Înțelegerea structurii Double-Helix a ADN-ului

În biologie, „dublu helix” este un termen folosit pentru a descrie structura ADN-ului. O dublă helix ADN constă din două lanțuri spiralate de acid dezoxiribonucleic. Forma este similară cu cea a unei scări în spirală. ADN-ul este un acid nucleic compus din baze azotate (adenină, citosină, guanină și timină), un zahăr cu cinci carbon (dezoxiriboză) și molecule de fosfat. Bazele nucleotidice ale ADN-ului reprezintă treptele scării scării, iar moleculele dezoxiribozei și fosfatului formează laturile scării.

De ce este răsucit ADN-ul?

ADN-ul este înfășurat în cromozomi și bine împachetat în nucleul celulelor noastre. Aspectul răsucitor al ADN-ului este rezultatul interacțiunilor dintre moleculele care alcătuiesc ADN-ul și apa. Bazele azotate care cuprind treptele scării răsucite sunt ținute împreună de legături de hidrogen. Adenina este legată de timine (A-T) și perechi de guanină cu citozină (G-C). Aceste baze azotate sunt hidrofobe, ceea ce înseamnă că nu au o afinitate pentru apă. Deoarece citoplasma și citosolul celular conțin lichide pe bază de apă, bazele azotate vor să evite contactul cu fluidele celulare. Moleculele de zahăr și fosfat care formează coloana vertebrală a zahăr-fosfat a moleculei sunt hidrofile, ceea ce înseamnă că sunt iubitoare de apă și au o afinitate pentru apă.

ADN-ul este dispus astfel încât fosfatul și coloana vertebrală a zahărului să fie în exterior și în contact cu fluidul, în timp ce bazele azotate sunt în porțiunea interioară a moleculei. Pentru a preveni în continuare bazele azotate să intre în contact cu fluidul celular, molecula se răsucește pentru a reduce spațiul dintre bazele azotate și fosfatul și catena de zahăr. Faptul că cele două șuvițe ADN care formează dubla helix sunt anti-paralele ajută la răsucirea moleculei. Anti-paralel înseamnă că catenele ADN rulează în direcții opuse, asigurându-se că firele se potrivesc strâns. Acest lucru reduce potențialul de filtrare a fluidelor între baze.

Replicarea ADN-ului și sinteza proteinelor

Forma cu dublu helix permite replicarea ADN-ului și sinteza proteinelor. În aceste procese, ADN-ul răsucit se desface și se deschide pentru a permite realizarea unei copii a ADN-ului. În replicarea ADN, dubla helix se desface și fiecare catenă separată este utilizată pentru a sintetiza o nouă catenă. Pe măsură ce noile fire se formează, bazele sunt împerecheate între ele până când două molecule ADN cu dublă helix se formează dintr-o moleculă ADN cu o singură dublă helixă. Replicarea ADN-ului este necesară pentru ca procesele de mitoză și meioză să apară.

În sinteza proteinelor, molecula ADN este transcrisă pentru a produce o versiune ARN a codului ADN cunoscut sub numele de ARN mesager (ARNm). Molecula ARN mesager este apoi tradusă pentru a produce proteine. Pentru a avea loc transcripția ADN, dubla helixă ADN trebuie să se desfășoare și să permită unei enzime numite ARN polimerază să transcrie ADN-ul. ARN este, de asemenea, un acid nucleic, dar conține uracil de bază în loc de timină. În transcriere, perechile de guanină cu citozină și perechile de adenină cu uracil formează transcrierea ARN. După transcriere, ADN-ul se închide și se răsucește înapoi la starea sa inițială.

Descoperirea structurii ADN

Dr. Francis Crick și dr. James Watson la un simpozion de biologie moleculară. Ted Spiegel / Contribuitor / Getty Images

Creditul pentru descoperirea structurii duble elicoidale a ADN-ului a fost acordat lui James Watson și Francis Crick, acordat un premiu Nobel pentru munca lor. Determinarea structurii ADN-ului s-a bazat în parte pe munca multor alți oameni de știință, inclusiv Rosalind Franklin. Franklin și Maurice Wilkins au folosit difracția cu raze X pentru a stabili indicii despre structura ADN-ului. Fotografia de difracție cu raze X a ADN-ului făcut de Franklin, denumită „fotografia 51”, a arătat că cristalele de ADN formează o formă X pe un film cu raze X. Moleculele cu formă elicoidală au acest tip de model X. Folosind dovezi din studiul de difracție cu raze X al lui Franklin, Watson și Crick și-au revizuit modelul ADN cu triplă helix propus anterior la un model cu dublu helix pentru ADN.

Dovada descoperită de biochimistul Erwin Chargoff i-a ajutat pe Watson și Crick să descopere o pereche de bază în ADN. Chargoff a demonstrat că concentrațiile de adenină în ADN sunt egale cu cele ale timinei, iar concentrațiile de citosină sunt egale cu guanina. Cu aceste informații, Watson și Crick au fost capabili să stabilească că legătura adeninei cu timina (A-T) și a citozinei la guanină (C-G) formează treptele formei ADN-ului scării răsucite. Coloana vertebrală zahăr-fosfat formează părțile laterale ale scării.

_Sursă:

• _{"Descoperirea structurii moleculare a ADN-Double Helix." Nobelprize.org, Nobel Media AB, 2014, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.}