Нуклеїнові кислоти

Одна з фундаментальних властивостей живих організмів — спадковість, тобто здатність передавати свої ознаки потомкам. Ця здатність зумовлена передаванням із покоління в покоління генетичної інформації. Матеріальним носієм цієї інформації є молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК).

ДНК — це біополімер, мономером якого є нуклеотид. Нуклеотид ДНК складається з трьох частин: залишків азотистої основи, дезоксирибози та фосфорної кислоти. Існують чотири основні типи азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т), цитозин (Ц). Назва нуклеотиду є похідною від назви азотистої основи: аденіловий, гуаніловий, тимідиловий, цитидиловий.

Згідно з моделлю Уотсона-Кріка (1953) молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених у спіраль відносно один одного (подвійна спіраль). Азотисті основи різних ланцюгів з'єднуються за допомогою водневих зв'язків певним чином, а саме: аденін із тиміном, гуанін із цитозином. Принцип вибіркового поєднання нуклеотидів називається принципом комплементарності. Розмір кожної комплементарної пари вздовж осі спіралі дорівнює 0,34 нм.

Приклади задач

Задача 1. Один з ланцюгів ДНК має таку будову :

АТГ-АЦЦ-АГТ-ЦАЦ-АТЦ.

Яка послідовність нуклеотидів у другому ланцюзі цієї молекули ДНК?

Розв'язання. Послідовність нуклеотидів у другому ланцюзі ДНК визначається у відповідності до принципу комплементарності:

ТАЦ-ТГГ-ТЦА-ГТГ-ТАГ

Задача 2. Фрагмент молекули ДНК містить 560 тимідилових нуклеотидів, що становить 28 % загальної кількості. Визначте:

а) кількість аденілових, гуанілових і цитидилових нуклеотидів в даному фрагменті;

б) розмір даного фрагмента.

Розв'язання. а) Кількість аденілових нуклеотидів дорівнює кількості тимідилових (А = Т), тобто 560. Загальна кількість А + Т = 1120, що становить 56 %.

Позначимо кількість Г + Ц через х і складемо пропорцію:

1120 - 56%; х - 44%. х = = 880

Звідси: кількість Г — 440, Ц — 440.

б) В даному фрагменті 2000 нуклеотидів, тобто 1000 пар. Довжина комплементарної пари нуклеотидів — 0,34 нм. Довжина фрагмента ДНК:

1000 х 0,34 нм = 340 нм.

Задача 3. У молекулі ДНК з відносною масою 69000 на частку аденілових нуклеотидів припадає 8625. Визначте кількість нуклеотидів кожного виду, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду - 345.

Розв'язання. Загальна кількість нуклеотидів 69 000 : 345 = 200. Кількість аденілових нуклеотидів: 8625 : 345 = 25, а оскільки А=Т, то тимідилових нуклеотидів також 25. Кількість гуанілових і цитидилових нуклеотидів разом: 200 - 50 = 150, а оскільки Г = Ц, то кожного виду нуклеотидів окремо — по 75.

Задача 4. Фрагмент молекули ДНК має молекулярну масу 62 100. Молекулярна маса одного нуклеотиду – 345.

Визначте: а) кількість амінокислот, закодованих в даному фрагменті;

б) довжину даного фрагменту (в нанометрах).

Розвязання. Загальна кількість нуклеотидів у фрагменті: 62 100 : 345 = 180

а) Оскільки молекула ДНК має два ланцюги, то кодуючи ділянка складається з 90 нуклеотидів.

Одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами: 90 : 3 = 30 амінокислот.

б) Даний фрагмент має 90 пар нуклеотидів. Довжина однієї пари нуклеотидів – 0,34 нм. Довжина фрагмента: 90 х 0,34 нм = 30,6 нм.

Відповіді: а) 30 амінокислот; б) 30,6 нм.

Задачі для самостійного розв’язання

1. Визначте послідовність нуклеотидів у ланцюгу ДНК, якщо комплементарний ланцюг має таку будову:

ТАГ-АГЦ-ЦТА-АГА-ГТЦ

2. Молекула ДНК розпалася на два ланцюги. Визначено послідовність нуклеотидів в одному з ланцюгів: АТГ-ТАА-ЦГА-ЦЦГ-АТА-ГТА. Якою є послідовність нуклеотидів у другому ланцюзі?

3. Визначте послідовність нуклеотидів ДНК, яка буде комплементарна до такої :

АТГ-АЦТ-ГГТ-АЦГ-ТАГ

4. Довжина фрагмента ДНК 680 нм. Визначте кількість азотистих основ у даному фрагменті.

Відповідь : 4 000 основ.

5. Молекула ДНК містить 10⁹ пар азотистих основ. Визначте довжину цієї ДНК.

Відповідь: 0,34 м

6. Фрагмент одного з ланцюгів ДНК має такий нуклеотидний склад:

АТГ-ГАЦ-АЦГ-ТГА

Визначте :

а) послідовність нуклеотидів у другому ланцюгу ДНК;

б) довжину цієї ділянки ДНК.

Відповіді: а) ТАЦ-ЦТГ-ТГЦ-АЦТ; б) довжина ділянки - 4,08 нм.