Information

4.3: Språket i DNA - Biologi

4.3: Språket i DNA - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Introduktion

I det här korta kapitlet kommer du att lära dig hur moderna molekylärbiologer manipulerar DNA, ritningen för hela livet. Alfabetet med fyra bokstäver (A, G, C och T) som består av DNA representerar ett språk som när det transkriberas och översätts leder till den myriad av proteiner som gör oss till de vi är som art och individer. Låt oss fortsätta med metaforen att DNA är ett språk. För att behärska det språket, som med alla andra språk, måste vi kunna läsa, skriva, kopiera och redigera det språket. Om du använde en ordbehandlare för att hitta en rad i ett hundra sidors dokument, eller en artikel från en bok från Library of Congress, skulle du också behöva ett sätt att söka i den stora tryckta basen. Du kanske vill jämföra två olika kopior av filer för att se om de skiljer sig från varandra. Från labbet och denna onlinediskussion och problemuppsättning kommer du att lära dig hur moderna vetenskapsmän läser, skriver, kopierar, redigerar, söker och jämför genomets språk. Dessa förmågor, som förvärvats under de senaste tjugo åren, har revolutionerat vår förståelse av livet och har gett oss potentialen att förändra, på gott eller ont, livet självt.

DNA i mänskliga kromosomer existerar som en lång dubbelsträngad molekyl. Det är för lång tid att fysiskt studera och manipulera i labbet. Med hjälp av ett batteri av enzymer kan kromosomernas DNA klyvas kemiskt till mindre fragment som är lättare att manipulera. (Liknande tekniker används för att sekvensera proteiner, vilket kräver att överlappande polypeptidfragment tillverkas.) Efter att fragmenten har gjorts måste de separeras från varandra för att kunna studera dem. DNA-fragment kan separeras på basis av någon strukturell egenskap som skiljer fragmenten från varandra. Polaritet kan inte användas eftersom alla DNA-fragment har negativt laddade fosfater i sockerfosfatryggraden i molekylen. Även om varje fragment skulle ha en unik sekvens, skulle det vara svårt att separera alla olika fragment, till exempel genom att fästa någon molekyl som binder till en unik sekvens i huvudspåret i ett givet fragment till en stor pärla och använda den pärlan för att skilja ut det där unika fragmentet. Du skulle behöva en annan pärla för varje unikt fragment! Det bästa sättet att separera fragmenten från varandra är att basera separationen på den faktiska storleken på fragmentet genom att använda elektrofores på en agaros- eller polyakrylamidgel.

Ett kolhydratextrakt som kallas agaros är tillverkat av alger. Vatten tillsätts till extraktet, som sedan värms upp. Kolhydratextraktet löses i vattnet för att bilda en trögflytande lösning. Agaroslösningen hälls i en form (som varm gelé) och får stelna. En plastkam med breda tänder placerades i agarosen när den fortfarande var flytande. När agarosen är fast kan kammen tas bort och lämna små brunnar på sin plats. En lösning av DNA-fragment kan placeras i brunnarna. Agarosplattan med prov täcks med en buffertlösning och elektroder placeras i varje ände av plattan. Den negativa elektroden placeras nära brunnsänden av agarosplattan medan den positiva elektroden placeras i den andra änden. Om en spänning appliceras över agarosplattan kommer de negativt laddade DNA-fragmenten att röra sig genom agarosgelen mot den positiva elektroden. Denna migration av laddade molekyler i lösning mot en motsatt laddad elektrod kallas elektrofores. Låtsas att du är ett av fragmenten. För dig ser gelén ut som ett spindelnät. Du smyger dig igenom öppningarna i nätet när du går rakt fram till den positiva elektroden. Ju större fragment, desto långsammare rör du dig eftersom det är svårt att ta sig igenom det trassliga nätet. Omvänt, ju kortare fragment, desto snabbare rör du dig. Genom att använda denna teknik och dess många modifieringar kan oligonukleotider som skiljer sig åt med bara en nukleotid separeras från varandra. Vid elektrofores av DNA-fragment tillsätts ett fluorescerande, oladdat färgämne, etidiumbromid, till buffertlösningen. Detta färgämne interkalerar bokstavligen mellan basparen av DNA, vilket ger en fluorescerande gulgrön färg till DNA:t när UV-ljus visas på agarosgelen.

A. Läsa DNA:

Vi kommer att diskutera en metod för att läsa DNA-sekvensen. Denna metod, utvecklad av Sanger, gav honom ett andra Nobelpris. För att sekvensera en enkelsträngad del av DNA syntetiseras den komplementära strängen. Fyra olika reaktionsblandningar sätts upp. Var och en innehåller alla 4 radioaktiva deoxinukleotider (dATP, dCTP, dGTP, dTTP) som krävs för reaktionen och DNA-polymeras. Dessutom tillsätts dideoxiATP (ddATP) till ett reaktionsrör. dATP och ddATP fäster slumpmässigt till den växande 3'-änden av den komplementära strängen. Om ddATP tillsätts kan inga ytterligare nukleotider tillsättas efter eftersom dess 3'-ände har ett H och inte ett OH. Det är därför de kallar det dideoxi. Den nya kedjan avslutas. Om dATP läggs till kommer kedjan att fortsätta växa tills ytterligare ett A behöver läggas till. Därför kommer en hel serie av diskreta fragment av DNA-kedjor att göras, alla avslutade när ddATP tillsattes. Samma scenario inträffar för de andra 3 rören, som innehåller dCTP och ddCTP, dTTP och ddTTP, och dGTP respektive ddGTP. Alla fragment som görs i varje rör kommer att placeras i separata banor för elektrofores, där fragmenten separeras efter storlek.

