Osobine struktura i gradja DNK Ucenik Andjela Rundek

Osobine, struktura i gradja DNK Ucenik: Andjela Rundek IV-2 Profesor: Dragana Zivanovic

Osobine DNK molekul je dugačak polimer koji se sastoji od nukleotida, jedinica koje se ponavljaju. Nukleotidi su veoma male jedinice, međutim, DNK molekul se sastoji od miliona nukleotida, što ga čini veoma dugim. Najveći ljudski hromozom se sastoji od 440 miliona nukleotida, odnosno 220 miliona parova. Baza koja je povezana sa šećerom naziva se nukleozid, dok baza koja je povezana sa šećerom i jednom ili više fosfatnih grupa se naziva nukleotid. Kada je više nukleotida međusobno povezano, kao npr. u DNK molekulu, taj polimer se onda naziva polinukleotidni lanac. Votson i Krik su 1953. pokazali da je u živim organizmima DNK molekul sastavljen od dva polinukleotidna lanca koji su spiralno uvijeni jedan oko drugog. Za to otkriće su nagrađeni Nobelovom nagradom. Vertikalna dužina svakog obrtaja spirale je 34 angstrema (3, 4 nm) i prečnik je 10 angstrema (1, 0 nm). Prema jednoj drugoj studiji, kada se merenje izvrši u određenom rastvoru DNK lanac je 22 do 26 Angstroma širok (2, 2 do 2, 6 nm), i jedna nukleotidna jedinica doprinosi dužini sa 3, 3 Å (0, 33 nm).

Šećer u DNK molekulu je pentoza (nazvan tako jer sadrži pet ugljenikovih atoma) 2 -dezoksiriboza (RNK molekul se sastoji od šećera riboze, otuda i pun naziv ribonukleinska kiselina). Šećeri su međusobno povezani fosfatnim grupama koje stvaraju fosfodiestarsku vezu između trećeg i petog ugljenikovog atoma šećernog prstena. Fosfodiestarske veze su asimetrične, te DNK polinukleotidni lanci imaju smer. Kako ovi lanci idu u suprotnim smerovima, kaže se da je DNK antiparalelna. Asimetrični krajevi DNK baza se označavaju sa 5′ (pet prim) i 3′ (tri prim). Antiparalelnost znači da jedan lanac ide u smeru 5’→ 3′, dok suprotni lanac ide u smeru 3’→ 5′. Spiralni lanac koji čini DNK se održava u tom obliku pomoću vodoničnih veza između parova baza. U DNK molekulu postoje četiri baze Adenin (A), Citozin (C), Guanin (G) i Timin (T).

Struktura DNK

Adenin------ Guanin------------ Timin---- Citozin------------

Gradja DNK Vrsta i redoslijed nukleotida DNK predstavlja njenu primarnu strukturu i specifičan je za svaku vrstu. Varijabilnost (promenljivost, različitost) primarne strukture DNK je ogromna. Broj različitih redosleda nukleotida je 4 n, gde je n broj nukleotida koji čine lanac DNK. Ako se npr. lanac DNK sastoji od samo 100 nukleotida, bilo bi moguće predvideti postojanje 10 na 56 molekula sa različitim redosledom nukleotida. Prirodni molekuli DNK sastoje se od velikog broja nukleotida(najmanji molekul DNK imaju virusi i on se sastoji od oko 5000 nukleotida ) čime se obezbeđuje ogromna raznovrsnost bioloških vrsta. Linearno raspoređeni delovi DNK su geni. Struktura gena je tačno određeni redosled nukleotida u delu DNK.

Sekundarnu strukturu DNK uspeli su da odgonetnu Votson i Krik 1953. god. Osnovu te strukture čini dvolančana zavojnica(spirala). Dva polinukleotidna lanca , koja čine ovu zavojnicu, su antiparalelna što znači da se naspram 5’ kraja jednog lanca nalazi 3’ kraj drugog , i obrnuto. Lanci su uvijeni jedan oko drugog tako da se duž dvolančane zavojnice prostiru dva žljeba : veliki i mali. DNK zavojnica ima celom dužinom isti prečnik. Purinske i pirimidinske baze se nalaze u unutrašnjosti zavojnice gusto spakovane jedna nad drugom, a ravni baza su normalne na osu zavojnice. Fosfatne grupe su okrenute prema spoljašnjoj strani i zajedno sa pentozama čine skelet zavojnice. (Prečnik zavojnice iznosi 2 nm; jedan pun zavoj čine 10 parova nukleotida čija je ukupna dužina 3, 4 nm. )

Iz činjenice da je prečnik zavojnice isti celom dužinom, zaključeno je da se naspram purinske baze u jednom lancu nalazi pirimidinska baza u drugom, i to komplementarne –naspram adenina timin, a naspram guanina citozin i obrnuto. Naspramne baze se povezuju vodoničnim vezama : A i T su međusobno povezani sa dve, a G i C sa tri H-veze (A=T; GºC). Princip komplementarnosti, na kome se zasniva sekundarna struktura DNK, omogućava da redosled baza u jednom lancu automatski određuje redosled u drugom. Zato su odnosi A/T= 1 i G/C=1 tj. da je broj molekula A jednak broju molakula T, što važi i za G i C ; isto tako je i broj purinskih nukleotida jednak broju pirimidinskih nukleotida tj. A+G/T+C= 1; sve navedene pravilnosti nazivaju se Čargafova pravila (Erwin Chargaff). Sekundarna struktura DNK je podložna denaturaciji. Pod denaturacijom se podrazumeva narušavanje sekundarne strukture tako da se dvolančani DNK molekul razdvaja na dva polinukleotidna lanca. Pod odgovarajućim uslovima može doći do renaturacije , tj. do ponovnog spajanja komplementarnih lanaca DNK. Procesi denaturacije i renaturacije odigravaju se i u ćeliji pod kontrolisanim uslovima i u ograničenom obimu. Ti procesi predstavljaju neophodan preduslov za normalno funkcionisanje DNK. Kada se u rastvoru nađu dva polinukleotidna lanca koji imaju komplementarne redoslede nukleotida, nagradiće se hibridni dvolančani molekul. Denaturisana DNK može da hibridizuje sa denaturisanom DNK iste ili različite vrste , ili sa RNK. Hibridizacija je našla veoma široku primenu u istraživanjima u molekularnoj biologiji i predstavlja jednu od osnovnih tehnika genetičkog inženjerstva.