Geny i chromosomy
DNA - nośnik informacji genetycznej
Długość DNA znajdującego się w pojedynczym jądrze komórkowym człowieka wynosi ok. 2 metrów, a całkowita długość DNA w ludzkim organizmie przekracza kilka milionów kilometrów. Cząsteczki DNA znajdują się w każdej komórce. Zawierają informacje o budowie i funkcjonowaniu organizmu.
Cząsteczka DNA ma postać podwójnej helisy
Cząsteczka DNA, czyli kwasu deoksyrybonukleinowego, jest zbudowana z mniejszych jednostek – nukleotydównukleotydów. Z kolei każdy nukleotyd składa się z trzech elementów:
cukru – deoksyrybozy;
reszty kwasu fosforowego;
jednej z czterech zasad azotowych: adeniny (A), cytozyny (C), guaniny (G) lub tyminy (T).
W zależności od tego, jaka zasada azotowa wchodzi w skład nukleotydów, wyróżnia się cztery ich rodzaje: nukleotydy adeninowe, cytozynowe, guaninowe i tyminowe.
Nukleotydy łączą się ze sobą poprzez reszty kwasu fosforowego, tworząc pojedynczą nić – łańcuch polinukleotydowy. Kolejność nukleotydów w nici nazywana jest sekwencją DNA.
Cząsteczka DNA jest zbudowana z dwóch łańcuchów polinukleotydowych. Są one ułożone równolegle i spiralnie skręcone wokół wspólnej osi. Utworzona w ten sposób dwułańcuchowa struktura zwana jest podwójną helisąhelisą. Kształt ten utrzymuje się dzięki wiązaniom wodorowym, które występują między zasadami azotowymi wchodzącymi w skład obu łańcuchów. Zasady łączą się w ściśle określony sposób: adenina zawsze z tyminą (A–T), a cytozyna zawsze z guaniną (C–G). Takie dopasowanie nazywamy komplementarnością zasad.
Model trzy de przedstawia strukturę przestrzenną dwuniciowej cząsteczki DNA. Ma ona postać zwijającej się wokół osi drabinki. Widoczne są okrągłe cząsteczki atomów, które tworzą strukturę. Kolorem szarym zaznaczono atomy węgla, kolorem niebieskim atomy azotu, kolorem białym atomy wodoru, kolorem pomarańczowym atomy fosforu, a kolorem czerwonym atomy tlenu.
Wiązania wodorowe. Nici DNA są stabilizowane przez wiązania wodorowe pomiędzy zasadami azotowymi.
Zasady azotowe. Zasady azotowe skierowane są do wnętrza cząsteczki DNA.
Deoksyryboza. Pięciowęglowy cukier. W kwasach nukleinowych nukleotydy połączone są wiązaniem pomiędzy trzecim węglem deoksyrybozy, a grupą fosforanową kolejnego nukleotydu.
Grupy fosforanowe. Grupy fosforanowe ułożone są w zewnętrznej części nici.
Na podstawie modelu budowy DNA wyjaśnij, co to znaczy, że cząsteczka DNA jest dwuniciowa.
Na podstawie modelu budowy DNA wyjaśnij, na czym polega zasada komplementarności.
Na podstawie modelu budowy DNA wyjaśnij, w jaki sposób nukleotydy w cząsteczce DNA są ze sobą połączone.
Wyizolowanie DNA z komórek owocu kiwi.
Czy z komórek owocu kiwi można wyizolować pojedyncze cząsteczki DNA?
1 owoc kiwi
płaska łyżeczka soli kuchennej
100 ml wody
10 ml 95‑procentowego alkoholu etylowego (najlepiej zamrożonego lub przynajmniej schłodzonego)
duża kropla skoncentrowanego (gęstego) płynu do mycia naczyń
naczynia: szklanka, probówka, lejek, miseczka, miska
statyw na probówki
lód
deska do krojenia
nóż
moździerz
tłuczek
filtr do kawy
wykałaczka
lniana ściereczka
Rozpuść jedną łyżeczkę soli kuchennej w 100 ml wody.
Kilka kostek lodu zawiń w ściereczkę, rozbij je tłuczkiem na drobne kawałki i wsyp do miseczki.
Z kiwi wykrój kostkę o wymiarach 1 × 2 × 3 cm i poszatkuj ją jak najdrobniej.
Poszatkowany miąższ włóż do moździerza, wlej dwie łyżeczki roztworu soli i utrzyj całość na gładką masę.
Uzyskaną masę przenieś do szklanki i dolej do niej roztworu soli, aby objętość zawiesiny zwiększyła się ok. dwu-, trzykrotnie.
Dodaj dużą kroplę płynu do mycia naczyń i delikatnie pomieszaj, tak aby roztwór się nie spienił.
Włóż szklankę do miski z lodem. Lód powinien sięgać nieco niżej niż poziom płynu w szklance.
Odczekaj ok. 5 minut, co jakiś czas mieszając zawiesinę.
Po upływie 5 minut mieszaj tak długo, aż zawiesina stanie się lepka. Lepkość sprawdzaj palcami, dotykając wykałaczki zanurzonej w zawiesinie.
Umieść probówkę na statywie i włóż do niej lejek wyłożony filtrem do kawy zwilżonym wodą.
Wyjmij mieszaninę z lodu i przelej do lejka.
Odczekaj, aż w probówce zbierze się przesącz. Usuń lejek, lekko przechyl probówkę i bardzo ostrożnie nalej po ściance zmrożony spirytus – jego objętość nie powinna być większa niż objętość przesączu. Odstaw probówkę na 2–3 minuty.
