Lo lus "DNA helix" muaj keeb kwm nyuaj thiab xwm txheej. Los ntawm nws, raws li txoj cai, yog txhais tau tias tus qauv qhia los ntawm James Watson. Lub DNA ob lub helix yog tuav ua ke nrog nucleotides uas tsim ib khub. Nyob rau hauv B-DNA, feem ntau helical qauv pom nyob rau hauv cov xwm, ob lub helix yog sab xis nrog 10-10.5 puag khub ib tig. Ob chav helix qauv ntawm DNA muaj ib tug loj zawj thiab ib tug me zawj. Hauv B-DNA, qhov zawj loj yog dav dua li qhov me me. Muab qhov sib txawv ntawm qhov dav ntawm qhov loj thiab me grooves, ntau cov proteins uas khi rau B-DNA ua li ntawd los ntawm qhov dav dav.
Discovery keeb kwm
Tus qauv qauv ntawm DNA ob lub helix tau luam tawm thawj zaug hauv Xwm los ntawm James Watson thiab Francis Crick hauv xyoo 1953 (X, Y, Z ua haujlwm hauv 1954) raws li cov duab x-ray diffraction tseem ceeb ntawm DNA sau daim duab 51, los ntawm Rosalind Franklin txoj haujlwm xyoo 1952, ua raws li cov duab pom tseeb ntawm nws cojRaymond Gosling, Maurice Wilkins, Alexander Stokes thiab Herbert Wilson. Tus qauv ua ntej yog peb-stranded DNA.
Qhov kev paub tseeb tias cov qauv qhib yog ob lub helix piav qhia txog cov txheej txheem uas ob txoj kab DNA koom nrog rau hauv lub helix, uas cov ntaub ntawv caj ces yog khaws cia thiab theej hauv cov kab mob nyob. Qhov kev tshawb pom no yog suav tias yog ib qho tseem ceeb tshaj plaws kev nkag siab txog kev tshawb fawb ntawm lub xyoo pua nees nkaum. Crick, Wilkins, thiab Watson txhua tus tau txais ib feem peb ntawm 1962 Nobel nqi zog hauv Physiology lossis Tshuaj rau lawv txoj kev koom tes rau qhov kev tshawb pom. Franklin, uas nws cov ntaub ntawv X-ray diffraction tau siv los tsim cov DNA helix, tuag hauv 1958 thiab yog li tsis tsim nyog rau qhov kev xaiv tsa Nobel nqi zog.
Tus nqi rau hybridization
Hybridization yog cov txheej txheem ntawm kev sib txuas cov hauv paus khub uas khi los ua ob lub helix. Melting yog txheej txheem los ntawm kev sib cuam tshuam ntawm ob lub helix strands raug cuam tshuam, sib cais ob kab ntawm nucleic acids. Cov ntawv cog lus no tsis muaj zog, sib cais yooj yim los ntawm cov cua sov me me, cov enzymes, lossis lub zog siv tshuab. Melting tshwm sim feem ntau ntawm qee cov ntsiab lus hauv nucleic acid. Cov cheeb tsam ntawm DNA helix sau npe T thiab A yog yaj yooj yim dua li thaj tsam C thiab G. Qee lub hauv paus theem (pairs) kuj raug rau DNA melting, xws li TA thiab TG. Cov yam ntxwv ntawm cov tshuab no yog tsom los ntawm cov kab ke xws li TATA thaum pib ntawm ntau cov noob los pab RNA polymerase yaj cov DNA rau kev hloov pauv.
Kev sib caisstrands los ntawm ntiav cua sov, raws li siv nyob rau hauv lub polymerase saw cov tshuaj tiv thaiv (PCR), yog yooj yim, muab cov molecules yog kwv yees li 10,000 puag khub (10 kilobase khub los yog 10 kbp). Kev sib cuam tshuam ntawm DNA strands ua rau nws nyuaj rau cais cov ntu ntev. Lub cell zam qhov teeb meem no los ntawm kev tso cai rau nws cov DNA melting enzymes (helicases) ua hauj lwm ib txhij nrog topoisomerases, uas muaj peev xwm chemically cleave phosphate qaum ntawm ib tug ntawm cov strands kom nws tig ib ncig. Helicases unwind cov strands los pab txhawb txoj kev ua tiav ntawm kev nyeem cov enzymes xws li DNA polymerase. Lub DNA ob lub helix yog tsim los ntawm cov nyiaj ntawm cov strands.
kab laug sab geometry
Qhov geometric feem ntawm DNA qauv tuaj yeem ua tau los ntawm 6 txoj haujlwm: ua haujlwm, swb, nce, qaij, twist thiab tig. Cov txiaj ntsig no tau txiav txim siab qhov chaw thiab kev taw qhia hauv qhov chaw ntawm txhua khub DNA strands. Hauv thaj tsam ntawm DNA lossis RNA qhov twg cov qauv ib txwm cuam tshuam, kev hloov pauv ntawm cov txiaj ntsig no tuaj yeem siv los piav txog qhov cuam tshuam zoo li no.
