Kwas deoksyrybonukleinowy — lub DNA — to cząsteczka, która służy jako materiał dziedziczny zawierający instrukcje biologiczne, które czynią każdego człowieka i inne organizmy wyjątkowymi. Podczas reprodukcji dorosłe organizmy przekazują swoje DNA i zestaw instrukcji swojemu potomstwu.
Bardzo dobrze / Jessica Olah
Spis treści
Struktura i skład DNA
DNA składa się z nukleotydów, które są w zasadzie chemicznymi blokami konstrukcyjnymi. Nukleotydy łączą się w łańcuchy, tworząc nić DNA i zawierają trzy części: grupę fosforanową, grupę cukrową i jeden z czterech rodzajów zasad chemicznych:
- Adenina (A)
- Guanina (G)
- Cytozyna (C)
- Tymina (T)
Te zasady chemiczne łączą się, aby utworzyć informacje znajdujące się w DNA i przechowują je w kodzie, na podstawie ich sekwencji. Ludzki genom — lub pełny zestaw instrukcji z DNA — zawiera około 3 miliardów zasad i około 20 000 genów na 23 parach chromosomów.
Gdzie znajduje się DNA
DNA znajduje się w niemal każdej komórce ludzkiego ciała. Znajduje się głównie w jądrze (gdzie jest również nazywane „nuklearnym DNA”), chociaż niewielka jego ilość znajduje się również w mitochondriach. Mitochondria są inną częścią ludzkich komórek i odpowiadają za przekształcanie energii z pożywienia w formę, która może zasilać komórki. Łącznie całe jądrowe DNA w organizmie jest znane jako jego „genom”.
Jak działa DNA
Celem DNA jest instruowanie organizmów — w tym ludzi — jak się rozwijać, przetrwać i rozmnażać. Aby to się stało, sekwencje DNA — znane jako „geny” — są przekształcane w białka, które są złożonymi cząsteczkami odpowiedzialnymi za wykonywanie większości pracy w ludzkim ciele. Podczas gdy geny różnią się wielkością — od około 1000 zasad do 1 miliona zasad u ludzi — stanowią one tylko około 1% sekwencji DNA. Pozostałe sekwencje DNA regulują, kiedy, jak i ile białka jest wytwarzane.
Tworzenie białek przy użyciu instrukcji z DNA wymaga dwóch oddzielnych kroków. Pierwszym jest moment, gdy enzymy odczytują informacje dostarczone w cząsteczce DNA, a następnie przepisują je na oddzielną cząsteczkę zwaną kwasem rybonukleinowym informacyjnym, czyli mRNA. Gdy to nastąpi, informacja wysłana przez cząsteczkę mRNA jest tłumaczona na język, który aminokwasy — znane również jako elementy budulcowe białek — mogą zrozumieć. Komórka stosuje te instrukcje, aby połączyć ze sobą prawidłowe aminokwasy, tworząc określony typ białka. Biorąc pod uwagę, że istnieje 20 typów aminokwasów, które można ze sobą zestawiać w wielu możliwych kolejnościach i kombinacjach, daje to DNA możliwość tworzenia szerokiej gamy białek.
Podwójna helisa
Aby zrozumieć, jak działa DNA, ważne jest, aby powrócić do czterech zasad chemicznych wymienionych wcześniej: A, G, C i T. Każda z nich łączy się z inną zasadą, aby utworzyć jednostki zwane „parami zasad”. Następnie każda zasada przyłącza się również do cząsteczki cukru i cząsteczki fosforanu, tworząc nukleotyd. Gdy nukleotydy są ułożone w dwa długie pasma, tworzą coś, co wygląda jak skręcona drabina lub spiralne schody znane jako „podwójna helisa”. Używając przykładu drabiny, pary zasad są szczeblami, podczas gdy cząsteczki cukru i fosforanu tworzą pionowe boki drabiny, utrzymując ją razem.
Kształt podwójnej helisy daje DNA zdolność przekazywania instrukcji biologicznych z dużą dokładnością. Dzieje się tak, ponieważ spiralny kształt jest powodem, dla którego DNA jest w stanie replikować się podczas podziału komórki. Kiedy nadchodzi czas podziału komórki, podwójna helisa rozdziela się na pół, stając się dwoma pojedynczymi niciami. Stamtąd pojedyncze nici pełnią funkcję szablonów do tworzenia nowych cząsteczek DNA podwójnej helisy, które — gdy zasady zostaną połączone i dodane do struktury — okazują się repliką oryginalnej cząsteczki DNA.
Ten film został poddany ocenie medycznej przez dr Anju Goel, MPH
Historia i odkrycie DNA
W 1869 roku szwajcarski lekarz i biochemik Friedrich Miescher odkrył substancję chemiczną w ludzkich leukocytach. Jego badania koncentrowały się na zawartości chemicznej jądra komórkowego i aby lepiej się im przyjrzeć, badał ropę na bandażach chirurgicznych z lokalnego szpitala. Wiadomo było, że ropa zawiera duże ilości leukocytów, więc Miescher oczyścił ich jądra, aby lepiej zrozumieć ich skład. Dzięki temu udało mu się wyizolować nową substancję chemiczną w jądrze, którą nazwał „nukleiną” — ale dziś jest znana jako DNA. Podczas gdy w czasie życia Mieschera i krótko po nim przeprowadzono znaczną liczbę badań nad kwasami nukleinowymi, minęło jeszcze kilka dekad, zanim naukowcy zrozumieli ich znaczenie.
Od lat 30. XX wieku nastąpiło odnowione zainteresowanie DNA, a wkrótce potem dokonano wielu ważnych odkryć, w tym zrozumienia, że DNA odpowiada za przekazywanie cech dziedzicznych. Struktura DNA była również przedmiotem badań w latach 30. XX wieku, w tym badań angielskiego fizyka i biologa molekularnego Williama T. Astbury’ego, który zasugerował, że DNA jest długą i helisową cząsteczką liniową.
Najbardziej znany przełom w DNA nastąpił w 1953 r., kiedy Rosalind Franklin, James Watson, Francis Crick i Maurice Wilkins przeprowadzili badania, które doprowadziły do odkrycia modelu podwójnej helisy DNA. Korzystając ze wzorów dyfrakcji rentgenowskiej i modeli, naukowcy ustalili, że struktura podwójnej helisy DNA umożliwia przenoszenie informacji biologicznych z pokolenia na pokolenie.
W 1962 roku Watson, Crick i Wilkins otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za swoje odkrycie. Chociaż Franklin mogłaby otrzymać nagrodę, zmarła w 1958 roku na raka jajnika w wieku 37 lat, a zasady przyznawania Nagrody Nobla stanowią, że nagroda nie może być dzielona między więcej niż trzy osoby ani przyznawana po śmierci danej osoby.
Słowo od Health Life Guide
Podobnie jak wielu naukowców zajmujących się genetyką na wczesnym etapie jej rozwoju, Watson był znany ze szkodliwych i nieprawdziwych z naukowego punktu widzenia przekonań na temat rasy, pochodzenia etnicznego, płci i tożsamości seksualnej oraz innych czynników demograficznych. Chociaż odkrycia, których dokonał wraz ze swoimi kolegami, były znaczące, ważne jest również, aby docenić aspekty jego pracy, które dziś nie mają znaczenia.