Wie beeinflusst die Struktur der DNA ihre Funktion?

Desoxyribonukleinsäure oder DNA ist die Bezeichnung für die Makromoleküle, in denen die genetische Information aller Lebewesen enthalten ist. Jedes DNA-Molekül besteht aus zwei Polymeren, die in einer Doppelhelix geformt sind und durch eine Kombination von vier spezialisierten Molekülen, die Nukleotide genannt werden, verbunden sind, die einzigartig geordnet sind, um Kombinationen von Genen zu bilden. Diese einzigartige Ordnung wirkt wie ein Code, der die genetische Information für jede Zelle definiert. Dieser Aspekt der DNA-Struktur definiert daher ihre primäre Funktion – die der genetischen Definition –, aber fast jeder andere Aspekt der DNA-Struktur beeinflusst ihre Funktionen.

Die vier Nukleotide, die die genetische Kodierung der DNA ausmachen, sind Adenin (abgekürzt A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Die Nukleotide A, C, G und T auf einer Seite des DNA-Strangs verbinden sich mit ihrem entsprechenden Nukleotidpartner auf der anderen Seite. A's verbinden sich mit T's und C's verbinden sich mit G's durch relativ starke intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen, die die Basenpaare bilden, die den genetischen Code definieren. Da Sie nur eine Seite der DNA benötigen, um die Kodierung aufrechtzuerhalten, ermöglicht dieser Paarungsmechanismus die Neubildung von DNA-Molekülen im Schadensfall oder im Replikationsprozess.

Die meisten DNA-Makromoleküle haben die Form zweier paralleler Stränge, die sich umeinander verdrehen, die als "Doppelhelix" bezeichnet wird. Das "Rückgrate" der Stränge sind Ketten aus abwechselnden Zucker- und Phosphatmolekülen, aber die Geometrie dieses Rückgrats variiert.

In der Natur wurden drei Variationen dieser Form gefunden, von denen die B-DNA die typischste beim Menschen ist Wesen.,Es ist eine rechtshändige Spirale, ebenso wie A-DNA, die in dehydrierter DNA und replizierenden DNA-Proben gefunden wird. Der Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass der A-Typ eine engere Rotation und eine größere Dichte an Basenpaaren aufweist – wie eine zerknitterte B-Typ-Struktur.

Die andere Form von DNA, die natürlicherweise in Lebewesen vorkommt, ist Z-DNA. Diese DNA-Struktur unterscheidet sich am meisten von A- oder B-DNA darin, dass sie eine Linkskurve aufweist. Da es sich nur um eine temporäre Struktur handelt, die an einem Ende der B-DNA befestigt ist, ist es schwierig zu analysieren, aber die meisten Wissenschaftler glauben, dass es sich um eine Art handelt Gegentorsionsausgleichsmittel für B-DNA, da es am anderen Ende (in eine A-Form) während der Codetranskription und -replikation zerkleinert wird Prozess.

Noch mehr als die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nukleotiden wird die DNA-Stabilität jedoch durch "Base-Stacking"-Wechselwirkungen zwischen benachbarten Nukleotiden bereitgestellt. Da alle Nukleotide mit Ausnahme der verbindenden Enden hydrophob sind (was bedeutet, dass sie Wasser vermeiden), richten sich die Basen senkrecht zur Ebene des DNA-Rückgrats aus. Minimierung der elektrostatischen Effekte der Moleküle, die an der Außenseite des Strangs (der "Solvathülle") anhaften oder mit ihr interagieren, und so für Stabilität sorgen.

Die unterschiedlichen Ausbildungen an den Enden der Nukleinsäuremoleküle veranlassten Wissenschaftler, den Molekülen eine „Richtung“ zuzuordnen. Nukleinsäuremoleküle enden alle in einer gebundenen Phosphatgruppe zum fünften Kohlenstoff eines Desoxyribose-Zuckers an einem Ende, das als "Fünf-Primär-Ende" (5'-Ende) bezeichnet wird, und mit einer Hydroxylgruppe (OH) am anderen Ende, genannt "Drei-Primär-Ende" (3' Ende). Da Nukleinsäuren nur vom 5'-Ende transkribiert und synthetisiert werden können, wird angenommen, dass sie eine Richtung vom 5'-Ende zum 3'-Ende haben.

Oftmals befindet sich am 5'-Ende eine Kombination aus Thymin- und Adenin-Basenpaaren in einer Reihe, die als "TATA-Box" bezeichnet wird. Diese werden nicht als Teil des genetischen Codes eingeschrieben, sondern sind dazu da, die Aufspaltung (oder das "Schmelzen") der DNA zu erleichtern Strand. Die Wasserstoffbrücken zwischen den Nukleotiden A und T sind schwächer als die zwischen den Nukleotiden C und G. Somit ermöglicht eine Konzentration der schwächeren Paare am Anfang des Moleküls eine einfachere Transkription.