Rise thiab tig yog txiav txim los ntawm cov duab ntawm cov kauv. Lwm qhov sib koom ua ke, ntawm qhov tsis sib xws, tuaj yeem sib npaug rau xoom.
Nco ntsoov tias "skew" feem ntau siv ntau txoj hauv kev hauv cov ntaub ntawv tshawb fawb, xa mus rau qhov sib txawv ntawm thawj axis ntawm lub hauv paus interstrand los ntawm kev ua perpendicular mus rau axis ntawm lub helix. Qhov no sib haum mus rau zawv zawg ntawm lub hauv paus sib lawv liag ntawm DNA ob helix, thiab nyob rau hauv geometric coordinates yog raug hu ua"qaib".
Geometric sib txawv hauv spirals
Tsawg kawg peb qhov kev hloov pauv DNA tau xav tias tshwm sim ib txwm muaj: A-DNA, B-DNA thiab Z-DNA. Daim foos B, raws li tau piav qhia los ntawm James Watson thiab Francis Crick, xav tias yog qhov tseem ceeb hauv cov hlwb. Nws yog 23.7 Å dav thiab lengthens 34 Å los ntawm 10 bp. ua ntu zus. Lub DNA ob chav helix yog tsim los ntawm kev sib cog lus ntawm ob kab ntawm ribonucleic acid, uas ua rau ib tug ua tiav kiv puag ncig nws axis txhua txhua 10.4-10.5 puag khub hauv kev daws. Qhov kev sib tw twist no (hu ua helical pitch) feem ntau nyob ntawm lub zog stacking txhua lub hauv paus exerts ntawm nws cov neeg nyob ze hauv cov saw hlau. Qhov tseeb configuration ntawm lub hauv paus txiav txim siab cov kev taw qhia ntawm lub helical nkhaus rau ib tug muab conformation.
Qhov txawv thiab Ua Haujlwm
A-DNA thiab Z-DNA yog qhov sib txawv hauv lawv qhov geometry thiab loj piv rau B-DNA, txawm hais tias lawv tseem tsim cov qauv helical. Nws tau ntev tau xav tias daim ntawv A tshwm sim tsuas yog hauv cov qauv DNA lub cev qhuav dej hauv chav kuaj siv hauv kev sim crystallographic thiab hauv hybrid DNA-RNA strand pairings, tab sis DNA lub cev qhuav dej tshwm sim hauv vivo, thiab A-DNA tam sim no muaj cov haujlwm lom neeg paub rau peb.. DNA ntu uas nws cov hlwb tau raug methylated rau kev tswj hwm lub hom phiaj tuaj yeem siv Z geometry uas cov strands tig ntawm lub helical axis nyob rau hauv qhov sib txawv rau A-DNA thiab B-DNA. Kuj tseem muaj pov thawj ntawm cov protein-DNA complexes tsim Z-DNA qauv. Qhov ntev ntawm DNA helix tsis hloov nyob rau hauv txhua txoj kev nyob ntawmtype.
Teeb meem nrog lub npe
Qhov tseeb, tsuas yog cov tsiaj ntawv F, Q, U, V, thiab Y tam sim no muaj npe rau ntau hom DNA uas yuav raug tshawb pom yav tom ntej. tsis tau pom nyob rau hauv natural biological systems. Kuj tseem muaj peb-stranded (3 strands ntawm DNA) thiab quadrupole cov ntaub ntawv, xws li G-quadruplex.
Kev sib txuas ntawm xov
DNA ob chav helix yog tsim los ntawm kev sib txuas ntawm helical strands. Txij li cov threads tsis ncaj nraim ntawm ib leeg, cov grooves ntawm lawv yog qhov tsis sib xws. Ib qho zawj, qhov loj, muaj qhov dav ntawm 22 Å, thiab lwm qhov, ib qho me me, ncav cuag qhov ntev ntawm 12 Å. Qhov nqaim ntawm qhov thib ob zawj txhais tau hais tias cov npoo ntawm lub hauv paus yog nkag tau yooj yim dua hauv qhov zawj loj. Raws li qhov tshwm sim, cov proteins xws li cov ntsiab lus hloov pauv uas tuaj yeem khi rau cov kab ke tshwj xeeb hauv DNA ob chav helix feem ntau ua rau kev sib cuag nrog ob sab ntawm cov hauv paus uas qhib rau hauv qhov zawj loj. Qhov xwm txheej no hloov pauv hauv cov DNA txawv txav hauv lub cell, tab sis qhov loj thiab me grooves yeej ib txwm muaj npe los cuam tshuam qhov sib txawv ntawm qhov loj me uas yuav pom yog tias DNA tau hloov mus rau hauv nws li qub B zoo li.
