מֵידָע

האם קבוצה של כרומוזומים מורכבת מעותקים רבים של DNA, או שמא מחרוזת שלמה אחת של DNA מפורקת לקבוצה אחת של כרומוזומים?

האם קבוצה של כרומוזומים מורכבת מעותקים רבים של DNA, או שמא מחרוזת שלמה אחת של DNA מפורקת לקבוצה אחת של כרומוזומים?


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.

אני יודע שמבחינה טכנית השאלה לא ממש מדויקת אבל אני מקווה שהיא נותנת את המהות של מה שאני מנסה לשאול.

בדרך שלימדו אותי בבית הספר, התרשמתי שכרומוזום עשוי ממספר עותקים שלמים של DNA. אבל, מה שאני קורא באינטרנט גורם לזה להישמע כמו מחרוזת שלמה אחת של DNA מחולקת למקטעים והחלקים האלה מפותלים לכרומוזומים (כך שסט שלם אחד של כרומוזומים יהווה מחרוזת אחת שלמה של DNA).

אני מניח שאף אחד מהם לא נכון, אבל מישהו יכול להסביר את זה בצורה שאני יכול להבין?


כרומוזום הוא מולקולה אחת ארוכה של DNA דו-גדילי. כאורגניזם דיפלואידי, יש לך (כמעט בוודאות) שני עותקים של כל כרומוזום אוטוזומלי; אחד מאביך, אחד מאמך. ירשת (כמעט בוודאות) עותק אחד של כרומוזום X מאמך, או שיש לך שני מאביך, או שירשת כרומוזום Y קטן יותר במקום זאת.


האם קבוצת כרומוזומים מורכבת מהעתקים רבים של DNA?

כן, 23 כרומוזומים שונים (מולקולות דנ"א בדידות) יוצרים קבוצה של הצמד בבני אדם.

או שמא מחרוזת DNA שלמה אחת מחולקת לקבוצת כרומוזומים אחת?

לא. אין מחרוזת DNA כזו עם כל החומרים הכרומוזומליים המתמזגים יחד בשום שלב בחיי התא.

כאשר לתא אינו מתחלק יש לו 46 מולקולות DNA נפרדות.

להלן קריוטיפ של זכר אנושי:

מאת: wellcomeimages.org


ההנחה השנייה שלך נכונה. ה-Dna נשבר לחלקים שונים ואז מסודר לקבוצות של כרומוזומים


לתשובה זו עשוי להיות מועיל להבין את "השלבים" השונים של מידע גנטי.

שורש המידע הגנטי הוא DNA. קטע של ה- DNA מרכיב גן יחיד. גנים מיוצגים פיזית על ידי לוקוסים (נקודות) בכרומוזום. יתרה מכך, כרומוזומים יכולים להתחלק לשתי קטגוריות: allosomes ו אוטוזומים. הראשונים הם שקובעים את המגדר שלך, הם מכילים את כל הנתונים הגנטיים הנדרשים ליצירת החלבונים השונים לבנות בסופו של דבר את איברי הרבייה שלך. האחרון הוא כל השאר: צבע השיער שלך, צבע העיניים, אנזימים ספציפיים וכו 'מיוצרים כאן.

זה שימושי לשאלה זו מכיוון שזה אומר שכל אחד מהם כרומוזום מכיל גנים ספירטיים לשליטה בפונקציות מוגדרות. לפיכך, כל כרומוזום הוא חלק מאותה קבוצה של DNA - במובן של אותו הדבר גנום (הקוד הגנטי המלא באורגניזם נתון).

אם כך יהיה הגיוני להגיע לתוצאה שמבחינת שאלתך, הכרומוזומים הם חלק מאותה "שרשרת" של DNA. מבנה אחד חתוך לקוביות, אם תרצו.

מקווה שזה עוזר.

עריכה: ההתייחסות שלי היא: Genetics By, B. Guttman, A. Griffiths, D. Suzuki and T. Cullis.

עריכה: אנא זכור שכל כרומוזום הוא המודול שלו.


5.2: גישת הגנום I- גישת חפיפה-פריסה-קונצנזוס

  • תרומה של Manolis Kellis et al.
  • פרופסור (מדעי המחשב) במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס
  • מקורו ב- MIT OpenCourseWare

תחומי מחקר רבים בביולוגיה חישובית מסתמכים על זמינות נתוני רצף גנום שלם. אולם התהליך לרצף של גנום שלם הוא בעצמו לא טריוויאלי ותחום מחקר פעיל. הבעיה נעוצה בעובדה שטכנולוגיות רצף הגנום הנוכחיות אינן יכולות לקרוא ברציפות מקצה אחד של רצף גנום ארוך למשנהו הן יכולות רק לרצף במדויק קטעים קטנים של זוגות בסיס (הנעים בין 100 לכמה אלפים, בהתאם לשיטה) , נקרא קורא. לכן, על מנת לבנות רצף של מיליוני או מיליארדי זוגות בסיס (כגון הגנום האנושי), ביולוגים חישוביים חייבים למצוא דרכים לשלב קריאות קטנות יותר לרצפי DNA רציפים גדולים יותר. ראשית, נבחן היבטים של מערך הניסוי לגישה של חפיפה-פריסה-קונצנזוס, ולאחר מכן נתקדם ללמוד כיצד לשלב קריאות וללמוד מהם מידע.


תיעדנו את ההשפעות לכל החיים של הפרעות כרומוזומים נדירות והפרעות גנים בודדים אוטוזומליים דומיננטיים של 23,000+ חברים מושפעים במסד הנתונים החסוי של החברים הלא מקוונים שלנו. כדי להציג את מסד הנתונים שלנו של גנוטיפים בין החברים הרשומים שלנו, לחץ על חפש למטה. גלול עוד למטה בדף זה לקבלת מדריכי מידע על הפרעות.

תרומה לייחודי בעיתות אי ודאות אלו תעזור לנו להמשיך ולספק מידע ותמיכה למשפחות שנפגעו מהפרעות כרומוזומים וגנים נדירות. אנא עזרו לנו להיות שם עבור כל אלה שזקוקים לעזרתנו.


סקירת למידה & mdash

מושגים גדולים

שכפול נאמן של החומר הגנטי (DNA) הוא הבסיס לכל החיים על פני כדור הארץ. הניסוי של Meselson ו-Stahl קבע שה-DNA משתכפל באמצעות מנגנון חצי שמרני, כפי שנחזה על ידי ווטסון וקריק, שבו כל גדיל של הסליל הכפול משמש כתבנית לגדיל חדש איתו הוא נשאר קשור, עד לשכפול הבא. .

בשימוש במונחים של ביו-מילון

בקטריופאג' (פאג'), בסיס, זיווג בסיסים, כרומוזום, DNA, ניסוי הרשי-צ'ייס, איקריוט, מוטציה, נוקלאוטידים, פרוקריוט (חיידקים), רקומבינציה, RNA, אור אולטרה סגול

מונחים ומושגים מוסברים

צנטריפוגה של צפיפות שיווי משקל-שיפוע, שכפול DNA, איזוטופ, שכפול DNA חצי שמרני

מבוא

מתיו מסלסון ופרנקלין סטאל (שניהם בני 24) נפגשו במעבדה הביולוגית הימית בוודס הול שבמסצ'וסטס והחליטו לבדוק את מודל ווטסון-קריק לשכפול DNA, שלא הוכח באותה תקופה.

אילו אירועים קדמו לניסוי?

ווטסון וקריק הציעו מודל "שמרני למחצה" לשכפול DNA ב-1953, שנבע מהמודל שלהם של הסליל הכפול של DNA. בהצעה זו, הגדילים של הדופלקס נפרדים וכל גדיל משמש כתבנית לסינתזה של גדיל משלים חדש. הרעיון של ווטסון וקריק לשכפול DNA היה מודל, ולא היו להם נתונים שתומכים בו. לכמה מדענים בולטים היו ספקות.

הוצעו שני מודלים נוספים, "שמרני" ו"מפזר", לשכפול DNA.

