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4.1: DNA-Struktur - Biologie

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Hinweis: Dieses Kapitel über DNA wird von Design Short präsentiert. Weitere Details zur Nukleinsäurestruktur und ihrer Rolle als Träger genetischer Informationen können den Kursen und Lehrbüchern zur Molekularbiologie entnommen werden. Dieser Leitfaden soll einen kursorischen Überblick über dieses komplizierte Gebiet geben.

A1. Die Struktur der DNA

DNA kann als Einzel-, Doppelstrang- oder Mischform vorliegen. Es ist tatsächlich eine falsche Bezeichnung, dsDNA als Molekül zu bezeichnen, da sie in Wirklichkeit aus zwei verschiedenen, komplementären Strängen bestand, die von IMFs zusammengehalten wurden. Die meisten Leute sprechen jedoch von einem dsDNA-Molekül, und ich auch. In Analogie zur Proteinstruktur hat dsDNA eine lineare Sequenz (Primärstruktur), Sekundärstruktur (rechtshändige Doppelhelix) und Tertiär-/Quartärstruktur (sie ist gefaltet) und in die Zelle gepackt).

Struktur von DNA und RNA

Jsmol: DNA-Struktur 1

Alternative DNA-Strukturen

Die obigen Links zeigen die klassische dsDNA-Helix, bei der die DNA in der B-Form vorliegt. Andere Formen von DNA existieren, einschließlich A-DNA und Z-DNA. Einzelsträngige DNA-Abschnitte können durch intramolekulare Basenpaarung Stamm-Schleifen-Haarnadelstrukturen und Quadruplex-Strukturen (an den Enden der Chromosomen (Telomere)) bilden.

Jsmol: B-, A- und Z-DNA |

Aufbau eines Chromosoms

Die meisten Menschen haben Bilder von Chromosomen gesehen, die durch Mikroskope betrachtet wurden. Schauen Sie sich dieses erstaunliche Bild eines Chromosoms an, das vom Scientific American, September 1995, aufgenommen wurde.

Chromosomen bestehen aus einem dsDNA-Molekül. Jede somatische Zelle Ihres Körpers hat 23 Chromosomenpaare, ein Mitglied jedes Paares stammt von Ihrer Mutter und das andere von Ihrem Vater. (In Keimzellen – Eier und Spermien – gibt es 23 einzelne Chromosomen, keine Chromosomenpaare.) Ein Paar sind die Geschlechtschromosomen, die in zwei Formen vorliegen können, X und Y. Ein Paar X ergibt ein Weibchen und ein XY Ergebnis bei einem Männchen.

Abbildung: Menschliche Chromosomen (mit einer zusätzlichen Kopie von Chromosom 21, die das Down-Syndrom verursacht)

Das menschliche Genom hat etwa 3-4 Milliarden DNA-Basenpaare. (Ich bin mir nicht sicher, ob diese Schätzung für alle 23 Paare gilt, oder da jedes Mitglied eines Paares fast identisch ist, ist es eine Schätzung der DNA in einem Mitglied jedes der nur 23 verschiedenen Chromosomenpaare. Ich gehe davon aus, dass dies der Fall ist für ein Mitglied jedes Paares.) Daher hat jedes einzelne Chromosom eines Paares im Durchschnitt etwa 150 Millionen Basenpaare, die aus einem DNA-Molekül und vielen daran gebundenen Proteinen bestehen. dsDNA ist ein hochgeladenes Molekül und kann in erster Näherung als langer Polyelektrolyt mit großem Negativ betrachtet werden. aufladen. Dieses sehr große Molekül muss irgendwie in einen kleinen Kern gepackt werden. Dieses Verpackungsproblem wird gelöst, indem DNA gewickelt und mit Proteinen verpackt wird, die normalerweise eine positive Nettoladung aufweisen. Die Chromosomen sind normalerweise im Kern verteilt und mit einem normalen Mikroskop nicht sichtbar. Wenn die Zelle zur Teilung bereit ist, repliziert sich die DNA in den Chromosomen, und die Chromosomen verdichten sich so, dass sie mit einem gewöhnlichen Mikroskop nicht sichtbar sind. An diesem Punkt können die Chromosomen mit einer Vielzahl von Färbemitteln (daher der Name Chromosomen) gefärbt werden, von denen einige unterschiedlich an verschiedene Chromosomen binden. Die verschiedenen Chromosomen lassen sich daher anhand ihrer Größe, Form und farbstoffbindenden Eigenschaften unterscheiden, die später als Spektralkaryotyp-Analyse der Chromosomen bezeichnet wird.

Das Standardbild eines Chromosoms, mit dem Sie vertraut sind, einschließlich des oben und unten gezeigten, ist tatsächlich ein Chromosom eines Paares, das sich gerade repliziert hat!. Eines der Chromosomen bleibt in der Mutterzelle, das andere in der Tochterzelle. Diese beiden Chromosomen, die ausgerichtet sind und in ihren Zentren verbunden erscheinen, werden Schwesterchromatiden genannt. Diese großen DNA/Protein-Komplexe müssen im Zellkern weiter verpackt werden, wie in der "Carl Saganesque" reduzierenden Ansicht des Chromosoms gezeigt, ein doppelsträngiges DNA-Molekül windet sich um einen Kern von Proteinen.

Abbildung: DNA-Verpackung im Zellkern

Der Kern wird Nukleosom genannt und kann unter einem Elektronenmikroskop betrachtet werden, wenn das Chromosom dispergiert ist. Das Nukleosom besteht aus 8 positiv geladenen Proteinen, die Histone genannt werden. Im Kern befinden sich jeweils 2 Kopien von His 2A, 2B, 3 und 4. Die dsDNA windet sich etwa 2,5-mal um den Kern des Nukleosoms. Die dsDNA verbindet sich dann um ein anderes Nukleosom, in dem jedes Nukleosom durch einen kleinen Abschnitt miteinander verbundener Spacer-DNA verbunden ist, an die ein weiteres Histon, H1, gebunden ist. Unter einem Elektronenmikroskop sieht die DNA aus wie eine Perle an einer Schnur. Die Perlen sind Nukleosomen, und der String ist die dsDNA.

Abbildung: Nukleosom (Draufsicht und Seitenansicht)


Schau das Video: Notes IB Biology (Januar 2023).