Zadanie domowe Nr 3 termin do 18. 09. 2012 do wieczora



Pobieranie 49.65 Kb.
Data08.05.2016
Rozmiar49.65 Kb.
Zadanie domowe Nr 3 termin do 18.09.2012 do wieczora.
1) Przeczytaj uważnie strony 10 i 11 z podręcznika.
2) Z materiałów zamieszczonych na płycie CD podręcznika przejrzyj dział od genu do cechy, lekcja nr 2, rodzaje RNA.
3) Przejrzyj materiały na stronie: http://www.biochemia2004.republika.pl/rna.htm
4) Przygotuj się psychicznie na krótki sprawdzian z zakresu budowy i roli DNA oraz RNA w środę 19.09.2012 r.

Informacja genetyczna – przepis na życie. Skąd komórki wiedzą co i kiedy mają robić ?
Mówiąc o informacji genetycznej mamy na myśli informację konieczną do prawidłowego funkcjonowania żywego organizmu i każdej jego komórki. Co to znaczy ? Piekąc różne ciasta, czy gotując wykwintne posiłki często posługujemy się przepisami zawartymi w książce kucharskiej. Korzystamy przy tym z przepisów zapisanych na różnych stronach książki. Gdzie indziej zapisany jest sposób przyrządzenia knedli a gdzie indziej schabu ze śliwkami. Przy czym jeśli pościmy w piątki, to wtedy otwieramy strony dotyczące potraw z ryb. Także każdy organizm, wykonując swoje funkcje życiowe musi korzystać z odpowiednich przepisów. Począwszy od zapłodnienia, różne hormony i enzymy kierują podziałami komórki jajowej, różnicowaniem się komórek w tkanki, tworzeniem narządów i układów a później kierują pracą tych narządów. Białka te są z kolei wytwarzane w odpowiednim momencie życia komórek w oparciu o konkretne przepisy, które właśnie nazywamy informacją genetyczną. Ważne jest to, kiedy i w jakich komórkach zostanie odczytana odpowiednia informacja. Bowiem odczytana w nieodpowiednim momencie, lub w nieodpowiednim miejscu, może być przyczyną zmiany nowotworowej i śmierci całego organizmu. O to także dbają określone białka, które trzeba wcześniej wytworzyć. Tak więc najogólniej można powiedzieć, że informacja genetyczna to informacja o budowie białek – głównie enzymatycznych i kolejności ich syntezy. Każda komórka organizmu dysponuje całym, kompletnym zapisem informacji genetycznej potrzebnej do budowy i życia całego organizmu *. Ale każda korzysta tylko z odpowiedniego dla siebie fragmentu tej informacji.

Ale jak i na czym zapisać taką informację ?



Nośnikiem informacji genetycznej są kwasy nukleinowe.
Wyróżnia się dwa rodzaje kwasów nukleinowych:
DNA - to skrót od nazwy: „kwas deoksyrybonukleinowy” – jest on nośnikiem informacji genetycznej u większości wirusów, wszystkich prokariontów i organizmów eukariotycznych.
RNA – to skrót od nazwy: „kwas rybonukleinowy” – jest on nośnikiem informacji genetycznej u niektórych wirusów (np. wirus grypy i HIV). Ponadto bierze on udział w odczytywaniu informacji genetycznej z DNA u wszystkich organizmów.
Pod względem chemicznym kwasy nukleinowe są polimerami. (Polimer to długa cząsteczka, zbudowana z powtarzających się elementów – tzw. monomerów. W chemii organicznej klasycznym polimerem jest PVC – polichlorek winylu – podstawowy składnik plastików, torebek foliowych, rur kanalizacyjnych itp. Polimerami są także polisacharydy np. skrobia, glikogen, celuloza).
Monomerami (tj. powtarzającymi się elementami) kwasów nukleinowych są nukleotydy. Są to dość duże i złożone cząsteczki chemiczne. Trzeba tu zaznaczyć, że nukleotydy występują nie tylko w kawasach nukleinowych – ich rola jest szersza. Omawiając fotosyntezę i oddychanie komórkowe, poznaliśmy nukleotydy (a przynajmniej nazwy) NAD i NADP, które są przenośnikami wodoru i elektronów a także podstawowy przenośnik i akumulator energii użytecznej biologicznie, czyli ATP.

