Strukturen AV DNA Gir En Mekanisme for Arvelighet

Gener bærer biologisk informasjon som må kopieres nøyaktig for overføring til neste generasjon hver gang en celle deler seg for å danne to datterceller. To sentrale biologiske spørsmål oppstår fra disse kravene: hvordan kan informasjonen for å spesifisere en organisme bæres i kjemisk form, og hvordan kopieres den nøyaktig? Oppdagelsen AV STRUKTUREN TIL DNA-dobbeltspiralen var et landemerke i tyvende århundre biologi fordi det umiddelbart foreslo svar på begge spørsmålene, og dermed løste problemet med arvelighet på molekylært nivå. Vi diskuterer kort svarene på disse spørsmålene i denne delen, og vi skal undersøke dem nærmere i senere kapitler.

DNA koder informasjon gjennom rekkefølgen eller sekvensen av nukleotidene langs hver streng. Hver base-A, C, T Eller G – kan betraktes som en bokstav i en fire-brev alfabetet som staver ut biologiske meldinger i DEN kjemiske strukturen AV DNA. Som Vi så I Kapittel 1, skiller organismer seg fra hverandre fordi deres RESPEKTIVE DNA-molekyler har forskjellige nukleotidsekvenser og følgelig bærer forskjellige biologiske meldinger. Men hvordan brukes nukleotidalfabetet til å lage meldinger, og hva staver de ut?

som diskutert ovenfor var det kjent godt før DNA-strukturen ble bestemt at gener inneholder instruksjonene for å produsere proteiner. DNA-meldingene må derfor på en eller annen måte kode proteiner (Figur 4-6). Dette forholdet gjør umiddelbart problemet lettere å forstå, på grunn av proteinets kjemiske karakter. Som omtalt I Kapittel 3 bestemmes egenskapene til et protein, som er ansvarlig for dets biologiske funksjon, av dets tredimensjonale struktur, og dets struktur bestemmes i sin tur av den lineære sekvensen av aminosyrene som den er sammensatt av. Den lineære sekvensen av nukleotider i et gen må derfor på en eller annen måte stave ut den lineære sekvensen av aminosyrer i et protein. Den nøyaktige korrespondansen mellom dna-nukleotidalfabetet med FIRE bokstaver og proteinalfabetet med tjue bokstaver—den genetiske koden-er ikke åpenbar fra DNA-strukturen, og det tok over et tiår etter oppdagelsen av dobbeltspiralen før den ble utarbeidet. I Kapittel 6 beskriver vi denne koden i detalj i løpet av å utarbeide prosessen, kjent som genuttrykk, gjennom hvilken en celle oversetter nukleotidsekvensen av et gen til aminosyresekvensen av et protein.

Figur 4-6

forholdet mellom genetisk informasjon båret I DNA og proteiner.

det komplette settet av informasjon i en organismes DNA kalles dets genom, og det bærer informasjonen for alle proteinene organismen noen gang vil syntetisere. (Begrepet genom brukes også til å beskrive DNA som bærer denne informasjonen.) Mengden informasjon som finnes i genomer er svimlende: for eksempel inneholder en typisk human celle 2 meter DNA. Skrevet ut i nukleotidsalfabetet med fire bokstaver, opptar nukleotidsekvensen av et svært lite humant gen en fjerdedel av en side med tekst (Figur 4-7), mens den komplette sekvensen av nukleotider i det menneskelige genomet vil fylle mer enn tusen bøker på størrelse med denne. I tillegg til annen kritisk informasjon, bærer den instruksjonene for ca 30.000 forskjellige proteiner.

Figur 4-7

nukleotidsekvensen til det humane β-globin-genet. Dette genet bærer informasjonen for aminosyresekvensen av en av de to typer underenheter av hemoglobinmolekylet, som bærer oksygen i blodet. Et annet gen, den α-globin(mer…)

ved hver celledeling må cellen kopiere sitt genom for å overføre det til begge datterceller. Oppdagelsen AV DNA-strukturen avslørte også prinsippet som gjør denne kopien mulig: FORDI HVER STRENG AV DNA inneholder en sekvens av nukleotider som er nøyaktig komplementær til nukleotidsekvensen av sin partnerstreng, kan hver streng fungere som en mal eller form for syntese av en ny komplementærstreng. Med andre ord, hvis vi betegner DE TO DNA-strengene Som S og S’, kan strand S tjene som en mal for å lage en ny strand S’, mens strand S ‘ kan tjene som en mal For å lage en ny strand S (Figur 4-8). Dermed kan den genetiske informasjonen i DNA nøyaktig kopieres av den vakkert enkle prosessen der strand S skiller seg Fra strand S’, og hver separert streng tjener da som en mal for produksjon av en ny komplementær partnerstreng som er identisk med sin tidligere partner.

Figur 4-8

DNA SOM en mal for egen duplisering. Som nukleotid a vellykket par bare Med T, Og G Med C, kan HVER streng AV DNA spesifisere sekvensen av nukleotider i sin komplementære streng. På denne måten kan dobbeltspiral DNA kopieres nøyaktig. (mer…)

evnen til hver streng AV ET DNA-molekyl til å fungere som en mal for å produsere en komplementær streng gjør det mulig for en celle å kopiere eller replikere sine gener før de overføres til sine etterkommere. I neste kapittel beskriver vi det elegante maskineriet cellen bruker til å utføre denne enorme oppgaven.