WYKŁAD II
WYKŁAD II
Budowa i właściwości DNA
Budowa i właściwości DNA
Kwas
Kwas
deoksyrybonukleinowy
deoksyrybonukleinowy
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