2.5 Sljedeća jedinica Proteini
2.4

Nukleinske kiseline

Moći ću:
  • navesti znanstvenike zaslužne za otkriće građe molekule DNA
  • usporediti građu i uloge molekula DNA i RNA
  • predstaviti važnost građe molekule DNA za njenu autoreplikaciju i sadržavanje genskog koda.

Uvod

U svim živim bićima razlikujemo dvije vrste nukleinskih kiselina. To su deoksiribonukleinska kiselina i ribonukleinska kiselina ili, skraćeno, DNA i RNA.
DNA se nalazi u jezgri eukariotskih stanica (pojašnjenje riječi: Eukariotska stanica je stanica kod koje je nasljedni materijal smješten u jezgri obavijenoj posebnom jezgrinom membranom) i u citoplazmi bakterijskih stanica.
U eukariotskim stanicama zapisana je genetska uputa koja određuje kakve će biti bjelančevine koje izgrađuju organizam. Na taj način DNA molekula određuje naša obilježja, poput visine, boje očiju, boje kože, veličine i oblika nosa, inteligencije i drugih.

  • Razmislite što još, osim naslijeđa, ima utjecaj na naša obilježja?

RNA molekula sudjeluje u procesu sinteze proteina iz upute zapisane u DNA molekuli. Otkriće građe DNA molekule omogućilo je napredak u različitim područjima ljudske djelatnosti.

  • Navedite primjere upotrebe znanja o nukleinskim kiselinama u medicini, forenzici i poljoprivredi.

Uvod

U svim živim bićima razlikujemo dvije vrste nukleinskih kiselina – deoksiribonukleinsku kiselinu i ribonukleinsku kiselinu ili, skraćeno, DNA i RNA.
U molekuli DNA zapisana je genetska uputa kojom je određeno kakve će biti bjelančevine koje izgrađuju organizam. Na taj način molekula DNA određuje i naša obilježja, poput visine, boje očiju, boje kože, veličine i oblika nosa, inteligencije i drugih.

Razmislite što još, osim naslijeđa, ima utjecaj na naša obilježja.

Molekula RNA sudjeluje u procesu sinteze proteina iz upute zapisane u molekuli DNA.
Otkriće građe molekule DNA omogućilo je napredak u različitim područjima ljudske djelatnosti. Navedite primjere upotrebe znanja o nukleinskim kiselinama u medicini, forenzici i poljoprivredi.

Otkriće građe molekule DNA

Otkriće građe molekule DNA jedno je od najvećih otkrića 20. stoljeća.
Za njega je zaslužno nekoliko znanstvenika, koji su uz prikaz molekule DNA navedeni u galeriji fotografija.

Rosalind Franklin izradila je snimku DNA molekule metodom difrakcije X-zraka. Uz pomoć te fotografije britanski fizičar Francis Crick i američki biolog James Watson izradili su model građe DNA.

  • Navedite još neke uspješne žene znanstvenice.
  • Što mislite, postoji li i danas diskriminacija prema ženama u znanosti ili u drugim područjima rada?

Rosalind Franklin (1920. – 1958.) britanska je znanstvenica koja je u vrijeme kada žene nisu rado prihvaćane u znanstvenim krugovima bila vrlo ustrajna i uspješna u svome radu te je doktorirala na području fizikalne kemije.
Godine 1953. R. Franklin je izradila snimku molekule DNA metodom difrakcije X-zraka. Uz pomoć te fotografije su britanski fizičar Francis Crick i američki biolog James Watson izradili model koji prikazuje građu molekule DNA, za što su 1962. godine dobili Nobelovu nagradu za područje fiziologije i medicine.
Navedite još neke uspješne žene znanstvenice. Što mislite, postoji li i danas diskriminacija prema ženama u znanosti, ali i u drugim područjima rada?

Građa molekule DNA

DNA je građena od dva polinukleotidna lanca koji su spiralno obavijeni jedan oko drugoga.

Svaki polinukleotidni lanac čini velik broj nukleotida.

Nukleotid je građen od tri dijela: šećera deoksiriboze, fosfatne skupine i dušične baze.

U DNA razlikujemo četiri dušične baze: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i timin (T).

Dušične baze su prstenaste molekule koje u svojoj građi sadrže atome dušika.

