Microbiologie (Română)

Figura 2. Bazele azotate din ADN sunt clasificate în purinele cu două inele adenină și guanină și pirimidinele cu un singur inel citozină și timină. Timina este unică pentru ADN.

Figura 3. Phosphodiester obligațiuni între forma de fosfat de grup atașat la 5ʹ de carbon de un singur nucleotid și grupare hidroxil de 3ʹ de carbon în următoarele nucleotide, aducând despre polimerizarea nucleotidelor în acidul nucleic fire. Observați capetele 5ʹ și 3ʹ ale acestui fir de acid nucleic.,

Cred că despre Asta

• ceea Ce se înțelege prin 5ʹ și 3ʹ capetele de un acid nucleic strand?până la începutul anilor 1950, s-au acumulat dovezi considerabile care indică faptul că ADN-ul era materialul genetic al celulelor, iar acum rasa urma să-și descopere structura tridimensională., În acest timp, Austriac biochimist Erwin Chargaff (1905-2002) a examinat conținutul de ADN de la specii diferite și a descoperit că adenină, timină, guanină și citozină nu a fost găsit în cantități egale, și că este variată de la specie la specie, dar nu între indivizi din aceeași specie. El a descoperit că cantitatea de adenină era foarte aproape de a egala cantitatea de timină, iar cantitatea de citozină era foarte aproape de a egala cantitatea de guanină sau A = T și G = C. aceste relații sunt cunoscute și sub numele de regulile lui Chargaff.,
  

  Figura 4. Modelul de difracție cu raze X a ADN-ului arată natura sa elicoidală. (credit: National Institutes of Health)

  alți oameni de știință au fost, de asemenea, explorarea în mod activ acest domeniu în timpul mijlocul secolului 20. În 1952, omul de știință american Linus Pauling (1901-1994) a fost cel mai important chimist structural din lume și favorit pentru a rezolva structura ADN-ului., Pauling a descoperit mai devreme structura helicelor proteice α, folosind difracția de raze X și, pe baza imaginilor de difracție de raze X ale ADN-ului făcute în laboratorul său, a propus un model triplu-catenar de ADN. În același timp, cercetatorii Britanici Rosalind Franklin (1920-1958) și ei de student R. G. Gosling au fost, de asemenea, folosind difracția de raze X pentru a înțelege structura ADN-ului (Figura 4). Expertiza științifică a lui Franklin a dus la producerea de imagini de difracție cu raze X mai bine definite ale ADN-ului, care ar arăta clar structura generală a ADN-ului dublu-helix.,James Watson (1928–), un om de știință American, și Francis Crick (1916-2004), un om de știință britanic, au lucrat împreună în anii 1950 pentru a descoperi structura ADN-ului. Ei au folosit regulile lui Chargaff și imaginile de difracție cu raze X ale lui Franklin și Wilkins ale fibrelor ADN pentru a pune împreună asocierea purină-pirimidină a moleculei de ADN dublu elicoidal (Figura 5). În aprilie 1953, Watson și Crick și-au publicat modelul de dublu helix ADN în Nature. Aceeași problemă a inclus și lucrări ale lui Wilkins și ale colegilor, fiecare descriind diferite aspecte ale structurii moleculare a ADN-ului., În 1962, James Watson, Francis Crick și Maurice Wilkins au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină. Din păcate, până atunci Franklin a murit, iar premiile Nobel la acea vreme nu au fost acordate postum. Lucrările au continuat, totuși, să învețe despre structura ADN-ului. În 1973, Alexander Rich (1924-2015) și colegii au reușit să analizeze cristalele ADN pentru a confirma și elucida în continuare structura ADN-ului.