Obserwuj zawartość probówki. Zwróć uwagę na małe, białe kłaczki pojawiające się na styku spirytusu i zawiesiny. Po 10 minutach zbiorą się one na powierzchni płynu. Można je nawet nawinąć na wykałaczkę i wyjąć z roztworu. Po wysuszeniu stają się niewidoczne.
Ważne informacje:
Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) znajduje się w jądrach komórkowych, mitochondriach i chloroplastach. Żeby uwolnić go z tych struktur, trzeba zniszczyć ściany i błony komórkowe poprzez rozcieranie, a następnie wypłukać go przy użyciu wodnego roztworu soli. Pomaga w tym detergent zawarty w płynie do mycia naczyń.
Uwolniony DNA zostałby szybko rozłożony przez enzymy zawarte w zniszczonych komórkach. By do tego nie dopuścić, mieszaninę się chłodzi, gdyż w temperaturze bliskiej 0°C enzymy są mało aktywne.
Odsączenie zawiesiny kiwi przez filtr służy oddzieleniu DNA od fragmentów tkanek. Alkohol i jony chlorku sodu powodują wytrącanie się DNA, który tworzy duże kompleksy widoczne w roztworze jako długie nitki.
Gen jest fragmentem cząsteczki DNA
Gen to odcinek DNA zawierający informację o budowie konkretnego białka. Może mieć długość od kilku tysięcy do nawet dwóch milionów par nukleotydów.
Liczba genów w DNA zależy od organizmu. Najprostsze bakterie mają ich kilkaset, a zwierzęta kręgowe i rośliny naczyniowe – kilkadziesiąt tysięcy. Nie ma jednak prostej zależności między stopniem skomplikowania organizmu a liczbą genów.
Niektóre geny są aktywne we wszystkich komórkach. Należą do nich geny, które zawierają instrukcje tworzenia białek enzymatycznych. Białka te biorą udział w oddychaniu wewnątrzkomórkowym, które jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania każdej komórki. Proces ten zachodzi w sposób ciągły, dlatego wymaga stałej obecności genów zawierających szczegółowe informacje o budowie białek enzymatycznych.
Inne geny działają jedynie w wybranych zespołach komórek, np. geny kodujące hemoglobinę są aktywne tylko w niedojrzałych erytrocytach, a gen kodujący hormon wzrostu jest zdolny do działania tylko w komórkach przysadki mózgowej.
Zbiór instrukcji zawartych w cząsteczce DNA, które określają budowę białek organizmu, a tym samym jego cechy i funkcjonowanie nazywane jest informacją genetyczną.
Tworzenie kopii DNA nazywane jest replikacją
Każda nowa komórka od początku swojego istnienia musi mieć komplet instrukcji działania, czyli własny DNA. Z tego powodu przed podziałem w komórce macierzystej musi dojść do podwojenia liczby cząsteczek tego kwasu. Proces powielenia nici DNA nazywa się replikacją DNAreplikacją DNA.
Podczas replikacji nici cząsteczki DNA ulegają rozpleceniu. Jest to możliwe dzięki specjalnym enzymomenzymom, które przecinają wiązania wodorowe i powodują rozerwanie par zasad azotowych. Następnie do każdej starej nici dobudowywana jest nowa nić zgodnie z regułą komplementarności:
nukleotyd adeninowy tworzy parę z nukleotydem tyminowym;
nukleotyd guaninowy tworzy parę z nukleotydem cytozynowym.
W ten sposób, w wyniku replikacji, z jednej macierzystej cząsteczki DNA powstają dwie cząsteczki potomne o identycznej budowie. Proces replikacji gwarantuje, że każda z komórek potomnych otrzyma taki sam materiał genetyczny, jaki występował w komórce macierzystej.
Replikacja DNA zachodzi stosunkowo szybko. U bakterii w ciągu sekundy kopiowanych jest od 500 do 1000 nukleotydów, a skopiowanie całej cząsteczki zajmuje ok. 40 minut. W komórkach eukariotycznych replikacja zachodzi wolniej. W ciągu sekundy powielanych jest ok. 50 nukleotydów. Cząsteczka DNA organizmów jądrowych jest dużo dłuższa niż bakteryjna, zatem powielenie całego komórkowego DNA może w ich przypadku trwać nawet kilka godzin. Tak jest np. u człowieka.
To ważne!
Cząsteczka DNA jest zbudowana z nukleotydów i ma strukturę podwójnej helisy.
Nukleotyd DNA jest zbudowany z cukru deoksyrybozy, reszty kwasu fosforowego i zasady azotowej.
Zasady azotowe odpowiadających sobie nukleotydów obu nici łączą się ze sobą za pomocą wiązań wodorowych zgodnie z zasadą komplementarności.
DNA zawiera informację genetyczną określającą budowę i sposób funkcjonowania organizmu.
W procesie replikacji DNA powstają komplementarne nici DNA.
Replikacja DNA stanowi podstawę przekazywania informacji genetycznej do nowych komórek i pokoleń osobników.
Na pożegnanie
2 - 1. adenina, 2. deoksyryboza, 3. reszta kwasu kwasu fosforowego
3 - 1. adenina, 2. deoksyryboza, 3. reszta kwasu kwasu fosforowego
4 - cytozyna
5 - guanina
Wskaż hasła, za pomocą których można opisać budowę DNA.
- dwie nici
- nukleotydy
- geny
- glukoza
- zasady azotowe
- jedna nić
- zasady wodorowe
- enzymy
- aminokwasy
- białka
Ułóż zestaw 3 zadań dla innych uczniów korzystających z tego podręcznika, które sprawdzą wiedzę obudowie DNA. Do każdego pytania w zadaniu podaj 4 proponowane odpowiedzi, ale tylko jedna ma być prawidłowa. Pytanie z odpowiedziami wyślij Twojemu nauczycielowi, który włączy je do quizu Milionerzy.
Znasz już DNA. Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.