Tsim qauv
Nyob rau xyoo 1970s, lwm cov qauv uas tsis yog-helical tau luv luv suav hais tias yog ib qho kev daws teeb meem rau cov teeb meem ntawm DNA replication hauv plasmids thiab chromatin. Txawm li cas los xij, lawv tau raug tso tseg hauv kev pom zoo ntawm ob chav coil qauv ntawm DNA vim qhov kev sim tom ntej xws li X-ray.crystallography ntawm DNA duplexes. Tsis tas li ntawd, cov qauv uas tsis yog ob chav helix tam sim no tsis tau txais los ntawm lub zej zog kev tshawb fawb tseem ceeb.
Single-stranded nucleic acids (ssDNA) tsis siv lub cev zoo thiab tau piav qhia los ntawm cov qauv xws li random coil lossis worm-like chain.
DNA yog ib qho polymer uas tsis sib xws, feem ntau ua qauv raws li cov hlua zoo li cab. Tus qauv nruj yog qhov tseem ceeb rau DNA ncig thiab kev taw qhia ntawm nws cov proteins uas cuam tshuam rau ib leeg, thaum hysteretic axial txhav yog qhov tseem ceeb rau DNA qhwv thiab cov protein ntau thiab kev sib cuam tshuam. Compression-elongation yog qhov tsis tseem ceeb thaum tsis muaj hluav taws xob siab.
Chemistry and genetics
DNA hauv kev daws tsis siv cov qauv nruj, tab sis tas li hloov kev sib haum xeeb vim thermal co thiab kev sib tsoo nrog cov dej molecules, uas ua rau nws tsis tuaj yeem siv cov kev ntsuas nruj classical. Yog li ntawd, qhov flexural txhav ntawm DNA yog ntsuas los ntawm qhov ntev ntev, txhais tau tias "qhov ntev ntawm DNA uas lub sij hawm nruab nrab ntawm kev taw qhia ntawm cov polymer ua coefficient uncorrelated."
Tus nqi no tuaj yeem ntsuas tau yog siv lub tshuab ntsuas atomic quab yuam kom ncaj qha duab DNA molecules ntawm ntau qhov ntev. Hauv cov tshuaj aqueous, qhov nruab nrab qhov ntev yog 46-50 nm lossis 140-150 puag khub (DNA 2 nm), txawm hais tias qhov no tuaj yeem sib txawv heev. Qhov no ua rau DNA ua rau cov molecule nruj me ntsis.
Lub sijhawm ntawm kev txuas ntxiv ntawm ntu DNA yog nyob ntawm nws cov kab ke, thiab qhov no tuaj yeem ua rau muaj qhov tseem ceebkev hloov. Cov tom kawg yog feem ntau vim yog stacking lub zog thiab cov khoom tawg mus rau hauv cov me me thiab cov grooves loj.
Lub cev muaj zog thiab nkhaus
Qhov hloov pauv hloov pauv ntawm DNA yog qhov zoo sib xws nrog cov qauv qauv ntawm cov khoom siv hluav taws xob, xws li Kratky-Porod qauv ntawm chainworm. Raws li tus qauv worm-zoo li yog qhov kev soj ntsuam uas khoov DNA kuj tau piav qhia los ntawm Hooke txoj cai ntawm me me (subpiconeontonic) rog. Txawm li cas los xij, rau ntu ntawm DNA me me nyob rau hauv lub sijhawm thiab kev ua siab ntev, lub zog khoov yog kwv yees li qhov tas mus li thiab tus cwj pwm txawv ntawm kev kwv yees, sib piv rau cov qauv uas twb tau hais lawm.
Cov txiaj ntsig no ua rau muaj qhov yooj yim txawv txav hauv kev ncig me me DNA molecules thiab qhov muaj feem ntau dua ntawm kev nrhiav cov cheeb tsam DNA nkhaus heev.
