Структура ДНК и ген

Идентификация ДНК как носителя наследственности и открытие ее антипараллельной двухцепочечной структуры показали, как одна молекула может одновременно кодировать генетическую информацию и точно копироваться.

Definition

Ген — это сегмент ДНК, который несет информацию для функционального продукта, хранящуюся в виде последовательности нуклеотидных оснований в антипараллельной двойной спирали, удерживаемой вместе комплементарным спариванием оснований.

Scope

Эта тема охватывает экспериментальные доказательства того, что ДНК, а не белок, является генетическим материалом, химические компоненты нуклеотидов, правила эквивалентности оснований Чаргаффа, двойную спираль Уотсона-Крика с комплементарными антипараллельными цепями, большую и малую бороздки, а также современное молекулярное определение гена как сегмента ДНК, кодирующего функциональный продукт. Она устанавливает физический субстрат наследственности; репликация и экспрессия рассматриваются в смежных темах.

Core questions

• Какие эксперименты установили, что ДНК, а не белок, является наследственным материалом?
• Как правила состава оснований и антипараллельная двойная спираль объясняют свойства ДНК?
• Почему комплементарное спаривание оснований делает ДНК пригодной для хранения и копирования информации?
• Как эволюционировало определение гена от менделевского фактора до молекулярной последовательности?

Key concepts

• ДНК как генетический материал (эксперименты по трансформации и с бактериофагами)
• Структура нуклеотидов и правила Чаргаффа
• Антипараллельная двойная спираль и комплементарное спаривание оснований
• Большая и малая бороздки
• Молекулярное определение гена

Mechanisms

Два антипараллельных сахарофосфатных остова обвиваются вокруг общей оси, при этом основания спарены внутри: аденин с тимином двумя водородными связями и гуанин с цитозином тремя; эта комплементарность означает, что каждая цепь полностью определяет другую, что является структурной основой для репликации и транскрипции.

Clinical relevance

Модель двойной спирали является основой всех ДНК-основанных технологий, от секвенирования и ПЦР до генетического тестирования и судебно-медицинской идентификации, а понимание спаривания оснований объясняет, как мутации изменяют последовательность и как зонды и праймеры распознают свои мишени.

History

Эйвери, Мак-Леод и Мак-Карти в 1944 году показали, что трансформирующим началом является ДНК, эксперимент Херши-Чейз подтвердил это в 1952 году, а в 1953 году Уотсон и Крик, опираясь на данные рентгеноструктурного анализа Франклин и правила эквивалентности оснований Чаргаффа, предложили двойную спираль, которая объяснила, как ДНК хранит и копирует информацию.

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Oswald Avery

Seminal works

• watsonCrick1953
• averyMacLeodMcCarty1944

Frequently asked questions

Почему две цепи ДНК описываются как антипараллельные?

Две цепи идут в противоположных химических направлениях: одна ориентирована от 5'-конца к 3'-концу, а другая — от 3'-конца к 5'-концу, что необходимо для правильного спаривания оснований и для того, чтобы репликационный аппарат мог считывать каждую цепь.

Как ученые узнали, что гены переносит ДНК, а не белок?

Эксперименты Эйвери по трансформации и эксперимент Херши-Чейз с бактериофагами показали, что ДНК, а не белок, является молекулой, которая передается и отвечает за наследственные признаки.