Adenin i gvanin su purinske dušične baze. Građene su od dva prstena.

Citozin i timin su pirimidinske dušične baze. Građene su od jednog prstena.

Građa molekule DNA

Molekula DNA građena je od dva polinukleotidna lanca koji su spiralno obavijeni jedan oko drugoga. Svaki polinukleotidni lanac čini velik broj nukleotida , a svaki nukleotid je građen od tri dijela: šećera deoksiriboze, fosfatne skupine i dušične baze. U molekuli DNA razlikujemo četiri dušične baze: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i timin (T). Dušične baze su prstenaste molekule koje u svojoj građi sadrže atome dušika. Adenin i gvanin su purinske dušične baze građene od dva prstena, a citozin i gvanin su pirimidinske dušične baze građene od jednog prstena.

Građa nukleotida
Građa nukleotida

Nukleotidi su međusobno povezani u polinukleotidne lance kovalentnim vezama.
Fosfatna skupina jednog nukleotida veže se na deoksiribozu susjednog nukleotida.
Dva lanca DNA molekule međusobno su povezana vodikovim vezama.
Vodikove veze ostvaruju se između komplementarnih parova baza.
Komplementarne parove baza čine adenin i timin.
Adenin i timin međusobno se spajaju dvjema vodikovim vezama.
Drugi komplementarni par su citozin i gvanin, koji se međusobno spajaju trima vodikovim vezama.

Nukleotidi su međusobno povezani u polinukleotidne lance kovalentnim vezama tako da se fosfatna skupina jednog nukleotida veže na deoksiribozu susjednog nukleotida.
Dva lanca molekule DNA međusobno su povezana vodikovim vezama. Vodikove veze ostvaruju se između komplementarnih parova baza. Komplementarne parove baza čine adenin i timin koji se međusobno spajaju dvjema vodikovim vezama odnosno citozin i gvanin koji se međusobno spajaju trima vodikovim vezama.

Povezivanje nukleotida unutar lanca i baza između lanaca DNA
Povezivanje nukleotida unutar lanca i baza između lanaca DNA

Replikacija molekule DNA

Struktura molekule DNA veoma je složena. Molekula DNA ima dvije najvažnije uloge: udvostručavanje DNA i prenošenje nasljedne upute.

Udvostručavanje ili replikacija molekule DNA biološki je proces.

U tom procesu iz jedne molekule DNA nastaju dvije identične kopije.

Taj se proces događa u svim organizmima i temelj je njihovog razmnožavanja i održavanja života općenito.

Stvaranjem svojih kopija, molekula DNA svoju gensku uputu prenosi u nove stanice .
Nove stanice su nastale diobama. Na taj način je molekula DNA temelj nasljeđivanja.

Replikaciju molekule DNA omogućava:

  • dvolančana struktura molekule DNA
  • komplementarnost polinukleotidnih lanaca svake molekule DNA.

U svakom pojedinom nizu nukleotida jednog lanca molekule DNA zapisana je nasljedna uputa.

Drugi lanac sadrži njezin negativ odnosno kalup.

Na temelju tog kalupa moguće je nanovo dodati točan, nasljedni niz.

Replikacija molekule DNA

DNA molekula zahvaljujući svojoj građi ima sposobnost udvostručavanja i prenošenja genetičke upute prema kojoj se sintetiziraju bjelančevine.
Udvostručavanje ili replikacija molekule DNA biološki je proces u kojem iz jedne molekule DNA nastaju dvije identične kopije. Taj se proces događa u svim organizmima i temelj je njihovog razmnožavanja i održavanja života općenito. Stvaranjem svojih kopija, molekula DNA svoju gensku uputu prenosi u nove stanice nastale diobama i time je ona temelj nasljeđivanja.
Svojstvo replikacije molekule DNA proizlazi iz njezine dvolančane strukture i činjenice da su polinukleotidni lanci svake molekule DNA komplementarni. U svakom pojedinom nizu nukleotida jednog lanca molekule DNA zapisana je nasljedna uputa, a drugi lanac sadrži njezin negativ odnosno kalup na temelju kojeg je moguće nanovo dodati točan, nasljedni niz.

Lanci u jednoj molekuli DNA su antiparalelni.

Lanci su usmjereni u nasuprotnim smjerovima.

DNA polimeraza jednog lanca dodaje nove nukleotide u jednom smjeru.

