§ 8. Нуклеїнові кислоти

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Чому організми на Землі такі різні?

Організми на Землі такі різні тому, що чотири види нуклеотидів у ланцюгах нуклеїнових кислот розташовуються у певній унікальній послідовності. Послідовність розташування нуклеотидів у генах молекул ДНК кодує відповідну послідовність нуклеотидів у молекулі РНК. Далі за системою генетичного коду ця інформація реалізується у процесах синтезу білків, що забезпечує унікальний набір ознак кожного живого організму.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Американським вченим вдалося закодувати текстову інформацію, розмістивши певні послідовності нуклеотидів у ДНК бактерії кишкової палички (Escherichia coli). Таким чином вони записали всього два слова «Hello, world!» (72 біти інформації). Але потенційно так можна зберігати і значно більше інформації. Склади перелік можливих переваг і недоліків такого способу зберігання інформації людством та аргументуй свою точку зору.

Переваги та недоліки зберігання інформації в ДНК:

Переваги:

• Надзвичайно висока щільність запису даних: у кількох грамах ДНК можна розмістити інформацію всіх цифрових сховищ світу.
• Довговічність: за належних умов молекула ДНК здатна зберігатися тисячі років без втрати даних, тоді як сучасні цифрові носії псуються за кілька десятиліть.
• Енергоефективність: збереження інформації у формі ДНК не потребує постійного споживання електроенергії.

Недоліки:

• Висока вартість: синтез штучної ДНК та зчитування послідовностей (секвенування) є складними і дорогими технологіями.
• Низька швидкість запису та зчитування даних порівняно з електронними накопичувачами.
• Ризик спотворення даних: під час життєдіяльності та ділення бактерій можуть виникати мутації, що призведе до втрати або зміни записаної інформації.

Аргументація: використання ДНК як носія інформації є перспективним напрямком для довгострокового архівування важливих даних людства, проте на даному етапі розвитку технологій воно не може замінити оперативні носії інформації через високу ціну та тривалий час доступу до даних.

2. Ділянка подвійного ланцюга ДНК завдовжки 100 пар нуклеотидів містить 32 гуанілові залишки в одному ланцюзі й 8 — у другому. Визнач кількість інших нуклеотидів: цитидилових, аденілових і тимідилових.

Обчислення за принципом комплементарності:

1. Загальна довжина ділянки становить 100 пар нуклеотидів, тобто у двох ланцюгах разом міститься 200 нуклеотидів (по 100 у кожному ланцюзі).
2. Загальна кількість гуанілових нуклеотидів (Г) становить: 32 + 8 = 40 нуклеотидів.
3. За правилом комплементарності кількість цитидилових нуклеотидів (Ц) дорівнює кількості гуанілових (Г = Ц), тому кількість цитидилових нуклеотидів також становить 40.
4. Разом нуклеотиди Г і Ц складають: 40 + 40 = 80 нуклеотидів.
5. На аденілові (А) та тимідилові (Т) нуклеотиди припадає: 200 – 80 = 120 нуклеотидів.
6. Оскільки А = Т, то кількість аденілових нуклеотидів становить 60, і тимідилових — 60.

Відповідь: у цій ділянці ДНК міститься 40 цитидилових, 60 аденілових і 60 тимідилових нуклеотидів.

За малюнком 8.3 (с. 36) порівняй будову і склад цих біополімерів.

Порівняльна характеристика будови та складу молекул ДНК і РНК:

Досліди будову ДНК з інтерактивною симуляцією (виконай в e-ДОДАТКУ завдання 8.1).

Під час дослідження інтерактивної симуляції встановив/встановила, що молекула ДНК має структуру подвійної спіралі, яка складається з двох антипаралельних ланцюгів нуклеотидів. Кожен нуклеотид містить моносахарид дезоксирибозу, залишок ортофосфатної кислоти та одну з чотирьох нітрогеновмісних основ: аденін, тимін, гуанін або цитозин. Ланцюги з’єднуються між собою за принципом комплементарності за допомогою водневих зв’язків між основами: аденін утворює пару з тиміном, а гуанін — із цитозином.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які сполуки називають нуклеїновими кислотами?

Нуклеїновими кислотами називають складні високомолекулярні органічні сполуки (біополімери), мономерами яких є нуклеотиди. До цієї групи належать дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК), що забезпечують збереження, відтворення та реалізацію спадкової інформації в усіх живих організмах.

2. З яких компонентів складається нуклеотид?

Молекула нуклеотиду складається з трьох компонентів: нітрогеновмісної основи, моносахариду (пентози) та залишку ортофосфатної кислоти.

3. Порівняй нуклеотиди ДНК і РНК.

Нуклеотиди ДНК та РНК відрізняються за типом моносахариду і за однією з нітрогеновмісних основ. До складу нуклеотидів ДНК входить моносахарид дезоксирибоза та одна з основ: аденін, гуанін, цитозин або тимін. Нуклеотиди РНК містять моносахарид рибозу та основи: аденін, гуанін, цитозин або урацил (замість тиміну). Залишок ортофосфатної кислоти є однаковим компонентів для обох типів нуклеотидів.

4. Поясни, яким чином нуклеїнові кислоти можуть відтворювати і передавати спадкову інформацію.

Нуклеїнові кислоти відтворюють і передають спадкову інформацію завдяки здатності утворювати комплементарні пари за допомогою водневих зв’язків між нітрогеновмісними основами (аденін з тиміном або урацилом, а гуанін з цитозином). Завдяки принципу комплементарності клітина під час подвоєння ДНК будує точну дзеркальну копію кожного ланцюга і передає її дочірнім клітинам під час поділу.

5. Оціни правильність тверджень про нуклеїнові кислоти (виконай в e-ДОДАТКУ завдання 8.2).

6. Один ланцюг ДНК містить 27 гуанілових, 33 аденілових, 18 цитидилових і 13 тимідилових нуклеотидів. Скільки нуклеотидів кожного типу міститься у другому ланцюзі цієї ДНК?

За принципом комплементарності нуклеотиди утворюють чіткі пари: аденін з’єднується з тиміном (А–Т), а гуанін — із цитозином (Г–Ц).
Отже, у другому ланцюзі ДНК міститься:

• 27 цитидилових нуклеотидів (комплементарні 27 гуаніловим першого ланцюга);
• 33 тимідилових нуклеотиди (комплементарні 33 аденіловим першого ланцюга);
• 18 гуанілових нуклеотидів (комплементарні 18 цитидиловим першого ланцюга);
• 13 аденілових нуклеотидів (комплементарні 13 тимідиловим першого ланцюга).

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

Виконай завдання (див. с. 9).

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Нуклеїнові кислоти утворені з трьох компонентів: нітрогеновмісної основи, пентози та залишку ортофосфатної кислоти.
• Головна відмінність між ДНК і РНК полягає в цукрі (дезоксирибоза або рибоза) та одній основі (тимін у ДНК, урацил у РНК).
• Кількість аденіну в ДНК завжди дорівнює кількості тиміну, а гуаніну — кількості цитозину завдяки принципу комплементарності.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Я став більш обізнаним щодо того, як подвійна спіраль ДНК здатна точна копіювати сама себе за принципом комплементарності для передачі спадковості.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спочатку було складно запам’ятати назви п’яти нітрогеновмісних основ та розрізнити пурини і піримідини, але перегляд малюнків зі схемами зв’язків та запис пар А-Т і Г-Ц у зошит допомогли швидко розібратися.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допомагають краще розуміти сучасні новини про генетичні тести, днк-експертизи в криміналістиці та механізми передачі спадкових ознак від батьків до дітей.