DNA

em Empregos


O ácido desoxirribonucléico ( i / d i ˌ ɒ k s i ˌ r aɪ b ɵ . nj u ˌ k l eɪ . ɨ kOuvir æ é ɪ d / ; DNA ) é uma Molécula que codifica os genéticos instruções usadas no desenvolvimento e funcionamento de todos os vivos conhecidos organismos e muitos vírus . ADN é um ácido nucleico ; ao lado de proteínas e carboidratos , ácidos nucléicos compor as três principais macromoléculas essenciais para todas as formas conhecidas de Vida . A maioria das moléculas de ADN consistem de dois biopolímeros cadeias enroladas em torno de si para formar uma dupla hélice . As duas cadeias de ADN são conhecidas como polinucleótidos , uma vez que são compostos de unidades simples chamados nucleótidos . Cada nucleotídeo é composto por um contendo azoto nucleobases -quer guanina (G), adenina (A), timina (T), ou de citosina (C) -como bem como um monossacárido açúcar chamado desoxirribose e um Grupo fosfato . Os nucleótidos estão unidos um ao outro por uma cadeia de ligações covalentes entre o açúcar de um nucleótido e o fosfato da próxima, resultando num alternar estrutura açúcar-fosfato . De acordo com o emparelhamento de bases de regras (A com T e C com G), ligações de hidrogênio se ligam as bases nitrogenadas das duas cadeias polinucleot�icas separados para fazer DNA de cadeia dupla.
 
DNA é bem adequada para biológica informações de armazenamento. A espinha dorsal do ADN é resistente à clivagem, e ambas as cadeias da estrutura de cadeia dupla armazenar a mesma informação biológica. Informação biológica é replicado como as duas cadeias são separadas. Uma porção significativa de ADN (mais do que 98% para os seres humanos) é não-codificante , o que significa que essas secções não servem como padrões para a sequências de proteínas.
 
As duas fitas de DNA correr em direções opostas entre si e são, portanto, anti-paralelo . Junto de cada açúcar é um dos quatro tipos de nucleobases (informal, bases ). É a seqüência destes quatro nucleobases ao longo da espinha dorsal que codifica a informação biológica. De acordo com o código genético , RNA fios são convertidos para especificar a sequência de aminoácidos dentro das proteínas. Estas cadeias de ARN são inicialmente criados usando filamentos de DNA como um modelo em um processo chamado transcrição .
 
Dentro das células, o DNA é organizada em estruturas longas chamadas cromossomos . Durante a divisão celular desses cromossomos são duplicados no processo de replicação do DNA , fornecendo cada pilha seu próprio conjunto completo de cromossomos. organismos eucarióticos ( Animais , plantas , fungos e protistas ) armazenam a maioria de seu ADN dentro do núcleo da célula e alguns de seu DNA em organelos , tais como mitocôndrias ou cloroplastos . [ 1 ] Em contraste, procariotas ( Bactérias e archaea ) armazenam seu ADN somente no citoplasma . Dentro dos cromossomas, cromatina proteínas, tais como histonas DNA compacto e organizar. Estas estruturas compactas guiam as interações entre o DNA e outras proteínas, ajudando a controlar quais partes do DNA são transcritos.
 
Os cientistas usar o ADN como uma ferramenta molecular para explorar as leis e teorias físicas, tais como o teorema ergódigo e a teoria da elasticidade . As propriedades únicas do material DNA tornaram uma molécula interessante para os cientistas e engenheiros interessados ​​em micro e nano-fabricação de materiais. Entre notáveis ​​avanços neste Campo são origami de DNA e materiais híbridos baseados em DNA. [ 2 ]
 
O sinônimo obsoleto " ácido desoxirribonucleico "pode ​​ocasionalmente ser encontrado, por exemplo, na área da genética pré-1953.
 
Conteúdo  [ hide ] 
1 Propriedades
1.1 classificação nucleobases
1.2 Grooves
1.3 Base de emparelhamento
1.4 sentido e anti-
1.5 supercoiling
1,6 estruturas de DNA alternativos
1.7 Química Alternativa DNA
1,8 estruturas Quadruplex
1.9 ADN ramificada
2 As modificações químicas e embalagens DNA alterado
2.1 modificações de bases e embalagens DNA
2.2 Danos
3 funções biológicas
3.1 Os genes e genomas
3.2 A transcrição e tradução
3.3 Replication
4 Interacções com proteínas
4.1 proteínas se ligam ao DNA
4.2 enzimas modificadoras de DNA
4.2.1 As nucleases e ligases
4.2.2 Topoisomerases e helicases
4.2.3 Polymerases
5 A recombinação genética
6 Evolução
7 usos da tecnologia
7.1 A Engenharia genética
7.2 Forensics
7.3 Bioinformática
7.4 nanotecnologia DNA
7.5 História e antropologia
7.6 O armazenamento de informação
8 História da pesquisa de DNA
9 Veja também
10 Referências
11 Leitura
12 Ligações externas
Propriedades
 
Estrutura química do DNA; ligações de hidrogênio mostrados como linhas pontilhadas
ADN é um longo polímero feito a partir de unidades de repetição de chamada nucleótidos . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] O DNA foi identificado e isolado por primeiro Friedrich Miescher, e a estrutura em dupla hélice do ADN foi descoberto pela primeira vez por James Watson e Crick de Francis , usando dados experimentais recolhidos por Rosalind Franklin e Maurice Wilkins . A estrutura de ADN de todas as espécies compreende duas cadeias helicoidais cada uma enrolada em torno do mesmo eixo, e cada um com um espaçamento de 34  angströns (3,4  nanómetros ) e um raio de 10 angstroms (1,0 nanómetros). [ 6 ] De acordo com outro estudo, quando medido numa solução particular, a cadeia de ADN medido 22-26 angströns largas (2.2 a 2.6 nanómetros), e uma unidade de medida de nucleótidos de 3,3 Å (0,33 nm) de comprimento. [ 7 ] Embora cada unidade de repetição Indivíduo é muito pequena, polímeros de ADN pode ser moléculas muito grandes que contêm milhões de nucleótidos. Por exemplo, a maior humana cromossomo , o cromossomo número 1 , composto por cerca de 220 ​​milhões de pares de bases [ 8 ] e é de 85 mm de comprimento.
 
Em organismos vivos ADN não existir como uma única molécula, mas sim como um par de moléculas que são mantidos firmemente juntos. [ 9 ] [ 10 ] As duas longas cadeias entrelaçam como videiras, na forma de uma dupla hélice . As repetições de nucleotídeos conter tanto o segmento da espinha dorsal da molécula, o que mantém a cadeia em conjunto, e uma nucleobase, que interage com a outra cadeia de ADN em hélice. Um nucleobases ligada a um açúcar é chamado um nucleosídeo e uma base ligada a um açúcar e um ou mais grupos fosfato é chamado um nucleótido . Um polímero compreendendo vários nucleótidos ligados (como em ADN) é chamado um polinucleótido . [ 11 ]
 
A espinha dorsal da cadeia de ADN é feita de alternância de fosfato e açúcar resíduos. [ 12 ] O açúcar no DNA é 2-desoxirribose , que é uma pentose (cinco carbono açúcar). Os açúcares são unidos por grupos de fosfato que formam ligações fosfodiéster entre os terceiro e quinto carbono Átomos de anéis de açúcar adjacentes. Estes assimétricas títulos significar uma cadeia de ADN tem uma direção. Numa dupla hélice, no sentido dos nucleótidos em uma cadeia é oposta à direcção na outra cadeia: os fios são antiparalelo . As extremidades assimétricos de cadeias de ADN são chamados a 5 ' ( cinco nobre ) e 3 ' ( três privilegiada ) termina, com a extremidade 5 'com um grupo fosfato terminal e a extremidade 3' de um grupo hidroxilo terminal. Uma diferença importante entre o ADN e o ARN é o açúcar, com a 2-desoxirribose no ADN a ser substituída pelo açúcar pentose alternativa a ribose em RNA. [ 10 ]
 
 
Uma seção do DNA. As bases encontrar-se horizontalmente entre as duas cadeias em Espiral. [ 13 ] ( versão animada ).
A hélice dupla de ADN é estabilizado primariamente por dois factores: ligações de hidrogénio entre os nucleótidos e de empilhamento de bases interacções entre aromáticos . nucleobases [ 14 ] No ambiente aquoso da célula, os conjugados π ligações de bases de nucleótidos alinhar perpendicular ao eixo do ADN molécula, minimizando sua interação com a camada de solvatação e, portanto, a energia livre de Gibbs . As quatro bases de ADN são encontrados em adenina (abreviado A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Estes quatro bases estão ligados ao açúcar / fosfato para formar as sequências de nucleótidos completa, como mostrado, por monofosfato de adenosina .
 
Classificação de nucleobases
As nucleobases estão classificados em dois tipos: as purinas , A e G, sendo fundido de cinco e seis membros compostos heterocíclicos , e as pirimidinas a, anéis de seis membros e C T. [ 10 ] Um quinto nucleobases pirimidina, uracilo (U ), normalmente toma o lugar da timina em RNA e difere da timina pela falta de um grupo metilo no seu anel. Além de ARN e ADN de um grande número de artificiais análogos de ácidos nucleicos , também têm sido criadas para estudar as propriedades dos ácidos nucleicos, ou para utilização em biotecnologia. [ 15 ]
 
Uracil não é normalmente encontrado em DNA, que ocorre apenas como um produto da decomposição da citosina. No entanto, em uma série de bacteriófagos - Bacillus subtilis e bacteriófagos PBS1 PBS2 e Yersinia bacteriófago piR1-37 - timina foi substituída por uracilo. [ 16 ] Um outro fago - estafilocócica fago S6 - tem sido identificada com um genoma que a timina foi substituído por uracilo. [ 17 ]
 
Base de Dados de J (beta-d-glucopyranosyloxymethyluracil), uma forma modificada de uracilo, é também encontrada em um número de organismos: o flagelados Diplonema e Euglena , e todo o cinetoplastida géneros [ 18 ] Biossíntese de J ocorre em duas etapas: em primeiro um passo específico timidina no DNA é convertido em hydroxymethyldeoxyuridine; no segundo HOMedU é glicosilada para formar J. [ 19 ] As proteínas que se ligam especificamente a esta base, foram identificados. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] Estas proteínas parecem ser parentes distantes do oncogene Tet1 que está envolvida na patogénese de leucemia mielóide aguda . [ 23 ] J parece actuar como um sinal de terminação para a polimerase II de ARN . [ 24 ] [ 25 ]
 
 
Sulcos maiores e menores de ADN. Sulco menor é um sítio de ligação para o corante Hoechst 33258 .
Estrias
Fitas helicoidais gêmeas formam a espinha dorsal DNA. Outra dupla hélice pode ser encontrada traçando os espaços, ou sulcos, entre os fios. Estas cavidades são adjacentes aos pares de bases e podem proporcionar um local de ligação . Como os fios não estão simetricamente localizados em relação um ao outro, as ranhuras são dimensionadas de forma desigual. Um sulco, o sulco maior, é uma grande 22 e a outra, o sulco menor, é de 12 Â de largura. [ 26 ] A largura da ranhura maior significa que as bordas das bases são mais acessíveis no sulco maior do que na do sulco menor. Como resultado, as proteínas, tais como factores de transcrição que se pode ligar a sequências específicas do ADN de cadeia dupla geralmente fazer contacto com os lados das bases expostas no sulco principal. [ 27 ] Esta situação varia em conformações anormais de ADN no interior da célula ( ver abaixo) , mas os sulcos maiores e menores são sempre nomeados para reflectir as diferenças em tamanho que seriam vistos se o DNA está torcido de volta para a forma B ordinário.
 
