18新利最新登入DNA是如何工作的

dna
脱氧核糖核酸,俗称DNA,是一个复杂的分子,其中包含所有必要的信息来构建和维持有机体。18luck手机登录所有生物细胞内DNA。Stanislaw Pytel /盖蒂图片社

像环在托尔金的“指环王”,脱氧核糖核酸(DNA)掌握分子的每一个吗细胞。它包含重要信息被传递给每一代。18luck手机登录它的坐标以及其他分子(蛋白质)。如果发生了微妙的变化,可能会导致严重的后果。如果它是摧毁了无法修复,细胞死亡。

细胞在多细胞生物的DNA的变化产生一个物种的变化特征。在很长一段时间,自然选择作用于这些变化发展或改变的物种。

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DNA证据的存在与否犯罪现场可能意味着有罪判决,被告无罪的区别。DNA是非常重要的,美国政府花了大量的钱DNA序列在人类基因组中,希望理解和许多遗传疾病的治疗方法。最后,从一个细胞的DNA,我们可以克隆动物,植物或甚至一个人。

DNA是什么吗?它发现在哪里?是什么让它如此特别?18新利最新登入它是如何工作的呢?在本文中,我们将深入DNA并解释它如何使本身的结构以及它如何确定你所有的特征。18新利最新登入首先,让我们看看DNA被发现。18新利最新登入

DNA是一类分子之一核酸。核酸最初发现于1868年弗雷德里希米歇尔瑞士生物学家孤立的脓细胞的DNA绷带。尽管Miescher怀疑核酸可能包含遗传信息,他无法证实它。18luck手机登录

1943年,奥斯瓦尔德艾弗里洛克菲勒大学和他的同事们表明,DNA来自细菌,18新利最新登入链球菌引起的肺炎,就可以让非传染性的细菌传染。这些结果表明,细胞中的DNA信息(其中包括分子。18luck手机登录DNA的18luck手机登录信息作用进一步支持在1952年阿尔弗雷德·赫尔希和玛莎追逐新的证明病毒,一个噬菌体病毒注射DNA,而不是蛋白质,进入宿主细胞。

因此,科学家们推断关于DNA的信息作用很长一段时间,但没有人知道这些信息是如何18luck手机登录编码和传输。18新利最新登入许多科学家猜测的结构分子是重要的这一过程。1953年,詹姆斯·d·沃森和弗朗西斯·克里克发现DNA结构的剑桥大学。

基本上,沃森和克里克使用分子建模技术和其他调查人员的数据(包括莫里斯·威尔金斯,罗莎琳德富兰克林,欧文Chargaff和莱纳斯·鲍林)解决DNA的结构。沃森、克里克和威尔金斯收到了1962年诺贝尔医学奖发现(Franklin是威尔金斯的合作者和提供了一个关键的数据揭示了结构沃森和克里克,死在奖被授予)。

DNA结构

DNA
核苷酸是核酸的基本构建块(RNA和DNA)。18新利最新登入HowStuffWorks

DNA是其中一个核酸信息18luck手机登录(其中包括分子在细胞(核糖核酸或RNA,其他核酸)。DNA存在于每个人体细胞的细胞核。DNA中18luck手机登录的信息:

  • 引导细胞(以及RNA)制造新蛋白质决定我们所有的生物特征
  • 从一代一代传递(复制)

所有的这些功能的关键是发现的DNA分子结构,如所描述的沃森和克里克。

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虽然它看起来复杂,DNA在细胞只是一个模式由四个不同的部分组成核苷酸。想象一个组块,只有四个形状,或一个只有四个字母的字母表。DNA是一长串这些块或字母。每个核苷酸由一个糖(脱氧核糖)绑定一侧磷酸集团和绑定在另一边含氮碱基

有两类氮基地嘌呤(双环结构)嘧啶(单码道结构)。四个基地DNA的字母是:

