Informasjon

Parallelle DNA-dobbelhelikser med Watson-Crick-baseparring: Hvorfor oppstår de ikke?

Parallelle DNA-dobbelhelikser med Watson-Crick-baseparring: Hvorfor oppstår de ikke?



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.

Jeg vet at parallelle DNA-spiraler eksisterer og styres av Hoogsten-baseparring, men hvorfor kan de ikke være mulig med Watson-Crick-sammenkobling? I diagrammet nedenfor, hvis vi skulle snu en av trådene mens vi beholder den andre den samme, ser det ut som om hydrogenbinding fortsatt er mulig.

De eneste spesifikke forslagene jeg kunne finne var på grunn av DNA -replikasjonsprosessen og den negative polariteten til hydoksylgruppen på fosfatene. Videre danner DNA -nukleotidene enantiomerer etter å ha vendt en streng. Er dette mulige årsaker, eller er det andre?


"De eneste spesifikke forslagene jeg kunne finne var på grunn av DNA -replikasjonsprosessen og ..."

Nei. Forklaringen kan ikke ha noe å gjøre med DNA -replikasjon. Hvis strukturen ikke eksisterer, kan du ikke replikere den. Hvis den gjør det, vil naturen utvikle en mekanisme. (Det relaterte SE -spørsmålet, nevnt av @Gilleain, spurte om det fortsatt kunne replikere hvis det var parallelt, det vil si ved å bruke enzymer som har utviklet seg for parallelt DNA.)

Jeg vet at det finnes parallelle DNA -spiraler ...

La oss klargjøre dette først. Kanskje det mest omfattende parallelle dupleks -DNA, hvis struktur er bestemt, er det som er beskrevet av Parvathy et al. De to parallelle delene av dette er vist nedenfor:

Følgende punkter bør bemerkes:

  1. Dette parallelle DNA (og de kortere eksemplene som gikk før det) er ikke en ren strekning av komplementære basepar.
  2. Det er stabilisert av det forfatterne omtaler som "CC+ klemmer" i hver ende. En får igjen konkludere med at uten disse ville dupleksen ikke dannes.
  3. Alle de komplementære baseparene er av typen AT (faktisk reverserte Watson-Crick-basepar). Antagelig ville GC-basepar ha destabilisert strukturen.

(Du kan inspisere denne strukturen i tredimensjoner her. Velg 'Lakris' stil og farge 'etter kjede' og legg merke til den ikke-planariteten til de tre basen 'parene' i hver ende.)

Så selv om spørsmålet spesifikt refererer til parallelle DNA-spiraler med Watson-Crick-basepar, bør det erkjennes at utvidede parallelle DNA-spiraler sammensatt av alle slags komplementære AT- og GC-basepar ikke finnes, og spørsmålet gjelder like godt for dem.

"I diagrammet hvis vi skulle snu en av trådene mens vi beholder den andre, er hydrogenbinding fortsatt mulig"

Diagrammet i spørsmålet er todimensjonal; DNA er tredimensjonal. Det er bare ved å vurdere den tredimensjonale strukturen til DNA, kan du nærme deg dette spørsmålet.

Så hvordan skulle man gjøre det? Man må vurdere den frie energien til alternative strukturer i det relevante miljøet for å avgjøre hvilken som vil forekomme (dvs. være mer termodynamisk stabil).

  1. Dette vil fortelle deg om enkelt DNA-tråder med parallelle sekvenser vil danne en dobbeltstrenget (ds) struktur eller ikke.

  2. Dette vil fortelle deg om ds-parallelt DNA er mer eller mindre energisk stabilt enn et ds-antiparallelt DNA. Derfor, selv om begge kan danne (som jeg tviler på, uten noen spesielle omstendigheter*), vil den lavere termodynamiske frie energien til anti-parallelle dsDNA gi organismer som adopterer den en evolusjonær fordel.

Og svaret på spørsmålet?

Det virker usannsynlig at en enkelt faktor er ansvarlig, eller det ville blitt påpekt i elementære lærebøker som Berg et al..

For å svare ville det kreve en fullstendig teoretisk analyse av strukturen eller strukturene. Først må man bygge en modell av en foreslått parallellstruktur som kan romme Watson-Crick-basepar. Dette i seg selv er et problem fordi det sannsynligvis vil være mange alternative strukturer. Kanskje er det dataprogrammer som kan finne strukturen med lavest energi. Dette vil bli beregnet på den klassiske måten, beregne det positive bidraget til hydrogenbinding (som avhenger av avstand og vinkel), ionisk interaksjon etc.* mot det negative bidraget til ladning og steriske frastøtninger.

*Etc? Det todimensjonale diagrammet unnlater å vurdere bidraget til grunnstablering (hvordan kunne det?), Som i betydelig grad bidrar til stabiliteten til nukleinsyrehelikser, som den opprinnelige omslagsdesignen til Stryer Biokjemi er en konstant påminnelse:


Du kan ikke se DNA med mindre du ser ordentlig ut

Jeg er ikke en sint mann, men en ny analyse av strukturen til DNA ved hjelp av elektronmikroskopi fikk meg til å krysse i går. Det var ikke forskernes skyld, men den slurve måten resultatet ble rapportert på som fikk min vitenskapelige geit.

Strukturen av DNA ble først bestemt for nesten 60 år siden av Watsons og Cricks berømte analyse av spredningsmønstrene registrert av Maurice Wilkins og Rosalind Franklin da de avfyrte røntgenstråler mot smale fibre av stoffet. Vi har hatt lang tid til å finjustere og fordøye dette resultatet, så jeg ble overrasket over å støte på så mye unøyaktig informasjon i internettfordelingen av det nye funnet, rapportert i tidsskriftet Nano Letters av en italiensk gruppe ledet av Enzo di Fabrizio.

Nettstedet io9.com overskriftet George Dvorskys stykke "Forskere knipser et bilde av DNAs dobbelhelix for aller første gang." Nei, det hadde de ikke. Den medfølgende artikkelen varslet fakta med fancy før den til slutt konkluderte med at den nye bildeteknikken ville gjøre oss i stand til å se "hvordan den interagerer med proteiner og RNA". Nei, det vil den ikke.

Jeg skal forklare hvorfor om et minutt, men la oss først se på New Scientists dekning av det samme papiret. Dette var en mer målt og mer nøyaktig redegjørelse for det nye resultatet, men stykket fikk en dårlig start. Roland Peases artikkel hevdet at "et elektronmikroskop har fanget den berømte Watson-Crick dobbelheliksen i all sin prakt." Men det hadde det tydeligvis ikke. Det medfølgende bildet var uklart og viste ikke en dobbel helix som lignet den beskrevet av Watson og Crick.

