معلومة

الأحماض النووية المزدوجة التي تقطعت بهم السبل هي أكثر "متانة" من الأحماض النووية المفردة التي تقطعت بهم السبل؟

الأحماض النووية المزدوجة التي تقطعت بهم السبل هي أكثر


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا أعاني من سؤال تم طرحه علي.

"لماذا المادة الوراثية المزدوجة التي تقطعت بهم السبل أكثر" متانة "من تلك التي تقطعت بهم السبل بمفردها؟"

أعلم أن المادة الوراثية المزدوجة التي تقطعت بهم السبل أكثر استقرارًا بسبب الخيوط المتعددة. المنفرد الذي تقطعت به السبل ليس مستقرًا مثل الشريط المزدوج الذي تقطعت به السبل لأنه يفتقر إلى الشريط الثاني ، وبالتالي فإن القواعد مفتوحة.

المستقر ليس مثل المتانة ، ولم أسمع من قبل في الفصل أن أحدهما أكثر متانة من الآخر. هل فاتني شيء أم أن هذا مجرد خطأ؟


أنا أفسر "المتانة" على أنها مقاومة الحمض النووي للإجهاد الجسدي ، مثل القص. يقوم مختبر بوستامانتي في جامعة كاليفورنيا في بيركلي بالكثير من الفيزياء الحيوية أحادية الجزيء الرائعة جدًا التي تبحث في القوى المشاركة في تفاعلات البروتين والبروتين وتفاعلات البروتين والحمض النووي. هذا بوستامانتي وآخرون. ورقة مراجعة ، تتضمن دراسات الجزيء الفردي لميكانيكا الحمض النووي نظرة على القوة المطلوبة لكسر ssDNA و dsDNA:

تم كسر الجزيئات المفردة من dsDNA مع انحسار الغضروف المفصلي [26] عند قوى تقدر بـ 960 pN (تصحيح معامل يونغ يضاعف قوة الانفصال المنشورة البالغة 480 pN). سحبت جزيئات dsDNA القصيرة بطرف AFM [27] قوى تزيد عن 1700 pN.

pN = picoNewton
AFM = مجهر القوة الذرية

dsDNA أكثر مقاومة لقوى التمدد / القص لأن ترتيب الحلزون المزدوج "نابض". أوصي بإعطاء الصحيفة قراءة لمزيد من المعلومات. أشياء رائعة جدا.


التعرف الفطري على الأحماض النووية غير الذاتية

لقد طور الجهاز المناعي عددًا كبيرًا من المستقبلات الفطرية التي تكشف عن الحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي الميكروبي ، بما في ذلك المستقبلات الشبيهة بالتول في الحيز الجسيمي والمستقبلات الشبيهة بـ RIG-I والمستقبلات الشبيهة بالعقدة في العصارة الخلوية. نناقش هنا التعرف على الأحماض النووية غير الذاتية والاستجابة لها عبر هذه المستقبلات بالإضافة إلى مشاركتها في أمراض المناعة الذاتية.

وظيفة الجهاز المناعي هي حماية الكائن الحي من غزو مسببات الأمراض. لتجنب الأضرار الجانبية لأنسجة الجسم ، يجب أن يكون قادرًا على التمييز بين الكيانات غير الذاتية المعدية والأنسجة الذاتية. تتعرف الخلايا الليمفاوية الخاصة بالمستضد - الخلايا التائية والخلايا البائية - على مسببات الأمراض من خلال مستقبلات الخلايا التائية والجلوبيولين المناعي ، على التوالي ، والتي يتم إنشاؤها عن طريق إعادة ترتيب الجينات الجسدية. ولكن على الرغم من أن هذه المستقبلات الخاصة بالمستضد تسمح بالتعرف على عدد كبير من الجزيئات المختلفة ، إلا أنها لا تمتلك قدرة ذاتية على التمييز بين غير الذات والذات. بدلاً من ذلك ، يُعتقد أن الإشارات التي يتم توصيلها من خلال ما يسمى بمستقبلات التعرف على الأنماط للجهاز المناعي الفطري تعتبر أساسية في التعرف على الكيانات غير الذاتية المعدية ، وبالتالي تحضير الجسم لبدء استجابة مناعية كاملة خاصة بالمستضد تستهدف مسببات الأمراض الغازية. ولكن ليس المناديل الذاتية [1]. تتعرف المستقبلات التي يستخدمها الجهاز المناعي الفطري على المكونات الميكروبية ، والمعروفة بالأنماط الجزيئية المرتبطة بالعوامل الممرضة ، والتي تعتبر ضرورية لبقاء الكائن الدقيق وبالتالي يصعب تغييره. تتفاعل المستقبلات المختلفة مع جزيئات مُمْرِض مختلفة ، وتُظهر أنماط تعبير مميزة ، وتنشط مسارات إشارات محددة وتؤدي إلى استجابات مميزة لمضادات المرض [2 ، 3]. تشتمل الجزيئات التي تم التعرف عليها ، على سبيل المثال ، على مكونات جدران الخلايا البكتيرية والفطرية ، والبروتينات السوطية ، والبروتينات السطحية الفيروسية - وهي جزيئات فريدة من نوعها لمسببات الأمراض ولا توجد في المضيف. مجموعة رئيسية أخرى من جزيئات الممرض التي تم التعرف عليها على وجه التحديد من قبل المستقبلات المناعية الفطرية تشمل الحمض النووي الجرثومي و RNA. نظرًا لوجود الأحماض النووية في جميع الكائنات الحية ، فقد طور المضيف آليات متخصصة للتعرف على الأحماض النووية غير الذاتية مع الحفاظ على التحمل (عدم الاستجابة) للأحماض النووية الذاتية. في هذه المقالة ، سنراجع عدة أنظمة لمستقبلات التعرف على الأنماط المتضمنة في التعرف على الأحماض النووية غير الذاتية ، بما في ذلك المستقبلات الشبيهة بالتول (TLRs) ، الجين الأول الذي يحفز حمض الريتينويك (RIG-I). (RLRs) والمستقبلات الشبيهة بالإيماء (NLRs) (الجدول 1). آليات التعرف على الأحماض النووية غير الذاتية ليست آمنة من الفشل ، ومع ذلك ، وفي ظل ظروف غير طبيعية ، يحدث التعرف على الحمض النووي والحمض النووي الريبي الذاتي ، مما يؤدي إلى تطوير المناعة الذاتية. تمت مناقشة هذا في القسم الأخير من هذه المراجعة.


