תרגיל 6 – נוקלאוטידים, חומצות גרעין וגנטיקה ביוכימיה של התא - 72120 תרגיל 6 – נוקלאוטידים, חומצות גרעין וגנטיקה

תפקידים אבני בניין של חומצות גרעין (חומר תורשתי). "מטבע" אנרגיה בתא. קו-פקטורים של חלבונים. תפקיד בבקרה על סיגנלים, שליחים שניוניים. תורמים קבוצות פוספט. תפקיד מבני במאקרומולקולות. ריבוזימים (אנזימי RNA).

נוקליאוטידים מורכבים מ: בסיס חנקני סוכר - פנטוז פוספט

הבסיסים - פורינים ופירימידינים

הסוכר

דה-אוקסי ריבונוקלאוטידים מרכיבים דנ"א

ריבונוקלאוטידים מרכיבים רנ"א

סוגים נוספים של נוקליאוטידים בחומצות גרעין:

ספקטרום בליעה הבסיסים החנקנים ארומטיים ובעלי בליעה אופיינית באורך גל nm260 - משמש לזיהוי וכימות DNA CSI

עם זאת היחסים באורגניזמים שונים משתנים. מבנה ה-DNA Chargaff’s rules: %A = %T %G = %C עם זאת היחסים באורגניזמים שונים משתנים. דיפרקציה של קרני X James Watson & Francis Crick

FIGURE 8-14 Complementarity of strands in the DNA double helix FIGURE 8-14 Complementarity of strands in the DNA double helix. The complementary antiparallel strands of DNA follow the pairing rules proposed by Watson and Crick. The base-paired antiparallel strands differ in base composition: the left strand has the composition A3 T2 G1 C3; the right, A2 T3 G3 C1. They also differ in sequence when each chain is read in the 5′→3′ direction. Note the base equivalences: A = T and G = C in the duplex.

5’ קשרים פוספודיאסטרים מחברים בין נוקליאוטידים עוקבים בחומצות גרעין 3’

זיווג בסיסים לפי Watson & Crick מבנה חומצות גרעין: זיווג בסיסים לפי Watson & Crick A=T C=G שני גדילי DNA משלימים (complementary) יוצרים זיווג anti–parallel

B – form DNA

מספר מבנים של מוליקולות דנ"א המבנה יקבע לפי הרכב הבסיסים והתמיסה. מבנה B הוא הנפוץ ביותר. הנתונים מתייחסים לממוצעים של מולקולות ארוכות. הזוויות נתונות לשינויים מקומיים.

Non-Watson-Crick pairing: מופיעים גם בדנ"א כרומוזומלי, חשודים כבעלי תפקיד בבקרה על ביטוי גנים. Hoogsteen pairing G tetraplex

רק פושטק עלוב בולע קטשופ קר

RNA לרנ"א מגוון תפקידים ויכולת לקבל מבנים תלת מימדיים שונים. קיימים גם רנ"א בעלי פעילות קטליטית.

ניתן להתיך (להפריד) בין גדילי DNA \ RNA על ידי חימום Tm – הטמפרטורה בה 50% מהבסיסים ב- DNA \ RNA עברו התכה מידת ההתכה נמדדת על ידי מדידת העלייה בכמות הבליעה באורך גל 260nm Annealing

גורמים המשפיעים על טמפרטורת ההתכה הרכב הבסיסים אורך המולקולה החוזק היוני של התמיסה pH

מולקולות DNA יציבות יותר ממולקולות RNA

סינטזה של גדילי DNA

שינויים שחלים על נוקלאוטידים FIGURE 8-30a Some well-characterized nonenzymatic reactions of nucleotides. (a) Deamination reactions. Only the base is shown. גורמים שונים (UV, כימיקלים, רדיקלים חופשיים...) יכולים לגרום לנזק ב-DNA מה שעשוי ליצור מוטציות הרסניות (זקנה, סרטן). לגוף יש מנגנונים שונים להתמודד עם הגורמים או השינויים הללו.

