2.21. Kwasy nukleinowe – podstawowe cząsteczki życia Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska

KWASY NUKLEINOWE DNA to kwas deoksyrybonukleinowy – jest nośnikiem informacji genetycznej. RNA to kwas rybonukleinowy – jest potrzebny do korzystania przez komórkę z własnych informacji genetycznych.

Cechy każdego organizmu są zapisane w jego materiale genetycznym. Materiał genetyczny organizmu zlokalizowany jest w jądrze komórkowym. Materiałem genetycznym każdego organizmu jest DNA. DNA zawiera informacje o budowie i funkcjonowaniu organizmu. Materiał genetyczny przekazywany jest potomstwu w procesie rozmnażania. Nauka, która zajmuje się badaniem dziedziczności i zmienności organizmów to genetyka. Genetyka jest jedną z najmłodszych dziedzin nauki i szybko się rozwija.

Nukleotydy DNA W skład każdego nukleotydu wchodzą: Cukier – deoksyryboza Zasada azotowa – jedna z czterech adenina (A), tymina (T) cytozyna (C), guanina (G). Reszta kwasu fosforowego (reszta fosforanowa) W skład DNA wchodzą 4 rodzaje nukleotydów różniących się między sobą rodzajem zasady azotowej

Cząsteczka DNA Cząsteczka DNA swoim wyglądem przypomina skręconą drabinę, składającą się z dwóch oplatających się nici tzw. podwójną helisę. Cegiełkę budulcową tej drabiny stanowi nukleotyd. Krawędzie tej drabiny budują cukier i reszty kwasu fosforowego. Szczeble zbudowane są z połączonych ze sobą odpowiednich zasad azotowych. Łączenie się zasad azotowych w pary jest podporządkowane ważnej regule komplementarności .

Szczeble drabiny- wiązania pomiędzy komplementarnymi zasadami azotowymi, są łatwo pękającymi połączeniami, zwanymi wiązaniami wodorowymi. Łańcuchy DNA mogą liczyć nawet setki tysięcy nukleotydów. DNA jest jedną z największych makrocząsteczek, występujących w komórce. Ludzkie DNA ma około 2m długości. Tak długa cząsteczka, podczas przekazywania jej do komórek potomnych, mogłaby ulec splataniu. Dlatego też DNA jest wielokrotnie skręcone wokół tzw. histonów ( białek).

Zwoje podwójnej spirali na histonach tworzą spiralę wyższego rzędu, zmniejszając swoją długość aż 10 000 razy. Taka związana z białkami forma DNA to chromatyna. Chromatyna ulega dalszej spiralizacji i upakowaniu, tworząc ostatecznie chromosomy.

DNA u bakterii Każdy z chromosomów eukariotycznych zawiera pojedynczą, długą, liniową, podwójną helisę. Istnieją jednak w naturze takie cząsteczki DNA, które są koliste, a więc nie mają końców. Na przykład koliste i stosunkowo niewielkie są chromosomy bakteryjne. Bakteria pałeczka okrężnicy, zamieszkująca twoje jelita ma pojedynczy, kolisty chromosom. Zawiera on około czterech milionów par zasad i liczy około 1,4 mm w obwodzie. Jest silnie zwinięty, tak by zmieścić się w komórce o przekroju nie większym niż 0,001 mm.

Komplementarność zasad Według tej reguły adenina łączy się zawsze z tyminą A – T, a cytozyna z guaniną C – G. Komplementarność zasad w DNA Dwie części drabiny DNA (łańcuchy) są także w stosunku do siebie komplementarne ( tzn. uzupełniające się nawzajem). Ciąg zasad w jednej nici DNA jest dokładnie odwzorowany przez ciąg zasad w naprzeciwległej nici Jedna nić DNA … C A T G A T… Druga nić DNA … G T A C T A… Kierując się regułą komplementarności par zasad można zawsze określić porządek zasad drugiej nici, znając porządek pierwszej. Komplementarność zasad w RNA

Nobel za model DNA Ze względu na skomplikowana budowę DNA długo nie można było rozwiązać zagadki jego przestrzennej struktury. Bardzo żmudne i dokładne badania nad budową DNA prowadzili brytyjscy uczeni Rosalind Franklin i Frederick Willkins. Dzięki zdjęciom rentgenowskim ustalili oni skład pierwiastkowy i właściwości DNA. Strukturę DNA odkryli w roku 1953 Jamesi Watsoni i Francis Cricki. Ustalenie budowy DNA uznane zostało za jedno z najważniejszych odkryć w biologii i w 1962 r. Watson, Crick i Willkins otrzymali Nagrodę Nobla. To był przełom w rozwoju genetyki. Zobacz model cząsteczki DNA w zamieszczonym materiale http://www.scholaris.pl/cms/index.php/resources/animacja_podw%C3%B3jna_helisa.html

Budowa RNA DNA RNA liczba nici 2 1 nukleotyd cukier deoksyryboza RNA- kwas rybonukleinowy Tworzy go jeden łańcuch nukleotydów. W RNA nukleotyd tymidynowy (T) zastąpiony jest urydynowym (U) . Komórka wytwarza różne rodzaje RNA, w zależności od miejsca i funkcji. Porównanie budowy DNA i RNA Podobieństwa i różnice między DNA i RNA DNA RNA liczba nici 2 1 nukleotyd cukier deoksyryboza ryboza zasady A, T, C, G A, U, C, G formy mRNA, tRNA, rRNA

Formy RNA tRNA mRNA to informacyjny RNA. Pobiera informację genetyczną z DNA , przedostaje się przez pory w jądrze komórkowym do cytoplazmy i łączy się z rybosomem w celu odczytu informacji genetycznej. tRNA to transportowy RNA Transportuje aminokwasy do miejsca biosyntezy białka.

Zadania Wybierz określenia charakterystyczne tylko dla DNA: A. deoksyryboza B. nukleotyd adeninowy C. podwójna nić D. tymina E. cukier F. ryboza G. zasada azotowa. 2. Wyjaśnij na czym polega komplementarność zasad. 3. Podaj strukturę komórkową, w której znajduje się DNA. 4. Określ czym różnią się między sobą nukleotydy DNA. 5. Wymień dwie cechy, po których odróżnisz DNA od RNA.

Źródła W.Lewiński,J.Prokop, Biologia 2, Operon, Gdynia, 2004 J.Loritz-Dobrowolska i wsp., Biologia, Operon, Gdynia, 2007 B.Sągin, MSęktas, Puls życia, Nowa Era, 2008 B.Klimuszko, Biologia III, Żak, Warszawa 2001 E.Kłos i wsp., Ciekawa biologia, WSiP, Warszawa, 2002 E.Wierbiłowicz, Biologia, ABC, Poznań, 2001 B.Potocka, W.Górski, Biologia 2, MAC Edukacja,2003