  • 腺嘌呤(A):一个嘌呤
  • 胞嘧啶(C):一个嘧啶
  • 鸟嘌呤(G):一个嘌呤
  • 胸腺嘧啶(T):一个嘧啶

沃森和克里克发现DNA有双方或链,这些链像扭曲的梯子——扭在一起双螺旋结构。梯子的两侧组成的糖磷酸部分相邻核苷酸结合在一起。

一个核苷酸的磷酸共价结合(债券的一个或多个由两个原子对电子共享)的糖核苷酸。磷酸盐导致DNA链之间的氢键。含氮碱基点向内梯子,就一直和基地另一方面,像阶梯。每个碱基对是由两个互补的核苷酸(嘌呤与嘧啶)通过氢键结合在一起。在DNA碱基对腺嘌呤与胸腺嘧啶胞嘧啶与鸟嘌呤

安装在一个细胞

大肠杆菌菌
一个典型的大肠杆菌细菌是3微米长,但它的DNA是超过300倍的时间。DNA是紧紧地盘绕,扭曲的放不下。18新利最新登入HowStuffWorks

DNA分子。例如,一个典型的细菌,如大肠杆菌,有一个DNA分子大约有3000个基因。如果画出来,这个DNA分子是长约1毫米。18新利最新登入然而,一个典型的大肠杆菌只有3微米长(3毫米)的1/1000。所以适合细胞内DNA是高度盘绕和扭曲成一个圆形的染色体。

复杂的生物,喜欢植物和动物,有50000 100000个基因在许多不同的染色体(大多数人类46条染色体)。在这些生物体的细胞,DNA在医生扭曲的蛋白质组蛋白。组蛋白也紧紧地盘绕形成染色体,在细胞的细胞核。

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当细胞繁殖时,染色体(DNA)被复制和分发给每个后代或子细胞。性细胞有两份每个染色体被复制和每个子细胞收到两份(有丝分裂)。在减数分裂,前体细胞有两份每个染色体复制和平均分配到四个生殖细胞。生殖细胞(精子和卵子)只有一个复制的染色体。精子和卵子结合在受精时,每个染色体的后代有两个副本。

DNA复制

DNA复制
DNA复制的过程是在细胞基因组的DNA复制。在细胞分裂之前,它必须首先复制(或复制)整个基因组,以便每个产生的子细胞最终有自己的完整的基因组。国家人类基因组研究所

DNA携带的信息的所有细胞的蛋白18luck手机登录质。这些蛋白质实现的所有功能一个活的有机体和确定生物的特征。当细胞繁殖,必须将所有这些信息传递给子细胞。18luck手机登录

细胞繁殖之前,它必须首先复制或复制它的DNA。在DNA复制取决于细胞是否发生原核生物或真核生物。DNA复制发生在原核生物的细胞质和细胞核的真核生物。无论哪里发生DNA复制,基本过程是相同的。

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DNA的结构可以很容易地将其DNA复制。每一方的双螺旋结构运行在相反的(反平行的)方向。这种结构的优点是,它可以解压缩中间,每一方可以作为为另一方(称为模式或模板保留复制)。18新利最新登入然而,DNA并不完全解压缩。它在一个小区域称为解压缩复制叉,然后向下移动的整个长度的分子。

让我们看一下细节:

  1. DNA促旋酶让尼克在双螺旋结构和各自分离。
  2. 解旋酶展开的双链DNA。
  3. 几个小的蛋白质称为单链结合蛋白(单边带)暂时绑定到每一方,把他们分开。
  4. 复杂的酶称为DNA聚合酶“走”的DNA链并添加新的核苷酸链。互补的核苷酸对核苷酸在现有站(与T、G和C)。
  5. DNA聚合酶的亚基校对新的DNA。
  6. DNA连接酶海豹的片段都在持续的链。
  7. 新副本自动风再次

不同类型的细胞复制DNA在不同的利率。一些细胞不断分裂,就像那些在你的头发和指甲和骨髓细胞。其他细胞经过几轮的细胞分裂和停止(包括专门的细胞,就像那些在你大脑、肌肉和)。最后,一些细胞停止分裂,但可以诱导分化修复损伤(如皮肤细胞和肝细胞)。在细胞不不断分裂,提示DNA复制/细胞分裂来的化学物质。这些化学物质可能来自身体的其他部位(激素)或从环境中。