שליחים שניונים לא רק חומצות גרעין נשאי כח מחזר מטבע אנרגיה קו-אנזימים

גנטיקה התפקיד של חומצות גרעין כחומר התורשתי. הדוגמה המרכזית The Central Dogma:

שכפול DNA נבנה על בסיס template שהוא בעצמו DNA. מתרחש בכל תא לפני חלוקה. כל תא מכיל את כל החומר התורשתי של אותו אורגניזם (3 ביליון בסיסים אצל בני אדם, 2~ מטר). מה שמגדיר את התא ותפקידו יהיה בדרך כלל הביטוי של הגנים השונים. שכפול DNA חייב להיות מאוד מדויק ומכיל proof-reading.

שעתוק RNA מבוסס על template שהוא DNA. סוגי RNA נפוצים: תרגום tRNA mRNA rRNA RNAi ועוד. תרגום

תרגום גנים רבים מקודדים לחלבונים. גן משועתק ל-mRNA שהוא משמש תכנית לבניית החלבון. ריבוזומים מסנתזים חלבונים, והם מהווים עד 30% מהמסה היבשה של תאים. ריבוזום מורכב מתת יחידות חלבוניות ומ-rRNA בעל תפקיד מבני וקטליטי. נשאי חומצות האמינו הם tRNA.

הקוד הגנטי 20 חומצות אמינו, 4 נוקלאוטידים. צריך לפחות רצף של 3 בסיסים לכל קודון. הקוד הוא redundant אבל לא ambiguous. הקוד הגנטי הוא non-overlapping. tRNA משמש כמתאם בין הקוד הגנטי על ה-mRNA לבין החומצה האמינית המתאימה.

ריבוזומים

FIGURE 27-32b (part 1) Polysome FIGURE 27-32b (part 1) Polysome. (b) Electron micrograph and explanatory diagram of a polysome from the silk gland of a silkworm larva. The mRNA is being translated by many ribosomes simultaneously. The nascent polypeptides become longer as the ribosomes move toward the 3′ end of the mRNA. The final product of this process is silk fibroin.

שאלה מס' 1 באנליזה של חומצות גרעין (deoxyribonucleic acids) משני זני חיידקים התברר כי adenine מהווה 32% ו 15% בהתאמה. מה הריכוז של guanine, thymine ו cytosine בכל אחד מהחיידקים? בהינתן שחיידק אחד הוא תרמופילי, מי מהשניים עונה להגדרה זו?

תשובה 1 32% adenine 32% thymine (100-64) / 2 % = 18% guanine, cytosine 15% adenine 15% thymine (100-30) / 2 % = 35% guanine, cytosine החיידק התרמופילי הוא החיידק בעל ריכוז ה guanine ו cytosine הגבוה יותר.

שאלה מס' 2 מה האורך של מולקולת DNA (B form) שיש בה 10,000 בסיסים? 3.4 Å * 10,000 = 34,000 Å = 3.4 µm מה האורך של מולקולת DNA (B form) שיש בה 100 בסיסים? לא ניתן לחשב בקלות כיוון שהנתונים לגבי אורך ההליקסים השונים הינם ממוצעים של מולקולות ארוכות.

שאלה מס' 3: 5’ ACGUAUGCCAGGAUUG 3’ [32P]GTP [32P]ATP [32P]CTP שאלה מס' 3: לשרשרת RNA קצרה יש את הרצף הבא: 16 nt 5’ ACGUAUGCCAGGAUUG 3’ כמה קשרים עתירי אנרגיה דרושים לסינטזת האוליגונוקלאוטיד? סמן קבוצת פוספאט מסומנת אם הסינטזה נעשתה בנוכחות כל אחד מהנוקלאוטידים הבאים : [32P]GTP [32P]ATP [32P]CTP

5’ ACGUAUGCCAGGAUUG 3’ (n-1)*2 = (16-1)*2 = 30 1. מספר הקשרים עתירי האנרגיה הוא: 2. [32P]GTP- לא יהיה סימון כי בקצה 5’ יש A ולא G [32P]ATP- יהיה סימון בקצה 5’ 5’ A*CGUAUG*C*CAGGAUUG 3’ [32P]CTP-