Днк рисунок: Днк рисунок (67 фото) » Рисунки для срисовки и не только

ДНК — СТРУКТУРА

Эта страница, посвященная структуре ДНК, является первой в последовательности страниц, ведущих к тому, как ДНК реплицирует (делает копии) себя, а затем к тому, как информация, хранящаяся в ДНК, используется для создания белковых молекул. Этот материал предназначен для 16 — 18-летних учащихся химии . Если вы заинтересованы в этом с биологической или биохимической точки зрения, вы можете найти эти страницы полезным введением, прежде чем вы получите дополнительную информацию где-нибудь еще.

Примечание:   Если вы занимаетесь биологией или биохимией и хотите получить более подробную информацию, вы можете загрузить очень полезный pdf-файл о ДНК из Биохимического общества.

Студенты-химики на уровне UK A (или его различных эквивалентах) должны не тратить на это время. Брошюра написана для студентов, изучающих биологию уровня A, и содержит гораздо больше деталей, чем вам потребуется для изучения химии.

Краткий обзор всей структуры ДНК

В наши дни большинство людей знают о ДНК как о сложной молекуле, несущей генетический код. Многие также слышали о знаменитой двойной спирали.

Я начну с схемы всей конструкции, а затем разберу ее, чтобы посмотреть, как все это сочетается друг с другом. На диаграмме показан крошечный кусочек двойной спирали ДНК.

Примечание:   Эта диаграмма взята из Национальной медицинской библиотеки США. Вы можете увидеть его в оригинальном контексте, перейдя по этой ссылке, если вам интересно.

Обычно я предпочитаю рисовать свои собственные диаграммы, но моя программа для рисования недостаточно сложна, чтобы создавать убедительные скрученные «ленты».

Изучение цепочки ДНК

Сахара в позвоночнике

Основа ДНК основана на повторяющемся образце группы сахара и группы фосфата. Полное название ДНК, дезоксирибонуклеиновая кислота, дает вам название присутствующего сахара — дезоксирибозы.

Дезоксирибоза представляет собой модифицированную форму другого сахара, называемого рибозой. Сначала я дам вам его структуру, потому что она вам все равно понадобится позже. Рибоза — это сахар в основе РНК, рибонуклеиновой кислоты.

На этой диаграмме для ясности не показаны атомы углерода в кольце. В каждом из четырех углов, где не показан атом, есть атом углерода.

Более толстые линии выходят из экрана или бумаги по направлению к вам. Другими словами, вы смотрите на молекулу немного выше плоскости кольца.

Так это рибоза. Дезоксирибоза, как следует из названия, представляет собой рибозу, потерявшую атом кислорода — «дезокси».

Единственное, что вам нужно знать о дезоксирибозе (или рибозе, если на то пошло), это то, как пронумерованы атомы углерода в кольце.

Атому углерода справа от кислорода, как мы нарисовали кольцо, присваивается номер 1, а затем вы работаете с углеродом в боковой группе CH ₂ OH, которая имеет номер 5.

Вы заметите, что рядом с каждым числом стоит маленькое тире, например, 3′ или 5′. Если бы у вас была только рибоза или дезоксирибоза сама по себе, в этом не было бы необходимости, но в ДНК и РНК эти сахара присоединены к другим кольцевым соединениям. Атомы углерода в сахарах обозначены маленькими черточками, чтобы их можно было отличить от любых номеров, присвоенных атомам в других кольцах.

Вы читаете 3′ или 5′ как «3-простые» или «5-простые».

Присоединение фосфатной группы

Другой повторяющейся частью остова ДНК является фосфатная группа. Фосфатная группа присоединена к молекуле сахара вместо группы -ОН на 5′-углероде.

Примечание:   Вы можете найти другие версии с различной степенью ионизации. Вы можете обнаружить присоединенный водород вместо того, чтобы иметь отрицательный заряд на одном из атомов кислорода, или водород, удаленный из верхней группы -OH, чтобы оставить там также отрицательный ион.

Я не хочу увязнуть в этом. Версия, которую я использую, подходит для целей химии и позволяет легко увидеть, как строится остов ДНК. В любом случае, скоро мы все это упростим!

Присоединение основания и получение нуклеотидов

Последняя часть, которую нам нужно добавить к этой структуре, прежде чем мы сможем построить цепочку ДНК, — это одно из четырех сложных органических оснований. В ДНК таких оснований 9.0006 цитозин (C) , тимин (T) , аденин (A) и гуанин (G) .

Примечание:   Они называются «основаниями», потому что это именно то, чем они являются в химическом смысле. Они имеют неподеленные пары атомов азота и поэтому могут действовать как доноры электронных пар (или принимать ионы водорода, если вы предпочитаете более простое определение). Это не имеет особого отношения к их функции в ДНК, но в любом случае их всегда называют основаниями.

Эти основания прикрепляются вместо группы -ОН к 1′-атому углерода в сахарном кольце.

То, что мы произвели, известно как нуклеотид .

Теперь нам нужно быстро взглянуть на четыре базы. Если они понадобятся вам на экзамене по химии на этом уровне, структуры почти наверняка будут вам предоставлены.

Вот их структуры:

Атомы азота и водорода, показанные синим цветом на каждой молекуле, показывают, где эти молекулы присоединяются к дезоксирибозе. В каждом случае водород теряется вместе с группой -ОН на 1′-атоме углерода сахара. Это реакция конденсации — две молекулы соединяются вместе с потерей малой (не обязательно воды).

Например, вот как будет выглядеть нуклеотид, содержащий цитозин:

Примечание:   Я перевернул цитозин по горизонтали (по сравнению со структурой цитозина, которую я дал ранее), чтобы он лучше вписывался в диаграмму. Вы должны быть готовы повернуть или перевернуть эти структуры, если это необходимо.

Соединение нуклеотидов в цепь ДНК

Цепь ДНК — это просто цепочка нуклеотидов, соединенных вместе. Я могу прекрасно показать, как это происходит, вернувшись к более простой диаграмме и не заботясь о структуре оснований.

Фосфатная группа одного нуклеотида связана с 3′-атомом углерода сахара другого. В процессе теряется молекула воды – еще одна реакция конденсации.

. . . и вы можете продолжать добавлять нуклеотиды таким же образом, чтобы построить цепочку ДНК.

Теперь мы можем упростить все это до самого необходимого!

Примечание:   Вы заметили, что на приведенной выше диаграмме я нарисовал связи P-O, прикрепляющиеся к двум молекулам сахара друг против друга. Вы также найдете диаграммы, где они нарисованы под прямым углом друг к другу. Какой правильный?

Оба правы и в равной степени оба вводят в заблуждение! Форма связей вокруг атома фосфора тетраэдрическая, и все связи имеют угол приблизительно 109° друг к другу. Какой бы способ вы ни выбрали, чтобы нарисовать это в двух измерениях на бумаге, в реальности это все равно будет представлять одну и ту же молекулу.

Возьмем более простой пример: если вы начертите структурную формулу для CH ₂ Cl ₂ , используя простое обозначение связи, вы с таким же успехом можете изобразить атомы хлора под прямым углом друг к другу или друг напротив друга. Молекула осталась бы точно такой же. Это одна из вещей, которую вам нужно было усвоить, когда вы впервые начали рисовать структуры органических молекул. Если вы все еще не уверены в этом, посмотрите еще раз на страницу о рисовании органических молекул.

Построение цепочки ДНК с упором на самое необходимое

В ДНК важна последовательность четырех оснований в цепи. Магистраль нас не особенно интересует, поэтому мы можем упростить ее. На данный момент мы также можем упростить точные структуры баз.

Мы можем построить цепочку на основе этого довольно очевидного упрощения:

Здесь есть только одна возможная путаница — и она связана с тем, как фосфатная группа, P , прикреплен к сахарному кольцу. Обратите внимание, что он соединен через с двумя линиями с углом между ними.

По соглашению, если вы рисуете такие линии, то там, где эти две линии соединяются, находится атом углерода. Это атом углерода в группе CH ₂ , если вы вернетесь к предыдущей диаграмме. Если бы вы попытались присоединить фосфат к кольцу одной прямой линией, эта группа CH ₂ потерялась бы!

Соединение многих из них дает вам часть цепочки ДНК. На приведенной ниже диаграмме немного от середины цепочки. Обратите внимание, что отдельные базы идентифицируются по первым буквам имен баз. (А = аденин и т. д.). Заметьте также, что есть два разных размера базы. Аденин и гуанин больше, потому что оба имеют два кольца. Цитозин и тимин имеют только по одному кольцу.

Если бы вершина этого сегмента была концом цепи, то фосфатная группа имела бы группу -ОН, присоединенную к запасной связи, а не к другому сахарному кольцу.

Точно так же, если бы нижняя часть этого сегмента цепи была концом, то запасная связь в нижней части также была бы связана с группой -ОН в кольце дезоксирибозы.

Соединение двух цепей ДНК вместе

Важность «пар оснований»

Взгляните еще раз на диаграмму, с которой мы начали:

Если вы посмотрите внимательно, то увидите, что аденин в одной цепи всегда сочетается с тимином во второй цепи. А гуанин в одной цепи всегда сочетается с цитозином в другой.

Как именно это работает?

Первое, на что следует обратить внимание, это то, что меньшая база всегда сочетается с большей. Результатом этого является поддержание двух цепей на фиксированном расстоянии друг от друга на всем протяжении.

Но более того, спаривание должно быть ровно . . .

Это потому, что эти конкретные пары точно подходят для образования очень эффективных водородных связей друг с другом. Именно эти водородные связи удерживают две цепи вместе.

Пары оснований подходят друг к другу следующим образом.

Пара оснований АТ:

Пара оснований GC:

Если вы попробуете любую другую комбинацию пар оснований, они не подойдут!

Примечание:   Если структуры сбивают вас с толку на первый взгляд, то это потому, что молекулы должны были быть перевернуты от того, как они были нарисованы выше, чтобы сделать их подходящими. Убедитесь, что вы понимаете, как это сделать. Если бы вам были даны структуры оснований, вас могли бы попросить показать, как они связываются водородом, и это включало бы показ неподеленных пар и полярность важных атомов.

Если вас беспокоит водородная связь, перейдите по этой ссылке для получения подробных объяснений. Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться сюда позже.

Окончательная структура ДНК с указанием важных битов

Примечание:   Вы могли заметить, что я укоротил цепи на одну пару оснований по сравнению с предыдущей диаграммой. Для этого нет какой-то изощренной причины. Диаграмма стала слишком большой для моей обычной ширины страницы, и было намного проще просто обрезать немного снизу, чем переделывать все мои предыдущие диаграммы, чтобы сделать их немного меньше! В любом случае, эта диаграмма представляет лишь крошечную часть молекулы ДНК.

Обратите внимание, что две цепи идут в противоположных направлениях, а правая цепь, по сути, перевернута. Вы также заметите, что я обозначил концы этих цепочек цифрами 3′ и 5′.

Если вы проследите за левой цепью до самого конца вверху, у вас будет фосфатная группа, присоединенная к 5′-углероду в кольце дезоксирибозы. Если бы вы проследили его до конца, у вас была бы группа -ОН, присоединенная к 3′-углероду.

Во второй цепи верхний конец имеет 3′-углерод, а нижний — 5′-конец.

Обозначения 5′ и 3′ становятся важными, когда мы начинаем говорить о генетическом коде и генах. Генетический код в генах всегда записывается в направлении от 5′ к 3′ цепи.

Это также важно, если мы очень упрощенно посмотрим на то, как ДНК делает копии самой себя на следующей странице. . .

Куда бы вы хотели отправиться сейчас?

На следующую страницу о ДНК. . .

В меню аминокислот и другой биохимии. . .

К списку прочих органических соединений. . .

В главное меню . . .

© Джим Кларк, 2007 г. (изменено в мае 2016 г.)