WYKŁAD II

WYKŁAD II

Budowa i właściwości DNA

Budowa i właściwości DNA

Kwas

Kwas

deoksyrybonukleinowy

deoksyrybonukleinowy

Prawidłową strukturę DNA określili po raz

Prawidłową strukturę DNA określili po raz

pierwszy w 1953 r. dwaj młodzi naukowcy,

pierwszy w 1953 r. dwaj młodzi naukowcy,

pracujący wówczas na Uniwersytecie w

pracujący wówczas na Uniwersytecie w

Cambridge - biochemik J. Watson i biofizyk F.

Cambridge - biochemik J. Watson i biofizyk F.

Crick.

Crick.

Rosalinda Franklin

Rosalinda Franklin

Rola DNA w komórce i w naszym

Rola DNA w komórce i w naszym

organizmie

organizmie



Sekwencje nukleotydów

Sekwencje nukleotydów

determinują sekwencję

determinują sekwencję

aminokwasów w białku, a sekwencja

aminokwasów w białku, a sekwencja

aminokwasów w białku wyznacza

aminokwasów w białku wyznacza

jego budowę i funkcję, z której

jego budowę i funkcję, z której

wynikają wszystkie funkcje komórek

wynikają wszystkie funkcje komórek

i całego organizmu

i całego organizmu

Cząsteczka DNA ma postać heliksu

Cząsteczka DNA ma postać heliksu

zbudowanego z dwóch łańcuchów

zbudowanego z dwóch łańcuchów

polinukleotydowych.

polinukleotydowych.

Cząsteczka DNA składa się z

Cząsteczka DNA składa się z

dwóch łańcuchów

dwóch łańcuchów



Każdy łańcuch z nukleotydów

Każdy łańcuch z nukleotydów



Każdy nukleotyd składa się z:

Każdy nukleotyd składa się z:



zasady azotowej,

zasady azotowej,



cukru deoksyrybozy

cukru deoksyrybozy



i reszty kwasu ortofosforowego

i reszty kwasu ortofosforowego



Natomiast jednostka typu zasada-

Natomiast jednostka typu zasada-

cukier nazywana jest

cukier nazywana jest

nukleozydem

nukleozydem

Nukleozyd nukleotyd

Nukleozyd nukleotyd

Nukleotyd- zasady azotowe

Nukleotyd- zasady azotowe

oraz reszty fosforanowe łączą

oraz reszty fosforanowe łączą

się z deoksyrybozą

się z deoksyrybozą

Wiązanie

Wiązanie

β

β

-n glikozydowe z

-n glikozydowe z

zasadą azotową w pozycji C1’

zasadą azotową w pozycji C1’

pentozy

pentozy

Wiązania fosfodisetrowe

Wiązania fosfodisetrowe



W POZYCJI 3’ i 5’ i włąśnie z tego faktu

W POZYCJI 3’ i 5’ i włąśnie z tego faktu

wynika biegunowość łańcuchów w DNA.

wynika biegunowość łańcuchów w DNA.

Dlaczego jest właśnie taka

Dlaczego jest właśnie taka

kolejność elementów w

kolejność elementów w

nukleotydzie?

nukleotydzie?



Aby cząsteczki DNA mogły być stabilne w

Aby cząsteczki DNA mogły być stabilne w

obojętnych roztworach wodnych muszą

obojętnych roztworach wodnych muszą

posiadać ściśle upakowaną strukturę,

posiadać ściśle upakowaną strukturę,



której wnętrze jest nierozpuszczalne w

której wnętrze jest nierozpuszczalne w

wodzie – hydrofobowe a taką właściwość

wodzie – hydrofobowe a taką właściwość

mają zasady azotowe,

mają zasady azotowe,



zewnętrzne elementy hydrofilne, taką

zewnętrzne elementy hydrofilne, taką

właściwość mają cząsteczki cukru i reszty

właściwość mają cząsteczki cukru i reszty

Biegunowość łańcuchów w

Biegunowość łańcuchów w

DNA

DNA



Każdy z dwu łańcuchów na jednym

Każdy z dwu łańcuchów na jednym

końcu ma wolną grupę OH w pozycji 3’,

końcu ma wolną grupę OH w pozycji 3’,

a na drugim

a na drugim

w pozycji 5’

w pozycji 5’

trzy reszty

trzy reszty

fosforanowe

fosforanowe

Początek jest na końcu 5’ w każdej

Początek jest na końcu 5’ w każdej

nici.

nici.



Nić biegnąca od prawej do lewej 5’

Nić biegnąca od prawej do lewej 5’

do 3’ nazywa się nicią matrycową,

do 3’ nazywa się nicią matrycową,



a od lewej 5’ do prawej 3’ kodującą

a od lewej 5’ do prawej 3’ kodującą

Polarność łańcuchów w cząsteczce

Polarność łańcuchów w cząsteczce

DNA

DNA

Dwa łańcuchy w cząsteczce DNA są

Dwa łańcuchy w cząsteczce DNA są

ułożone do siebie przeciwlegle.

ułożone do siebie przeciwlegle.

Początek jest na końcu 5’ w każdej nici.

Początek jest na końcu 5’ w każdej nici.

Nić biegnąca od prawej do lewej 5’ do

Nić biegnąca od prawej do lewej 5’ do

3’ nazywa się nicią matrycową, a od

3’ nazywa się nicią matrycową, a od

lewej 5’

lewej 5’

do prawej 3’ kodującą

do prawej 3’ kodującą

Zasady azotowe

Zasady azotowe

Puryny: Pirymidyny:

Puryny: Pirymidyny:

Adenina, guanina Tymina,cytozyna

Adenina, guanina Tymina,cytozyna

Puryny: Pirymidyny:

Puryny: Pirymidyny:

Adenina, guanina Tymina,cytozyna

Adenina, guanina Tymina,cytozyna

Chemiczne nazwy czterech

Chemiczne nazwy czterech

nukleotydów tworzących DNA:

nukleotydów tworzących DNA:



2’-deoksyadenozyno-5’-fosforan

2’-deoksyadenozyno-5’-fosforan



2’-deoksycytydyno-5’-fosforan

2’-deoksycytydyno-5’-fosforan



2’-deoksyguanozyno-5’-fosforan

2’-deoksyguanozyno-5’-fosforan



2’-deoksytymidyno-5’-fosforan

2’-deoksytymidyno-5’-fosforan

Puryna + pirymidyna

Puryna + pirymidyna

A+T, C+G

A+T, C+G



Pary komplemntarne, tzw. Pary Cicka

Pary komplemntarne, tzw. Pary Cicka

i Watsona

i Watsona

Wiązania wodorowe pomiędzy

Wiązania wodorowe pomiędzy

zasadami azotowymi

zasadami azotowymi



A+T, G+C

A+T, G+C

Mostki wodorowe A+T podwójne,

Mostki wodorowe A+T podwójne,

G+C potrójne

G+C potrójne

Co wynika z reguły

Co wynika z reguły

komplementarności zasad

komplementarności zasad

azotowych w DNA?

azotowych w DNA?



*jedna nić może być wykorzystana do

*jedna nić może być wykorzystana do

replikacji drugiej

replikacji drugiej



Jest to podstawowy mechanizm

Jest to podstawowy mechanizm



zachowania informacji genetycznej

zachowania informacji genetycznej



I przekazywania in. genet. komórkom

I przekazywania in. genet. komórkom

potomnym

potomnym



znajomość sekwencji jednej nici

znajomość sekwencji jednej nici

umożliwia określenie sekwencji drugiej

umożliwia określenie sekwencji drugiej

Heliks DNA można porównać

Heliks DNA można porównać

do skręconej drabiny,

do skręconej drabiny,



gdzie szczeble tworzą zasady powiązane

gdzie szczeble tworzą zasady powiązane

mostkami wodorowymi, które tworzą

mostkami wodorowymi, które tworzą

hydrofobowe wnętrze.

hydrofobowe wnętrze.



Natomiast pionowe listwy tworzą hydrofilne

Natomiast pionowe listwy tworzą hydrofilne

cząstki cukru połączone wiązaniami

cząstki cukru połączone wiązaniami

fosfodiestrowymi przez reszty P.

fosfodiestrowymi przez reszty P.



Odległość w takim ułożeniu pomiędzy

Odległość w takim ułożeniu pomiędzy

zasadami wynosi 0,66nm, a pomiędzy

zasadami wynosi 0,66nm, a pomiędzy

pentozami 0,27nm.

pentozami 0,27nm.



Szczeliny te, gdyby pozostały

Szczeliny te, gdyby pozostały

wolne – puste, bardzo obniżałyby

wolne – puste, bardzo obniżałyby

stabilność całej struktury.

stabilność całej struktury.



Prawdopodobnie w celu likwidacji

Prawdopodobnie w celu likwidacji

tych szczelin kolejne szczeble

tych szczelin kolejne szczeble

drabiny są skręcone wokół

drabiny są skręcone wokół

pionowej osi.

pionowej osi.

Dlaczego DNA ma postać spirali?

Dlaczego DNA ma postać spirali?



Innym dowodem na to, że DNA ma

Innym dowodem na to, że DNA ma

postać helisy jest fakt, że pionowe

postać helisy jest fakt, że pionowe

listwy drabiny fosforanowo-cukrowe

listwy drabiny fosforanowo-cukrowe

są elastyczne i mogą się skręcać.

są elastyczne i mogą się skręcać.

Elastyczność ta jest możliwa dlatego,

Elastyczność ta jest możliwa dlatego,

że występuje swobodna rotacja wokół

że występuje swobodna rotacja wokół

wiązania O i P w wiązaniu

wiązania O i P w wiązaniu

fosfodiestrowym

fosfodiestrowym

FORMY DNA

FORMY DNA



DNA występuje w 3 podstawowych

DNA występuje w 3 podstawowych

formach: A, B (prawoskrętna) i Z

formach: A, B (prawoskrętna) i Z

(lewoskrętna).

(lewoskrętna).

W warunkach

W warunkach

in vivo

in vivo

- forma B

- forma B



Najczęściej w komórkach, w jądrze w

Najczęściej w komórkach, w jądrze w

war.

war.

in vivo

in vivo

występuje forma B, w

występuje forma B, w

której skok helisy (odcinek

której skok helisy (odcinek

przypadający na jeden skręt) wynosi

przypadający na jeden skręt) wynosi

3,4 nm, co odpowiada 10,4pz na

3,4 nm, co odpowiada 10,4pz na

skręt, średnica 2,37nm.

skręt, średnica 2,37nm.

DNA w komórkach zmienia

DNA w komórkach zmienia

konformację

konformację



Pozwala na to m. in. rotacja wokół

Pozwala na to m. in. rotacja wokół

wiązania

wiązania

β

β

-n glikozydowego, powodująca

-n glikozydowego, powodująca

zmianę położenia zasady w stosunku do

zmianę położenia zasady w stosunku do

reszty cukrowej

reszty cukrowej

Na powierzchni podwójnego

Na powierzchni podwójnego

heliksu występują dwie bruzdy

heliksu występują dwie bruzdy



Duży rowek – bruzda ma średnicę 2,2

Duży rowek – bruzda ma średnicę 2,2

nm, 1,2 nm mały. Są to szczeliny

nm, 1,2 nm mały. Są to szczeliny

pomiędzy parami zasad i są

pomiędzy parami zasad i są

konsekwencją oddalenia przestrzennego

konsekwencją oddalenia przestrzennego

kolejnych par zasad od siebie,

kolejnych par zasad od siebie,



natomiast różnice w ich

natomiast różnice w ich

średnicy wynikają

średnicy wynikają

z asymetrycznego

z asymetrycznego

ułożenia cukru względem

ułożenia cukru względem

zasad.

zasad.

Dno większej bruzdy tworzy

Dno większej bruzdy tworzy

cukier oddalony od zasady.

cukier oddalony od zasady.

Bruzdy są bardzo istotne dla

Bruzdy są bardzo istotne dla

cząsteczek DNA, gdyż stwarzają

cząsteczek DNA, gdyż stwarzają

dostępność jego elementów do

dostępność jego elementów do

reagowania z innymi związkami

reagowania z innymi związkami

chemicznymi

chemicznymi