  

  Figura 5., În 1953, James Watson și Francis Crick au construit acest model al structurii ADN-ului, prezentat aici la Muzeul de știință din Londra.

  gândiți-vă la asta

  • care oameni de știință primesc cea mai mare parte a creditului pentru descrierea structurii moleculare a ADN-ului?Watson și Crick au propus ca ADN-ul să fie alcătuit din două fire care sunt răsucite unul în jurul celuilalt pentru a forma o helix dreptaci. Cele două catene de ADN sunt antiparalel, astfel că 3ʹ end de un singur fir se confruntă cu 5ʹ capătul celălalt (Figura 6)., Capătul 3ʹ al fiecărui fir are o grupare hidroxil liberă, în timp ce capătul 5ʹ al fiecărui fir are o grupare fosfat liberă. Zahărul și fosfatul nucleotidelor polimerizate formează coloana vertebrală a structurii, în timp ce bazele azotate sunt stivuite în interior. Aceste baze azotate din interiorul moleculei interacționează între ele, împerecherea bazei.analiza modelelor de difracție ale ADN-ului a determinat că există aproximativ 10 Baze pe rând în ADN., Spațierea asimetrică a coloanei vertebrale zahăr-fosfat generează caneluri majore (unde coloana vertebrală este departe una de alta) și caneluri minore (unde coloana vertebrală este aproape una de alta) (figura 6). Aceste caneluri sunt locații în care proteinele se pot lega de ADN. Legarea acestor proteine poate modifica structura ADN-ului, poate regla replicarea sau poate regla transcripția ADN-ului în ARN.
    

    Figura 6. Watson și Crick au propus modelul dublu helix pentru ADN., (a) coloana vertebrală a fosfatului de zahăr se află în exteriorul helixului dublu, iar purinele și pirimidinele formează „treptele” scării helixului ADN. (b) cele două componente ADN sunt antiparalelice între ele. (c) direcția fiecărui fir este identificată prin numerotarea carbonilor (de la 1 la 5) din fiecare moleculă de zahăr. La 5ʹ final este cel în care de carbon #5 nu este legat de o altă nucleotide; în 3ʹ final este cel în care de carbon #3 nu este legat de o altă nucleotide.

    asocierea de bază are loc între o purină și pirimidină., În ADN, adenina (A) și timina (T) sunt perechi de baze complementare, iar citozina (C) și guanina (G) sunt, de asemenea, perechi de baze complementare, explicând regulile lui Chargaff (Figura 7). Perechile de baze sunt stabilizate prin legături de hidrogen; adenina și timina formează două legături de hidrogen între ele, în timp ce citozina și guanina formează trei legături de hidrogen între ele.

    

    Figura 7. Legăturile de hidrogen se formează între bazele azotate complementare din interiorul ADN-ului.,în laborator, expunerea celor două fire de ADN ale dublei helixuri la temperaturi ridicate sau la anumite substanțe chimice poate rupe legăturile de hidrogen dintre bazele complementare, separând astfel firele în două fire separate de ADN (ADN monocatenar ). Acest proces se numește denaturarea ADN – ului și este analog cu denaturarea proteinelor, așa cum este descris în proteine. La ssDNA componente pot fi, de asemenea, pus din nou împreună ca ADN dublu catenar (dsDNA), prin reannealing sau renaturing de răcire sau eliminarea chimice denaturanți, permițând aceste legături de hidrogen pentru a se reforma., Capacitatea de a manipula artificial ADN-ul în acest mod este baza mai multor tehnici importante în biotehnologie (figura 8). Datorită legăturii suplimentare de hidrogen dintre perechea de baze C = G, ADN-ul cu un conținut ridicat de GC este mai dificil de denaturat decât ADN-ul cu un conținut mai mic de GC.

    

    Figura 8. În laborator, dublu helix poate fi denaturat de singur-stranded ADN-ul prin expunerea la căldură sau substanțe chimice, și apoi renatured prin răcire sau îndepărtarea chimică denaturanți pentru a permite ADN-ului pentru a reanneal., (credit: modificarea lucrării lui Hernández-Lemus e, Nicasio-Collazo la, Castañeda-Priego R)

    vizualizați o animație despre structura ADN din Centrul de învățare ADN pentru a afla mai multe.

    gândiți-vă

    • care sunt cele două perechi de baze complementare ale ADN-ului și cum sunt legate între ele?

