The Central Dogma: DNA to proteins (an animated lecture video)

Summary

El guion ofrece una introducción a cómo el ADN da forma a nuestras características al codificar proteínas. Se explica el proceso de transcripción y traducción que convierte la información génica en proteínas, así como la estructura molecular de ácidos nucleicos y proteínas. Se utiliza una analogía de imprimir un ensayo para ilustrar la transcripción y traducción. Además, se discuten los distintos niveles de estructura de las proteínas y cómo la secuencia de aminoácidos determina su forma y función. El guion también explora la importancia de las bases nitrogenadas en el ADN y cómo su combinación afecta la forma de las proteínas, con ejemplos como el anemia falciforme causada por una única variación en una proteína.

Takeaways

• 🧬 La genética se basa en el ADN, que actúa como un almacén de información y es capaz de replicarse.
• 📚 El 'Dogma Central' de la biología molecular describe cómo el ADN se convierte en ARN mensajero (mRNA) y luego en proteínas.
• 🔠 El lenguaje genético se basa en cuatro letras: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G).
• 🌐 El ADN es una molécula de doble helix, compuesta por dos cadenas antiparalelas conectadas por pares de bases.
• 🔄 El proceso de transcripción convierte la información del ADN en mRNA, mientras que la traducción convierte el mRNA en proteínas.
• 📝 La estructura primaria de un ARN o ADN es la secuencia de nucleótidos que determina su función.
• 🧬 Las proteínas son polímeros de aminoácidos y su forma tridimensional es crucial para su función.
• 🔗 La estructura secundaria de las proteínas se compone de alfahélices y betaplacas, formadas por enlaces de hidrógeno.
• 🌀 La estructura terciaria de una proteína es el resultado de las interacciones entre los grupos laterales (R) de los aminoácidos.
• 🤝 La estructura cuaternaria se refiere a las proteínas que están compuestas de múltiples polipeptidos.
• 🌐 La variación en una sola base del ADN puede causar cambios significativos en la estructura y función de una proteína, como en el anemia falciforme.

Q & A

¿Qué es la molécula de ADN y qué función cumple en la biología?

La molécula de ADN, o ácido desoxirribonucleico, es una molécula de información que almacena los datos genéticos en todas las formas de vida. Sirve como plantilla para la síntesis de ARN mensajero (mRNA), que a su vez se traduce en proteínas, esenciales para la función y estructura de las células.

¿Qué es la hipótesis central de la biología molecular y quiénes la propusieron?

La hipótesis central de la biología molecular fue propuesta por Francis Crick y describe cómo la información de la ADN se transfiere y se traduce en proteínas. Esto implica dos procesos principales: la transcripción, donde la ADN se copia en ARNm, y la traducción, donde el ARNm se traduce en una cadena de aminoácidos para formar proteínas.

¿Cómo se describe el proceso de transcripción en el script?

El proceso de transcripción es cuando la información del ADN se copia en una molécula de ARN mensajero (mRNA). Este proceso es crucial ya que permite que la información genética se utilice para la síntesis de proteínas en el ribosoma.

¿Qué es el ARN mensajero (mRNA) y qué papel juega en la síntesis de proteínas?

El ARN mensajero es una molécula que actúa como intermediario entre la ADN y las proteínas. Se genera a partir de una secuencia específica de la ADN y lleva la información codificada para la síntesis de una cadena específica de aminoácidos en el ribosoma.

¿Qué son las proteínas y cómo se relacionan con la función celular?

Las proteínas son grandes moléculas que sirven como máquinas celulares y participan en una amplia variedad de procesos biológicos, como la señalización celular, la catalización de reacciones químicas y el transporte molecular. Cada proteína tiene una forma tridimensional específica que determina su función.

¿Cómo se describe la estructura primaria de una molécula de ADN?

La estructura primaria de una molécula de ADN se compone de una secuencia de nucleótidos que determina la información genética. Los nucleótidos están conectados por enlaces fosfodiesteros, formando una doble helix donde las cadenas se encuentran opuestas en sentido antiparalelo.

¿Cuáles son las diferencias entre los nucleótidos de la ADN y los de la RNA?

Los nucleótidos de la ADN, llamados deoxyribonucleótidos, tienen un azúcar llamado desoxirribosa y cuatro bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina y guanina. Mientras tanto, los nucleótidos de la RNA, ribonucleótidos, tienen un azúcar llamado ribosa y una quinta base nitrogenada, uracilo, en lugar de timina.

¿Qué es la estructura secundaria de la ADN y cómo se descubrió?

