Informacja

11.1: Struktura i funkcja DNA – biologia

11.1: Struktura i funkcja DNA – biologia


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.

Nasza informacja genetyczna jest zakodowana w makrocząsteczce znanej jako kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA). DNA należy do klasy cząsteczek organicznych zwanych kwasy nukleinowe. Nukleotyd składa się z trzech części: fosforan, cukier dezoksyrybozowy, i zasada azotowa.

Istnieją cztery różne nukleotydy, które tworzą cząsteczkę DNA, z których każdy różni się tylko rodzajem zasady azotowej. Obejmują one adenina (A), tymina (T), cytozyna (C) i guanina (G), często wskazywane tylko przez pierwsze litery.

James Watson i Francis Crick odkryli trójwymiarowy kształt DNA na początku lat pięćdziesiątych. Kształt, który opisali jako podwójna helisa, ma kształt skręconej drabiny.

Kod genetyczny

Pomyśl o czterech nukleotydach, z których składa się DNA, jak o literach alfabetu. Do przeliterowania słowa (w tym przypadku aminokwasu) potrzebne są trzy „litery” z naszego alfabetu. Ponieważ tylko około 20 aminokwasów składa się na wszystkie białka, czteroliterowy alfabet jest więcej niż wystarczający do przeliterowania 20 „słów” (patrz obliczenia poniżej). Kod genetyczny jest uniwersalny (prawie) dla wszystkich żywych istot. Oznacza to, że kod tripletowy oznacza ten sam aminokwas w różnych organizmach, od delfinów po rośliny i bakterie!

Sekwencja nukleotydów# Kodowane aminokwasy
jeden41 = 4 (niewystarczająco)
dwa42 =16 (niewystarczająco)
trzy43 =64 (więcej niż trzeba)

Koncepcja genów

Pomyśl o genie jako o segmencie DNA na chromosomie, który koduje serię aminokwasów, które połączone razem tworzą coś, co jest znane jako polipeptyd. Polipeptydy są następnie składane w złożone trójwymiarowe kształty, które stają się funkcjonalnymi białkami.

Centralny dogmat

Wszystkie organizmy wykorzystują ten sam podstawowy mechanizm ekspresji genów.

DNA → RNA → Polipeptyd → Białko

Synteza białek

Synteza białek to proces dwuetapowy.

DNA —(transkrypcja)→ RNA —(translacja)→ Polipeptyd

Transkrypcja Dzieje się tak, gdy informacja z matrycy DNA jest transkrybowana na inną formę kwasu nukleinowego znaną jako kwas rybonukleinowy lub RNA (właściwie informacyjne RNA).

Tłumaczenie Dzieje się tak, gdy informacje z języka kwasu nukleinowego są tłumaczone na język białek.

Część 1: Ćwiczenie DNA na białko

Następująca sekwencja DNA jest częścią genu kontrolującego wgłębienia. Rozszyfruj wiadomość DNA na mRNA, tRNA i wreszcie aminokwasy. Użyj tabeli kodu genetycznego, aby wypełnić poniższą tabelę.

Uwaga: kod genetyczny jest oparty na mRNA (nie DNA lub tRNA). Kiedy to skończysz, będziesz w stanie określić fenotyp osoby, od której pochodzi DNA. (Jeśli arginina jest trzecim aminokwasem, osoba będzie miała wgłębienia.)

DNAkodon mRNAantykodon tRNAAminokwas
C
g
A
g
T
C
g
C
A
T
A
A
  1. Czy osoba z powyższą sekwencją ma dołeczki?
  2. Jakie dwa wielkie zadania wykonuje nasza genetyczna maszyneria?
  3. Jak nazywamy trzynukleotydowe sekwencje mRNA?
  4. Ile zasad DNA potrzeba, aby zakodować kodon RNA?
  5. Ile aminokwasów koduje kodon RNA?
  6. Co sprowadza aminokwasy do rybosomu?
  7. Jaka jest różnica między transkrypcją a tłumaczeniem?
  8. Prawda czy fałsz: większość DNA w ludzkim genomie koduje białka.

Część 2: Ćwiczenie syntezy białek

DNA: 3′ AG C C G T A GAA T T 5′

  1. Używając tej nici DNA jako szablonu, Narysuj obrazek całej cząsteczki DNA. Włączać wszystko części cząsteczki DNA. Nie musisz rysować swojej cząsteczki z atomową dokładnością.
  2. Teraz narysuj pełny obraz nici mRNA, która zostanie wykonana z tego DNA. Etykieta końce 5' i 3' twojej nici mRNA. (Użyj podanej nici DNA na górze tej strony jako szablonu...)
  3. Ostrożnie wskaż kodony obecne w nici mRNA z pytania 2.
  4. Narysować kompletny obraz wszystkich cząsteczek tRNA, które pasują do kodonów z poprzedniego pytania. Włączać wszystko właściwe aminokwasy na Twoim zdjęciu i nie mieszaj ich kolejności!
  5. Narysuj obraz kompletnego białka kodowanego przez tę nić DNA (skróty są w porządku). Pokaż aminokwasy w tej samej kolejności, w jakiej byłyby obserwowane w gotowym białku.