Druga DNA polimeraza na komplementarnom lancu dodaje nukleotide u drugom smjeru.

Replikacija DNA je semikonzervativna.

Znači da je novonastala molekula DNA uvijek sastavljena od jednog starog, očuvanog lanca i od jednog novog.
Razmislite:

  • Zašto je važno da su nukleotidi u jednom lancu vezani čvrstim, kovalentnim vezama preko šećera deoksiriboze i fosfata?
  • Zašto su nukleotidi nasuprotnih lanaca vezani slabijim vodikovim vezama preko dušičnih baza?

Lanci u jednoj molekuli DNA su antiparalelni. Oni su usmjereni u nasuprotnim smjerovima i zbog toga će DNA polimeraza jednog lanca dodavati nove nukleotide u jednom smjeru, a druga DNA polimeraza na komplementarnom lancu u drugom.
Replikacija molekule DNA je semikonzervativna, što znači da je novonastala molekula DNA uvijek sastavljena od jednog starog, očuvanog lanca i od jednog novog.

Promotrite sliku i razmislite zašto je važno da su nukleotidi u jednom lancu vezani čvrstim, kovalentnim vezama preko šećera deoksiriboze i fosfata, a zašto su nukleotidi nasuprotnih lanaca vezani slabijim vodikovim vezama preko dušičnih baza.

Na fotografiji je prikazana skica molekule DNA kao sastavnog dijela kromosoma. Naglašene su veze susjednih nukleotida oba polinukleotidna lanca i označene su- fosfatna skupina. Dušikove baze unutar polinukleotidnih lanaca označene su slovima i različitim bojama (Gvanin=G, plava, Adenin=A, zelena, Timin=T, ljubičasta, Citozin=C, crveno). Šećerne osnove (deoksiriboza) nukleotida su označene. Nasuprotni komplementarni lanci spojeni su vodikovim vezama.
Struktura molekule DNA

Usporedba građe molekula DNA i RNA

Molekule DNA i RNA građene su od velikog broja međusobno povezanih nukleotida, međutim, u njihovoj građi postoje tri razlike.
Proučite sliku koja prikazuje razlike u građi molekula DNA i RNA.

Usporedba molekula DNA i RNA
Usporedba molekula DNA i RNA

Za kraj…

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Tko je napravio snimku DNA molekule difrakcijom X-zraka koja je pomogla u otkriću građe DNA molekule? Upišite njegovo/njezino ime i prezime.

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.

Odaberite sve točne odgovore.

Koji od navedenih matematičkih izraza pravilno opisuju građu jedne molekule DNA? (odaberite 2 točna odgovora)

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Analizom jedne molekule DNA ustanovljeno je da sadrži 35 000 parova dušičnih baza. Koliko ta ista molekula DNA sadrži atoma fosfora? Upišite odgovor u obliku broja.

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Odredite zastupljenost gvanina, citozina i timina u molekuli DNA koja sadrži 20% adenina.

Gvanin:

%

Citozin:

%

Timin:

%

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Koji od navedenih parova pirimidinskih baza izgrađuju molekulu RNA?

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

Za znatiželjne

Mutacije

Iako enzimi DNA polimeraze kopiraju sljedove nukleotida vrlo precizno te stvaraju vjerne kopije molekule DNA, oni ipak povremeno griješe. Takve su pogreške u replikaciji dosta rijetke, no one uzrokuju određene promjene u slijedu nukleotida, što može uzrokovati promjenu genskog zapisa. Bilo kakve promjene u slijedu nukleotida u molekulama DNA zovu se mutacije.
Osim pogrešaka tijekom replikacije, koji još čimbenici mogu uzrokovati mutacije?

Mnoge mutacije ne utječu na tumačenje genskog zapisa te zbog toga nisu štetne. Velik broj mutacija koje promijene slijed nukleotida unutar gena može biti štetan uzrokujući neke nasljedne bolesti ili čak smrt. Ipak, neke mutacije uzrokuju promjene koje organizmu daju nova svojstva i time su nužna pojava u razvoju života bez koje ne bi bila moguća evolucija. Sva biološka raznolikost na Zemlji rezultat je evolucije, odnosno brojnih povoljnih i nepovoljnih mutacija koje su se dogodile u organizmima tijekom duge Zemljine povijesti.