La estructura secundaria de la ADN es la forma en que los nucleótidos se organizan en una doble helix. Este descubrimiento fue posible gracias a los estudios de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, quienes usaron cristalografía de rayos X para determinar la forma molecular de la ADN.

¿Cómo se describe la relación entre las bases nitrogenadas en la estructura de la ADN?

Las bases nitrogenadas en la ADN se unen a través de emparejamiento base por base, donde la adenina (A) se une a la timina (T) y la citosina (C) se une a la guanina (G), manteniendo la información genética y dando forma a la doble helix.

¿Qué son las proteínas y cuántos tipos de aminoácidos hay en las proteínas de los seres vivos?

Las proteínas son polímeros formados por cadenas de monómeros llamados aminoácidos. Hay más de 500 aminoácidos conocidos, pero solo 20 de ellos son utilizados en las proteínas de los seres vivos.

¿Cómo se relaciona la estructura primaria de una proteína con su función?

La estructura primaria de una proteína, que es la secuencia de aminoácidos, determina su forma tridimensional, que a su vez define su función. Cualquier cambio en la secuencia de aminoácidos puede afectar la forma y, por lo tanto, la función de la proteína.

Outlines

00:00

🧬 Fundamentos de la Bioquímica Molecular

Este párrafo introduce los conceptos básicos de cómo la DNA da forma a las proteínas y explora la estructura molecular de ácidos nucleicos y proteínas. Se menciona que todos los organismos vivos comparten un código genético y que Francis Crick propuso que la DNA es una molécula de almacenamiento informativo capaz de replicarse y transmitir información a través de ARN mensajero (mRNA) para sintetizar proteínas. La analogía de imprimir un ensayo en una computadora se utiliza para explicar el proceso de transcripción y traducción, donde la información de la DNA se transcribe a mRNA y luego se traduce a una cadena específica de aminoácidos en el ribosoma para formar proteínas. Además, se describe la importancia de la forma tridimensional de las proteínas en su función.

05:00

🌟 Composición y Estructura de ADN y ARN

Se describe la composición de los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN, enfocándose en las diferencias entre ellos. El ADN es una molécula doblamente enroscada compuesta por monómeros llamados deoxirribonucleótidos, que consisten en un grupo fosfato, un azúcar (desoxirribosa) y una de cuatro bases nitrogenadas. Por otro lado, el ARN es una cadena sencilla compuesta por ribonucleótidos, que difieren en el azúcar (ribosa) y una de las bases nitrogenadas (uracilo en lugar de timina). Se explica cómo estos monómeros están conectados mediante enlaces fosfodiester y se proporciona información sobre la direcciónalidad de las cadenas nucleicas, marcada por los extremos 5' y 3'.

10:03

🎓 Estructura Secundaria de la DNA y Descubrimientos Clave

Este párrafo detalla la estructura secundaria de la DNA, que fue un hito en la biología del siglo XX. Se menciona el trabajo pionero de Erwin Chargaff, que descubrió la relación de paridad entre las bases, y la hipótesis de Watson y Crick sobre la doble helice de la DNA con base par. Se describe cómo la evidencia de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, mediante cristalografía de rayos X, ayudó a determinar la forma molecular de la DNA. La base par se establece a través de un enlace de hidrógeno, lo que explica la forma y estabilidad de la doble helice.

15:05

🛠 Funciones y Estructura de las Proteínas

Se explora el papel de las proteínas como máquinas celulares y su importancia en los procesos biológicos. Las proteínas son polímeros formados por cadenas de monómeros llamados aminoácidos, y solo 20 de los más de 500 aminoácidos conocidos aparecen en las proteínas de los organismos vivos. Se describe la estructura de los aminoácidos y cómo las diferencias en sus grupos laterales (R) afectan la forma y la función de las proteínas. Además, se explica cómo las enzimas catalizan reacciones químicas y cómo las proteínas pueden ser transportadoras moleculares, con la forma tridimensional de las proteínas siendo crucial para su función.

20:06

🔍 Estructura de los Aminoácidos y Enfermedades Genéticas

Este párrafo se enfoca en la estructura primaria de las proteínas, donde la secuencia de aminoácidos es crucial para su función. Se utiliza la anemia falciforme como ejemplo de una enfermedad causada por una variación en la estructura primaria de una proteína, específicamente la hemoglobina. Se discute cómo una sustitución de un solo amino ácido puede cambiar drásticamente la forma y la función de una proteína, y cómo esto puede tener consecuencias médicas significativas. También se menciona cómo ciertas condiciones genéticas pueden ser ventajosas en ciertos entornos, como la resistencia a la malaria en el caso de la anemia falciforme.

