Name: dna structure and base pairing
Uploaded: 2020-11-23T11:47:33.000Z
Duration: 1 min 16 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Minnesota Academic Standards in Science

9-12

Life Science

1.1.1 9L.1.1.1.1

The DNA Helix

חומצה דו-חמצנית, או DNA, מורכב משתי רשתות של פולינוקליוטידים. כל אחד מהם מורכב מארבעה סוגים של יחידות משנה של נוקליאוטידים, אשר מורכב מקבוצת פוספט אחת ובסיס המכיל חנקן, אדנין, A;ציטוזין, C;גואנין, G;או תיאמין, T, ומצורף גם סוכר דיוקסיריבוס הסדר הזה יוצר את עמוד השדרה פוספט הסוכר של מבנה הדנ"א. על קווצה אחת, בקצה השלישי, סוכר בכיוון של קבוצת הידרוקסיל שנחשף באטום הפחמן השלישי, אשר מוכן לקשר קוולנטית אל מולקולת סוכר נוספת בשרשרת באטום הפחמן החמישי באמצעות אג"ח פוספודיסטר.בחוט המקביל כל בסיס הוא לזיווג ייחודי, C עם G ו A עם T, בזכות ההבדלים במספר קשרי המימן הנוצרים ביניהם. צד משלים זה מסתיים עם קבוצת פוספט על חמשת הקצוות. קוטביות כימית כזו מבטיחה אריזה יעילה, אשר מסובבת את שני הגדילים זה סביב זה כדי ליצור סליל כפול 3D עם 10 זוגות בסיס כל סיבוב מלא.

התפללי, לזלי. "גילוי מבנה ותפקוד הדנ"א: ווטסון וקריק". חינוך לטבע 1, מס '1 (2008): 100. [<a href="https://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397">מקור</a>]

סליל הדנ"א

<div style="direction:rtl"><h4>סקירה כללית</h4> חומצה דיאוקסיריבונוקלאית, או DNA, היא החומר הגנטי האחראי להעברת תכונות מדור לדור בכל האורגניזמים וברוב הנגיפים. DNA מורכב משני גדילים של נוקלאוטידים המתפתלים זה סביב זה ויוצרים סליל כפול. גילוי מבנה ה-DNA התרחש בהדרגה במשך כמעט מאה שנה, המייצג את אחד הסיפורים המפורסמים והכובשים ביותר בתולדות המדע. <h4>פירוט מבנה DNA</h4> כל גדיל של DNA מורכב מתת-יחידות הנקראות נוקלאוטידים המכילות את הסוכר דאוקסיריבוז, קבוצת פוספט, ואחד מארבעה בסיסים המכילים חנקן: אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C) ותימין (T). אדנין וגואנין הם חברים בקבוצה גדולה יותר של כימיקלים הנקראים פורינים המכילים כולם מבנים בעלי שתי טבעות. ציטוזין ותימין שייכים לקבוצה של מבנים בעלי טבעות בודדות הנקראות פירמידינים. נוקלאוטידים סמוכים באותו גדיל מקושרים קוולנטית על ידי קשרי פוספודיסטר. שני גדילי הנוקלאוטידים מוחזקים יחד על ידי קשרי מימן, שבהם האדנינים בגדיל אחד מזדווגים עם תימינים באותו מיקום בגדיל השני, והציטוזינים בזוג גדיל אחד עם גואנינים באותו מיקום בגדיל השני. קשר מימן זה מתאפשר על ידי הסידור האנטי מקביל של שני גדילי ה-DNA, שבהם קצוות 5' ו-3' של הגדילים מכוונים בכיוונים מנוגדים. ללא סידור זה, הנוקלאוטידים יהיו במיקום הלא נכון ליצירת קשרי מימן בין גדילים. שני הגדילים של מולקולת ה-DNA כרוכים בחוזקה למבנה דמוי קפיץ הנקרא סליל כפול. עם זאת, הסליל הכפול אינו סימטרי לחלוטין. במקום זאת, ישנם חריצים המתרחשים באופן קבוע במבנה. החריץ העיקרי מתרחש במקום שבו עמודי השדרה של הסוכר-פוספט מרוחקים יחסית זה מזה. מרחב זה מעניק גישה לחלבונים קושרים ל-DNA, כגון גורמי שעתוק. החריץ הקטן, לעומת זאת, מתרחש במקום שבו עמודי השדרה של הסוכר-פוספט קרובים זה לזה. מעט חלבונים יחסית נקשרים ל-DNA דרך החריץ הקטן. <h4>גילוי מבנה ה-DNA: היסטוריה קצרה</h4> סיפור גילוי מבנה ה-DNA מתחיל בשנת 1869 כאשר המדען השוויצרי פרידריך מישר גילה חומר שהוא כינה "גרעין". בתהליך הפקת חלבון מתאי דם לבנים, מצא מישר חומר בלתי צפוי בעל תכולת זרחן גבוהה יחסית. הוא לא ידע מה זה, אבל הוא חשד שהוא יכול להיות חשוב מבחינה ביולוגית. מישר צדק, אבל נדרשו עשרות שנים עד שהקהילה המדעית העריכה במלואה את התובנות שלו. התגלית הקריטית הבאה נעשתה על ידי הביוכימאי הרוסי פיבוס לבנה. ב-1919 הציע לוון שנוקלאין, שידוע אז בתור חומצת גרעין, היה מורכב משרשרות של מולקולות שהוא כינה פולינוקלאוטידים. ההצעה של לוין נבעה ממחקרו על שמרים, שבו מצא כי נוקלאוטידים בודדים מורכבים מקבוצת פוספטים, סוכר ובסיס המכיל חנקן. למרות שמודל הפולינוקלאוטידים של Levene היה נכון במובנים רבים, עדיין לא היה ברור כיצד הבסיסים מסודרים במולקולת ה-DNA. הביוכימאי האוסטרי ארווין צ'רגף הרחיב על עבודתו של לבנה. כשעבד בסוף שנות ה-40, מצא צ'רגף ממצא מרכזי: כמות האדנין ב-DNA תמיד שווה בערך לכמות הטימין, וכמות הגואנין תמיד שווה בערך לכמות הציטוזין. דפוס זה נודע כחוקי צ'רגף והיה עדות מרכזית שאפשרה את ההבהרה הסופית של מבנה ה-DNA. בתחילת שנות ה-50, הביולוג האמריקאי ג'יימס ווטסון והפיזיקאי האנגלי פרנסיס קריק התחרו ביריבם הראשי, לינוס פאולינג האמריקאי, כדי לגלות את המבנה התלת מימדי של ה-DNA. בהתבסס על עבודתו של צ'רגף, הם השתמשו בידע של פיזיקה, מתמטיקה וכימיה כדי לבנות מודלים פיזיקליים של DNA. אבל הם לא הצליחו עד שקיבלו פיסת נתונים קריטית: 'תצלום' רנטגן של DNA שהצביע בפירוט מדויק על המבנה הסליל הכפול שלו. התצלום הזה היה הנתונים שלא פורסמו של הפיזיקאית רוזלינד פרנקלין וניתן לווטסון וקריק ללא ידיעתו של פרנקלין. ווטסון וקריק פרסמו את התיאור שלהם על מבנה ה-DNA בשנת 1953, ויחד עם מוריס וילקינס (עמית לעבודה של פרנקלין), הם זכו בפרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה לשנת 1962 על תגלית זו. למרבה הצער, פרנקלין מת ב-1958 ולכן לא היה זכאי לפרס נובל.</div>