הגדרת הניסוי

נדרשה שיטה כדי לזהות הבדל בין גדילי ה-DNA של ההורים והבת (שכפולים לאחרונה). לאחר מכן, ניתן לעקוב אחר מולקולת ה- DNA האב בצאצא. מסלסון חשב להבחין בין דנ"א הורי לסינתזה חדשה באמצעות הפרש צפיפות באבני הבניין (נוקלאוטידים) המשמשים לבניית הדנ"א. שלושת המודלים לשכפול DNA ינבאו תוצאות שונות עבור צפיפות ה-DNA המשוכפל בתאי הבת מהדור הראשון והשני.

הרעיון הניסיוני הכללי היה תחילה לגדל חיידקים במדיום כימי כדי ליצור DNA בצפיפות גבוהה ולאחר מכן להעביר את החיידקים בפתאומיות למדיום בצפיפות נמוכה, כך שהחיידקים יסנתזו כעת DNA בצפיפות נמוכה יותר במהלך סבבי שכפול הקרובים. הדנ"א הישן והמסונתז החדש היה מובחן בצפיפותם.

כדי למדוד את ההבדל בצפיפות ב- DNA, מסלסון וסטהל המציאו שיטה הנקראת צנטריפוגה שיפוע צפיפות שיווי משקל. בשיטה זו מתבצע צנטריפוגה של ה-DNA בצינור עם תמיסה של צסיום כלורי. כאשר הוא צנטריפוג, צזיום כלוריד, היותו צפוף יותר ממים, יוצר שיפוע צפיפות, המגיע לשיווי משקל יציב לאחר מספר שעות. ה- DNA נודד לנקודה במדרון שבו צפיפותו תואמת את צפיפות הפתרון CsCl. DNA כבד וקל יגיע לנקודות מנוחה שונות ובכך מופרד פיזית.

ביצוע ניסוי המפתח

מסלסון וסטהל החליטו תחילה ללמוד את שכפול ה- DNA מבקטריופאג, וירוס המשכפל את פני החיידקים, והשתמשו בהבדל צפיפות בין שתי צורות של התימין הנוקלאובאז (תימין רגיל ו -5-ברומורציל). ניסויים אלה לא הצליחו.

החוקרים שינו את תוכניותיהם. הם חקרו שכפול של הגנום החיידקי והשתמשו בשני איזוטופים של חנקן (15N (כבד) ו-14N (קל)) כדי לסמן את ה-DNA ההורי והסונתז החדש.

כאשר אוכלוסיית החיידקים הכפילה את עצמה, Meselson ו-Stahl ציינו כי ה-DNA היה בעל צפיפות בינונית, באמצע הדרך בין ה-DNA הצפוף והקל בשיפוע. לאחר שתי הכפלות, מחצית מה- DNA היה בהיר לחלוטין והחצי השני היה בצפיפות בינונית. תוצאות אלו ניבאו על ידי המודל החצי-שמרני ואינן תואמות את המודלים השמרניים והמפוזרים.

מסלסון וסטהל עשו ניסוי נוסף בו השתמשו בחום כדי להפריד בין שני גדילים של ה- DNA של הבת לאחר סיבוב שכפול אחד. הם גילו שגדיל אחד היה כולו DNA כבד והשני כולו קל. תוצאה זו עלתה בקנה אחד עם המודל השמרני למחצה וסיפקה ראיות נוספות נגד המודל הפיזור.

בסך הכל, התוצאות סיפקו הוכחה לשכפול חצי-שמרני, בהתאם למודל שהציעו ווטסון וקריק.

מה קרה אחר כך?

בתוך שבועיים לאחר ניסוי המפתח שלהם, מסלסון כתב מכתב לג'ים ווטסון כדי לחלוק חדשות על התוצאה שלהם (מכתב כלול).

מקס דלברוק, הפיזיקאי והביולוג של קלטק שהציע את המודל המפזר, התמוגג מהתוצאות, למרות שמסלסון וסטאל הפריכו את השערת השכפול שלו, ודחקו במדענים הצעירים לכתוב את תוצאותיהם לפרסום ולהכריז על התוצאה החשובה ל- עולם (1958).

מדענים יודעים כעת הרבה על מנגנון החלבון האחראי על שכפול ה-DNA.

סגירת מחשבות

לניסוי Meselson-Stahl הייתה השפעה פסיכולוגית חזקה על תחום הגנטיקה והביולוגיה המולקולרית. זו הייתה הבדיקה הניסיונית הראשונה של מודל ווטסון וקריק, והתוצאות הראו בבירור ש-DNA מתנהג בתאים בדיוק כפי שחזו ווטסון וקריק.

בנוסף לרעיון טוב, הסיור מאחורי הקלעים של ניסוי Meselson-Stahl מגלה כי ידידות והתמדה בהתגברות על כישלונות ראשוניים ממלאים תפקידים חשובים בתהליך הגילוי המדעי. חשובה הייתה גם אווירת חופש שאפשרה למסלסון וסטהל, אז צעירים מאוד, להמשיך את הרעיונות שלהם.

נייר מודרך

Meselson, M. and Stahl, F.W. (1958). שכפול ה- DNA ב- Escherichia coli. הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים ארה"ב, 44: 672–682.


ה

תא גזע למבוגרים ומדאשתא לא מובחן שנמצא ברקמה מובחנת באורגניזם בוגר שיכול לחדש את עצמו ויכול להתמיין להניב סוגי תאים מיוחדים של הרקמה שבה הוא נמצא (NRC, 2002, עמ '259).

אלל & mdashצורה שונה של גן במיקום מסוים בכרומוזום. אללים שונים מייצרים וריאציות במאפיינים תורשתיים (NASEM, 2016a, p. 180).

Aneuploidy & mdashנוכחות של מספר לא תקין של כרומוזומים בתא.

טכנולוגיית רבייה בסיוע (ART) & mdashטיפול פוריות או הליך הכולל טיפול מעבדתי בגמטות (ביצים וזרע) או עוברים. דוגמאות ל- ART כוללות הפריה חוץ גופית (IVF) והזרקת זרע תוך -ציטופלסמית (ICSI) (NRC, 2002, עמ '260).

השתלה עצמית&mdashרקמה מושתלת הנגזרת מהנמען המיועד של ההשתלה. השתלה כזו מסייעת למנוע סיבוכים של דחייה חיסונית (IOM, 2005, עמ' 115).

Blastocyst & mdashעובר טרום השרשה ביונקי שליה (כ-5 ימים לאחר ההפריה בבני אדם) של 50-150 תאים. הבלסטוציסט מורכב מכדור המורכב משכבה חיצונית של תאים (הטרופקטודרם), חלל מלא בנוזל (הבלסטוקואל או הבלסטוציסט), ומקבץ תאים בפנים.

terior (מסת התא הפנימית) (IOM, 2005, עמ' 115). תאים ממסת התא הפנימית, אם גדלים בתרבית, יכולים להוליד שורות תאי גזע עובריים.

Cas9 (C RISPR כחלבון חברתי 9) & mdashאנזים מיוחד המכונה נוקלאז בעל היכולת לחתוך רצפי DNA. Cas9 מהווה חלק מ-&ldquotoolkit&rdquo עבור שיטת CRISPR/Cas9 לעריכת גנום.

כימרה ומדשאורגניזם המורכב מתאים שמקורם לפחות בשני פרטים שונים מבחינה גנטית (NRC, 2002, עמ '261).

Choriocarcinoma&mdashסוג של גידול שמקורו בטרופובלסט, מבשר השליה, ופולש לדופן הרחם.

Chromatin&mdashמכלול ה- DNA והחלבונים היוצרים כרומוזומים. חלק מהחלבונים הם מבניים, מסייעים בארגון והגנה על ה- DNA, בעוד שאחרים הם רגולטוריים, הפועלים כדי לשלוט אם הגנים פעילים או לא, ולקידום שכפול או תיקון DNA.

כרומוזום ו- mdashמבנה דמוי חוט המכיל אורך יחיד של DNA, הנושא בדרך כלל מאות רבות של גנים. זה ארוז עם חלבונים ליצירת כרומטין. ה-DNA בתוך קבוצת הכרומוזומים התאית השלמה (23 זוגות בבני אדם) מורכבת משני עותקים של הגנום, אחד מכל הורה. הכרומוזומים בדרך כלל שוכנים בגרעין התא, למעט במהלך חלוקת התא כאשר הממברנה הגרעינית מתפרקת והכרומוזומים מתעבים וניתן לדמיין אותם כישויות נפרדות.

מחשוף ומדשתהליך חלוקת התאים בעובר מוקדם מאוד לפני שהוא הופך לבלסטוציסט (NRC, 2002, עמ '261). משמש גם לתיאור שבירת או חיתוך DNA.

יישום קליני & mdashשימוש בריאגנט, הליך או מכשיר ביו -רפואי לטיפול במצב קליני.

ניסוי קליני & mdashבדיקת ניסוי בפיקוח ומעקב בחולים ביישום קליני שפותח לאחרונה על מנת להבטיח מזעור הסיכון ואופטימיזציה של היעילות. יש צורך בניסויים קליניים לפני אישור טיפול לשימוש כללי.

CRISPR (C lustered R באופן רגיל- I interspaced S hort P alindromic R epeats) & mdashמנגנון טבעי המצוי בחיידקים הכולל שמירה של שברי DNA זר, המספק לחיידקים חסינות מסוימת

לנגיפים. המערכת מכונה לפעמים CRISPR/Cas9 כדי לציין את כל פלטפורמת עריכת הגנים שבה RNA הומולוגיים עם הגן הממוקד משולבים עם Cas9 (C RISPR As sociated Protein 9), שהוא אנזים חיתוך DNA (נוקלאז) ל- צור את & ldquotoolkit & rdquo לשיטת CRISPR/Cas9 לעריכת גנום.

CRISPRa & mdashהפעלת CRISPR, באמצעות RNA מדריך ו- Cas9 (dCas9) חסר נוקליז או מת מתוקצלאז המקושרים לתחום הפעלה אחד או יותר להגדלת התעתיק של גן מטרה.

CRISPRr/CRISPRi&mdashדיכוי CRISPR, או הפרעות CRISPR, באמצעות מדכא dCas9 או dCas9 עם RNA מנחה כדי להפחית שעתוק של גן מטרה.

תא תרבותי&mdashתא המתוחזק בתרבית רקמות המאפשר הרחבת מספרו.

dCas9 (Cas9 חסר גרעין או Cas9 מת נוקלאז) & mdashזה עדיין יכול לקשור DNA, יחד עם RNA מנחה, אך לא לחתוך אותו. לעתים קרובות הוא מקושר לגורם שעתוק, לאנזים לשינוי כרומטין או לחלבון ניאון כדי לתווך שינויים בביטוי גנים או לסמן אתרים ספציפיים.

אתיקה דאונטולוגיה&mdashתיאוריה נורמטיבית לגבי אילו בחירות נדרשות, אסורות או מותרות מבחינה מוסרית.

חומצה Deoxyribonucleic (DNA) & mdashמולקולה דו-גדילית, המסודרת כסליל כפול, המכילה את ההוראות הגנטיות המשמשות בפיתוח, תפקוד ורבייה של כל האורגניזמים החיים המוכרים.

בידול & mdashהתהליך שבו תא עוברי מוקדם לא מתמחה רוכש את התכונות של תא מיוחד, כגון תא לב, כבד או שריר (IOM, 2005, עמ' 116).

דיפלואיד&mdashתאים המכילים סט מלא של DNA&mdashhalf מכל הורה. בבני אדם, תאים דיפלואידים מכילים 46 כרומוזומים (ב -23 זוגות).

סטייה (אבולוציונית) & mdashבמהלך האבולוציה, וריאציות מתרחשות ברצפי הגנים אם וריאציות אלה מעניקות יתרון כלשהו לבחירה הטבעית מגבירה את שכיחותן. לחצים סלקטיביים שונים בוחרים בווריאציות שונות כך ששכיחותם של וריאנטים גנים שונים משתנה באוכלוסיות שונות.

דומיננטידפוס ירושה של גן או תכונה שבה העתק יחיד של אלל מסוים (וריאציה גנטית) מקנה פונקציה בלתי תלויה באופי העותק השני של הגן בתא דיפלואידית של אורגניזם.

שבירת גדילים כפולה (DSB) & mdashשבירה בסליל הכפול של ה-DNA שבו שני הגדילים נחתכים, להבדיל משבירה חד-גדילית או &ldquonick.&rdquo

Ectoderm&mdashהחיצוני ביותר משלוש שכבות הנבט הפרימיטיביות של העובר הוא מעורר עור, עצבים ומוח (IOM, 2005, עמ '116).

Ectopic & mdashנמצא במיקום יוצא דופן, כגון הריון חוץ רחמי מחוץ לרחם.

עובר & mdashבעל חיים בשלבי גדילה והתמיינות מוקדמים המתאפיינים בביקוע (חלוקת תאים של הביצית המופרית), התמיינות של סוגי ורקמות תאים בסיסיות, ויצירת איברים ומערכות איברים פרימיטיביות הפרט האנושי המתפתח מזמן ההשתלה. עד סוף השבוע השמיני לאחר ההתעברות, לאחר שלב זה הוא נודע כעובר (מותאם מ- IOM, 2005, עמ '116).

תא נבט עובריים (EG) & mdashתא גזע פלוריפוטנטי הנודד במהלך התפתחות מוקדמת אל הגונדות העתידיות כדי ליצור אבות של תאי ביצית או תאי זרע. התכונות של תאי EG דומות לאלו של תאי גזע עובריים, אך עשויות להיות שונות במתילציה של ה-DNA של חלק מהאזורים המוטבעים (NRC, 2002, עמ' 263).

תא גזע עובריים (ES) & mdashתא פרימיטיבי (לא מובחן) מהעובר שיש לו פוטנציאל להפוך למגוון רחב של סוגי תאים מיוחדים (כלומר, הוא פלוריפוטנטי). הוא נגזר ממסת התא הפנימית של הבלסטוציסט. תא גזע עוברי אינו עובר בפני עצמו, הוא אינו יכול לייצר את סוגי התאים הדרושים, כגון תאי trophectoderm, כדי להוליד אורגניזם שלם (NAS, 2002, עמ' 263). ניתן לשמור על תאי גזע עובריים כתאים פלוריפוטנטים בתרבות ולגרום להם להתמיין לסוגי תאים שונים.

Endoderm&mdashהפנימית ביותר מבין שלוש שכבות הנבט הפרימיטיביות של העובר, היא מולידה מאוחר יותר את הריאות, הכבד ואיברי העיכול (IOM, 2005, עמ' 116).

אנדוגני & mdashמקורו מתוך תא או אורגניזם.

אנדומטריום&mdashרירית האפיתל הפנימית של הרחם שלתוכו משתילים עוברים.

Endonuclease&mdashאנזים המפרק שרשרת נוקלאוטידים לשתי שרשראות קצרות או יותר על ידי ביקוע בקשרים פנימיים של פוספודיסטר.

שיפור&mdashשיפור מצב או תכונה מעבר לרמה טיפוסית או נורמלית.

תא מחוסן&mdashתא שהגרעין שלו הוסר (IOM, 2005, עמ' 116).

Enucleation&mdashתהליך שבו החומר הגרעיני של התא מוסר, ומשאיר רק את הציטופלזמה. כאשר מוחל על ביצית, יכול להיות כרוך בהסרה של הכרומוזומים האימהיים, כאשר הם אינם מוקפים בקרום גרעיני (מותאם מ-NRC, 2002, עמ' 263).

אנזים&mdashחלבון הפועל כזרז ביולוגי, המאיץ את התגובות הכימיות.

Epiblast&mdashשכבה ספציפית של תאים בעובר מוקדם של חוליות שמולידה את כל העובר מלבד שק חלמון ושליה. תאי אפיבלסט הינם בעלי ריבוי יכולות ויכולים לגרום לתאי גזע עובריים.

