NUKLEOVÉ KYSELINY Deoxyribonukleová kyselina (DNA, odvozeno z anglického názvu deoxyribonucleic acid) Ribonukleová kyselina (RNA, odvozeno z anglického názvu ribonucleic acid) Definice a zařazení: Nukleové kyseliny (DNA, RNA) řadíme mezi přírodní látky, protože jsou základní složkou všech živých organismů. Zajišťují jejich reprodukci. Jsou to makromolekulární látky, které nesou genetickou informaci o organismu a rozhodují o procesech v buňce. Jejich základní stavební jednotkou je nukleotid. Výskyt: Nalézají se především v jaderné hmotě, dále v semiautonomních organelách (mitochondrie, plastidy), ve virech, RNA také v cytoplasmě a ribosomech. DNA byla popsána roce v r. 1869, funkce rozpoznána v roce 1943, model struktury publikován v roce 1953 (James D. Watson a Francis Crick) Jádro (z lat. nucleus, řec. karyon) je organela eukaryotnich buněk, v níž je uložena většina genetického materiálu (DNA) buňky. Od cytoplazmy je odděleno polopropustnou membránou, v průměru má velikost 5–10 mikrometrů. Je zde realizován přepis určitých úseků DNA do kratších řetězců RNA. DNA se zde nalézá ve formě komplexů s bílkovinami (chromatinu). Je barvitelná zejména v době, kdy se vlákna DNA spiralizují a vytváří chromozomy. Obr.: Buňky s jádrem a chromatinem
Složení nukleových kyselin Nukleové kyseliny obsahují 103- 106 vzájemně vázaných nukleotidů do řetězců nukleových kyselin. Lidská buňka obsahuje DNA o délce přibližně 1 metr (3·109 nukleotidů). Nukleotid obsahuje 3 základní části: -
Cukernou část (ribosu či deoxyribosu) Zásaditou část (pyrimidinovou či purinovou bázi) Kyselou část (zbytek kyseliny fosforečné H3PO4, čili fosfát)
Typy nukleových kyselin: 1.
Deoxyribonukleové kyseliny (DNA): Cukr: Dusíkaté báze: Zbytek kys. fosforečné Výskyt: Struktura:
Funkce:
deoxyribosu, adenin (A), thymin (T), guanin (G) a cytocin (C) (fosfát) jádro či jaderná hmota prokaryot, mitochondrie, plastidy, viry, plasmidy (menší kruhovité řetězce DNA v cytoplasmě bakterií) dvouvláknitá šroubovice tvořena dvěma řetězci nukleotidů, které jsou k sobě poutány vodíkovými můstky mezi puriny a pyrimidiny obou vláken nositel dědičné informace předávané na potomstvo Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
1
Ribonukleové kyseliny (RNA): Cukr: Dusíkaté báze: Zbytek kys. fosforečné Struktura: Výskyt: Funkce:
deoxyribosa adenin (A), uracil (U), guanin (G) a cytosin (C) (fosfát) jednovláknitá, kratší úseky jsou také dvouvláknité jádro, cytoplasma, ribozomy, viry přepis genetické informace z pořadí nukleotidů v DNA do pořadí AK v bílkovinách, tedy zajištění tvorby bílkovin
Typy RNA: a) informační RNA; (=Messenger RNA, mediátorová RNA, m-RNA) – přednos genetická informace z jádra do cytolasmy, k ribozomům, jednovláknitá b) Transferová RNA (t-RNA) – přenos AK na ribozomy, struktura lístku „jetele“ c) Ribozomální RNA (r-RNA) – tvoří stavební složku dvou ribozomálních podjednotek
Schéma nukleotidu: dusíkatá báze fosfát
pentosa ribosa či deoxyribosa
Komplementarita dusíkatých bází (párování) Dusíkaté báze (puriny a pyramidy jsou vzájemně poutány ve dvou vláknech DNA vodíkovými můstky mezi –OH a –NH2 skupinami. Vytvořené řetězce se stáčí do spirály (alfa helix).
Párování:
A –T ( v DNA) G–C
A – U (v RNA)
Schéma vlákna nukleové kyseliny:
báze
báze
báze
báze
– fosfát – cukr – fosfát – cukr – fosfát – cukr – fosfát – cukr – fosfát – Primární struktura nukleové kyseliny je daná pořadím dusíkatých bází v polynukleotidovém řetězci. Nejvyšší struktura: V době dělení jádra vytváří komplexy DNA a bílkovin chromozomy. Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
2
Vzorec látky
Sloučenina – název kyselina fosforečná, fosfát
adenin
guanin
thymin
uracil
cytosin
Funkce, poznámky kyselá složka nukl. kyselin
Výskyt nukleotid
purin heterocyklická sloučenina purin heterocyklická sloučenina pyrimidin heterocyklická sloučenina pyrimidin heterocyklická sloučenina
DNA, RNA nukleotid Párování s T, U DNA, RNA Párování s cytosinem DNA Párování s adeninem RNA Párování s adeninem
pyrimidin heterocyklická sloučenina
DNA, RNA Párování s guaninem RNA
ribosa
monosacharid pentosa
DNA
deoxyribosa = 2-deoxy – D - ribosa nukleotid
mitochondrie
ATP
Odkazy a zkladní doporučená literatura: MAREČEK, Aleš; HONZA, Jaroslav. CHEMIE pro čtyřletá gymnázia: 3. díl. 1. vydání, reprint 2005. Olomouc: NAKLADATELSTVÍ OLOMOUC, s.r.o., 2005. 255 s. ISBN 80-7182-057-1. JELÍNEK, Jan, ZICHÁČEK, Vladimír a kol: Biologie pro gymnázia. 9. vydání., 2007. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, s.r.o., 2007. ISBN: 978-80-7182-213-4
Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
3
Nukleové kyseliny Pracovní list Pozorně si přečtěte úvodní informace, nastudujte zápisy vzorců z předepsané literatury a seznamu předepsaných základních pojmů. Poté vyvozujte odpovědi, dohledejte údaje či odpovídejte na přímo zadanou otázku.
1. Jakou strukturu mají nukleové kyseliny?
2. Co je to nukleotid? 3. Patří NK mezi primární či sekundární metabolity? Proč? 4. Napište třikrát Hawortův vzorec ribosy.
5. Která ze složek nukleotidu je heterocyklickou sloučeninou? Proč? 6. Napište dvakrát vzorec purinu.
7. Napište dvakrát vzorec pyrimidinu.
8. Čím se liší RNA od DNA? a) b) c) 9. Doplňte komplementární bázi: A - ……., C - ……, 10. Co je to ribozom?
T - …………….,
G - ………..,
U -
11. Napište pořadí druhého vlákna DNA v dvoušroubovici: A - A- T - C - G - G - C - A - T - C - T - G - A - C 12. Určete, o jakou kyselinu jde, pokud je to jednovláknitý řetězec s pořadím dusíkatých bází:
A – A - U – G- U – C – A – A – G – 13. Určete na základě komplementarity, jaké je pořadí dusíkatých bází v DNA, pokud víme, že poradí bází v RNA je: A - U - A - U - A - A - G - G - A - C - A - U .
Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
4
Příloha: Téma: Nukleové kyseliny povinné vzorce, pojmy, rovnice Buněčné jádro Dědičnost Jaderná membrána Chromatin Chromozomy Dělení jádra Primární metabolit Heterocyklická sloučenina Puriny Pyrimidiny Dusíkatá báze Fosfát Ribosa Deoxyribosa Nukleotid Pentosa Adenozintrifosfát Jednovláknitá struktura DNA Transferová RNA Informační RNA Ribozomální RNA Dvouvláknitá šroubovice DNA Ribozom Komplementarita Párování dusíkatých bázi Vodíkové můstky Primární struktura nukleových kyselin Primární struktura bílkovin
Zdroje obrázků: BRAIN. wikimedia [online]. [cit. 7.1.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/ADN_animation.gif DOSTÁL. wikimedia [online]. [cit. 7.1.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/DNA_Structure%2BKey%2BLabelled.pn_NoBB_cs.png http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e4/DNA_chemical_structure.svg
Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
5
