WYKŁAD II
Budowa i właściwości DNA

Kwas deoksyrybonukleinowy

Prawidłową strukturę DNA określili po raz pierwszy w 1953 r. dwaj młodzi naukowcy, pracujący wówczas na Uniwersytecie w Cambridge - biochemik J. Watson i biofizyk F. Crick.

Rosalinda Franklin

Rola DNA w komórce i w naszym organizmie

0. Sekwencje nukleotydów determinują sekwencję aminokwasów w białku, a sekwencja aminokwasów w białku wyznacza jego budowę i funkcję, z której wynikają wszystkie funkcje komórek i całego organizmu

Cząsteczka DNA ma postać heliksu zbudowanego z dwóch łańcuchów polinukleotydowych.

Cząsteczka DNA składa się z dwóch łańcuchów

0. Każdy łańcuch z nukleotydów

1. Każdy nukleotyd składa się z:

2. zasady azotowej,

3. cukru deoksyrybozy

4. i reszty kwasu ortofosforowego

5. Natomiast jednostka typu zasada-cukier nazywana jest nukleozydem

Nukleozyd nukleotyd

Nukleotyd- zasady azotowe oraz reszty fosforanowe łączą się z deoksyrybozą

Wiązanie β-n glikozydowe z zasadą azotową w pozycji C1’ pentozy

Wiązania fosfodisetrowe

0. W POZYCJI 3’ i 5’ i włąśnie z tego faktu wynika biegunowość łańcuchów w DNA.

Dlaczego jest właśnie taka kolejność elementów w nukleotydzie?

0. Aby cząsteczki DNA mogły być stabilne w obojętnych roztworach wodnych muszą posiadać ściśle upakowaną strukturę,

1. której wnętrze jest nierozpuszczalne w wodzie – hydrofobowe a taką właściwość mają zasady azotowe,

2. zewnętrzne elementy hydrofilne, taką właściwość mają cząsteczki cukru i reszty

Biegunowość łańcuchów w DNA

0. Każdy z dwu łańcuchów na jednym końcu ma wolną grupę OH w pozycji 3’, a na drugim

w pozycji 5’

trzy reszty

fosforanowe

Początek jest na końcu 5’ w każdej nici.

0. Nić biegnąca od prawej do lewej 5’ do 3’ nazywa się nicią matrycową,

1. a od lewej 5’ do prawej 3’ kodującą
   
   
   

Polarność łańcuchów w cząsteczce DNA
Dwa łańcuchy w cząsteczce DNA są ułożone do siebie przeciwlegle.

Początek jest na końcu 5’ w każdej nici. Nić biegnąca od prawej do lewej 5’ do 3’ nazywa się nicią matrycową, a od lewej 5’
do prawej 3’ kodującą

Zasady azotowe

Puryny: Pirymidyny:

Adenina, guanina Tymina,cytozyna

Puryny: Pirymidyny:
Adenina, guanina Tymina,cytozyna

Chemiczne nazwy czterech nukleotydów tworzących DNA:

0. 2’-deoksyadenozyno-5’-fosforan

1. 2’-deoksycytydyno-5’-fosforan

2. 2’-deoksyguanozyno-5’-fosforan

3. 2’-deoksytymidyno-5’-fosforan

Puryna + pirymidyna
A+T, C+G

0. Pary komplemntarne, tzw. Pary Cicka i Watsona

Wiązania wodorowe pomiędzy zasadami azotowymi

0. A+T, G+C

Mostki wodorowe A+T podwójne,
G+C potrójne

Co wynika z reguły komplementarności zasad azotowych w DNA?

0. *jedna nić może być wykorzystana do replikacji drugiej

1. Jest to podstawowy mechanizm

2. zachowania informacji genetycznej

3. I przekazywania in. genet. komórkom potomnym

4. znajomość sekwencji jednej nici umożliwia określenie sekwencji drugiej

Heliks DNA można porównać do skręconej drabiny,

0. gdzie szczeble tworzą zasady powiązane mostkami wodorowymi, które tworzą hydrofobowe wnętrze.

0. Natomiast pionowe listwy tworzą hydrofilne cząstki cukru połączone wiązaniami fosfodiestrowymi przez reszty P.

1. Odległość w takim ułożeniu pomiędzy zasadami wynosi 0,66nm, a pomiędzy pentozami 0,27nm.

0. Szczeliny te, gdyby pozostały wolne – puste, bardzo obniżałyby stabilność całej struktury.

1. Prawdopodobnie w celu likwidacji tych szczelin kolejne szczeble

drabiny są skręcone wokół

pionowej osi.

Dlaczego DNA ma postać spirali?

0. Innym dowodem na to, że DNA ma postać helisy jest fakt, że pionowe listwy drabiny fosforanowo-cukrowe są elastyczne i mogą się skręcać. Elastyczność ta jest możliwa dlatego, że występuje swobodna rotacja wokół wiązania O i P w wiązaniu fosfodiestrowym

FORMY DNA

0. DNA występuje w 3 podstawowych formach: A, B (prawoskrętna) i Z (lewoskrętna).

W warunkach in vivo - forma B

0. Najczęściej w komórkach, w jądrze w war. in vivo występuje forma B, w której skok helisy (odcinek przypadający na jeden skręt) wynosi 3,4 nm, co odpowiada 10,4pz na skręt, średnica 2,37nm.

DNA w komórkach zmienia konformację

0. Pozwala na to m. in. rotacja wokół wiązania β-n glikozydowego, powodująca zmianę położenia zasady w stosunku do reszty cukrowej

Na powierzchni podwójnego heliksu występują dwie bruzdy

0. Duży rowek – bruzda ma średnicę 2,2 nm, 1,2 nm mały. Są to szczeliny pomiędzy parami zasad i są konsekwencją oddalenia przestrzennego kolejnych par zasad od siebie,

1. natomiast różnice w ich

średnicy wynikają

z asymetrycznego

ułożenia cukru względem

zasad.

Dno większej bruzdy tworzy cukier oddalony od zasady.

Bruzdy są bardzo istotne dla cząsteczek DNA, gdyż stwarzają dostępność jego elementów do reagowania z innymi związkami chemicznymi