אפקטים אפיגנטיים&mdashשינויים בביטוי גנים המתרחשים מבלי לשנות את רצף ה-DNA של גן, למשל, בהשפעה האפיגנטית הנקראת החתמה גנומית, מולקולות כימיות הנקראות קבוצות מתיל מתחברות ל-DNA ומשנות את ביטוי הגנים (NRC, 2002, עמ' 263).

Epigenome&mdashקבוצה של שינויים כימיים ב- DNA של הגנום ובחלבונים הנקשרים ל- DNA בכרומוזומים כדי להשפיע על האופן שבו וכיצד מתבטאים בהם הגנים.

Ex vivo & mdashלטינית: "חוץ מהחיים" מחוץ לאורגניזם.

אקסוגני & mdashמוצג או שמקורו מחוץ לתא או אורגניזם.

דישון & mdashהתהליך בו מתאחדים גמטות זכר ונקבה (זרע וביצה) (NRC, 2002, עמ '264).

FokI & mdashהנוקלאז שממנו הופק תחום המחשוף והתחבר לתחומי אצבע אבץ (ZF) או תעתוק מפעיל דמוי אפקטור (TALE) קושרי DNA. תחום המחשוף של FokI חותך רק גדיל אחד של ה-DNA (ניק), ולכן נדרש זוג של ZFNs או TALENs כדי ליצור הפסקות גדילים כפולים. תחום המחשוף של FokI נקשר גם ל- Cas9 חסר נוקלאז (dCas9), ואיחוי זה חייב להתעמעם גם כדי לחתוך DNA.

רווח תפקוד & mdashסוג של מוטציה המביאה למוצר גנטי משתנה בעל פונקציה מולקולרית חדשה או דפוס ביטוי גנים חדש (NRC ו- IOM, 2015, עמ '1).

Gamete & mdashתא רבייה (ביצה או זרע). גמטות הם הפלואידים (יש רק מחצית ממספר הכרומוזומים המצויים בתאים סומטיים&mdash23 בבני אדם), כך שכאשר שני גמטים מתאחדים בהפריה, העובר החד-תא המתקבל (זיגוטה) הוא המספר המלא של הכרומוזומים (46 בבני אדם) (NRC) , 2002, עמ '264).

קיבה ומדשההליך שבו עובר של בעלי חיים בשלב מוקדם של התפתחות מייצר את שלוש שכבות הנבט העיקריות & mdashectoderm, mesoderm, andoderm (IOM, 2005, עמ '117).

Gene&mdashיחידה תפקודית של תורשה שהיא קטע של DNA באתר ספציפי בכרומוזום. גן מכוון בדרך כלל את היווצרות של חלבון או מולקולת RNA (NRC, 2002, עמ' 264).

ג'ין דרייב & mdashמערכת של תורשה מוטה שבה מוגברת היכולת של רצף גנטי מסוים לעבור מהורה לצאצאיו באמצעות רבייה מינית (NASEM, 2016a, p. 182). טכנולוגיית Drive Gene מעתיקה באופן פעיל רצף בכרומוזום אחד לכרומוזום השותף שלו, כך שהאורגניזם נושא שני עותקים של הגן שהשתנה בכוונה. תהליך זה מבטיח שכל צאצאיו של האורגניזם והדורות הבאים יירשו את הגנום הערוך ואת התכונות הקשורות אליו. לפיכך, התוצאה של דחף גנטי היא עלייה מועדפת של גנוטיפ ספציפי מדור לדור, ואולי בכל אוכלוסייה (NASEM, 2016a, עמ' 182).

עריכת גנים & mdashטכניקה המאפשרת לחוקרים לשנות את ה- DNA של תאים או אורגניזמים כדי להכניס, למחוק או לשנות גנים או רצפי גנים כדי להשתיק, לשפר או לשנות בדרך אחרת את מאפייני הגן והסקוס (NASEM, 2016a, עמ '182).

ביטוי גנטי & mdashהתהליך שבו RNA וחלבונים מיוצרים מההוראות המקודדות בגנים. ביטוי הגנים נשלט על ידי חלבונים ומולקולות RNA הנקשרות לגנום או להעתיק ה- RNA ומווסתות את רמות הייצור שלהן ושל תוצרתן. שינויים בביטוי הגנים משנים את תפקודי התאים, הרקמות, האיברים או אורגניזמים שלמים ולפעמים גורמים למאפיינים הנצפים הקשורים לגן מסוים (מותאם מתוך NRC, 2002, עמ '264).

מיקוד גנים & mdashהליך המשמש לייצור שינוי בגן ספציפי (IOM, 2005, עמ '117).

טיפול גנטי ומדשהכנסת גנים אקסוגניים לתאים במטרה לשפר את מצב המחלה.

העברת גנים&mdashכל תהליך המשמש לעתים קרובות לתיאור העברה של גנים לתאים ו-mdashas המשמשים בריפוי גנטי.

אלמנט גנטי & mdashקטע של ה-DNA בגנום שיש לו תכונה מסוימת המוענקת על ידי הרצף שלו, כגון גן המקודד לחלבון או RNA&mdashmore המשמשים לעתים קרובות להתייחסות לרצפים שאינם גנים כאלה אך עשויים לשלוט בביטוי הגנים או בארגון הגנום.

גנום&mdashמכלול ה- DNA המלא המרכיב אורגניזם (NASEM, 2016a, עמ '182). בבני אדם, הגנום מאורגן ל -23 זוגות כרומוזומים הומולוגיים.

עריכת הגנום&mdashהתהליך שבו משתנה רצף הגנום באמצעות התערבות של שבירת DNA או שינוי DNA אחר.

גנוטיפ&mdash מבנה גנטי של אדם (IOM, 2005, עמ' 117).

תא נבט (או תא קו נבט)&mdashתא בכל נקודה בשושלת התאים שיוליד זרע או ביצים. קו החיידקים הוא שושלת התאים הזו. ביצים וזרע מתמזגים במהלך רבייה מינית ליצירת עובר. בכך ממשיך קו החיידק לדור הבא.

שכבת נבט&mdashבהתפתחות המוקדמת, העובר מתמיין לשלוש שכבות נבט מובחנות (אקטודרם, אנדודרם ומזודרם), שכל אחת מהן מולידה חלקים שונים של האורגניזם המתפתח (IOM, 2005, עמ' 117).

הריוןתקופת ההתפתחות של אורגניזם מהפריית הביצית ועד הלידה (NRC, 202, עמ '265).

ממשל&mdashתהליך הפעלת הפיקוח באמצעות מסורות (סטנדרטים של פרקטיקה) או תקנות לפיהן אנשים וקהילות נושאים באחריות. ממשל כרוך לעתים קרובות בכלי מדיניות כגון סטנדרטים מקצועיים של פרקטיקה וקודי התנהגות הנחיות פורמליות, הסכמים ואמנות וחקיקה או רגולציה ממשלתית אחרת (NASEM, 2016a, p. 183).

מדריך מולקולה & mdashחלבון או חלק קצר של RNA המשמש להנחיית מכונות עריכת הגנום למיקום הרצוי ברצף ה- DNA.

מדריך RNA (gRNA)&mdashקטעים קצרים של RNA המשמשים לכוון האנזים חיתוך ה- DNA למיקום היעד בגנום. מקטעי gRNA מכילים את אזור ההומולוגיה לרצף היעד (בדרך כלל 20 בסיסים) ורצף שמתקשר עם הגרעין (למשל, Cas9). gRNA המשמשים בעריכת גנום הם סינתטיים ואינם מופיעים בטבע.

Haploid&mdashהכוונה לתא (בדרך כלל גאמט או מבשרו המיידי) בעל קבוצת כרומוזומים אחת בלבד (23 בבני אדם). לעומת זאת, תאי הגוף (תאים סומטיים) הם דיפלואידים, בעלי שני קבוצות של כרומוזומים (46 בבני אדם) (מותאמים מתוך NRC, 2002, עמ '265).

שינוי גנטי תורשתי & mdashשינויים בגנים שיכולים לעבור דורות.

הטרוזיגוט ומדשבעל שני גרסאות שונות (אללים) של גן ספציפי על שני הכרומוזומים ההומולוגיים של תא או אורגניזם.