DNA molecules feem ntau muaj cov kev taw qhia nyiam rau kev khoov, piv txwv li anisotropic dabtsi yog khoov. Qhov no, dua, yog vim cov khoom ntawm cov hauv paus uas tsim cov DNA sib lawv liag, thiab nws yog lawv uas txuas ob txoj hlua ntawm DNA mus rau hauv lub helix. Qee qhov xwm txheej, cov kab ke tsis muaj cov lus pov thawj twists.
DNA ob chav helix qauv
Txoj kev xav tau ntawm DNA khoov yog txiav txim siab los ntawm kev ruaj khov ntawm txhua lub hauv paus nyob rau sab saum toj. Yog tias tsis ruaj khov hauv paus stacking cov kauj ruam ib txwm nyob ntawm ib sab ntawm DNA helix, ces DNA yuav nyiam dua los ntawm qhov kev taw qhia ntawd. Txuas ob txoj hlua DNA rau hauv lub helixnqa tawm los ntawm molecules uas nyob ntawm qhov kev taw qhia no. Raws li qhov khoov lub kaum sab xis nce, lawv ua lub luag haujlwm ntawm steric hindrances, qhia lub peev xwm los yob cov residues nyob rau hauv kev sib raug zoo, tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv lub me zawj. Kev tso nyiaj A thiab T yuav zoo dua tshwm sim hauv cov grooves me me hauv qhov khoov. Qhov no tshwm sim tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv DNA-protein khi thaum DNA rigid dabtsi yog khoov yog induced, piv txwv li nyob rau hauv nucleosome hais.
DNA molecules nrog tshwj xeeb khoov tuaj yeem ua khoov. Qhov no tau pom thawj zaug hauv DNA los ntawm trypanosomatid kinetoplast. Cov kab ke uas ua rau qhov no muaj xws li 4-6 T thiab A stretches sib cais los ntawm G thiab C, uas muaj A thiab T residues nyob rau hauv ib tug me zawj theem nyob rau tib sab ntawm lub molecule.
Cov qauv khoov sab hauv yog raug ntxias los ntawm "screw-tig" ntawm lub hauv paus khub txheeb ze rau ib leeg, uas tso cai rau tsim cov khoom sib txawv bifurcated hydrogen bonds ntawm lub hauv paus theem. Ntawm qhov kub thiab txias, cov qauv no yog denatured thiab yog li ntawd qhov curvature intrinsic ploj.
Txhua DNA uas khoov anisotropically muaj, qhov nruab nrab, lub zog ntev dua thiab muaj zog axial ntau dua. Qhov kev nruj nruj no yog qhov tsim nyog los tiv thaiv kev sib tsoo uas yuav ua rau cov molecule ua isotropically.
DNA ringing nyob ntawm ob qho tib si axial (flexural) rigidity thiab torsional (rotational) rigidity ntawm cov molecule. Txhawm rau kom DNA molecule mus ncig kom zoo, nws yuav tsum tau ntev txaus kom khoov tau yooj yim rau hauv ib lub voj voog tag nrho thiab muaj pes tsawg lub hauv paus rauqhov kawg yog nyob rau hauv qhov tseeb kev sib hloov nyob rau hauv thiaj li yuav xyuas kom meej muaj peev xwm ntawm gluing cov spirals. Qhov zoo tshaj plaws ntev rau circulating DNA yog hais txog 400 puag khub (136 nm). Lub xub ntiag ntawm tus lej khib nyiab yog qhov tseem ceeb ntawm lub zog thaiv rau circuits, piv txwv li, 10.4 x 30=312 khub molecule yuav ncig ntau pua zaus sai dua li 10.4 x 30.5 ≈ 317 molecule.
YElasticity
Ntev ntev ntawm DNA yog entropically elastic thaum ncab. Thaum DNA nyob rau hauv kev daws teeb meem, nws dhau los ua qhov kev hloov pauv txuas ntxiv vim lub zog muaj nyob rau hauv lub thermal solvent da dej. Qhov no yog vim lub thermal vibrations ntawm DNA molecule, ua ke nrog tas li kev sib tsoo nrog dej molecules. Rau cov laj thawj entropy, ntau lub xeev kev sib haum xeeb yog cov thermally nkag tau ntau dua li cov xeev ncab, thiab yog li DNA molecules yuav luag txhua qhov sib txawv hauv cov qauv "so" molecular. Vim li no, ib qho DNA molecule yuav ncab nyob rau hauv lub zog, ncaj nws. Siv cov tweezers kho qhov muag, qhov entropy stretching tus cwj pwm ntawm DNA tau kawm thiab tshuaj xyuas los ntawm qhov kev xav ntawm polymer physics, thiab nws tau pom tias DNA coj tus cwj pwm zoo li Kratky-Porod worm-zoo li saw qauv ntawm physiologically muaj zog teev.
