Wie beeinflusst die Struktur der DNA ihre Funktion?

Die Funktionen der DNA werden fast ausschließlich durch ihre Struktur bestimmt

DesoxyribonukleinsĂ€ure oder DNA ist der Name fĂŒr die MakromolekĂŒle, in denen die genetische Information aller Lebewesen enthalten ist. Jedes DNA-MolekĂŒl besteht aus zwei Polymeren, die in einer Doppelhelix geformt und durch eine Kombination von vier spezialisierten MolekĂŒlen, die als Nukleotide bezeichnet werden, angeheftet sind, die in einzigartiger Weise angeordnet sind, um Kombinationen von Genen zu bilden. Diese eindeutige Reihenfolge verhĂ€lt sich wie ein Code, der die genetische Information fĂŒr jede Zelle definiert. Dieser Aspekt der DNA-Struktur definiert daher seine primĂ€re Funktion - die der genetischen Definition - aber fast jeder andere Aspekt der DNA-Struktur beeinflusst seine Funktionen.

Basenpaare und der genetische Code

Die vier Nukleotide, die die genetische Codierung der DNA darstellen, sind Adenin (abgekĂŒrzt A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Die A-, C-, G- und T-Nukleotide auf einer Seite des DNA-Stranges sind mit ihrem entsprechenden Nukleotidpartner auf der anderen Seite verbunden. A's verbinden sich mit T's und C's verbindet sich mit G's durch relativ starke intermolekulare WasserstoffbrĂŒckenbindungen, welche 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-MolekĂŒlen im Falle einer BeschĂ€digung oder im Replikationsprozess.

"RechtshÀndige" Doppelhelix-Strukturen

Die meisten DNA-MakromolekĂŒle haben die Form von zwei parallelen, sich umeinander drehenden StrĂ€ngen, die als "Doppelhelix" bezeichnet werden. Die "Backbones" der StrĂ€nge sind Ketten alternierender Zucker- und PhosphatmolekĂŒle, aber die Geometrie dieses RĂŒckgrats variiert.

Drei Variationen dieser Form wurden in der Natur gefunden, von denen B-DNA die typischste bei Menschen ist., Es ist eine rechtshĂ€ndige Spirale, wie es A-DNA ist, die in dehydratisierter DNA und replizierenden DNA-Proben gefunden wird. Der Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass der A-Typ eine engere Rotation und eine grĂ¶ĂŸere Dichte von Basenpaaren aufweist - wie eine zerknitterte B-Typ-Struktur.

LinkshÀndige Doppelhelix

Die andere Form von DNA, die natĂŒrlicherweise in Lebewesen vorkommt, ist Z-DNA. Diese DNA-Struktur unterscheidet sich am meisten von A- oder B-DNA dadurch, dass sie eine linkshĂ€ndige Kurve aufweist. Da es nur eine temporĂ€re Struktur ist, die an einem Ende der B-DNA befestigt ist, ist es schwierig zu analysieren, aber die meisten Wissenschaftler glauben, dass es als eine Art Gegentorsionsbalance fĂŒr B-DNA wirkt, da es am anderen Ende gequetscht wird (in eine A-Form) wĂ€hrend der Code-Transkription und Replikation.

Base-Stacking-Stabilisierung

Sogar mehr als die WasserstoffbrĂŒcken zwischen den Nukleotiden wird die DNA-StabilitĂ€t durch "Basenstapel" -Wechselwirkungen zwischen benachbarten Nukleotiden bereitgestellt. Da alle außer den Verbindungsenden der Nukleotide hydrophob sind (was bedeutet, dass sie Wasser vermeiden), sind die Basen senkrecht zu der Ebene des DNA-RĂŒckgrats ausgerichtet, wodurch die elektrostatischen Effekte der MolekĂŒle minimiert werden, die an der Außenseite des Stranges anhaften oder damit interagieren. Solvatationsschale ") und somit fĂŒr StabilitĂ€t sorgen.

DirektionalitÀt

Die unterschiedlichen Formationen an den Enden von NukleinsĂ€uremolekĂŒlen veranlassten die Wissenschaftler, den MolekĂŒlen eine "Richtung" zuzuordnen. NucleinsĂ€uremolekĂŒle enden alle in einer Phosphatgruppe, die an einem Ende an das fĂŒnfte Kohlenstoffatom eines Desoxyribose-Zuckers gebunden ist, das als "fĂŒnf primĂ€res Ende" (5'-Ende) bezeichnet wird, und am anderen Ende mit einer Hydroxylgruppe (OH) "Drei Hauptziel" (3'-Ende). Da NukleinsĂ€uren nur vom 5'-Ende her synthetisiert werden können, wird angenommen, dass sie eine Richtung haben, die vom 5'-Ende zum 3'-Ende geht.

"TATA-Boxen"

Oftmals wird am 5'-Ende eine Kombination von Thymin und Adenin-Basenpaaren in einer Reihe, eine "TATA-Box" genannt, sein. Diese sind nicht als Teil des genetischen Codes eingetragen, sondern dienen dazu, das Aufspalten (oder "Schmelzen") des DNA-Stranges zu erleichtern. Die WasserstoffbrĂŒcken zwischen A- und T-Nukleotiden sind schwĂ€cher als die zwischen den C- und G-Nukleotiden. Somit ermöglicht eine Konzentration der schwĂ€cheren Paare am Anfang des MolekĂŒls eine leichtere Transkription.

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