biochemik J. Watson i biofizyk F. Crick

l                W literaturze przyjęto powszechnie używać równorzędnie z nazwą kwas dezoksyrybonukleinowy - skrótu DNA (od ang. deoxyribonucleic acid) oraz równorzednie z nazwą kwas rybonukleinowy - skrótu RNA (od ang. ribonucleic acid).

l                DNA na terenie komórki występuje głównie w jądrze.

l                Znacznie mniejsze ilości DNA występują na terenie mitochondriów i plastydów.

l                Zarówno DNA jądrowy, jak i występujący w strukturach cytoplazmatycznych - jest źródłem informacji genetycznej w komórce.
 

l                RNA występuje w jądrze (głównie na terenie jąderka) oraz cytoplazmie.

l                RNA w komórce służy do wykorzystania informacji zawartych w DNA dla biosyntezy białka ( w procesie tym, oprócz RNA biorą udział liczne enzymy białkowe).

KWASY NUKLEINOWE

l                 Podstawowy szkielet kwasów nukleinowych zbudowany jest z połączonych liniowo, za pośrednictwem reszt kwasu fosforowego, cząsteczek pentozy.

l                 Do każdej cząsteczki pentozy dołączona jest zasada azotowa, tworząc jak gdyby boczne odgałęzienie.
 

l                 Nietrudno więc zauważyć, że podstawowym monomerem łańcucha kwasów nukleinowych jest następujące połączenie; zasada azotowa - pentoza - reszta kwasu fosforowego.

KWASY NUKLEINOWE

l                  Kwasy nukleinowe w istotny sposób przypominają białka, chociaż pod względem chemicznym są od nich całkowicie różne.

l                  Wszystkie cząsteczki kwasu nukleinowego zawierają długi łańcuch (szkielet); łańcuchy te różnią się jedynie długością.

l                  Do tego szkieletu przyłączone są różne grupy, których rodzaj oraz sekwencja są charakterystyczne dla każdego kwasu nukleinowego.

l                  Podczas gdy szkieletem cząsteczki białka jest łańcuch poliamidowy (polipeptydowy), szkieletem cząsteczki kwasu nukleinowego jest łańcuch poliestrowy, nazywany łańcuchem polinukleotydowym.

Zasady azotowe

 

l                  Zasady pirymidynowe zawierają sześcioczłonowy pierścień o dwóch atomach azotu.

l                  W zasadach, wchodzących w skład kwasów nukleinowych, pierścień ten jest podstawiony w pozycji 4 grupą aminową lub hydroksylową, natomiast w pozycji 2 zawsze grupą zawierającą tlen.

l                  Taka konfiguracja umożliwia tautometrię polegającą na tym, że atom wodoru może łączyć się z atomem tlenu, bądź z atomem azotu w pierścieniu.

l                 Podobnie jak w białkach, również i w kwasach nukleinowych wyróżniamy struktury;

l                 strukturę pierwszorzędową

l                 strukturę drugorzędową

l                 Struktura pierwszorzędowa - podaje sekwencję nukleotydów w łańcuchu, natomiast struktura drugorzędowa - przestrzenne ukształtowanie cząsteczki.

Struktura pierwszorzędowa
 

l                 Budowa łańcucha kwasu dezoksyrybonukleinowego

l                 - jest wielkocząsteczkowy polinukleotyd;

l                 liczne nukleozydy połączone są ze sobą za pomocą kwasu fosforowego wiązaniami dwuestrowymi.

Kwasy rybonukleinowe

l                Kwasy rybonukleinowe - zbudowane są zupełnie podobnie jak kwasy dezoksyrybonukleinowe.

l                Składają sie one z licznych nukleozydów połączonych resztami kwasu fosforowego

l                Sekwencja nukleotydów w łańcuchu nazywana jest inaczej strukturą pierwszorzędową kwasu nukleinowego.

Kwasy rybonukleinowe

l                 Zwykle sekwencję podaje się używając tylko pierwszych liter występujących w nukleotydach zasad.
 

l                 I tak, na przykład dla fragmentu, w którym występują kolejno nukleotydy zawierające: adeninę, tyminę, guaninę, cytozynę, tyminę, adeninę - sekwencję można zapisać; ATGCTA

Struktura drugorzędowa
 

l                  Struktura drugorzędowa (przestrzenna) kwasu dezoksyrybonukleinowego

l                  Na podstawie danych rentgenograficznych, otrzymanych przez Wilkinsona i współpracowników, Watson i Crick zaproponowali model strukturalny, który następnie potwierdzono licznymi badaniami.

l                  Podstawą tego modelu jest założenie, że poszczególne zasady łączą się ze sobą parami za pomocą wiązań wodorowych. Jest to możliwe dla par adenina - tymina i guanina-cytozyna

Struktura drugorzędowa (przestrzenna) kwasu dezoksyrybonukleinowego

l                 Komórki życiowe zawierają trzy podstawowe rodzaje RNA;

l                 informacyjny RNA (tzw. mRNA od angielskiego messenger RNA)

l                 przenośnikowy RNA (tzw. tRNA od angielskiego transfer RNA)

l                 rybosomalny RNA (tzw. rRNA od angielskiego ribosomal RNA)

l                 Z chemicznego punktu widzenia te trzy rodzaje RNA różnią się przede wszystkim ciężarem cząsteczkowym i składem zasad.