Emparelhamento de base
Mais informações: Par de bases
Em uma dupla hélice do DNA, cada tipo de nucleobases em títulos de um fio com apenas um tipo de nucleobase na outra cadeia. Isso é chamado de complementar emparelhamento das bases . Aqui, as purinas formam pontes de hidrogênio com pirimidinas, com adenina a ligação somente com timina em duas pontes de hidrogênio, e citosina a ligação somente com guanina em três pontes de hidrogênio. Este arranjo de dois nucleotídeos complementares na dupla hélice é chamado par de base. Como as ligações de hidrogênio não são ligações covalentes , podem ser quebradas e reunidas com relativa facilidade. As duas cadeias de ADN em dupla hélice pode ser separadas como um fecho de correr, ou por uma força mecânica ou alta Temperatura . [ 28 ] Como um resultado de que esta complementaridade, toda a informação da sequência de cadeia dupla de uma hélice de DNA é duplicado em cada mecha, que é fundamental para a replicação do DNA. Com efeito, esta interacção específica e reversível entre pares de bases complementares é crítica para todas as funções do ADN em organismos vivos. [ 4 ]
 
Par GC.svg Base de Dados
Par de bases AT.svg
Top, um GC par de base com três pontes de hidrogênio . Bottom, um AT par de bases com duas pontes de hidrogênio. Ligações de hidrogénio não-covalentes entre os pares são mostrados como linhas tracejadas.
Os dois tipos de pares de bases formam diferentes números de ligações de hidrogênio, AT forma duas pontes de hidrogênio, e GC formam três pontes de hidrogênio (ver figuras, à direita). DNA com alto conteúdo GC é mais estável do DNA com baixo GC-conteúdo.
 
Como observado acima, a maioria das moléculas de ADN são, na verdade, dois cordões de polímero, ligados em conjunto de forma helicoidal através de ligações não covalentes; esta estrutura de cadeia dupla ( dsDNA ) é mantida em grande parte, pela base intracadeia empilhamento interações, que são a mais forte para G, C pilhas. As duas cadeias podem vir distante - um processo conhecido como fusão - para formar duas moléculas de ADN de cadeia simples ( ssDNA ) moléculas. De fusão ocorre a temperatura elevada, baixo teor de sal e pH elevado (pH baixo também derrete ADN, mas uma vez que o ADN é instável devido a despurinação do ácido, pH baixo é raramente utilizado).
 
A estabilidade da forma dsDNA depende não só no conteúdo GC (% G, os pares de bases C), mas também em sequência (uma vez que o empilhamento é uma sequência específica) e também o comprimento (moléculas mais longas são mais estável). A estabilidade pode ser medida de várias maneiras; uma forma comum é a "temperatura de fusão", que é a temperatura à qual 50% das moléculas de ds são convertidos em moléculas ss; temperatura de fusão depende da força iónica e a concentração de ADN. Como resultado, é tanto a percentagem de pares de bases GC e o comprimento total de uma hélice dupla de ADN que determina a força de associação entre as duas cadeias de DNA. Hélices longas de DNA com um alto conteúdo GC tem fios-interagindo mais forte, enquanto hélices curtas com alto teor de AT têm fios mais fracos interagindo. [ 29 ] Em biologia, partes da dupla hélice do DNA que precisam separar facilmente, como o TATAAT Caixa Pribnow em alguns promotores , tendem a ter um elevado conteúdo de AT, fazendo com que os fios mais fáceis de separar. [ 30 ]
 
No laboratório, a força desta interacção pode ser medida encontrando a temperatura necessária para quebrar as ligações de hidrogénio, a sua temperatura de fusão (também chamado T m de valor). Quando todos os pares de bases de um ADN de dupla hélice derreter, separar as cadeias e existem em solução como duas moléculas completamente independentes. Estesmoléculas de DNA de cadeia simples ( ssDNA ) não têm uma única forma comum, mas algumas conformações são mais estáveis ​​do que os outros. [ 31 ]
 
Sentido e anti-
Mais informações: Sense (biologia molecular)
Uma sequência de ADN que é chamado de "sentido", se a sua sequência é a mesma que a de um RNA mensageiro cópia que é traduzida em Proteína. [ 32 ] A sequência da cadeia oposta é denominada a sequência "antisense". Ambas as sequências com sentido e anti-sentido podem existir em diferentes partes da mesma cadeia de ADN (isto é, ambas as cadeias podem conter ambas as sequências com sentido e anti-sentido). Em ambos os procariotas e eucariotas, as sequências de ARN anti-sentido são produzidos, mas as funções destes RNAs não são totalmente claras. [ 33 ] Uma proposta é que o ARN anti-sentido estão envolvidos na regulação da expressão do gene através de emparelhamento de bases de RNA-RNA. [ 34 ]
 
Algumas sequências de DNA em procariotas e eucariotas, e mais em plasmídeos e vírus , borrar a distinção entre sentido e anti-fios por ter genes que se sobrepõem . [ 35 ] Nestes casos, algumas sequências de DNA fazer o dever dobro, codificação de uma proteína quando lido ao longo de um cadeia, e uma segunda proteína quando lidas na direcção oposta ao longo da outra cadeia. Em bactérias , esta sobreposição pode estar envolvido na regulação da transcrição de genes, [ 36 ] , enquanto em vírus, genes sobrepostos aumentar a quantidade de informação que pode ser codificados dentro do genoma viral pequena. [ 37 ]
 
Supercoiling
Mais informações: supercoil DNA
O ADN pode ser torcido, como uma corda em um processo chamado super-enrolamento de ADN . Com o ADN no seu Estado "relaxada", uma cadeia normalmente circunda o eixo da dupla hélice a cada 10,4 pares de bases, mas se o DNA é torcido, as cadeias ficam mais ou menos enroladas. [ 38 ] Se o ADN é torcido em a direcção da hélice, isto é superenrolamento positivo, e as bases são unidas mais firmemente. Se eles são torcidos na direcção oposta, isto é o superenrolamento negativo, e as bases de se separar mais facilmente. Na Natureza, o DNA tem ligeira supercoiling negativo que é introduzido por enzimas denominadas topoisomerases . [ 39 ] Estas enzimas também são necessárias para aliviar o estresse de torção causado no DNA durante processos como a transcrição e replicação do DNA . [ 40 ]
 
 
Da esquerda para a direita, as estruturas de A, B e Z ADN
Estruturas de DNA alternativos
Mais informações: Estrutura Molecular de Ácidos Nucleicos: Uma Estrutura para o ácido desoxirribonucléico , modelos moleculares de DNA , e estrutura de DNA
ADN existe em muitas possíveis conformações que incluem A-ADN , ADN-B, e Z-DNA formas, embora, apenas B-ADN e Z-DNA foram observados a partir de organismos funcionais. [ 12 ] O conformação que adopta ADN depende o nível de hidratação, sequência de ADN, a quantidade e direcção de super-enrolamento, modificações químicas das bases, do tipo e da concentração de metal de iões , bem como a presença de poliaminas em solução. [ 41 ]
 
Os primeiros relatórios publicados de A-DNA padrões de difração de raios-X -e também análises baseadas em B-utilizado-DNA Patterson transforma a prevista apenas uma quantidade limitada de informações estruturais para fibras orientadas de DNA. [ 42 ] [ 43 ] Uma análise alternativa Foi então proposto por Wilkins et al. , em 1953, para o in Vivo de ADN-B de difracção de raios-X / espalhamento padrões de fibras de ADN altamente hidratadas em termos dos quadrados das funções de Bessel . [ 44 ] No mesmo jornal, James Watson e Francis Crick apresentaram sua modelagem molecular análise do DNA padrões de difração de raios-X para sugerir que a estrutura era uma dupla-hélice. [ 6 ]
 
Embora a "forma B-ADN" representa a mais comum nas condições encontradas nas células, [ 45 ] não é uma conformação bem definida, mas uma Família de conformações de ADN relacionados, [ 46 ] que ocorrem nos níveis elevados de hidratação Presente em células vivas . Os seus correspondentes de difracção de raios-X e espalhamento padrões são característicos do moleculares paracrystals com um grau significativo de desordem. [ 47 ] [ 48 ]
 
Em comparação com B-DNA, o formulário A-DNA é uma espiral dextra mais larga, com uma fenda menor larga e superficial e uma fenda maior profundo estreito. O Uma forma ocorre sob condições não fisiológicas em amostras parcialmente desidratados de ADN, enquanto que na célula pode ser produzida em pares de híbridos de ADN e ARN fios, bem como em complexos DNA-enzima. [ 49 ] [ 50 ] Os segmentos de DNA onde as bases foram quimicamente modificadas por metilação pode sofrer uma grande modificação na sua formação e adoptar a forma Z . Aqui, os fios de rodar em torno do eixo helicoidal em um canhoto espiral, o oposto da forma mais comum B. [ 51 ] Estas estruturas usuais podem ser reconhecidas por proteínas de ligação de ADN-Z e podem estar envolvidas na regulação da transcrição . [ 52 ]
 
Química Alternativa DNA
Para um número de anos exobiologists propuseram a existência de uma Biosfera sombra , uma biosfera microbiana postulado da Terra que usa radicalmente diferentes processos bioquímicos e moleculares do que a vida atualmente conhecida. Uma das propostas foi a existência de formas de vida que utilizam arsénio em vez de fósforo no ADN . Um relatório em 2010 sobre a possibilidade de a bactéria GFAJ-1 , foi anunciada, [ 53 ] [ 53 ] [ 54 ] embora a pesquisa foi disputado, [ 54 ] [ 55 ] e as evidências sugerem a bactéria impede ativamente a incorporação de arsênico em a espinha dorsal do ADN e outras biomoléculas. [ 56 ]
 
Estruturas Quadruplex
Mais informações: G-quadruplex
Nas extremidades dos cromossomas lineares são regiões especializadas de DNA chamada telómeros . A função principal destas regiões é para permitir que a célula para replicar as extremidades do cromossoma usando a enzima telomerase , como as enzimas que permitem replicar DNA normalmente não é possível copiar o extremo 3 'dos cromossomas. [ 57 ] Estas tampas de cromossoma especializadas também ajudam a proteger as extremidades do ADN e parar o reparo do DNA sistemas da célula as trate como danos a ser corrigido. [ 58 ] Em células humanas , os telômeros são geralmente comprimentos de DNA de cadeia simples contendo vários milhares de repetições de uma sequência TTAGGG simples. [ 59 ]
 
 
DNA quádruplo formado por telômeros repete. A conformação em loop da espinha dorsal do ADN é bastante diferente da hélice de ADN típico. [ 60 ]
Estas sequências ricas em guanina podem estabilizar as extremidades dos cromossomas por formação de estruturas de conjuntos empilhados de unidades de quatro bases, em vez de os pares de bases usuais encontrados em outras moléculas de DNA. Aqui, quatro bases de guanina formar uma chapa plana e estas unidades de quatro bases planas, em seguida, empilhados no topo uns dos outros, para formar um estável G-quadruplex estrutura. [ 61 ] Estas estruturas são estabilizadas por pontes de hidrogénio entre as bordas das bases e a quelação de um ião metálico no centro de cada unidade de quatro bases. [ 62 ] Outras estruturas também podem ser formados, com o conjunto central de quatro bases provenientes de uma cadeia simples ou dobrado em torno das bases, ou vários cordões paralelos diferentes, cada um contribuindo com uma base para a estrutura central.
 
