Лабораторне заняття №3 структура нуклеїнових кислот

Питання для підготовки з теоретичного матеріалу:

1. Хімічна будова нуклеїнових кислот.

   1. Нуклеотиди.

   2. Полінуклеотидний ланцюг.

   3. Нуклеази.

2. Подвійна спіраль.

   1. Стабілізація подвійної спіралі.

   2. Конформаційні параметри подвійної спіралі.

   3. Структурні форми ДНК.

   4. Конформація В-ДНК.

3. Білково-нуклеїнові взаємодії.

   1. Структурна класифікація білків, які взаємодіють із ДНК.

   2. Принципи білково-нуклеїнового впізнання.

4. Циркулярна ДНК

Основні терміни:

Нуклеотид – хімічна сполука, що складається з гетероциклічної азотистої основи, пентозного цукру (рибози або дезоксирибози) та залишку фосфорної кислоти.

Нуклеїнові кислоти – біополімери, мономерами яких є нуклеотиди (існує два типи нуклеїнових кислот - дезоксирибонуклеїнова (ДНК) та рибонуклеїнова (РНК)).

Комплементраність – просторова відповідність молекул або їх частин, що створює умови для найбільш ефективних взаємодій між ними. Під комплементарністю у вузькому сенсі розуміють можливість ефективного утворення водневих зв'язків. У нуклеїнових кислотах при утворені подвійних спіралей комплементарність реалізується завдяки формуванню водневих зв'язків між пуриновими та піримідиновими азотистими основами (аденін є комплементарним тиміну або урацилу, гуанін - цитозину).

Стекінг-взаємодії – взаємодії, що реалізуються між сусідніми азотистими основами в молекулах ДНК або РНК, в основі яких лежать гідрофобні та вандерваальсові взаємодії.

В-форма ДНК – основна структурна форма ДНК, що існує за фізіологічних умов і характеризується наступними параметрами: правозакручена спіраль, діаметром 2 нм, на один повний оберт спіралі припадає приблизно 10 пар основ, відстань між парами основ 0,34 нм.

Задача 1

Фрагмент молекули ДНК містить 560 тимідилових нуклеотидів, що становить 28% від загальної кількості. Визначте, скільки в даному фрагменті аденілових, гуанілових та цитидилових нуклеотидів.

Розв'язок

Згідно правилу комплементарності, кількість тимідилових нуклеотидів буде рівна кількості аденілових, тобто А=Т=560. Таким чином, А+Т = 1120 нуклеотидів, або А+Т = 28%+28% = 56%. Отже, кількість G+С = 44%. Складемо просту пропорцію: А+Т = 1120 нуклеотидів – 56%

G+С = х нуклеотидів – 44%, звідки х = 880 нуклеотидів.

Оскільки кількість G=С, маємо 880/2= 440 нуклеотидів. Отже, даний фрагмент містить 560 аденілових, 440 гуанілових та 440 цитидилових нуклеотидів.

Задача 2

Фрагмент молекули ДНК містить 250 тимідилових нуклеотидів, що становить 20% від загальної кількості. Визначте довжину даного фрагменту.

Розв'язок

Загальну кількість нуклеотидів ДНК визначаємо за пропорцією: Т = 250 нуклеотидів – 20%

А+Т+G+С = х нуклеотидів – 100%, звідки х = 1250 нуклеотидів. Оскільки ДНК є подвійною спіраллю, кількість пар нуклеотидів буде рівна 1250/2=625. Оскільки відстань між сусідніми парами нуклеотидів рівна 0,34 нм, маємо 625*0,34 = 212,5нм.

Задача 3

Фрагмент ДНК в В-формі ДНК має 91 535 пар основ. Скільки повних обертів подвійної спіралі має ця подвійна спіраль?

Розв'язок

У В-формі ДНК на один повний оберт спіралі припадає приблизно 10 пар нуклеотидів. Отже, розділивши загальну кількість нуклеотидів на 10 будемо мати кількість обертів подвійної спіралі ДНК: 91535/10=9153,5 обертів. Таким чином, повних обертів спіралі – 9153.

Задачі для самостійного розв’язку

1. Фрагмент ДНК в В-формі має 7520 витків. Скільки нуклеотидів входить до складу фрагменту?

2. Фрагмент ДНК має 320 пар нуклеотидів. Скільки фосфатних залишків має цей фрагмент?

3. Скільки фосфатних залишків має фрагмент ДНК, довжиною 680 нм?

4. Фрагмент молекули ДНК містить 20% аденілових нуклеотидів від загальної кількості. Який відсоток цитидилових нуклеотидів у даному фрагменті?

5. Фрагмент молекули ДНК містить 250 гуанілових нуклеотидів, що становить 15% від загальної кількості. Скільки у даному фрагменті аденілових нуклеотидів?

6. Фрагмент молекули ДНК містить 300 гуанілових нуклеотидів, що становить 20% від загальної кількості. Яка сумарна кількість аденілових та тимідилових нуклеотидів?

7. В одному ланцюзі ДНК міститься 35 аденілових, 120 цитидилових, 137 гуанілових та 60 тимідилових нуклеотидів. Визначте довжину даного фрагменту ДНК.

8. Довжина ділянки молекули ДНК складає 1020 нм. Визначте кількість нуклеотидів в даній ділянці.

9. Фрагмент молекули ДНК містить 150 аденілових та 75 гуанілових нуклеотидів. Встановити кількість водневих зв'язків, що утворюються між комплементарними ланцюгами ДНК.