25:08

🌀 Estructuras Secundaria y Terciaria de las Proteínas

Se describen las estructuras secundaria y terciaria de las proteínas, que son esenciales para su forma y función. La estructura secundaria se compone de patrones regulares como el alfa hélice y las hojas plegada, que se forman a través de enlaces de hidrógeno entre los grupos amine y carboxilo de los aminoácidos vecinos. La estructura terciaria se define por cómo los grupos R de los aminoácidos vecinos interactúan, lo que resulta en patrones de plegado específicos que estabilizan la forma tridimensional de la polipeptídica. Además, se mencionan las interacciones entre los grupos R, incluyendo enlaces de hidrógeno, iones y otras fuerzas no covalentes, que contribuyen a la estabilidad y forma de las proteínas.

🧬 Codigo Genético y Procesos de Transcripción y Traducción

Este párrafo concluye el script con una breve mención de los temas que se abordarán en una próxima lección, que incluyen el código genético y los detalles específicos de la transcripción y traducción. Aunque no se proporcionan detalles en este párrafo, se establece el contexto para una discusión más profunda sobre cómo la información genética se convierte en proteínas y cómo se regula este proceso en las células.

Keywords

💡DNA

DNA, o ácido desoxirribonucleico, es una molécula de doble helix que contiene la información genética en todos los organismos vivos. Es el núcleo de la herencia y diversidad biológica, como se menciona en el guion cuando se discute cómo 'genéticamente eres quien eres porque de ADN'. El ADN se replica y se transcribe en ARN mensajero (mRNA), que luego es traducido en proteínas, proceso fundamental en la biología molecular.

💡Proteínas

Las proteínas son grandes moléculas que actúan como máquinas celulares y son esenciales para la vida. Son polímeros formados por aminoácidos, como se describe en el guion con 'proteinas son las máquinas internas de las células'. Las proteínas tienen distintas funciones, desde la señalización celular hasta la catalización de reacciones químicas, y su forma tridimensional, determinada por la secuencia de aminoácidos, es crucial para su función.

💡Transcripción

La transcripción es el proceso por el cual el ADN se copia en ARN, como se ilustra en el guion con la analogía de 'DNA sirve como plantilla para la síntesis directa de un ARN mensajero'. Es una etapa clave en la expresión gènetica, donde la información del ADN se transfiere al ARN, preparando el escenario para la traducción en proteínas.

💡Traducción

La traducción es el proceso en el que el ARN mensajero (mRNA) es leído por ribosomas y traducido en una cadena específica de aminoácidos, que se convierte en una proteína. El guion lo compara con 'la impresión de un ensayo desde una computadora', donde el ARN es el mensaje enviado a la impresora, que es el ribosoma en la analogía.

💡ARN mensajero (mRNA)

El mRNA es una molécula de ARN que actúa como intermediario entre el ADN y las proteínas. Se menciona en el guion como 'también conocido como ARN mensajero', y es el resultado de la transcripción del ADN. El mRNA lleva la información genética del núcleo a las ribosomas, donde se traduce en proteínas.

💡ARN de transferencia (tRNA)

El tRNA es una molécula de ARN que desempeña un papel crucial en la traducción proteica. Se describe en el guion como 'molecules que realmente traducen el mRNA en el ribosoma', y es responsable de llevar los aminoácidos específicos a la cadena en crecimiento de la proteína durante la síntesis.

💡Ribosoma

El ribosoma es una estructura celular que actúa como 'impresora' en la traducción genética, tal como se menciona en el guion. Es un complejo de proteínas y ARN ribosomal (rRNA) donde se lee el mRNA y se construye la proteína a partir de aminoácidos, uno por uno.

💡Aminoácidos

Los aminoácidos son los monómeros que componen las proteínas, como se indica en el guion con 'cada proteína tiene una secuencia específica de aminoácidos'. Hay 20 tipos de aminoácidos que se combinan en diferentes secuencias para formar proteínas con funciones únicas en el organismo.

💡Esfera de Chargaff

La esfera de Chargaff es un principio fundamental en la química del ADN, que establece que la cantidad de adenina (A) es igual a la de timina (T) y la de citosina (C) es igual a la de guanina (G). Esto se menciona en el guion como 'descubrió que la abundancia relativa de guanina es igual a citosina y la abundancia relativa de adenina es igual a timina', lo cual fue crucial para la comprensión de la estructura del ADN.