DNA是什么

DNA携带的所有信息为您的物理特征,本质18luck手机登录上是由蛋白质。DNA含有制造蛋白质的指令。在DNA中,每个蛋白质编码的基因(一个特定序列的DNA核苷酸,指定一个单一的蛋白质是如何进行)。18新利最新登入具体来说,基因核苷酸的顺序在一个指定的顺序和类型氨基酸,必须放在一起做一个蛋白质。

蛋白质是由长链的化学物质氨基酸。有各种类型的蛋白与不同的功能:

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  • 进行化学反应(如消化酶)。
  • 结构蛋白建筑材料(如胶原和指甲角蛋白)。
  • 运输的蛋白质携带的物质(如血红蛋白)。
  • 收缩蛋白(肌动蛋白和肌凝蛋白等)导致肌肉压缩。
  • 贮藏蛋白质坚持物质,如蛋白和白蛋白iron-storing脾脏铁蛋白。
  • 激素(包括胰岛素、雌激素、睾酮和皮质醇)发送信号之间的细胞在体内。

链中的特定的氨基酸序列是一个蛋白质与另一个不同。这个序列的DNA编码一个基因编码一个蛋白质。

18新利最新登入蛋白质的DNA编码信息如何?18luck手机登录只有四个DNA碱基,但也有20种氨基酸,可用于蛋白质。所以,三个核苷酸组成一个组密码子指定的20种氨基酸进入蛋白质。收益率3-base密码子64种可能的模式(4 * 4 * 4),这是足以指定20种氨基酸。

因为有64种可能的密码子,只有20种氨基酸,有一些重复的基因代码。此外,基因的密码子的顺序指定蛋白质中氨基酸的顺序。它可能需要100到1000密码子(300到2000核苷酸)指定给定的蛋白质。每个基因也有基码指定开始(起始密码子)和结束(终止密码子)的基因。

构建一种蛋白质:转录

构建蛋白质很像盖房子:

  • 主蓝图是DNA,它包含所有的信息来构建新的蛋白质(房子)。18luck手机登录
  • 大师的工作副本的蓝图信使核糖核酸(mRNA)与DNA复制。
  • 建筑工地的细胞质在原核生物或内质网在真核生物(ER)。
  • 建筑材料是氨基酸。
  • 建筑工人是核糖体和转移核糖核酸分子。

让我们看一下每个阶段的新建筑。

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在真核生物DNA从未离开细胞核,所以其信息必须被复制。18luck手机登录这个复制的过程转录复制是mRNA。转录发生在细胞质中(原核生物)或在细胞核(真核生物)。转录是由一种叫做RNA聚合酶的酶。

信使RNA, RNA聚合酶:

  1. 绑定到特定序列DNA链的基因称为启动子
  2. 展开,两股DNA分离
  3. 使用一个DNA链的指导或模板
  4. 匹配新的核苷酸与互补DNA链(G和C, U -注意,RNA有尿嘧啶(U)而非胸腺嘧啶(T))
  5. 这些新的RNA的核苷酸结合在一起形成一个DNA链的副本(mRNA)
  6. 停止的时候遇到一个终止序列基地(终止密码子)

信使rna很高兴生活在一个单链状态(而不是DNA形成互补的双链螺旋的愿望)。在原核生物中,所有的信使rna的核苷酸部分密码子为新的蛋白质。18新利最新登入然而,在真核生物,有额外的DNA序列,称为内含子mRNA,不编码蛋白质。

这个信使rna然后进一步处理:

  • 内含子得到减少。
  • 编码序列拼接在一起。
  • 一个特殊的核苷酸“帽”添加到一端。
  • 100 - 200组成的长尾腺嘌呤核苷酸被添加到另一端。

没有人知道为什么这处理发生在真核生物。最后,在任何一个时刻,许多基因转录同时根据细胞的需要为特定的蛋白质。

工作副本的蓝图(mRNA)现在必须去建筑工地,工人们将建立新的蛋白质。如果电池是原核生物如一个大肠杆菌细菌,那么网站的细胞质。如果电池是真核生物,如人类细胞,然后mRNA离开细胞核通过核膜的大洞(核孔)和进入内质网(ER)。

接下来,我们将了解翻译——装配过程。

构建一种蛋白质:翻译

信使rna密码子
这是一个基于mRNA密码子表的遗传代码。一些基于DNA密码子表。18新利最新登入HowStuffWorks

继续我们的房子比喻,一旦工作副本的蓝图已达到现场,工人们必须组装材料根据指令;这个过程称为翻译。在蛋白质的情况下,工人们正在核糖体和特殊的RNA分子转移核糖核酸。建筑材料是氨基酸。

首先,让我们看一下核糖体。核糖体RNA的核糖体核糖核酸(rRNA)。在原核生物核糖体rna在细胞质中;在真核生物中,核糖体rna的核仁。核糖体两个部分,结合mRNA的两侧。在很大程度上是两个“房间”(P -和A-sites),适合两个相邻mRNA的密码子,两个tRNA分子和两个氨基酸。起初,p区中的第一个密码子mRNA,网站拥有下一个密码子。

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接下来,让我们看看tRNA分子。每个tRNA有一个结合位点的氨基酸。因为每个tRNA特定为单个氨基酸,它必须能够识别特定的密码子的信使rna编码的氨基酸。因此,每个tRNA都有一个特定three-nucleotide序列称为anti-codon相匹配的合适的mRNA密码子,像一个锁和钥匙。

例如,如果一个密码子在信使rna序列…uracil-uracil-uracil……(下面)编码氨基酸苯丙氨酸,苯丙氨酸的anti-codon tRNA将adenine-adenine-adenine (AAA);记住,在RNA结合U。tRNA分子漂浮在细胞质和绑定自由氨基酸。一旦绑定到氨基酸,转运rna(也称为amino-acyl转运rna)将寻求核糖体。

最后,让我们看看事件的合成新的蛋白质。例如,让我们考虑一个小信使rna分子序列如下:

  • 所有信使rna分子开始8月开始密码子。佐治亚大学,UAA和UAG停止密码子;停止密码子没有相应的tRNA分子。(实际mRNA分子数以百计的密码子)。
  • 相应的tRNA anti-codons将序列UAC
  • 没有tRNA停止密码子对应。
  • 这个小信使rna所指定的氨基酸序列蛋氨酸

我们知道这个氨基酸序列通过使用一个表的遗传代码。遗传密码表上面mRNA和指定基地在第一,第二和第三的位置与相应的氨基酸密码子。

让我们读mRNA指定的氨基酸密码子,8月,使用页面的顶部的表。首先,把你的左手手指在第一位置密码子(A),在表的第一列。移动你的左手手指在排在第二位密码子(U)在第一行。现在,把你的手指在第三位密码子(G)的同一行最后一列(G),移动你的手指在一行,直到满足你的左手手指和氨基酸。您应该看到蛋氨酸

蛋白质合成过程

现在让我们看看事件的顺序从样本信使rna蛋白质的合成:

  1. 8月的核糖体结合mRNA密码子p区和下面一个网站的密码子。
  2. 一个氨基acyl-tRNA (anti-codon = UAC)与附加蛋氨酸进入核糖体的p区。
  3. 一个氨基酸acyl-tRNA (anti-codon = AAA)附带一个苯丙氨酸进入核糖体的一个网站。
  4. 甲硫氨酸和苯丙氨酸(之间的化学键形式的蛋白质,这是称为共价键肽键)。
  5. methionine-specific tRNA离开了p区,去收集一个蛋氨酸。
  6. 核糖体的转变,p区现在包含附加的下面部分密码子phenyl-alanine tRNA第二密码子(ACA)现在占据了一个网站。
  7. 一个氨基acyl-tRNA (anti-codon)附带一个苏氨酸进入核糖体的一个网站。
  8. 肽键形成苯丙氨酸和苏氨酸。
  9. phenylalanine-specific tRNA离开了p区,去寻找另一个苯丙氨酸。
  10. 核糖体转变一个密码子,现在停止序列在一个网站。在遇到停止序列,核糖体从信使rna分离,分裂成两个部分。threonine-specific tRNA发布了苏氨酸和树叶和新的蛋白质漂浮。