الملخص

تقدم المسام النانوية الصلبة طريقة واعدة للتحقيق السريع في الخصائص الهيكلية للبوليمرات الحيوية مثل DNA و RNA. لقد قمنا لأول مرة بنقل جزيئات الحمض النووي الريبي من خلال المسام النانوية الصلبة ، ومقارنة التوقيعات الخاصة بجزيئات الحمض النووي الريبي مزدوجة الشريطة المنقولة وجزيئات البوليمرات المتجانسة أحادية الجديلة poly (A) ، poly (U) ، poly (C). على أساس تيارات الحصار التفاضلي الخاصة بهم ، يمكننا التمييز بسرعة بين جزيئات الحمض النووي أحادية ومزدوجة السلسلة ، وكذلك البوليمرات المتجانسة القائمة على البيورين من البوليمرات المتجانسة القائمة على البيريميدين. يتم تسهيل تحديد الجزيء من خلال تطبيق الفولتية العالية (∼600 مللي فولت) ، والتي تساهم في التمدد الحتمي لهذه الجزيئات عالية المرونة. هذه الحساسية اللافتة للنظر للاختلافات الصغيرة نسبيًا في بنية البوليمر الأساسية تعمل على تحسين احتمالات استخدام الأجهزة القائمة على المسام النانوية لرسم خرائط الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي.


استخدام OLIGOCALC لحساب خصائص OLIGONUCLEOTIDES

يحتوي OligoCalc على واجهة "آلة حاسبة" مألوفة ويمكن حساب الخصائص الأساسية عن طريق لصق أو إدخال التسلسل متبوعًا بأحد الإجراءات التالية: النقر خارج مربع التسلسل ، أو الدخول إلى "علامة تبويب" ، أو الضغط على "رجوع" أو النقر فوق "حساب" ". سيستخدم OligoCalc التسلسل الذي تم إدخاله حاليًا والخيارات المحددة والظروف المدخلة لحساب الطول والوزن الجزيئي والامتصاصية المقدرة عند 260 نانومتر والتركيز الميكرومولار والميكروجرام من قليل النوكليوتيد الموجود في محلول 1 مل مع امتصاص واحد للتسلسل الذي تم إدخاله. تتوفر الآلة الحاسبة على عنوان URL http://basic.northwestern.edu/biotools/OligoCalc.html وسيؤدي تحميل عنوان URL هذا في المستعرض إلى عرض الواجهة الموضحة في الشكل 1.

شاشة الدخول والحساب الرئيسية لـ OligoCalc.

شاشة الدخول والحساب الرئيسية لـ OligoCalc.

بمجرد قيام المستخدم بإدخال تسلسل ، يمكن تحديد أو إدخال عدة خيارات إضافية. يمكن إدخال الامتصاص عند 260 نانومتر (A260) للأوليغنوكليوتيد ، وسوف ينتج عنه حساب تركيز الميكرومولار من قليل النوكليوتيد بالإضافة إلى ميكروجرام قليل النوكليوتيد الموجود في محلول 1 مل مع تلك الامتصاصية. يمكن إدخال تركيز الملي مولار للملح [+ Na] وسوف يتم ضبط الملح المعدل وحسابات درجة حرارة الانصهار المجاورة. القيمة الافتراضية هي 50 ملم. يمكن أيضًا إدخال تركيز النانو مولار للبرايمر في محلول التهجين وسوف يضبط أقرب درجة حرارة انصهار مجاورة. يمكن اختيار تركيبة الأوليغنوكليوتيد (DNA أو RNA ، أحادي الجديلة أو مزدوجة السلسلة) وسيؤدي ذلك إلى تغيير العديد من الحسابات ، على الرغم من أن معاملات الامتصاص دقيقة فقط للقليل النوكليوتيدات التي تقطعت بها السبل. هناك عدد من التعديلات 5 ′ و 3 التي يمكن اختيارها ، وسوف تغير الوزن الجزيئي وفي بعض الحالات معامل الامتصاص لأوليغنوكليوتيد. يتم أيضًا دعم إدخال رموز IUPAC (على سبيل المثال W لـ A أو T) وينتج عن مجموعة من القيم التي يتم الإبلاغ عنها لدرجة حرارة الانصهار ، ومحتوى GC ، والوزن الجزيئي ، والتركيز والميكروجرام الموجود في محلول 1 مل مع A260 من 1 ، مع النطاق الذي يمثل أعلى وأدنى قيمة ممكنة لمجموعة قليلة النوكليوتيدات الممكنة.

يؤدي النقر فوق الزر "Swap Strands" إلى تبديل الخصلة المُدخلة بمكملتها العكسية ، وتحديث خصائص قليل النوكليوتيد بناءً على تسلسل الخصلة الجديد. لاحظ أنه إذا تم تحديد نوع جزيء "dsDNA" أو "dsRNA" ، فإن تبديل السلاسل ليس له أي تأثير على الخصائص الإجمالية ، حيث يتم أخذ كلا الجدولين بالفعل في الاعتبار من خلال الحسابات.

النقر فوقmfold يؤدي الزر إلى نافذة جديدة تنشر على ملف mfold خادم الويب (1 ، 2) مع إبراز المناطق التي يحتمل أن تكون منعزلة ومتكاملة ذاتيًا.

الخيار الأخير المتاح هو "بلاست" ، والذي يفتح نافذة جديدة وينشر التسلسل الذي تم إدخاله إلى صفحة NCBI BLAST ويبدأ انفجار تحليل التسلسل الذي تم إدخاله مقابل المجموعة الحالية من التسلسلات غير الزائدة عن الحاجة (nr) المتوفرة في NCBI (3) ، مع تمكين التصفية للتسلسلات منخفضة التعقيد.

هناك أيضا وثائق كثيرة متاحة ، بما في ذلك صفحة من التعديلات الكيميائية ، بما في ذلك الأسماء الكيميائية للمرادفات المشتركة والوصلات لهياكل التعديلات ، عند توفرها. هذه الصفحة متاحة على http://www.basic.northwestern.edu/biotools/OligoCalcModifications.html.


تعديلات أخرى 5 & حاد / 3 & حاد الأطراف

تم الإبلاغ عن العديد من التعديلات الأخرى ، مثل قواعد deoxythymidine المقلوبة و dideoxynucleotides (الشكل 2) لقمع نشاط نوكلياز المصل عند إلحاقها بنهاية oligonucleotides الاصطناعية (27). يمكن إرفاق العديد من التعديلات الأخرى من خلال & ldquolinkers & rdquo إما عند 5 & حاد أو 3 & حاد ، بما في ذلك علامات uorescent أو biotin أو ملصقات تقارب أخرى أو مجموعات تفاعلية للتعلق بالخرز أو الأسطح. ترتبط هذه الوصلات عادةً بالطرف 5 & الحاد أو 3 & الحاد عبر الفوسفوديستر. ما هو تفاعل هذه النهايات المعدلة مع نوكليازات خارجية؟

لقد قمنا بمسح مجموعة من هذه التعديلات في ظل النموذجية في المختبر فحوصات نوكلياز خارجية. بشكل عام ، في حين أن العديد منها يوفر تثبيطًا معتدلًا مقارنة بـ 5 & فوسفات حاد ، يمكن لجميع نوكليازات خارجية التي تم اختبارها أن تشق جميع التعديلات المرتبطة من خلال روابط الفوسفات. ومن المثير للاهتمام ، أن هذا التثبيط الضعيف كان صحيحًا بالنسبة لتعديلات dT المقلوبة ، والتي تم الإبلاغ عنها لمنح ثبات إضافي مقابل التحلل بواسطة نوكليازات المصل للأبتاميرات وأوليغنوكليوتيدات أخرى معدلة. في أيدينا ، منع 3 & dT المقلوب الحاد فقط النشاط الضعيف نسبيًا 3 & الحاد & rarr 5 & amp ؛ نشاط نوكلياز خارجي حاد من DNA Polymerase I ، جزء كبير (Klenow) (NEB # M0210) و Exonuclease T (Exo T ، NEB # M0265) ، لكنه لم يحجب نشاطًا أكثر نشاطًا نوكليازات خارجية كما هو الحال في T7 DNA Polymerase (NEB # M0274) أو Exo I أو Exo III. وبالمثل ، فإن 5 & dT المقلوب الحاد يثبط جزئيًا نشاط Lambda Exo فقط ، والذي من المعروف أنه يتطلب 5 & فوسفات حاد لبدء فعال. لم يتم تثبيط نوكلياز خارجي 5 & حاد & rarr 3 & حاد بشكل ملحوظ بواسطة هذا التعديل ، مما يظهر هضمًا كاملاً بعد فترة حضانة لمدة ساعة واحدة في ظل ظروف الاستخدام الموصى بها.