Nrog txaus nro thiab lub zog zoo, DNA tau xav tias yuav dhau mus rau theem kev hloov pauv, nrog rau cov pob txha txav mus rau sab nraud thiab cov phosphates txav mus rau hauv.nruab nrab. Qhov kev thov qauv no rau cov DNA overstretched yog lub npe hu ua P-daim DNA tom qab Linus Pauling, uas yog thawj zaug pom nws ua tau DNA qauv.
Pov thawj rau kev siv tshuab ncab ntawm DNA nyob rau hauv qhov tsis muaj cov ntsiab lus torque rau kev hloov pauv lossis kev hloov pauv ua rau cov qauv ntxiv uas feem ntau hu ua S-puab. Cov qauv no tseem tsis tau paub meej vim qhov nyuaj ntawm kev ua tiav cov duab daws teeb meem ntawm atomic resonator hauv kev daws teeb meem nrog quab yuam siv, txawm hais tias muaj ntau yam kev tshawb fawb hauv computer simulation tau ua. Cov qauv S-DNA tau pom zoo suav nrog cov uas tuav lub hauv paus khub quav thiab hydrogen daim ntawv cog lus (ua kom muaj txiaj ntsig hauv GC).
Sigmoid model
Lub sijhawm tawg ntawm lub hauv paus-pair pawg nrog kev so tau raug npaj los ua cov qauv tsis tu ncua uas khaws qhov tsis tu ncua ntawm lub hauv paus-pawg thiab tso tawm qhov tsim nyog ntawm kev nthuav dav, nrog rau lo lus "Σ-DNA" tau qhia. raws li ib tug mnemonic nyob rau hauv uas peb txoj cai-tes dots ntawm lub "Sigma" cim ua ib tug nco txog peb clustered puag khub. Daim ntawv Σ tau pom tias muaj qhov kev nyiam ua ntu zus rau GNC motifs, uas GNC_h-hypothesis ntseeg tias muaj qhov tseem ceeb ntawm kev hloov pauv.
Melting, cua sov thiab unwinding tus kauv
Daim ntawv B ntawm DNA helix twists 360 ° rau 10.4-10.5 bp. thaum tsis muaj torsional deformation. Tab sis ntau cov txheej txheem molecular lom tuaj yeem ua rau muaj kev ntxhov siab. Ib ntu ntawm DNA nrog ib qho dhau los lossisundercoiling yog hais nyob rau hauv ob qho tib si zoo thiab tsis zoo ntsiab lus, feem. DNA nyob rau hauv vivo feem ntau tsis zoo coiled (piv txwv li, muaj curls uas yog twisted nyob rau hauv lub opposite kev taw qhia), uas pab txhawb lub unwinding (melting) ntawm ob helix, uas yog mob heev xav tau rau RNA transcription.
Inside lub cell, feem ntau DNA yog topologically txwv. DNA feem ntau pom muaj nyob rau hauv kaw loops (xws li plasmids hauv prokaryotes) uas yog topologically kaw los yog ntev heev molecules uas diffusion coefficients zoo tsim topologically kaw cheeb tsam. Linear stretches ntawm DNA kuj feem ntau cuam tshuam nrog cov proteins lossis cov qauv ntawm lub cev (xws li daim nyias nyias) los tsim cov loops kaw.
Txhua yam kev hloov pauv hauv T parameter hauv thaj chaw kaw topological yuav tsum sib npaug los ntawm kev hloov pauv hauv W parameter, thiab rov ua dua. Qhov no ua rau muaj ntau dua helix qauv ntawm DNA molecules. Ib qho zoo tib yam DNA molecule nrog lub hauv paus 0 yuav ncig hauv nws qhov kev faib tawm. Yog hais tias qhov twist ntawm no molecule yog tom qab nce los yog txo los ntawm superconforming, ces cov hauv paus hniav yuav hloov raws li, ua rau cov molecule undergo plectnonemic los yog toroidal superhelic winding.
Thaum qhov kawg ntawm ib ntu ntawm DNA ob lub helix txuas nrog kom nws ua ib lub voj voog, cov strands yog topologically khi. Qhov no txhais tau hais tias ib tus xov tooj tsis tuaj yeem sib cais los ntawm ib qho txheej txheem uas tsis cuam tshuam nrog cov xov tawg.(piv txwv li cua sov). Lub luag haujlwm ntawm untying lub topologically txuas strands ntawm DNA poob rau enzymes hu ua topoisomerases.