סקירה

חומצה דאוקסיריבונוקלאית, או DNA, היא החומר הגנטי האחראי להעברת תכונות מדור לדור בכל האורגניזמים וברוב ...

Education

JoVE Core

Molecular Biology

ביולוגיה מולקולרית

Unit 1

יחידה 1

DNA, Cells, and Evolution

DNA, תאים ואבולוציה

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחים ומושגים מרכזיים

dna structure and base pairing

DNA has a helical structure that helps store genetic information. The double helix is the shape formed by two strands that twist around each other. This structure is a key feature of DNA in cells.

The two strands are held together by base pairing. Bases on one strand match with bases on the other strand in a regular way. This pairing helps keep the DNA molecule stable and organized.

The helix shape also helps explain how DNA fits into chromosomes and carries instructions for living things. By studying the DNA helix, students can connect molecular structure with heredity and genetic information.

DNA Structure and Base Pairing

the dna helix

DNA has a helical structure that helps store genetic information. The double helix is the shape formed by two strands that twist around each other. This structure is a key feature of DNA in cells. The two strands are held together by base pairing. Bases on one strand match with bases on the other strand in a regular way. This pairing helps keep the DNA molecule stable and organized. The helix shape also helps explain how DNA fits into chromosomes and carries instructions for living things. By...

the central dogma

DNA to Protein: Central Dogma Steps

The central dogma explains how genetic information moves from DNA to RNA to protein. This flow is a key idea in molecular biology. It helps show how cells use genes to make the molecules that carry out work. DNA stores the instructions for making proteins. During transcription, a gene in DNA is copied into RNA. The RNA then carries that message to the next stage. In translation, the RNA message is used to build a protein. Proteins do much of the cell’s work, so this process connects genes to...

prokaryotic cells

Inside Prokaryotic Cell Structure

Prokaryotic cells have a simple internal structure compared with many other cells. They are usually divided into two groups: bacteria and archaea. These cells have no nucleus, so their DNA is not enclosed in a membrane-bound compartment. Instead, the genetic material is found in the nucleoid, a region where the DNA is located in the cell. Some prokaryotic cells also contain plasmids, which are small extra DNA molecules. A capsule may surround the cell and provide an additional outer layer. <br...

eukaryotic compartmentalization

Cell Compartments in Eukaryotes

Eukaryotic cells use compartments to organize many different jobs inside one cell. These compartments help separate processes so they can happen in the right place. The compartment called the cytosol is the fluid part of the cell. It surrounds the other internal structures and helps support many cell processes. Inside the cell, membrane-bound organelles create distinct microenvironments. A microenvironment is a small internal space with conditions that fit a specific task. This separation...

