ŠABAČKA GIMNAZIJA

SEMINARSKI RAD

TEMA: HEMIJSKA STRUKTURA DNK

ANA MIHAILOVIĆ, IV5

1

2

UVOD

Dezoksiribonukleinska kiselina (DNK) je nukleinska kiselina je nosilac i prenosilac naslednih osobina u svim živim organizmima. Zajedno sa RNK i proteinima, DNK je jedan od tri glavna tipa makromolekula koji su esencijalni za sve poznate forme života. Sva živa bića svoj genetički materijal nose u obliku DNK, sa izuzetkom nekih virusa koji imaju ribonukleinsku kiselinu (RNK). DNK ima veoma važnu ulogu ne samo u prenosu genetičkih informacija sa jedne na drugu generaciju, već sadrži i uputstva za građenje neophodnih ćelijskih organela, proteina i RNK molekula. DNK segment koji prenosi ova važna uputstva se naziva gen.

U eukariotima, organizmima kao što su životinje, biljke, gljive i protiste, najveći broj DNK molekula se nalazi u jedru ćelije, a manji broj je u organelama, kao što su mitohondrije ili hloroplasti. U prokariotima (npr. bakterijama) DNK se nalazi u citoplazmi ćelije. Za razliku od enzima, DNK molekul ne utiče direktno na druge molekule, već različiti enzimi sarađuju sa DNK i realizuju informacije bilo u obliku RNK molekula ili u obliku proteina.

Ćelije sadrže DNK organizovan u duge strukture koje se zovu hromozomi. Broj hromozoma je karakteristika svake žive vrste. Čovek ima 46 hromozoma, mačka 38, zec 44. Svaki hromozom sadrži jedan molekul DNK. Tokom pripreme za ćelijsku deobu hromozomi se dupliraju procesom replikacije DNK, tako da svaka od novonastalih ćelija ima kompletan set hromozoma. U hromozomima, hromatinski proteini, kao što su histoni, organizuju DNK na takav način da molekul postaje veoma kompaktan i može da stane u ćelije koje su na hiljade puta manje od raspletenih DNK molekula.

DNK svake osobe nasleđen je od oba roditelja.

3

STRUKTURA DNK

DNK je dugačak polimer, sastavljen od manjih jedinica koje se nazivaju nukleotidi.

Svaki nukleotid se sastoji od tri komponente: jednog molekula azotne baze, jednog molekula šećera pentoze i jedne fosfatne grupe.

Azotne baze mogu bitii purinske [purini] i pirimidinske [pirimidini]. Purinske baze DNK su adenin [A] i guanin [G], a pirimidinske citozin [C] i timin [T].

Pentoza koja ulazi u sastav DNK je deoksiriboza.

Međusobno povezani nukleotidi čine skelet DNK molekula formiran od šećera deoksiriboze i fosfatnih grupa. Ovaj skelet takođe sadrži četiri različite nukleobaze, vezane za dezoksiribozu. 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.

Redosled ove četiri baze je osnova kodiranja genetičkog materijala. Informacija se čita koristeći genetički kod, kojim se specificira sekvenca aminokiselina u proteinima. Kod se čita kopiranjem delova DNK u molekule RNK u procesu koji se naziva transkripcija.

4

azotne baze

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. Oni su predložili model trodimenzionalne strukture DNK, koji je nešto kasnije potvrđen. Za to otkriće su nagrađeni Nobelovom nagradom.

DNK se sastoji od dva polimerna (polinukleotidna) lanca, koji su uvijeni u desno oko iste ose i koji imaju antiparalelnu orijentaciju (dvostruki heliks). Lanci DNK su postavljeni naspramno i paralelno jedan drugom; povezani su preko komplementarnih baza: adenin (A) jednog lanca je uvek u paru sa timinom (T) naspramnog lanca, i povezani su dvema vodoničnim vezama. Guanin (G) jednog lanca je uvek u paru sa citozinom (C) naspramnog lanca, i povezani su trima vodoničnim vezama.

5

model trodimenzionalne strukture DNK

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.

STRUKTURA DNK KAO MOLEKULSKA OSNOVA ZA OČUVANJE I PRENOŠENJE GENETSKE INFORMACIJE

Osnovna uloga DNK je čuvanje i prenošenje genetske informacije. Ova informacija se nalazi upisana u redosledu azotnih baza i prenosi se na potomke procesom koji se naziva replikacija, odnosno biosinteza DNK.

Replikacija je proces kopiranja, kojim iz roditeljske DNK nastaju dva identična molekula DNK potomka, noseći iste genetske informacije. Ovaj proces se odvija pri deobi ćelija. Proces replikacije započinje razdvajanem dva polinukleotidna lanca DNK, a svaki od njih služi kao matrica ili šablon za sintezu novog komplementarnog lanca. To znači da će se nukleotidi prilikom sinteze vezivati u novi polinukleotidni niz onim redosledom koji je dirigovan strukturom šablona, a prema pravilu o sparivanju baza. Za šablon, vodoničnim vezama, nasuprot adeninu, postaviće se nukleotid koji sadrži timin kao bazu, a nasuprot guaninu

6

postaviće se nukleotid koji sadrži citozin. Poređani nukleotidi se vezuju fosfodiestarskim mostovima, dajući nov polinukleotidni lanac. Stvaranje tih mostova omogućuje enzim koji se zovr DNK polimeraza.

U procesu replikacije, od jenog DNK molekula nastaju dva. U svakom molekulu DNK nalaze se šifre za sintezu specifičnih proteina i ribonukleinskih kiselina. Svaka šifra predstavlja određeni deo (segment) u polinukleotidnim lancima DNK i naziva se GEN. Kako replikacijom nastaju identične DNK, to će se roditeljski geni naći i u potomcima.

OSTALE HEMIJSKE I FIZIČKE OSOBINE DNK

DNK je jaka polibazna kiselina, koja je potpuno jonizovana pri pH vrednostima iznad 4. U hromozomima je asosovana sa baznim proteinima (protaminima i histonima).

Molekulske mase DNK su izuzetno visoke. DNK čoveka sadrži 2x1010 nukleotida. Dužina DNK jedne ćelije sisara je oko 2 metra. (Inače, molekuli DNK su veoma gusto uvijeni i smešteni u veoma malom prostoru).

Ako se DNK izoluje iz biološkog materijala, dobijaju se jako viskozni rastvori, što je u skladu sa njihovom makromoekulskom strukturom. Kada se ovaj rastvor zagreje, ili se dodaju kiseline i baze, viskozitet opada jer dolazi do denaturacije (promena konformacije).

7

SAŽETAK:

Dezoksiribonukleinska kiselina (DNK) je nukleinska kiselina koja ima veoma važnu ulogu, ne samo u prenosu genetičkih informacija sa jedne na drugu generaciju, već sadrži i uputstva za građenje neophodnih ćelijskih organela, proteina i RNK molekula. DNK segment koji prenosi ova važna uputstva se naziva gen.

Ćelije sadrže DNK organizovan u duge strukture koje se zovu hromozomi. Broj hromozoma je karakteristika svake žive vrste. Čovek ima 46 hromozoma. Svaki hromozom sadrži jedan molekul DNK. Tokom pripreme za ćelijsku deobu hromozomi se dupliraju procesom replikacije DNK, tako da svaka od novonastalih ćelija ima kompletan set hromozoma.

DNK svake osobe nasleđen je od oba roditelja.

DNK je dugačak polimer, sastavljen od manjih jedinica koje se nazivaju nukleotidi. Svaki nukleotid se sastoji od tri komponente: jednog molekula azotne baze, jednog molekula šećera pentoze i jedne fosfatne grupe. Azotne baze mogu bitii purinske i pirimidinske . Purinske baze DNK su adenin [A] i guanin [G], a pirimidinske citozin [C] i timin [T]. Pentoza koja ulazi u sastav DNK je dezoksiriboza.

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. Oni su predložili model trodimenzionalne strukture DNK. Za to otkriće su nagrađeni Nobelovom nagradom.

DNK se sastoji od dva polinukleotidna lanca, koji su uvijeni u desno oko iste ose i koji imaju antiparalelnu orijentaciju (dvostruki heliks). Lanci DNK su postavljeni naspramno i paralelno jedan drugom; povezani su preko komplementarnih baza: adenin (A) jednog lanca je uvek u paru sa timinom (T) naspramnog lanca, i povezani su dvema vodoničnim vezama. Guanin (G) jednog lanca je uvek u paru sa citozinom (C) naspramnog lanca, i povezani su trima vodoničnim vezama.

Osnovna uloga DNK je čuvanje i prenošenje genetske informacije. Ova informacija se nalazi upisana u redosledu azotnih baza i prenosi se na potomke procesom koji se naziva replikacija, odnosno biosinteza DNK. Replikacija je proces kopiranja, kojim iz roditeljske DNK nastaju dva identična molekula DNK potomka, noseći iste genetske informacije. Ovaj proces se odvija pri deobi ćelija. Proces replikacije započinje razdvajanem dva polinukleotidna lanca DNK, a svaki od njih služi kao matrica ili šablon za sintezu novog komplementarnog lanca. Poređani nukleotidi se vezuju fosfodiestarskim mostovima, dajući nov polinukleotidni lanac. Stvaranje tih mostova omogućuje enzim koji se zove DNK polimeraza.

U procesu replikacije, od jenog DNK molekula nastaju dva. U svakom molekulu DNK nalaze se šifre za sintezu specifičnih proteina i ribonukleinskih kiselina. Svaka šifra predstavlja određeni deo (segment) u polinukleotidnim lancima DNK i naziva se GEN. Kako replikacijom nastaju identične DNK, to će se roditeljski geni naći i u potomcima.

DNK je jaka polibazna kiselina.

Molekulske mase DNK su izuzetno visoke.

8

9