几个核糖体可以连接到一个信使rna分子一个接一个,开始制造蛋白质。所以,一些蛋白质可以从一个信使rna。事实上,在大肠杆菌细菌,翻译的mRNA转录开始之前完成。

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DNA变异,变异和测序

DNA异常
可以继承自父染色体异常(如易位)或“新创”个人(新)。这就是为什么,当一个孩子发现异常,染色体研究常常表现在父母。国家人类基因组研究所

在人类基因组中,有50000到100000个基因。随着DNA聚合酶复制DNA序列,一些错误发生。例如,一个DNA碱基的基因可能会代替另一个。这被称为突变(具体点突变)或基因的变异。因为遗传密码有内置冗余,这个错误可能不会有太大影响的蛋白质基因

在某些情况下,错误可能在第三基地的密码子,还指定相同的氨基酸在蛋白质。在其他情况下,它可能是其他地方的密码子和指定一个不同的氨基酸。如果改变了氨基酸在蛋白质的一个至关重要的部分,然后可能没有不利影响。18新利最新登入然而,如果改变了氨基酸在蛋白质中的一个重要部分,那么蛋白质可能是有缺陷的,而不是工作或;这种类型的改变可以导致疾病。

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其他类型的DNA的突变可以发生在当小断裂的DNA片段染色体。这些片段可以放置在另一个地方在染色体和中断正常的信息流动。18luck手机登录这些类型的突变(删除、插入、反演)通常有严重的后果。

在人类基因组中有很多额外的DNA不编码蛋白质。过去,科学家们认为,非编码DNA没有真正的目的。18新利最新登入然而,他们有最近发现的至少有一部分是积分的功能细胞,如确定何时何地一些基因开启或关闭或协助蛋白质组装。这些不一定是良性的职责。例如,一个小变化非编码DNA改变关键蛋白质可以扰乱正常的模式发展,导致健康问题。新利国际网站品牌官网

人类基因组计划(HGP)在1990年代发起,目的是确定整个人类基因组的序列,并回答一些基本的问题:基因是什么礼物?它们坐落在哪里?是什么基因和其间的DNA的序列(非编码DNA) ?的计是一个压倒性的成功,交付第一个草稿2000年人类基因组序列,最终高质量版本在2003年。这些年来,它已经为医学进步铺平了道路,从识别更有针对性的癌症治疗诊断罕见的遗传性疾病

这个任务是不朽的,沿着的顺序阿波罗太空计划第一个在月球上。计的科学家和承包商开发新技术自动化和更便宜的DNA序列。

基本上,DNA序列,你把所有的酶和核苷酸(A、G、C、T) DNA复制到试管中所必需的。一小部分附加核苷酸有荧光染料(一种颜色为每个类型)。你然后把DNA序列到试管,让它孵化。

在孵化过程中,样本的DNA复制一遍又一遍。对于任何给定的复制,复制过程停止时荧光核苷酸被放在它。孵化过程结束的时候,你有很多不同大小的原始DNA片段和结束的荧光核苷酸。

DNA技术将继续发展,我们试图理解人类基因组的元素是如何工作并与之交互的环境。18新利最新登入

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  • “发现——双螺旋DNA的分子结构。”NobelPrize.org.
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  • http://nobelprize.org/educational_games/医学/ dna_double_helix / readmore.html
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  • “人类基因组计划背后的科学。”人类基因组计划Information. Aug.29, 2006. http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/ project/info.shtml
  • “照片51的秘密。”PBS新星。http://www.pbs.org/wgbh/nova/photo51/
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