Jak zbudowane są nukleotydy.
W skład każdego nukleotydu wchodzą trzy połączone ze sobą odpowiednimi wiązaniami komponenty: cukier, zasada azotowa, i kwas fosforowy. Przyjrzyjmy się na początek tym komponentom.
Pierwszy komponent - Cukier
W skład nukleotydów wchodzą dwa rodzaje cukrów:


Ryboza (rybofuranoza) Deoksyryboza (deoksyrybofuranoza)


Oba te cukry są pentozami (5 atomów węgla). Mają budowę pierścieniową typu furanozowego (to znaczy mają pierścień pięcioczłonowy). Deoksyryboza w porównaniu z rybozą pozbawiona jest jednego atomu tlenu przy węglu numer 2’. Obie narysowane cząsteczki nie są płaskie, ale w rzeczywistości mają budowę przestrzenną. Jeżeli przyjmiemy, że pierścień leży na kartce papieru, to atomy narysowane powyżej atomów węgla będą leżeć nad kartką, zaś te poniżej - pod kartką.
UWAGA !

Zwróć uwagę na numerację atomów węgla. Chemicy numerują atomy węgla w związkach organicznych po to, ażeby mogli określić do którego z nich są przyłączone różne podstawniki. W cząsteczkach o budowie liniowej atomy numeruje się od góry. W cząsteczkach o budowie pierścieniowej atomy węgla numeruje się zaczynając od nietypowego miejsca i zgodnie z ruchem wskazówek zegara. W pierścieniu rybozy nietypowym jest atom tlenu, dlatego pierwszy atom węgla zgodnie z ruchem wskazówek zegara ma numer 1’ i tak dalej. Numeracja tych atomów węgla jest bardzo ważna. Przypomnij sobie, że enzymy są „stereospecyficzne”, to znaczy rozpoznają kształt przestrzenny substratu. Zatem enzym „przerabiający” rybozę czy deoksyrybozę będzie umiał rozpoznać poszczególne atomy węgla w pierścieniu. Szczególnie-enzym przyłączający coś do węgla numer 3’ nie będzie „umiał” przyłączyć nic do innych atomów węgla.
Ryboza wchodzi w skład RNA zaś deoksyryboza w skład DNA.*
Drugi komponent - Zasady azotowe
W skład kwasów nukleinowych wchodzi pięć różnych zasad azotowych, z tym, że w skład każdego kwasu wchodzą zawsze tylko cztery. Zatem oba rodzaje kwasu różnią się jedną zasadą azotową. Zasady o których tu mowa mają budowę pierścieniową. Podzielono je na dwie grupy:
Puryny - o pierścieniu podwójnym *



Pirymidyny - o pierścieniu pojedynczym *



Nie musisz znać tych wzorów ale musisz umieć odróżnić puryny od pirymidyn po budowie pierścienia. Zwróć uwagę, że tymina różni się od uracylu tylko podstawnikiem przy węglu nr 5’.
Jak cukier łączy się z zasadą azotową i co z tego wynika ?
Cukier może się łączyć z zasadą azotową tzw. wiązaniem N-glikozydowym tworząc tzw. nukleozyd.
W DNA występują następujące zasady połączone z deoksyrybozą: A, T, G, C.

W RNA występują następujące zasady połączone z rybozą: A, U, G, C.
A oto nazwy wszystkich nukleozydów i ich skróty.

CUKIER + ZASADA AZOTOWA = NUKLEOZYD
Ryboza + adenina: adenozyna deoksyryboza + adenina: deoksyadenozyna

Ryboza + uracyl: urydyna deoksyryboza + tymina: deoksytymidyna

Ryboza + cytozyna: cytydyna deoksyryboza + cytozyna: deoksycytydyna

Ryboza + guanina: guanozyna deoksyryboza + guanina: deoksyguanozyna


Rysunek po lewej stronie przedstawia budowę jednego z nukleozydów: deoksyadenozynę. Zwróć uwagę na ustawienie pierścienia adeniny i deoksyrybozy względem siebie. Jest to ustawienie korzystniejsze energetyczne, ale w kwasach nukleinowych oba pierścienie ustawione są odwrotnie, bo wiązanie N-glikozydowe ma zdolność do rotacji – co pokazuje strzałka.
Aby z nukleozydów powstały nukleotydy, potrzebny jest jeszcze jeden komponent: kwas fosforowy.