Além destas estruturas empilhadas, os telómeros também formam estruturas em laço grandes chamados telomere loops ou t-loops. Aqui, os cachos de DNA de fita simples em torno de um círculo grande estabilizado por proteínas de ligação dos telômeros. [ 63 ] No final do T-loop, o DNA dos telômeros de cadeia simples é realizada em uma região de DNA de cadeia dupla por cadeia do telómero e interromper o emparelhamento de bases do DNA de dupla hélice a uma das duas cadeias. Este triple-encalhado estrutura é chamada de laço de deslocamento ou D-circuito . [ 61 ]
 
Branch-dna-single.svg -DNA Branch-multiple.svg
Única filial Vários ramos
DNA ramificado pode formar redes que contêm vários ramos.
ADN ramificado
Mais informações: DNA ramificada e nanotecnologia DNA
No DNA desgaste ocorre quando existem regiões não complementares no final de uma outra forma de cadeia dupla complementar de DNA. No entanto, o DNA ramificado pode ocorrer se uma terceira cadeia de ADN é introduzida e contém regiões adjacentes capazes de hibridar com as regiões desgastadas de o pré-existente de cadeia dupla. Embora o exemplo mais simples de DNA ramificado envolve apenas três fitas de DNA, complexos envolvendo fios adicionais e várias filiais também são possíveis. [ 64 ] DNA ramificada podem ser usados ​​em nanotecnologia para construir formas geométricas, consulte a seção sobre os usos da tecnologia abaixo.
 
As modificações químicas e embalagens DNA alterado
Cytosin.svg 5-Methylcytosine.svg Thymin.svg
citosina 5-metilcitosina timina
Estrutura de citosina com e sem o grupo 5-metilo. Desaminação converte 5-metilcitosina em timina.
Modificações de bases e embalagens DNA
Mais informações: metilação do DNA , cromatina remodelação
A expressão de genes é influenciada pelo modo como o ADN é empacotado em cromossomas, em uma estrutura chamada cromatina . Modificações de bases podem ser envolvidos na Embalagem, com as regiões que têm pouca ou nenhuma expressão gene geralmente contendo altos níveis de metilação da citosina bases. Embalagem do ADN e a sua influência sobre a expressão do gene pode ocorrer por meio de modificações covalentes da histona proteína núcleo em torno do qual o ADN é envolvido na estrutura da cromatina ou então por remodelação levada a cabo por complexos de remodelação da cromatina (ver remodelação da cromatina ). Existe, ainda, a diafonia entre a metilação do DNA e a modificação das histonas, de forma que possam afectar coordenadamente cromatina e a expressão do gene. [ 65 ]
 
Para um exemplo, metilação da citosina, produz 5-metilcitosina , que é importante para a inativação do cromossomo X . [ 66 ] O nível médio de metilação varia entre organismos - o verme Caenorhabditis elegans carece de metilação da citosina, enquanto os Vertebrados têm níveis mais elevados, com até 1% do seu DNA contendo 5-metilcitosina. [ 67 ] Apesar da importância da 5-metilcitosina, que pode desaminar para deixar uma base de timina, assim citosinas metiladas são particularmente propensas a mutações . [ 68 ] Outras modificações de bases incluem metilação da adenina em bactérias , a presença de 5-hidroximetilcitosina no cérebro , [ 69 ] e a glicosilação de uracilo para produzir o "J-base" em cinetoplastídeos . [ 70 ] [ 71 ]
 
Dano
Mais informações: danos no DNA (que ocorre naturalmente) , Mutation , teoria danos no DNA do envelhecimento
 
Um covalente aducto entre um metabolicamente activado forma de benzo [ a ] pireno , a maior mutagénio no fumo do tabaco , e de ADN [ 72 ]
O ADN pode ser danificado por muitos tipos de agentes mutagénicos , que mudam a sequência de ADN. Agentes mutagénicos incluem agentes oxidantes , agentes alquilantes e também de alta energia de radiação electromagnética , tais como raios ultravioleta da Luz e raios-X . O tipo de dano de DNA produzido depende do tipo de agente mutagénico. Por exemplo, a luz UV pode danificar o ADN através da produção de dímeros de timina , que são ligações cruzadas entre as bases de pirimidina. [ 73 ] Por outro lado, os oxidantes, tais como radicais livres ou peróxido de hidrogénio produzir múltiplas formas de dano, incluindo modificações de bases, nomeadamente de guanosina, e quebras de cadeia dupla. [ 74 ] A célula humana típica contém cerca de 150.000 bases que sofreram danos oxidativos. [ 75 ] destas lesões oxidativas, os mais perigosos são quebras de cadeia dupla, pois estas são difíceis de reparar e pode produzir mutações pontuais , inserções e deleções da sequência de ADN, bem como as translocações cromossómicas . [ 76 ] Estas mutações podem causar cancro . Devido às limitações inerentes aos mecanismos de reparo do DNA, se os seres humanos viveram Tempo suficiente, todos iriam eventualmente desenvolver câncer. [ 77 ] [ 78 ] danos de DNA que são de ocorrência natural , devido a processos celulares normais que produzem espécies reativas de oxigênio, as atividades hidrolíticas de Água celular, etc., também ocorrem com freqüência. Embora a maioria desses danos são reparados, em qualquer célula alguns danos no DNA podem permanecer apesar da ação dos processos de reparação. Estes danos de DNA restantes acumulam com a idade em tecidos pós-mitóticas Mamíferos. Esta acumulação parece ser uma importante causa subjacente de envelhecimento. [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]
 
Muitos agentes mutagénicos encaixar-se no espaço entre dois pares de bases adjacentes, esta é chamada intercalação . A maioria dos intercaladores são aromáticos e moléculas planares; exemplos incluem brometo de etídio , acridinas , daunomicina , e doxorrubicina . Para uma intercalator para caber entre pares de bases, as bases devem separar, distorcendo as fitas de DNA, desenrolando da dupla hélice. Isto inibe a replicação e transcrição de ADN, toxicidade e causando mutações. [ 82 ] Como um resultado, intercaladores de ADN podem ser cancerígenos , e no caso da talidomida, um agente teratogénico . [ 83 ] Outros, tais como o benzo [ a ] pireno epóxido diol e aflatoxina adutos de DNA de forma que induzem erros na replicação. [ 84 ] Não obstante, devido à sua capacidade para inibir a replicação e transcrição de ADN, outras toxinas semelhantes são também utilizados em quimioterapia para inibir rapidamente crescente do cancro células. [ 85 ]
 
As funções biológicas
 
Localização de eukaryote DNA nuclear dentro dos cromossomos.
DNA geralmente ocorre como lineares cromossomos em eucariotos , e cromossomos circulares em procariotas . O conjunto de cromossomos de uma célula torna-se o seu genoma ; o genoma Humano tem cerca de 3 bilhões de pares de bases de DNA organizado em 46 cromossomos. [ 86 ] A informação transportada pelo DNA é realizada na sequência de pedaços de DNA chamados genes . A transmissão de informação genética nos genes é conseguida através de emparelhamento de bases complementares. Por exemplo, na transcrição, quando uma célula usa a informação de um gene, a sequência de ADN é copiada para uma sequência de ARN complementar através da atracção entre o ADN e os nucleótidos de RNA correctas. Normalmente, esta cópia de RNA é então usado para fazer um correspondente sequência de proteína num processo chamado de tradução , o que depende da mesma interacção entre os nucleótidos de RNA. De forma alternativa, uma célula pode simplesmente copiar a sua informação genética em um processo chamado replicação do DNA. Os detalhes destas funções são abordados em outros artigos; aqui vamos nos concentrar sobre as interacções entre DNA e outras moléculas que medeiam a função do genoma.
 
Os genes e genomas
Mais informações: Núcleo celular , Cromatina , Cromossoma , Gene , DNA não codificante
O ADN genómico é firmemente embalada e ordenada no chamado processo de condensação de ADN para encaixar os pequenos volumes disponíveis da célula. Em eucariotas, o ADN está localizado no núcleo das células , bem como pequenas quantidades em mitocôndrias e cloroplastos . Em procariontes, o DNA é realizada dentro de um corpo de forma irregular no citoplasma chamado nucleóide . [ 87 ] A informação genética em um genoma é mantido dentro de genes, e o conjunto completo de informações em um Organismo é chamado de seu genótipo . Um gene é uma unidade de hereditariedade e é uma região de ADN que influencia uma característica particular em um organismo. Os genes contêm uma grelha de leitura aberta que pode ser transcrito, bem como sequências reguladoras , tais como promotores e potenciadores , que controlam a transcrição da grelha de leitura aberta.
 
Em muitas espécies , apenas uma pequena fracção da sequência total do genoma codifica a proteína. Por exemplo, apenas cerca de 1,5% do genoma humano consiste de codificação de proteínas de exões , com mais de 50% de ADN humano que consiste em não codificante sequências repetitivas . [ 88 ] As razões para a presença de tanto DNA não codificante em genomas eucarióticos e as diferenças extraordinárias no tamanho do genoma , ou C-valor , entre espécies representam um enigma de longa data conhecido como o " valor-C enigma ". [ 89 ] No entanto, algumas sequências de DNA que não codificam proteínas podem ainda codificar funcional não codificante RNA moléculas, que estão envolvidas na regulação da expressão gênica . [ 90 ]
 
 
T7 ARN polimerase (Azul) produzindo um ARNm (Verde) a partir de um molde de ADN (laranja). [ 91 ]
Algumas sequências de ADN não codificantes papel estrutural nos cromossomas. Os telómeros e centrómeros contêm tipicamente poucos genes, mas são importantes para a função e estabilidade dos cromossomas. [ 58 ] [ 92 ] Uma forma abundante de DNA não codificante em humanos são pseudogenes , que são cópias de genes que foram desabilitados por mutação. [ 93 ] Essas seqüências são geralmente apenas moleculares Fósseis , embora ocasionalmente pode servir como material genético em bruto para a criação de novos genes através do processo de duplicação de genes e divergência . [ 94 ]
 
A transcrição e tradução
Outras informações: Código genético , Transcrição (genética) , a biossíntese de proteínas
Um gene é uma sequência de ADN que contém informação genética e pode influenciar o fenótipo de um organismo. Dentro de um gene, a sequência de bases ao longo de uma cadeia de DNA definem um ARN mensageiro sequência, que, em seguida, define uma ou mais sequências de proteínas. A relação entre as sequências de nucleótidos dos genes e os amino-ácidos sequências de proteínas é determinada pelas regras de tradução , conhecidos colectivamente como o código genético . O código genético é composto por três letras 'palavras' chamados códons formados a partir de uma sequência de três nucleótidos (por exemplo, ACT, CAG, TTT).
 
Na transcrição, os codões de um gene são copiados para um RNA mensageiro pela RNA polimerase . Esta cópia de RNA é então decodificado por um ribossomo que lê a sequência de RNA pelo RNA mensageiro para emparelhando o RNA de transferência , que carrega aminoácidos. Uma vez que existem quatro bases em combinações de 3 letras, há 64 codões possíveis (4 3  combinações). Estas codificam os vinte aminoácidos padrão , dando à maioria dos aminoácidos mais do que um codão possível. Há também três 'stop' ou códons 'nonsense' significando o fim da região de codificação; estes são o TAA, TGA, e códons TAG.
 
 
A replicação do ADN. A dupla hélice é desenrolado por uma helicase e topoisomerase . Em seguida, uma DNA polimerase produz a Costa principal cópia. Outra DNA polimerase se liga à cadeia atrasada . Esta enzima faz com que segmentos descontínuos (chamados fragmentos de Okazaki ) antes de DNA ligase os une.
Réplica
Outras informações: a replicação do DNA
A divisão celular é essencial para que um organismo crescer, mas, quando uma célula se divide, ele deverá replicar o ADN no seu genoma de modo a que as duas células filhas têm a mesma informação genética como o seu progenitor. A estrutura de dupla hélice do DNA fornece um mecanismo simples para a replicação do DNA . Aqui, as duas cadeias são separadas e, em seguida, de cada cadeia de DNA complementar de sequência é recriado por uma enzima chamada DNA polimerase . Esta enzima faz com que a cadeia complementar por encontrar a base correcta através de emparelhamento de bases complementares, e ligando-o para a cadeia original. Como ADN-polimerases só pode estender uma cadeia de ADN numa direcção 5 'para 3', diferentes mecanismos são usados ​​para copiar a cadeia antiparalela da dupla hélice. [ 95 ] Desta forma, a base em cadeia antiga dita que aparece na base de a nova cadeia ea célula acaba com uma cópia perfeita do seu DNA.
 