Modell og elektronmikrograf av en DNA -fiber (publisert i Nano Letters)

Pease fulgte opp dette med den samme dårlig begrunnede påstanden om at den nye metoden ville tillate forskere å se hvordan andre biomolekyler interagerer med DNA. Jeg er ikke sikker på hvor denne påstanden kommer fra fordi den ikke er i avisen. En feilaktig pressemelding kanskje?

Til slutt blogget Alex Wild om artikkelen på Scientific American. Hans innlegg, risikofylt med tittelen "Hvordan DNA egentlig ser ut", hevdet at avisen rapporterer "det første mikroskopbildet noensinne av et isolert DNA -molekyl". Hvis han hadde tatt nanoproblemet med å skrive "elektronmikrograf -DNA" i et Google -søk, ville han ha sett at det er mange tidligere mikroskopbilder av DNA. Hvis han hadde sett mer nøye på abstraktet av papiret - nyttig illustrert i dette tilfellet (se ovenfor) - ville han ha sett at prøven faktisk var en bunt med DNA -molekyler, ikke en isolert. Sheesh.

Hvorfor lage oppstyr om dette? OK, delvis fordi jeg bruker røntgenkrystallografi i stedet for elektronmikroskopi for å se på strukturene til interessante biologiske molekyler i forskningen min og de overdrevne påstandene som ble gjort på vegne av elektronmikroskopi av vitenskapsforfatterne, var knyttneve-irriterende. Vi forskere er et territorielt parti, vet du.

Jeg burde ikke bli så opparbeidet fordi problemet i stor grad skyldes forførende kraft i bildet, noe jeg har forundret meg over før. Alle tre forfatterne fokuserte på det faktum at det nye papiret rapporterte et bilde som du kan se i kontrast, selv om røntgenmetoden gir et mye høyere detaljnivå, blir resultatene produsert indirekte gjennom matematisk analyse av måten molekyler sprer en røntgenstråle på. Dvorsky, Pease og Wild har kanskje ikke helt forstått at indirektiteten til røntgenkrystallografi på ingen måte reduserer kvaliteten på informasjonen som er innhentet-riktignok ikke noe jeg ville forvente at en ikke-spesialist skulle vite-men bildens tiltrekning synes likevel å ha dempet synet deres. Det som frustrerte meg er at de, til tross for at et bilde ble servert til dem, ikke så ordentlig på det, og det tillot feil å krype inn.

Det som faktisk er nytt i avisen er at forfatterne har klart å ta en høy kontrast bilde av en DNA-fiber (bestående av en bunt med DNA-dobbel-helixer) ved bruk av elektronmikroskopi. De gjorde dette ved å tørke ut en dråpe DNA oppløst i vann over et lag silisium som hadde blitt mikroprodusert for å ha en rekke små søyler over overflaten. Da vannet fordampet, ble DNA -deler forlatt strukket mellom søylene. Fordi de er suspendert ovenfor silisiumbasen, var det mulig å få et godt bilde av DNA -fibrene (du får dårligere kontrast hvis DNA ligger på en fast overflate). I en fin touch bemerker forfatterne at deres prøveforberedelse ligner metoden som ble brukt av Wilkins, men de fikk fibre som var omtrent tusen ganger finere enn han klarte å oppnå.

Og hva ser de? Det er absolutt en fin struktur i bildet. Det er repeterende trekk av størrelsen som forventes for spiralformet struktur i DNA. Men det var klart for de italienske forskerne og burde vært klart for alle som så på bildet i deres abstrakte online, at bildet ikke er av et enkelt molekyl av DNA, men et bunt av dem. Di Fabrizio og kolleger modellerte strukturen som en haug med syv parallelle DNA-dobbelthelixer siden den genererte en struktur med samme tykkelse som den avbildede fiberen.

Men er modellen deres riktig? Hvis du ser på den innfelte detaljen i figuren, ser du at fordypningene på undersiden er mye dypere enn de på DNA -modellen (midtre panel). Kanskje dette er en artefakt av måten elektronmikroskoper lager bilder på. Jeg vet ikke fordi jeg ikke er ekspert og forfatterne ikke kommenterer avviket.

Den medfølgende naturen til DNA -prøvene som er forberedt for disse eksperimentene, hjelper også med å forklare hvorfor mikroskopiteknikken vil være uegnet for å analysere interaksjonene mellom proteinmolekyler og DNA, i motsetning til påstandene til Dvorsky og Pease. DNA-bunter forekommer ikke naturlig i levende celler når DNA manipuleres av proteiner-for å bli kopiert eller brukt til å produsere instruksjoner for cellulære prosesser-dobbel-helixen må deles i separate tråder slik at den genetiske koden kan leses. Det er ikke sannsynlig at vi vil kunne undersøke disse prosessene ved hjelp av prøver som består av tett pakket bunter med DNA-dobbelhelikopter.

Selv om en enkelt DNA -streng kunne isoleres og avbildes ved hjelp av elektronmikroskopi, gjør det at metoden er avhengig av i stor grad å tørke ut prøven det uegnet for å analysere eventuelle proteiner som er bundet, siden disse molekylene er avhengig av å bli nedsenket i vann for å fungere skikkelig.

Alt dette forteller deg er at naturen er en tispe som liker å gjøre livet vanskelig for forskere. Fair play for italienerne som har forbedret teknikkene for å forberede DNA -fibre til et nytt nivå, men det gjenstår å se om teknikken deres vil avsløre noen interessant ny biologi. Jeg ville ikke satse på det enda. Forskere har mer arbeid å gjøre, og det samme gjør vitenskapsforfattere.

Oppdater 7-12-2012 09:30- Leserne kan være interessert i å vite at som svar på denne artikkelen har George Dvorsky på io9.com og Alex Wild på Scientific American Blogs begge oppdatert artiklene sine med presiseringer og korreksjoner, mens Roland Pease vennlig skrev til meg for å forklare sitt syn på artikkelen. (se kommentar nedenfor).


3. Guanine Quadruplexes

4.1. A-form av RNA og DNA

19 ° mot helixaksen, anti -konformasjon for alle glykosyltorsjonsvinkler og C3’ -endosukkerpucker av alle nukleosider. Kombinasjonen av disse parameterne gir spiralen et kraftig utseende med en diameter på

23 Å, djupt og smalt større spor og et grunt mindre spor. På grunn av det dype store sporet skyves baseparene vekk fra spiralen, og spiralen fremstår hul når den ser nedover aksen. A-RNA-spiraler med 12 basepar per sving (121 symmetri) har også blitt modellert basert på fiberdiffraksjonsdata [42].

4.2. B-form av DNA

20 Å og like dype riller, der hovedsporet er bredere enn det mindre sporet. Helixaksen passerer rett gjennom baseparene, slik at den spiralformede periodisiteten kan avleses ved å telle eikene (glykosylbindingene) som forbinder baseparene med sukker-fosfat-ryggraden.

4.3. B-lignende DNA-former

4.4. Z-form av DNA

–9 ° mot helixaksen. Et særtrekk ved Z -DNA er synkonformasjonen av alle purinnukleosider og den vanlige antikonformasjonen av pyrimidiner. Puriner har C3’- endo sukkerpucker, mens pyrimidiner har C2’-endo pucker i Z-DNA. Kombinasjonen av dinukleotidstabelen gjentas med syn-anti-vekslingen langs hver streng som står for rynket utseende av sukker-fosfat-ryggraden i Z-DNA som skiller seg markant fra den glatte banen som ses i A- og B-helixer. Den spesielle ryggradskonformasjonen er nødvendig for å tillate dannelse av en antiparallell dobbel helix, selv om de WC-parede nukleosidene har henholdsvis syn- og antiglykosylbindinger på sine puriner og pyrimidiner. Z-DNA-helixen virker uvanlig slank med en diameter på

18 Å, et grunt større spor og et dypt mindre spor. På grunn av det dype mindre sporet forskyves baseparene fra spiralaksen, og spiralen avslører en liten sentral åpning når den ses langs aksen.


En strukturell sammenligning

La oss nå se på hvilken struktur som er vedtatt av de tre store makromolekylene, DNA, RNA og proteiner. DNA overtar hovedsakelig den klassiske ds-BDNA-strukturen, selv om denne strukturen er viklet rundt nukleosomer og & quotsupercoiled & quot i celler siden den må pakkes inn i kjernen. Denne utvidede spiralformen oppstår delvis fra de betydelige elektrostatiske frastøtningene til to tråder av disse polyanionene (selv i nærvær av motioner). Gitt den høye ladningstettheten, er det ikke overraskende at den er kompleks med positive proteiner og ikke adopterer komplekse tertiære strukturer. RNA, derimot, kan ikke danne lange dobbeltstrengede spiraler av B-type (på grunn av steriske begrensninger i 2'OH og den resulterende 3'endo-ribosepuckeren). Snarere kan den vedta komplekse tertiære konformasjoner (om enn med betydelig motionbinding for å stabilisere strukturen) og på den måten danne regioner av sekundær struktur (ds-A RNA) i form av stamme/hårnålformer. Proteiner, med sin kombinasjon av polarladede, polare uladede og upolare sidekjeder, har liten elektrostatisk hindring ved adopsjon av sekundære og tertiære strukturer. At RNA og proteiner begge kan adoptere tertiære strukturer med potensiell binding og katalytiske steder, gjør dem til ideelle katalysatorer for kjemiske reaksjoner. RNA, gitt sitt 4 nukleotidmotiv, kan tydelig også bære genetisk informasjon, noe som gjør det til en ideell kandidat for de første utviklede makromolekylene som muliggjør utvikling av liv. Proteiner med en stor overflod av organiske funksjoner vil til slutt erstatte RNA som et bedre valg for livets katalysator. DNA, med sin større stabilitet, ville erstatte RNA som valget for hovedbæreren av genetisk informasjon.


Referanser

Nikolova, E. N. et al. Natur 470, 498–502 (2011).

Parker, S. C. J., Hansen, L., Abaan, H. O., Tullius, T. D. & amp Margulies, E. H. Vitenskap 324, 389–392 (2009).

Rohs, R. et al. Natur 461, 1248–1253 (2009).

Watson, J. D. & amp; Crick, F. H. C. Natur 171, 737–738 (1953).

Hoogsteen, K. Acta Crystallogr. 16, 907–916 (1963).

Palmer, A. G. & amp; Massi, F. Chem. Rev. 106, 1700–1719 (2006).

Aishima, J. et al. Nukleinsyrer Res. 30, 5244–5252 (2002).

Nair, D. T., Johnson, R. E., Prakash, S., Prakash, L. & amp; Aggarwal, A. K. Natur 430, 377–380 (2004).

Kitayner, M. et al. Naturstruktur. Mol. Biol. 17, 423–429 (2010).

Rohs, R. et al. Annu. Rev. Biochem. 79, 233–269 (2010).

Chen, Y., Dey, R. & amp; Chen, L. Struktur 18, 246–256 (2010).


Kjemisk struktur av DNA oppdaget

28. februar 1953 forskte Cambridge University -forskere James D. Watson og Francis H.C. Crick kunngjør at de har bestemt dobbel-helix-strukturen til DNA, molekylet som inneholder menneskelige gener. Molekylærbiologene fikk betydelig hjelp av arbeidet til en annen DNA -forsker, Rosalind Franklin, selv om hun ikke er inkludert i kunngjøringen, og hun delte heller ikke den påfølgende Nobelprisprisen for det.

Selv om DNA -kort for deoksyribonukleinsyre ble oppdaget i 1869, ble dens avgjørende rolle for å bestemme genetisk arv ikke demonstrert før i 1943. På begynnelsen av 1950 -tallet var Watson og Crick bare to av mange forskere som jobbet med å finne ut DNA -strukturen. California -kjemiker Linus Pauling foreslo en feil modell i begynnelsen av 1953, noe som fikk Watson og Crick til å prøve å slå Pauling i sitt eget spill.  

Om morgenen 28. februar bestemte de at strukturen til DNA var en dobbel-helix-polymer, eller en spiral av to DNA-tråder, som hver inneholdt en lang kjede av monomernukleotider, viklet rundt hverandre. I henhold til deres funn replikerte DNA seg ved å dele seg i individuelle tråder, som hver ble malen for en ny dobbel helix. I sin bestselgende bok, The Double Helix (1968), Watson hevdet senere at Crick kunngjorde oppdagelsen ved å gå inn i Eagle Pub i nærheten og bløste ut at vi hadde funnet livets hemmelighet. Sannheten var ikke så langt unna, som Watson og Crick hadde løst et grunnleggende vitenskapelig mysterium – hvordan det var mulig for genetiske instruksjoner å bli holdt inne i organismer og gått fra generasjon til generasjon.

Watson og Crick ’s løsning ble formelt kunngjort 25. april 1953, etter at den ble publisert i den månedsutgaven av Natur Blad. Artikkelen revolusjonerte studiet av biologi og medisin. Blant utviklingen som fulgte direkte av det, var screening før fødsel for sykdomsgener genetisk manipulerte matvarer, evnen til å identifisere menneskelige rester den rasjonelle utformingen av behandlinger for sykdommer som AIDS og nøyaktig testing av fysiske bevis for å dømme eller friholde kriminelle.

Crick og Watson hadde senere et fall-out over Watson ’s bok, som Crick følte feilaktig fremstilling av deres samarbeid og forrådte vennskapet deres.  