Trzeci komponent - Kwas fosforowy V, którego wzór strukturalny zamieszczony jest poniżej, w wodzie może dysocjować i wówczas odłączają się atomy wodoru od grup hydroksylowych. Powstaje anion fosforanowy. Biolodzy używają skrótowych nazw tego kwasu. Mianowicie cała nieorganiczna cząsteczka kwasu H3PO4 ma skrót Pi (z j. ang. Phosphate inorganic = fosforan nieorganiczny). Natomiast reszta fosforanowa wolna lub dołączona do innego związku organicznego ma skrót  (P w kółeczku). Dla nas jest ważne, że każda z grup hydroksylowych (OH) może tworzyć jedno wiązanie przez tzw. mostek tlenowy. Tak powstaje wiązanie pomiędzy jedną z grup hydroksylowych fosforanu a grupą hydroksylową przy węglu nr 5’ rybozy czy deoksyrybozy. Tak też powstaje nukleotyd.


Nukleotyd powstaje przez przyłączenie reszty fosforanowej do nukleozydu jak poniżej:

Podpisano pełną nazwę chemiczną nukleotydu ale nie martw się – w skrócie to AMP.

Pokazany wyżej dAMP (po prawej) będzie całkiem podobny do znanego nam z różnych przemian energetycznych AMP, z tą tylko różnicą, że cukrem w AMP będzie ryboza a nie jak w powyższym przykładzie deoksyryboza.
Tak poznaliśmy budowę najprostszego z nukleotydów. A teraz komplikacja.
Do ostatniej grupy hydroksylowej fosforanu w AMP czy też dAMP Może się przyłączyć druga cząsteczka Pi (oczywiście z wyłączeniem cząsteczki wody) i w ten sposób otrzymamy ADP (adenozyno-difosforan) czy też dADP (deoksyadenozyno-difosforan). Także do drugiej cząsteczki fosforanu w ten sam sposób może się przyłączyć jeszcze trzecia i w ten sposób powstanie ATP (adenozyno-trifosforan) czy też dATP (deoksyadenozyno-trifosforan). Proces dołączania drugiej i trzeciej cząsteczki fosforanu nazywa się fosforylacją. Tak powstały dATP przedstawiono na rysunku poniżej. Zwróć jednak uwagę na specjalny sposób oznaczania wiązań pomiędzy pierwszą i drugą oraz drugą a trzecią cząsteczką fosforanu. Są to wiązania wysokoenergetyczne. Biolodzy oznaczają je wężykiem”~”. Ich istota polega na tym, że są słabe i można je rozbić inwestując w ten proces niewiele energii. Za to z rozpadu takiego wiązania otrzymuje się o wiele więcej energii niż się zużywa do zainicjowania rozpadu takiego wiązania.

Biolodzy często używają skrótowego zapisu struktury nukleotydów. W takim zapisie literami oznacza się:

A, T, C, G, U – zasady azotowe

D, R – deoksyryboza, ryboza

P – fosforan
Zapis przy użyciu takich skrótów może wyglądać następująco:


Jak widać nie zawsze stosuje się dla fosforanu symbol . Najczęściej pisze się po prostu P. Takiego zapisu nukleotydów będziemy używać dla tworzenia schematów cząsteczek kwasów nukleinowych.

Jak widać z podanych wyżej przykładów nukleotydy mogą występować w postaci:

- monofosforanów nukleozydów np: AMP (adenozyno-monofosforan)

- difosforanów nukleozydów np.: ADP (adenozyno-difosoran)

- trifosforanów nukleozydów np.: ATP (adenozyno-trifosforan).
W skład kwasów nukleinowych wchodzą zawsze monofosforany nukleozydów.*
Pełna tabela nukleotydów przedstawia się następująco:
w DNA:
dAMP deoksyadenozynomonofosforan

dGMP deoksyguanozynomonofosforan

dTMP deoksytymidynomonofosforan

dCMP deoksycytydynomonofosforan


w RNA:
AMP adenozynomonofosforan

GMP guanozynomonofosforan

UMP urydynomonofosforan

CMP cytydynomonofosforan


Skoro omówiliśmy budowę cegiełek czyli monomerów, to teraz czas na omówienie budowy samych kwasów nukleinowych. Zaczniemy od budowy DNA.