Interacções com proteínas
Todas as funções de ADN depender de interacções com proteínas. Estas interacções entre proteínas pode ser não-específica, ou a proteína pode ligar-se especificamente a uma sequência única de ADN. As enzimas também podem ligar-se ao ADN e destes, as polimerases que copiam as sequências de DNA na transcrição e a replicação do ADN, são particularmente importantes.
 
Proteínas de ligação de ADN
Mais informações: proteína de ligação de DNA
Nucleosome1.png
Interação de DNA (em laranja) com histonas (em azul). Aminoácidos básicos destas proteínas ligam-se aos grupos fosfato do ADN.
Proteínas estruturais que se ligam ao DNA são exemplos bem compreendidos de interacções ADN-proteína não-específicos. Dentro de cromossomos, DNA é realizado em complexos com proteínas estruturais. Estas proteínas organizam o DNA numa estrutura compacta, a cromatina . Em eucariotas esta estrutura envolve a ligação do ADN a um complexo de pequenas proteínas básicas chamadas histonas , enquanto em procariotas vários tipos de proteínas estão envolvidas. [ 96 ] [ 97 ] As histonas formam um complexo em forma de disco, o nucleossoma , que contém duas voltas completas de ADN de cadeia dupla enrolado à sua volta. Estas interacções não específicas são formadas através de resíduos básicos das histonas fazem ligações iónicas ao esqueleto açúcar-fosfato ácido do ADN, e, por conseguinte, são em grande medida independentes da sequência de bases. [ 98 ] As modificações químicas destes resíduos de aminoácidos básicos incluem metilação , fosforilação e acetilação . [ 99 ] Estas mudanças químicas alteram a força da interacção entre o ADN e as histonas, tornando o DNA mais ou menos acessível a factores de transcrição e alterando a taxa de transcrição. [ 100 ] Outro ADN não específica proteínas de ligação em cromatina incluem o grupo de proteínas de alta mobilidade, que se ligam ao DNA dobrado ou distorcido. [ 101 ] Estas proteínas são importantes pois dobram conjuntos de nucleossomos e organizando-os em estruturas maiores que compõem cromossomos. [ 102 ]
 
Um grupo distinto de proteínas de ligação ao ADN são as proteínas de ligação de ADN que se ligam especificamente a ADN em cadeia simples. Nos seres humanos, a replicação de proteína A é o membro mais entendido desta família e é utilizada em processos onde a dupla hélice se encontre separado, incluindo a replicação do ADN, a recombinação e a reparação do ADN. [ 103 ] Estas proteínas de ligação parecem estabilizar DNA de cadeia simples e protegê-lo de formação de haste-loops ou sendo degradados por nucleases .
 
 
O lambda repressor hélice-volta-hélice fator de transcrição vinculado ao seu alvo DNA [ 104 ]
Em contraste, outras proteínas evoluíram para se ligarem a sequências específicas de ADN. O mais intensivamente estudados destes são os vários factores de transcrição , que são proteínas que regulam a transcrição. Cada factor de transcrição se liga a um conjunto específico de sequências de DNA e activa ou inibe a transcrição de genes que têm essas sequências perto de seus próprios promotores. Os fatores de transcrição fazer isso de duas maneiras. Em primeiro lugar, elas podem se ligar a polimerase de ARN responsável pela transcrição, quer directamente ou através de outras proteínas do mediador; este localiza o polimerase no promotor e permite iniciar a transcrição. [ 105 ] Em alternativa, os factores de transcrição podem ligar enzimas que modificam as histonas no promotor. Isto altera a acessibilidade do modelo de ADN para a polimerase. [ 106 ]
 
Como estes alvos de ADN pode ocorrer ao longo de um genoma de um organismo, alterações na actividade de um tipo de factor de transcrição pode afectar milhares de genes. [ 107 ] Por conseguinte, estas proteínas são frequentemente alvo das transdução de sinal, os processos que controlam as respostas às alterações ambientais ou a diferenciação celular e desenvolvimento. A especificidade das interacções destes factores de transcrição 'com ADN provenientes de proteínas que fazem vários contactos para as bordas das bases de DNA, permitindo-lhes "lido" da sequência de ADN. A maioria destas interacções-base são feitas no sulco principal, em que as bases são mais acessíveis. [ 27 ]
 
 
A enzima de restrição EcoRV (verde) em complexo com o seu substrato DNA [ 108 ]
Enzimas modificadoras de DNA
As nucleases e ligases
As nucleases são enzimas que cortam as cadeias de ADN, catalisando a hidrólise das ligações fosfodiéster . As nucleases que hidrolisam nucleótidos das extremidades dos filamentos de DNA são chamados exonucleases , enquanto as endonucleases de corte dentro de fios. As nucleases utilizadas com mais frequência em biologia molecular são as enzimas de restrição , que cortam o DNA em sequências específicas. Por exemplo, a enzima EcoRV mostrado à esquerda, reconhece a sequência de 6 bases 5'-GATATC-3 'e faz um corte na linha vertical. Na natureza, estas enzimas protegem as bactérias contra fago infecção por digestão do ADN do fago quando entra na célula bacteriana, agindo como parte do programa de modificação de restrição . [ 109 ] Na tecnologia, essas nucleases específica de sequências são usadas em clonagem molecular e DNA fingerprinting .
 
Enzimas denominadas DNA ligases podem reunir pedaços de ADN cortados ou quebrados. [ 110 ] As ligases são particularmente importantes na cadeia atrasada replicação do ADN, já que unem os pequenos segmentos de DNA produzido no Garfo de replicação em uma cópia completa do molde de DNA. Eles também são usados ​​no reparo do DNA e recombinação genética . [ 110 ]
 
Topoisomerases e helicases
As topoisomerases são enzimas que possuem a actividade de nuclease e ligase. Estas proteínas de alterar a quantidade de superenrolamento no ADN. Algumas destas enzimas funcionam cortando a hélice de DNA e permitindo que uma secção de rodar, reduzindo assim o seu nível de super-enrolamento; a enzima então veda a quebra de DNA. [ 39 ] Outros tipos de enzimas são capazes de cortar uma hélice de DNA e, em seguida, passar a segunda cadeia de DNA através deste intervalo, antes de reunir as hélices. [ 111 ] Topoisomerases são necessários para muitos processos que envolvam ADN, tais como a replicação e transcrição de ADN. [ 40 ]
 
Helicases são proteínas que são um tipo de Motor molecular . Eles usam a energia química em trifosfato de nucleosídeos , predominantemente ATP , para quebrar as ligações de hidrogênio entre as bases e descontrair dupla hélice do DNA em cadeias simples. [ 112 ] Estas enzimas são essenciais para a maioria dos processos em que as enzimas necessitam de aceder às bases do ADN.
 
Polymerases
As polimerases são enzimas que sintetizam cadeias de polinucleótidos a partir de nucleósido-trifosfatos . A sequência de seus produtos são criados com base em cadeias-que polinucleot�icas existentes são chamados modelos . Estas enzimas funcionar adicionando repetidamente um de nucleótidos à extremidade 3 ' do grupo hidroxilo no fim da cadeia de polinucleótido em crescimento. Como uma consequência, todas as polimerases de trabalhar numa direcção 5 'para 3'. [ 113 ] No centro activo destas enzimas, os nucleósido-trifosfato de entrada de pares de bases para o molde: esta permite polimerases com precisão para sintetizar a cadeia complementar do seu modelo . Polimerases são classificados de acordo com o tipo de modelo que eles usam.
 
Na replicação de DNA, dependentes de DNA polimerases de DNA fazer cópias de cadeias polinucleot�icas DNA. A fim de preservar a informação biológica, é essencial que a sequência de bases de cada exemplar são precisamente complementares para a sequência de bases na cadeia molde. Muitas polimerases de DNA têm uma revisão actividade. Aqui, a polimerase reconhece erros ocasionais na reacção de síntese pela falta de emparelhamento de bases entre os nucleótidos mal emparelhados. Se for detectada alguma diferença, uma 3 'para 5' exonuclease actividade é activado e a base incorrecta removido. [ 114 ] Na maioria dos organismos, função de polimerases de ADN em um grande complexo denominado replissoma que contém múltiplas unidades acessórias, tais como o ADN braçadeira ou helicases . [ 115 ]
 
As polimerases de ADN dependente de ARN são uma classe especializada de polimerases que copiam a sequência de uma cadeia de ARN em ADN. Eles incluem a transcriptase reversa , que é um vírus enzima envolvida na infecção de células por retrovírus , e da telomerase , que é necessário para a replicação dos telómeros. [ 57 ] [ 116 ] A telomerase é uma polimerase invulgar porque contém o seu próprio ARN como molde parte de sua estrutura. [ 58 ]
 
A transcrição é realizada por uma ADN-dependente da polimerase de ARN que copia a sequência de uma cadeia de DNA em RNA. Para iniciar a transcrição de um gene, a ARN-polimerase se liga a uma sequência de ADN denominada promotor, e separa as cadeias de ADN. É então cópias da sequência do gene num RNA mensageiro transcrito até atingir uma região de ADN chamado o terminador , onde se detém e separa do ADN. Tal como acontece com as polimerases de ADN humano dependente de DNA, RNA polimerase II , a enzima que transcreve a maioria dos genes no genoma humano, opera como parte de um grande complexo de proteína com múltiplas subunidades reguladoras e acessórios. [ 117 ]
 
A recombinação genética
Holliday Junction.svg
Junção Holliday coloured.png
Estrutura da junção Holliday intermediário na recombinação genética . As quatro cadeias de DNA separados são de cor vermelha, azul, verde e Amarelo. [ 118 ]
Mais informações: A recombinação genética
 
Recombinação envolve a quebra e reunião de dois cromossomas (M e F) para produzir dois cromossomas re-arranjado (C1 e C2).
Uma hélice de DNA normalmente não interagem com outros segmentos de ADN, em células humanas e os diferentes cromossomas ocupam áreas separadas no núcleo chamado "territórios cromossómicos". [ 119 ] Esta separação física dos diferentes cromossomas é importante para a capacidade do ADN para funcionam como um repositório estável para obter informações, como uma das poucas vezes cromossomos interagem é durante cromossômica cruzamento quando eles se recombinam . Chromosomal cruzado é quando duas hélices de DNA quebrar, trocar uma e se unem novamente.
 
A recombinação permite cromossomas para a troca de informação genética e produz novas combinações de genes, o que aumenta a eficiência da selecção natural e pode ser importante para a evolução rápida de novas proteínas. [ 120 ] A recombinação genética pode também ser envolvido na reparação do ADN, particularmente na célula de resposta a quebras de cadeia dupla. [ 121 ]
 
A forma mais comum de passagem cromossómico é a recombinação homóloga , em que as duas partes envolvido cromossomas sequências muito semelhantes. A recombinação não-homóloga pode ser prejudicial para as células, como se pode produzir translocações cromossómicas e anormalidades genéticas. A reacção de recombinação é catalisada por enzimas conhecidas como recombinases , tais como RAD51 . [ 122 ] O primeiro passo na recombinação é uma quebra de cadeia dupla, quer causado por uma endonuclease ou danos no ADN. [ 123 ] Uma série de passos em parte catalisada pela recombinase, em seguida, leva à união das duas hélices em pelo menos uma junção Holliday , em que um segmento de um único cordão em cada hélice é fundida com a cadeia complementar na outra hélice. A junção Holliday é uma estrutura de união tetraédrica que pode ser movido ao longo do par de cromossomas, a troca de um fio para outro. A reacção de recombinação é então interrompida por clivagem da junção e re-ligação do ADN libertado. [ 124 ]
 
Evolução
Mais informações: hipótese do Mundo do RNA
DNA contém a informação genética que permite que todos os modernos seres vivos para funcionar, crescer e se reproduzir. No entanto, não está claro quanto tempo no 4 bilhões de anos da história de vida DNA executou esta função, como tem sido proposto que as primeiras formas de vida podem ter usado RNA como seu material genético. [ 125 ] [ 126 ] RNA pode ter agido como a parte central do início metabolismo celular , pois pode transmitir informação genética e realizar catálise como parte de ribozimas . [ 127 ] Esta antiga do mundo do RNA , onde o ácido nucleico teria sido utilizado tanto para a catálise e genética podem ter influenciado a evolução do código genético corrente com base em quatro bases de nucleótidos. Isto pode ocorrer, uma vez que o número de bases diferentes em tal organismo é um trade-off entre um pequeno número de bases crescentes precisão de replicação e um grande número de bases que aumentam a eficiência catalítica das ribozimas. [ 128 ]
 
No entanto, não existe qualquer evidência directa de sistemas genéticos antigos, como a recuperação do DNA da maioria dos fósseis é impossível. Isto é porque o DNA sobrevive no ambiente por menos de um milhão de anos e lentamente degrada-se em pequenos fragmentos em solução. [ 129 ] reivindicações de ADN mais foram feitos, mais notavelmente, o isolamento de uma bactéria viável a partir de um Cristal de Sal 250 milhões anos de idade, [ 130 ] , mas estas reivindicações são controversos. [ 131 ] [ 132 ]
 
Em 8 de Agosto de 2011, um relatório, com base na NASA estudos com meteoritos encontrados na Terra , foi publicado sugerindo blocos de Construção de DNA ( adenina , guanina e afins moléculas orgânicas ) podem ter sido formados extraterrestre no espaço sideral . [ 133 ] [ 134 ] [ 135 ]
 
Usa em tecnologia
A engenharia genética
Mais informações: A biologia molecular , métodos de ácidos nucleicos e engenharia genética
Foram desenvolvidos métodos para purificar DNA a partir de organismos, tais como a extracção com fenol-clorofórmio , e manipulá-lo em laboratório, tais como digestões de restrição e a reacção em cadeia da polimerase . Moderna biologia e bioquímica fazem uso intensivo destas técnicas em tecnologia de ADN recombinante. ADN recombinante é uma sequência de ADN artificial que foi montado a partir de outras sequências de ADN. Eles podem ser transformados em organismos na forma de plasmídeos ou no formato adequado, através de um vector virai . [ 136 ] As geneticamente modificados organismos produzidos podem ser utilizados para produzir produtos, tais como recombinantes de proteínas , utilizados na pesquisa médica , [ 137 ] ou ser cultivadas em Agricultura . [ 138 ] [ 139 ]
 
Forensics
Mais informações: perfis de ADN
Os cientistas forenses pode usar DNA em sangue , sêmen , pele , saliva ou Cabelo encontrado em uma cena de crime para identificar um DNA correspondente de um indivíduo, como um agressor. Este processo é formalmente chamado perfil de ADN , mas também pode ser chamado de " impressão digital genética ". Em perfis de ADN, os comprimentos das seções variáveis ​​de DNA repetitivo, como repetições curtas em tandem e minisatélites , são comparados entre as Pessoas. Este método é geralmente uma técnica extremamente confiável para a identificação de um DNA correspondente. [ 140 ] No entanto, a identificação pode ser complicado se a cena está contaminado com DNA de várias pessoas. [ 141 ] perfis de DNA foi desenvolvido em 1984 pelo geneticista britânico Sir Alec Jeffreys , [ 142 ] e usado pela primeira vez em medicina forense para condenar Colin Pitchfork no 1.988 assassinatos Enderby caso. [ 143 ]
 
O desenvolvimento da Ciência forense, e a capacidade de obter agora compatibilidade genética em amostras minuto de sangue, pele, saliva ou cabelo levou a uma re-análise de um número de casos. Evidência pode ser descoberto agora que não foi cientificamente possível no momento do exame inicial. Combinado com a remoção da dupla penalização lei em alguns lugares, isso pode permitir que os processos ser reaberto em que estudos anteriores não conseguiram produzir provas suficientes para convencer um júri. Pessoas acusadas de crimes graves podem ser obrigados a fornecer uma amostra de DNA para fins de correspondência. A defesa mais óbvio para partidas de DNA obtidos forense é a alegação de que a contaminação cruzada das provas ocorreu. Isso resultou em procedimentos de manipulação rigorosos meticulosos com novos casos de crime grave. Perfis de DNA também é utilizado para identificar vítimas de incidentes de desastre em massa. [ 144 ] Como identificar bem como positiva órgãos ou partes do corpo em Acidentes graves, perfis de DNA está sendo usado com sucesso para identificar as vítimas individuais em túmulos de Guerra em massa - correspondente aos membros da família.
 
Bioinformática
Mais informações: Bioinformática
Bioinformática envolve a manipulação, busca e mineração de dados de dados biológicos, e isso inclui dados de sequências de DNA. O desenvolvimento de técnicas para armazenar e procurar sequências de ADN gerou avanços no amplamente aplicada ciência da computação , especialmente de cordas em busca algoritmos , aprendizado de máquina e teoria de banco de dados . [ 145 ] busca de frases ou algoritmos, que procuram a ocorrência de uma sequência de letras dentro de harmonização uma sequência de letras maior, foram desenvolvidos para pesquisar sequências específicas de nucleótidos. [ 146 ] A sequência de ADN pode ser alinhadas com outras sequências de ADN para identificar homólogos sequências específicas e localizar as mutações que os tornam distintos. Essas técnicas, especialmente alinhamento de sequências múltiplas , são usados ​​no estudo filogenético relações e função da proteína. [ 147 ] Os conjuntos de dados que representam a pena 'genomas inteiros de sequências de DNA, como os produzidos pelo Projeto Genoma Humano , são difíceis de usar sem as anotações que identificar os locais de genes e elementos reguladores em cada cromossoma. As regiões de ADN que possuem os padrões característicos associados com genes em proteínas ou que codifica a ARN podem ser identificados por genes encontrar algoritmos, que permitem que os investigadores para prever a presença de determinados produtos de genes e as suas possíveis funções num organismo, mesmo antes de ter sido isolado experimentalmente. [ 148 ] genomas inteiros também podem ser comparados, o que pode lançar luz sobre a história evolutiva de particular organismo e permitir o controlo dos acontecimentos evolutivos complexos.
 
Nanotecnologia DNA
 
A estrutura de ADN à esquerda (esquema mostrado) será auto-montar na estrutura visualizadas por microscopia de força atómica à direita. nanotecnologia de DNA é o campo que visa criar estruturas em nano-escala utilizando as reconhecimento molecular propriedades de moléculas de ADN. Imagem de Strong, 2004 .
Mais informações: nanotecnologia DNA
Nanotecnologia ADN utiliza as únicas de reconhecimento molecular propriedades de ADN e outros ácidos nucleicos para criar complexos de ADN ramificadas auto-montagem com propriedades úteis. [ 149 ] ADN é assim utilizada como um material estrutural, em vez de como um portador de informação biológica. Isto levou à criação de reticulados periódicos bidimensionais (tanto à base de cerâmica e usando o " origami de DNA "método), bem como estruturas tridimensionais nas formas de poliedros . [ 150 ] dispositivos Nanomechanical e auto-montagem algorítmica têm Também foi demonstrado, [ 151 ] e estas estruturas de DNA foram usadas para modelo o arranjo de outras moléculas, tais como as nanopartículas de Ouro e estreptavidina proteínas. [ 152 ]
 
História e antropologia
Mais informações: Phylogenetics e genealogia genética
Como o DNA armazena mutações ao longo do tempo, que são então herdadas, que contém informações históricas, e, comparando seqüências de DNA, os geneticistas podem inferir a história evolutiva dos organismos, a sua filogenia . [ 153 ] O campo da filogenia é uma ferramenta poderosa na biologia evolutiva . Se as sequências de ADN dentro de uma espécie são comparados, os geneticistas populacionais podem aprender a história de populações particulares. Isso pode ser usado em estudos que vão desde a Ecologia genética para a antropologia ; Por exemplo, evidências de DNA está sendo usado para tentar identificar as dez tribos perdidas de Israel . [ 154 ] [ 155 ]
 
Armazenamento de informação
Ver artigo principal: DNA armazenamento de dados digitais
Em um artigo publicado na Nature em Janeiro de 2013, os cientistas do Instituto Europeu de Bioinformática e Agilent Technologies propôs um mecanismo para usar a capacidade do DNA para codificar informações como um meio de armazenamento de dados digital. O grupo foi capaz de codificar 739 kilobytes de dados em código de DNA, sintetizar o DNA real, então sequenciar o DNA e decodificar as informações de volta à sua forma original, com uma precisão de 100% reportado. A informação codificada consistia em arquivos de texto e arquivos de áudio. A experiência anterior foi publicado em agosto de 2012. O estudo foi realizado por pesquisadores da Universidade de Harvard , onde o texto de um Livro de 54.000 palavras foi codificada no DNA. [ 156 ] [ 157 ]
 
História da pesquisa de DNA
Mais informações: História da biologia molecular
 
James Watson e Francis Crick (à direita), co-criadores do modelo de dupla hélice, com Maclyn McCarty (à esquerda).
DNA foi isolado pela primeira vez pelo médico suíço Friedrich Miescher , que, em 1869, descobriu uma substância microscópica no pus de ataduras cirúrgicas descartados. Como residia no núcleo das células, ele a chamou de "nuclein". [ 158 ] [ 159 ] Em 1878, Albrecht Kossel isolado o componente não-protéico de "nuclein", ácido nucleico, e mais Tarde isolado seus cinco principais nucleobases . [ 160 ] [ 161 ] Em 1919, Phoebus Levene identificou a unidade de base, açúcar e fosfato de nucleótidos. [ 162 ] Levene sugeriu que o DNA consistiu de uma série de unidades de nucleotídeos ligados entre si através dos grupos fosfato. Levene pensei que a cadeia foi curta e as bases repetida em uma ordem fixa. Em 1937, William Astbury produziu os primeiros padrões de difração de raios-X que mostraram que o DNA tinha uma estrutura regular. [ 163 ]
 
Em 1927, Nikolai Koltsov propôs que traços herdados seriam herdadas por meio de uma "molécula hereditária gigante", composta por "duas vertentes espelho que replicam de forma semi-conservador, através de cada vertente como um modelo". [ 164 ] [ 165 ] Em 1928, Frederick Griffith em seu experimento descobriu que traços da forma "suave" de Pneumococcus poderia ser transferido para a forma "grosseira" da mesma bactéria através da mistura de mortos bactérias "suave" com a forma viva "áspero". [ 166 ] [ 167 ] Este sistema, desde a primeira sugestão clara de que o DNA carrega a informação genética-o experimento Avery-MacLeod-McCarty -quando Oswald Avery , junto com colegas de Trabalho Colin MacLeod e Maclyn McCarty , ADN identificado como o princípio de transformação em 1943. [ 168 ] O papel de DNA em hereditariedade foi confirmado em 1952, quando Alfred Hershey e Martha perseguição no experimento Hershey-perseguição mostrou que o DNA é o material genético do fago T2 . [ 169 ]
 
Em 1953, James Watson e Francis Crick sugeriu que hoje é aceito como o primeiro modelo de dupla hélice correta da estrutura do DNA na revista Nature . [ 6 ] A dupla hélice, modelo molecular do DNA foi então baseada em um único raio-X difração de imagem (rotulado como " Foto 51 ") [ 170 ] tomada por Rosalind Franklin e Raymond Gosling Maio 1952, bem como as informações que as bases de ADN são emparelhados-também obtida através de comunicações privadas de Erwin Chargaff nos anos anteriores.
 
A evidência experimental de suporte ao modelo Watson e Crick foi publicado em uma série de cinco artigos na mesma edição da Nature . [ 171 ] Destas, papel de Franklin e Gosling foi a primeira publicação de seus próprios dados de difração de raios-X e método de análise original que suportado parcialmente o modelo de Watson e Crick; [ 43 ] [ 172 ] esta questão também continha um artigo sobre a estrutura do DNA por Maurice Wilkins e dois de seus colegas, cuja análise e in vivo padrões B-DNA de raios-X também apoiou a presença in vivo das configurações de DNA de dupla hélice, como proposto por Crick e Watson para o seu modelo molecular dupla-hélice do DNA nas duas páginas anteriores da Natureza . [ 44 ] Em 1962, após a morte de Franklin, Watson, Crick e Wilkins receberam conjuntamente o Nobel Prêmio de Fisiologia ou Medicina . [ 173 ] Prêmios Nobel foram concedidos apenas para os destinatários vivendo no momento. Um debate continua sobre quem deveria receber crédito pela descoberta. [ 174 ]
 
Em uma apresentação influente em 1957, Crick estabeleceu o dogma central da biologia molecular , que predisse a relação entre DNA, RNA e proteínas, e articulou a "hipótese adaptador". [ 175 ] A confirmação final do mecanismo de replicação que foi implicado por a estrutura helicoidal dupla em seguida em 1958 por meio da experiência de Meselson-Stahl. [ 176 ] Além disso trabalho por Crick e colaboradores mostraram que o código genético foi baseado em tripletos que não se sobrepõem de bases, chamados codões, permitindo Har Gobind Khorana , Robert W. Holley e Marshall Nirenberg Warren para decifrar o código genético. [ 177 ] Estes resultados representam o nascimento da biologia molecular.
 
O ácido desoxirribonucléico (Des | oxi | ri | bo | nu | KLE | nos | SAU | re; short DNA ; Inglês DNA para ácido desoxirribonucleico ) (lat-Fri GM- up palavra ) está em todos os seres e em certos tipos de vírus ( os chamados vírus de DNA ) que ocorrem biomolécula e transportador de informação genética , ou seja, os genes . A palavra consiste , portanto , Oxygenium (oxigênio) ribose (ver desoxirribose ) e ácidos nucleicos .
 
No estado normal, está na forma de um ADN de dupla hélice organizado. Quimicamente, é ácidos nucleicos , moléculas de cadeia longa ( polímeros ), que consiste em quatro blocos de construção diferentes dos nucleótidos são construídos. Cada nucleotídeo consiste de um fosfato de radical, o açúcar desoxirribose e uma das quatro orgânicos bases ( adenina , timina , guanina e citosina , frequentemente abreviado como A, T, G e C).
 
Os genes no DNA contêm a informação para a produção de ácidos ribonucleicos (ARN, em alemão também RNS). Um grupo importante de RNA do mRNA , o que por sua vez contém a informação para a construção de proteínas (proteínas), que para o desenvolvimento biológico de um organismo e o metabolismo da célula são necessárias. Dentro dos genes codificadores de proteínas, a sequência de bases define a sequência de aminoácidos da respectiva proteína que: No código genético são cada três bases para um dado aminoácido .
 
Nas células de eucariotas , incluindo plantas , animais e fungos são, a maior parte do DNA no núcleo da célula como cromossomas organizada uma pequena parte está localizada na mitocôndria (" usinas "da célula). As plantas e algas também têm DNA em seus cloroplastos , os fotossintéticos operado organelas . Em bactérias e archaea , os procariotas que não possuem um núcleo celular, o ADN está localizado no citoplasma . Alguns vírus , os chamados vírus de ARN , não têm qualquer ADN, ARN, mas, para armazenar a informação genética.
 
No uso comum, o ácido desoxirribonucleico é principalmente com a sigla DNA chamado; o paralelo sigla em alemão existente DNS é, no entanto, menos comum e, de acordo com o dicionário "veraltend". [1]
 
Conteúdo  [ Esconder ] 
1 história descoberta
2 Estrutura e organização
2.1 Blocks
2.2 A dupla hélice
2.3 cromatina e cromossomas
2.4 DNA bacteriano e viral
2.5 Propriedades químicas e físicas da dupla hélice do DNA
2.5.1 Interações empilhamento
2.5.2 ponto de fusão
2.6 palíndromos DNA Cruciform em
2.7 enantiômeros
3 Genetic conteúdo de informação e transcrição
4 a replicação do ADN
5 mutações e outros danos ao DNA
6 purificação de ADN e a detecção
7 DNA "Old"
8 Literatura
9 Web Links
10 Notas e referências
História Descoberta
 
James D. Watson (2003)
 
Francis Crick
 
Modelo de DNA de Crick e Watson (1953)
 
1869 descobriu o médico suíço Friedrich Miescher , em um extrato de pus a partir de um núcleo das células de linfócitos próxima substância que ele nucleico chamados. Miescher foi trabalhar no laboratório de Felix Hoppe-Seyler em Castelo Tubingen . [2] 1.889 isolado o alemão Richard Altmann das proteínas nucleico e o ácido nucleico. [3] , em 1896, descobriu o alemão Albrecht Kossel no ácido nucleico, as quatro bases A, C, T e G. 1919 identificou Phoebus Levene os componentes do DNA (base, açúcar e do grupo fosfato). [4] Levene sugeriu uma estrutura tipo cadeia de DNA em que os nucleótidos são unidas entre si por fosfato e resíduos são repetidos continuamente. Publicado em 1937 William Astbury primeiro raio-X padrão de difracção sugestiva de uma estrutura de ADN repetitivo. [5]
 
1943 mostraram Oswald Avery depois que a transformação de bactérias, que consiste na transferência de informação hereditária de uma estirpe bacteriana para outra, sobre a transferência de DNA baseadas. [6] Esta contrariada a suposição de que, em seguida, geralmente favorecida sem ADN, proteínas, mas o portador da informação genética são. Assistência em sua interpretação era Avery 1952, quando Alfred Hershey e Martha perseguição mostrou que o DNA contém a informação genética do fago T2. [7]
 
O projeto estrutural do DNA foi o primeiro em 1953 pelo Norte-americano James Watson eo britânico Francis Crick em seu famoso artigo Estrutura Molecular de Ácidos Nucleicos: Uma Estrutura para o ácido desoxirribonucléico . descrito [8] Watson foi lançado em 1951 para a Inglaterra depois de um ano antes, na Universidade de Indiana, Bloomington seu doutorado nos Estados Unidos. Ele tinha uma Bolsa de estudos para Molecular get, mas cada vez mais abordou a questão do genoma humano. Crick foi dedicado a Cambridge apenas falhou o seu doutoramento sobre a estrutura cristalina da molécula de hemoglobina, quando ele conheceu em 1951 Watson.
 
Neste momento uma corrida feroz para a estrutura do DNA já foi quebrado para fora, o que também foi localizado próximo ao outro Linus Pauling participou do California Institute of Technology. Watson e Crick tinham sido realmente alocados a outros projetos e não tinha experiência significativa em química . Eles construíram suas reflexões sobre os resultados de outros pesquisadores acadêmicos.
 
Watson disse que queria decifrar o genoma, sem ter que aprender química. Em uma entrevista com o químico de renome e criador das regras Chargaff , Erwin Chargaff , esqueceu-estruturas moleculares importantes Crick e Watson fez na mesma conversa comentários inadequados que sua ignorância sobre a campo da química traído. Chargaff chamou os Jovens colegas depois de "Palhaços científicos".
 
Watson participou da final de 1952, a Faculdade do Rei em Londres, Maurice Wilkins , de suas radiografias de DNA de Rosalind Franklin mostrou (o que aconteceu contra a vontade de Franklin). Watson viu imediatamente que é a molécula é uma dupla hélice tinha de agir; O próprio Franklin foi baseado nos dados também sugeriram a presença de uma hélice, mas tiveram que mostram um modelo convincente para a estrutura. Uma vez que era conhecido que a purina - e pirimidina Lewis pares de bases, conseguiu Watson e Crick deduzir toda a estrutura molecular. Então eles desenvolvido no Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge , a dupla hélice modelo de DNA com pares de bases no meio, que foi publicado em 25 de Abril de 1953 na revista Nature. [9]
 
Esta publicação contém memorável em direção ao final da frase " Não escapou nossa observação que o pareamento específico que postulamos sugere imediatamente um possível mecanismo de cópia do material genético . " (É a nossa atenção não notar que o emparelhamento específico nós tomamos para concedido, sugere um possível mecanismo de cópia diretamente no genoma.)
 
"Pelas suas descobertas sobre a estrutura molecular dos ácidos nucléicos e seu significado para a transferência de informações em Matéria viva" foram Watson e Crick, juntamente com Maurice Wilkins 1962 Prêmio Nobel de Medicina . [10]
 
Rosalind Franklin , cujo difração de raios X padrões tinha contribuído substancialmente para decifrar a estrutura do DNA, foi morto neste momento e não poderia, portanto, ser nomeado.
 
Para mais informações históricas para descriptografar as operações de herança , consulte " Research História do núcleo "e" Pesquisa História de cromossomos "e" teoria cromossômica da hereditariedade . "
 
Estrutura e organização
Blocks
 
Estrutura química do DNA recorte
O ácido desoxirribonucléico é uma molécula de cadeia longa ( polímero ) de muitos módulos que podem desoxirribonucleotídeos ou curtas nucleotídeos chamadas. Cada nucleotídeo tem três componentes: ácido fosfórico ou Fosfato, o açúcar desoxirribose e um heterocíclicos nucleobase ou base curta. As subunidades de ácido fosfórico deoxyribose e são as mesmas para cada nucleotídeo. Eles formam a espinha dorsal da molécula. As unidades de base e de açúcar (sem fosfato) são usados ​​como nucleósidos conhecidos.
 
Os grupos fosfato são, devido à sua carga negativa, hidrófilo , que dão o ADN em solução aquosa de uma carga global negativa. Uma vez que estes DNA carregado negativamente dissolvido em água já não há mais prótons pode entregar, não é estritamente (mais) sobre um ácido . O termo desoxirribonucleico ácido refere-se a um estado de não carregado, estão ligados aos protões sobre os resíduos de fosfato.
 
Na base de que pode ser uma purina , a saber, a adenina ( A ) ou guanina ( G ) ou uma pirimidina , ou seja, a timina ( T ) ou de citosina ( C ato). Porque distinguir quatro nucleotídeos diferentes apenas por sua base, as abreviações A, G, T e C são usadas para os nucleótidos correspondentes.
 
Os cinco átomos de carbono de uma desoxirribose são de 1 "(ou seja, uma linha numerada) para 5 '. No final deste açúcar 1 ', a base está ligada. Na extremidade 5 'do resíduo de fosfato ligados. Na verdade, é na desoxirribose no 2-desoxirribose; O nome deriva do facto de, em comparação com uma ribose molécula de um alcoólico grupo OH na posição 2 'está ausente (ou foi substituído por um átomo de hidrogénio).
 
Na posição 3 'de um grupo OH está presente, que se conecta a desoxirribose através de uma assim chamada ligação de fosfodiéster ao átomo de carbono 5' do açúcar do nucleótido seguinte (ver Figura). Como resultado, tem quaisquer chamadas de cadeia simples dois finais diferentes: a 5 'e uma extremidade 3'. DNA polimerases que realizam a síntese de cadeias de ADN no mundo vivo, pode adicionar novos nucleotídeos apenas ao grupo OH na extremidade 3 ', mas não à extremidade 5'. A single-strand assim sempre cresce a partir de 5 'para 3' (ver também a replicação do ADN abaixo). Este é um nucleósido-trifosfato (com três resíduos de fosfato) emitido como um novo componente de os dois fosfatos sob a forma de pirofosfato são eliminados. O resíduo restante fosfato de cada nucleótido recentemente adicionado é associado com o grupo OH na extremidade 3 'do último nucleotídeo cadeia presente na eliminação de água. A sequência de bases na cadeia codifica a informação genética.
 
A dupla hélice
 
Da esquerda para a direita: modelos estruturais da A-, B- e Z-DNA com 12 pares de bases
 
Modelo estrutural de uma seção da dupla hélice do DNA (formulário B), com 20 pares de bases
 
Detalhe de um modelo de preenchimento de espaço de uma molécula de ADN. Enquanto outros modelos são bem adequados para representar a relação dos átomos individuais uns aos outros, é um modelo de preenchimento de espaço de ocupação do volume do ambiente. Portanto, é evitado É a falsa impressão de que ainda há muito espaço entre os átomos individuais.
DNA geralmente vem como uma hélice dupla em um helicoidal conformação antes, o B-DNA é chamado. Duas das cadeias simples são recozidos acima dela, em sentido oposto: Em cada extremidade da hélice dupla tem uma das duas cadeias simples de sua extremidade 3 ', a outra sua extremidade 5'. Através da justaposição sempre duas bases distintas estão localizados no meio da dupla hélice oposta, eles são "emparelhado". A dupla hélice é estabilizado principalmente pelo empilhamento de interações entre bases adjacentes (e não, como muitas vezes é reivindicado por ligações de hidrogênio ).
 
É sempre acasalar adenina e timina, enquanto que as duas ligações de hidrogénio formam, com guanina ou citosina, que são ligados por três ligações de hidrogénio. Bridging é, além entre as posições moleculares 1 = 1 e 6 = 6 em pares guanina-citosina entre 2 = segundo Como sempre emparelhar as mesmas bases, podem ser derivadas a partir da sequência de bases em que um filamento de a outra cadeia derivada, as sequências são complementares (ver também: pares de bases ). As ligações de hidrogênio quase exclusivamente para a especificidade do emparelhamento são responsáveis, mas não para a estabilidade da dupla hélice.
 
Como sempre uma purina é combinado com uma pirimidina, a distância entre os filamentos é igual em toda a parte, que cria uma estrutura regular. Toda a hélice tem um diâmetro de cerca de 2  nanómetros (nm) e remexe com cada molécula de açúcar após a 0,34 nm.
 
Os níveis de moléculas de açúcar para o outro com um ângulo de 36 °, e uma rotação completa é, assim, alcançado após 10 bases (360 °) e 3,4 nm. As moléculas de ADN podem ser muito grandes. Por exemplo, a maior cromossoma humano contém 247 milhões de pares de bases. [11]
 
Quando Umeinanderwinden das duas cadeias simples permanecem lacunas laterais de modo que as bases são apenas fora da superfície. Destes sulcos há dois que vento em torno da dupla hélice (veja Fotos e animação no início do artigo). O "grande groove" é de 2,2 nm de largura, o "menor groove" apenas 1,2 nm. [12]
 
Por conseguinte, as bases são mais acessíveis no sulco maior. As proteínas que se ligam especificamente a sequência do ADN, tais como factores de transcrição , em geral, por conseguinte, ligam-se ao sulco maior. [13]
 
Além disso, alguns corantes de ADN, como DAPI , juntar-se a um barranco.
 
A energia de ligação acumulada entre as duas cadeias simples mantém juntos estes. As ligações covalentes não estão presentes aqui, dupla hélice do DNA, portanto, não consiste de uma molécula, mas de dois. Isso permite que você separe as duas vertentes em processos biológicos temporariamente.
 
Além do ADN-B acima descrita, também existem A-ADN e um 1979 por Alexander Rich e seus colegas no MIT pela primeira vez examinados,, chamado canhoto ADN-Z . Isto ocorre particularmente em secções ricas em GC. Apenas em 2005 foi relatado por uma estrutura cristalina que Z-ADN é directamente em conjunto com o B-ADN e, assim, evidência de actividade biológica de rendimentos Z-DNA. [14] A seguinte tabela e figura a seguir mostram as diferenças entre os três formas em comparação direta.
 
A informação estrutural das três formas de ADN que pode ser biologicamente relevante 
(B-DNA é o mais comum na natureza, com a forma)
Característica estrutural Um ADN B-DNA Z-DNA
A rotação da hélice à direita à direita à esquerda
Diâmetro ≈ 2,6 nm ≈ 2,0 nm ≈ 1,8 nm
Pares de bases por volta helicoidal 11.6 10.0 12 (6 dímeros )
Enrolamento helicoidal por par base (torção) 31 ° 36 ° 60 ° (por dímero )
Afastamento (aumento por turno) 3,4 nm 3,4 nm 4,4 nm
Elevação por base de 0,29 nm 0,34 nm 0,74 nm (por dímero )
Ângulo de inclinação dos pares de bases para o eixo 20 ° 6 ° 7 °
Sulco maior estreito e profundo largo e profundo; Profundidade: 0,85 nm apartamento
Sulco menor ampla e plana estreito e profundo; Profundidade: 0,75 nm estreito e profundo
Conformação Sugar C3'- endo C2 ' endo Pirimidina : C2 ' endo 
bases purinas : C3'- endo
Ligação glicosídica anti anti Pirimidina : anti bases purinas : syn
 
a), de dupla hélice b) com a mão esquerda com a mão direita
As pilhas de pares de bases ( stackings de base ) não são como livros exatamente paralelos um ao outro, mas formar cunhas que a hélice de inclinação em uma direção ou outra. A maior Adenosina forma de cunha, que estão emparelhados com timidinas da outra vertente. Consequentemente, uma série de pares AT formando um arco na hélice. Se tais série seguem um ao outro em intervalos curtos, a molécula de ADN adopta uma curvatura ou uma estrutura curva, o qual é estável. Isto também é designado por difracção induzida por sequência, uma vez que a difracção pode ser causada por proteínas (o chamado difracção induzida por proteína). Sequência de difração induzida é freqüentemente encontrado em lugares importantes no genoma.
 
Cromatina e cromossomos
 
Preparação de cromossomos humanos na mitose
→ artigo principal : cromatina  e cromossomo
Organiza o ADN é na eucariótica celular sob a forma de cromatina chamados cromossomas em o núcleo da célula mentira. Um único cromossomo cada um contém um DNA dupla longo e contínuo encalhado. Uma vez que uma tal sequência de DNA pode ser de vários centímetros de comprimento, um núcleo , mas apenas alguns microns de diâmetro tem, o ADN deve também ser comprimido ou "empacotado". Isso é feito em eucariotos com o chamado Chromatinproteinen, entre os quais estão os básicos histonas são dignos de menção. Eles formam os nucleossomas pelo qual o DNA se enrolam sobre o nível de embalagem mais baixo. Durante a divisão nuclear (mitose) cada cromossoma é condensado para uma forma compacta. Isso os torna microscopia de luz já visível em baixa ampliação.
 
DNA bacteriano e viral
Em procariotas células, o DNA de cadeia dupla não reside nos casos documentados anteriormente principalmente como cordões lineares, cada um com um começo e um fim antes, mas como moléculas circulares - cada molécula (ou seja, cada fita de DNA) se junta com seus 3 "e seu 5 'acabar com o círculo. Estas moléculas de ADN fechados dois anulares são, dependendo do comprimento da sequência como cromossoma bacteriano ou plasmídeo designado. Você não está em bactérias em um núcleo da célula, mas são expostos em plasma. O procariontes, o DNA é com a ajuda de enzimas (por exemplo, topoisomerases e girases ) para "simples supercoils ferida "que se assemelham a um fio da linha telefônica rodeado. Pelas hélices são ainda girar livremente, o espaço necessário para a informação genética diminui. Adicionar a bactérias fornecer topoisomerases que é desenrolado continuamente por corte e re-ligação do ADN de cadeia dupla a torcida numa localização desejada (necessária para a transcrição e a replicação ). Os vírus conter, dependendo do tipo e da informação genética, DNA ou RNA. Tanto o ADN como o vírus de ARN, o ácido nucleico é uma proteína protegida caso claro.
 
Propriedades químicas e físicas da dupla hélice do DNA
O ADN é em neutro de pH , uma molécula carregada negativamente, em que as cargas negativas sobre o fosfato da espinha dorsal sentados nos fios. Apesar de dois dos três grupos OH das fosfatos ácidos são ligados ao respectivo desoxirribose adjacente esterificados , mas o terceiro ainda está presente e é um a um pH neutro de protões de causar a carga negativa. Esta propriedade é explorada na eletroforese em gel de agarose vantagem para separar diferentes cadeias de DNA de acordo com seu comprimento. Algumas propriedades físicas, tais como a energia livre e o ponto de fusão do ADN directamente relacionado com o teor de GC em conjunto e são, portanto, dependem da sequência.
 
Empilhando interações
Para a estabilidade da dupla hélice são dois fatores principais responsáveis: o base-emparelhamento entre bases complementares e interações de empilhamento ( interações de empilhamento ) entre bases sucessivas.
 
Outros que assumiu pela primeira vez [8] é o ganho de energia por ligações de hidrogênio insignificantes porque as bases podem ser recebidos de forma semelhante boas ligações de hidrogênio com a água ao redor. As ligações de hidrogénio de um par de bases GC, desgaste mínimo para a estabilidade da dupla hélice na, enquanto que os de um par de bases AT mesmo ter um efeito desestabilizador. [15] empilhamento interacções, no entanto, só são eficazes na hélice dupla entre os pares de bases sucessivas: surge entre os sistemas de anéis aromáticos das bases heterocíclicas de um dipolo induzida interacção dipolo , que é energeticamente favorável. Assim, a formação do primeiro par de bases devido ao ganho de baixa energia e é a perda de , bastante desfavoráveis, mas o alongamento (extensão) da hélice é energeticamente favorável, uma vez que o par de bases de empilhamento é executado sob ganho de energia. [16]
 
No entanto, as interações de empilhamento são dependentes da sequência e energeticamente mais favorável para empilhados GC-GC é menos favorável para empilhados AT-AT. As diferenças de empilhamento interações explicar principalmente por segmentos de DNA ricas em GC termodinamicamente mais estável do que o AT-ricos, enquanto pontes de hidrogênio tem um papel menor. [15]
 
Ponto de fusão
O ponto de fusão de ADN é a temperatura a que as forças de ligação entre as duas cadeias simples são superadas e separá-los um do outro. Isso também é chamado de desnaturação referido.
 
Enquanto o DNA desnaturado de uma transição cooperativa (que tem lugar em uma gama enggefassten temperatura), o chamado ponto de fusão, a temperatura a que metade das cadeias duplas é desnaturada em cadeias simples. A partir desta definição, os nomes correctos "ponto médio da temperatura de transição" ou a temperatura do ponto médio são T_ {m}derivadas.
 
O ponto de fusão depende da sequência de bases na hélice respectivo. Ela aumenta quando mais pares de bases GC estão nele, porque eles são vantagem entrópica AT pares de bases. Esta não é tanto devido ao diferente número de ligações de hidrogênio, que formam os dois pares, mas muito mais sobre as diferentes interações de empilhamento (interações de empilhamento). A energia de empilhamento entre dois pares de base é muito menor quando um dos dois pares é um par de bases AT , GC-stack, no entanto, são mais energeticamente favorável e estabilizar a hélice dupla mais forte. A proporção dos pares de bases GC para o número total de pares de base é determinado pelo teor de GC indicou.
 
Desde que a luz UV DNA de fita simples é de cerca de 40% absorvido mais do que o dobro, a temperatura de transição pode estar em um fotômetro para determinar bom.
 
Quando a temperatura da solução abaixo T m cai para trás, os fios individuais pode emparelhar novamente. Este processo é chamado de renaturação ou hibridação. A interacção de de- e renaturação é explorada em muitos processos biotecnológicos, por exemplo, na reacção em cadeia da polimerase (PCR) em manchas de Southern e hibridação in situ .
 
Palíndromos DNA cruciformes em
Um palindrome é uma sequência de nucleótidos em que as duas cadeias complementares podem ser lidos a partir da direita, bem como a partir da esquerda.
 
Em condições naturais, a alta tensão (de rotação do ADN) ou artificialmente in vitro, esta hélice linear pode emergir como uma forma de cruz (cruciforme) por dois ramos surgir, que se projectam a partir do de cadeia dupla linear. Os ramos representam cada um para uma hélice é, no entanto, pelo menos três nucleótidos permanecem na extremidade de um ramo desemparelhado. Na transição da forma de cruz no emparelhamento de bases da hélice linear é mantida devido à capacidade de dobragem do esqueleto fosfodiéster açúcar.
 
A montagem espontânea de bases complementares aos chamados. Stem-estruturas em laço é frequentemente observado em ADN de cadeia simples ou ARN.
 
Enantiomers
ADN ocorre em organismos vivos como D no ADN - L . DNA, mas pode ser sintetizado (o mesmo se aplica de forma análoga para o ARN) G ADN é degradada mais lentamente do que a forma natural de enzimas, tornando-os ideais para a investigação farmacêutica . torna interessante [17] [ 18]
 
Conteúdo e transcrição informação genética
 
EM imagem de DNA ribossomal durante a transcrição
→ artigo principal : Gene , código genético  e Transcrição (biologia)
As moléculas de ADN jogar como um suporte de informação e "ancoragem" de um papel importante em enzimas necessárias para a transcrição são responsáveis. Além disso, a informação de certos segmentos de ADN, tais como aqueles em unidades de funcionamento, tais como o operão está presente, importante para processos de regulação no interior da célula.
 
Certas partes do ADN, os chamados genes que codificam a informação genética que influencia a estrutura e organização do organismo. Os genes contêm "planos" para proteínas ou moléculas na síntese de proteínas, ou regulação do metabolismo estão envolvidas em uma célula. A sequência de bases determina a informação genética. Esta sequência de base pode por sequenciação , por exemplo, por Sanger método são determinadas.
 
A sequência de bases (sequência de base) de um segmento de gene de DNA é primeiro pela transcrição da sequência de bases complementar de uma chamada de ácido ribonucleico molécula substituído (abreviado ARN). ARN contém, em contraste com o ADN de açúcar ribose em vez de desoxirribose e a base uracilo em vez de timina, mas o conteúdo de informação é o mesmo. Para a síntese de proteínas são conhecidos ARNm utilizado, as moléculas de RNA de cadeia simples a partir do núcleo para o citoplasma , onde são transportados para fora ocorre a síntese de proteína ( ver proteína ).
 
Depois de o assim chamado "gene-ona Uma hipótese proteína". De uma secção de ADN que codifica a sequência é lida de uma molécula de proteína. No entanto, há regiões do ADN obtido por utilização de diferentes estruturas de leitura que codificam várias proteínas de transcrição respectivamente. Além disso, por splicing alternativo de diferentes isoformas de uma proteína são produzidos (de corte subsequente do ARNm).
 
Para além da codificação de ADN (genes), existem ADN não codificante , que é de cerca de seres humanos em mais de 90% do ADN total de uma célula.
 
A capacidade de armazenamento do ADN que ainda não tenha sido replicado em. 1 Grama de DNA seco contém o conteúdo de informação de 1 trilhão de discos compactos (CD). Com a densidade de informação em uma Colher de chá de DNA seco poderia a atual população mundial são copiados cerca de 350 vezes. [19]
 
DNA Replication
 
A dupla hélice é determinada pela helicase e topoisomerase aberto. Em seguida, os conjuntos primase uma cartilha e do DNA polimerase começa, o líder Praia para copiar. A segunda DNA polimerase ligará a praia de atraso , mas não pode sintetizar de forma contínua, mas produziu individuais fragmentos de Okazaki , que do DNA ligase serão mesclados.
→ artigo principal : Replication
O ADN pode ser, depois da chamada. conservadora semi princípio com o auxílio de enzimas de se dobrar (replicar). A dupla hélice pela enzima helicase separados. As cadeias simples resultantes servir como molde (template) para cada cadeia complementar a ser sintetizado, o qual liga a elas.
 
A síntese de ADN, ou seja, a ligação de nucleótidos a ser ligado é por enzimas a partir do grupo de polimerases de ADN completado. Um must para verknüpfendes trifosfato de nucleotídeos na conexão - ou seja, como desoxinbonucleosido trifosfato - presente. Por eliminação do fosfato de duas partes, a energia necessária para o processo de ligação é livre.
 
A enzima helicase forma um garfo de replicação, duas cadeias de ADN divergentes individuais. Na sua área de uma marca de ARN do iniciador , que pela enzima primase sintetizado, o ponto de partida a resíntese de ADN. Esta molécula de ARN, a ADN-polimerase depende sequencialmente nucleótidos são aqueles de cadeias simples de DNA complementar.
 
A ligação das novas nucleótidos de um ADN complementar cadeia simples pode em duas cadeias de idade apenas em '→ 3' 5 sentido de marcha e, por conseguinte, faz sem interromper a idade 3 '→ 5' cadeia ao longo da direcção do garfo de replicação cada vez mais aberto ,
 
A síntese de uma nova cadeia sobre o velho fio 5 '→ 3', no entanto, pode não continuamente sobre o garfo de replicação, mas também longe dele na direcção 5 '→ 3' ter lugar. A antiga cadeia dupla é apenas um pedaço de bem abertos no início de replicação, de modo que na segunda linha - em "inadequado" direção oposta - sempre apenas um pequeno pedaço de novo DNA complementar surgir.
 
Uma vez que neste caso, uma polimerase de ADN ligada apenas cerca de 1000 nucleótidos, que é necessária para sintetizar a cadeia complementar inteira em pedaços individuais. Se o garfo de replicação abriu um pouco mais, por isso um novos depósitos RNA primers-lo de volta diretamente para a bifurcação da segunda cadeia única e inicia a próxima DNA polimerase.
 
Na síntese de, por conseguinte, 3 '→ 5' cadeia aplicação de um novo iniciador de ARN é requerida por unidade de síntese de DNA. Iniciador de síntese e unidade associada é chamado fragmentos de Okazaki . Necessário para A Origem de replicação de primers de RNA são então enzimaticamente degradada. Isso cria lacunas na nova fita de DNA, que são complementados por DNA polimerases especiais com nucleotídeos do DNA.
 
No final da enzima ligada com ligase ainda não interligada novos segmentos de ADN num único cordão.
 
Mutações e outros danos de DNA
→ artigo principal : mutação  e reparo de DNA
Mutações de fragmentos de DNA - por exemplo, troca de bases contra os outros ou as mudanças na sequência de bases - causar alterações no material genético que (alguns fatal letal ) pode ser para o organismo afetado.
 
Em casos raros, tais mutações também são uma vantagem; que, em seguida, formar o ponto de partida para a mudança de seres vivos no contexto da evolução . Por meio de recombinação sexual na Reprodução , essa mudança de DNA é ainda um fator decisivo na evolução: a célula eucariótica geralmente tem vários conjuntos de cromossomos, ou seja, um DNA de cadeia dupla é pelo menos duas vezes antes. De uma troca mútua de partes destes filamentos de DNA, o crossing-over durante a meiose , assim novos recursos podem surgir.
 
Moléculas de DNA podem ser corrompido devido a várias influências. A radiação ionizante , como UV - ou γ-radiação , alquilação e oxidação , as bases de DNA alterar quimicamente ou causa vertente quebra. Estas modificações químicas podem interferir com as propriedades de emparelhamento de bases afectadas. Muitas das mutações durante a replicação acontecer dessa forma.
 
Alguns danos DNA comuns são:
 
a formação de uracilo a partir de citosina por perda espontânea de um grupo amino por meio de hidrólise : uracilo como complementar a timina-adenina.
Timina-timina da lesão causada por reacção fotoquímica de duas bases de timina consecutivas na cadeia de ADN por radiação UV , por exemplo, a luz solar . Este dano é susceptível de ser uma causa principal para o desenvolvimento de cancro da pele .
a formação de 8-oxoguanina por oxidação de guanina: 8-oxoguanina é complementar a ambos e citosina para adenina. Durante a replicação ambas as bases podem ser construídas para 8 oxoguanine.
Devido às suas propriedades mutagénicas e sua ocorrência freqüente (estimativas executado como 10 4 -10 6 novo dano por celular e por Dia) tem danos no DNA de tempo a partir do genoma a ser removido. As células têm para um eficiente sistema de reparo do DNA . Ele elimina danos usando as seguintes estratégias:
 
Schadensreversion direto: Uma enzima faz com que a mudança química na base DNA invertida.
Basenexcisionsreparatur: A base incorrecta, por exemplo, 8-oxoguanina é excisada do genoma. A vaga resultante é recém-sintetizados com base nas informações na cadeia oposta.
Nukleotidexcisionsreparatur: A maior vertente parte que contém o dano é excisada do genoma. Isto foi recentemente sintetizada com base na informação na cadeia oposta.
A recombinação homóloga : Se ambas as cadeias de danos no DNA, a informação genética do segundo cromossoma do par de cromossomas homólogos é utilizado para a reparação.
Replication com polimerases especiais: DNA polimerase η pode replicar, por exemplo, ao longo de um TT Dimerschaden livre de erros. Pessoas para quem a polimerase não η ou apenas parcialmente funciona, muitas vezes sofrem de xeroderma pigmentoso , uma doença hereditária que leva à extrema sensibilidade à luz solar.
Purificação e detecção de ADN
O ADN pode ser obtido por uma purificação de ADN , por. exemplo, por extracção de ADN a partir de outras moléculas biológicas são separadas. A detecção qualitativa do ADN (ADN que está presente) é normalmente levada a cabo por uma reacção em cadeia da polimerase , uma ADN amplificação isotérmica , uma sequenciação do ADN , uma mancha de Southern ou por hibridação in situ . A detecção quantitativa (como parte de DNA está presente) é geralmente feito por um qPCR em amostras purificadas com apenas uma sequência de ADN pode ser uma concentração por fotometria com um comprimento de onda de 260 nm são medidos. Por intercalando corantes, tais como brometo de etídio , iodeto de propídio ou SYBR Green I e por sulcos corantes vinculativos, como DAPI , pentamidina , lexitropsins (z. B. Netropsina, distamicina), Hoechst 33342 e Hoechst 33258 DNA pode ficar manchada. Corantes DNA Menos especificamente vinculados e métodos de coloração são z. B. azul de metileno , o carbocianina tingir Stains-All ou coloração de prata . Por Molecular penteia o ADN pode ser esticado e alinhado.
 
DNA "Old"
Como um DNA antigo ("DNA antigo"; DNA antigo) são remanescentes de moléculas genéticas chamadas em organismos mortos, se os parentes não diretos organismo do mais amostrado vivo. O DNA humano é então denominado DNA antigo, se o indivíduo é falecido pelo menos 75 anos antes da análise da amostra.



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