Część 3: Bingo Synteza Białka

Wypełnij pola 16 z 20 aminokwasów. Każdy plac do gry w bingo będzie wyjątkowy. Następnie posłuchaj, jak losowe sekwencje nukleotydów są wyciągane z kapelusza. Posłuchaj uważnie, jaki rodzaj sekwencji się nazywa! Użyj wykresu kodonów mRNA na poprzedniej stronie, aby określić aminokwas związany z każdą sekwencją. (Wersja do druku tutaj.)

alanina—ala—Acysteina-cys-Chistydyna—jego—Hmetionina-met-Mtreonina—thr—T
arginina—arg—Rglutamina—gln—Qizoleucyna—ile—Ifenyloalanina-phe-Ftryptofan—trp—W
asparagina—asn—Nkwas glutaminowy-glu-Eleucyna-leu-Lprolina—pro—Ptyrozyna—tyr—Y
kwas asparaginowy—asp—Dglicyna-gly-Glizyna—lys—Kseryna—ser—Swalina—val—V

Sekwencja o nazwieDNA? mRNA? tRNA?KodonAA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

Część 4: Ekstrakcja kiełków pszenicy

Kiełek pszenicy to kiełkujący zarodek zawarty w jądrze pszenicy (nasiona pszenicy). Pozostała część jądra pszenicy nazywana jest bielmem i jest miejscem przechowywania żywności dla rozwijającego się zarodka. Naszym dzisiejszym zadaniem jest rozbicie komórek w kiełkach pszenicy i usunięcie DNA.

Materiały

  • Surowe, niesmażone kiełki pszenicy (2 g)
  • Naturalny zmiękczacz do mięsa Adolph (niesezonowany)
  • Płynny detergent do mycia naczyń (Palmolive) (3 mL)
  • 1M wodorowęglan sodu — NaHCO3 (5 ml)
  • Lodowaty 95% etanol (20 ml)
  • Woda z kranu
  • Łaźnia wodna (55°C)
  • zlewka 250 ml
  • Termometr
  • Butla miarowa (10mL)
  • Pipeta serologiczna, 10 ml
  • Szklany pręt do mieszania
  • Szklany haczyk DNA
  • Kąpiel lodowa

Procedura

  1. Odmierz 45 ml wody z kranu do zlewki za pomocą cylindra miarowego i umieść ją w ciepłej łaźni wodnej (55°C). Pozwól mu się rozgrzać przez kilka minut. Robić nie temperatura kąpieli może przekroczyć 60°C!
  2. Do zlewki wsyp 2g kiełków pszenicy i delikatnie wmieszaj 3 ml detergentu. Inkubuj tę mieszaninę w ciepłej łaźni wodnej przez 5 minut.
    1. Detergenty rozpuszczają lipidy i białka, które tworzą błony komórkowe znajdujące się w kiełkach pszenicy, rozrywając wiązania chemiczne, które utrzymują błonę razem. To uwalnia zawartość komórki, w tym DNA przechowywane w jądrze, do roztworu.
    2. Kąpiel w ciepłej wodzie powoduje denaturację enzymów, które w przeciwnym razie mogłyby uszkodzić DNA, a także pomaga w bardziej efektywnym działaniu detergentu. Jeśli twoja kąpiel wodna jest zbyt gorąca, twoje DNA zostanie uszkodzone.
  3. Po 5 minutach delikatnie wmieszaj 2 g zmiękczacza do mięsa i 5 ml 1M roztworu wodorowęglanu sodu. Inkubuj tę mieszaninę w 55°C przez dodatkowe 15-20 minut.
    1. Ostatecznie, nawet w temperaturze 55°C, DNA ulegnie uszkodzeniu, więc ten dodatkowy okres inkubacji nie może przekroczyć 15-20 minut.
    2. Wodorowęglan sodu działa jak bufor, który utrzymuje prawie neutralne pH w roztworze. Zapewnia to stabilność DNA, a także umożliwia najskuteczniejsze działanie enzymu znajdującego się w zmiękczaczu mięsa.
    3. Zmiękczacz mięsa zawiera enzym proteolityczny, który rozkłada białka znajdujące się w błonie jądrowej, ostatecznie uwalniając DNA do roztworu.
  4. Przenieś zlewkę zawierającą mieszaninę kiełków pszenicy do łaźni lodowej na kilka minut, aby szybko schłodzić ją do temperatury pokojowej. W tym czasie delikatnie mieszaj.
    1. Łaźnia lodowa chłodzi mieszaninę, aby ciepło nie uszkodziło DNA!
  5. Używając pipety serologicznej, ostrożnie nałóż 10 ml lodowatego alkoholu na roztwór kiełków pszenicy w zlewce. Pozwól, aby alkohol wypłynął z pipety, trzymając końcówkę pipety przy wewnętrznej powierzchni zlewki, tuż nad poziomem cieczy. Jeśli DNA się nie pojawi, powtórz ten krok.
    1. Kiedy rozpuszczony DNA wchodzi w kontakt z bardzo zimnym alkoholem, alkohol skutecznie odwadnia DNA i wytrąca się z roztworu. Dzieje się tak, ponieważ DNA jest nierozpuszczalne w alkoholu (a dotyczy to szczególnie zimnego alkoholu z lodem).
    2. Jeśli zostanie to przeprowadzone dokładnie, na granicy między alkoholem a oryginalnym roztworem utworzą się długie nici DNA. Można je fizycznie spoolować za pomocą szklanego haka DNA.
  6. Używając haka DNA, spróbuj nawinąć DNA powolnym, krętym ruchem.

Pokaż swoje DNA instruktorowi, aby uzyskać uznanie!


Metoda Roku 2013

Metody sekwencjonowania DNA i RNA pojedynczych komórek mogą przekształcić wiele dziedzin biologii i medycyny.

Kiedyś uważane za wyzwanie techniczne zarezerwowane dla kilku wyspecjalizowanych laboratoriów, sekwencjonowanie jednokomórkowego transkryptomu i genomu staje się solidne i szeroko dostępne. Ekscytujące spostrzeżenia z ostatnich badań ujawniają potencjał zrozumienia biologii przy jednolitym rozwiązaniu życia, a ubiegły rok był punktem zwrotnym w powszechnym przyjmowaniu tych metod w celu odpowiedzi na różne pytania badawcze. Z tych powodów sekwencjonowanie jednokomórkowe jest naszą metodą wyboru roku 2013.