Det oppsto en større kontrovers om bruken Watson og Crick laget av arbeid utført av en annen DNA -forsker, Rosalind Franklin. Kollega Maurice Wilkins viste Watson og Crick Franklin & aposs røntgenfotografisk arbeid til Watson like før han og Crick gjorde sin berømte oppdagelse. Bildene   fastslår at DNA   -molekylet eksisterte i en spiralformet form.   Da Crick og Watson vant Nobelprisen i 1962, delte de det med Wilkins. Franklin, som døde i 1958 av eggstokkreft og dermed ikke var kvalifisert for prisen, fikk aldri vite hvilken rolle bildene hennes spilte i det historiske vitenskapelige gjennombruddet.


Parallelle DNA-dobbelhelikser med Watson-Crick-baseparring: Hvorfor oppstår de ikke? - Biologi

trykt på nytt med tillatelse fra Natur Blad

En struktur for deoksyribose -nukleinsyre
J. D. Watson og F. H. C. Crick (1)

25. april 1953 (2), Natur (3) , 171, 737-738

Vi ønsker å foreslå en struktur for saltet av deoksyribose -nukleinsyre (D.N.A.). Denne strukturen har nye egenskaper som er av betydelig biologisk interesse.

En struktur for nukleinsyre har allerede blitt foreslått av Pauling (4) og Corey 1. De gjorde vennlig håndskriftet tilgjengelig for oss før publisering. Modellen deres består av tre sammenflettede kjeder, med fosfatene nær fiberaksen, og basene på utsiden. Etter vår mening er denne strukturen utilfredsstillende av to grunner:

(1) Vi tror at materialet som gir røntgendiagrammer er saltet, ikke den frie syren. Uten de sure hydrogenatomer er det ikke klart hvilke krefter som vil holde strukturen sammen, spesielt ettersom de negativt ladede fosfatene nær aksen vil avvise hverandre.

(2) Noen av van der Waals -avstandene ser ut til å være for små.

En annen tre-kjedet struktur har også blitt foreslått av Fraser (i pressen). I modellen hans er fosfatene på utsiden og basene på innsiden, knyttet sammen med hydrogenbindinger. Denne strukturen som beskrevet er ganske dårlig definert, og av denne grunn skal vi ikke kommentere den.

Vi ønsker å legge frem a radikalt forskjellig struktur for saltet av deoksyribose -nukleinsyre (5) . Denne strukturen har to spiralformede kjeder hver viklet rundt samme akse (se diagram). Vi har gjort de vanlige kjemiske forutsetningene, nemlig at hver kjede består av fosfat-diestergrupper som forbinder beta-D-deoksyribofuranoserester med 3 ', 5' bindinger. De to kjedene (men ikke deres baser) er relatert til en dyade vinkelrett på fiberaksen. Begge kjedene følger høyrehendte spiraler, men på grunn av dyaden sekvensene til atomene i de to kjedene går i motsatte retninger (6) . Hver kjede ligner løst Furbergs 2 modell nr. 1 (7) det vil si at basene er på innsiden av spiralen og fosfatene på utsiden. Konfigurasjonen av sukkeret og atomene i nærheten er nær Furbergs standardkonfigurasjon, og sukkeret er omtrent vinkelrett på den festede basen. Det er en rest på hver 3,4 A. i z-retning. Vi har antatt en vinkel på 36 & deg mellom tilstøtende rester i samme kjede, slik at strukturen gjentas etter 10 rester på hver kjede, det vil si etter 34 A. Avstanden til et fosforatom fra fiberaksen er 10 A. Som fosfater er på utsiden, kationer har lett tilgang til dem.

Figur 1
Denne figuren er rent diagrammatisk (8) . De to båndene symboliserer de to fosfatsukkerkjedene, og de horisontale stengene baseparene som holder kjedene sammen. Den vertikale linjen markerer fiberaksen.

Strukturen er åpen, og vanninnholdet er ganske høyt. Ved lavere vanninnhold forventer vi at basene vipper slik at strukturen kan bli mer kompakt.

Det nye trekket ved strukturen er måten de to kjedene holdes sammen av purin- og pyrimidinbaser. Planene til basene er vinkelrett på fiberaksen. De er forbundet sammen i par, en enkelt base fra den ene kjeden er hydrodenbundet til en enkelt base fra den andre kjeden, slik at de to ligger side om side med identiske z-koordinater. En av parene må være en purin og den andre en pyrimidin for at binding skal kunne oppstå. Hydrogenbindinger er laget som følger: purinposisjon 1 til pyrimidinposisjon 1 purinposisjon 6 til pyrimidinposisjon 6.

Hvis det antas at basene bare forekommer i strukturen i de mest plausible tautomere former (det vil si med keto i stedet for enolkonfigurasjonene), er det funnet at bare spesifikke par baser kan binde seg sammen. Disse parene er: adenin (purin) med tymin (pyrimidin) og guanin (purin) med cytosin (pyrimidin) (9) .

Med andre ord, hvis en adenin danner ett medlem av et par, på hver kjede, må det andre elementet være tymin på samme måte for guanin og cytosin på disse forutsetningene. Basesekvensen på en enkelt kjede ser ikke ut til å være begrenset på noen måte. Imidlertid, hvis bare spesifikke par baser kan dannes, følger det at hvis sekvensen av baser på en kjede er gitt, blir sekvensen på den andre kjeden automatisk bestemt.

Det er funnet eksperimentelt 3,4 at forholdet mellom mengder adenin og tymin, og forholdet mellom guanin og cytosin, alltid er veldig nær enhet for deoksyribosenukleinsyre.

Det er sannsynligvis umulig å bygge denne strukturen med et ribosesukker i stedet for deoksyribosen, ettersom det ekstra oksygenatomet ville gjøre en van der Waals -kontakt for nær.

De tidligere publiserte røntgendataene 5,6 om deoksyribosenukleinsyre er utilstrekkelige for en grundig test av strukturen vår. Så langt vi kan fortelle, er det omtrent kompatibelt med de eksperimentelle dataene, men det må betraktes som uprøvd før det har blitt sjekket mot mer eksakte resultater. Noen av disse er gitt i følgende kommunikasjon (10) . Vi var ikke klar over detaljene i resultatene som ble presentert der da vi utviklet strukturen vår (11) , som hovedsakelig hviler, men ikke helt på publiserte eksperimentelle data og stereokjemiske argumenter.

Det har ikke unndratt vår varsel (12) at den spesifikke sammenkoblingen vi har postulert umiddelbart antyder en mulig kopieringsmekanisme for det genetiske materialet.

Fullstendige detaljer om strukturen, inkludert betingelsene for å bygge den, sammen med et sett med koordinater for atomene, vil bli publisert andre steder (13) .