the tree of life - bacteria, archaea, eukaryotes

the-tree-of-life-bacteria-archaea-eukaryotes

How Life Is Classified Into Three Domains

The tree of life shows how organisms are related through evolution. Its root represents the common ancestor of all life on Earth. From that point, branches spread out like a tree. The tips of the branches represent living, or extant, species. Species that no longer exist, called extinct species, appear closer to the center of the tree. Today, these organisms are grouped into three domains: bacteria, archaea, and eukaryotes. Scientists still debate these divisions, so the tree of life keeps...

mutations

How Mutations Change DNA

Mutations are changes in DNA. They can alter the genetic code and affect how genes work. In high school biology, students often study mutations to understand how DNA changes can influence traits. The transcript focuses on two common mutation types: point mutations and frameshift mutations. A point mutation changes one nucleotide, which is one DNA building block. A frameshift mutation happens when nucleotides are added or removed and the reading frame shifts. These changes matter because they...

gene evolution - fast or slow?

Why Some Gene Regions Evolve Faster

Gene regions do not all change at the same rate. In eukaryotes, long stretches of DNA do not code for proteins or RNAs. Some of these non-coding regions include important regulatory sequences, but most have no known function. Because little or no selection pressure acts on them, they often change the fastest over evolutionary time. Protein-coding regions usually evolve more slowly. A change in a coding sequence can alter a protein and make it less effective at doing its job. That creates...

genome size and the evolution of new genes

genome-size-and-the-evolution-of-new-genes

How Genome Size Shapes New Genes

Genome size can vary widely, and it also helps show how new genes form. Every living organism has a genome, whether it uses RNA or DNA. Yet the size of that genome can be very different from one organism to another. One major difference is whether the organism is prokaryotic or eukaryotic. Prokaryotic genomes usually have little to no non-coding sequence, which means genes are packed closely together in operons along the chromosome. Eukaryotic genomes contain long stretches of non-coding DNA...

gene families

How Gene Families Evolve and Diversify

Gene families are groups of genes that are thought to come from a shared ancestor. They usually form when a gene is copied by mistake during cell division. The original gene stays under selection pressure to keep its job, while the extra copy can change more quickly over time. Some copied genes gain a new role in the organism. When that happens, they are called paralogs, which are two genes in the same species that evolved from one common ancestral gene. Gene families also include orthologs,...

types of genetic transfer between organisms

types-of-genetic-transfer-between-organisms

How Genes Move Within and Across Generations

Genetic transfer is the movement of genetic information from one organism to another. It happens in two main ways: vertical gene transfer and horizontal gene transfer. Vertical gene transfer moves genes from one generation to the next. It is much more common than horizontal gene transfer. Vertical gene transfer happens during both sexual reproduction and asexual reproduction. In both cases, one or more organisms pass some or all of their genome to their offspring. This kind of transfer occurs...

key terms and concepts

Explore the DNA double helix and base pairing in a clear, high school-friendly overview of how DNA stores genetic information.

DNA Structure and Base Pairing | JoVE K12

molecular biology

JoVE Core Molecular Biology showcases the molecular processes of the cell through clear and concise animated video lessons. Additionally, in scientist-in-action videos, these concepts' application is demonstrated through real experiments in modern laboratories.

new-jersey-student-learning-standards-for-science

New Jersey Student Learning Standards for Science

High School

heredity-inheritance-and-variation-of-traits

Heredity: Inheritance and Variation of Traits

HS-LS3-1

Next Generation Science Standards

from-molecules-to-organisms-structures-and-processes

From Molecules to Organisms: Structures and Processes

HS-LS1-1

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Structure and Function

HS-LS1-1.

myJoVE Corporation

The Central Dogma

DNA Packaging

DNA as a Genetic Template

Two structural features of the DNA molecule provide a basis for the mechanisms of heredity: the four nucleotide bases and its double-stranded nature. The ...

Organization of Genes

Lampbrush Chromosomes

In 1882, Flemming observed lampbrush chromosomes (LBC) in salamander eggs. Later in 1892, R&#252;ckert observed LBCs in shark egg cells and coined the ...

Polytene Chromosomes

Polytene chromosomes are giant interphase chromosomes with several DNA strands placed side by side. They were discovered in the year 1881 by Balbiani in ...

Euchromatin

The extent of chromatin compaction can be studied by staining chromatin using specific DNA binding dyes. Under the microscope, the dense-compacted regions ...

Heterochromatin

Heredity: Inheritance and Variation of Traits: Ask questions to clarify relationships about the role of DNA and chromosomes in coding the instructions for characteristic traits passed from parents to offspring. (P: 1, CC: 2, CI: LS3)

1 Exploring phenomena or engineering problems
 1.1 Asking questions and defining problems
  1.1.1 Students will be able to ask questions about aspects of the phenomena they observe, the conclusions they draw from their models or scientific investigations, each other’s ideas, and the information they read.

DNA Structure and Base Pairing

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards