Struktura

DNA, RNA

Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny (DNA a RNA) jsou nositelkami dědičné informace. Díky nim dochází k přenosu dědičných znaků z rodičů na potomky. Díky nukleovým kyselinám dochází také k evoluci. Jejich nejdůležitější vlastností je schopnost replikace.

Struktura nukleových kyselin

Nukleové kyseliny se skládají z mnoha stavebních jednotek – nukleotidů. Díky své velikosti patří nukleové kyseliny mezi makromolekuly a jsou také označovány biopolymery.

Nukleotid vzniká spojením:

  • pentózy (monosacharid s pěti uhlíky),

  • dusíkaté báze – navázané na cukernou složku,

    • odvozené od molekuly pyrimidinu jsou cytosin, thymin a uracil

    • odvozené od molekuly purinu jsou adenin a guanin

  • zbytku kyseliny trihydrogenfosforečné (H3PO4) – jejím prostřednictvím jsou navázány jednotlivé nukleotidy.

 

Obr. 1: Pyrimidinový nukleotid

Obr. 2: Purinový nukleotid

Na cukr se váže v pozici 5’ zbytek kyseliny fosforečné (esterová vazba) a v pozici 1’ dusíkatá báze (N-glykosidická vazba). V poloze 3’ je pak pentóza připojena přes sousední zbytek kyseliny k sousední pentóze. Vzniká polynukleotidové vlákno.

Obr. 3: Část polynukleotidového vlákna

DNA (deoxyribonukleová kyselina)

Obr. 4: Deoxyribonukleová kyselina

  • Je obsažena v jádrech všech eukaryotických buněk (u prokaryotických buněk je uložena volně v cytoplazmě).

  • Je základním genetickým materiálem většiny organismů, slouží k uchování genetické informace.

  • Molekula DNA je tvořena dvěma polynukleotidovými řetězci.

  • Řetězce jsou vůči sobě antiparalelní – jeden řetězec má směr fosfodiesterových vazeb 5’ → 3’ a druhý 3’ → 5’. Na 3’ konci je navázána -OH skupina, zatímco na 5’ konci je navázána fosfátová skupina.

  • Molekulu cukru představuje 2-deoxy-D-ribosa (2-deoxy znamená, že molekule ribózy chybí v poloze 2 atom kyslíku).

  • Dusíkaté báze v DNA jsou:

    • deriváty purinu – adenin, guanin,

    • deriváty pyrimidinu – cytosin, thymin.

Zákon komplementarity:

  • Mezi dusíkatými bázemi protějších vláken dochází k interakcím.

  • Váží se spolu vždy jen 2 specifické N-báze (vždy 1 báze pyrimidinová a 1 purinová).

A – T (spojeny 2 vodíkovými můstky)

C – G (spojeny 3 vodíkovými můstky)

Obr. 5: Komplementární báze

Platí tedy rovnice: (A+C) / (T+G) = 1

 

  • Pořadí jednotlivých nukleotidů spojených v polynukleotidový řetězec, tzv. primární struktura nukleových kyselin, určuje genetickou informaci organismu!

  • Obě polynukleotidová vlákna (primární struktura DNA) vytvářejí nejčastěji pravotočivou šroubovici označovanou jako double helix (sekundární struktura DNA).

Obr. 6: RNA versus DNA

RNA (ribonukleová kyselina)

Obr. 7: Ribonukleová kyselina

  • Zajišťuje přenos genetické informace z DNA do struktury bílkovin, v organismech je přítomna v několika typech.

  • Od DNA se liší typem cukru. Obsahuje pětiuhlíkatý cukr D- ribózu.

  • Dusíkaté báze v RNA jsou:

    • deriváty purinu – adenin, guanin,

    • deriváty pyrimidinu – cytosin, uracil.

  • Je obvykle jednovláknová, někdy i dvouvláknová.

RNA má v organismu mnoho funkcí a rozlišuje se mnoho různých podtypů:

  • mRNA - mediátorová RNA

    • Přenáší dědičnou informaci, která je uložena v genu a kóduje přesné pořadí aminokyselin v proteinech.

    • Vzniká přepisem (transkripcí) z DNA a následným sestřihem.

    • Z jádra je transportována do cytoplazmy, kde se ve spojení s ribozomy účastní syntézy bílkovin (translace).

  • tRNA - transferová RNA

    • Přenáší aminokyseliny na správné místo vznikajícího polypeptidu – na proteosyntetický aparát buňky.

    • Za klasické schéma molekuly tRNA je považován „trojlístek jetele“.

    • „Stopky“ tohoto útvaru jsou vytvořeny vazbou vodíkových můstků na principu komplementarity bází.

    • Na konci 3´ je přenášená aminokyselina navázána esterovou vazbou .

Obr. 8: Schéma tRNA molekuly

  • rRNA - Ribozomální RNA

    • Tvoří stavební složku ribozomálních podjednotek.

Zdroje

  • CAMPBELL, Neil A. a kol. Biology: concepts. 4. vyd. San Francisco: Benjamin Cummings, 2003, 781 s. ISBN 080536627X.

  • FELLNEROVÁ, Ivana. Výukový materiál zpracovaný v rámci Projektu „Aktivní začlenění SŠ pedagogů do tvorby a využití multimediálních výukových programů ve výuce biologie“ CZ.04.1.03/3.2.15.2/0270. Zdroj: http://atraktivnibiologie.upol.cz/

  • RAYMOND, Kenneth W. General, organic, and biological chemistry: an integrated approach. 1. vyd. Hoboken, N.J.: John Wiley, 2006, 494 s. ISBN 04-714-4707-2.

  • REECE Jane B., Lisa A. URRY, Michael L. CAIN, Steven A. WASSERMAN, Peter V. MINORSKY a Robert B. JACKSON. Campbell Biology. 9. vyd. San Francisco: Benjamin Cummings, 2011, 1309 s. ISBN 978-0321558237.

  • Pokud není uvedeno jinak je autorem obrázků Mgr. František Brauner, Ph.D.

Historie

 

  • Dějiny objevu a výzkumu DNA

http://cs.wikipedia.org/wiki/D%C4%9Bjiny_objevu_a_v%C3%BDzkumu_DNA

Obr. 9: James Watson a Francis Crick

  • Crick a Watson objevili strukturu DNA

http://www.ceskatelevize.cz/ct24/kalendarium/13070-crick-a-watson-objevili-strukturu-dna/

  • Proč jsme, kým jsme. Před 60 lety byla objevena podoba DNA

http://technet.idnes.cz/objevu-dna-csp-/veda.aspx?c=A130423_141239_veda_mla

 

  • Telegram z 18. října 1962 pro Francise Cricka o tom, že spolu s Jamesem Watsonem a Mauricem Wilkinsem získali Nobelovu cenu.

Obr. 10: Důležitý telegram

Doplňující učivo

Genetický fingerprinting

Genetický fingerprinting také označovaný jako genetická daktyloskopie je metoda forenzní chemie, která umožňuje díky jedinečnosti sekvence DNA každého člověka spolehlivě určit, jestli daný úsek DNA patří hledanému člověku.

Obr. 11: Schéma genetického fingerprintingu

Obrázek znázorňuje genetický fingerprinting vzorku krve nalezeného na místě činu a dále pak pěti vzorků krve podezřelých osob.

Prohlédněte si pozorně všech šest sloupců a mezi podezřelými hledejte toho, jehož rozložení prožků je nejvíce podobné DNA vzorku z místa činu.

Opakování

Víte z čeho se skládá molekula nukleové kyseliny?

Obr. 12: Schéma molekuly nukleové kyseliny

ODPOVĚĎ:

1 cukr

2 fosfátová skupina

3 dusíkatá báze

Tip

Sladký DNA model - VHODNÉ PRO ŽÁKY ZŠ

Použijte různé gumové bonbony a udělejte si se spolužáky jedlý model DNA. Nezapomeňte jednotlivé části DNA molekuly správně popsat.

Obr. 13: Bonbonový model DNA 1

Obr. 14: Bonbonový model DNA 2

Obr. 15: Bonbonový model DNA 3

Obr. 16: Bonbonový model DNA 4

Obr. 17: Bonbonový model DNA 5

Obr. 18: Bonbonový model DNA 6

Logolink