Vi takker Dr. Jerry Donohue for konstant råd og kritikk, spesielt på interatomiske avstander. Vi har også blitt stimulert av kunnskap om den generelle karakteren av de upubliserte eksperimentelle resultatene og ideene til Dr. M. H. F. Wilkins, Dr. R. E. Franklin og deres medarbeidere ved King ’s College, London. En av oss (J. D. W.) har blitt hjulpet av et stipend fra National Foundation for Infantile Paralysis.


1 Pauling, L. og Corey, R. B., Natur, 171, 346 (1953) Proc. USA Nat. Acad. Sci., 39, 84 (1953).
2 Furberg, S., Acta Chem. Skand., 6, 634 (1952).
3 Chargaff, E., for referanser, se Zamenhof, S., Brawerman, G., og Chargaff, E., Biochim. et Biophys. Acta, 9, 402 (1952).
4 Wyatt, G. R., J. Gen. Physiol., 36, 201 (1952).
5 Astbury, W. T., Symp. Soc. Eksp. Biol. 1, Nucleic Acid, 66 (Camb. Univ. Press, 1947).
6 Wilkins, M. H. F. og Randall, J. T., Biochim. et Biophys. Acta, 10, 192 (1953).

Merknader
(1)
Det er ingen overraskelse at James D. Watson og Francis HC Crick snakket om å finne strukturen til DNA i løpet av minutter etter sitt første møte på Cavendish Laboratory i Cambridge, England, i 1951. Watson, en 23 år gammel genetiker, og Crick, en 35 år gammel tidligere fysiker som studerer proteinstruktur for sin doktorgrad i biofysikk, så både DNA ’s arkitektur som det største spørsmålet innen biologi. Å kjenne strukturen til dette molekylet ville være nøkkelen til å forstå hvordan genetisk informasjon kopieres. I sin tur vil dette føre til at vi finner kur mot menneskelige sykdommer.

Watson og Crick var klar over disse dype implikasjonene og var besatt av problemet, og kanskje mer enn noen andre forskere var de fast bestemt på å finne svaret først. Deres konkurranseånd drev dem til å jobbe raskt, og det hjalp dem utvilsomt med å lykkes i jakten.

Watson og Crick ’s rapport førte dem også til rask innsikt. De diskuterte ustanselig problemet og avviste ideer fra hverandre. Dette var spesielt nyttig fordi hver enkelt var inspirert av forskjellige bevis. Da den visuelt sensitive Watson, for eksempel, så et kryssformet mønster av flekker i et røntgenfoto av DNA, visste han at DNA måtte være en dobbel helix. Ut fra data om symmetrien til DNA -krystaller så Crick, ekspert på krystallstruktur, at to kjeder i DNA løper i motsatte retninger.

Siden den banebrytende oppdagelsen av dobbel helix i 1953 har Watson brukt den samme raske, konkurransedyktige tilnærmingen for å drive en revolusjon innen molekylærbiologi. Som professor ved Harvard på 1950- og 1960 -tallet, og som tidligere direktør og nåværende president for Cold Spring Harbor Laboratory, bygde han utrettelig intellektuelle arenaer og#8212 grupper av forskere og laboratorier for å anvende kunnskapen fra dobbelthelix -oppdagelsen på proteinsyntese, den genetiske koden og andre felt innen biologisk forskning. Ved ubarmhjertig å skyve disse feltene fremover, avanserte han også synet blant biologer om at løsning av store helseproblemer krever forskning på det mest grunnleggende nivået i livet.

(2) På denne datoen, Natur publiserte avisen du leser.

I følge vitenskapshistorikeren Victor McElheny fra Massachusetts Institute of Technology var denne datoen et vendepunkt i en mangeårig kamp mellom to leirer av biologi, vitalisme og reduksjonisme. Mens vitalister studerte hele organismer og så på genetikk som for komplisert til å forstå fullt ut, så reduksjonister på å dechiffrere grunnleggende livsprosesser som fullt mulig og#8212 og avgjørende for å kurere menneskelige sykdommer. Oppdagelsen av DNA ’s dobbel-helix-struktur var et stort slag mot den vitalistiske tilnærmingen og ga fart i det reduksjonistiske feltet innen molekylærbiologi.

Historikere lurer på hvordan tidspunktet for DNA -løpet påvirket resultatet. Vitenskapen, etter å ha blitt omdirigert til krigsinnsatsen, var i stand til å fokusere mer på problemer som de som påvirker menneskers helse. Likevel, i USA, ble det truet av en bremse på fri utveksling av ideer. Noen tror at den amerikanske forskeren Linus Pauling ville ha slått Watson og Crick til slag hvis Paulings evne til å reise ikke hadde blitt hindret i 1952 av den overivrige House Un-American Activities Committee.

(3) Natur (grunnlagt i 1869) — — og hundrevis av andre vitenskapelige tidsskrifter — hjelper til med å presse vitenskapen fremover ved å tilby forskere et sted å publisere og debattere funn. I dag validerer tidsskrifter også kvaliteten på denne forskningen gjennom en grundig evaluering kalt peer review. Vanligvis vurderer minst to forskere, valgt av journalens redaktører, kvaliteten og originaliteten til hvert papir, og anbefaler om det skal publiseres eller ikke.

Science publishing var et annet spill da Watson og Crick sendte dette oppgaven til Natur. Uten noen formell gjennomgangsprosess i de fleste tidsskrifter, tok redaktører vanligvis sine egne beslutninger om innsendinger, og søkte råd uformelt bare når de ikke var kjent med et emne.

(4) Arbeidet med å oppdage strukturen til DNA var et løp blant flere spillere. De var den verdenskjente kjemikeren Linus Pauling ved California Institute of Technology, og røntgenkrystallografer Maurice Wilkins og Rosalind Franklin ved King ’s College London, i tillegg til Watson og Crick ved Cavendish Laboratory, Cambridge University.

Konkurransedyktige juicer rant godt før DNA -sprinten var i full gir. I 1951 slo Pauling smalt forskere ved Cavendish Lab, et topp senter for sondering av proteinstruktur, til oppdagelsen at visse proteiner er spiralformede. Nederlaget stakk. Da Pauling sendte et papir som skulle publiseres tidlig i 1953 som foreslo en trestrenget DNA-struktur, ga lederen for Cavendish Watson og Crick tillatelse til å jobbe heltid med DNA ’s struktur. Cavendish var ikke i ferd med å tape to ganger for Pauling.

Paulings foreslåtte struktur av DNA var en trestrenget helix med basene vendt ut. Mens modellen tok feil, var Watson og Crick sikre på at Pauling snart ville lære feilen hans, og de anslår at han var seks uker unna det riktige svaret. Elektrifisert av det presserende og#151 og av utsiktene til å slå en vitenskapssuperstjerne —Watson og Crick oppdaget dobbeltspiralen etter en fire ukers vanvidd av modellbygging.

Pauling ble forpurret i sine forsøk på å se røntgenbilder av DNA fra King's College og viktige bevis som inspirerte Watsons visjon om dobbelheliksen og måtte nøye seg med dårligere eldre fotografier. I 1952 hadde Wilkins og sjefen for kongens laboratorium nektet Paulings forespørsel om å se bildene deres. Pauling planla å delta på et vitenskapsmøte i London, hvor han mest sannsynlig ville ha fornyet forespørselen personlig, men United States House Un-American Activities Committee stoppet Paulings tur, med henvisning til hans antikrigsaktivisme. Det var derfor passende at Pauling, som vant Nobelprisen i kjemi i 1954, også vant Nobels fredspris i 1962, samme år som Watson og Crick vant sin nobelpris for å ha oppdaget dobbeltspiralen.

(5) Here, the young scientists Watson and Crick call their model “radically different” to strongly set it apart from the model proposed by science powerhouse Linus Pauling. This claim was justified. While Pauling’s model was a triple helix with the bases sticking out, the Watson-Crick model was a double helix with the bases pointing in and forming pairs of adenine (A) with thymine (T), and cytosine (C) with guanine (G).

(6) This central description of the double helix model still stands today—a monumental feat considering that the vast majority of research findings are either rejected or changed over time.

According to science historian Victor McElheny of the Massachusetts Institute of Technology, the staying power of the double helix theory puts it in a class with Newton’s laws of motion. Just as Newtonian physics has survived centuries of scientific scrutiny to become the foundation for today’s space programs, the double helix model has provided the bedrock for several research fields since 1953, including the biochemistry of DNA replication, the cracking of the genetic code, genetic engineering, and the sequencing of the human genome.

(7) Norwegian scientist Sven Furberg’s DNA model—which correctly put the bases on the inside of a helix—was one of many ideas about DNA that helped Watson and Crick to infer the molecule’s structure. To some extent, they were synthesizers of these ideas. Doing little laboratory work, they gathered clues and advice from other experts to find the answer. Watson and Crick’s extraordinary scientific preparation, passion, and collaboration made them uniquely capable of this synthesis.

(8) A visual representation of Watson and Crick’s model was crucial to show how the components of DNA fit together in a double helix. In 1953, Crick’s wife, Odile, drew the diagram used to represent DNA in this paper. Scientists use many different kinds of visual representations of DNA.

(9) The last hurdle for Watson and Crick was to figure out how DNA’s four bases paired without distorting the helix. To visualize the answer, Watson built cardboard cutouts of the bases. Early one morning, as Watson moved the cutouts around on a tabletop, he found that only one combination of base molecules made a DNA structure without bulges or strains. As Crick put it in his book What Mad Pursuit, Watson solved the puzzle “not by logic but serendipity.” Watson and Crick picked up this model-building approach from eminent chemist Linus Pauling, who had successfully used it to discover that some proteins have a helical structure.

(10) Alongside the Watson-Crick paper in the April 25, 1953, issue of Natur were separately published papers by scientists Maurice Wilkins and Rosalind Franklin of King’s College, who worked independently of each other. The Wilkins and Franklin papers described the X-ray crystallography evidence that helped Watson and Crick devise their structure. The authors of the three papers, their lab chiefs, and the editors of Natur agreed that all three would be published in the same issue.

The “following communications” that our authors are referring to are the papers by Franklin and Wilkins, published on the journal pages immediately after Watson and Crick’s paper. They (and other papers) can be downloaded as PDF files (Adobe Acrobat required) from Nature’s 50 Years of DNA website (http://www.nature.com/nature/dna50/archive.html).

Here are the direct links:

Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate
Franklin, R., and Gosling, R. G.
Natur 171, 740-741 (1953)
URL: http://www.nature.com/nature/dna50/franklingosling.pdf

Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids
Wilkins, M. H. F., Stokes, A. R., & Wilson, H. R.
Natur 171, 738-740 (1953)
URL: http://www.nature.com/nature/dna50/wilkins.pdf

(11) This sentence marks what many consider to be an inexcusable failure to give proper credit to Rosalind Franklin, a King’s College scientist. Watson and Crick are saying here that they “were not aware of” Franklin’s unpublished data, yet Watson later admits in his book The Double Helix that these data were critical in solving the problem. Watson and Crick knew these data would be published in the same April 25 issue of Natur, but they did not formally acknowledge her in their paper.

What exactly were these data, and how did Watson and Crick gain access to them? While they were busy building their models, Franklin was at work on the DNA puzzle using X-ray crystallography, which involved taking X-ray photographs of DNA samples to infer their structure. By late February 1953, her analysis of these photos brought her close to the correct DNA model.

But Franklin was frustrated with an inhospitable environment at King’s, one that pitted her against her colleagues. And in an institution that barred women from the dining room and other social venues, she was denied access to the informal discourse that is essential to any scientist’s work. Seeing no chance for a tolerable professional life at King’s, Franklin decided to take another job. As she was preparing to leave, she turned her X-ray photographs over to her colleague Maurice Wilkins (a longtime friend of Crick).

Then, in perhaps the most pivotal moment in the search for DNA’s structure, Wilkins showed Watson one of Franklin’s photographs without Franklin’s permission. As Watson recalled, “The instant I saw the picture my mouth fell open and my pulse began to race.” To Watson, the cross-shaped pattern of spots in the photo meant that DNA had to be a double helix.

Was it unethical for Wilkins to reveal the photographs? Should Watson and Crick have recognized Franklin for her contribution to this paper? Why didn’t they? Would Watson and Crick have been able to make their discovery without Franklin’s data? For decades, scientists and historians have wrestled over these issues.

To read more about Rosalind Franklin and her history with Wilkins, Watson, and Crick, see the following:

“Light on a Dark Lady” by Anne Piper, a lifelong friend of Franklin’s
URL: http://www.physics.ucla.edu/

A review of Brenda Maddox’s recent book, Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA i Vergen (UK)
URL: http://books.guardian.co.uk/whitbread2002/story/0,12605,842764,00.html

(12) This phrase and the sentence it begins may be one of the biggest understatements in biology. Watson and Crick realized at the time that their work had important scientific implications beyond a “pretty structure.” In this statement, the authors are saying that the base pairing in DNA (adenine links to thymine and guanine to cytosine) provides the mechanism by which genetic information carried in the double helix can be precisely copied. Knowledge of this copying mechanism started a scientific revolution that would lead to, among other advances in molecular biology, the ability to manipulate DNA for genetic engineering and medical research, and to decode the human genome, along with those of the mouse, yeast, fruit fly, and other research organisms.