Didexoynukleotider

Figur: Didexoynukleotider

PROBLEM: Du kommer att låtsas sekvensera en enkelsträngad DNA-bit som visas nedan. De nya nukleotiderna tillsätts av enzymet DNA-polymeras till primern, GACT, i 5'- till 3'-riktningen. Du kommer att sätta upp 4 reaktionsrör, varje rör innehåller alla dXTP:s. Lägg dessutom till ddATP till rör 1, ddTTP till rör 2, ddCTP till rör 3 och ddGTP till rör 4. För varje separat reaktionsblandning, bestäm alla möjliga sekvenser som gjorts genom att skriva de möjliga sekvenserna på en av de oavslutade komplementära sekvenserna nedan . Klipp ut de färdiga sekvenserna från sidan, bestäm storleken på polynukleotidsekvenserna som gjorts och placera dem som de skulle migrera (baserat på storlek) i lämplig bana av en imaginär gel som du har ritat på ett papper. Bana 1 kommer att innehålla nukleotiderna gjorda i rör 1, etc. Dra sedan linjer under positionerna för de utskurna nukleotiderna för att representera DNA-band i gelén. Läs sekvensen för det komplementära DNA som syntetiserats. Skriv sedan sekvensen för det ssDNA som skulle sekvenseras.
5' T C A A C G A T C T G A 3' (STÅ TILL SEKVENS)

3' G A C T 5' (primer)

3' G A C T 5' (primer)

3' G A C T 5' (primer)

3' G A C T 5' (primer)

3' G A C T 5' (primer)

3' G A C T 5' (primer)

3' G A C T 5' (primer)

3' G A C T 5' (primer)

Eftersom DNA-fragmenten inte har någon detekterbar färg kan de inte direkt visualiseras i gelén. Alternativa metoder används. I den ovan beskrivna användes radiomärkta ddXTP. När sekvenseringsgelen har körts kan den torkas och banden visualiseras med radioautografi (även kallad autoradiografi). En plats med röntgenfilm placeras över den torkade gelén i en mörk miljö. De radiomärkta banden kommer att avge strålning som kommer att exponera röntgenfilmen direkt över banden. Filmen kan framkallas för att detektera banden. I en nyare teknik kan primern märkas med ett fluorescerande färgämne. Om ett annat färgämne används för varje reaktionsblandning kan alla reaktionsblandningar köras i en gelbana. (Faktiskt behöver bara en reaktionsblandning som innehåller alla ddXTP tillsammans utföras.) Gelén kan sedan skannas med en laser, som detekterar fluorescens från färgämnena, var och en med olika våglängder.

Figur: DNA-sekvensering med olika fluorescerande primers för varje ddXTP-reaktion

Ett nyligen framsteg inom sekvensering möjliggör bestämning av en sekvens i realtid. De fyra deoxinukleotiderna är var och en märkt med olika fluorforer på 5'-fosfatet (inte basen enligt ovan). Ett bundet DNA-polymeras förlänger DNA:t på en mall och frisätter fluoroforen i lösning (dvs. fluoroforen är inte inkorporerad i DNA-kedjan). Reaktionen sker i en visualiseringskammare som kallas en nolllägesvågledare som är en cylindrisk metallkammare med en bredd på 70 nm och en volym på 20 zeptoliter (20 x 10-21 L). Den sitter på ett glasstöd genom vilket laserbelysning av provet uppnås. Med tanke på den lilla volymen diffunderar icke-inkorporerade fluorescensmärkta deoxinukleotider in och ut i mikrosekunders tidsskalan. När en deoxinukleotid införlivas i DNA:t är dess uppehållstid i millisekunders tidsskalan. Detta möjliggör förlängd detektering av fluorescens som ger ett högt signal/brusförhållande. Nyare teknologi där sekvens görs genom att flytta DNA genom porer i membran kan få sekvensering ner till $1000/genom eller mindre.

Animation av Sanger Sequencing

Nanopore-sekvensering

B. Att skriva DNA:

Oligonukleotid kan syntetiseras på en fast pärla. Genom att lägga till en nukleotid åt gången kan sekvensen och längden av oligonukleotiden kontrolleras.

C. Kopiera DNA:

Det finns flera metoder för att kopiera en sekvens av DNA miljoner gånger. De flesta metoder använder sig av plasmider (som finns i bakterier) och virus (som kan infektera vilken cell som helst). DNA:t för plasmiden eller viruset är konstruerat för att innehålla en kopia av en specifik DNA-sekvens av intresse. Plasmiden eller viruset återinförs sedan i cellen där amplifiering sker.

Inledningsvis skärs ett DNA som innehåller en gen eller regulatorisk sekvens av intresse på specifika ställen med ett enzym som kallas restriktionsendonukleas, eller förkortat restriktionsenzym. Enzymet klyver inte DNA någon gammal plats, utan snarare på "begränsade" platser i sekvensen, ungefär som ett endoproteas klyver ett protein efter en given aminosyra i en proteinkedja. Istället för att klyva en sträng, som i proteiner, måste restriktionsendonukleaset klyva båda strängarna av dsDNA. Det kan skära av trådarna rent för att lämna trubbiga ändar, eller på ett förskjutet sätt, för att lämna små svansar av ssDNA. Flera sådana platser existerar slumpmässigt i genomet. Genen av intresse måste flankeras på båda sidor av en sådan sekvens. Samma enzym används för att klyva plasmiden eller virusets DNA.