    funcția ADN

    ADN-ul stochează informațiile necesare pentru a construi și controla celula. Transmiterea acestor informații de la mamă la celulele fiice se numește transfer de gene vertical și are loc prin procesul de replicare a ADN-ului., ADN-ul este replicat atunci când o celulă face o copie duplicată a ADN-ului său, apoi celula se împarte, rezultând distribuția corectă a unei copii ADN la fiecare celulă rezultată. ADN – ul poate fi, de asemenea, degradat enzimatic și utilizat ca sursă de nucleozide și nucleotide pentru celulă. Spre deosebire de alte macromolecule, ADN-ul nu are un rol structural în celule.

    gândiți-vă

    • cum transmite ADN-ul informații genetice descendenților?,

    deschizând calea femeilor în profesiile științifice și de sănătate

    istoric, femeile au fost subreprezentate în științe și în medicină și, adesea, contribuțiile lor de pionierat au trecut relativ neobservate. De exemplu, deși Rosalind Franklin a efectuat studiile de difracție cu raze X care demonstrează structura dublă elicoidală a ADN-ului, Watson și Crick au devenit faimoși pentru această descoperire, bazându-se pe datele ei., Rămâne încă o mare controversa dacă achiziționarea lor de date a fost adecvat și dacă conflicte de personalitate și a prejudecăților de gen a contribuit la recunoașterea întârziată a ei contribuții semnificative. În mod similar, Barbara McClintock a făcut o lucrare de pionierat în genetica porumbului (porumb) din anii 1930 până în anii 1950, descoperind transpozonii (genele săritoare), dar nu a fost recunoscută decât mult mai târziu, primind Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1983 (Figura 9).astăzi, femeile rămân încă subreprezentate în multe domenii ale științei și medicinei., În timp ce mai mult de jumătate din diplomele de licență în știință sunt acordate femeilor, doar 46% Din diplomele de doctorat în știință sunt acordate femeilor. În mediul academic, numărul de femei la fiecare nivel de avansare în carieră continuă să scadă, cu femei care dețin mai puțin de o treime din poziții de Doctorat la nivel de oamenii de știință în posesiune-track poziții, și mai puțin de un sfert din plin de profesor universitar la 4 ani, colegii și universități., Chiar și în profesiile de sănătate, ca aproape toate celelalte domenii, femeile sunt adesea subreprezentate în multe cariere medicale și câștigă semnificativ mai puțin decât omologii lor de sex masculin, după cum se arată într-un studiu din 2013 publicat de Journal of the American Medical Association.de ce continuă să existe astfel de disparități și cum rupem aceste cicluri? Situația este complexă și probabil rezultă din combinarea diverșilor factori, inclusiv modul în care societatea condiționează comportamentele fetelor de la o vârstă fragedă și susține interesele lor, atât profesional, cât și personal., Unii au sugerat că femeile nu aparțin laboratorului, inclusiv câștigătorul Premiului Nobel Tim Hunt, ale cărui comentarii publice din 2015 care sugerează că femeile sunt prea emoționale pentru știință au fost întâmpinate cu o condamnare pe scară largă.poate că fetele ar trebui să fie sprijinite mai mult de la o vârstă fragedă în domeniile științei și matematicii (Figura 9). Programele de știință, Tehnologie, Inginerie și matematică (STEM) sponsorizate de Asociația Americană a Femeilor Universitare (AAUW) și Administrația Națională de Aeronautică și spațiu (NASA) sunt exemple excelente de programe care oferă un astfel de sprijin., Contribuțiile femeilor în domeniul științei ar trebui să fie făcute cunoscute publicului larg, iar marketingul destinat tinerelor fete ar trebui să includă mai multe imagini cu femei de știință și cadre medicale de succes din punct de vedere istoric și profesional, încurajând Toate mințile tinere strălucitoare, inclusiv fetele și femeile, să urmeze o carieră în domeniul științei și medicinei.

    

    Figura 9. (a) lucrarea lui Barbara McClintock asupra geneticii porumbului în anii 1930 până în anii 1950 a dus la descoperirea transpozonilor, dar semnificația sa nu a fost recunoscută la acea vreme., (b) eforturile de a îndruma în mod corespunzător și de a oferi sprijin societal continuu femeilor din domeniul științei și medicinei pot contribui într-o zi la atenuarea unora dintre problemele care împiedică egalitatea de gen la toate nivelurile în domeniul științei și medicinei. (credit-o: modificarea de muncă de către Smithsonian; credit b: modificarea de muncă de către Haynie SL, Hinkle CA, Jones NL, Martin CA, Olsiewski PJ, Roberts MF)

    Accent Clinice: Aamir, Partea 2

    Acest exemplu, continuă Aamir poveste care a început în Utilizarea Microbiologie pentru a Descoperi Secretele de Viață.,pe baza simptomelor sale, medicul lui Aamir suspectează că suferă de o boală transmisă de alimente pe care a dobândit-o în timpul călătoriilor sale. Posibilitățile includ infecție bacteriană (de exemplu, enterotoxigenic E. coli, Vibrio cholerae, Campylobacter jejuni, Salmonella), infecție virală (rotavirus sau norovirus), sau infecție protozoar (Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum, sau Entamoeba histolytica).medicul său comandă o probă de scaun pentru a identifica posibili agenți cauzali (de exemplu, bacterii, chisturi) și pentru a căuta prezența sângelui, deoarece anumite tipuri de agenți infecțioși (cum ar fi C., jejuni, Salmonella și E. histolytica) sunt asociate cu producerea de scaune sângeroase.proba de scaun Aamir nu a arătat nici sânge, nici chisturi. În urma analizei probei sale de scaun și pe baza istoricului său recent de călătorie, medicul spitalului a suspectat că Aamir suferea de diareea călătorului cauzată de E. coli enterotoxigenic (ETEC), agentul cauzal al diareei majorității călătorului., Pentru a verifica diagnosticul și a exclude alte posibilități, medicul lui Aamir a ordonat un test de laborator de diagnostic al probei sale de scaun pentru a căuta secvențe ADN care codifică factorii de virulență specifici ai ETEC. Medicul ia instruit pe Aamir să bea multe lichide pentru a înlocui ceea ce pierdea și la eliberat din spital.ETEC produce mai mulți factori de virulență codificați de plasmidă care îl fac patogen în comparație cu E. coli tipic. Acestea includ toxinele secretate enterotoxina labilă la căldură (LT) și enterotoxina stabilă la căldură (ST), precum și factorul de colonizare (CF)., Atât LT, cât și ST determină excreția ionilor de clor din celulele intestinale în lumenul intestinal, provocând o pierdere consecutivă de apă din celulele intestinale, ducând la diaree. CF codifică o proteină bacteriană care ajută la permiterea bacteriei să adere la mucoasa intestinului subțire.

    • De ce medicul lui Aamir a folosit analiza genetică în loc de izolarea bacteriilor din proba de scaun sau de pata Gram directă a probei de scaun?

    vom reveni la exemplul lui Aamir în paginile ulterioare.,

    concepte cheie și rezumat

    • acizii nucleici sunt compuși din nucleotide, fiecare conținând un zahăr pentoză, o grupare fosfat și o bază azotată. Deoxiribonucleotidele din ADN conțin deoxiriboză ca zahăr pentoză.
    • ADN-ul conține pirimidinele citozină și timină, iar purinele adenină și guanină.
    • Nucleotidele sunt legate între ele prin phosphodiester legături între 5ʹ grup de fosfat de un singur nucleotid și 3ʹ hidroxil grup de altul., Un fir de acid nucleic are o grupare fosfatică liberă la capătul 5ʹ și o grupare hidroxil liberă la capătul 3ʹ.
    • Chargaff a descoperit că cantitatea de adenină este aproximativ egală cu cantitatea de timină din ADN și că cantitatea de guanină este aproximativ egală cu citozina. Aceste relații au fost ulterior determinate să se datoreze împerecherii de bază complementare.Watson și Crick, bazându-se pe lucrările lui Chargaff, Franklin și Gosling și Wilkins, au propus modelul dublu de helix și asocierea de bază pentru structura ADN-ului.,
    • ADN-ul este compus din două fire complementare orientate antiparalel între ele cu coloanele vertebrale fosfodiesterice de pe exteriorul moleculei. Bazele azotate ale fiecărui fir se confruntă reciproc și bazele complementare de legătură de hidrogen între ele, stabilizând dubla helix.
    • căldura sau substanțele chimice pot rupe legăturile de hidrogen dintre bazele complementare, denaturând ADN-ul. Răcirea sau îndepărtarea substanțelor chimice poate duce la renaturarea sau reanalizarea ADN-ului, permițând legăturilor de hidrogen să se reformeze între bazele complementare.,
    • ADN-ul stochează instrucțiunile necesare pentru a construi și controla celula. Aceste informații sunt transmise de la părinte la descendenți prin transfer de gene vertical.