(13) This paper is short because it was intended only to announce Watson and Crick’s discovery, and because they were in a competitive situation. In January 1954, they published the “full details” of their work in a longer paper (in Proceedings of the Royal Society). This “expound later” approach was usual in science in the 1950s as it continues to be. In fact, Rosalind Franklin did the same thing, supplementing her short April 25 paper with two longer articles.

Today, scientists publish their results in a variety of formats. They also present their work at conferences. Watson reported his and Crick’s results at the prestigious annual symposium at Cold Spring Harbor Laboratory in June 1953. As part of our recognition of the fiftieth anniversary of the double helix discovery, we will join scientists at Cold Spring Harbor as they present their papers at the “Biology of DNA” conference.


Watson and crick were wrong. dna is wrong. biology is wrong. we’re all wrong!

Even if they discount all in vitro work, there is plenty of in vivo data that only supports Watson/Crick pairing. For example, literally any paired-end deep sequencing experiment using cellular DNA shows us that each sequenced strand is paired with a reverse complement, so the pairing rules must be the same in vivo. Furthermore, high-resolution immunoprecipitation experiments that look at proteins bound to chromatin show the expected

10 bp twist of Watson/Crick paired B-DNA.

Not to mention the energetics: typical Watson/Crick base pairing is the most stable form under physiological conditions. They are basically asserting that some mystery force is preventing normal base pairing inside cells.

i keep laughing at the way they described artificially synthesized oligos as “certainly having utility.” i would hope so, they’re one of the greatest molecular biology innovations of our time

They must not have heard of FISH, siRNA, CRISPR Cas9 or dozens of tech that would not work if base pairing was different in vivo. And he “concedes” that Watson-Crick may only work in vitro method like PCR but not in vivo. If this were the case, almost none of the in vivo genetic manipulation we do would work because almost all of them contains a PCR step along the way.

R1: non watson and crick (aka non-canonical) base pairs do exist. wobble base pairs and hoogsteen base pairs are the first that come to mind. these have a biological role. this person is saying that when we observe DNA through high resolution structural biology methods, the base pairing is not true to what is occurring inside cells because we are synthesizing DNA to watson and crick’s “blueprint.” thus, watson and crick base pairing isn’t happening in vivo. this is false on many levels:

watson and crick did not invent the double helix, they discovered it

oligonucleotides that are synthesized by a machine are the same as oligonucleotides that are inside your cells, which is why we can use them for biology

watson and crick base pairing is observed during protein binding to dna, regardless of whether or not the oligonucleotide is from a cell or a machine. it’s also crucial to the function of many dna binding enzymes, such as the proofreading role of some dna polymerases, which “read” the hydrogen bonding between bases and remove incorrect pairs

this person’s theory goes against decades of knowledge and thousands of experiments, and they’ve been posting it in science related subreddits for the last year. it’s like a more intellectual version of flat earth lol

I also saw this spammed to several subreddits and considered posting this here. There's a mountain of badscience in some of the papers they've linked, much of it already debunked on biology and chemistry subreddits.

Men. the tertiary structure of DNA was resolved way before PCR was invented.

cries in Rosalind Franklin

Watson is wrong about a lot of things though.

Kary Mullis could barely tie his own shoes without hanging himself but I'm not gonna boycott PCR because of it.

watson and crick were wrong. dna is. - archive.org, archive.today

My understanding is that this individual believes that the 4 nucleotide bases were formed in the process of dissecting/examining DNA.

If that were true, there would be many steps within DNA synthesis that would have these "missing" nucleotides.

There are certain experiments that involved identifying sections of DNA with large amount of the same nucleotide natively, which was then centrifuged from the rest of the cell.

Essentially, there is a lot of documented research in which scientists systematically identified DNA's structure as it occurs within the cell.

Someone seems to have got the wrong end of the stick. and seems a bit triggered that I might dare consider a differing view and present work that poses difficult questions. It certainly matters whether Crick and Watson’s reading of Photo 51 is correct.

C/W rushed to publish, having settled on an arbitrary set of base-pairings - when there were many other theoretical contenders - and that these just so happened to turn out correct and canonical. Hmm…

By the way I am not disputing "Chargaff's second parity rule".

Jerry Donohue picked up on Hoogsteen in his 1960 paper Base Pairing in DNA.

He also takes issue with the “indirect evidence” supporting Watson and Crick's base pairing - which include:

“observations on rates of enzymatic synthesis of DNA in vitro with different deoxynucleoside triphosphates”

“The experiments on rates of synthesis, originally available only in abstract form have now been described more fully (Bessman et al. 1958), and it is clear that the rates observed reflect a great many different factors. In the words of the authors "it is not feasible at this time to attribute different rates of incorporation of (the different) deoxynucleoside triphosphates to conditions controlled simply by the hydrogen-bonding characteristics of the base pairs" and "the specificity of the enzyme toward a given substrate must be considered, as well as the unexplored influence of the DNA primer. "”

Plenty more below to chew on. The science is far from settled.

Hoogsteen DNA base pairs (bps) are an alternative base pairing to canonical Watson–Crick bps and are thought to play important biochemical roles. Hoogsteen bps have been reported in a handful of X‐ray structures of protein–DNA complexes. However, there are several examples of Hoogsteen bps in crystal structures that form Watson–Crick bps when examined under solution conditions. Furthermore, Hoogsteen bps can sometimes be difficult to resolve in DNA:protein complexes by X‐ray crystallography due to ambiguous electron density and by solution‐state NMR spectroscopy due to size limitations. Here, using infrared spectroscopy, we report the first direct solution‐state observation of a Hoogsteen (G–C+) bp in a DNA:protein complex under solution conditions with specific application to DNA‐bound TATA‐box binding protein. These results support a previous assignment of a G–C+ Hoogsteen bp in the complex, and indicate that Hoogsteen bps do indeed exist under solution conditions in DNA:protein complexes.

The detection and characterization of Hoogsteen bps can pose unique challenges to existing structural characterization techniques. There are now several studies documenting difficulties in distinguishing Hoogsteen from Watson–Crick bps by X-ray crystallography particularly for low-to-medium resolution maps. For example, a crystal structure of the Y-family DNA polymerase iota revealing Hoogsteen pairing during replication [25,26] was challenged [27] on the grounds that the weak electron density for the active site A-T bp makes it difficult to resolve a Watson–Crick from a Hoogsteen geometry. There have been other studies documenting difficulties in resolving Hoogsteen versus Watson–Crick bps in X-ray structures of DNA homeodomain [17] and DNA p73 [20] complexes. Because of these ambiguities [17], it is conceivable that Hoogsteen bps may have been mismodeled as Watson–Crick in existing X-ray structures of DNA complexes. The characterization of Hoogsteen bps by X-ray crystallography can also be complicated by potential effects arising due to crystal packing forces. For example, several AT-rich sequences form DNA duplexes composed of Hoogsteen bps by X-ray crystallography [28–32] but predominantly form canonical duplexes composed of Watson–Crick bps when examined using solution NMR. While solution NMR can be used to unambiguously characterize Hoogsteen bps, size limitations hinder application to large protein:DNA complexes. There have also been documented difficulties [4,6,33] in detecting Hoogsteen bps by NMR due to severe line broadening of resonances arising either because a fractional population of Hoogsteen (> 20%) exchanges with the Watson–Crick form on the microsecond-to-millisecond timescale or due to enhanced solvent exchange. Such broadening contributions can lead to a blind spot for NMR-based detection, even in small systems. Both NMR and X-ray also require significant amounts of nucleic acid material, and data collection and analysis can be significantly time-consuming.

At present, we have a few oligonucleotide crystal structures where Hoogsteen base pairs have been unambiguously established in the presence of quinoxaline antibiotics, but no clear probe is available to test its existence in solution. In the other case, the H-form, we have a model that fits nicely with most but not all of the experimental data, and so the H-form DNA, and the presence of Hoogsteen base pairs, remains as a hypothetical conformation.

A novel technique 2s for studying changes in DNA structure of the cell has recently become available in brief,the use of chemical probes (OsO4) in studies in vivo. However, proper controls are essential in order to determine whether or not the presence of this chemical reagent dramatically changes the structure and functions of the living cell. This technique could be of interest for analysing whether the H-form DNA could exist in the cell nucleus, and its biological role. Moreover, it could be also used to study DNA-antibiotic interactions 'in situ'.

The realization that HG base pairing may provide an energetically viable route for key biological processes has fueled great interest in understanding the relative abundance of HG base pairs in diverse sequence and positional contexts, 38 as well as the molecular mechanism underlying the WC to HG switch. 39–42 A systematic survey of the DNA crystal structures deposited in the PDB database reveals that the repertoire of HG bonds is more extensive than previously thought, and the formation of HG base pairs can induce significant DNA bending.24

The possibility of different H-bond patterns for the A‚T pair (see Figure 1) has been known since the 1960s.22Accurate theoretical calculations23 showed that in fact the Watson-Crick pairing is not the best recognition mode for the A‚T pair and that all of the four recognition patterns shown in Figure 1 are accessible, at least in the gas phase. Molecular dynamics simulations have also shown that stable helices can be built for both duplexes10a and triplexes24 using Hoogsteen A‚T pairings. Experimentally, the Hoogsteen recognition mode is found in different structures of DNA and RNA,25 including the parallel triplexes,7,26 where it stabilizes both d(A-T‚T) and d(G-C‚C) triads. Very interestingly, Hoogsteen pairs are common in complexes between duplex DNA and drugs or proteins.18,27-29

In conjunction with the biological role of d(AT)n regions,27,30 these findings strongly suggest an important role for Hoogsteen pairings in the modulation of gene expression.18,27 In summary, recent theoretical and experimental information points out that the apparently exotic Hoogsteen interaction might be common and have a large biological significance.


TRNA: the assembly point of translation

The transfer RNA or tRNA is also single-stranded, but is folded, unlike the straight mRNA. It serves as a physical link between the mRNA and the amino acids by interpreting the mRNA and overføring the right amino acids to their place while making the protein. If the translation machinery was a factory, the tRNA would be the factory workers who interpret the instruction manual (the mRNA) to carefully put products in the specified order.

The tRNA are like factory workers that assemble the amino acids to form a polypeptide chain (Photo Credit : Lenam14/Wikimedia Commons)

The tRNA is structured in such a way that it has an anticodon loop on one end and an acceptor arm/stem on the opposite end.

The primary, secondary and tertiary structure of tRNA (Photo Credit : CNX OpenStax/Wikimedia Commons)

As the name suggests, the anticodon loop is complementary and antiparallel (3&rsquo to 5&rsquo) to the mRNA codons. That is, the tRNA consists of the 3 nucleotides that bind to the ones present on the mRNA. Thus, guanine (G) and cytosine (C) bind to each other and adenine (A) and uridine (U) bind to one another.

So, considering the codon for methionine, AUG, it would have a methionine tRNA with an anti-codon UAG.

This type of pairing is known as Watson-Crick base pairing. The pairing is like the attraction between highly specific magnets. Anti-codons on the tRNA ensure that it lines up against the correct codon on the mRNA. Furthermore, as codons are read in the 5&rsquo to 3&rsquo direction, anticodons present on the tRNA are positioned in the 3&rsquo to 5&rsquo direction.

The codon, anticodon and tRNA for the amino acid Alanine (Photo Credit : Yikrazuul/Wikimedia Commons)

This means that the 1st codon base binds to the 3rd anticodon base and so on. Note that each amino acid has its very own tRNA, which correctly positions it in the polypeptide chain due to the base-pairing between the codon and anticodon.

The codon for glutamic acid bound to the anticodon of the tRNA, which has glutamic acid on the acceptor arm. (Photo Credit : M. PATTHAWEE/Shutterstock)

However, like many things in biology, this is also a little more complicated. Each amino acid can be specified by more than one codon. Additionally, the base-pairing rules between the codon and anticodon are not equally binding for all bases. We will learn more about this peculiar phenomenon next!


Figur 3

Figure 3. (A) Effect of 10 μM metal ions (Ca 2+ , Sn 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Ba 2+ , Ag + , Cd 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , Hg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ , Zn 2+ , and Mg 2+ ) on the HPIN fluorescence (1 μM) at pH 6.5 and 2 μM ps-DNA1. Inset: photographs of these solutions under UV illumination. (B) Ag + concentration-dependent fluorescence response of HPIN (1 μM) at pH 6.5 and 2 μM ps-DNA1 or aps-DNA1.

It is well-known that in G-quadruplex, the Hoogsteen hydrogen bonding between guanines is the driving force to form the quartet ingredients.(6) We found that the DNA and RNA G-quadruplexes with variant topologies including hybrid, chair, and parallel conformations (Table S1) are inefficient to turn on the HPIN fluorescence (Figure S9), suggesting the high selectivity of HPIN in fluorescently recognizing the ps-DNA duplex.

In conclusion, the strand polarity analysis in DNA duplex with an ideal selectivity is achieved using our synthesized HPIN as the fluorescent probe. The ps-DNA duplex held together by the Hoogsteen hydrogen bonding can efficiently turn on the HPIN fluorescence, as opposed to the nonfluorescent behavior when binding to the aps-DNA duplex. This hydrogen bonding pattern-specific discrimination using HPIN suggests the role of structurally adaptive recognition in the polarity analysis. This is the first report on the highly selective recognization of the duplex strand polarity. Our work will inspire more interest in developing the ps-DNA duplex-based sensors. The detailed binding mode is underway in this laboratory using theoretical computation.


Se videoen: Double helix model of DNA (August 2022).