💡Doblingue helicoidal

La doble helix es la forma tridimensional del ADN, descrita en el guion como 'el análisis de la difracción de rayos X permitió concluir que... el分子debe ser helicoidal'. Esta estructura fue descubierta por Watson y Crick y es fundamental para la comprensión de cómo se almacena y se transmite la información genética.

Highlights

DNA como molécula de almacenamiento de información y su capacidad de replicación.

El concepto del 'dogma central' de la biología molecular.

Proceso de transcripción de ADN a ARNmessenger (mRNA).

La traducción de mRNA a proteínas a través del ribosoma y el ARN de transferencia (tRNA).

La estructura tridimensional de las proteínas y su importancia en la función celular.

Analogía entre la transcripción y traducción y el proceso de imprimir un ensayo desde una computadora.

La síntesis de proteínas y su comparación con el lenguaje de nucleótidos y aminoácidos.

La diferencia entre el azúcar de ribosa en ARN y deoxirribosa en ADN y su importancia.

La base de uracilo en ARN en lugar de timina en ADN y su implicación en la diferenciación de los dos tipos de ácidos nucleicos.

La formación de enlaces fosfodiester por condensación en la creación de ácidos nucleicos.

La direcciónalidad de los ácidos nucleicos y su notación secuencial.

La estructura secundaria del ADN y la hipótesis de la doble hélice propuesta por Watson y Crick.

La relación entre la paridad de bases y la estructura del ADN según las reglas de Chargaff.

El papel del ácido ribonucleico en la síntesis activa de proteínas.

La diferencia entre los ácidos nucleicos y las proteínas en términos de sus monómeros y estructura.

La estructura primaria de las proteínas y su relación con la secuencia de aminoácidos.

La anemia falciforme como un ejemplo de cómo una variación en la estructura primaria de una proteína puede causar un trastorno heredado.

La ventaja evolutiva de la anemia falciforme en áreas donde predomina la malaria.

La estructura secundaria de las proteínas, incluyendo las helicias alfa y las hojas plegada beta.

La estructura terciaria de las proteínas y cómo las interacciones de los grupos laterales de los aminoácidos afectan su forma.

La estructura cuaternaria de las proteínas y cómo múltiples polipeptídos pueden interactuar para formar una proteína funcional completa.

Transcripts

[Music]