רקומבינציה הומולוגית ומדאששילוב מחדש של שתי מולקולות DNA דומות, כולל תהליך שבו מיקוד גנים מייצר שינוי בגן ספציפי (מותאם מ-IOM, 2005, עמ' 118).

תיקון מכוון הומולוגיה (HDR)&mdashתהליך תיקון טבעי המשמש לתיקון DNA שבור, המסתמך על DNA & ldquotemplate & rdquo עם הומולוגיה למקטע ה- DNA השבור. זה קורה בדרך כלל במהלך או לאחר סינתזת DNA, המספקת תבנית זו. בעריכת גנום באמצעות HDR, תבנית ה- DNA מסונתזת או נעשית על ידי טכניקות DNA רקומביננטיות, ובדרך כלל מכילה אזורים של הומולוגיה מדויקת אל מוקד היעד בכל קצה, כאשר השינוי הרצוי נמצא באמצע.

הומוזיגוטבעל אותו וריאנט (אלל) של גן ספציפי בשני הכרומוזומים ההומולוגיים של תא או אורגניזם.

רשות ההפריה והאמברולוגיה (HFEA) & mdashהמפקד העצמאי בבריטניה ומפקח על השימוש בתאי נבט ועוברים בטיפול וחקר פוריות (HFEA, 2013). הוא גם מייצג את חוק ההפריה והאמבריולוגיה של האדם, החוק לפיו פועלת הרשות ועליו היא מקיימת.

השתלה&mdashהתהליך שבו עובר נצמד לחלק הפנימי של הרחם (7-14 ימים בבני אדם) (NRC, 2002, עמ' 265).

ברחם&mdashלטינית: &ldquoin the רחם.&rdquo

במבחנה&mdashלטינית: & זכוכית ldquoin & rdquo בצלחת מעבדה או במבחנה בסביבה מלאכותית (NRC, 2002, עמ '265).

הפריה חוץ גופית (IVF) & mdashטכניקת רבייה בסיוע בה הפריה מתבצעת מחוץ לגוף (NRC, 2002, עמ' 265).

In vivo & mdashלטינית: &ldquoin the living&rdquo בסביבה טבעית, בדרך כלל בגוף הנבדק. מונח זה משמש לעתים קרובות גם להתייחסות לאירועים בתאי & ldquoliving & rdquo בתרבות (מותאם מתוך NRC, 2002, עמ '265).

Indel & mdashהכנסה או מחיקה של רצף ה- DNA. אינדלים קטנים (למשל, אחד עד ארבעה זוגות בסיסים) קשורים לעתים קרובות לחיבור קצה לא הומולוגי. לעתים קרובות אלה מביאים לשיבוש של גן על ידי הזזת מסגרת הקריאה הפתוחה ו/או יצירת קודוני עצירה מוקדמים.

תא גזע פלוריפוטנטי (iPS) & mdashתא המושרה על ידי החדרה או הפעלה של גנים המעניקים ריבוי יכולות ותכונות גזע. לפיכך, ניתן לגרום לתאים שכבר מחויבים לגורל מסוים (למשל עור) להפוך לפלוריפוטנטים. זה שימושי ברפואה הרגנרטיבית מכיוון שניתן להכניס את תאי ה- iPS חזרה לתורם התאים המקוריים עם הרבה פחות סיכון לדחיית השתלות.

מוטגנזה הכנסת mdashהשינוי ברצף של גן על ידי החדרת רצף אקסוגני כגון על ידי אינטגרציה של רצפים ויראליים.

לוח הבדיקות המוסדיות (IRB) & mdashגוף מינהלי במוסד (כגון בית חולים או אוניברסיטה) שהוקם כדי להגן על זכויותיהם ורווחתם של נושאי מחקר אנושיים שגויסו להשתתף בפעילויות מחקר המתנהלות בחסות אותו מוסד. ל- IRB יש את הסמכות לאשר, לדרוש שינויים בפעילות המחקר בתחום שיפוטו או לדחותו, כמפורט הן בתקנות הפדרליות והן במדיניות המוסדית המקומית (NRC, 2002, עמ '266).

Lentivirus&mdashתת-מחלקה של רטרו-וירוסים, וירוסים שהגנום שלהם עשוי מ-RNA אך במהלך שכפול ויראלי הופך להיות מועתק לצורת DNA שיכולה להשתלב בגנום ה-DNA של תא. משמש לעתים קרובות כנשאי גנים (וקטורים) להחדרת גנים לתאים.

Ligase&mdashאנזים שמזרז חיבור של שתי חתיכות DNA.

אובדן תפקוד & mdashסוג של מוטציה שבה תוצר הגן שהשתנה חסר את התפקוד המולקולרי של הגן הפראי (MGI, 2017).

Meganuclease & mdashסוג אנזים מיוחד הנקשר וחותך DNA ברצפי DNA ספציפיים באורך המתרחש באתרים מעטים בגנום. אלו הם אנזימים טבעיים (והנגזרות הסינתטיות שלהם) המזרזים אירועי סידור מחדש של DNA באמצעות ביקוע DNA.. ניתן להשתמש בהם בעריכת גנום הן עבור חיבור קצה לא הומולוגי והן עבור תיקון מכוון הומולוגיה ושינויים מתווכים. המחקר על אלה חשף לראשונה את המנגנונים הבסיסיים של מחשוף ה- DNA ואת תהליכי תיקון ה- DNA בהם עריכת הגנום תלויה.

Mesoderm&mdashהשכבה האמצעית של העובר, המורכבת מקבוצת תאים שמקורם במסת התא הפנימית של הבלסטוציסט שהיא נוצרת במעבר הקיבה ומהווה את מבשר הדם, העצם, השרירים ורקמת החיבור.

העברת מיטוכונדריה (או החלפת מיטוכונדריה) & mdashהליכים חדשים שנועדו למנוע את העברת האם של מחלות DNA מיטוכונדריאליות (mtDNA) (NASEM, 2016b, עמ '1).

מיטוכונדריה (רבים, מיטוכונדריה)&mdashמבנה סלולרי בציטופלזמה המספק אנרגיה לתא. כל תא מכיל מיטוכונדריה רבות. בבני אדם, מיטוכונדריון יחיד מכיל 37 גנים על DNA מיטוכונדריאלי מעגלי, בהשוואה לכ -35,000 גנים הכלולים ב- DNA הגרעיני (NRC, 2002, עמ '267).

פסיפסות ומדאששונות בין התאים, כך שהתאים אינם כולם אותו הדבר & mdashfor לדוגמא, בעובר כאשר לא כל התאים נערכים.

תאי גזע מרובי פוטנטים & mdashתאי גזע מהעובר, העובר או המבוגר, שצאצאיהם הם מרובי סוגי תאים מובדנים ובדרך כלל, אך לא בהכרח, של כל רקמה, איבר או מערכת פיזיולוגית מסוימת (NRC, 2002, עמ '267).

Murine & mdashנגזר מעכברים.

מוטציה & mdashשינוי ברצף ה- DNA. Mutations can occur spontaneously during cell division or can be triggered by environmental stresses, such as sunlight, radiation, and chemicals (NRC, 2002, p. 267).

Nickase&mdashA nuclease that cuts only one strand of the DNA double helix.

Nonhomologous end joining (NHEJ)&mdashA natural repair process used to join the two ends of a broken DNA strand back together. This is prone to errors where short indels (usually of two to four base pairs of DNA) are introduced.

Normative theory&mdashA theory of how people should make decisions, as opposed to how they actually do or will make decisions.

Nuclease&mdashAn enzyme that can cut through DNA or RNA strands.

Off-target effect&mdashA direct or indirect, unintended, short- or long-term consequence of an intervention on an organism other than the intended effect on that organism (NASEM, 2016, p. 184).

Off-target event (or off-target cleavage)&mdashwhen a genome-editing nuclease cuts DNA at a location other than the one for which it was targeted. This can occur because the off-target sequence is similar to but not identical with the intended target sequence.

Oocyte&mdashDeveloping egg usually a large and immobile cell.

Phenotype&mdashObservable properties of an organism that are influenced by both its genotype and its environment.