RNA
 

l                 Rybosomalny RNA ma ciężar cząsteczkowy ok. 500000 lub ok. 1000000.

l                 Informacyjne kwasy rybonukleinowe charakteryzują się ciężarem cząsteczkowym kilkuset tysięcy, a pod względem składu zasad upodobniają się do nici DNA.

l                 Natomiast przenośnikowe kwasy rybonukleinowe mają niższe ciężary cząsteczkowe, w granicach 25000 - 30000.

l                 Są one rozpuszczalne w cytoplazmie i dlatego nazywane są również rozpuszczalnym RNA.

l                   W jaki sposób struktura kwasów nukleinowych jest związana z ich rolą w procesie dziedziczenia? Otóż kwasy nukleinowe kontrolują dziedziczność na poziomie cząsteczkowym.

l                   Podwójny heliks DNA jest zbiorem zakodowanych informacji genetycznych organizmu. Informacja ta jest "przechowywana" w sekwencji zasad w łańcuchu polinukleotydowym, przy czym wiadomości są "zapisywane" w języku, który ma tylko cztery litery: A, G, T, C (odpowiednio adenina, guanina, tymina i cytozyna).

l                   DNA musi zatem zarówno przechowywać informację, jak i ją wykorzystywać. Funkcje te może spełniać dzięki swoim dwóm właściwościom;

Chemia a dziedziczność. Kod genetyczny

l                  cząsteczki DNA mogą się powielać (replikacja), tzn. mogą powodować syntezę innych cząsteczek DNA identycznych z cząsteczkami wyjściowymi

l                  cząsteczki DNA mogą dokładnie i w sposób specyficzny kierować syntezą białek charakterystycznych dla określonego organizmu

l                  Proces powielania przebiega w ten sposób, że dwa łańcuchy tworzące cząsteczkę rozkręcają się, po czym każdy z nich dobudowuje sobie łańcuch komplementarny, tzn. taki sam, z jakim poprzednio był połączony.

l                  Kod genetyczny został roszyfrowany, ale kontynuuje się badania w celu wyśledzenia dalszych dróg przekazywania informacji.
 

l                  Otóż wykazano, że substancją, z której zbudowane są czynniki dziedziczenia, czyli geny, jest kwas dezoksyrybonuleinowy (DNA).

l                  Każdy pojedyńczy gen ma swój odpowiednik chemiczny w przynależnym mu DNA o określonej sekwencji zasad.

l                   

Kod genetyczny

l                 Sekwencja zasad w cząsteczce DNA stanowi właśnie w tę "informację", jaką niesie ze sobą gen i która uzewnętrznia się w wywołaniu określonej cechy.
 

l                 Sekwencja zasad determinuje strukturę białek.

l                 Zachodzi to w ten sposób, że odpowiednia grupa trzech zasad określa odpowiednie aminokwasy.

Kod genetyczny

l                  DNA służy jako matryca, na której powstaje cząsteczka RNA, która jest nośnikiem informacji z jądra do cytoplazmy.

l                  W związku z tym nosi on nazwę informacyjnego RNA ( w skrócie mRNA).
Informacyjny RNA (mRNA) powstaje, gdy podwójny heliks DNA jest częściowo rozwiniety.

l                  Wtedy dookoła pojedyńczych nici DNA tworzą się łańcuchy RNA.

l                  W tym sensie proces ten przypomina samopowielanie DNA (replikacja) z tą różnicą, że nowy łańcuch zawiera rybozę zamiast deoksyrybozy (ten proces nazywa się transkrypcją).
 

l                  Sekwencja zasad w łańcuchu RNA różni się od ich sekwencji w matrycy DNA, lecz jest przez nią ściśle określona;
 

l                  Zawsze naprzeciw adeniny w cząsteczce DNA pojawia się uracyl w cząsteczce RNA, naprzeciw guaninu - cytozyna, tyminy - adenina i naprzeciw cytozyny - guanina.
 

l                  W ten sposób sekwencja AATCAGTT w DNA determinuje sekwencję UUAGUCAA w RNA.

l                 Na rybosomie mRNA przyłącza się odpowiednią liczbę cząsteczek tRNA, z których każda jest połączona z określonym aminokwasem.

l                 Kolejność, w jakiej przyłączane są cząsteczki tRNA - tzn. sekwencja, w jakiej aminokwasy są wbudowywane w łańcuch białkowy - zależy od sekwencji zasad w łańcuchu mRNA.

l                 W ten sposób UCU jest kodem dla seryny, UAC - dla tyrozyny, GUC - dla waliny.

TRANSLACJA

l                 Tworzenie łańcucha peptydowego, wymaga udziału dwóch białek: transferazy peptydowej, biorącej udział w tworzeniu wiązania peptydowego, i czynnika przemieszczającego (translokazy), który następnie cząsteczkę mRNA przesuwa o jeden kodon.

l                 Kodon to trzy sąsiadujące ze sobą zasady zwane "trypletem" a tryplet powstaje w wyniku różnych kombinacji czterech zasad (adeniny, guaniny, cytozyny i uracylu).

1