لا نوصي بتعديل الطرف 5 & الحاد / 3 & الحاد كاستراتيجية جيدة لإنتاج نيوكليوتيدات مقاومة لتدهور نوكلياز خارجي في المختبر. يجب أن يكون الباحثون على دراية بأن هذه التعديلات سيتم قطعها بواسطة غالبية نوكليازات خارجية ، مما قد يؤدي إلى فقدان تسميات uorescent وعلامات تقارب. إذا كانت هناك حاجة إلى تعديل مستقر لنشاط نوكلياز خارجي ، فإن الإستراتيجية الأفضل هي استخدام الملصقات الداخلية المتصلة بموضع 5-ميثيل من dT (على سبيل المثال ، Fluorescein dT ، الشكل 2). إذا تم استخدام قواعد dT المعدلة بالقرب من نهاية oligo ، فيمكن حمايتها بروابط pt المحيطة (الشكل 4). الارتباط بالقاعدة ليس عرضة للانقسام الأنزيمي ، وسوف تحمي روابط pt العمود الفقري من الهضم ، كما هو موضح أعلاه.

الشكل 4: تصميم قليل النوكليوتيدات مع تعديلات مقاومة للنيوكلياز


(A) نهاية فلوريدا uorescein (FAM) المسمى DNA وتتحلل بسرعة عن طريق نوكلياز خارجية. تمنع روابط (ب) بين النيوكليوتيدات حبلا الحمض النووي من التدهور ، ولكن لا يزال من الممكن شق التسمية النهائية. (ج) سوف يمنع FAMdT الداخلي المحاط بسندات pt نوكلياز خارجي من إزالة الملصق.


ملخص الاختلافات بين DNA و RNA

  1. سكر البنتوز في نوكليوتيد الحمض النووي هو ديوكسيريبوز بينما في نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي هو ريبوز.
  2. يتم نسخ الحمض النووي عبر التكرار الذاتي بينما يتم نسخ الحمض النووي الريبي باستخدام الحمض النووي كمخطط.
  3. يستخدم الحمض النووي الثايمين كقاعدة نيتروجين بينما يستخدم الحمض النووي الريبي اليوراسيل. الفرق بين الثايمين واليوراسيل هو أن الثايمين يحتوي على مجموعة ميثيل إضافية على الكربون الخامس.
  4. تتزاوج قاعدة الأدينين في الحمض النووي مع الثايمين بينما تتزاوج قاعدة الأدينين في أزواج الحمض النووي الريبي مع اليوراسيل.
  5. لا يمكن للحمض النووي أن يحفز تركيبه بينما يستطيع الحمض النووي الريبي تحفيز تركيبه.
  6. يتكون الهيكل الثانوي للحمض النووي من الحلزون المزدوج بشكل أساسي B بينما يتكون الهيكل الثانوي للحمض النووي الريبي من مناطق قصيرة من الشكل A للحلزون المزدوج.
  7. يُسمح بإقران قاعدة Non Watson-Crick (حيث أزواج الجوانين مع اليوراسيل) في الحمض النووي الريبي ولكن ليس في الحمض النووي.
  8. يمكن أن يصل طول جزيء الحمض النووي في الخلية إلى مئات الملايين من النيوكليوتيدات بينما يتراوح طول الحمض النووي الريبي الخلوي من أقل من مائة إلى عدة آلاف من النيوكليوتيدات.
  9. الحمض النووي أكثر استقرارًا كيميائيًا من الحمض النووي الريبي.
  10. الاستقرار الحراري للحمض النووي أقل مقارنة بالـ RNA.
  11. الحمض النووي عرضة للتلف فوق البنفسجي بينما الحمض النووي الريبي مقاوم له نسبيًا.
  12. الحمض النووي موجود في النواة أو الميتوكوندريا بينما الحمض النووي الريبي موجود في السيتوبلازم.

الأساسيات

يتكون DNA و RNA من سلاسل طويلة من النيوكليوتيدات المتكررة.

يتكون كل نوكليوتيد من 3 أجزاء:

سكر بنتوز

مجموعة الفوسفات

أحد الأنواع الأربعة لقاعدة النيتروجين

لتشكيل حبلا ، ترتبط النيوكليوتيدات في سلاسل ، مع تناوب مجموعات الفوسفات والسكر.


في منحنى ذوبان حبلا أحادي السيليكو: نهج جديد لتحديد تعدد أشكال الحمض النووي في Totiviridae

خلفية: تم استخدام تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) وتنوعاتها بشكل متزايد في المختبر السريري وأنتجت التطورات الحديثة في هذا المجال تقنيات جديدة عالية الدقة تعتمد على ديناميكيات إفساد الحمض النووي. يعتمد مبدأ هذه الأدوات الجزيئية الجديدة على مقارنة الملامح الذائبة ، بعد التمسخ في خيط مزدوج من الحمض النووي. حتى الآن ، لم يتم استغلال البنية الثانوية للأحماض النووية أحادية السلسلة لتطوير أنظمة تحديد تعتمد على تفاعل البوليميراز المتسلسل. لاختبار إمكانية تمسخ الحمض النووي الريبي أحادي الخيط كبديل جديد لاكتشاف اختلافات محددة في الحمض النووي ، تمت مقارنة تسلسلات من فيروسات عائلة Totiviridae باستخدام نهج جديد في منحنى ذوبان السيليكو. تتكون هذه العائلة من فيروس RNA مزدوج الشريطة ، مع جينوم مكون من اثنين من ORFs ، ORF1 و ORF2 ، والذي يشفر البروتينات الرابطة القفيصة / RNA وبوليميراز RNA المعتمد على RNA (RdRp) ، على التوالي.

نتائج: تم إنشاء شجرة نسج على أساس تسلسل الحمض الأميني RdRp ، وتم تحديد ثماني مجموعات أحادية اللون. تم فحص محاذاة تسلسل RdRp RNA من كل مجموعة لتحديد مناطق RNA ذات البنية الثانوية المحفوظة. تم تحديد منطقة واحدة في النصف الثاني من ORF2 ونمذجتها بشكل فردي باستخدام أداة RNAfold. بعد ذلك ، تم تغيير طبيعة كل تسلسل DNA أو RNA في السيليكو باستخدام البرامج MELTSIM و RNAheat التي تولد منحنيات ذوبان بالنظر إلى تمسخ الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل والحمض النووي الريبي المفرد ، على التوالي. تم استرجاع المجموعات نفسها التي تم تحديدها في شجرة النشوء والتطور RdRp من خلال التحليل العنقودي لبيانات منحنيات الانصهار التي تم الحصول عليها من RNAheat. علاوة على ذلك ، تم استخدام نفس النهج للتمييز بنجاح بين المتغيرات المختلفة لفيروس Trichomonas vaginalis ، والذي لم يكن ممكنًا من خلال المقارنة البصرية لمنحنيات الذوبان المزدوجة التي تقطعت بها السبل الناتجة عن MELTSIM.

استنتاج: في تحليل السيليكو يشير إلى أن منحنيات ذوبان الحمض النووي الريبي (ssRNA) مفيدة أكثر من منحنيات ذوبان الحمض النووي الريبي (dsDNA). علاوة على ذلك ، يمكن تحديد هياكل الحمض النووي الريبي المحفوظة من تحليل الأفراد المرتبطين نسبيًا ، ويمكن استخدام هذه المناطق لدعم إعادة تكوين مجموعات النشوء والتطور الخاصة بهم. هذه النتائج هي أساس متين لتطوير النظم في المختبر لاكتشاف منحنيات الذوبان ssRNA.


التطورات الحديثة في التعديل الكيميائي للأحماض النووية الببتيدية

أصبح حمض الببتيد النووي (PNA) أداة قوية للغاية في الكيمياء والبيولوجيا. على الرغم من أن PNA تتعرف على الأحماض النووية أحادية السلسلة ذات التقارب العالي للغاية وانتقائية التسلسل ، إلا أن هناك جهدًا مستمرًا كبيرًا لتحسين خصائص PNA لكل من العلوم الأساسية والتطبيقات العملية. تناقش هذه الورقة الدراسات الحديثة المختارة التي تعمل على تحسين الامتصاص الخلوي وربط PNA بالحمض النووي DNA و RNA مزدوج الشريطة. ينصب التركيز على التعديلات الكيميائية للعمود الفقري للسلطة الوطنية الفلسطينية والقواعد النووية الحلقية غير المتجانسة. تختار الورقة الدراسات الحديثة التمثيلية ولا تحاول تقديم تغطية شاملة للمجال الواسع والحيوي لتعديل السلطة الوطنية الفلسطينية.

1 المقدمة

الحمض النووي الببتيد (PNA) هو نظير الحمض النووي الذي يحتوي على كامل العمود الفقري للسكر-فسفودايستر محله رابط الببتيد الكاذب المبني من بقايا 2-aminoethylglycine (الشكل 1) [1]. PNA مستقر كيميائيًا للغاية ، وبسبب العمود الفقري غير الطبيعي ، فهو مقاوم للغاية للتدهور الأنزيمي ، مما يجعله مرشحًا ممتازًا للتطبيقات في الجسم الحي باعتباره نظير قليل النوكليوتيد. يزيل العمود الفقري الببتيد الكاذب المحايد التنافر الكهروستاتيكي (وهو عامل يؤثر سلبًا على ارتباط قليل النوكليوتيد) ويرتبط PNA بالحمض النووي والحمض النووي الريبي مع تقارب ممتاز. يرتبط PNA بمضاعفة الحمض النووي الحلزوني عبر وضعي ربط متنافسين ، الحلزون الثلاثي (PNA: DNA ، 1: 1) ، وغزو الخيوط ، حيث يقوم PNA بإزاحة أحد خيوط الحمض النووي ، متبوعًا عادةً بتكوين ثلاثي (PNA: DNA ، 2: 1) [1]. تشكل PNA أيضًا ثنائيات Watson-Crick قوية بشكل استثنائي ومحددة التسلسل مع DNA و RNA أحادي الجديلة [2]. ومن المثير للاهتمام ، أن خصوصية تسلسل الدوبلكس التي تتضمن PNA أعلى بكثير من خصوصية الأحماض النووية غير المعدلة. بسبب هذه الصفات المتفوقة ، أصبحت PNA أداة قوية في البيولوجيا الكيميائية والتكنولوجيا الحيوية [3-5]. التطبيقات الرئيسية لـ PNA هي تحقيقات التهجين والتشخيص الجزيئي ذي التقارب العالي والانتقائية للحمض النووي الأحادي الجديلة والحمض النووي الريبي. يحمل PNA أيضًا وعدًا بأن يصبح عامل علاج جيني جديدًا لاستهداف جزيئات معينة من الحمض النووي الريبي [3 ، 4].


على الرغم من أن PNA تربط الحمض النووي الفردي و RNA بتقارب وانتقائية فائقة ، إلا أن هناك خصائص أخرى لـ PNA يمكن تحسينها بشكل أكبر. الأهم من ذلك ، يتم إعاقة التطبيقات في الجسم الحي من PNA غير المعدلة بسبب الامتصاص الخلوي الضعيف والانحباس الداخلي [6]. الطرق الحالية لتعزيز الامتصاص الخلوي لـ PNA ، مثل الاقتران مع الببتيدات المخترقة للخلايا (CPP) [7 ، 8] معقدة وتتطلب تركيزات عالية من PNA-peptide قد تسبب ارتباطًا بعيدًا عن الهدف وسمية في الجسم الحي. مشكلة أخرى هي نطاق التسلسل المحدود للأحماض النووية مزدوجة الشريطة التي يمكن التعرف عليها بواسطة PNA. بينما يمكن لـ PNA ربط أي تسلسل من DNA و RNA أحادي الجديلة بتقارب وانتقائية عالية ، فقد اقتصر التعرف على الحمض النووي الحلزوني المزدوج على مسارات البولي بورين ولم يتم استكشاف الارتباط بـ RNA الحلزوني المزدوج. تركز هذه الورقة على أحدث التطورات في التعديل الكيميائي لـ PNA لتعزيز الامتصاص الخلوي والتعرف على الأحماض النووية الحلزونية المزدوجة. ناقشت عدة مراجعات شاملة مؤخرًا تعديل العمود الفقري للسلطة الوطنية الفلسطينية [9 ، 10] والقواعد النووية [11] في سياق أوسع.

2. اقتران PNA مع الببتيدات الموجبة لتحسين الامتصاص الخلوي

كان العبور غير الفعال للغشاء الخلوي لخلايا الثدييات بواسطة PNA غير المعدل مشكلة كبيرة للتطبيقات العملية في الجسم الحي لـ PNA. بسبب العمود الفقري المحايد ، لا يرتبط PNA بمركبات التوصيل القائمة على الدهون الموجبة. لاستخدام مثل هذه المواد المعدية المعيارية قليلة النوكليوتيد مثل Lipofectamine ، يجب تهجين PNA إلى oligodeoxynucleotide التكميلي (ODN) الذي يساعد على التركيب الكهروستاتيكي مع الدهون الموجبة الشحنة [12]. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير نهج جديد لتسليم PNA بواسطة وولي وتايلور وزملاء العمل [13] الذين استخدموا الجسيمات النانوية الشبيهة بالصدفة الموجبة (cSCKs) لتقديم إما PNA-ODN الهجين أو PNA المرتبطة تساهميًا بالجسيمات النانوية cSCKs من خلال ارتباط ثنائي كبريتيد قابل للتحلل. الجسيمات النانوية cSCKs لها نواة كارهة للماء وقذيفة متصالبة موجبة الشحنة. هذا الأخير قابل للتشغيل بدرجة عالية ويتوسط في التوصيل الخلوي من خلال آلية الالتقام الخلوي على الأرجح. تم الإبلاغ عن امتداد أنيق لهذه التكنولوجيا في هذا العدد الخاص من قبل تايلور وزملائه [14].

ربما كان النهج الأكثر شيوعًا لتعزيز التوصيل الخلوي هو اقتران PNA مع الببتيدات المخترقة للخلايا والتي تنقل الاتحاد من خلال مسار الالتقام الخلوي [7 ، 8]. ومع ذلك ، فإن القدرة المنخفضة لاتحادات PNA-CPP للهروب من الإندوسومات كانت عنق الزجاجة لهذا النهج. تم استكشاف العديد من مركبات التحلل الداخلي للأسف ، ومعظمها شديد السمية للتطبيقات في الجسم الحي [7]. أظهر الاقتران مع الببتيدات الغنية بالأرجينين نشاطًا واعدًا في خلايا هيلا في غياب عوامل التحلل الداخلي [15]. ومع ذلك ، حتى في أكثر الحالات الواعدة ، بقيت كمية كبيرة من الاتحادات في الإندوسومات ، مما يترك مجالًا كبيرًا لمزيد من التحسين [15]. قد تتسبب التركيزات العالية نسبيًا لـ PNA-CCP ، المطلوبة للتسليم الفعال ، في ارتباط بعيد عن الهدف وسمية في الجسم الحي. علاوة على ذلك ، فإن CPPs عبارة عن ببتيدات كبيرة نسبيًا ، مما يعقد تحضير واستخدام اقترانات PNA-CPP. في الآونة الأخيرة ، أثبتت عدة مجموعات أن التعديلات الموجبة البسيطة نسبيًا في PNA يمكن أن تحسن بشكل كبير من امتصاصها الخلوي وتنتج تأثيرًا مشابهًا لتأثيرات CPPs الأطول والأكثر تعقيدًا.

أظهرت مجموعات Corey [16 ، 17] و Gait [15 ، 18 ، 19] أن اقتران PNA مع أوليغوليسين قصير (الشكل 2 ، 1 و 2، resp.) إلى التسليم الفعال في الخلايا الليفية وخطوط الخلايا السرطانية المختلفة (T47D و MCF-7 و Huh7 و HeLa). حققت ما لا يقل عن أربعة من بقايا اللايسين كفاءة مماثلة لـ R6-Penetratin ، وهو CPP تم تحسينه مسبقًا للتسليم الخلوي لـ PNA [15]. أدى استخدام oligolysine القصير بدلاً من CPP الأطول إلى تقليل التعقيد والجهد اللازمين لاستخدام PNA في زراعة الخلايا بشكل كبير. تم استخدام اقتران ليسين أيضًا لإيصال PNA في الفئران [20 ، 21]. في الآونة الأخيرة ، أظهر Gait وزملاؤه أن إدخال بقايا Cys الطرفية زاد من امتصاص الخلايا لـ Cys-Lys-PNA-Lys3 متقارن [22]. بينما أظهرت بعض الدراسات أن المتقارنات بنيت من غير الطبيعي دكان الليسين أكثر فاعلية [17] ، ويفترض أن ذلك يرجع إلى ارتفاع الاستقرار الحيوي ، وجدت دراسات أخرى فرقًا بسيطًا بين إل و د السلسلة [22]. في دراسة مماثلة ، Fabbri et al. [23] أظهر أن PNA المترافق عند طرف الكربوكسيل مع octaarginine قد تم تناوله بكفاءة في خلايا سرطان الدم K562 البشرية وتم تثبيط نشاط الرنا الميكروي المستهدف 210.


أبلغ نيلسن وزملاؤه مؤخرًا عن اقتران PNA مع روابط كاتيونية أظهرت تحسنًا في توصيل الخلايا ونشاطها [24 ، 25]. في إحدى الدراسات ، أدت إضافة مجال دهني إلى الببتيدات الموجبة إلى زيادة نشاط اتحاد PNA بمقدار رتبتين من حيث الحجم [24]. ساهم الحمض الدهني lypophilic من خلال تعزيز كل من الامتصاص الداخلي والهروب الداخلي من PNA. في دراسة أخرى ، أظهر اقتران PNA مع polyethylenimine نشاطًا مضادًا للحساسية أعلى بكثير من اتحاد PNA-octaarginine المقترن [25]. كان لدى اتحادات البولي إيثيلينيمين سمية أقل من اتحادات PNA-octaarginine. لا يعتمد نشاط اتحاد البولي إيثيلين أمين على وجود عوامل تحلل التحلل ، مما يشير إلى أن هذه الاتحادات قادرة على الهروب من الإندوسومات بكفاءة. تشير هذه الدراسات إلى أنه يمكن استخدام الأساليب الكيميائية لتصميم تعديلات كاتيونية من شأنها تحسين الامتصاص الخلوي وتجنب مشكلة انحباس الجسيم الداخلي.

لقد ثبت أن اقتران PNA مع كاتيون ثلاثي فينيل فوسفونيوم محب للدهون يزيد من التوصيل الخلوي [26 ، 27]. في هذا العدد الخاص ، قدم باندي وباتينو وزملاؤهم في العمل [28] تقريرًا عن PNAs الدورية ودبابيس الشعر المترافقة مع الكاتيون ثلاثي فينيل الفوسفونيوم عبر ارتباط ثنائي كبريتيد. تمنع الاتحادات تكاثر فيروس نقص المناعة البشرية عن طريق استهداف حلقة HIV-1 TAR RNA. في الآونة الأخيرة ، أبلغ كل من Shiraishi و Nielsen [29] عن الامتصاص الخلوي والنشاط المضاد للحساسية لـ PNA المقترن بالكوليسترول وحمض الكوليك في خلايا HeLa pLuc705. على الرغم من أن الاتحادات وحدها كانت غير نشطة ، فقد تم تحسين التسليم بشكل كبير عن طريق إضافة Lipofectamine مما أدى إلى نشاط مضاد للحساسية نانومولار.

كما تشير الدراسات الحديثة العديدة التي تمت مراجعتها أعلاه ، فإن تصميم وتحسين CPP والروابط الكاتيونية الأخرى للتسليم الخلوي لـ PNA لا يزال مجالًا قويًا وهامًا للبحث. تحول التركيز إلى معالجة الهروب الداخلي ، وتحسين نشاط نقطة النهاية والتطبيقات المحتملة في الجسم الحي.

3. تعديلات العمود الفقري الموجبة لتحسين الامتصاص الخلوي لـ PNA

كان النهج البديل لاقتران السلطة الوطنية الفلسطينية هو التعديل المباشر للعمود الفقري للسلطة الوطنية الفلسطينية. قامت عدة مجموعات باستكشاف التعديلات الموجبة للسلطة الفلسطينية [30-32]. قدم لي وزملاؤه مجموعات جوانيدين في

- مواضع [32] العمود الفقري للسلطة الوطنية الفلسطينية عن طريق التوليف المخصص للمونومرات بدءًا من ثنائي إيثان الإيثان و إل أو د أرجينين بدلاً من الجليكاين (الشكل 3 ، إل السلسلة المعروضة). ال

- الجوانيدين المعدل PNA (GPNA) المشتق من غير الطبيعي دكان للأرجينين تقارب أعلى للحمض النووي التكميلي [33] وتم الحفاظ على انتقائية التسلسل الجيد للحمض النووي الريبي [34]. تم تناول GPNA بسهولة بواسطة العديد من خطوط الخلايا (HCT116 ، ES البشري ، و HeLa) ، والتي تُعزى إلى تعديلات الجوانيدين الموجبة. كان GPNA أقل سمية للخلايا من اتحاد PNA-polyarginine وأحدث تثبيطًا قويًا مضادًا للتأثير لـ E-cadherin في خلايا A549 [35]. درس مختبرنا مؤخرًا تكوين الحلزون الثلاثي بين الحمض النووي الريبي الحلزوني المزدوج و α-GPNA. وجدنا أن α- أدى تعديل الجوانيدين إلى تقليل تقارب ارتباط الحمض النووي الريبي وانتقائية التسلسل α-GPNA مقارنة بالسلطة الوطنية الفلسطينية غير المعدلة [36].


ال γ- كان لدى PNA المعدلة guanidine تقارب أعلى للحمض النووي التكميلي و RNA من α-Guanidine المعدل PNA ، ويفترض أن ذلك يرجع إلى التنظيم المسبق المواتي لـ γ-تعديل العمود الفقري إلى حلزون أيمن [32]. أضع ثقتي في α- وجدت PNA و Englund و Appella المعدلة أن س-ايزومير من γ-تعديل السلطة الوطنية الفلسطينية (مشتق من الطبيعي إل-lysine) كان له تقارب أعلى للحمض النووي التكميلي من ر-ايزومير [30]. في الآونة الأخيرة ، Manicardi et al. [37] استخدم كلاهما α- و γ- تعديل GPNA 15-mers لتثبيط microRNA-210 في خلايا K562. أظهر كلا الأيزومرين تثبيطًا واعدًا وإن لم يكن كاملاً مع وجود PNAs ثمانية متتالية γ- يؤدي تعديل طرف الكربوكسيل بشكل أفضل قليلاً من أنماط التعديل الأخرى [37].

أبلغ ميترا وغانيش عن نتائج مماثلة بشأن ارتباط الحمض النووي والامتصاص الخلوي لـ α- و γ-أمينوميثيلين PNA (صباحا- السلطة الوطنية الفلسطينية ، الشكل 3) [38 ، 39]. أدى تعديل أمينوميثيلين إلى زيادة ارتباط PNA بالحمض النووي ، مع γ-(س)صباحا-PNA أفضل بكثير من α-(ر)صباحا-PNA ، والذي كان بدوره أفضل من α-(س)صباحا-PNA [39]. تم تعزيز الامتصاص الخلوي من خلال هذه التعديلات بنفس الترتيب تقريبًا ، مع γ-(س)صباحا- يعطي PNA أفضل النتائج الواعدة.

4. تعديلات السلطة الوطنية الفلسطينية لتوسيع التعرف على الأحماض النووية مزدوجة الشريطة

يعتبر التعرف على الحمض النووي والحمض النووي الريبي أحادي الجديلة باتباع قواعد الاقتران الأساسي لـ Watson-Crick أمرًا بسيطًا نسبيًا. يعد التعرف على الأحماض النووية مزدوجة الشريطة أكثر صعوبة إلى حد كبير لأن وجوه Watson-Crick من القواعد النووية منخرطة بالفعل في الترابط الهيدروجيني. يمكن لـ PNA ، بالإضافة إلى نظائرها قليلة النوكليوتيد الأخرى ، التعرف على الأحماض النووية مزدوجة الشريطة من خلال تشكيل إما حلزون ثلاثي متوازي (الشكل 4 (أ) ، الطرف الأميني لـ PNA المحاذاة مع نهاية 5 للحمض النووي) أو مجمع غزو حبلا ، حيث تزيح PNA أحد خيوط الحمض النووي. عادةً ما يكون الغزو الخيطي وضعًا تنافسيًا للثلاثي (PNA: DNA ، 1: 1) وينتج عادةً ثلاثي إزاحة حبلا (PNA: DNA ، 2: 1). يحاذي حبلا PNA الذي يحل محل حبلا DNA الموازي مع حبلا DNA (الشكل 4 (ب) ، نهاية الكربوكسيل لـ PNA المحاذاة مع نهاية 5 للحمض النووي). كلا وضعي الربط مقيدان بحمض نووي مزدوج يضم ما يسمى بمسارات البولي بورين حيث يتم بناء خيط واحد من البيورينات ، بينما يتكون الشريط الآخر من بيريميدينات. هذا لأن ثلاثة توائم Hoogsteen القياسية (U * A-U و C + * G-C) تتعرف فقط على قواعد البيورين (الشكل 5 (أ)).


(أ)
(ب)
(ج)
(أ)
(ب)
(ج)

4.4: الأحماض النووية

هناك نوعان من الأحماض النووية في علم الأحياء: DNA و RNA. يحمل الحمض النووي المعلومات الوراثية للخلية ويتكون من خيطين متعارضين من النيوكليوتيدات مرتبة في بنية حلزونية. تتكون كل وحدة فرعية نيوكليوتيد من سكر بنتوز (ديوكسيريبوز) وقاعدة نيتروجينية ومجموعة فوسفات. يرتبط الخيطان عبر روابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية التكميلية كيميائيًا. التفاعلات المعروفة باسم & quot؛ تكديس & quot؛ تفاعلات القاعدة تساعد أيضًا على استقرار اللولب المزدوج. على النقيض من الحمض النووي ، يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي إما منفردًا أو مزدوجًا تقطعت به السبل. يتكون أيضًا من سكر بنتوز (ريبوز) وقاعدة نيتروجينية ومجموعة فوسفات. الحمض النووي الريبي هو جزيء من الحيل. يشارك في تخليق البروتين كرسول ومنظم ومحفز للعملية. يشارك الحمض النووي الريبي أيضًا في العديد من العمليات التنظيمية الخلوية الأخرى ويساعد على تحفيز بعض التفاعلات الرئيسية (المزيد حول هذا لاحقًا). فيما يتعلق بـ RNA ، في هذه الدورة ، نحن مهتمون بشكل أساسي بـ (أ) معرفة التركيب الجزيئي الأساسي لـ RNA وما يميزه عن DNA ، (ب) فهم الكيمياء الأساسية لتخليق RNA الذي يحدث أثناء عملية تسمى النسخ ، (c) ) تقدير الأدوار المختلفة التي يمكن أن يلعبها الحمض النووي الريبي في الخلية ، و (د) تعلم الأنواع الرئيسية من الحمض النووي الريبي التي ستواجهها كثيرًا (مثل mRNA ، و rRNA ، و tRNA ، و mRNA ، وما إلى ذلك) وربطها بالعمليات التي تشارك فيها مع. في هذه الوحدة ، نركز بشكل أساسي على التراكيب الكيميائية للحمض النووي والحمض النووي الريبي وكيف يمكن تمييزهما عن بعضهما البعض.

هيكل النوكليوتيدات

النوعان الرئيسيان من الأحماض النووية حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) و الحمض النووي الريبي (RNA). يتكون DNA و RNA من مونومرات معروفة باسم النيوكليوتيدات. تتكثف النيوكليوتيدات الفردية مع بعضها البعض لتشكيل a حمض نووي بوليمر. يتكون كل نوكليوتيد من ثلاثة مكونات: القاعدة النيتروجينية (التي يوجد لها خمسة أنواع مختلفة) ، وسكر البنتوز ، ومجموعة الفوسفات. هذه موضحة أدناه. الفرق الرئيسي بين هذين النوعين من الأحماض النووية هو وجود أو عدم وجود مجموعة الهيدروكسيل في C2 الموضع ، ويسمى أيضًا الموضع 2 (قراءة & quottwo prime & quot) ، من البنتوز (انظر الشكل 1 والقسم الخاص بسكر البنتوز لمعرفة المزيد عن ترقيم الكربون). يحتوي الحمض النووي الريبي على مجموعة هيدروكسيل وظيفية في ذلك الموضع 2 بوصة من سكر البنتوز ، ويسمى السكر ريبوز ، ومن هنا جاء الاسم ريبوحمض نووي. على النقيض من ذلك ، يفتقر الحمض النووي إلى مجموعة الهيدروكسيل في هذا الموضع ، ومن هنا جاءت التسمية & quotdeoxy & quot ريبوحمض نووي. يحتوي الحمض النووي على ذرة هيدروجين في الموضع 2.

شكل 1. يتكون النيوكليوتيد من ثلاثة مكونات: قاعدة نيتروجينية ، وسكر بنتوز ، ومجموعة فوسفات واحدة أو أكثر. يتم ترقيم الكربونات في البنتوز من 1 إلى 5 & رئيس (يميز العنصر الأولي هذه المخلفات عن تلك الموجودة في القاعدة ، والتي يتم ترقيمها دون استخدام رمز أولي). The base is attached to the 1&prime position of the ribose, and the phosphate is attached to the 5&prime position. When a polynucleotide is formed, the 5&prime phosphate of the incoming nucleotide attaches to the 3&prime hydroxyl group at the end of the growing chain. Two types of pentose are found in nucleotides, deoxyribose (found in DNA) and ribose (found in RNA). Deoxyribose is similar in structure to ribose, but it has an -H instead of an -OH at the 2&prime position. Bases can be divided into two categories: purines and pyrimidines. Purines have a double ring structure, and pyrimidines have a single ring.
الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

The nitrogenous base

The nitrogenous bases of nucleotides are organic molecules and are so named because they contain carbon and nitrogen. They are bases because they contain an amino group that has the potential of binding an extra hydrogen, and thus acting as a base by decreasing the hydrogen ion concentration in the local environment. Each nucleotide in DNA contains one of four possible nitrogenous bases: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and thymine (T). By contrast, RNA contains adenine (A), guanine (G) cytosine (C), and uracil (U) instead of thymine (T).

Adenine and guanine are classified as البيورينات. The primary distinguishing structural feature of a purine is double carbon-nitrogen ring. Cytosine, thymine, and uracil are classified as pyrimidines. These are structurally distinguished by a single carbon-nitrogen ring. You will be expected to recognize that each of these ring structures is decorated by functional groups that may be involved in a variety of chemistries and interactions.

Take a moment to review the nitrogenous bases in Figure 1. Identify functional groups as described in class. For each functional group identified, describe what type of chemistry you expect it to be involved in. Try to identify whether the functional group can act as either a hydrogen bond donor, acceptor, or both?

The pentose sugar

The pentose sugar contains five carbon atoms. Each carbon atom of the sugar molecule are numbered as 1&prime, 2&prime, 3&prime, 4&prime, and 5&prime (1&prime is read as &ldquoone prime&rdquo). The two main functional groups that are attached to the sugar are often named in reference to the carbon to whch they are bound. For example, the phosphate residue is attached to the 5&prime carbon of the sugar and the hydroxyl group is attached to the 3&prime carbon of the sugar. We will often use the carbon number to refer to functional groups on nucleotides so be very familiar with the structure of the pentose sugar.

The pentose sugar in DNA is called deoxyribose, and in RNA, the sugar is ribose. The difference between the sugars is the presence of the hydroxyl group on the 2' carbon of the ribose and its absence on the 2' carbon of the deoxyribose. You can, therefore, determine if you are looking at a DNA or RNA nucleotide by the presence or absence of the hydroxyl group on the 2' carbon atom&mdashyou will likely be asked to do so on numerous occasions, including exams.

The phosphate group

There can be anywhere between one and three phosphate groups bound to the 5' carbon of the sugar. When one phosphate is bound, the nucleotide is referred to as a نucleotide مonoصhosphate (NMP). If two phosphates are bound the nucleotide is referred to as نucleotide دأناصhosphate (NDP). When three phosphates are bound to the nucleotide it is referred to as a نucleotide تيriصhosphate (NTP). The phosphoanhydride bonds between that link the phosphate groups to each other have specific chemical properties that make them good for various biological functions. The hydrolysis of the bonds between the phosphate groups is thermodynamically exergonic in biological conditions nature has evolved numerous mechanisms to couple this negative change in free energy to help drive many reactions in the cell. Figure 2 shows the structure of the nucleotide triphosphate Adenosine Triphosphate, ATP, that we will discuss in greater detail in other chapters.

The term "high-energy bond" is used A LOT in biology. This term is, however, a verbal shortcuts that can cause some confusion. The term refers to the amount of negative free energy associated with the hydrolysis of the bond in question. The water (or other equivalent reaction partner) is an important contributor to the energy calculus. In ATP, for instance, simply "breaking" a phosphoanhydride bond - say with imaginary molecular tweezers - by pulling off a phosphate would not be energetically favorable. We must, therefore, be careful not to say that breaking bonds in ATP is energetically favorable or that it "releases energy". Rather, we should be more specific, noting that they hydrolysis of the bond is energetically favorable. Some of this common misconception is tied to, in our opinion, the use of the term "high energy bonds". While in Bis2a we have tried to minimize the use of the vernacular "high energy" when referring to bonds, trying instead to describe biochemical reactions by using more specific terms, as students of biology you will no doubt encounter the potentially misleading - though admittedly useful - short cut "high energy bond" as you continue in your studies. So, keep the above in mind when you are reading or listening to various discussions in biology. Heck, use the term yourself. Just make sure that you really understand what it refers to.

الشكل 2. ATP (adenosine triphosphate) has three phosphate groups that can be removed by hydrolysis to form ADP (adenosine diphosphate) or AMP (adenosine monophosphate). الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

Double helix structure of DNA

DNA has a double helix structure (shown below) created by two strands of covalently linked nucleotide subunits. The sugar and phosphate groups of each strand of nucleotides are positioned on the outside of the helix, forming the backbone of the DNA (highlighted by the orange ribbons in Figure 3). The two strands of the helix run in opposite directions, meaning that the 5&prime carbon end of one strand will face the 3&prime carbon end of its matching strand (See Figures 4 and 5). We referred to this orientation of the two strands as antiparallel. Note too that phosphate groups are depicted in Figure 3 as orange and red "sticks" protruding from the ribbon. The phosphates are negatively charged at physiological pHs and therefore give the backbone of the DNA a strong local negatively charged character. By contrast, the nitrogenous bases are stacked in the interior of the helix (these are depicted as green, blue, red, and white sticks in Figure 3). Pairs of nucleotides interact with one another through specific hydrogen bonds (shown in Figure 5). Each pair of separated from the next base pair in the ladder by 0.34 nm and this close stacking and planar orientation gives rise to energetically favorable base-stacking interactions. The specific chemistry associated with these interactions is beyond the content of Bis2a but is described in more detail here for the curious or more advanced students. We do expect, however, that students are aware that the stacking of the nitrogenous bases contributes to the stability of the double helix and defer to your upper-division genetics and organic chemistry instructors to fill in the chemical details.

الشكل 3. Native DNA is an antiparallel double helix. The phosphate backbone (indicated by the curvy lines) is on the outside, and the bases are on the inside. Each base from one strand interacts via hydrogen bonding with a base from the opposing strand. الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

In a double helix, certain combinations of base pairing are chemically more favored than others based on the types and locations of functional groups on the nitrogenous bases of each nucleotide. In biology we find that:

Adenine (A) is chemically complementary with thymidine (T) (A pairs with T)

Guanine (G) is chemically complementary with cytosine (C) (G pairs with C).

We often refer to this pattern as "base complementarity" and say that the antiparallel strands are مكمل to each other. For example, if the sequence of one strand is of DNA is 5'-AATTGGCC-3', the complementary strand would have the sequence 5'-GGCCAATT-3'.

We sometimes choose to represent complementary double-helical structures in text by stacking the complementary strands on top of on another as follows:

5' - GGCCAATTCCATACTAGGT - 3'

3' - CCGGTTAAGGTATGATCCA - 5'

Note that each strand has its 5' and 3' ends labeled and that if one were to walk along each strand starting from the 5' end to the 3' end that the direction of travel would be opposite the other for each strand the strands are antiparallel. We commonly say things like "running 5-prime to 3-prime" or "synthesized 5-prime to 3-prime" to refer to the direction we are reading a sequence or the direction of synthesis. Start getting yourself accustomed to this nomenclature.

الشكل 4. Panel A.In a double-stranded DNA molecule, the two strands run antiparallel to one another so that one strand runs 5&prime to 3&prime and the other 3&prime to 5&prime. Here the strands are depicted as blue and green lines pointing in the 5' to 3' orientation. Complementary base pairing is depicted with a horizontal line between complementary bases. Panel B. The two antiparallel strands are depicted in double-helical form. Note that the orientation of the strands is still represented. Moreover, note that the helix is right-handed - the "curl" of the helix, depicted in purple, winds in the direction of the fingers of the hand if the right hand is used and the direction of the helix points towards the thumb. Panel C. This representation shows two structural features that arise from the assembly of the two strands called the major and minor grooves. These grooves can also be seen in Figure 3.
الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

الشكل 5. A zoomed-in molecular-level view of the antiparallel strands in DNA. In a double-stranded DNA molecule, the two strands run antiparallel to one another so that one strand runs 5&prime to 3&prime and the other 3&prime to 5&prime. The phosphate backbone is located on the outside, and the bases are in the middle. Adenine forms hydrogen bonds (or base pairs) with thymine, and guanine base pairs with cytosine.
الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

Functions and roles of nucleotides and nucleic acids to look out for in Bis2a

In addition to their structural roles in DNA and RNA, nucleotides such as ATP and GTP also serve as mobile energy carriers for the cell. Some students are surprised when they learn to appreciate that the ATP and GTP molecules we discuss in the context of bioenergetics are the same as those involved in the formation of nucleic acids. We will cover this in more detail when we discuss DNA and RNA synthesis reactions. Nucleotides also play important roles as co-factors in many enzymatically catalyzed reactions.

Nucleic acids, RNA in particular, play a variety of roles in in cellular process besides being information storage molecules. Some of the roles that you should keep an eye out for as we progress through the course include: (a) Riboprotein complexes - RNA-Protein complexes in which the RNA serves both catalytic and structural roles. Examples of such complexes include, ribosomes (rRNA), RNases, splicesosome complexes, and telomerase. (b) Information storage and transfer roles. These roles include molecules like DNA, messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA). (c) Regulatory roles. Examples of these include various non-coding (ncRNA). Wikipedia has a comprehensive summary of the different types of known RNA molecules that we recommend browsing to get a better sense of the great functional diversity of these molecules.


General characteristics of the viruses

  • The term ‘virus’ is derived from لاتيني which means “slimy poison fluid” or “venom”.
  • The virus is an ultramicroscopic, infectious agent that is metabolically inert so require a living host or cell to multiply. نكون obligate intracellular parasites.
  • الفيروسات cannot make energy or proteins on their own so these are dependent on their host cell. multiply inside the living cells using host cell machinery.
  • The virus has different strains or types.
  • The virus has its own genetic material either DNA or RNA which may be single or double-stranded.
  • A virus can undergo Mutation.
  • They can be destroyed by Ultraviolet Rays.
  • وهذه هي not composed of cells. They lack cellular structures such as plasma membrane, nucleus, organelles, etc.
  • They do not respire or perform a gaseous exchange.
  • أنهم do not move, grow in size but can reproduce by using the metabolism of their hosts.
  • أنهم can be crystallized and stored in bottles like chemicals.
  • أنهم lack the enzyme system and do not have the metabolic activity of their own. are not able to survive without a host cell, so active viruses reside inside a host body. They are present either in a bacterial cell, animal cell or plant cell.
  • مقاس: Viruses are much smaller than Bacteria. Their Size ranges from 20 – 1400nm. The poliovirus is 30nm. Giant Mimi viruses are up to 800 nm.
  • Different shapes of Viruses: Viruses are of different shapes. هم انهم rod-shaped, bullet-shaped, filament shaped, icosahedral in shape and tadpole-shaped.

Virus structure

Viral Structure: Virus consists of nucleic acid and a protein. Genome or the nucleic acid is covered by a protein coat called the capsid. Some viruses have an envelope outside the capsid. A virus without the envelope is called the Naked virus.


شاهد الفيديو: From DNA to protein - 3D (كانون الثاني 2023).