Figur: Klyvning av DNA med restriktionsenzymet EcoR1

Det främmande fragmentet av DNA kan sedan läggas till plasmiden eller virus-DNA som visas för att göra en rekombinant DNA-molekyl. Denna teknik för DNA-kloning är grunden för hela området för rekombinant DNA-teknologi.

Figur: Kloning av ett restriktionsfragment till en plasmid

Animation av Gene Splicing

Plasmiden kan läggas till bakterier, som tar upp den i en process som kallas transformation. Plasmiden kan replikeras i bakterierna som kommer att kopiera DNA-fragmentet av intresse. Vanligtvis bär plasmiden en gen som kan göra bakterierna resistenta mot ett antibiotikum. Endast bakterier som bär plasmiden (och förmodligen insatsen) kommer att växa. För att isolera det önskade fragmentet, isoleras plasmiderna från bakterier och klyvs med samma restriktionsenzym för att avlägsna det önskade fragmentet, varefter det kan renas. Dessutom kan bakterierna induceras att uttrycka proteinet från den främmande genen. I labb 4 kommer vi att transformera bakterier med en plasmid som innehåller genen för humant adipoktysyrafosfatas beta, HAAP-B, och inducera uttryck av genen.

En liknande metod kan användas för att kopiera DNA där det främmande fragmentet rekombineras med DNA från bakteriofag, ett virus som infekterar bakterier som E. Coli. Det rekombinanta DNA:t kan förpackas i faktiska virus, som visas nedan. När viruset infekterar bakterierna, instruerar det cellerna att göra miljontals nya virus, och kopierar därför det främmande fragmentet av intresse.

Ibland är "kloning" eller kopiering av ett fragment av DNA inte vad en utredare verkligen vill ha. Om det genomiska DNA:t kommer från en mänsklig cell, till exempel, kommer genen att innehålla introner. Om du lägger in detta DNA i en plasmid eller bakteriofag, följer intronerna med det. Bakterier kan replikera detta DNA, men ofta vill man inte bara kopiera (amplifiera) DNA:t utan även transkribera det till RNA och sedan översätta det till protein. Bakterier kan dock inte splitsa ut intron-RNA, så moget mRNA kan inte göras. Om man kunde klona in i bakteriens DNA utan intronerna skulle detta problem inte existera. En sådan möjlig metod finns där man börjar med det faktiska mRNA:t för ett protein av intresse. I denna teknik görs en dsDNA-kopia från en ss-mRNA-molekyl. Sådant dsDNA kallas cDNA, för komplementärt eller kopierat DNA. Detta kan sedan klonas in i en plasmid- eller bakteriofagvektor och amplifieras såsom beskrivits ovan.

KOPIERA DNA FRÅN ETT M-RNA - KONSTRUKTION AV ETT C-DNA-BIBLIOTEK - infoga

I mitten av 80-talet utvecklades en ny metod för att kopiera (amplifiera) DNA i ett provrör. Det kräver inte en plasmid eller ett virus. Det kräver bara ett DNA-fragment, några primrar (små polynukleotider som är komplementära till sektioner av DNA på varje sträng och gränsöverskridande sektionen av DNA som ska amplifieras. Lägg bara till dATP, dCTP, dGTP, dTTP, och ett värmestabilt DNA-polymeras från organismen Thermophilus aquaticus (som lever i varma källor), och iväg. Blandningen värms först upp till en temperatur som gör att DsDNA-strängarna separeras. Temperaturen kyls så att ett stort stökimetriskt överskott av primrarna kan härda till ssDNA. Det värmestabila Taq-polymeraset (från Thermophilus aquaticus) polymeriserar DNA från primrarna. Temperaturen höjs igen, vilket tillåter dsDNA-strängseparation. Vid kylning hybridiserar primrarna igen till det ursprungliga och nysyntetiserade DNA:t från den senaste cykeln och syntes av DNA inträffar igen. Denna cykel upprepas som visas i diagrammet. Denna kedjereaktion kallas polymeraskedjereaktionen (PCR). Mål-DNA:t som syntetiseras amplifieras en miljon gånger i n 20 cykler, eller en miljard gånger i 30 cykler, vilket kan göras på några timmar.

Figur: Kopiera DNA i provröret - polymeraskedjereaktionen (PCR)

Animering av PCR

D. Redigering av DNA

Under våra studier av proteinstruktur ägnade vi mycket tid åt att diskutera hur specifika aminosyror kunde modifieras kovalent för att antingen identifiera närvaron av aminosyran eller i ett försök att modifiera proteinets aktivitet. En nyare och revolutionerande teknik har dykt upp under de senaste 15 åren. Genom att använda rekombinant DNA-teknik kan genen som kodar för proteinet förändras vid en eller flera nukleotider, på ett sätt som antingen skulle ändra en eller flera aminosyror, eller lägga till eller ta bort en eller flera aminosyror. Denna teknik, som kallas platsspecifik mutagenes, används i stor utsträckning av proteinkemist för att bestämma betydelsen av en given aminosyra i veckningen, strukturen och aktiviteten hos ett protein. Teknikerna beskrivs i diagrammet nedan;

Figur: Platsspecifik mutagenes

E. Söka DNA

Var på en kromosom finns genen som kodar för ett visst protein? Ett sätt att hitta genen är att syntetisera en liten oligonukleotid-"sond" som är komplementär till en del av genens faktiska DNA-sekvens (bestämt från tidigare experiment). Fäst en fluorescerande molekyl till DNA-sonden. Ta sedan ett cellpreparat där kromosomerna kan ses i mikroskop. Till cellen lägg till bas som lindar upp den dubbelsträngade DNA-spiralen, lägg till den fluorescerande sonden till cellen och låt dubbelsträngat DNA reformeras. Den fluorescerande sonden kommer att binda till kromosomen vid platsen för genen till vilken DNA:t är komplementärt. Hybridisering är den process där en enkelsträngad nukleotidsekvens (målet) binder genom H-bindningar till en annan komplementär nukleotidsekvens (sonden).

Vad händer om du inte känner till nukleotidsekvensen för genen, men du känner till proteinets aminosyrasekvens, som i exemplet nedan? Från den genetiska kodtabellen kan du förutsäga den möjliga sekvensen av alla möjliga RNA-molekyler som är komplementära till DNA:t i genen. Eftersom vissa av aminosyrorna har mer än ett kodon, finns det många möjliga DNA-sekvenser som kan koda för proteinfragmentet. Länken nedan visar alla möjliga motsvarande mRNA-sekvenser som skulle kunna koda för en kort aminosyrasekvens. 20 mer-sekvensen med minimal degeneration i nukleotidsekvensen bör användas som möjlig genomisk sond.

F. JÄMFÖRANDE av DNA

DNA-sekvensen för varje individ måste skilja sig från alla andra individer i världen (med undantag för enäggstvillingar). Skillnaden måste vara mindre än skillnaden mellan en människa och en schimpans, som är 98,5 % identiska. Låt oss säga att var och en av dem har DNA-sekvenser som är 99,9 % identiska jämfört med någon "normal människa". Med tanke på att vi har cirka 4 miljarder baspar DNA, betyder det att vi alla är olika i cirka 0,001 x 4 000 000 000 vilket är cirka 4 miljoner baspar olika. Det betyder att vi i genomsnitt har en nukleotidskillnad för varje 1000 baspar DNA. En del av dessa finns i gener, men de flesta är förmodligen mittemellan DNA, och många har visats vara klustrade i områden med mycket repetitivt DNA i ändarna av kromosomerna (kallas telomerer) och i mitten (kallas centromerer).

Kom nu ihåg att deras restriktionsenzymställen också är insprängda slumpmässigt längs DNA:t. Om några av skillnaderna i DNA mellan individer sker inom de sekvenser där DNA klyvs av restriktionsenzymer, så kommer hos vissa individer inte ett speciellt enzym att klyva på det vanliga stället, utan på ett mer distalt ställe. Därför bör storleken på restriktionsenzymfragmenten skilja sig åt för varje person. Varje persons DNA, när det skärs av ett batteri av restriktionsenzymer, bör ge upphov till en unik uppsättning DNA-fragment av storlekar som är unika för den individen. Varje persons DNA har en unik Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP). Hur kunde du upptäcka sådan polymorfism?

Du vet redan hur man skär prov-DNA med restriktionsenzymer och sedan separerar fragmenten på en agarosgel. Ett ytterligare steg krävs dock, eftersom tusentals fragment kan dyka upp på gelén, vilket skulle kunna observeras som ett stort kontinuerligt utstryk. Om emellertid varje fragment kunde reageras med en uppsättning små, radioaktiva DNA-sonder som är komplementära till vissa mycket polymorfa sektioner av DNA (som teleomert DNA) och sedan visualiseras, skulle endast ett fåtal uppsättningar av diskreta band observeras i agarosgelen . Dessa diskreta band skulle skilja sig från DNA-banden som ses i en annan individs gen som behandlas på samma sätt. Denna teknik kallas Southern Blotting och fungerar som visas nedan. DNA-fragment underkastas elektrofores i en agarosgel. ds-DNA-fragmenten lindas upp genom upphettning och sedan placeras en bit nitrocellulosafilterpapper ovanpå gelén. DNA:t från gelén överförs till filterpapperet. Sedan läggs en liten radioaktiv oligonukleotidsond, komplementär till ett polymorft ställe på DNA:t, till papperet. Den binder endast till det fragment som innehåller DNA som är komplementärt till sonden. Filterpapperet torkas och en bit röntgenfilm placeras över arket. Körs också på gelén och överförs till arket, en uppsättning radioaktiva fragment (som inte är komplementära till sonden), som fungerar som en uppsättning markörer för att säkerställa att gelelektroforesen och överföringen till filterpapperet var korrekt. Denna teknik visas på nästa sida, tillsammans med en RFLP-analys från en viss familj.

När denna teknik används i rättsmedicinska fall (som OJ Simpson-rättegången) eller i faderskapsfall kallas det DNA-fingeravtryck. Med nuvarande tekniker kan utredare otvetydigt konstatera att oddsen för att ett visst mönster inte tillhör en misstänkt är i intervallet en miljon till en. Röntgenfilmen som visas nedan är en kopia av riktiga rättsmedicinska bevis som erhållits från ett våldtäktsfall. Resultaten från Southern blot från misstänkt 1, misstänkt 2, offret och de rättsmedicinska bevisen visas. Analysera data.

