Εξηγούμε ποια είναι η δομή του DNA, ποιοι τύποι υπάρχουν και πώς ανακαλύφθηκε. Επίσης, η δομή του RNA.
Πώς είναι η δομή του DNA;
Η μοριακή δομή του DNA (ή απλά η δομή του DNA) είναι ο τρόπος με τον οποίο συντίθεται βιοχημικά, δηλαδή είναι η συγκεκριμένη μορφή οργάνωσης του πρωτεΐνη Υ βιομόρια που αποτελούν το μόριο του DNA.
Αρχικά, ας θυμηθούμε ότι το DNA είναι το ακρωνύμιο του DeoxyriboNucleic Acid. Το DNA είναι ένα νουκλεοτιδικό βιοπολυμερές, δηλαδή μια μακρά μοριακή δομή που αποτελείται από τμήματα (νουκλεοτίδια) που αποτελούνται με τη σειρά τους από ένα σάκχαρο (ριβόζη) και μια βάση αζώτου.
Οι αζωτούχες βάσεις του DNA μπορεί να είναι τεσσάρων τύπων: αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), θυμίνη (Τ) ή γουανίνη (G), μαζί με μια φωσφορική ομάδα. Στην αλληλουχία αυτής της ένωσης, όλες οι γενετικές πληροφορίες του α ζωντανό ον, απαραίτητο για τη σύνθεση πρωτεϊνών και την αναπαραγωγική κληρονομικότητα, δηλαδή, χωρίς DNA δεν θα υπήρχε μετάδοση χαρακτήρων γενετική.
Στα έμβια όντα προκαρυώτες, το DNA είναι συνήθως γραμμικό και κυκλικό. Αλλά στο ευκαρυωτες, η δομή του DNA έχει τη μορφή διπλής έλικας. Και στις δύο περιπτώσεις, είναι ένα δίκλωνο βιομόριο, δηλαδή, που αποτελείται από δύο μακριές αλυσίδες διατεταγμένες με αντιπαράλληλο τρόπο (που δείχνουν προς αντίθετες κατευθύνσεις): οι αζωτούχες βάσεις τους είναι η μία απέναντι από την άλλη.
Ανάμεσα σε αυτές τις δύο αλυσίδες υπάρχουν δεσμοί υδρογόνου που τις συγκρατούν μαζί και με τη μορφή διπλής έλικας. Παραδοσιακά, υπάρχουν τρία επίπεδα αυτής της δομής:
- Πρωτογενής δομή. Αποτελείται από την αλληλουχία των αλυσοδεμένων νουκλεοτιδίων, των οποίων η ειδική και ακριβής αλληλουχία κωδικοποιεί Γενετική πληροφορία του κάθε ατόμου που υπάρχει.
- Δευτερεύουσα δομή. Η προαναφερθείσα διπλή έλικα συμπληρωματικών αλυσίδων, στην οποία οι αζωτούχες βάσεις ενώνονται με αυστηρή σειρά: αδενίνη με θυμίνη και κυτοσίνη με γουανίνη. Αυτή η δομή ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του DNA.
- Τριτογενής δομή. Αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο αποθηκεύεται το DNA μέσα σε δομές που ονομάζονται χρωμοσώματα, μεσα στην κύτταρο. Αυτά τα μόρια πρέπει να διπλώνονται και να διατάσσονται σε ένα πεπερασμένο χώρο, έτσι στην περίπτωση των προκαρυωτικών οργανισμών συνήθως το κάνουν με τη μορφή υπερέλικας, ενώ στην περίπτωση των ευκαρυωτικών πραγματοποιείται μια πιο περίπλοκη συμπίεση, δεδομένου του μεγαλύτερου μεγέθους του DNA, που απαιτεί την παρέμβαση άλλων πρωτεϊνών.
- Τεταρτογενής δομή. Αναφέρεται στη χρωματίνη που υπάρχει στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων, από όπου σχηματίζονται τα χρωμοσώματα κατά τη διαίρεση των κυττάρων.