    variante multiple

    care dintre următoarele nu se găsește în ADN?

    1. timină
    2. phosphodiester obligațiuni
    3. complementare asocierea de bază
    4. aminoacizi

    Arată Răspunsul

    Răspunsul d. Aminoacizii nu sunt găsite în ADN.,dacă 30% din bazele unei molecule de ADN sunt adenină, care este procentul de timină?

    1. 20%
    2. 25%
    3. 30%
    4. 35%

    Arată Răspunsul

    Răspunsul c. 30% din baze va fi timină.

    care dintre următoarele afirmații despre asocierea de bază în ADN este incorectă?

    1. purinele se bazează întotdeauna pe perechi cu pirimidine.
    2. adenina se leagă de guanină.
    3. perechile de baze sunt stabilizate prin legături de hidrogen.,
    4. împerecherea de bază are loc în interiorul helixului dublu.

    Arată Răspunsul

    Răspunsul b. Adenina se leagă de guanină.

    Dacă o catenă ADN-ul conține secvența 5ʹ-ATTCCGGATCGA-3ʹ, care dintre următoarele este secvența complementară catenei de ADN?

    1. 5ʹ-TAAGGCCTAGCT-3ʹ
    2. 5ʹ-ATTCCGGATCGA-3ʹ
    3. 3ʹ-TAACCGGTACGT-5ʹ
    4. 5ʹ-TCGATCCGGAAT-3ʹ

    Arată Răspunsul

    Răspunsul d., 5ʹ-TCGATCCGGAAT-3ʹ este componenta complementară a ADN-ului.

    în timpul denaturării ADN-ului, care dintre următoarele se întâmplă?

    1. legăturile de hidrogen dintre bazele complementare se rup.
    2. legăturile fosfodiester se rup în coloana vertebrală a fosfatului de zahăr.
    3. legături de hidrogen în cadrul ruperii coloanei vertebrale zahăr-fosfat.
    4. legăturile fosfodiesterice dintre bazele complementare se rup.

    Arată Răspunsul

    un Răspuns. Legăturile de hidrogen dintre baze complementare pauză.,

    completați semifabricatul

    capătul unui fir de acid nucleic cu o grupare fosfatică liberă se numește ________.

    Arată Răspunsul

    sfârșitul unui acid nucleic strand cu acces gratuit grup fosfat este numit 5ʹ end.

    True/False

    lucrarea de Rosalind Franklin și R. G. Gosling a fost important în demonstrarea elicoidale natura ADN-ului.,

    Arată Răspunsul

    True

    În pereche de bază are mai multe legături de hidrogen decât C-G pereche de bază.

    Arată Răspunsul

    False

    Cred că despre Asta

    1. care este rolul phosphodiester obligațiuni în cadrul zahar-fosfat vertebrală a ADN-ului?
    2. ce se înțelege prin termenul ” antiparalel?”
    3. De ce este ADN-ul cu un conținut ridicat de GC mai dificil de denaturat decât cel cu un conținut scăzut de GC?,
    4. având în vedere structura ADN-ului dublu helix, cum v-ați aștepta ca structura să difere dacă există o împerechere de bază între două purine? Între două pirimidine?
    5. se constată că o anumită probă de ADN are un machiaj format din 22% timină. Utilizați regulile lui Chargaff pentru a completa procentele pentru celelalte trei baze azotate.,

    base	adenine	guanine	thymine	cytosine
    %			22%