Budowa DNA
Jak już wyżej było powiedziane, DNA to polimer zbudowany z nukleotydów. W skład DNA wchodzą deoksynukleotydy czyli: dAMP, dTMP, dCMP i dGMP.

Cząsteczka DNA składa się z dwóch nici nukleotydów (inaczej nici polinukleotydowych). W każdej z tych nici nukleotydy są ze sobą połączone poprzez resztę fosforanową tak zwanym wiązaniem fosfodiestrowym (czyli przez dwa mostki tlenowe). Zobaczmy najpierw jak jest zbudowana jedna nić nukleotydów.



Przedstawiona powyżej nić nukleotydów ma dwa różne końce, co wiąże się z numeracją atomów węgla w deoksyrybozie. Jeden koniec, u góry, do którego nie jest już dołączony żaden nukleotyd ma w deoksyrybozie „wolny węgiel” numer 5. Stąd też ten koniec nosi nazwę końca 5’. Zaś na dole rysunku jest zaś deoksyryboza, do której węgla numer 3 nie jest dołączony żaden kolejny nukleotyd. Ten koniec nosi nazwę 3’.


To jest jedna nić polinukleotydowa. Lecz do tej nici dopasowana jest druga nić polinukleotydowa. Obie nici są względem siebie komplementarne. To znaczy, że zasady azotowe nukleotydów leżących naprzeciw siebie, są do siebie dopasowane przestrzennie i łączą się w komplementarne pary za pomocą wiązań wodorowych. Adenina tworzy parę z tyminą i łączą się dwoma wiązaniami wodorowymi. Zaś guanina łączy się z cytozyną trzema wiązaniami wodorowymi. Ta komplementarność zasad wynika z budowy chemicznej zasad, to znaczy z liczby i ułożenia grup funkcyjnych, które mogą tworzyć wiązania wodorowe.

A oto jak wygląda tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy zasadami azotowymi:


Opisana reguła nosi nazwę ZASADY KOMPLEMENTARNOŚCI. Z tej właśnie zasady wynika, że jeżeli znamy kolejność (sekwencję) nukleotydów jednej nici, to z całą pewnością możemy tez określić sekwencję nukleotydów drugiej nici.
Skutkiem zasady komplementarności jest REGUŁA CHARGAFFA. Zgodnie z tą regułą liczba zasad purynowych jest równa liczbie zasad pirymidynowych, przy czym liczba zasad adeninowych jest równa liczbie zasad tyminowych a liczba zasad guaninowych jest równa liczbie zasad cytozynowych.
Tę regułę można przedstawić następującym wzorem:
A+G=C+T, gdzie A=T i C = G
Teraz, posługując się symbolami graficznymi i literowymi napiszemy sekwencję fragmentu DNA.

A, T, G, C – zasady azotowe

D – deoksyryboza

P – fosforan

Kropkami zaznaczono wiązania wodorowe

Oto dwa zapisy tej samej cząsteczki DNA:



Zwróć uwagę, że obie nici polinukleotydowe są ze sobą połączone za pomocą wiązań wodorowych pomiędzy zasadami azotowymi.

Zauważ też, że obie nici są do siebie przeciwnie (odwrotnie ułożone).

Jedna ma kierunek od 5’ do 3’ a druga od 3’ do 5’. Mówimy, że są odwrotnie zorientowane w przestrzeni albo inaczej, że są one antyrównoległe.


Na koniec trzeba powiedzieć, że obie te nici są względem siebie skręcone, jak dwie wstążki w podwójną spiralę prawoskrętną. Chemicy taką spiralę prawoskrętną nazywają -helisą, albo -heliksem.
Cała cząsteczka wygląda pod względem chemicznym tak jak poniżej:

Ale najczęściej bywa przedstawiana schematycznie tak jak na poniższym rysunku:





©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna