A nukleinsavak vegyi szerkezete s szerepe Jzsef va

A nukleinsavak vegyi szerkezete és szerepe József Éva Bolyai Farkas Elméleti líceum „Menj csak visszafelé, és bárhonnét indulsz is ki, az élet egységének ünneplésénél kötsz ki. Haladj előre, és a változatosságot magasztalod. ”(R. Dawkins)

Mit kell tudnia a genetikai anyagnak? • Rendelkeznie kell az információ tárolásának képességével. Tehát kémiailag elegendően stabilnak kell lennie ahhoz, hogy az adatokat tárolja. • Alkalmasnak kell lennie arra, hogy a sejt ezen információt pontosan meg tudja kétszerezni és tovább tudja adni az osztódások során. • Képesnek kell lenni az állandóság mellett változásra is.

A DNS vegyi szerkezete • A DNS kémiai felépítésének alapegysége a nukleotid (nukleozidmonofoszfát). A DNS ezek polimerje – polinukleotid (hasonlóan az RNS-hez). • A nukleotid foszforsavat (foszfátot), de(z)oxiribóz cukrot és négyféle N tartalmú heterociklusos szerves bázisból egyet tartalmaz. • A négy bázis az adenin (A), a guanin (G), a citozin (C) és a timin (T). Ezek közül az A és G purinvázas, nagy méretű, a C és T pirimidinvázas, kis méretű bázisok.

A nukleotid szerkezete N tartalmú, heterociklusos szerves bázis (adenin) 1’ C atom (glikozidos OH csop. ) – bázis kapcsolódási helye 5’ C atom – a foszforsav rész kapcsolódási helye Foszforsav rész (foszfát csoport) 3’ C atom – ezzel kapcsolódik a polinukleotid lánc következő nukleotidjának foszforsav részéhez Cukor – aldopentóz (ribóz) 2’ C atom – ezen nincs O a DNS-ben

A DNS másodlagos szerkezete • A molekula gerincét alkotó láncban a foszforsav észter kötéssel (csoporttal) kapcsolódik a cukrok 3’ és 5’ szénatomjához. • Minden bázispár egy purin (A vagy G) és egy pirimidin bázist (T vagy C) tartalmaz. • Az A-T párt 2, a G-C párt 3 hidrogénhíd kapcsolja össze. • A két lánc egymás komplementere. • Az antiparallel irányultságot a cukor-foszfát lánc ellentétes 5’-3’ iránya adja. • A cukor foszfát lánc igen rugalmas, a hajlítást, csavarást igen jól tűri. Forrás: https: //regi. tankonyvtar. hu/hu/tartalom/tamop 425/2011_0001_519_42 574_3/ch 01 s 05. html

A DNS szerkezetének felfedezése A DNS térszerkezetét Watson és Crick oldotta meg 1953 -ban Rosalind Franklin 1953 -ban a DNS első röntgendifrakciós képét készíti

Chargaff szabályok • Különböző élőlényekből kivonható DNS összetételének vizsgálata érdekes törvényszerűségeket tárt fel. • A törvényszerűségeket Erwin Chargaff ismerte fel: • Az élőlényekből származó DNS-ekben a pirimidin nukleotidok (T + C) mennyisége egyenlő a purin (A + G) nukleotidok mennyiségével. • A T mennyisége egyenlő az A-val, és C mennyisége egyenlő G-vel. • Az A + T és C + G mennyiségek nem egyenlők, azok aránya jellemző az élőlényre amiből a DNS származik.

A DNS denaturálása • Magas hőmérsékleten a DNS-t összetartó erők nem elégségesek a két lánc összetartására, a DNS láncai széttekerednek, a DNS denaturálódik. • A denaturáció reverzibilis folyamat (a láncok összeállását renaturációnak nevezzük). • A folyamat nagyon jelentős molekuláris genetikai vizsgálatokban (PCR), DNS-DNS illetve DNS-RNS molekulahibridek előállításában

A DNS félig konzervatív replikációjának modellje (autokatalitikus funkció) - A kettős spirál két szála a H -kötések mentén kettéválik. - Mindkét szál mintaként (templátként) szolgál egy új szál szintéziséhez. - Az eredeti szállal és egymással megegyező szerkezetek jönnek létre. Forrás: https: //regi. tankonyvtar. hu/hu/tartalom/tamop 425/ 2011_0001_519_42574_3/ch 01 s 05. html

A félig konzervatív modell mechanizmusa Forrás: https: //biokemonline. com/biologia-bejegyzesek/dns-megkettozodes/

RNS típusok - m. RNS-hírvivő t. RNS-szállító r. RNS-riboszómális sn. RNS-szabályozó v. RNS-virális Forrás: https: //microbenotes. com/rna-properties-structure-types-and-functions/

DNS-RNS összehasonlítás DNS • Pentóza a dezoxiribóz • Nitrogén bázisai: A, G, C, T • Kettős a-hélix szerkezet • Sejtmagban található • Genetikai információt hordoz RNS • Pentóza a ribóz • Nitrogén bázisai: A, G, C, U • Egyszálas szerkezetű • Sejtmagban és a sejtplazmában is megtalálható • Fehérjeszintézisben játszik szerepet

Fehérjeszintézis (heterokatalitikus funkció) I. Transzkripció - Az RNS polimeráz segítségével történik; - A polimeráz az σ-faktor segítségével kapcsolódik a DNS szálhoz; - Az RNS polimeráz felnyitja a DNS-t kettős polinukleotidláncát; - A bázispárosodás törvényeinek megfelelően a templát szállal komplementer m. RNS molekula képződik; - Alvó szálnak nevezzük azt a szálat, amiről nem másolódik RNS; - A Stop kodonoknak megfelelően a σ-faktor disszociál a polimerázról;

A genetikai kód - Egysége a kodon - A kodon 3 egymás utáni nukleotid, ami meghatározza egy aminosav beépülését a polipeptidláncba - 64 kodon 20 aminosavat határoz meg - A genetikai kód leolvasása folyamatosan történik; - Két egymás utáni kodonnak nincsenek közös nukleotidjai - A genetikai kód egységes Forrás: https: //tudasbazis. sulinet. hu/hu/termeszettudomanyok/biologia-11 -evfolyam/a-genetikaikod-es-a-feherjeszintezis/a-genetikai-kod

II. Transzláció Kezdeti szakasz: iniciáció Lánchosszabbodás: elongáció: Forrás: https: //tudasbazis. sulinet. hu/hu/termeszettudomanyok/biologia 11 -evfolyam/a-genetikai-kod-es-a-feherjeszintezis/a-feherjeszintezis

Láncbefejezés: termináció - Stop kodonok: UAA, UGA, UAG - A riboszómákon képződő polipeptidek bejutnak az endoplazmatikus hálózatba. - A Golgi-készülékbe jutnak, ahol kialakul végleges szerkezetük. - A kész anyagok Golgi-hólyagocskákban szállítódnak felhasználási helyükre. - Exocitózissal leadásra kerülnek (pl. mirigysejtek váladéka).

Feladat Az eukarióták fehérje szintézise két szakaszban valósul meg: átírás/transzkripció és átültetés/ transzláció. a) Nevezzen meg egy olyan RNS típust, ami részt vesz az átírásban és egy olyan RNS-t, amely az átültetésben vesz részt. Határozza meg az előbb említett RNS típusok egy-egy jellemzőjét. Megoldás: szabadon választható RNS típusok: 1. Átírásban résztvevő RNS: m. RNS, szerkezeti jellemzője, hogy a DNS templátnak komplementere, mindig egyszálas 2. Átültetésben résztvevő RNS: t. RNS, szerkezeti jellemzője: lóherelevélhez hasonló, egyszálas és kétszálas szakaszokkal is rendelkezik

Feladat b. Egy átírásban/transzkripcióban résztvevő enzim egy olyan kétszálú DNS molekula genetikai információja alapján képződik, amely 192 nukleotidot tartalmaz, ebből 43 timin. Határozza meg a következőket: - A guanin tartalmú nukleotidok számát a kétszálas DNS szakaszból (a feladatmegoldás minden lépésétírja le); Megoldás: Felírjuk a nukleotidok számának összegét: N=A+G+T+C=192 A=T, azaz T=43 (Chargaff szabályainak megfelelően) A+T=86 G+C=N-(A+T)=192 -86=106 G=C G=106/2=53

Feladat - A kétszálas DNS lánc kettős és hármas hidrogénkötéseinek számát; - Ahány A-T kapcsolat van a molekulában, annyi kettős kötés, azaz 43 - Ahány G-C kapcsolat van a molekulában, annyi hármas kötés, azaz 53 - A 3’-5’irányítottságú, AAAGTC szerkezetű DNS szekvencia 5’-3’ irányítottságú komplementerét. A T A T G C T A C G

Feladat c) Egészítse ki a feladatot egy ön által megfogalmazott kérdéssel, a biológiára jellemző tudományos információkat felhasználva; válaszoljon az ön által megfogalmazott kérdésre. Saját kérdés: Az adott DNS szekvencia alapján hány aminosavat tartalmazó polipeptidlánc képződhet? Válasz: A kétszálú DNS által tartamazott nukleotidok száma: NDNS =192 A belőle másolt m. RNS nukleotidjainak száma: NRNS = NDNS /2=192/2=96 Egy kodon 3 nukleotidot tartalmaz: Kodonok száma: 96/3=32, minden kodon egy aminosavat kódol, tehát az aminosavak száma is 32.

Összefoglaló A mai órán megtanultuk: - A DNS és RNS szerkeztét - Az RNS típusokat - A DNS szerepeit: denaturálás/renaturálás, replikáció, fehérjeszintézis - Az érettségi feladatok megoldását a nukleinsavak szerkezetének és szerepeinek tükrében. Sok sikert!