Figur: SOUTHERN BLOT/PCR FORENSIC ANALYSIS - RESTRICTION FRAGMENT LENGTH POLYMORFISM

Senaste referenser

  1. Avise. Evolving Genomic Metafors: A New Look at the Language of DNA. Vetenskap. 294, sid 86 (2001)

Поиск скрытых сообщений в ДНК (Биоинформатика I)

Denna kurs inleder en serie klasser som illustrerar datorkraften i modern biologi. Var snäll och gå med oss ​​på gränsen för bioinformatik för att leta efter dolda budskap i DNA utan att någonsin behöva ta på dig en labbrock. Under första halvan av kursen undersöker vi DNA-replikation, och ställer frågan, var i arvsmassan börjar DNA-replikationen? Vi kommer att se att vi kan svara på denna fråga för många bakterier med bara några enkla algoritmer för att leta efter dolda meddelanden i genomet. Under andra halvan av kursen undersöker vi en annan biologisk fråga, när vi frågar vilka DNA-mönster som spelar rollen som molekylära klockor. Cellerna i din kropp lyckas upprätthålla en dygnsrytm, men hur uppnås detta på DNA-nivå? Återigen kommer vi att se att genom att veta vilka dolda meddelanden vi ska leta efter kan vi börja förstå DNA:s otroligt komplexa språk. Kanske överraskande kommer vi att tillämpa randomiserade algoritmer, som slår tärningar och vänder mynt för att lösa problem. Slutligen kommer du att smutsa ner händerna och använda befintliga mjukvaruverktyg för att hitta återkommande biologiska motiv inom gener som är ansvariga för att hjälpa Mycobacterium tuberculosis att gå i "dormant"" i en värd i många år innan de orsakar en aktiv infektion.

Карьерные результаты учащихся


4.3: Språket i DNA - Biologi

  1. Den genetiska koden är inte en sann kod, det är mer en cypher. DNA är en sekvens av fyra olika baser (betecknade A, C, G och T) längs en ryggrad. När DNA översätts till protein, omvandlas trillingar av baser (kodon) sekventiellt till aminosyrorna som utgör proteinet, med vissa kodoner som fungerar som en "stopp"-markör. Kartläggningen från kodon till aminosyra är godtycklig (inte helt godtycklig, men tillräckligt nära för argumentets syfte). Men det ena kartläggningssteget - från 64 möjliga kodon till 20 aminosyror och en stoppsignal - är den enda godtyckligheten i den genetiska koden. Proteinet i sig är ett fysiskt objekt vars funktion bestäms av dess fysikaliska egenskaper.

Dessutom används DNA till mer än att tillverka proteiner. Mycket DNA transkriberas direkt till funktionellt RNA. Annat DNA verkar för att reglera genetiska processer. De fysiska egenskaperna hos DNA och RNA, inte några godtyckliga betydelser, avgör hur de agerar.

En väsentlig egenskap hos språket är att vilket ord som helst kan referera till vilket objekt som helst. Det är inte sant inom genetik. Den genetiska koden som mappar kodon till proteiner skulle kunna ändras, men att göra det skulle ändra innebörden av Allt sekvenser som kodar för proteiner, och det kunde inte skapas slumpmässig nya betydelser för alla DNA-sekvenser. Genetik är inte sant språk.


Genetisk kod: 8 viktiga egenskaper hos genetisk kod

(1) Koden är en triplett (2) Koden är degenererad (3) Koden är icke-överlappande (4) Koden är kommamindre (5) Koden är entydig (6) Koden är universell (7) Sam- linjäritet och (8) gen-polypeptidparitet.

Genetisk kod hänvisar till förhållandet mellan sekvensen av kvävehaltiga baser (UCAG) i mRNA och sekvensen av aminosyror i en polypeptidkedja. Med andra ord är förhållandet mellan nukleotidernas fyra bokstäver och aminosyrornas tjugo bokstäver känd som genetisk kod.

DNA (eller RNA) bär all genetisk information och den uttrycks i form av proteiner. Proteiner är gjorda av 20 olika aminosyror. Informationen om antalet och sekvensen av dessa aminosyror som bildar protein finns i DNA och överförs under transkription till mRNA. Formen i vilken den överförs förstods inte länge.

Socker (pentos) och fosfat av DNA kunde inte utföra detta jobb att föra vidare det genetiska budskapet till mRNA eftersom socker bara är av en typ och så även fosfatet. Detta lämnar bara fyra nukleotider för att bilda budskapet för 20 aminosyror, men 4 nukleotider är för få för tjugo aminosyror.

Detta svåra problem löstes med upptäckten att ett kodon (ärftlig enhet av en gen) som innehåller kodad information för en aminosyra består av tre nukleotider (d.v.s. en triplettkod). För tjugo aminosyror är således 64 (4 x 4 x 4 eller 4 3 = 64) möjliga permutationer tillgängliga. Detta genombrott resulterade i 64 kodonordbok - den genetiska koden.

Enligt Bark (1970) är den genetiska koden en kod för aminosyror, specifikt handlar det om vilka kodoner som anger vilka aminosyror. Genetisk kod är resultatet av experiment utförda av M. Nirenberg, S. Ochoa, H. Khorana, F. Crick och Mathaei. Professor M. Nirenberg tilldelades Nobelpriset 1961 för detta enastående arbete.

Ordboken för genetisk kod använder bokstäverna i RNA (U, C, A, G, dvs A = Adenin, U = Uracil, C = Cytosin, G = Guanin)

Kodonet för aminosyrorna, som är desamma i alla kända livsformer, har bestämts experimentellt. De visas i fig. 7.3.

Notera i fig. 7.3 att mer än ett kodon kan signalera att en viss aminosyra ska inkorporeras i ett protein. Dessutom har vissa kodon speciella funktioner.

Till exempel har kodonet AUG två funktioner:

(1) Som ett initiatorkodon signalerar för starten av syntesen av en peptid, och

(2) För inkorporering av metionin i den växande kedjan av en peptid. Andra kodon för speciella ändamål är UAA (Ochre), UAG (Amber) och UGA (Umber), som alla signalerar STOP.

När det ribosomala syntesstället möter ett av dessa stoppkodon frigörs peptidkedjan och antar sina sekundära och tertiära strukturer. Eftersom UAA (Ochre), UAG (Amber) och UGA (Umber) inte anger någon aminosyra kallas de även nonsenskodon.

"När det föregås av en initiatorregion signalerar kodonet AUG: “Starta en ny peptidmolekyl som börjar med N-formylmetionin, eller fMet.” Kodonen UAA, UAG och UGA signalerar avslutning av proteinsyntesen."

Egenskaper för genetisk kod:

Egenskaperna hos genetisk kod som bestäms av omfattande experimentella bevis kan sammanfattas enligt följande:

1. Koden är en triplett:

Som påpekats tidigare innefattar de kodande enheterna eller kodonen för aminosyror tre bokstäver ord, 4 x 4 x 4 eller 4 3 = 64. 64 kodon är helt tillräckliga för att specificera 20 proteinhaltiga aminosyror.

2. Koden är degenererad:

Förekomsten av mer än ett kodon för en enda aminosyra kallas degenererat. En genomgång av genetisk kodordbok kommer att avslöja att de flesta av aminosyrorna har mer än ett kodon. Av 61 funktionella kodon kodar AUG och UGG till en aminosyra vardera. Men återstående 18 aminosyror kodas av 59 kodon.

3. Koden är icke-överlappande:

4. Koden är kommamindre:

En komma mindre kod betyder att ingen nukleotid eller komma (eller skiljetecken) finns mellan två kodon. Därför är koden kontinuerlig och komma mindre och ingen bokstav slösas bort mellan två ord eller kodon.

5. Koden är entydig:

Det finns ingen tvetydighet i den genetiska koden. Ett givet kodon kodar alltid för en viss aminosyra, var den än finns.

6. Koden är universell:

Den genetiska koden har visat sig vara universell i alla typer av levande organismer - prokaryoter och eukaryoter.

7. Samlinjäritet:

DNA är en linjär polynukleotidkedja och ett protein är en linjär polypeptidkedja. Sekvensen av aminosyror i en polypeptidkedja motsvarar sekvensen av nukleotidbaser i genen (DNA) som kodar för den. Förändring i ett specifikt kodon i DNA ger en förändring av aminosyran i motsvarande position i polypeptiden. Genen och polypeptiden den kodar för sägs vara kolinjära.

8. Gen-polypeptidparitet:

En specifik gen transkriberar ett specifikt mRNA som producerar en specifik polypeptid. På grundval av detta kan en cell bara ha lika många typer av polypeptider som den har typer av gener. Detta gäller dock inte vissa virus som har överlappande gener.

Relaterade artiklar:

Välkommen till Biologidiskussion! Vårt uppdrag är att tillhandahålla en onlineplattform för att hjälpa studenter att dela anteckningar i biologi. Den här webbplatsen innehåller studieanteckningar, forskningsartiklar, uppsatser, artiklar och annan allierad information som skickats av besökare som DIG.

Innan du delar med dig av din kunskap på den här webbplatsen, vänligen läs följande sidor:

Frågor

Innehållsförteckning

Om oss

Förslag

Nya frågor och svar och forumkategorier

Detta är ett fråge- och svarforum för studenter, lärare och allmänna besökare för att utbyta artiklar, svar och anteckningar. Svara nu och hjälp andra.


4.3: Språket i DNA - Biologi

Så vad innebär det att vara kvinna? Vi har alla XX-kromosomer, eller hur? Det är faktiskt inte sant. Vissa kvinnor är mosaiker. De har en blandning av kromosomtyper med X, med XY eller med XXX. Om det inte bara handlar om våra kromosomer, vad handlar det då om att vara kvinna? Att vara feminin? Gifta sig? Skaffa barn? Du behöver inte leta långt för att hitta fantastiska undantag från dessa regler, men vi delar alla något som gör oss till kvinnor. Kanske finns det något i våra hjärnor.

Du kanske har hört teorier från förra seklet om hur män är bättre på matematik än kvinnor eftersom de har större hjärnor. Dessa teorier har avfärdats. Den genomsnittliga mannen har en hjärna som är ungefär tre gånger mindre än en genomsnittlig elefant, men det betyder inte att den genomsnittliga mannen är tre gånger dummare än en elefant. eller gör det?

Det finns en ny våg av kvinnliga neuroforskare som hittar viktiga skillnader mellan kvinnliga och manliga hjärnor i neuronanslutningar, i hjärnans struktur, i hjärnans aktivitet. De upptäcker att hjärnan är som en lapptäcksmosaik — en blandning. Kvinnor har mest kvinnliga plåster och några manliga plåster.

Med alla dessa nya data, vad innebär det att vara kvinna? Det här är något som jag har tänkt på nästan hela mitt liv. När folk får veta att jag är en kvinna som råkar vara transperson, frågar de alltid: "Hur vet du att du är en kvinna?" Som vetenskapsman söker jag efter en biologisk grund för kön. Jag vill förstå vad som gör mig till mig. Nya upptäckter i framkanten av vetenskapen kastar ljus över de biomarkörer som definierar kön. Mina kollegor och jag inom genetik, neurovetenskap, fysiologi och psykologi, vi försöker ta reda på exakt hur kön fungerar. Dessa vitt skilda områden delar en gemensam koppling - epigenetik. Inom epigenetik studerar vi hur DNA-aktivitet faktiskt radikalt och permanent kan förändras, även om sekvensen förblir densamma.

DNA är den långa, strängliknande molekylen som hamnar inuti våra celler. Det finns så mycket DNA att det faktiskt trasslar in i dessa knutliknande saker - vi kallar dem bara knutar. Så yttre faktorer förändrar hur dessa DNA-knutar bildas. Du kan tänka på det så här: inuti våra celler finns det olika enheter som bygger saker, kopplar samman kretsar, gör allt de behöver för att få livet att hända. Here's one that's sort of reading the DNA and making RNA. And then this one is carrying a huge sac of neurotransmitters from one end of the brain cell to the other. Don't they get hazard pay for this kind of work?

This one is an entire molecular factory — some say it's the secret to life. It's call the ribosome. I've been studying this since 2001.

One of the stunning things about our cells is that the components inside them are actually biodegradable. They dissolve, and then they're rebuilt each day, kind of like a traveling carnival where the rides are taken down and then rebuilt every single day. A big difference between our cells and the traveling carnival is that in the carnival, there are skilled craftsmen that rebuild the rides each day. In our cells, there are no such skilled craftsmen, only dumb builder machines that build whatever's written in the plans, no matter what those plans say. Those plans are the DNA. The instructions for every nook and cranny inside our cells.

If everything in, say, our brain cells dissolves almost every day, then how can the brain remember anything past one day? That's where DNA comes in. DNA is one of the those things that does not dissolve. But for DNA to remember that something happened, it has to change somehow. We know the change can't be in the sequence if it changed sequence all the time, then we might be growing like, a new ear or a new eyeball every single day.

So, instead it changes shape, and that's where those DNA knots come in. You can think of them like DNA memory. When something big in our life happens, like a traumatic childhood event, stress hormones flood our brain. The stress hormones don't affect the sequence of DNA, but they do change the shape. They affect that part of DNA with the instructions for molecular machines that reduce stress. That piece of DNA gets wound up into a knot, and now the dumb builder machines can't read the plans they need to build the machines that reduce stress. That's a mouthful, but it's what's happening on the microscale. On the macroscale, you practically lose the ability to deal with stress, and that's bad. And that's how DNA can remember what happens in the past.

This is what I think was happening to me when I first started my gender transition. I knew I was a woman on the inside, and I wore women's clothes on the outside, but everyone saw me as a man in a dress. I felt like no matter how many things I try, no one would ever really see me as a woman. In science, your credibility is everything, and people were snickering in the hallways, giving me stares, looks of disgust — afraid to be near me. I remember my first big talk after transition. It was in Italy. I'd given prestigious talks before, but this one, I was terrified. I looked out into the audience, and the whispers started — the stares, the smirks, the chuckles. To this day, I still have social anxiety around my experience eight years ago. I lost hope. Don't worry, I've had therapy so I'm OK — I'm OK now.


Genomics: Decoding the Universal Language of Life

What is a genome? A genome contains all of the information that a cell needs to develop, function, and reproduce itself, and all the information needed for those cells to come together to form a person, plant, or animal. Genomes contain an organism’s complete set of genes, and also the even tinier genetic structures that help regulate when and how those genes are used.

The ability to regrow a torn ligament, the clues that might predict the onset of mental illness, the nutritional potential of crops, and even the history of life itself, are all encoded in genomes. By taking this course, you will discover how scientists are deciphering the language of genomes to learn how to develop sustainable food and fuel supplies, improve disease treatment and prevention, and protect our environment. Professor Robinson is the main instructor for this course. In addition, each module features several guest instructors. These guest instructors come from diverse fields of study—biology, physics, computer science, and many others—and pursue diverse research goals, yet they share a common interest in genomic approaches and technologies. The guest instructors include: - Elizabeth (Lisa) Ainsworth, Associate Professor of Plant Biology - Mark Band, Director of the Functional Genomics Facility - Alison Bell, Associate Professor of Animal Biology - Jenny Drnevich, Functional Genomics Bioinformatics Specialist with High-Performance Biological Computing - Christopher Fields, Associate Director of High-Performance Biological Computing - Bruce Fouke, Director of the Roy J. Carver Biotechnology Center - Glenn Fried, Director of the Carl R. Woese Institute for Genomic Biology Core Facilities - Nigel Goldenfeld, Professor of Physics - Brendan Harley, Assistant Professor of Chemical and Biomolecular Engineering - Alvaro Hernandez, Director of the High-Throughput Sequencing and Genotyping Facility - Victor Jongeneel, former NCSA Director of Bioinformatics and former Director of High-Performance Biological Computing - Kingsley Boateng, Senior Research Specialist with the Carl R. Woese Institute for Genomic Biology Core Facilities - Stephen Long, Professor of Plant Biology and Crop Sciences - Ruby Mendenhall, Associate Professor of African American Studies - William Metcalf, Professor of Microbiology - Karen Sears, Assistant Professor of Animal Biology - Saurabh Sinha, Associate Professor of Computer Science - Lisa Stubbs, Professor of Cell and Developmental Biology - Rachel Whitaker, Associate Professor of Microbiology - Derek Wildman, Professor of Molecular and Integrative Physiology - Peter Yau, Director of the Protein Sciences Facility


1902 - Sir Archibald Edward Garrod is the first to associate Mendel's theories with a human disease

In 1902, Sir Archibald Edward Garrod became the first person to associate Mendel's theories with a human disease. Garrod had studied medicine at Oxford University before following in his father's footsteps and becoming a physician.

