Более

ДНК, РНК, гены и хромосомы - Науки о Земле

ДНК, РНК, гены и хромосомы - Науки о Земле


навыки для развития

  • Объясните разницу между РНК и ДНК с точки зрения функции
  • Узнай структуру ДНК
  • Объясните две функции генома
  • Объясните, как ДНК и гены превращаются в белки («центральная догма»).
  • Различать генотип и фенотип и объяснять, как факторы окружающей среды влияют на фенотип
  • Опишите, почему ДНК упакована в хромосомы.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты - это макромолекулы, которые все живое на Земле использует для сохранения своей эволюционной памяти. Они несут генетический план клетки в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и инструкции для функции клетки в форме рибонуклеиновой кислоты (РНК). Хромосомы состоят из ДНК, организованной в гены и другие некодирующие области. Гены - это схемы для создания различных молекул, которые необходимы клеткам для функционирования, включая ферменты. Некодирующие области имеют решающее значение для влияния на то, когда гены активируются или экспрессируются и играют различные другие роли в функции клеток, некоторые из которых еще не изучены. ДНК - относительно стабильная молекула, которая строго контролируется клеткой-хозяином. РНК гораздо более реактивна, чем ДНК. Он играет в клетках разнообразные реактивные функции. Когда большинство генов экспрессируется, они транслируются в молекулы информационной РНК (мРНК), которые затем транскрибируются в белки. Некоторые гены продуцируют молекулы РНК, которые выполняют критические функции в клетках, такие как транскрибирование мРНК в белки (рибосомная РНК или рРНК), транспортировка аминокислот (транспортная РНК или тРНК) и влияние на экспрессию генов (микроРНК). РНК настолько важна для основных функций клетки, что некоторые ученые считают, что жизнь возникла в «мире РНК» с переходом от абиотической органической химии к жизни, требующей каталитических свойств молекул РНК (см. Https://www.khanacademy.org/science / ap-biology / natural-selection / origins-of-life-on-earth / a / rna-world для получения дополнительной информации).

Хотя РНК имеет решающее значение для функционирования клетки, она является реактивной молекулой и не обеспечивает надежной системы памяти для наследования в организмах. Напротив, структура молекул ДНК делает их гораздо менее реактивными, и они могут быть упакованы в вложенные спирали, которые защищают их от повреждений. Таким образом, ДНК - более надежная система памяти для наследования. Он используется всеми организмами (кроме некоторых вирусов - если они являются организмами) для кодирования важнейших функций клетки. Большая часть ДНК в клетках упакована в хромосомы, которые копируются при воспроизводстве клеток. Однако некоторая часть ДНК присутствует в плазмидах (небольшие кольцевые молекулы ДНК вне хромосом) и эукариотических органеллах (например, пластидах и митохондриях). Все генетическое содержимое клетки известно как ее геном.

Что такое ДНК и РНК?

Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов, состоящих из азотистого основания, пентозного сахара и фосфатной группы. Азотистые основания имеют 5 различных структур и представляют собой буквы, составляющие коды в молекулах ДНК и РНК. Эти основания включают: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T) в ДНК и урацил (U) в РНК (рисунок, показывающий структуру оснований). Молекулы ДНК и РНК состоят из цепочек азотистых оснований, связанных вместе прикрепленными к ним фосфатными группами.

Рисунок Нуклеотиды: Нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного сахара и одной или нескольких фосфатных групп. Остатки углерода в пентозе пронумерованы от 1 'до 5' (штрих отличает эти остатки от остатков в основании, которые пронумерованы без использования штрихового обозначения). Основание прикреплено к положению 1 'рибозы, а фосфат присоединено к положению 5'. Когда нуклеотид добавляется к молекуле ДНК или РНК, 5'-фосфат входящего нуклеотида присоединяется к 3'-гидроксильной группе в конце растущей цепи. Два типа пентозы содержатся в нуклеотидах: дезоксирибоза (содержится в ДНК) и рибоза (содержится в РНК). Дезоксирибоза похожа по структуре на рибозу, но имеет H вместо OH в положении 2 '. Основания можно разделить на две категории: пурины и пиримидины. Пурины имеют двойную кольцевую структуру, а пиримидины - одинарное кольцо. Вариации в структуре этих молекул влияют на их функцию, дифференцируя ДНК от РНК и реактивность молекул.

В ДНК две цепи нуклеотидов спарены вместе водородными связями между их основаниями очень систематическим образом. A может связываться с T, а G может связываться с C, когда две нити ориентированы в противоположных направлениях. Две цепи образуют пару только в том случае, если их последовательности оснований комплементарны. Например, если последовательность одной цепи представляет собой AATTGGCC, комплементарная цепь будет иметь последовательность TTAACCGG. Когда каждое основание совмещено с его дополнением на другой нити, две нити закручиваются по спирали вокруг друг друга, создавая очень стабильную (и известную) двойную спиральную структуру.

Рисунок ДНК: структура ДНК, показывающая детали водородных связей (пунктирные линии) между комплементарными парами оснований. Обратите внимание, что желтые фосфатные группы указывают вверх с правой стороны и вниз с левой стороны. Канавки возникают из-за асимметрии спирали. (Рисунок кредита: Зефирис (Ричард Уиллер))

В отличие от ДНК, РНК одноцепочечная, и азотистые основания не обязательно связаны со своими комплементами. (U занимает место T в РНК, связываясь с A.) Основания, однако, реактивны. Если есть участки комплементарных пар оснований в другом месте на молекуле РНК или на другой молекуле РНК, эти сегменты образуют водородные связи, связывая две комплементарные части вместе. Когда участки РНК связываются друг с другом, нити РНК складываются в определенные формы, которые влияют на то, как они катализируют реакции. Паттерны пар оснований РНК определяют, как цепи складываются, что позволяет им выполнять различные функции для клеток.

Управление ДНК и РНК имеет решающее значение для жизни и размножения организмов.

Гены

ДНК - это генетический материал, отвечающий за наследование, и передается от родителей к потомкам для всего живого на Земле. Чтобы сохранить целостность этой генетической информации, ДНК необходимо реплицировать с большой точностью с минимальными ошибками, которые вносят изменения в последовательность ДНК. Геном содержит полный набор ДНК внутри клетки и организован в более мелкие дискретные единицы, называемые генами, которые расположены на хромосомах и плазмидах.

Ген состоит из ДНК, которая «читается» или транскрибируется для образования молекулы РНК в процессе транскрипции. Один из основных типов молекул РНК, называемый матричной РНК (мРНК), предоставляет рибосоме информацию, которая может катализировать синтез белка в процессе, называемом трансляцией. Процессы транскрипции и трансляции вместе называются экспрессией генов. Экспрессия гена - это синтез определенного белка с последовательностью аминокислот, которая кодируется в гене. Поток генетической информации от ДНК к РНК к белку описывается центральной догмой (рис. 11.1.111.1.1). Каждый из процессов репликации, транскрипции и трансляции включает стадии 1) инициации, 2) элонгации (полимеризации) и 3) терминации. Эти этапы будут описаны более подробно в этой главе.

Генотип клетки - это полный набор содержащихся в ней генов, тогда как ее фенотип - это набор наблюдаемых характеристик, которые являются результатом этих генов. Фенотип - это продукт множества белков, продуцируемых клеткой в ​​данный момент времени, на который влияет генотип клетки, а также взаимодействия с окружающей клеткой. Гены кодируют белки, выполняющие функции в клетке. Хотя генотип клетки остается постоянным, не все гены используются для одновременного управления производством их белков. Клетки тщательно регулируют экспрессию своих генов, используя гены только для выработки определенных белков, когда эти белки необходимы (рис. 11.1.211.1.2). Таким образом, их фенотип со временем меняется.

Хромосомы

Нити ДНК упакованы в хромосомы с белками, которые позволяют клеткам контролировать экспрессию генов (и фенотипы), репликацию ДНК и разделение генетического материала на клетки по мере их деления. Большинство (но не все) бактерий и архей имеют кольцевые хромосомы с цепями ДНК, образующими непрерывную петлю. Эти петли часто скручены сами по себе, поэтому хромосомы образуют компактные структуры в клетках (https://www.nature.com/scitable/topicpage/genome-packaging-in-prokaryotes-the-circular-chromosome-9113/). Область в клетке с конденсированной хромосомой называется нуклеоидом. Некоторая ДНК также может быть размещена в структурах, называемых плазмидами, которыми легче обмениваться между организмами.

Эукариоты по-разному организуют свою ДНК. Во-первых, большая часть ДНК заключена в ядре клетки, которое отделено от остальной части клетки мембраной. Внутри ядра нити ДНК упакованы в несколько линейных хромосом. Нити ДНК обертываются вокруг специальных белков, называемых гистонами (также присутствующих у некоторых архей), а затем складываются в еще более плотные области с помощью дополнительных белков. Складывание хромосом и детали химической структуры длинных цепей, отходящих от гистонов, сильно влияют на возможность экспрессии генов на хромосомах. У эукариот также есть ДНК в других частях своих клеток, в частности в некоторых органеллах, включая митохондрии и пластиды (в том числе хлоропласты). ДНК в органеллах (или ДНК) унаследована от древних бактерий, которые были предками этих органелл. orDNA упакована в собственные хромосомы, структура которых варьируется у разных организмов и даже во время развития одного организма. В общем, структура orDNA очень вариабельна и плохо изучена по сравнению со структурой ядерной ДНК и репликацией (см. Https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2015.00883/full)

Для всей ДНК структура хромосом сильно влияет на то, как и когда ДНК активна и может быть скопирована.

Ключевые концепции и резюме

  • Нуклеиновые кислоты - это молекулы, состоящие из трех компонентов. Детали этих компонентов влияют на функцию и поведение молекул РНК и ДНК.
  • Последовательность азотистых оснований в ДНК и РНК обеспечивает информацию, записанную в молекулах.
  • Двухцепочечная ДНК имеет спиральную структуру, в которой основания сравниваются со своими комплементами на противоположной цепи.
  • Гены состоят из последовательностей ДНК, которые кодируют производство определенных белков.
  • Генотип клетки состоит из всех ее генов и остается неизменным. Фенотип клетки состоит из функций, которые клетка способна выполнять благодаря экспрессии генов. Фенотип меняется со временем, поскольку экспрессия генов изменяется в ответ на экологические и биохимические сигналы.
  • Организмы организуют свою ДНК в хромосомы. Структура хромосом меняется со временем и влияет на то, какие гены могут быть экспрессированы.

Гены, ДНК, хромосомы и геномы

Чтобы написать о моей докторской степени для более широкой аудитории, я подумал, что лучше всего написать серию сообщений, которые будут служить ссылками. Лучше всего убедиться, что все находятся на одной странице, прежде чем я начну использовать такие термины, как прокариот, геномика и выравнивание последовательностей.

Этот пост, в частности, будет посвящен тому, чтобы дать читателю лучшее понимание того, что такое ДНК, как она связана с геном, чем она отличается от РНК и многих других терминов. Очевидно, что если вы хорошо знакомы с этими концепциями, нет необходимости читать дальше. Однако, если вы не можете объяснить своей бабушке, в чем разница между хромосомой и геном, я бы посоветовал вам остаться - если не ради вас, то хотя бы ради бабушки.

ДНК - это сокращение от DэоксирибоNукулелец Аcid, в то время как РНК является сокращением от рИбоNукулелец Аcid. Мы рассмотрим разницу между этими двумя немного позже.

Знание того, что они обозначают, кажется крутым, но на самом деле ничего не говорит вам об их функции. Чтобы понять роль ДНК, возьмем наиболее часто используемый слоган компании:

[Вставьте последнее модное слово для бизнеса]. Это в нашей ДНК.

Это намекает на то, что ДНК является ключевым компонентом чего-то. Если компания X заявляет, что инновации заложены в ее ДНК, мы можем предположить, что любое обучение сотрудников в значительной степени ориентировано на инновации. В этом сценарии ДНК относится к учебному пособию. Не далеко от цели!

На очень высоком уровне ДНК похожа на руководство по построению клетки. Клетки, принадлежащие разным организмам, будут иметь разные инструкции. Это шаблон или план, который копируется и передается каждой клетке в этом организме. Хотя все это звучит очень грандиозно, ДНК в своей простейшей форме на самом деле представляет собой просто молекулу, называемую нуклеиновой кислотой.

Нуклеиновые кислоты состоят из отдельных единиц, называемых нуклеотидами. Подключив много из этих нуклеотидов вместе в большую цепочку мы начинаем видеть волшебство. Нуклеотиды бывают четырех видов: Аденин гуанин, Cиттозин и Тгимин. Однако большинство людей называют их простыми как A, C, G и T. Итак, соединив вместе 10 нуклеотидов, мы можем получить последовательность нуклеиновой кислоты (ДНК) ATGCGTACAA или даже GGGGTGGGGG. Еще одна терминология, с которой вы можете столкнуться для описания нуклеотидов: пар оснований или базы.

ДНК в основном существует в «двухцепочечной» форме. Иногда это называют двухцепочечная спираль. Это означает, что две «цепочки» нуклеотидов связаны друг с другом. Однако эта привязка происходит в очень определенном порядке. A всегда будет связываться с T, в то время как C всегда будет связываться с G - верно и обратное. Таким образом, если у вас есть цепь ДНК с последовательностью ATGG, она будет связана с другой цепью ДНК с последовательностью TACC. Две причины для этого: стабильность и сохранение информации. Двухцепочечная структура значительно затрудняет связывание других молекул с ДНК, что потенциально может нарушить их функции и порядок. Сохранение информации связано с копированием ДНК, о котором мы поговорим позже.

К настоящему времени мы установили, что ДНК - это тип чертежа, который хранит информацию о том, как построить клетку. Очевидно, что это определение очень высокого уровня, поэтому давайте начнем копать немного дальше и посмотрим, как эта информация организована и используется.

«Ген» - это еще один термин, который часто используют в повседневной жизни, но я подозреваю, что многие люди на самом деле не знают, что такое ген. Гены можно рассматривать как фрагменты информации в цепи ДНК. Одна цепь ДНК, состоящая из миллионов связанных вместе нуклеотидов, может содержать тысячи этих генов. Но давайте пока будем простыми и представим себе одну нить ДНК, содержащую один ген. Этот ген кодирует (хранит) информацию для создания белка. (Белки - это отдельная статья, но пока думайте о них как о функциональных строительных блоках, из которых состоит клетка). Допустим, белок, кодируемый этим геном, является рецептором инсулина на клеточной поверхности. Этот белок находится в стенке клетки и связывается с инсулином (гормон, концентрация которого увеличивается, когда вашему организму нужен сахар), когда он проходит мимо. Как только это происходит, рецептор запускает цепочку коммуникации внутри клетки, сообщая ей, что она должна начать потреблять глюкозу. Эти детали не являются необходимыми для понимания того, что такое ген, но они подчеркивают важность белков.

Итак, сделаем шаг назад: ген - это единица в цепи ДНК, которая содержит инструкции по созданию белка. Как вы, наверное, догадались, у нас много генов, потому что нам нужно много разных белков, чтобы создать клетку - и в конечном итоге такой организм, как слон. Скажем, есть ген, последовательность нуклеотидов которого - GTGCCA (на самом деле гены много дольше, чем это). Если есть последовательность ДНК CGGATTGTGCCAACCTC, мы можем увидеть, как выглядит идея о том, что гены подобны единицам внутри цепей ДНК, и как гены связаны с ДНК.

Пока мы говорим о генах, мы должны поговорить о РНК. Переход от гена к белку - это не один шаг, и РНК действует как своего рода посредник. Когда клетке нужен белок, появляются специальные белки, которые превращают последовательность ДНК гена в РНК (это называется транскрипцией). РНК, как и ДНК, имеет алфавит из нуклеотидов - с одним отличием. РНК имеет A, C и G, но вместо T у нее есть нуклеотид, называемый Uracil. Таким образом, ген с последовательностью ДНК GTGCCA станет последовательностью РНК GUGCCA.

Полученная в результате этого процесса транскрипции цепь РНК затем транслируется в белок с помощью некоторых других белковых механизмов (рибосом). Белки состоят из небольших единиц, называемых аминокислотами, они сильно отличаются от нуклеотидов, и в белковом алфавите гораздо больше «букв». Природа решила эту проблему путем чтения РНК группами по три человека. Эти три группы, называемые кодонами, служат для хранения информации, необходимой для создания белков, в ДНК / РНК. Каждый кодон соответствует аминокислоте. Например, кодон AAG переводится как аминокислота лизин, а GUA интерпретируется как валин. Бывают обстоятельства, когда поток ДНК от РНК к белку не происходит в таком порядке, но в большинстве случаев именно так.

Теперь мы переходим к хромосомам. Хромосомы - еще одно слово, связанное с ДНК, которое вы довольно часто слышите в средствах массовой информации. Давайте проясним это, чтобы в следующий раз, когда вы это услышите, вы поймете, что это такое и почему это важно. Хромосомы фактически просто В самом деле длинные отдельные фрагменты ДНК. Итак, в одной хромосоме могут быть тысячи генов. Например, хромосома 1 у человека содержит 1961 ген и колоссальное количество 248 956 422 оснований (нуклеотидов - единичных единиц, о которых мы узнали ранее)! Хромосомы значительно различаются по размеру внутри организмов, а также у разных организмов. У человека обычно 46 хромосом - 2 копии хромосом 1-22 плюс 2 X-хромосомы, если вы женщина, или 1 X-хромосома и 1 Y-хромосома, если вы мужчина. А у курицы 78 хромосом.

Хромосомная структура очень интересна - вам нужно втиснуть эти огромные кусочки ДНК в клетки - но сейчас нет времени обсуждать это здесь. Если вам интересно, в видео ниже показано, как хромосомы складываются, чтобы уместиться в клетке.

Последняя часть терминологии, которую я затрону, поскольку она очень важна для моей докторской степени, - это геном. Геномика - это область медицины, которая становится все более широко освещаемой в новостях и в системе здравоохранения. Геномика, как вы, наверное, догадались, - это изучение геномов. А что такое геномы? По сути, они представляют собой совокупность всего генетического материала в организме / клетке (то есть всех хромосом). Геномика занимается целостным взглядом на ДНК в клетке, а не сосредотачивается на одной точке. Я расскажу об этом подробно и более подробно в следующем посте.

Я мог бы рассказать гораздо больше деталей и интересных фрагментов, но я не хочу, чтобы этот пост был слишком длинным. В своих будущих публикациях я буду исследовать и развивать эти концепции и при необходимости представлю больше. На данный момент этого будет достаточно для понимания некоторых концепций, которые будут частью моей докторской диссертации. Мои следующие сообщения начнут подробно рассказывать об этом, и я надеюсь, что этот пост послужит хорошим руководством.

Я надеюсь, что эта статья была информативной и дала хорошее концептуальное представление о том, как гены, хромосомы, ДНК, РНК и белки связаны друг с другом. Если у вас есть вопросы, не стесняйтесь оставлять их в комментариях или кричать на меня, если вы считаете, что я в чем-то ошибаюсь.


Гены

Ген - основная физическая и функциональная единица наследственности. Он состоит из определенной последовательности нуклеотидов в данной позиции на данной хромосоме, которая кодирует определенный белок (или, в некоторых случаях, молекулу РНК).

Гены состоят из трех типов нуклеотидной последовательности:

  • кодирующие области, называемые экзонами, которые определяют последовательность аминокислот
  • некодирующие области, называемые интронами, которые не определяют аминокислоты
  • регуляторные последовательности, которые играют роль в определении того, когда и где производится белок (и в каком количестве)

Структурные компоненты гена

У человека от 20 000 до 25 000 генов, расположенных на 46 хромосомах (23 пары). Все вместе эти гены известны как геном человека.


Эпигенетика генов рРНК: от молекулярной биологии к хромосомной

У эукариот гены, кодирующие рибосомные РНК (рДНК), существуют в двух различных эпигенетических состояниях, которые можно различить по определенной структуре хроматина, которая сохраняется на протяжении всего клеточного цикла и передается от одной клетки к другой. Тот факт, что даже в пролиферирующих клетках с высокой потребностью в синтезе белка часть рДНК замалчивается, дает уникальную возможность расшифровать механизм, лежащий в основе эпигенетической регуляции рДНК. В этой главе обобщаются наши знания о молекулярных механизмах, которые устанавливают и распространяют эпигенетическое состояние генов рРНК, раскрывая сложное взаимодействие ДНК-метилтрансфераз и гистон-модифицирующих ферментов, которые действуют совместно с комплексами ремоделирования хроматина и управляемыми РНК механизмами для определения состояния транскрипции. рДНК. Мы также рассматриваем критическую роль фактора транскрипции РНК-полимеразы I UBF в формировании активных ядрышковых областей-организаторов (ЯОР) и поддержании эухроматического состояния генов рРНК.


Понимание ДНК, генов, хромосом, геномов

Что такое ДНК?

ДНК означает дезоксирибонуклеиновая кислота.

Короче говоря, ДНК - это длинная и сложная молекула, которая содержит уникальный генетический код каждого человека.

С другой стороны, ДНК действует как план или рецепт для живых существ.

Он содержит инструкции или правила, необходимые для функционирования нашего тела. Он передается по наследству у людей и почти всех других организмов. Мол, передать ребенку черты родителей.

Теперь вы хотели бы знать, из чего состоит ДНК и как она выглядит.

Как устроена ДНК?

Основная структура ДНК состоит из молекул, называемых нуклеотидами, которые состоят из четырех азотистых оснований, таких как аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C), плюс молекула сахара и одна молекула фосфата. .

Более того, нуклеотиды также известны как строительные блоки ДНК.

Кроме того, две полинуклеотидные цепи наматываются друг на друга, образуя структуру с двойной спиралью, несущую генетический код для функционирования, развития, роста и воспроизводства всех известных организмов.

Как выглядит ДНК?

Двухцепочечная ДНК очень похожа на лестницу.

Пары оснований ДНК образуют ступеньки лестницы, а молекулы сахара и фосфата ДНК образуют вертикальные боковые части последней.

И одно основание соединяется с другим основанием в ДНК с помощью водородной связи.

Что такое пара оснований в ДНК?

Пара оснований - это два химических основания, которые связаны вместе, как пара А с Т и С пара с G для образования пар оснований.

Согласно правилу спаривания оснований ДНК, аденин всегда соединяется с тимином (A-T), а цитозин всегда соединяется с гуанином (C-G).

Также каждое основание присоединено к молекуле сахара и молекуле фосфата.

Итак, эти молекулы фосфата и сахара составляют основу ДНК.

Таким образом, основа ДНК состоит из повторяющихся структур сахарной группы и фосфатной группы.

В то время как дезоксирибоза - это название сахара, находящегося в основе ДНК.

В целом, вся структура состоит из азотистых оснований, связанных с сахарно-фосфатным остовом, который играет жизненно важную роль в хранении и передаче генетической информации.

Где и как ДНК хранит информацию?

Мы уже говорили о том, что ДНК хранит информацию для функционирования нашего тела. Но где хранится вся информация?

ДНК хранит информацию в виде кода. Мы говорим синонимы генетический код.

Причем код состоит из четырех химических основ: Аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T).

Вы можете увидеть эти химические основы (А, Т, С, G) в основной структуре ДНК. Химические основы всегда находятся в том порядке или последовательности, которые определяют доступную информацию, необходимую для построения и поддержания человеческого тела или организмов.

Мы можем сравнить это с буквами алфавита. Алфавит, когда он складывается вместе, дает значимые слова и предложения.

Итак, мы поняли основную структуру ДНК и то, как она хранит информацию.

Невозможно усвоить, как небольшая молекула (или ДНК) действует как образец для чего-то, что выглядит настолько сложным, как люди или другие виды в этом мире.

Чтобы понять это, давайте кратко рассмотрим аминокислоты и белок.

Что такое аминокислоты?

Аминокислоты - это органические соединения, которые необходимы нашему организму для нормального роста и функционирования. Его часто называют строительным блоком жизни.

Существует около 20 различных видов аминокислот, из которых 9 являются незаменимыми аминокислотами, а остальные - заменимыми аминокислотами.

Незаменимые аминокислоты рассматриваются только при определенных обстоятельствах, таких как стресс или болезнь.

Каждая аминокислота имеет свою уникальную форму, и когда она объединяется, она образует более крупные частицы, называемые белком.

Что такое белки и их роль в организме?

Белки - это большие и сложные молекулы, которые играют решающую роль в различных функциях организма.

Большая часть работы белка осуществляется клетками и отвечает за структуру, функцию, рост и регулирование тканей и органов тела.

Двадцать различных видов аминокислот могут быть объединены в последовательность для образования белка.

Существенными факторами являются последовательность, а количество соединенных вместе аминокислот придает белку иную форму.

Более того, каждое белковое образование имеет различное измерение и определенную функцию в организме.

Самая важная функция белка - действовать как антитело, фермент, мессенджер, а также формировать структуру и поддерживать клетку. Наконец, он также помогает в транспортировке и хранении атомов и молекул.

Но без надлежащих инструкций и формы белок не может функционировать.

Итак, форма, размер и время должны быть идеальными для правильного функционирования белка.

А вот и роль ДНК.

Но прежде чем мы перейдем к более детальному рассмотрению роли ДНК, нам необходимо понять ген и хромосому.

Что такое Джин?

Ген - это функциональный сегмент или небольшой участок ДНК, который предоставляет генетическую информацию, необходимую для создания белка.

У человека гены различаются по размеру от 100 оснований ДНК до 2000000 оснований. Каждый человек несет одну копию гена от матери, а другую - от отца.

Большинство наследуемых нами генов в человеческом теле одинаковы, но изменение всего на один процент создает большую разницу в уникальных физических характеристиках каждого человека.

Небольшое различие в генетическом коде или генетической инструкции может дать человеку уникальную характеристику - например, цвет глаз и волос.

Что такое хромосома?

Длина ДНК составляет почти 2 метра, и как эта длинная ДНК может поместиться в клетке? Для содержания ДНК в ядре возникла упаковка ДНК.

Упаковка ДНК - это процесс, при котором длинный кусок двухцепочечной ДНК плотно скручивается, скручивается и складывается так, чтобы он мог поместиться в клетке.

Когда молекулы ДНК упакованы и расположены в виде нитевидной структуры, это называется хромосомами.

Эта искусно упакованная ДНК находится в пучках Х-образной формы.

Клетки человека содержат 23 пары хромосом, то есть всего 46 хромосом в клетке.

В то время как 22 пары хромосомы называются аутосомы, который содержит нашу генетическую информацию. Последние пары хромосомы - это половые хромосомы, которые могут быть X и Y и определять пол.

У мужчин есть хромосомы XY, а у женщин - хромосомы XX.

Что такое геном?

Полный набор ДНК в любом организме, который содержит всю генетическую информацию, необходимую для создания и поддержания этого организма, называется геномом.

Геном человека насчитывает от 20 000 до 25 000 генов.

В то время как весь геном человека содержит более 3 миллиардов пар оснований ДНК или примерно 35000 генов.

У людей геном в основном такой же, но только небольшая разница в 0,001 у каждого человека вносит свой вклад в различия во внешнем виде и состоянии здоровья.

Как работает ДНК?

ДНК делает много интересных вещей, которые сложны и трудны для понимания. Одна из важнейших ролей ДНК - образование белка и живых клеток.

ДНК инструктирует аминокислоты, как выстроиться и сформировать идеальную цепочку аминокислот, чтобы придать белку идеальную форму.

Итак, ДНК работает следующим образом: аминокислоты - с белками, белок - с живыми клетками, живые клетки - с тканями, а ткани - с органами. И когда мы объединяем все это, получается ты и я.

Как ДНК взаимодействует с аминокислотами?

ДНК и аминокислоты находятся в ядре и цитоплазме клетки. И синтез белка происходит в цитоплазме клетки.

Более того, молекулы ДНК слишком велики, чтобы пройти через ядерную мембрану в цитоплазму. Итак, существует РНК.

Здесь ДНК инструктирует РНК, также называемую информационной РНК (мРНК).

Прежде чем мы перейдем к деталям процесса, давайте разберемся, что такое РНК.

Что такое РНК и как она образуется?

РНК означает рибонуклеиновая кислота.

Основная роль РНК заключается в синтезе белка путем переноса генетической информации от ДНК и передачи генетического кода рибосомам клетки.

Ядро клетки генерирует РНК посредством процесса, называемого транскрипцией ДНК. Итак, что такое транскрипция ДНК и как она происходит?

Транскрипция ДНК - это процесс, в котором определенная часть последовательности ДНК, также известная как ген, создает свою копию для образования одноцепочечной РНК с использованием фермента РНК-полимеразы.

