ساختار و سازماندهی DNA

ساختار و سازماندهی DNA چگونگی ساخت اسید دئوکسی‌ریبونوکلئیک را به صورت یک مارپیچ دوتایی آنتی‌پارالل از دو رشته مکمل و جفت‌شده با بازها، و چگونگی رمزگذاری اطلاعات وراثتی توسط شیمی این مولکول را توصیف می‌کند. این ساختار، پایه و اساس ساختاری است که تکثیر، رونویسی و بسته‌بندی ژنوم همگی به آن وابسته هستند.

Definition

DNA پلیمری از دئوکسی‌ریبونوکلئوتیدها است که در آن دو رشته آنتی‌پارالل به صورت یک مارپیچ دوتایی در هم می‌پیچند و توسط پیوندهای هیدروژنی بین بازهای مکمل (آدنین-تیمین و گوانین-سیتوزین) در کنار هم نگه داشته می‌شوند، با توالی بازها که اطلاعات ژنتیکی را رمزگذاری می‌کند.

Scope

این مدخل شامل بلوک‌های سازنده DNA (نوکلئوتیدها، ستون فقرات قند-فسفات و چهار باز)، قوانین جفت‌شدن بازهای مکمل، هندسه مارپیچ دوتایی آنتی‌پارالل، و چگونگی ارتباط توالی اولیه با نقش بیولوژیکی مولکول است. این موضوع ساختار را به عنوان یک مبحث زیست‌شناسی مولکولی بررسی می‌کند و راهنمایی بالینی ارائه نمی‌دهد.

Key concepts

• نوکلئوتید (باز، دئوکسی‌ریبوز، فسفات)
• ستون فقرات قند-فسفات
• جفت‌شدن بازهای مکمل (A-T, G-C)
• رشته‌های آنتی‌پارالل و قطبیت 5' به 3'
• شیارهای اصلی و فرعی
• DNA فرم B
• قوانین ترکیب باز شارگاف

Mechanisms

هر رشته DNA زنجیره‌ای از نوکلئوتیدها است که توسط پیوندهای فسفودی‌استر بین کربن 3' یک قند و فسفات 5' بعدی به هم متصل شده‌اند، که به هر رشته قطبیت 5' به 3' مشخصی می‌دهد. دو رشته با قطبیت مخالف از طریق پیوندهای هیدروژنی بین بازهای مکمل جفت می‌شوند و به صورت یک مارپیچ دوتایی راست‌گرد روی هم قرار می‌گیرند، با بازها در داخل و ستون فقرات قند-فسفات در خارج که شیارهای اصلی و فرعی را تشکیل می‌دهند. مدل واتسون و کریک نشان داد که جفت‌شدن خاص آدنین با تیمین و گوانین با سیتوزین باعث مکمل شدن دو رشته می‌شود، به طوری که توالی یک رشته، رشته دیگر را تعیین می‌کند و ساختار به طور ذاتی چگونگی کپی شدن مولکول را پیشنهاد می‌کند. کارهای پراش اشعه ایکس، از جمله تصاویر فرانکلین و گاسلینگ، مبنای تجربی برای ساختار مارپیچی و منظم را فراهم کرد.

Clinical relevance

قوانین ساختاری DNA زیربنای چگونگی خواندن، مقایسه و تجزیه و تحلیل توالی‌های ژنتیکی در پزشکی مولکولی و چگونگی توصیف تغییرات توالی است. این یک زیست‌شناسی مرجع است تا مبنایی برای تصمیمات بالینی فردی.

History

تا اوایل دهه 1950، نظم‌های ترکیب بازها (قوانین شارگاف) و داده‌های پراش اشعه ایکس بر روی الیاف DNA جمع‌آوری شده بود. در سال 1953 واتسون و کریک مدل مارپیچ دوتایی آنتی‌پارالل را پیشنهاد کردند که همراه با مطالعات پراش توسط فرانکلین و گاسلینگ و توسط ویلکینز و همکاران منتشر شد. این مدل شیمی و ژنتیک DNA را یکپارچه کرد و به پایه و اساس ساختاری زیست‌شناسی مولکولی تبدیل شد.

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Maurice Wilkins
• Erwin Chargaff

Seminal works

• watson-crick-1953
• franklin-gosling-1953

Frequently asked questions

چرا دو رشته DNA آنتی‌پارالل توصیف می‌شوند؟

دو رشته در جهت‌های مخالف حرکت می‌کنند: یکی از 5' به 3' و دیگری از 3' به 5' جهت‌گیری دارد. این قطبیت مخالف برای جفت‌شدن بازهای مکمل و نحوه کپی شدن رشته‌ها ضروری است.

چه چیزی دو رشته را در کنار هم نگه می‌دارد؟

پیوندهای هیدروژنی بین بازهای مکمل (آدنین با تیمین جفت می‌شود، گوانین با سیتوزین جفت می‌شود)، که با روی هم قرار گرفتن بازها تقویت می‌شوند، رشته‌ها را در مارپیچ دوتایی نگه می‌دارند در حالی که همچنان امکان جدا شدن آنها برای کپی‌برداری را فراهم می‌کنند.