Plasmid&mdashA self-replicating circular DNA molecule. A plasmid can be engineered to carry and express genes of interest in target cells.

Pluripotent stem cell (PSC)&mdashA stem cell that includes in its progeny all cell types that can be found in a postimplantation embryo, fetus, or developed organism (NRC, 2002, p. 268).

Population&mdashAll of the individuals of a given species within a defined ecological area (NASEM, 2016a, p. 184).

Preclinical research&mdashResearch conducted to investigate potential clinical applications but not involving humans. For example, research on molecules, cells, tissues, or animals.

Precursor cell or Progenitor cell&mdashIn fetal or adult tissues, it is a partially committed but not fully differentiated cell that divides and gives rise to differentiated cells (adapted from NRC, 2002, p. 269).

Preimplantation genetic diagnosis (PGD)&mdashBefore an in vitro&ndashfertilized embryo is implanted in a woman&rsquos uterus, it can be screened for specific genetic mutations that are known to cause particular genetic diseases or for chromosomal abnormalities. One or more cells are removed from the preimplantation embryo for testing (NRC, 2002, p. 269) and the surviving embryo that is implanted is one that is not carrying the genetic abnormality.

Prenatal diagnosis&mdashDetection of abnormalities and disease conditions while a fetus is developing in the uterus. Many techniques for prenatal diagnosis, such as chorionic villus sampling and amniocentesis, require sampling placental tissue or fetal cells found in the amniotic fluid or fetomaternal circulation. Others, such as ultrasonography, can be performed without cell or tissue samples (NRC, 2002, p. 269).

Primitive streak&mdashAn elongated band of cells that forms along the axis of an embryo early in gastrulation by the movement of lateral cells toward the axis and that develops a groove along its midline through which cells move to the interior of the embryo to form the mesoderm (adapted from Grossinger, 2000, p. 815).

Pronucleus&mdashThe haploid nucleus of an oocyte or sperm, either prior to fertilization or immediately after fertilization, before the sperm and egg nuclei have fused into a single diploid nucleus.

Protein&mdashA large complex molecule made up of one or more chains of amino acids. Proteins perform a wide variety of activities in the cell (NRC, 2002, p. 269).

Recessive&mdashA recessive allele of a gene is one whose effects are masked by the second allele present in a diploid cell or organism, which is referred to as dominant.

Recombinant DNA&mdashA recombinant DNA molecule is made up of DNA sequences that have been artificially modified or joined together so that the new genetic sequence differs from naturally occurring genetic material (IOM, 2014, p. 23).

Recombinant DNA Advisory Committee (RAC)&mdashOversees and reviews proposals for research funded by the National Institutes of Health (NIH) or similar projects conducted at institutions funded by NIH that involve recombinant or synthetic DNA, such as gene therapy (adapted from NASEM, 2016b, p. 62).

Recombination&mdashThe process, natural or engineered, in which two pieces of DNA undergo breakage and reunion to generate a new combination of DNA segments.

Regenerative medicine&mdashMedical treatments that seek to replace defective, damaged, or missing tissue by engineered cells, tissues, or implants, often involving stem cells.

Restriction enzyme&mdashAn enzyme from bacteria that is used to cut DNA at defined sequences, used in DNA analysis and in joining DNA fragments through the cut ends.

Retrovirus&mdashA virus whose genome is made of RNA but during viral replication becomes copied into a DNA form that can integrate into the DNA genome of a cell. Often used as carriers of genes (vectors) to introduce genes into cells. A subset of retroviruses is called lentiviruses.

לְהִסְתָכֵּן&mdashThe probability of an effect on a specific endpoint or a set of endpoints due to a specific set of a stressor or stressors. An effect can be beneficial or harmful (NASEM, 2016a, p. 185).

Risk assessment&mdashThe process by which all available evidence on the probability of effects is collected, evaluated, and interpreted to estimate the probability of the sum total of effects (NASEM, 2016a, p. 185).

RNA (ribonucleic acid)&mdashA chemical that is similar in structure to DNA. One of its main functions is to translate the genetic code of DNA into structural proteins.

RNP (ribonuclear protein complex)&mdashMany types exist within cells, and this is a general term encompassing all of these, but in the context of genome editing it is often used to refer to a guide RNA molecule combined with a DNA-cutting enzyme such as Cas9.

Selective advantage&mdashSome variants of genes provide a trait that confers a survival or a reproductive advantage that can be selected by natural selection and therefore increases in prevalence in a population.

Single guide RNA (sgRNA)&mdashA short piece of RNA that binds to a nuclease such as Cas9 and also to a specific DNA sequence to guide the nuclease to a specific location in the genome. This term is synonymous with guide RNA (vide infra) in most usages.

Somatic cell&mdashAny cell of a plant or animal other than a reproductive cell or reproductive cell precursor. Latin: soma = body (NRC, 2002, p. 270).

Somatic cell nuclear transfer (SCNT)&mdashThe transfer of a cell nucleus from a somatic cell into an egg (oocyte) whose nucleus has been removed (IOM, 2005, p. 119).

Spermatogonial stem cells&mdashThe self-replicating precursors of sperm cells.

Stem cell&mdashA nonspecialized cell that has the capacity to divide indefinitely in culture and to differentiate into more mature cells with specialized functions.

Stem cell therapy&mdashThe use of stem cells in regenerative medicine to replace defective, damaged, or missing tissue.

Syncytiotrophoblast cell&mdashA cell derived from trophectodermal cells from the early mammalian embryo that fuse (into multinucleate syncitia) and contribute to the structure and function of the placentae.

Synthetic biology&mdashThe development of living cells from separate genetic components, using engineering principles to build desired functions into living organisms.

Synthetic DNA&mdashDNA molecules that are chemically or by other means synthesized or amplified they may be chemically or otherwise modified but can base pair, or be recombined with, naturally occurring DNA molecules.

T cells&mdashTypes of white blood cells that are of crucial importance in the immune system. They cooperate with other immune cells in killing infected or cancerous cells but can also participate in inflammation or in autoimmunity when they become activated against an organism&rsquos own cells or tissues.

Target sequence&mdashSpecific sequence of DNA bases within the genome that is the target of genome-editing tools. For CRISPR/Cas9 methods this will be a 20 nucleotide sequence that the gRNAs are designed to recognize (i.e., they will contain a complementary sequence of the same length).

Therapy (or therapeutic intervention)&mdashThe treatment or prevention of disease or disability.

Tissue culture&mdashThe growth of cells or tissue segments in vitro in an artificial medium for experimental research (IOM, 2005, p. 120).


מבוא

How does life propagate? How is information stored? Is there a code for life? Before 1953, answers to these fundamental questions about life remained mysterious.

Then in 1953, the DNA double helix appeared on the scene, a discovery published by two young "nobodies" at the time- Jim Watson and Francis Crick. The structure of DNA that they envisioned was beautiful two strands embracing and twisting around one another. The DNA double helix has since become the most recognizable and iconic image in biology its graceful beauty has even inspired artists and architects. However, for biologists, this molecular spiral staircase was not only beautiful, but packed with meaning. The rules for making a DNA double helix answered the basic enigma of how life’s information is stored and copied. The answer was far simpler and more elegant than any scheme that scientists had imagined before.

The DNA double helix has had a powerful influence on biology, arguably equal to the influence of the theory of evolution by Charles Darwin. The DNA double helix initiated the quest to determine how the DNA sequence instructs the production of proteins. Once this code was solved, scientists developed sequencing technology to read the code. Today, the sequence of the six billion letters of your DNA can be determined for $600. This technological advance is ushering in a new era of personalized medicine, which can reveal your ancestry and propensity for developing certain diseases.

The simplicity of the DNA double helix also beckoned engineers to find ways to manipulate it. First, scientists found ways to cut, paste, and amplify DNA, which is called DNA cloning (see Key Experiment by Chalfie ). Scientists then found ways of transferring DNA from one organism to another (see the Narrative on Plant Genetics by Ronald ). These tools provide much of the foundation of the modern biotechnology industry. Most recently, scientists developed tools to rewrite the sequence of DNA in a genome, which is equivalent to editing a single letter in a massive encyclopedia. You can read about this new CRISPR/Cas technology in the Key Experiment by Doudna and the Narrative by Barrangou . We certainly have not reached the end. Where will the DNA double helix take us next?

Most people have learned about DNA in school and heard about Watson and Crick. But do you know what they discovered?

Explorer’s Question: What did Jim Watson and Francis Crick do?

A. Discovered DNA and solved its structure.

B. Showed that DNA is the hereditary material.

C. Made a model for the structure of DNA without performing any experiment.

D. Performed a key experiment that shows how DNA replicates.

E. Solved the genetic code for DNA.

Even if you knew the answer to the above quiz, we will take a much deeper dive into the story of DNA in the Journey to Discovery , examining the detective work that underlies a scientific discovery. How in the world did someone figure out the three-dimensional shape of DNA? And why was the answer so interesting? My hope is that you will be able to explain the answers to these questions to a fellow student, friend, or relative, and take them on a scientific journey.

The story of the DNA double helix reveals the humanity behind science. The story had a triumphant ending for Watson and Crick. But the history of DNA is also littered with mistakes, stubbornness, and missed opportunities. It may surprise you to learn that scientists thought that DNA was a "boring" molecule for many decades. Alas, scientists are human. Few scientific studies hit the bull’s eye right away, and mistakes are part of the process of tackling the unknown.

The Journey to Discovery also highlights the interplay between model building and experimental data gathering, two important and complementary strategies that continue to drive biological discovery today. Jim Watson and Francis Crick were the "modelers" they, in fact, never did an experiment themselves on DNA (although they performed experiments for other projects). The experimentalists in our story are Florence Bell, Rosalind Franklin, Maurice Wilkins, and Erwin Chargaff they provided the data that Watson and Crick needed to build their model. Of these individuals, Florence Bell is virtually unknown, although I hope that you will enjoy discovering, as I did, how her work provided a foundation for understanding DNA structure. I also hope to convey the difference between a model, which is a hypothesis, and a fact. In 1953, the Watson and Crick DNA double helix was a hypothesis, and not a fact, and many scientists were not convinced. A good model, however, makes predictions that guide the next round of experiments. The double helix model triggered Meselson and Stahl to do their Key Experiment, which provided critical validation and broader acceptance of the double helix.

In the Knowledge Overview , we will take a look at the DNA double helix more closely and examine how complementary base pairing (guanine with cytosine and adenine with thymine) guides the shape and replication of the helix. Moving to the Frontiers section, we will explore how the rules of DNA base pairing are being exploited by scientists today to design and build three-dimensional, DNA-based robots and other devices that are less than a millionth of an inch in size. This new field of DNA nanotechnology is just one of many examples in which the DNA double helix continues to inspire creativity in research and biotechnology.

In the Closing Thoughts , I will reflect upon personal and professional insights that might be derived from the story of the DNA double helix. One key point, applicable to any endeavor in life, is the importance of collaboration, as illustrated by the incredible partnership between Watson and Crick. The second point is the importance of scientific independence and recognition, which was more accessible to men than women in the mid-20th century. The experiences of Florence Bell and Rosalind Franklin remind us that we still need to be vigilant in making the scientific profession gender inclusive. Whether you are an aspiring scientist, entrepreneur, sociologist, politician or artist, there are interesting lessons from the twists and turns of the DNA double helix.


The Five Stages of Prophase I (Meiosis)

With a better understanding of the terminology, the complicated process of meiosis is much easier to understand. As already mentioned, meiosis I has five separate stages.

Stage 1: Leptotene

At this first stage of Prophase I of meiosis I chromosomes are visible under electron microscopy and look like ‘a string of beads’, where the beads are referred to as nucleosomes. If fully stretched out, some DNA may be nearly a centimeter long – much too large for a cell nucleolus. It is therefore packaged using special proteins. Core histones are the equivalent of sewing-thread spools around which the strand of DNA is coiled. When DNA has been twice wrapped around the core histone, it forms a structure known as the nucleosome. This gives the string of beads effect, with the unwound DNA giving the appearance of the string, and the wound nucleosomes the beads.

Each chromatid is extremely close to the other and this often gives the effect of a single chromosome. It is also understood that at the leptotene stage, double strand breaks in the DNA occur, preparing for recombination. Recombination is the result of a process in which the DNA of one chromatid is broken apart and mixed with another non-sister chromatid in order to produce a greater variety of alleles in the offspring. Recombination is the result of ‘crossing over’. Leptotene is often named in unison with the following stage as the Leptotene-Zygotene transition, as the first stage is in itself a very short process.

Stage 2: Zygotene

A tetrad, or two homologous chromosomes consisting of four chromatids, is connected to produce a chromosome pair during meiosis. In order to attach as a pair, a synapsis is formed. Ladder-like filaments bring together and attach the chromosome pair at a central point. These filaments make up the synaptonemal complex. Only once the pair has been connected can it be called a tetrad or bivalent. Crossing over can occur over the synaptonemal complex once it has formed, but in some organisms this complex is not obligatory for recombination.

Stage 3: Pachytene

Once a tetrad has formed, the process of crossing over and the resulting recombination can go ahead, where a little of the genetic material from the parental DNA sequences is swapped over to increase gene variation. At this point, the chromatid sisters (the two chromatid strands that make up a single chromosome) begin to separate from each other, although the chromosomes remain attached as a pair. This makes them much more distinctive under an electron microscope. The image below shows the crossing over of genetic material between two non-sister chromatids within a single homologous chromosome pair. The chiasma (plural: chiasmata) is the connecting point between two non-sister chromatids which allows for the exchange of alleles. Chiasmata can only form if the sister chromatids are separated from each other.

Stage 4: Diplotene

When the synaptonemal complex begins to break down, as it does during the diplotene stage, the chromosome pairs begin to move apart. However, they are unable to move far away from each other as they remain attached by the chiasmata. The repelling characteristic of the two chromosomes creates a preliminary shift towards the opposite poles of the as yet incomplete meiosis I spindle apparatus, which will be completed during the prometaphase 1 immediately following Prophase I.

Stage 5: Diakinesis

In diakinesis, the chiasmata connections arrive at the ends of the chromatid arms of the chromosome. This arrival is called terminalization. At this point, chromosomes are very condensed and still connected by chiasmata they can not move any further towards the poles of the as yet incomplete spindle structure.

In order to prepare for the next phase in meiosis I, other structural changes occur. The nucleolus and nuclear envelope dissolve. This allows the centrioles (centrosome-forming microtubules) that contribute to spindle formation free to migrate, together with remnants of spindles formed during mitotic cell division. Microtubules in the cell cytoplasm are the predominant building blocks of spindle construction.


Step 3. Translation Converts The Recipe into a Dish

The third stage of gene expression is called תִרגוּם because there is a change of language: from nucleotides to חומצות אמינו.

A molecular complex called a ריבוזום moves along the RNA strand, handling three nucleotides at a time. Each set of three nucleotides is called a codon.

The codons are matched to free-floating molecules called transfer RNA, which carry complimentary anti-codons and their corresponding amino acids. It's a repetitive matching process that gives rise to chains of amino acids.

Free-floating tRNAs match to their corresponding codons, depositing new amino acids on the end of the chain. The ribosome reads the RNA strands and holds everything in place.

The result of translation is a long chain of amino acids, known as a polypeptide. Polypeptides then amass and fold into specific functional shapes to make proteins.

הַצלָחָה! Your DNA has been converted safely into proteins to perform life-sustaining work in the body. We're talking testosterone, melatonin, lactase, collagen, and many, many more. In fact, no-one knows how many types of proteins there are in the human proteome. Estimates range from 10,000 to several billion.


תוכן

A molecule of high relative molecular mass, the structure of which essentially
comprises the multiple repetition of units derived, actually or conceptually, from
molecules of low relative molecular mass.

1. In many cases, especially for synthetic polymers, a molecule can be regarded
as having a high relative molecular mass if the addition or removal of one or a
few of the units has a negligible effect on the molecular properties. This statement
fails in the case of certain macromolecules for which the properties may be
critically dependent on fine details of the molecular structure.

