Πώς επηρεάζει η δομή του DNA τη λειτουργία του;

Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, ή το DNA, είναι το όνομα των μακρομορίων στα οποία περιέχονται οι γενετικές πληροφορίες όλων των ζωντανών πλασμάτων. Κάθε μόριο DNA αποτελείται από δύο πολυμερή διαμορφωμένα σε μια διπλή έλικα και συνδέονται με ένα συνδυασμό τεσσάρων εξειδικευμένων μορίων που ονομάζονται νουκλεοτίδια, ταξινομημένα μοναδικά για σχηματισμό συνδυασμών γονιδίων. Αυτή η μοναδική σειρά ενεργεί σαν ένας κώδικας που καθορίζει τις γενετικές πληροφορίες για κάθε κελί. Αυτή η πτυχή της δομής του DNA ορίζει επομένως την πρωταρχική του λειτουργία - αυτή του γενετικού ορισμού - αλλά σχεδόν κάθε άλλη πτυχή της δομής του DNA επηρεάζει τις λειτουργίες της.

Τα τέσσερα νουκλεοτίδια που αποτελούν τη γενετική κωδικοποίηση του DNA είναι η αδενίνη (συντομογραφία Α), η κυτοσίνη (C), η γουανίνη (G) και η θυμίνη (Τ). Τα νουκλεοτίδια Α, C, G και T στη μία πλευρά του κλώνου DNA συνδέονται με τον αντίστοιχο εταίρο νουκλεοτιδίων τους στην άλλη πλευρά. Το Α συνδέεται με τα Τ και το C συνδέεται με τα G με σχετικά ισχυρούς διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου σχηματίζοντας τα ζεύγη βάσεων που ορίζουν τον γενετικό κώδικα. Επειδή χρειάζεστε μόνο τη μία πλευρά του DNA για να διατηρήσετε την κωδικοποίηση, αυτός ο μηχανισμός ζεύξης επιτρέπει την αναμόρφωση των μορίων DNA σε περίπτωση βλάβης ή στη διαδικασία αναπαραγωγής.

Τα περισσότερα μακρομόρια DNA έχουν τη μορφή δύο παράλληλων κλώνων που περιστρέφονται το ένα γύρω στο άλλο, που ονομάζεται "διπλή έλικα". ο Οι "σπονδυλικές στήλες" των κλώνων είναι αλυσίδες εναλλασσόμενων μορίων σακχάρου και φωσφορικών, αλλά η γεωμετρία αυτού του σκελετού διαφέρει.

Στη φύση έχουν βρεθεί τρεις παραλλαγές αυτού του σχήματος, εκ των οποίων το Β-DNA είναι το πιο χαρακτηριστικό στον άνθρωπο όντα., Είναι μια δεξιά σπείρα, όπως και το A-DNA, που βρίσκεται σε αφυδατωμένο DNA και αναπαράγει δείγματα DNA. Η διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι ο τύπος Α έχει μια αυστηρότερη περιστροφή και μεγαλύτερη πυκνότητα ζευγών βάσεων - όπως μια δομημένη δομή τύπου Β.

Η άλλη μορφή DNA που βρίσκεται φυσικά στα ζωντανά πλάσματα είναι το Z-DNA. Αυτή η δομή DNA διαφέρει περισσότερο από το Α ή το Β-DNA στο ότι έχει μια αριστερή καμπύλη. Επειδή είναι μόνο μια προσωρινή δομή που συνδέεται με το ένα άκρο του B-DNA, είναι δύσκολο να αναλυθεί, αλλά οι περισσότεροι επιστήμονες πιστεύουν ότι λειτουργεί ως ένα είδος αντισταθμιστικός παράγοντας εξισορρόπησης για το Β-DNA καθώς περικόπτεται στο άλλο άκρο (σε σχήμα Α) κατά τη μεταγραφή και αναπαραγωγή του κώδικα επεξεργάζομαι, διαδικασία.

Ακόμη περισσότερο από τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των νουκλεοτιδίων, η σταθερότητα του DNA παρέχεται από αλληλεπιδράσεις «στοίβαξης βάσης» μεταξύ γειτονικών νουκλεοτιδίων. Επειδή όλα εκτός από τα συνδετικά άκρα των νουκλεοτιδίων είναι υδρόφοβα (δηλαδή αποφεύγουν το νερό), οι βάσεις ευθυγραμμίζονται κάθετα προς το επίπεδο της ραχοκοκαλιάς του DNA, ελαχιστοποιώντας τις ηλεκτροστατικές επιδράσεις των μορίων που συνδέονται ή αλληλεπιδρούν με το εξωτερικό του κλώνου (το «κέλυφος διαλυτοποίησης») και παρέχοντας έτσι σταθερότητα.

Οι διαφορετικοί σχηματισμοί στα άκρα των μορίων νουκλεϊκού οξέος οδήγησαν τους επιστήμονες να αποδώσουν στα μόρια μια «κατεύθυνση». Όλα τα μόρια νουκλεϊνικού οξέος καταλήγουν σε μια φωσφορική ομάδα συνδεδεμένη στον πέμπτο άνθρακα μιας σακχάρου δεοξυριβόζης στο ένα άκρο, που ονομάζεται "πέντε πρωταρχικά άκρα" (5 'άκρο), και με μια ομάδα υδροξυλίου (ΟΗ) στο άλλο άκρο, που ονομάζεται "τρία πρωταρχικά άκρα" τέλος). Επειδή τα νουκλεϊκά οξέα μπορούν να μεταγραφούν μόνο που συντίθενται από το άκρο 5 ', θεωρούνται ότι έχουν κατεύθυνση που πηγαίνει από το άκρο 5' στο άκρο 3 '.

Συχνά φορές, στο 5 'άκρο θα υπάρχει ένας συνδυασμός θυμίνης και ζευγών βάσης αδενίνης όλα στη σειρά, που ονομάζεται "κουτί TATA." Αυτά τα δεν είναι εγγεγραμμένα ως μέρος του γενετικού κώδικα, αλλά είναι εκεί για να διευκολύνουν τη διάσπαση (ή "τήξη") του DNA νήμα. Οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των νουκλεοτιδίων Α και Τ είναι ασθενέστεροι από αυτούς μεταξύ των νουκλεοτιδίων C και G. Έτσι, η συγκέντρωση των ασθενέστερων ζευγών στην αρχή του μορίου επιτρέπει την ευκολότερη μεταγραφή.