Μπορεί να σας εξυπηρετήσει:Μικροβιολογία
Ανακάλυψη της δομής του DNA
James Watson (αριστερά) και Francis Crick (δεξιά)
Το συγκεκριμένο μοριακό σχήμα του DNA ανακαλύφθηκε το 1950, παρά το γεγονός ότι η ύπαρξη αυτού του τύπου βιολογικής ένωσης ήταν ήδη γνωστή από το 1869. Η ανακάλυψή του αποδίδεται κυρίως στους επιστήμονες James Watson, από τις Ηνωμένες Πολιτείες, και Francis Crick, από οι Βρετανοί, οι οποίοι πρότειναν το μοντέλο της διπλής έλικας της δομής του DNA.
Ωστόσο, δεν ήταν οι μόνοι που ερεύνησαν αυτό το θέμα. Το έργο του, στην πραγματικότητα, βασίστηκε σε πληροφορίες που είχε λάβει προηγουμένως η Βρετανίδα Rosalind Franklin, ειδικός στην κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ για τον προσδιορισμό της δομής του μόρια.
Χάρη σε μια ιδιαίτερα ευκρινή εικόνα που απέκτησε ο Franklin χρησιμοποιώντας αυτήν τεχνική (η διάσημη «Φωτογραφία 51»), οι Watson και Crick μπόρεσαν να συναγάγουν και να διατυπώσουν ένα τρισδιάστατο μοντέλο για το DNA.
Τύποι DNA
Μελετώντας τη δομή του, δηλαδή τη συγκεκριμένη τρισδιάστατη διαμόρφωσή του, είναι δυνατό να εντοπιστούν τρεις τύποι DNA που παρατηρούνται σε ζωντανά όντα, οι οποίοι είναι:
- DNA-B. Αυτός είναι ο πιο άφθονος τύπος DNA ζωντανά όντα και το μόνο που ακολουθεί το μοντέλο της διπλής έλικας που προτείνουν οι Watson και Crick. Η δομή του είναι κανονική, αφού κάθε ζεύγος βάσεων έχει το ίδιο μέγεθος, αν και αφήνει αυλάκια (διαδοχικά μεγαλύτερα και μικρότερα) με διακύμανση 35° σε σχέση με το προηγούμενο, ώστε να επιτρέπεται η πρόσβαση στις αζωτούχες βάσεις από το εξωτερικό.
- DNA-Α. Αυτός ο τύπος DNA εμφανίζεται σε συνθήκες σπάνιες υγρασία και λιγότερα θερμοκρασία, όπως αυτά σε πολλά εργαστήρια. Παρουσιάζει, όπως το Β, επαναλαμβανόμενες αυλακώσεις, αν και διαφορετικών αναλογιών (πλατύτερες και πιο ρηχές για τη δευτερεύουσα αύλακα), εκτός από μια πιο ανοιχτή δομή, με τις αζωτούχες βάσεις πιο μακριά από τον άξονα της διπλής έλικας, πιο κεκλιμένες σε σχέση με οριζόντια και πιο συμμετρικά στο κέντρο.
- Z-DNA. Διαφέρει από τα προηγούμενα στο ότι είναι διπλή έλικα με αριστερή στροφή (αριστερόστροφη) σε ζιγκ-ζαγκ σκελετό και είναι συνηθισμένο σε αλληλουχίες DNA που εναλλάσσουν πουρίνες και πυριμιδίνες (GCGCGC), επομένως απαιτεί συγκέντρωση κατιόντων μεγαλύτερο από αυτό του B-DNA. Είναι μια στενότερη και μακρύτερη διπλή έλικα από τις προηγούμενες.
Δομή RNA
Σε αντίθεση με το DNA, το RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ) δεν εμφανίζεται συνήθως ως διπλή έλικα. Μάλλον, η δομή του RNA είναι μια μονόκλωνη αλληλουχία νουκλεοτιδίων. Οι αζωτούχες βάσεις του είναι πανομοιότυπες με αυτές του DNA, εκτός από την περίπτωση της θυμίνης (Τ), που αντικαθίσταται στο RNA από ουρακίλη (U).
Αυτά τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους με συνδέσεις φωσφοδιεστέρας. Μερικές φορές μπορούν να δημιουργήσουν πτυχές στην αλυσίδα RNA όταν προσελκύουν το ένα το άλλο, σχηματίζοντας έτσι ορισμένους τύπους βρόχων, ελίκων ή φουρκέτες κατά τη διάρκεια μικρών περιοχών.