2. If a part or the whole of the molecule fits into this definition, it may be described
כמו גם macromolecular אוֹ polymeric, או על ידי polymer used adjectivally. [4]

התנאי macromolecule (macro- + מולקולה) was coined by Nobel laureate Hermann Staudinger in the 1920s, although his first relevant publication on this field only mentions high molecular compounds (in excess of 1,000 atoms). [5] At that time the term polymer, as introduced by Berzelius in 1832, had a different meaning from that of today: it simply was another form of isomerism for example with benzene and acetylene and had little to do with size. [6]

Usage of the term to describe large molecules varies among the disciplines. For example, while biology refers to macromolecules as the four large molecules comprising living things, in chemistry, the term may refer to aggregates of two or more molecules held together by intermolecular forces rather than covalent bonds but which do not readily dissociate. [7]

According to the standard IUPAC definition, the term macromolecule as used in polymer science refers only to a single molecule. For example, a single polymeric molecule is appropriately described as a "macromolecule" or "polymer molecule" rather than a "polymer," which suggests a substance composed of macromolecules. [8]

Because of their size, macromolecules are not conveniently described in terms of stoichiometry alone. The structure of simple macromolecules, such as homopolymers, may be described in terms of the individual monomer subunit and total molecular mass. Complicated biomacromolecules, on the other hand, require multi-faceted structural description such as the hierarchy of structures used to describe proteins. In British English, the word "macromolecule" tends to be called "high polymer".

Macromolecules often have unusual physical properties that do not occur for smaller molecules.

Another common macromolecular property that does not characterize smaller molecules is their relative insolubility in water and similar solvents, instead forming colloids. Many require salts or particular ions to dissolve in water. Similarly, many proteins will denature if the solute concentration of their solution is too high or too low.

High concentrations of macromolecules in a solution can alter the rates and equilibrium constants of the reactions of other macromolecules, through an effect known as macromolecular crowding. [9] This comes from macromolecules excluding other molecules from a large part of the volume of the solution, thereby increasing the effective concentrations of these molecules.

All living organisms are dependent on three essential biopolymers for their biological functions: DNA, RNA and proteins. [10] Each of these molecules is required for life since each plays a distinct, indispensable role in the cell. [11] The simple summary is that DNA makes RNA, and then RNA makes proteins.

DNA, RNA, and proteins all consist of a repeating structure of related building blocks (nucleotides in the case of DNA and RNA, amino acids in the case of proteins). In general, they are all unbranched polymers, and so can be represented in the form of a string. Indeed, they can be viewed as a string of beads, with each bead representing a single nucleotide or amino acid monomer linked together through covalent chemical bonds into a very long chain.

In most cases, the monomers within the chain have a strong propensity to interact with other amino acids or nucleotides. In DNA and RNA, this can take the form of Watson-Crick base pairs (G-C and A-T or A-U), although many more complicated interactions can and do occur.

Structural features Edit

DNA RNA חלבונים
Encodes genetic information כן כן לא
Catalyzes biological reactions לא כן כן
Building blocks (type) Nucleotides Nucleotides Amino acids
Building blocks (number) 4 4 20
Strandedness לְהַכפִּיל יחיד יחיד
מִבְנֶה Double helix מורכב מורכב
Stability to degradation גָבוֹהַ מִשְׁתַנֶה מִשְׁתַנֶה
Repair systems כן לא לא

Because of the double-stranded nature of DNA, essentially all of the nucleotides take the form of Watson-Crick base pairs between nucleotides on the two complementary strands of the double-helix.

In contrast, both RNA and proteins are normally single-stranded. Therefore, they are not constrained by the regular geometry of the DNA double helix, and so fold into complex three-dimensional shapes dependent on their sequence. These different shapes are responsible for many of the common properties of RNA and proteins, including the formation of specific binding pockets, and the ability to catalyse biochemical reactions.

DNA is optimised for encoding information Edit

DNA is an information storage macromolecule that encodes the complete set of instructions (the genome) that are required to assemble, maintain, and reproduce every living organism. [12]

DNA and RNA are both capable of encoding genetic information, because there are biochemical mechanisms which read the information coded within a DNA or RNA sequence and use it to generate a specified protein. On the other hand, the sequence information of a protein molecule is not used by cells to functionally encode genetic information. [1] : 5

DNA has three primary attributes that allow it to be far better than RNA at encoding genetic information. First, it is normally double-stranded, so that there are a minimum of two copies of the information encoding each gene in every cell. Second, DNA has a much greater stability against breakdown than does RNA, an attribute primarily associated with the absence of the 2'-hydroxyl group within every nucleotide of DNA. Third, highly sophisticated DNA surveillance and repair systems are present which monitor damage to the DNA and repair the sequence when necessary. Analogous systems have not evolved for repairing damaged RNA molecules. Consequently, chromosomes can contain many billions of atoms, arranged in a specific chemical structure.

Proteins are optimised for catalysis Edit

Proteins are functional macromolecules responsible for catalysing the biochemical reactions that sustain life. [1] : 3 Proteins carry out all functions of an organism, for example photosynthesis, neural function, vision, and movement. [13]

The single-stranded nature of protein molecules, together with their composition of 20 or more different amino acid building blocks, allows them to fold in to a vast number of different three-dimensional shapes, while providing binding pockets through which they can specifically interact with all manner of molecules. In addition, the chemical diversity of the different amino acids, together with different chemical environments afforded by local 3D structure, enables many proteins to act as enzymes, catalyzing a wide range of specific biochemical transformations within cells. In addition, proteins have evolved the ability to bind a wide range of cofactors and coenzymes, smaller molecules that can endow the protein with specific activities beyond those associated with the polypeptide chain alone.

RNA is multifunctional Edit

RNA is multifunctional, its primary function is to encode proteins, according to the instructions within a cell’s DNA. [1] : 5 They control and regulate many aspects of protein synthesis in eukaryotes.

RNA encodes genetic information that can be translated into the amino acid sequence of proteins, as evidenced by the messenger RNA molecules present within every cell, and the RNA genomes of a large number of viruses. The single-stranded nature of RNA, together with tendency for rapid breakdown and a lack of repair systems means that RNA is not so well suited for the long-term storage of genetic information as is DNA.

In addition, RNA is a single-stranded polymer that can, like proteins, fold into a very large number of three-dimensional structures. Some of these structures provide binding sites for other molecules and chemically-active centers that can catalyze specific chemical reactions on those bound molecules. The limited number of different building blocks of RNA (4 nucleotides vs >20 amino acids in proteins), together with their lack of chemical diversity, results in catalytic RNA (ribozymes) being generally less-effective catalysts than proteins for most biological reactions.


9 - Chromosomal Basis of Inheritance ∗

In this chapter, we first discuss the structural and functional aspects of human chromosomes. The human genome is packaged into a set of chromosomes, which are derived in equal numbers from the mother and the father. Each ovum and sperm contains a set of 23 different chromosomes, which is the haploid number of chromosomes in humans. The diploid fertilized egg and virtually every cell of the body arising from it has two haploid sets of chromosomes, resulting in the diploid human chromosome number of 46. The haploid human genome consists of approximately 3 × 10 9 bp of DNA. This DNA is compacted in a hierarchy of levels into chromosomes of manageable size. We then discuss the two types of cell division, namely mitosis and meiosis. In somatic cells, nuclear division takes place by mitosis. During mitosis each chromosome divides into two daughter chromosomes, one of which segregates into each daughter cell, thus producing daughter cells with identical chromosome constitutions. Meiosis, however, is a specialized cell division in germ cells that generates gametes with the haploid set of 23 chromosomes. The final gametic set includes single representatives of each of the 23 chromosome pairs selected at random. Next, we discuss the methods used to study human chromosomes, including both conventional chromosome banding and molecular cytogenetic techniques. We then touch on the concept of genomic imprinting and its role in human genetic disease. Finally, we briefly review the various types of human chromosomal abnormalities.


צפו בסרטון: כרומוזום (נוֹבֶמבֶּר 2022).