0000011 4

UC/YŁ/ / A/i

reszty fosforanowe i cukrowe ułożone pod określonym kątem (por. MOLEKULARNE PODŁOŻE .... ROZDZ: 8.2). W takiej cząsteczce zasady skierowane byłyby ± pod kątem prostym do długiej osi cząsteczki („wystając na bok"). Początkowo Watson i Crick stwierdzili, że na jeden skok spirali powinno przypadać 10 nuklcotydów, każdy zajmujący 3,4 nm, licząc wzdłuż długiej osi spirali. Kłopot polegał tylko (?) na tym, że taka spirala musiałaby mieć różną szerokość w zależności od tego, czy nukleotyd miałby zasadę pirymidynową (pierścień pojedynczy) czy pury-nową (większy, podwójny pierścień). Przeczyły temu wyniki większości analiz, np. badania gęstości DNA wskazywały, iż DNA nie ma struktury jednoniciowcj spirali. Poza tym, pod znakiem zapytania stała trwałość bardzo długich cząsteczek tego typu. Rozwiązanie było tak proste, że tylko bardzo mądrzy ludzie mogli je wymyślić:

1.    Trzeba było przyjąć, że DNA jest cząsteczką dwuniciową, w której nici wzajemnie się „uzupełniają” albo inaczej dopełniają (ściślej mówiąc, są względem siebie komplementarne);

2.    Owo „dopełnianie" (zasada komplemcntarności) polega na tym, że zasady skierowane są do wnętrza dwuniciowcj spirali i łączą się według bardzo prostej reguły:

A)    adenina nukłcotydu jednej nici tworzy parę z tyminą nukleotydu drugiej nici (AT).

B)    guanina nukleotydu jednej nici tworzy parę z cytozyną nukleotydu drugiej nici (GC).

Wymiary takich par są identyczne, co wynika z sumowania się wymiarów: puryny + pirymidyny (por. Ryc. 7 i 8 oraz Ryc. 74 w CZĘŚCI: MOLEKULARNE PODŁOŻE...). Jeśli więc obie nici są względem siebie równoległe i komplementarne, to mimo spiralnego zwinięcia wokół wspólnej osi. cała dwuniciową helisa ma stalą średnicę wynoszącą 2 nm. Okazało się, że rzeczywiście adenina z tyminą łącza sic ze sobą podwójnymi wiązaniami wodorowymi, natomiast cvtozvna z guanina potrójnymi.

i~

P •

p

®

/

P*

00

m

m

T = A G = C GiC A = T

Ryc- 7. Różne modele przedstawiające ten sam dwuniciowy fragment DNA (zwróć u*agę, że umieszczony z prawej strony jest bardzo prosty, ale oddaje najistotniejsze informacje i dlatego będzie często używany w tekście lej książki).

Oprócz swojej poprawności przestrzennej, taki model budowy DNA. niejako po drodze wyjaśniał pozornie niezrozumiałe reguły Chargaffa (por. wyżej).

Oto najistotniejsze cechy DNA zaproponowane przez Watsona i Cricka:

1 Hclikalna (spiralna) natura — DNA tworzą dwa łańcuchy polinukleotYdowę skręcone spiralnie wokół wspólnej osi. Łańcuchy te są antyrównoleglc (biegną równolegle, ale są przeciwnie zorientowane);

2. Nuklcotydy każdego z łańcuchów są odpowiednio ustawione. I tak:

A) Zasady azotowe znajdują się wewnątrz spirali, a dcoksyrybozy i grupy fosforanowe na zewnątrz (por. Ryc. 7). To da się wytłumaczyć już tylko znacznie większą rolą samych zasad — w środku są jak gdyby bezpieczniejsze (sprytne?). Ponadto płaszczyzny zasad są niemal prostopadłe do długiej osi cząsteczki (por. Ryc. 8);

Hyc. 8. Fragment DNA.

B)    Łańcuchy łączą się ze sobą wiązaniami wodorowymi powstającymi między zasadami w parze. Adenina zawsze łączy się dwoma wiązaniami z tyminą, a guanina trzema z cytozyną. W ten sposób nici są komplementarne (przystające). Nazywa to się zasadą komplementarności (A=T i G=C oraz odwrotnie T=A i CsG). Inaczej mówiąc, nici stanowią wzajemne odwzorowania (zauważ, że znając sekwencję nukleotydów jednej nici, możesz z całą pewnością określić budowę drugiej). Skrótowy zapis można przedstawić następująco:

5’ ATGCATIACGTACGGCCATAGCGCGTATAT 3'.

3' TACGTAAT GC ATGC CGGTAT CGCGC ATATA 5’

C)    Średnica helisy wynosi zaledwie 2 nm (znacznie poniżej zdolności rozdzielczej mikroskopu optycznego). Na jeden pełny skręt spirali przypada 10 par nukleotydów leżących w stałej odległości 0.34 nm. Kąt skrętu kolejnych nukleotydów wokół osi centralnej wynosi więc 36° (bo 360° podzielić przez 10). Daje to w sumie okres powtarzalności 3.4 nm:

D)    Z punktu widzenia fizyko-chemicznego, kolejność ułożenia zasad w łańcuchu polinuklcotydowym nie jest w żaden sposób ograniczona (to tak. jak gdyby nikt Ci nic zabraniał układania liter w dowolnej kolejności). Jednak ściśle określona sekwencja zasad niesie konkretną informację genetyczną. Przykładowo słowa: JAD i DAJ są zbudowane z. tych samych elementów, ale ułożonych inaczej — mają też zupełnie odmienne znaczenia. Podobnie ma się sprawa z ułożeniem zasad w nici polinukleotydowcj! Niesamowicie długie cząsteczki DNA zawierają w sobie informację o budowie wszystkich białek ustrojowych. Fragment DNA zawierający zakodowaną informację o budowie jednego białka (ściślej jednego polipeptydu) nazywa się genem. Sprawa jest bardzo złożona, gdyż część sekwencji DNA spełnia jedynie funkcje kontrolne i regulacyjne, a niektóre fragmenty wręcz niczego nie kodują (tzw. sat DNA — por. CZĘŚĆ: CYTOLOGIA IROZDZ: 2. 12). Ponadto (tylko u Eucaryota) większość genów ma budowę nieciągłą (zawiera odcinki wykorzystywane i nic).

21