Whilst studying the human disorder alkaptonuria, he collected family history information from his patients. Through discussions with Mendelian advocate William Bateson, he concluded that alkaptonuria was a recessive disorder and, in 1902, he published The Incidence of Alkaptonuria: A Study in Chemical Individuality. This was the first published account of recessive inheritance in humans.

It was also the first time that a genetic disorder had been attributed to "inborn errors of metabolism", which referred to his belief that certain diseases were the result of errors or missing steps in the body's chemical pathways. These discoveries were some of the first milestones in scientists developing an understanding of the molecular basis of inheritance.


Animal Genetics

Does our growing understanding of animal genetics support evolutionary principles or special creation by a caring, intelligent Designer as the Bible proclaims?

DNA Similarities

Do similarities in DNA between organisms suggest a common ancestor or a common Designer? Are chimps and humans actually 98% similar?

DNA Structure

The iconic, complex double-helix structure of DNA displays the masterful design and creativity of the all-wise Creator.

Epigenetik

Our physical makeup is determined by our genes, not our environment—right? The science of epigenetics is forcing scientists to rethink their assumptions.

Mänskligt genom

The exhaustive project of mapping the human genome has provided further evidence of biblical truths as presented in Genesis.

Information Theory

Information only comes from other information. DNA is a complex information system, so it must have come from an information source—the mind of the Creator God!

“Junk” DNA

Using evolutionary assumptions about life’s history, geneticists have branded vast sums of DNA as junk, but research is showing this DNA is far from useless.

Mitokondriellt DNA

Mitochondrial DNA research confirms that all humans alive today share common ancestors just a few thousand years ago as the Bible teaches.

Mutationer

Are mutations—copying errors in DNA—the driving force for biological evolution? Or do they represent the sad reality of a sin-cursed world?

Naturligt urval

Is natural selection, which uses existing information leading to varations in organisms, proof of information-adding, molecules-to-man evolution?


Concept 22 DNA words are three letters long.

The genetic code had to be a "language" &mdash using the DNA alphabet of A, T, C, and G &mdash that produced enough DNA "words" to specify each of the 20 known amino acids. Simple math showed that only 16 words are possible from a two-letter combination, but a three-letter code produces 64 words. Operating on the principle that the simplest solution is often correct, researchers assumed a three-letter code called a codon.

Research teams at University of British Columbia and the National Institutes of Health laboriously synthesized different RNA molecules, each a long strand composed of a single repeated codon. Then, each type of synthetic RNA was added to a cell-free translation system containing ribosomes, transfer RNAs, and amino acids. As predicted, each type of synthetic RNA produced a polypeptide chain composed of repeated units of a single amino acid. Several codons are "stop" signals and many amino acids are specified by several different codons, accounting for all 64 three-letter combinations.


Structural differences

Even though languages are not inborn, a specific genetic predisposition within a group of genetically similar individuals might influence the evolution of particular structural features of a language. Tonal languages, for example, like Chinese, are different from non-tonal languages (like German).

© Chinesin: Getty Images / Guang Niu Cafe: Getty Images / National Geographic / Jodi Cobb

Languages are not inborn. There are approximately 7,000 languages in the world today, and learning any one of them is a lengthy process that takes around a decade. There is no reason why a Chinese child growing up in Germany should learn to speak German any worse than a German child or a child of any other nationality. A specific genetic predisposition, however, might influence the evolution of particular structural features of a language within a group of genetically similar individuals, for example whether the language is tonal or non-tonal.

Chinese is perhaps the most well-known of the tonal languages, in which a single syllable can convey different meanings according to whether it is spoken in a consistent tone or a rising, rising–falling or falling tone. The distribution of tonal and non-tonal languages corresponds closely with the distribution of two alleles, or forms, of the abnormal spindle-like microcephaly-associated (ASPM) and microcephalin genes 9,10 . Of course, alleles by themselves do not directly lead to the evolution and use of tonal languages children with different forms of the genes will still be able to learn tonal languages. A particular genetic predisposition in a population, however, might favour the emergence of languages with particular structural characteristics. It is now possible to study whether there might also be a genetic predisposition to other structural properties, like poverty or richness of inflexion.

Science historians are familiar with the power of new technologies to revolutionize science. We are standing before an advance that will feel particularly close to home. Over the next decade or so, we can expect new genomics technologies to further our understanding of one quintessential aspect of being human: language.

The languages of the world, which form part of and are the main bearers of cultures, are highly diverse. The capacity to develop, learn and use them, however, belongs to our shared genetic heritage. These aspects of language are researched intensively at the Max Planck Institutes for Psycholinguistics, Evolutionary Anthropology, and Human Cognitive and Brain Sciences.


Titta på videon: DNA dan GEN. Biologi Kelas XII (Juli 2022).


Kommentarer:

  1. Bevyn

    Between us, you should try to search google.com

  2. Colbert

    Enligt min mening har han fel. Jag är säker. Vi måste diskutera. Skriv till mig i PM, prata.

  3. Jabbar

    Grattis, din åsikt kommer väl till pass

  4. Treyton

    Det här ämnet bara ojämförligt :), intressant för mig.

  5. Mordrayans

    bra



Skriv ett meddelande