which means that they run in opposite directions.

The sugar-phosphate backbone is on the outside of the helix, and the bases are on the inside. The backbone can be thought of as the sides of a ladder, whereas the bases in the middle form the rungs of the ladder.

Each rung is composed of two base pairs. Either an adenine-thymine pair that form a two-hydrogen bond together, or a cytosine-guanine pair that form a three-hydrogen bond. The base pairing is thus restricted.

This restriction is essential when the DNA is being copied: the DNA-helix is first "unzipped" in two long stretches of sugar-phosphate backbone with a line of free bases sticking up from it, like the teeth of a comb. Each half will then be the template for a new, complementary strand. Biological machines inside the cell put the corresponding free bases onto the split molecule and also "proof-read" the result to find and correct any mistakes. After the doubling, this gives rise to two exact copies of the original DNA molecule.

The coding regions in the DNA strand, the genes, make up only a fraction of the total amount of DNA. The stretches that flank the coding regions are called introns, and consist of non-coding DNA. Introns were looked upon as junk in the early days. Today, biologists and geneticists believe that this non-coding DNA may be essential in order to expose the coding regions and to regulate how the genes are expressed.


Respons Gratis

Describe the organization of the eukaryotic chromosome.

The DNA is wound around proteins called histones. The histones then stack together in a compact form that creates a fiber that is 30-nm thick. The fiber is further coiled for greater compactness. During metaphase of mitosis, the chromosome is at its most compact to facilitate chromosome movement. During interphase, there are denser areas of chromatin, called heterochromatin, that contain DNA that is not expressed, and less dense euchromatin that contains DNA that is expressed.

Menjelaskan struktur dan pasangan basa komplementer DNA.

A single strand of DNA is a polymer of nucleic acids joined covalently between the phosphate group of one and the deoxyribose sugar of the next to for a “backbone” from which the nitrogenous bases stick out. In its natural state, DNA has two strands wound around each other in a double helix. The bases on each strand are bonded to each other with hydrogen bonds. Only specific bases bond with each other adenine bonds with thymine, and cytosine bonds with guanine.


Tonton videonya: Մարդու էներգետիկ կառուցվածքը: Բուն գիտելիքներ: Մարդու կառուցվածքը անտեսանելի աշխարհում: (Februari 2023).