genetically you are who you are because

of DNA but how does DNA make you you in

this lecture you will learn the basics

of how DNA makes proteins and

investigate the molecular structure of

nucleic acids and proteins

as our understand

biological molecules increased in the

20th century researchers discovered that

all living organisms share a genetic

code in 1956 Francis Crick proposed that

DNA is an informational storage molecule

capable of replicating itself further he

proposed that the information that was

transmitted had to be read by a

manufacturing body within the cell which

puts amino acids together in a specific

sequence ultimately synthesizing a

protein this became known as the central

dogma of molecular biology specifically

DNA serves as a template for the direct

synthesis of a messenger RNA molecule

also known as mRNA in a process known as

transcription secondly mRNA is read at a

ribosome by transfer RNAs also known as

T RNAs which work together to assemble a

specific chain of amino acids which

collectively assembled to generate a

protein in a process known as

translation proteins are the cells

internal machinery similar to parts of a

car each protein has a specific

three-dimensional shape that determines

its function any change in the shape

potentially changes the function of the

protein consider an analogy of

transcription and translation to

printing an essay from a computer once

your essay is complete you store the

document to the hard drive similar to

DNA the hard drive stores information

DNA is a genetic storage molecule data

and computer is stored in a binary

language when it's time to print your

essay you send a command to the computer

to send a message to the printer this

message is akin to mRNA a genetic

messaging molecule similar to the binary

message sent to the printer DNA and RNA

share a chemical language based on

nucleotides hence why the information

exchanged from DNA to RNA is called

transcription an exchange of information

in the same language once the

information is received at the printer

it is translated from a binary language

into a different language a language of

ink analogously mrna is read by the

ribosome and translated into the

language of proteins which are made up

of amino acids thus the process from RNA

to protein

is known as translation translating from

the language of nucleotides to amino

acids the ribosome is akin to the

printer serving as a facility for the

process of translation the molecules

that actually translate the mRNA at the

ribosome are a different kind of RNA

transfer RNA or tRNA in the process of

translation a tRNA reads the mRNA and

links a specific amino acid to a growing

protein for your essay to represent your

idea the ink must be physically arranged

in a specific manner any malfunctioning

the positioning of the letters would not

convey the same idea

similarly proteins have a specific

three-dimensional shape that determines

their function any change in that shape

can potentially alter its function in

our analogy DNA is the stored file in

the hard drive mRNA is the message sent

to the printer the printer is the

ribosome the SI is the protein in the

letters represent the amino acids DNA

indirectly codes for proteins DNA

directly creates all of the intermediate

players of transcription and translation

DNA's day to day function is the

production of RNA molecules messenger

RNA is directly generated by a specific

segment of DNA that segment of DNA is

known as a gene the mRNA travels to a

ribosome which is made up of a protein

and another type of RNA ribosomal RNA or

rRNA at the ribosome the mRNA serves as

a code for the synthesis of protein by

linking specific amino acids in an exact

sequence the overall collection of an

amino acid chain is the protein Dena is

also capable of self replication

necessary for the creation of new cell's

DNA and RNA are biological molecules

known as nucleic acids nucleic acids as

well as proteins are polymers or

molecules made up of a linking chain of

repeating molecules the repeating

components are known as monomers the

monomers when nucleic acids are

nucleotides which are composed of three

components

hey sugar a phosphate group and in that

raja'na space DNA or deoxyribonucleic

acid is a double-stranded nucleic acid

composed of monomers known as

deoxyribonucleotides a

deoxyribonucleotide is made up of three

components a phosphate group the sugar

deoxyribose and one of four nitrogenous

bases while the phosphate group and

deoxyribose are identical in the varying

deoxyribonucleotides

DNA houses for different nitrogenous

bases adenine known as a thymine T

cytosine C and guanine G these four

different nucleotides serve as the

letters of the genetic informational

storage which are transcribed into mRNA

and eventually read at the ribosome to

create a protein all of the biological

diversity on earth in the world is based

on the language of life which only has

four letters

these nitrogenous bases can be placed

into categories based on their shape

thymine and cytosine are each composed

of a single carbon ring skeleton and are

known as parameters whereas adenine and

guanine are composed of two carbon ring

skeletons connected together once

excited in yellow and five sided and

these are known as purines ribonucleic

acids RNAs are single-stranded nucleic

acid polymers made up of the monomers

ribonucleotides ribonucleotides are

identical to deoxyribonucleotides with

two exceptions first ribonucleotides are

made of the sugar ribose which has a

hydroxide at the two prime carbon

whereas deoxyribose has a hydrogen atom

at that location the carbons of ribose

and deoxyribose are notated moving

clockwise from the oxygen ring one prime

to five prime the 1 prime carbon

connects to the nitrogenous base the

atoms attached to the two prime carbon

differ between ribose and deoxyribose

clockwise from the two prime carbon is

the 3 prime carbon followed by the four

prime carbon and the five prime carbon

attaches to the phosphate group so

relative to RNA sugar ribose DNA sugar

deoxyribose lacks an oxygen at the two

prime carbon

hence deoxy ribose that single

difference allows cells to differentiate

between those two nucleotides second

ribonucleotides differ in their suite of

nitrogenous bases 3 ribonucleotides have

the same nitrogenous base as the

deoxyribonucleotides cytosine guanine

and adenine while the fourth

ribonucleotide is composed of the

nitrogenous base uracil

your SIL is very similar to the thymine

except that there is a hydrogen atom at

the three prime location of uracil while

thymine has a methyl or ch3 group there

the phosphate group is identical for

both ribonucleotides and

deoxyribonucleotides nucleotides linked

together in long chains to form a

nucleic acid individual nucleotides are

connected by a covalent bond that forms

between the three prime carbon of the

sugar molecule of one nucleotide and a

phosphorus of the phosphate group of an

adjacent nucleotide in this reaction a

hydrogen atom is removed from the three

prime carbon and hydroxyl is removed

from the phosphate these byproducts

combine forming water and a reaction

known as a condensation reaction

following this reaction the two

nucleotides are connected by a

phosphodiester bond in which a phosphate

group is linked to the five prime carbon

of its original nucleotide and the three

prime carbon of an adjacent nucleotide

adding a third nucleotide the nucleic

acid begins to take shape in this

developing nucleic acid a phosphate is

attached to a sugar which is attached to

a phosphate attached to a sugar and so

on

a phosphodiester linkage involves two of

the three components of a nucleotide a

phosphate and a sugar hanging off to the

side of the nucleic backbone are the

nitrogenous bases this repeating pattern

forms the backbone of nucleic acids one

end of a nucleic acid strand is bound by

a phosphate group while the opposite end

is bound by a sugar giving DNA and RNA

directionality the phosphate group

terminus of a nucleic acid is referred

to as the five prime end of the Strand

as the five prime carbon is the closest

carbon to the end of that molecule the

opposite end of the nucleic backbone

contains a sugar terminus called the

three prime end the sequence of

nucleotides in a nucleic acid is known

as its primary structure scientists have

standardized the notation of nucleic

acids primary structure by listing the

nucleotides from the five prime end to

the three prime end five prime to three

prime for example a segment of RNA

adenine guanine guanine uracil adenine

cytosine would be notated a g g u a c

RNA or ribonucleic acid is a

single-stranded nucleic acid composed of

ribonucleotides the nucleic backbone of

RNA is bound by a phosphate group at the

five prime terminus and ribose a sugar

on the three prime terminus each

ribonucleotide has one of four

nitrogenous bases adenine uracil

cytosine and guanine RNA molecules are

predominantly responsible for actively

synthesizing proteins DNA synthesizes

messenger RNA mRNA which transmits

genetic information from DNA to arrived

ISM the primary sequence of the mRNA

determines the sequence of amino acid

and the resultant protein ribosomes are

hybrid complexes made up of proteins and

a different type of RNA ribosomal RNA

are RNA at the ribosome the mRNA is read

and decoded by a third

RNA transfer RNA or tRNA and eukaryotes

a different are in a small nuclear RNA s

in RNA is involved in modifying the mRNA

after transcription and before

translation DNA is the double-stranded

nucleic acid composed of

deoxyribonucleotides which vary from

ribonucleotides by having a different

five carbon sugar called deoxyribose in

living organisms there are four

deoxyribonucleotides that vary in their

nitrogenous bases adenine thymine

cytosine and guanine once the primary

structure of DNA was solidified the next

question was how are the nucleotides

arranged to create the DNA molecule or

the secondary structure of DNA the

discovery of DNA secondary structure was

one of the most important biological

discoveries of the 20th century one of

the first Clues came from analyses

conducted in the early 1950s by erwin

chargaff comparing the relative

abundances of deoxyribonucleotides

across a variety of organisms chargaff

discovered that the relative abundance

of guanine equal cytosine and the

relative abundance of adenine equals

thymine and what is most interesting

about this is that he found this

relationship across many different

species of organisms chargaff's

discovery was instrumental to scientist

uncovering DNA secondary structure James

Watson and Francis Crick suggested shar

graphs evidence strongly supports base

pairing in DNA in which

deoxyribonucleotides of adenine attached

a thymine and guanine attaches to

cytosine in addition Watson and Crick

hypothesized that base pairing of

deoxyribonucleotides suggests that DNA

was most likely double-stranded

acquire evidence of the actual molecular

shape of DNA rosalind Franklin and

Maurice Wilkins bombarded DNA with

x-rays and analyzed how the radiation

scattered a technique known as x-ray

chromatography analysis of the scatter

plots from this technique allowed them

to measure the distance between atoms

and DNA and they were able to conclude

three things one DNA has a consistent

width to within DNA as a repeating

pattern in three the molecule must be

helical in collaboration with Franklin

and Wilkins

Watson and Crick used the measurements

to define the geometry of the components

of the deoxyribonucleotides creating

physical models of the nucleotides

literally paper cutouts Watson and Crick

tinkered with the different arrangements

of the nucleotides to explain one

chargaff's rule to a consistent width 3

the repeating pattern of the nucleotides

and for the helical shape of the DNA by

arranging base pairing nucleotides a

with T and C with G side-by-side and

strands running in opposite directions

all of the discoveries could be

explained in other words Watson and

Crick suggested that DNA is composed of

two strands one running five prime to

three prime connected to a second strand

running three prime to five prime this

orientation is called anti parallel the

nucleic backbone is composed of

alternating phosphate and deoxyribose

sugar molecules with a phosphate on the

five prime end of the Strand

and a deoxyribose on the three prime end

the strands twist to form a double helix

a spiral bounded on the outside by two

nucleic backbones running in opposite

directions with a nitrogenous bases

facing inward based on chargaff's

findings Watson and Crick determined

that the nitrogenous bases from adjacent

DNA strands connect according to base

pairing the discovery of a consistent

width of the DNA also supported the 80

and CG base pairing while adenine and

guanine are different molecules they're

both purines and approximately the same

size and shape the same is also true of

the perimeters cytosine and thymine

however purines consist of a figure 8

structure which is larger than the

search

Euler structure of the parameters for

the width of DNA to be consistent with

the variety of shapes found in the

nitrogenous bases purines must connect

with perimeters a purine purine base

pairing creates a larger molecule width

and observed and a perimeter perimeter

would be too small if a purine

pyrimidine base pairing explains a

consistent width of a double-stranded

DNA molecule why does guanine a purine

always appear to bind with cytosine a

pyrimidine but never thymine also a

perimeter

why doesn't adenine a purine bind with

cytosine with their physical models of

the nucleotides Watson and Crick deduced

the nitrogenous bases of the adjacent

strands were held together by hydrogen

bonding due to the differential in

electronegativities the hydrogen's of

the nitrogenous bases are partially

positive and the oxygens and nitrogen's

are partially negative hydrogen bonds

form between the partially positive and

partially negative atoms of adjacent

nitrogenous bases investigating the

shapes and interactions of these four

nitrogenous bases they discovered that

guanine and cytosine were geometrically

complements of each other and held

together by three hydrogen bonds well I

hadn't even finding are held together by

two hydrogen bonds essentially the AAT

and ceg pairing are more stable than any

other combination due the

complementarity of the molecular shape

of the hydrogen bond orientation alright

let's take a closer look at proteins

proteins are biological molecules that

serve as cellular machines and living

organisms these large molecules are

specific three-dimensional structures

involved in biological processes such as

cellular signaling catalyzing chemical

reactions molecular transportations as

well as many other functions proteins

are polymers consisting of long chains

of monomers amino acids of the more than

500 amino acids known only 20 appear in

proteins of living organisms

an amino acid is a relatively simple

organic molecule attached to a central

carbon by single covalent bonds are one

a hydrogen atom to an amine group in

three plus three a carboxylic acid group

Co Oh minus and for an R group also

known as a sidechain around pH seven as

in water the amine group of an amino

acid attracts a proton becoming nh3 plus

and acts as a base the carboxyl group is

negatively charged in water due to the

high electronegativity of both oxygens

pulling electrons from the hydrogen and

losing the proton different amino acids

vary in their are group of the protein

building amino acids the R groups can

vary in their size shape and polarity

proteins being made up of chains of

amino acids vary based on the

interactions of the atoms within the

amino acids and water these interactions

dictate the shape of the protein which

in turn determines its function R groups

vary in their polarity nonpolar

molecules have relatively equal

distribution of electrons via covalent

bonding while polar molecules have

unequal distribution of electrons the

unequal distribution of electrons and

polar molecules creates partially

charged atoms polar R groups are

hydrophilic meaning they have an

affinity for water due to the hydrogen

bonds between the partial charges of the

R group and water molecules nonpolar R

groups are repelled by water or

hydrophobic therefore in a chain of

amino acids ones with the polar R groups

will bend towards water and nonpolar R

groups will bend away

affecting the eventual shape of a

protein proteins are polymers of amino

acids chained together by covalent bonds

known as peptide bonds a peptide bond is

a condensation reaction in which the

oxygen ion of the carboxylic acid from

one amino acid is removed becoming

carboxyl and combines with two hydrogen

atoms from the amine group of an

adjacent amino acid to produce water a

covalent bond forms between the two

amino acids when the carbon of the

carboxyl group that lost the OAH during

the condensation reaction combines with

the adjacent nitrogen of another amino

acid that lost the hydrogen atoms

bonding to adjacent amino acids this is

a peptide bond amino acids linked via

peptide bonds forming long-chain

molecules or polypeptides

proteins have four levels of structure

the three-dimensional shape of a protein

determines its function and the shape of

proteins are ultimately dependent upon a

sequence of amino acids coded for by DNA

the unique amino acid sequence is of

proteins primary structure in humans

sickle-cell Denia is an inherited

condition in which blood cells have a

variant of the oxygen binding protein

hemoglobin sickle cell anemia is

considered a disease of the primary

structure of proteins as it is caused by

the variation of a single amino acid in

hemoglobin a valine instead of a

glutamate in the sixth position of a

hundred and forty six amino acid protein

while normal blood cells are rounded

humans with this variant produced sickle

shape red blood cells normal blood cells

are elastic and flow freely through

veins but sick old red blood cells are

rigid and tend to get stuck where the

veins branch this blockage starves

downstream tissues of oxygen resulting

in a host of medical issues including

lower life expectancy the body

identifies the cells when they get stuck

and destroys them healthy red blood

cells typically live between 90 and 120

days whereas sick old red blood cells

have a 10 to 20 day lifespan therefore

people with sickle cell Dyneema must

produce much more blood which is rich in

iron leading to an overall iron

deficiency or anemia interestingly

sickle cell anemia is an evolutionary

advantage in certain circumstances prior

to globalization the highest rates of

sickle cell anemia occur in tropical

Africa the Middle East and India all

malaria dominated areas malaria is a

single-celled eukaryotic parasite

transmitted by mosquitoes that some

considered the most deadly human disease

ever

however in sick old red blood cells the

malaria parasites caused a cell to

rupture before they can successfully

reproduce therefore people with sickle

cell anemia have an evolutionary

advantage over people with normal blood

cells in these areas Nerys absent of

malaria sick old red blood cells are

highly disadvantageous due to the host

of medical conditions associated with

this variant

all of this is caused by a single

different amino acid in one protein an

alteration of the proteins primary

structure when amino acids are grouped

into polypeptide chains neighboring

amino acids can interact via hydrogen

bonding these interactions can form a

regular pattern which increases the

molecular stability of the polypeptide

chain these patterns are known as the

proteins secondary structure and form

either corkscrew shaped structures known

as alpha helix ease or folded ribbon

shaped structures known as beta pleated

sheets recall oxygen has a high

electronegativity while hydrogen has low

electronegativity this differential in

electronegativity results in hydrogen

bonding between neighboring amino acids

within a polypeptide backbone the

hydrogen bonds can occur between amine

groups and carboxyls the partially

negative oxygen of the carboxyl combined

with the hydrogen of the amine groups of

other amino acids in alpha helixes and

beta pleated sheets hydrogen bonding

occurs between amine and carboxyl groups

of different amino acids how the

hydrogen bonding occurs between amino

acids determines which of the two shapes

emerges within a single amino acid of an

alpha helix polypeptide chain the

hydrogen's of the amine groups face the

opposite directions relative to the

oxygens of the carboxyl groups down the

entire alpha helix the hydrogen's of the

amine group face the same direction and

oxygens of the carboxyl group orient in

the opposite direction within the Alpha

helix the hydrogen bonds forms when an

oxygen of the carboxyl faces the

hydrogen of a different amino acid

further down the polypeptide chain this

accumulation of multiple hydrogen bonds

stabilizes the polypeptide chain beta

pleated sheets are also formed by

hydrogen bonding between the amine and

carboxyl groups of different amino acids

however the orientation of these groups

differs in a single amino acid beta

pleated sheet the oxygen of a carboxyl

and the hydrogen of the amine group face

in the same direction in the adjacent

amino acid the oxygen and hydrogen both

face the opposite direction relative to

the first in beta pleated sheets

hydrogen bonds also occur between the

carboxyl oxygen and the a mean hydrogen

between neighboring amino acids however

the orientation of these atoms causes

the structures to bend in a folded

ribbon shape or beta pleated sheet while

the secondary structure of proteins is

determined by the interactions between

amine groups and the carboxyl groups of

neighboring acids tertiary structure is

defined by how the R groups of

neighbouring amino acids interact these

interactions result in a very specific

folding patterns eventually helping to

stabilize the specific three-dimensional

structure of the polypeptide several

types of interactions occur between

neighboring R groups while the hydrogen

bonding determines the secondary

structure of proteins hydrogen bonding

can also occur between R groups of a

polypeptide chain the 20-yard groups of

amino acids are either polar or nonpolar

polar R groups have oxygen or nitrogen

atoms which characteristically have high

electronegativity

due to their high affinity for electrons

these polar R groups tend to bond with

hydrogen atoms of neighboring nonpolar R

groups or the hydrogen of the amine

group of the peptide backbone nonpolar R

groups can also form hydrogen bonds with

the peptide backbone either by

interacting with the oxygen of the

carboxyl group or the nitrogen of the

amine group while hydrogen bonding is

relatively weak the overarching

abundance of these interactions forms

very stable polypeptide structures in

living organisms proteins are surrounded

by water polar R groups are hydrophilic

and been to turn towards water whereas

nonpolar R groups are hydrophobic and

turn away from water

hydrophobic R groups tend to amass in

the internal section of a protein

forming globular masses while hydrogen

bonding is facilitated by the

interactions of partial charges

certain R groups have full charges and

are involved in ionic bonding this

happens when completely positive R

groups form ionic bonds with neighboring

are groups that are completely negative

the overall structure of a fully

functional protein is known as the

quaternary structure most proteins are

composed of several polypeptides a

polypeptide is composed of either a

series of alpha helixes with tertiary

level interactions or a series of beta

pleated sheets with tertiary level

interactions in the next lecture you're

going to learn about the genetic code

and the specifics of transcription and

translation

you

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