Кроме того, одноцепочечная РНК, образованная во время транскрипции ДНК, комплементарна одной цепи ДНК.

Чем РНК отличается от ДНК?

РНК содержит сахарная рибоза, тогда как ДНК содержит сахар дезоксирибоза. Более того, РНК - одноцепочечная молекула, а ДНК - двухцепочечная молекула.

Также, как и ДНК, РНК состоит из молекул, называемых нуклеотиды. Каждый нуклеотид содержит три компонента: а азотистое основание, пентозный сахар, называемый рибозой, и фосфатная группа.

Азотистое основание РНК включает аденин. (А). гуанин (G), цитозин (C) и урацил (U).

Здесь, в отличие от ДНК, РНК содержит урацил (U) вместо тимин (Т).

Как синтезирует ДНК белки?

Синтез белков в клетке происходит в два этапа.

Первым шагом является транскрипция, при которой создается копия гена для образования молекул РНК.

И второй этап, связанный с трансляцией, в которой молекула РНК служит кодом для образования аминокислотной цепи, известной как белок.

Первый шаг: транскрипция

Часть или сегмент ДНК, известный как ген, раскручивается с помощью фермента, называемого ДНК-полимераза.

Фермент «читать”Последовательность ДНК и построить одноцепочечную цепь как комплементарную, известную как Молекула РНК. После создания молекулы РНК отделяются, образуя отдельную одноцепочечную молекулу.

Теперь молекулы РНК известны как информационная РНК (мРНК), которые выходят из пор ядерной мембраны ядра.

Второй шаг: перевод

В процессе трансляции участвуют три типа РНК.

  • мРНК, который несет генетический код
  • рРНК, который помогает в формировании рибосомы
  • тРНК, which identifies and brings individual amino-acid to the Ribosome.

The translation process takes place in the cytoplasm of the cell, and various enzymes are involved in controlling the translation process.

There are a total of 20 types of amino acids used to build all kinds of protein in our bodies. Also, the Ribosome read genetic code in a single triplet code known as a codon.

And, codon corresponds to single amino acids. Like, GGA is a codon for glycine (amino acid).

So, when the translation starts, the Ribosome starts reading the triplet code or codon from mRNA’s molecule. After reading, the Ribosome interacts with tRNA to bring in the individual amino acids.

Теперь Ribosome forms the chain of amino acids by attaching individual amino acids. This way, it creates the complex and different shape of proteins. Each protein molecule is unique and has various functions.

Thus, the synthesis of protein takes place. The genetic information of the DNA is the governing body in protein synthesis with the help of messenger (mRNA) и translator (tRNA).

How to understand the whole process of DNA in a simple way?

DNA translation analogy

Consider a cell as a restaurant. There would be so many restaurants, and each restaurant offers different cuisines. Similarly, each cell has different functionality.

В cookbook is like a DNA that contains recipes for making and running different living things like a bird, plants, worms, and people in a restaurant.

Let’s call a collection of the cookbook in the restaurant a chromosome. Also, the human cell has 23 pairs of the chromosome, one from each parent. Similarly, the restaurant has two editions of 23 different cookbooks.

A single recipe in a cookbook is similar to a DNA instruction, called a gene. For humans, the cookbook collection contains at least 25,000 recipes.

During the transcription process, the small segment of the DNA sequence is copied with the help of an enzyme РНК-полимераза and separated to form RNA. Here, RNA polymerase act as a photocopy machine, which creates a copy of the recipe.

The photocopied recipe here is the mRNA (messenger RNA) transcript—the mRNA transcript moves toward the Ribosome, which acts as a готовить.

The Ribosome here reads the mRNA one codon at a time, just like the cook read the recipe one step at a time.

Each codon is related to one amino acid, just like each step in a recipe refers to a specific ingredient.

Now, amino acids are identified and taken to the Ribosome by tRNA. Here, cook helper or kitchen hands act as a tRNA.

Finally, the Ribosome joins amino acids together to create a complete product called protein. Similarly, the cook mixes ingredients to make the final food.

What is DNA replication?

DNA replication is a process in which cells create a copy of themselves during cell division.

In eukaryotes cells, DNA replication takes place in the nucleus of the cell, and in prokaryotes cells, it takes place in the cytoplasm of the cell.

Moreover, DNA replication is known as semi-conservative, which means that each strand of the DNA acts as a rule template for the synthesis of the new complementary strand.

What is the result of DNA replication?

The result of DNA replication takes place from one DNA molecule to two “daughter” DNA molecules. Each new-formed double helix DNA molecule contains one new and one old strand.

What is the purpose of DNA replication?

The purpose of DNA replication is to produce two identical copies of DNA molecules from a double-stranded DNA molecule.

This process is essential for cell division during the growth or repair of damaged tissues.

What are the stages involved in DNA replication?

DNA replication take place in three stages Initiation, Elongation, Termination

Посвящение

  • The first step in DNA replication is to uncoil or unwind the DNA molecule’s double helix structure.
  • In the next step, the enzyme called helicase breaks the hydrogen bonds that hold the complementary bases of DNA hold together.
  • Now it will separate double-stranded DNA into a single-stranded DNA in a Y shape called a replication fork. Each separated single-stranded DNA will act as a template for new strands of DNA.
  • The two unfolded strands will have different orientations.
    • One strand orientation is toward the replication fork in the 3′ to 5′ direction known as the leading strand.
    • Another strand is oriented away from the replication fork in the 5′ to 3′ direction, known as the lagging strand.

    Elongation

    • Once the DNA strand is separated, it forms a short piece of RNA called a грунтовка using an enzyme known as DNA promise.
    • в leading strand, the primer bind to the 3′ end of the strand. While in lagging strands, numerous primers bind to various points of the strand.
    • In a leading strand, new base pairs are added in the direction 5′ to 3′ using an enzyme DNA polymerase, and the process is known as continuous. Each base pairs are complementary to the strand.
    • In a lagging strand, fragmented primers are several bases apart, known as Okazaki fragments. Later, the joining of Okazaki fragments takes place using an enzyme called DNA polymerase, and the process of replication is known as discontinuous.

    Termination

    • After forming both continuous and discontinuous strands, the enzyme called exonuclease removes all RNA primers from the original DNA strands. Now, appropriate chemical bases take the place of these primers.
    • The newly formed DNA strand is then proofread to make sure no mistakes in the new DNA sequence.
    • Finally, an enzyme called DNA ligase sealed up the fragments into a continuous strand.

    After the completion of the replication process, the parent strand and its complementary DNA strand winds up in a double-helix structure.

    What happens when DNA gets damaged?

    We know DNA is essential to life, but it also can be damaged through various means.

    When DNA is exposed to radiation, free radicals, various chemicals, and environmental agents, DNA damages occur.

    It is estimated that ten to thousands of DNA damages events occur every day in each of our cells.

    Your cells can detect DNA damages and repair DNA damages using protein molecules.

    How does DNA get mutated?

    DNA mutation is a change in the sequence of base pairs.

    DNA mutation will have a more significant impact on your body because it affects the formation of proteins.

    Subsequently, if generated proteins don’t work correctly, it can lead to several diseases such as cystic fibrosis and sickle cell anemia.

    DNA mutation not at all suitable for a cell because, in most cases, it loses its genetic information. Still, it is a very complex subject that requires more research and study.

    More importantly, DNA mutation can also lead to the development of cancer. In such cases, the mutated cells can grow and divide out of control.

    These cancer-causing DNA mutations are either inherited from your parents or acquired through exposure to carcinogens such as chemicals, processed food, smoking, or UV radiation.

    The classic example of DNA mutation is the evolution of bacteria that are resistant to antibiotics.

    But not all DNA mutation is terrible. In some cases, it may contribute to diversity as a species.

    How DNA affect aging?

    DNA damages indeed occur every day, but simultaneously another mechanism also started to repair the DNA damages.

    If these DNA damages don’t repair by itself, it gets accumulated, which drives the aging process.

    Many types of research take place to know what influences DNA damage. In most cases, free radicals are the prime reason for DNA damages.

    However, this would be one factor that influences DNA damage, but several other factors contribute to it.

    According to one study, repair of DNA damages declines as we age. Further, it revealed that repair of DNA damage occurs correctly during the reproductive stage, and as we cross this stage, it started to decline.

    Another factor that gives rise to aging is telomeres shorting. Telomeres are a part of DNA that protects from DNA damage, but telomers’ shorting decreases the protection layer.

    Telomeres shortening occurs mostly due to some lifestyle factors such as obesity, psychological stress, and exposure to a cigarette. However, DNA replication can also contribute to telomeres shortening.

    Perhaps making good lifestyle choices such as healthy weight, managing stress, and distancing from highly processed foods may help in slowing down the telomere shortening.

    Wrap Up:

    Understanding DNA will help you gain all the information needed to build and operate an organism. And, DNA genetic information instructs the cell to generate proteins.

    Here, the protein work as a real workhorse, which can do almost everything in the cell.

    Protein produces cells and also provide energy to them. They help in digesting the food, work as energy sources, develop the immune system, and many more. You will find protein as a role of hormones (like estrogen), pigments (give color to skin and eyes), and antibodies (protect you from infection and free radicals).

    So, DNA has all roles to play in producing, developing, and maintaining an organism. To keep your DNA secure, avoid any harmful and chemical-rich foods that can lead to cancer cells.

    Healthlyious has strict sourcing guidelines, believes in trustworthy and reliable sources, and relies on peer-reviewed studies, academic research institutions, medical journal publications, and medical associations. We avoid using tertiary references.

    We include products or services we think are useful for our readers. If you buy through links on this page, we may earn a small commission. Read our Affiliate Disclosure