Każda komórka jest wyjątkowa — zajmuje wyłączne miejsce w przestrzeni, zawiera wyraźne błędy w kopiowanym genomie i podlega zaprogramowanym i indukowanym zmianom w ekspresji genów. Jednak większość sekwencjonowania DNA i RNA przeprowadza się na próbkach tkanek lub populacjach komórek, w których biologiczne różnice między komórkami mogą zostać zaciemnione przez uśrednienie lub pomylone z szumem technicznym.

Metody jednokomórkowe oferują sposób na przeanalizowanie tej niejednorodności. Sekwencjonowanie jednokomórkowego DNA może ujawnić mutacje i zmiany strukturalne w genomach komórek nowotworowych, które mają zwykle wysoki wskaźnik mutacji. Informacje te można wykorzystać do opisania struktury klonalnej oraz śledzenia ewolucji i rozprzestrzeniania się choroby. Podejścia te ujawniają również zaskakujący poziom mozaikowatości w tkankach somatycznych, takich jak mózg, którego funkcjonalne konsekwencje będą musiały zostać wyjaśnione w nadchodzących latach.

Różnice między komórkami mogą być jeszcze większe na poziomie RNA, nawet w pozornie jednolitych populacjach, takich jak komórki odpornościowe, które zostały oczyszczone na podstawie markerów powierzchniowych komórek. Profilowanie transkryptomu pojedynczej komórki może zidentyfikować biologicznie istotne różnice w komórkach, nawet jeśli komórki mogą nie być rozróżnialne za pomocą genów markerowych lub morfologii komórki, i może być stosowane do grupowania komórek w sposób bezstronny.

Kolejną zaletą sekwencjonowania pojedynczych komórek jest to, że sprawia, że ​​rzadkie komórki są bardziej dostępne do analizy, pod warunkiem, że dostępne są metody izolacji lub wzbogacania tych komórek z ich heterogenicznych środowisk. Komórki pobrane z bardzo specyficznych kontekstów czasoprzestrzennych, w tym drobnoustroje pobrane ze środowiska, mogą być oceniane w skali genomu. W klinice sekwencjonowanie jednokomórkowe może pomóc w badaniach przesiewowych przed implantacją in vitro– możliwa staje się diagnostyka zapłodnionych embrionów i nowotworów w oparciu o rzadkie krążące komórki nowotworowe, które mogą zasiać nowotwór w odległych miejscach ciała.

Głównym wyzwaniem związanym ze skalowaniem w dół do poziomu komórkowego jest przechwycenie tak niewielkiej ilości szablonu i wzmocnienie go w celu wygenerowania wystarczającej ilości materiału do wysokoprzepustowego sekwencjonowania. Utrzymanie wierności i unikanie błędów systematycznych podczas intensywnej amplifikacji nie jest trywialne, ale ma to kluczowe znaczenie dla zapewnienia odpowiedniego pokrycia sekwencji, dokładnej kwantyfikacji i wykrywania zmienności sekwencji.

Niedawne ulepszenia protokołów i oferty komercyjne pomagają ułatwić przyjęcie podejść do sekwencjonowania jednokomórkowego. Technologie mikroprzepływowe i mikrodołkowe również poprawiają odtwarzalność i skalę. Przedstawiamy kilka podstawowych przepływów pracy i rozważań w Primer (s. 18). W artykule informacyjnym (s. 13) Kelly Rae Chi podkreśla, że ​​metody sekwencjonowania pojedynczych komórek są już skutecznie stosowane w obszarach rozwoju biologicznego, raka i neurobiologii.

Sekwencjonowanie genomu pojedynczej komórki zmniejsza złożoność sekwencji mieszanin komórkowych. W komentarzu (s. 19) Paul Blainey i Stephen Quake omawiają, w jaki sposób można to wykorzystać do określenia częstotliwości rekombinacji w komórkach przechodzących mejozę, do oddzielenia wkładu genomowego matki i ojca lub haplotypów oraz do umożliwienia złożenia genomów drobnoustrojów pobierane bezpośrednio ze złożonych mieszanin w środowisku.

W innym komentarzu Rickard Sandberg twierdzi, że wkraczamy w erę sekwencjonowania transkryptomu pojedynczych komórek, które pogłębi nasze zrozumienie regulacji genów i komórkowych stanów transkrypcyjnych, poprawi naszą zdolność do identyfikowania różnic między zdrowymi i chorymi tkankami oraz profiluje rzadkie komórki rakowe ( s. 22).

Skupiając się na sekwencjonowaniu genomu i transkryptomu, nie mamy zamiaru lekceważyć znaczenia alternatywnych metod jednokomórkowych. Inne metody, takie jak na miejscu hybrydyzacja może skutecznie badać sekwencje w pojedynczych komórkach, oprócz dostarczania fizycznego adresu transkryptów lub DNA w nienaruszonej tkance. Profilowanie epigenomiczne pojedynczych komórek dostarczy ważnych informacji na temat regulacji genów. Poza sekwencjonowaniem, podejścia takie jak cytometria masowa i spektrometria mas pomogą scharakteryzować ekspresję białek w pojedynczych komórkach na dużą skalę. Komentarz końcowy Jamesa Eberwine'a i współpracowników (s. 25) omawia kierunki, jakie takie komplementarne technologie będą musiały obrać, aby zrozumieć pojedyncze komórki na poziomie funkcji.

Przedstawiamy również nasze Methods to Watch (s. 28), wybór metod lub obszarów rozwoju metodologii, które naszym zdaniem mają szczególnie interesujący potencjał w nadchodzących latach.

Mamy nadzieję, że spodoba Ci się nasza specjalna funkcja. Szczęśliwy rok 2014 dla wszystkich naszych czytelników!


Charakterystyka fizyczna

Kształt jądra różni się w zależności od komórki, ale często jest przedstawiany jako kulisty. Aby lepiej zrozumieć rolę jądra, przeczytaj o strukturze i funkcji każdej z jego części.

Koperta jądrowa i pory jądrowe

Jądro komórkowe jest połączone podwójną błoną zwaną koperta jądrowa. Ta błona oddziela zawartość jądra od cytoplazmy, żelopodobnej substancji zawierającej wszystkie inne organelle. Otoczka jądrowa składa się z fosfolipidów, które tworzą podwójną warstwę lipidową, podobną do błony komórkowej. Ta dwuwarstwa lipidowa ma pory jądrowe które umożliwiają substancjom wchodzenie i wychodzenie z jądra lub przenoszenie z cytoplazmy do nukleoplazmy.

Otoczka jądrowa pomaga zachować kształt jądra. Jest podłączony do retikulum endoplazmatyczne (ER) w taki sposób, że komora wewnętrzna otoczki jądrowej jest ciągła ze światłem lub wewnątrz ER. Pozwala to również na przenoszenie materiałów.

Chromatyna

W jądrze znajdują się chromosomy zawierające DNA. DNA zawiera informacje o dziedziczności i instrukcje dotyczące wzrostu, rozwoju i reprodukcji komórek. Kiedy komórka „odpoczywa” lub nie dzieli się, jej chromosomy są zorganizowane w długie splątane struktury zwane chromatyną.

Nukleoplazma

Nukleoplazma jest galaretowatą substancją w otoczce jądrowej. Nazywany również karioplazmą, ten półwodny materiał jest podobny do cytoplazmy, ponieważ składa się głównie z wody z zawieszonymi w niej rozpuszczonymi solami, enzymami i cząsteczkami organicznymi. Jąderko i chromosomy są otoczone nukleoplazmą, która amortyzuje i chroni zawartość jądra.

Podobnie jak otoczka jądrowa, nukleoplazma wspiera jądro, aby zachować swój kształt. Zapewnia również pożywkę, dzięki której materiały, takie jak enzymy i nukleotydy (podjednostki DNA i RNA), mogą być transportowane przez jądro do różnych jego części.

Jądro

W jądrze zawarta jest gęsta, pozbawiona błony struktura składająca się z RNA i białek zwanych jąderko. Jąderko zawiera organizatorów jąderkowych, części chromosomów niosących geny do syntezy rybosomów. Jąderko pomaga w syntezie rybosomów poprzez transkrypcję i składanie podjednostek rybosomalnego RNA. Te podjednostki łączą się ze sobą, tworząc rybosomy podczas syntezy białek.


Abstrakcyjny

Język otwarty biologii syntetycznej (SBOL) to standard umożliwiający zespołową inżynierię systemów biologicznych w różnych instytucjach i narzędziach. SBOL jest rozwijany poprzez staranne rozważenie najnowszych trendów w biologii syntetycznej, rzeczywistych przypadków użycia i konsensusu między wiodącymi badaczami w tej dziedzinie i członkami komercyjnych przedsiębiorstw biotechnologicznych. Pokazujemy i omawiamy, w jaki sposób zestaw narzędzi programowych obsługujących SBOL może tworzyć zintegrowany, międzyorganizacyjny przepływ pracy, aby podsumować projekt jednego z największych opublikowanych do tej pory obwodów genetycznych, 4-wejściowego czujnika AND. Projekt ten obejmuje elementy strukturalne systemu, takie jak DNA, RNA, małe cząsteczki i białka, a także interakcje między tymi elementami, które determinują zachowanie/funkcję systemu. Zademonstrowany przepływ pracy i powstały projekt obwodu ilustrują użyteczność SBOL 2.0 w automatyzacji wymiany specyfikacji strukturalnych i funkcjonalnych dla części genetycznych, urządzeń i systemów biologicznych, w których działają.


Jak działa DNA?

Geny kodują białka, które pełnią różne funkcje dla ludzi (i innych żywych istot). Na przykład ludzki gen HBA1 zawiera instrukcje dotyczące budowy białka alfa globiny, które jest składnikiem hemoglobiny, białka przenoszącego tlen w krwinkach czerwonych, zgodnie z NLM. Weźmy inny przykład, gen OR6A2 koduje receptor węchowy, białko wykrywające zapachy w nosie, naukowcy poinformowali w 2021 roku w czasopismo Gene. W zależności od posiadanej wersji OR6A2 możesz pokochać kolendrę lub pomyśleć, że smakuje jak mydło, wynika z badań opublikowanych w 2012 roku w czasopiśmie Smak.


Uwagi

Rewizja 2020

W Notatkach dla Nauczyciela wyjaśniłem Sekwencję Instrukcji. Rozszerzyłem PowerPoint o dodatkowe dane i linki do filmów. Ulotka dla ucznia również została poprawiona.

Wersja 2019

Aby zwiększyć przyjazność tej czynności edukacyjnej dla nauczyciela, dodałem Ulotkę dla ucznia, która towarzyszy sekwencji czynności edukacyjnych przedstawionych w Notatkach dla nauczyciela. Ponadto włączyłem ulepszone zasoby do sekwencji działań edukacyjnych.

Potrzebne filmy z napisami

Musiałem znaleźć alternatywne filmy i wykonać pokrewną edycję, ponieważ filmy muszą mieć napisy kodowane dla naszych uczniów niedosłyszących. Napisy generowane automatycznie zwykle nie mają sensu.

Z powodu kilku dni opuszczonych w tym semestrze z powodu złej pogody, nasza szkoła ma prawie dwa tygodnie opóźnienia w programie nauczania. Te lekcje dały mi łatwy i skuteczny sposób nauczania genetyki, syntezy DNA i białek za jednym razem, a na niewielkiej liczbie pozostałych zajęć muszę omówić te koncepcje. Znacznie obniżyłeś poziom stresu tego nauczyciela.

Wersja 2017

W tej wersji wyjaśniono niektóre wyjaśnienia i zaktualizowano linki do sugerowanych zasobów.

Film jest niedostępny?

Film opisany w tym kroku:
Przedstaw lub wzmocnij podstawowe zrozumienie struktury białka, korzystając z 2-minutowego filmu dostępnego na stronie https://www.youtube.com/watch?v=FKwSIu_XxnY .
Jest wymieniony jako „prywatny” i jest niedostępny. Czy masz sugerowane zamienniki?

Dziękuję bardzo za twoją pracę na tej stronie!
Mikrofon

Zastąp filmy

Dziękuję za zwrócenie mojej uwagi na ten uszkodzony link. Oto trzy sugerowane substytuty.

Przedstaw lub wzmocnij podstawowe zrozumienie struktury białka, korzystając z 1-minutowego filmu (https://www.youtube.com/watch?v=lijQ3a8yUYQ), 12-minutowego filmu (https://www.youtube.com/watch ?v=KH-LQSr7rHs), czyli 10-minutowy film z naciskiem na strukturę drugorzędową (https://www.youtube.com/watch?v=MODnIkQvyz0.)

Opublikuję poprawioną wersję tych notatek dla nauczycieli z nowymi sugerowanymi filmami.

Zrozumienie funkcji białek i DNA

Dziękuję bardzo za te cenne i dobrze zorganizowane dane. Jak również za pomocną stronę internetową z tak wieloma wspaniałymi informacjami i wspaniałymi pomysłami

Wersja 2015

Ta wersja zawiera dodatkowe sugestie do dyskusji i zasoby, które pomogą uczniom rozwinąć silną podstawową wiedzę na temat funkcji białek i DNA.


Struktura DNA

Interaktywny animowany samouczek nieliniowy autorstwa Erica Martza
Przystosowany do używania Jmol zamiast Chime, Angel Herráez
Część strony internetowej Biomodel autorstwa Angel Herráez, Univ. de Alcalá (Hiszpania)

Ta wersja działa w dowolnej przeglądarce zgodnej z Javą. Maszyna wirtualna Java musi być zainstalowane (JVM, dołączona do niektórych systemów operacyjnych lub dostępna w witrynie Java firmy Sun).
Więcej samouczków na temat DNA i białek w języku angielskim, hiszpańskim itp. znajduje się na stronie molvisindex.org.

Jeśli wolisz używać Chime do modeli molekularnych, korzystająca z niego strona jest nadal dostępna, z równoważną zawartością i funkcjonalnością.

Ten samouczek ma na celu: komplement Książki Biology czy Biochemistry and Molecular Biology, więc samo w sobie nie jest kompletnym wprowadzeniem do struktury DNA. Proszę sprawdzić oryginalne źródło dla nowszych wersji. Możesz także przeczytać historię wersji.

    Zanim przejdziesz dalej, sprawdź, czy Twoja przeglądarka ma zainstalowaną Javę i może korzystać z oprogramowania Jmol:

Możesz poprosić o kopię tego samouczka do użytku off-line, gdy masz własną kopię na dysku twardym komputera, możesz z niej korzystać bez połączenia z Internetem (i będzie działać szybciej).

Czy wiesz, że na MolviZ.Org jest więcej samouczków?
Opinie/prośby do lub .

Korzystanie z tej pracy podlega warunkom określonym w licencji Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5 (szczegóły)

Ten samouczek DNA jest używany w programie nauczania nauk biomedycznych opracowanym przez Project Lead The Way, Inc., korporację non-profit, która zapewnia bezpłatny program nauczania dla szkół średnich i gimnazjów znajdujących się w Stanach Zjednoczonych.

Ten samouczek DNA (wersja angielska i hiszpańska) został dołączony do BioMolecular Explorer 3D, wersja 2, strony internetowej + CD-ROM zaprojektowanej, aby dać nauczycielom biologii w szkołach średnich łatwy dostęp do interaktywnych struktur 3D biologicznie istotnych cząsteczek.

Ten samouczek DNA (wersja angielska i hiszpańska) został dołączony do startowego DVD na żywo &ndash Xplora Knoppix, autorstwa Xplora - The European Science Education Gateway.


Struktura i funkcja neuronu

Mózg zawiera wiele miliardów neuronów, które współpracują ze sobą, wytwarzając wrażenia, myśli, uczenie się, ruch, emocje i wiele innych procesów. Koordynacja tych czynności wymaga szybkiej i rozległej komunikacji między poszczególnymi neuronami i tkankami (np. mięśniami). Aby to osiągnąć, neurony wykorzystują sygnały elektryczne do przesyłania informacji w obrębie pojedynczej komórki oraz sygnałów chemicznych między komórkami. Te unikalne funkcje zmusiły neuron do przyjęcia struktury komórkowej niepodobnej do innych komórek.

Neurony składają się z ciała komórki (lub somy), dendrytów i aksonu, który kończy się na terminalu. Ciało komórki zawiera jądro i maszynerię niezbędną do syntezy białek. Ciało komórki jest również obszarem neuronu, w którym generowany jest impuls elektryczny. Z ciała komórki wystają krótkie, rozgałęzione dendryty, które odbierają sygnały chemiczne od innych neuronów lub bodźce inicjujące sygnał elektryczny. Ten impuls elektryczny (lub potencjał czynnościowy) rozchodzi się z ciała komórki wzdłuż aksonu w kierunku jego końcówki. Akson jest wydłużonym włóknem, które przekazuje impuls poprzez zmianę przepływu jonów sodu i potasu przez błonę neuronalną. Wiele aksonów jest otoczonych osłonką mielinową złożoną z lipidów i białek. Podobnie jak izolacja powlekająca przewód elektryczny, ta warstwa tłuszczu znacznie zwiększa prędkość impulsów elektrycznych w aksonie.

Chociaż zakończenie nerwowe jednego neuronu znajduje się w pobliżu dendrytów sąsiedniej komórki, komórki są w rzeczywistości oddzielone niewielką przestrzenią, to połączenie między dwiema komórkami nazywa się synapsą. Synapsa reprezentuje prawdziwą lukę między komórkami, nie ma podziału cytoplazmy ani struktur komórkowych między komórkami presynaptycznymi i postsynaptycznymi. Komunikacja między neuronami to proces chemiczny, który wykorzystuje neuroprzekaźniki w procesie zwanym transmisją synaptyczną.

Neuron składa się z ciała komórki, dendrytów i aksonu. Informacja przepływa z dendrytów do ciała komórki, a następnie w dół aksonu do jego końcówki.

Neuroprzekaźnictwo

Kiedy impuls elektryczny przemieszcza się w dół aksonu do zakończeń nerwowych, uruchamia ruch pęcherzyków w zakończeniu, aby uwolnić ich zawartość, chemikalia znane jako neuroprzekaźniki. Po uwolnieniu neuroprzekaźniki dyfundują w przestrzeni synaptycznej i wiążą się z receptorami na dendrytach komórek postsynaptycznych. Wiązanie neuroprzekaźnika z jego receptorem jest specyficzne. Tak jak klucz pasuje tylko do pewnego zamka, neuroprzekaźnik wiąże się tylko z określonym typem receptora.

W mózgu istnieje wiele rodzajów neuroprzekaźników, z których każdy pełni inną funkcję. Interakcja między receptorem a neuroprzekaźnikiem powoduje zmiany chemiczne i/lub elektryczne w komórce postsynaptycznej w zależności od dokładnego wiązania neuroprzekaźnika. Neuroprzekaźniki pobudzające promują propagację sygnału elektrycznego w komórce odbiorczej, podczas gdy neuroprzekaźniki hamujące tłumią transmisję sygnału elektrycznego. Jeśli neuroprzekaźnik wyzwala potencjał czynnościowy w neuronie postsynaptycznym, proces komunikacji trwa. Zaledwie ułamek sekundy po związaniu się z ich receptorami neuroprzekaźniki mogą zostać rozłożone przez enzymy lub zawrócone z powrotem do komórki presynaptycznej.


Zdjęcie autorstwa Madprime za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Bliższe spojrzenie na strukturę chemiczną DNA pokazuje cztery główne elementy budulcowe. Nazywamy te zasady azotowe: Adenina (A), Tymina (T), Guanina (G) i Cytozyna (C). DNA zawiera również cukry i grupy fosforanowe (zbudowane z fosforu i tlenu). Tworzą one szkielet fosforanowo-deoksyrybozowy.

Jeśli myślisz o strukturze DNA jak o drabinie, szczeble drabiny (w której kładziesz ręce) są zbudowane z zasad azotowych. Te podstawy łączą się w pary, aby wykonać każdy stopień drabiny. One również łączą się w pary tylko w określony sposób. (A) zawsze w parze z (T) i (G) zawsze w parze z (C). Jest to bardzo ważne, gdy nadszedł czas na skopiowanie całości lub części DNA.


Struktura i funkcja

Studenci powinni umieć wyjaśnić i zastosować podstawowe pojęcia dotyczące budowy i funkcji makrocząsteczek, w tym naturę makrocząsteczek biologicznych, ich oddziaływanie z wodą, związek między strukturą a funkcją oraz często spotykane mechanizmy regulacji ich funkcji.

Poniższe cele nauczania są podzielone na kategorie wprowadzające A , średnie B i wyższe C .

1. Makrocząsteczki biologiczne są duże i złożone

Makrocząsteczki składają się z podstawowych jednostek molekularnych. Należą do nich białka (polimery aminokwasów), kwasy nukleinowe (polimery nukleotydów), węglowodany (polimery cukrów) i lipidy (o różnych składnikach modułowych). Biosynteza i degradacja makrocząsteczek biologicznych obejmuje polimeryzację liniową, etapy rozpadu (białka, kwasy nukleinowe i lipidy), a także może obejmować rozgałęzienie/odgałęzienie (węglowodany). Procesy te mogą obejmować kompleksy wielobiałkowe (np. rybosom, proteasom) o złożonej regulacji.

Powiązane cele nauki

  • Studenci powinni umieć omówić różnorodność i złożoność różnych biologicznie istotnych makrocząsteczek i zespołów makromolekularnych pod kątem przystosowania ewolucyjnego. A
  • Studenci powinni umieć opisać podstawowe jednostki makrocząsteczek oraz rodzaje powiązań między nimi. A
  • Studenci powinni umieć porównywać i kontrastować procesy zachodzące w biosyntezie głównych typów makrocząsteczek (białek, kwasów nukleinowych i węglowodanów). b
  • Studenci powinni umieć porównywać i kontrastować procesy zachodzące w degradacji głównych typów makrocząsteczek (białek, kwasów nukleinowych i węglowodanów).
  • Studenci powinni rozumieć, że białka składają się z domen i być w stanie omówić, w jaki sposób rodziny białek powstają z duplikacji pierwotnego genu. C

2. Strukturę określa kilka czynników

Wiązania kowalencyjne i niekowalencyjne rządzą trójwymiarowymi strukturami białek i kwasów nukleinowych, które wpływają na funkcję. Sekwencje aminokwasowe obserwowane w naturze są wysoce wyselekcjonowane pod kątem funkcji biologicznej, ale niekoniecznie przyjmują unikalną pofałdowaną strukturę. Strukturą (a tym samym funkcją) makrocząsteczek rządzą podstawowe zasady chemii, takie jak: wiązania kowalencyjne i polaryzacja, rotacje i wibracje wiązań, oddziaływania niekowalencyjne, efekt hydrofobowy i dynamiczne aspekty struktury molekularnej. Sekwencję (a tym samym strukturę i funkcję) białek i kwasów nukleinowych można zmienić przez alternatywne splicing, mutację lub modyfikację chemiczną. Sekwencje (a tym samym struktura i funkcja) makrocząsteczek mogą ewoluować, tworząc zmienione lub nowe aktywności biologiczne.

Powiązane cele nauki

  • Studenci powinni umieć rozpoznawać powtarzające się jednostki w makrocząsteczkach biologicznych i być w stanie omówić strukturalne wpływy zachodzących oddziaływań kowalencyjnych i niekowalencyjnych. A
  • Studenci powinni umieć omówić skład, zmiany ewolucyjne, a co za tym idzie zróżnicowanie strukturalne różnych typów makrocząsteczek biologicznych występujących w organizmach. A
  • Studenci powinni umieć omówić chemiczne i fizyczne związki między składem a strukturą makrocząsteczek. A
  • Studenci powinni umieć porównywać i kontrastować pierwszorzędowe, drugorzędowe, trzeciorzędowe i czwartorzędowe struktury białek i kwasów nukleinowych. b
  • Studenci powinni umieć wykorzystywać różne podejścia bioinformatyczne do analizy makromolekularnej sekwencji pierwszorzędowej i struktury. b
  • Studenci powinni umieć porównać i skontrastować wpływ modyfikacji chemicznej określonych aminokwasów na trójwymiarową strukturę białka. b
  • Uczniowie powinni umieć porównywać i kontrastować sposoby, w jakie konkretna makrocząsteczka może przejmować nowe funkcje poprzez zmiany ewolucyjne. b
  • Studenci powinni umieć korzystać z różnych podejść bioinformatycznych i obliczeniowych do porównywania sekwencji pierwotnych i identyfikowania wpływu zmian konserwatorskich i/lub ewolucyjnych na strukturę i funkcję makrocząsteczek. C
  • Studenci powinni być w stanie przewidzieć wpływ mutacji na aktywność, strukturę lub stabilność białka i zaprojektować odpowiednie eksperymenty w celu oceny skutków mutacji. C
  • Studenci powinni być w stanie zaproponować odpowiednie podejścia do biologii chemicznej lub chemicznej w celu zbadania lokalizacji i interakcji makrocząsteczek biologicznych. C
  • Studenci powinni być w stanie omówić, w jaki sposób mutacje zduplikowanego genu generują różnorodność funkcjonalną. C
  • Studenci powinni umieć ocenić wkład chemiczny i energetyczny do odpowiednich poziomów struktury makrocząsteczki oraz przewidzieć wpływ określonych zmian struktury na właściwości dynamiczne cząsteczki. C

3. Struktura i funkcja są ze sobą powiązane

Makrocząsteczki oddziałują z innymi cząsteczkami przy użyciu różnorodnych oddziaływań niekowalencyjnych. Specyficzność i powinowactwo tych interakcji mają kluczowe znaczenie dla funkcji biologicznej. Niektóre makrocząsteczki katalizują reakcje chemiczne lub ułatwiają procesy fizyczne (np. transport molekularny), umożliwiając im zachodzenie w warunkach otoczenia. Procesy te można ilościowo opisać prawami szybkości i zasadami termodynamiki (np. teoria zderzeń, teoria stanów przejściowych, prawa szybkości i równowagi, wpływ temperatury i struktury oraz reaktywność chemiczna, prawo Coulomba&rsquos, prawa ruchu Newtona&rsquos, energia i stabilność, tarcie dyfuzja, termodynamika oraz pojęcie losowości i prawdopodobieństwa).

Powiązane cele edukacyjne

  • Studenci powinni umieć posługiwać się rozumowaniem mechanistycznym, aby wyjaśnić, w jaki sposób enzym lub rybozym katalizuje określoną reakcję. A
  • Studenci powinni umieć omówić podstawy różnych typów mechanizmów enzymatycznych. A
  • Studenci powinni umieć obliczyć wskaźniki enzymatyczne i porównać te wskaźniki oraz powiązać je z homeostazą komórkową lub organizmem. b
  • Studenci powinni umieć omówić różne metody, które można wykorzystać do określenia powinowactwa i stechiometrii kompleksu ligand-makrocząsteczka oraz powiązać wyniki zarówno z danymi termodynamicznymi, jak i kinetycznymi. b
  • Studenci powinni być w stanie krytycznie ocenić wkład w specyficzność w kompleksie ligand-makrocząsteczka i zaprojektować eksperymenty zarówno w celu oceny wkładu w specyficzność, jak i przetestowania hipotez dotyczących specyficzności liganda w kompleksie. C
  • Studenci powinni być w stanie przewidzieć biologiczne i chemiczne skutki mutacji lub zmiany strukturalnej ligandu na powinowactwo wiązania i zaprojektować odpowiednie eksperymenty, aby przetestować swoje przewidywania. C

4. Oddziaływania makromolekularne

Interakcje między makrocząsteczkami i innymi cząsteczkami opierają się na tych samych słabych, niekowalencyjnych oddziaływaniach, które odgrywają główną rolę w stabilizowaniu trójwymiarowych struktur samych makrocząsteczek. Widoczny jest efekt hydrofobowy, oddziaływania jonowe i wiązania wodorowe. Strukturalna organizacja oddziałujących grup chemicznych w miejscu wiązania lub miejscu aktywnym nadaje tym interakcjom wysoki stopień specyficzności. Specyficzność i powinowactwo tych interakcji mają kluczowe znaczenie dla funkcji biologicznej.

Powiązane cele nauki

  • Studenci powinni być w stanie omówić wpływ zmian swoistości lub powinowactwa na funkcję biologiczną i wszelkie potencjalne skutki ewolucyjne. A
  • Studenci powinni umieć omówić różne metody, które można zastosować do określenia powinowactwa i stechiometrii dla kompleksu ligand-makrocząsteczka oraz powiązać wyniki z danymi termodynamicznymi i kinetycznymi. b
  • Studenci powinni umieć omówić interakcje między różnymi cząsteczkami biologicznymi (w tym białkami, kwasami nukleinowymi, lipidami, węglowodanami i małymi substancjami organicznymi itp.) oraz opisać, w jaki sposób te interakcje wpływają na specyficzność lub powinowactwo prowadzące do zmian funkcji biologicznej. b
  • Studenci powinni być w stanie przewidzieć wpływ mutacji lub zmiany strukturalnej ligandu na powinowactwo wiązania i zaprojektować odpowiednie eksperymenty, aby przetestować swoje przewidywania. C
  • Studenci powinni umieć omówić związek między temperaturą wymaganą do denaturacji (Tm) a strukturą makrocząsteczkową. C

5. Struktura makromolekularna jest dynamiczna

Struktura makromolekularna jest dynamiczna w szerokim zakresie skal czasowych, a dynamiczne zmiany strukturalne, duże i małe, są często krytyczne dla funkcji biologicznej. Niewielkie zmiany mogą mieć postać zlokalizowanych wibracji molekularnych, które mogą ułatwić dostęp małych cząsteczek do wewnętrznych części makrocząsteczki. Duże zmiany konformacyjne mogą przybierać postać ruchów różnych domen makromolekularnych względem siebie w celu ułatwienia katalizy lub innych form pracy. Proteins can contain intrinsically unstructured domains. The lack of structure in solution may facilitate a function in which interactions must occur promiscuously with several other molecules. The dynamic structure of macromolecules enables rapid changes that impact the homeostasis of biochemical and molecular biological processes.

Associated learning goals

  • Students should be able discuss the time scales of various conformational effects in biological macromolecules A and design appropriate experiments to investigate ligand induced changes in conformation and dynamics. C
  • Students should be able to discuss the structural basis for the dynamic properties of macromolecules and predict the effects of changes in dynamic properties A that might result from alteration of primary sequence. C
  • Students should be able to predict whether a sequence is ordered or disordered C and discuss potential roles for disordered regions of proteins. b
  • Students should be able to critically discuss the evidence for and against the roles of dynamics in macromolecular function. C

6. The biological activity of macromolecules is often regulated

The biological activity of macromolecules is often regulated in one or more of a variety of hierarchical ways (e.g. inhibitors, activators, modifiers, synthesis, degradation and compartmentalization).

Associated learning goals

  • Students should be able to compare and contrast various mechanisms for regulating the function of a macromolecule or an enzymatic reaction or pathway. A
  • Students should be able to discuss the advantages and disadvantages of regulating a reaction allosterically. b
  • Students should be able to discuss examples of allosteric regulation, covalent regulation and gene level alterations of macromolecular structure-function. b
  • Students should be to use experimental data to assess the type of regulation in response to either homotropic or heterotropic ligands on a macromolecule. C
  • Students should be able to design a model to explain the regulation of macromolecule structure-function. C
  • Students should be able to describe how evolution has shaped the regulation of macromolecules and processes. C
  • Students should be able to describe how changes in cellular homeostasis affect signaling and regulatory molecules and metabolic intermediates. C

7. The structure (and hence function) of macromolecules is governed by foundational principles of chemistry and physics

The structure (and hence function) of macromolecules is governed by the foundational principles of chemistry (including covalent bonds and polarity bond rotations and vibrations hydrogen bonds and non-covalent interactions the hydrophobic effect dynamic aspects of molecular structure collision theory transition state theory rate laws and equilibria the effects of temperature and structure and chemical reactivity) and physics (including Coulomb&rsquos Law Newton&rsquos laws of motion energy and stability friction diffusion thermodynamics and the concept of randomness and probability).

Associated learning goals

  • Students should be able to relate basic principles of rate laws and equilibria to reactions and interactions and calculate appropriate thermodynamic parameters for reactions and interactions. A
  • Students should be able to explain how a ligand, when introduced to a solution containing a macromolecule to which it can bind, interacts with the macromolecule. A
  • Students should be able to explain, using basic principles, the effects of temperature on an enzyme catalyzed reaction. b
  • Students should be able to discuss the dynamic properties of a macromolecule using foundational principles of physics. b

8. A variety of experimental and computational approaches can be used to observe and quantitatively measure the structure, dynamics and function of biological macromolecules

A variety of experimental and computational approaches can be used to observe and quantitatively measure the structure, dynamics and function of biological macromolecules. Equations can be derived from models and used to predict outcomes or analyze data. Data can be analyzed statistically to assess the correctness of the model and the reliability of the data.


Obejrzyj wideo: Szczepionka mRNA - czy są naukowe podstawy do obaw? (Lipiec 2022).


Uwagi:

  1. Yohn

    Przepraszam, ale moim zdaniem jest inny sposób rozstrzygnięcia pytania.

  2. Rumford

    Ukończę zły smak

  3. Bitten

    Co myślisz o Putinie, wszyscy?



Napisać wiadomość