§ 8. Нуклеїнові кислоти

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

ДНК — головна молекула, що визначає спадковість. В усіх організмів на Землі ДНК має подібну будову, бо складається лише із чотирьох видів мономерів — нуклеотидів, своєрідних хімічних «літер». Чому організми на Землі такі різні?

Організми такі різні через унікальну послідовність розташування нуклеотидів у їхніх молекулах ДНК. Чотири типи нуклеотидів утворюють незліченну кількість комбінацій, подібно до того, як із літер алфавіту складають тисячі різних слів. Послідовність нуклеотидів у генах кодує структуру різноманітних білків, а саме білки визначають усі неповторні ознаки та властивості кожної живої істоти.

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:

• Величезна щільність запису: в одному грамі ДНК можна розмістити сотні мільйонів гігабайтів даних.
• Довговічність: за стабільних умов молекула ДНК зберігає інформацію тисячі років без потреби в перезаписі.
• Енергонезалежність: збережені молекули не потребують постійного підключення до електромережі чи охолодження серверів.

Недоліки:

• Висока собівартість: хімічний синтез послідовностей ДНК та їхнє зчитування (секвенування) залишаються дуже дорогими технологіями.
• Низька швидкість запису та пошуку потрібних файлів порівняно з комп’ютерною пам’яттю.
• Ризик мутацій: у живих бактеріях інформація може змінюватися або втрачатися під час клітинного поділу та помилок реплікації.

Аргументація: запис у ДНК є перспективним способом створення стратегічних довгострокових архівів людства (наприклад, світових бібліотек чи наукових сховищ), проте він ще не може замінити електронні накопичувачі для повсякденного користування через технічну складність та повільне зчитування.

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.

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

У цій ділянці ДНК міститься 40 цитидилових, 60 аденілових і 60 тимідилових нуклеотидів.

РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ

Пригадай будову цих пентоз за малюнком 5.2 (с. 23).

Рибоза і дезоксирибоза є п’ятивуглецевими моносахаридами (пентозами). Дезоксирибоза відрізняється від рибози тим, що біля другого атома Карбону замість гідроксильної групи ($-OH$) містить лише атом Гідрогену ($-H$), тобто в ній на один атом Оксигену менше.

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

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

Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, які закручені у подвійну спіраль. Остов кожного ланцюга утворюють залишки моносахариду дезоксирибози та ортофосфатної кислоти, сполучені міцними ковалентними зв’язками. Два ланцюги об’єднуються між собою за принципом комплементарності водневими зв’язками між основами: аденін утворює пару з тиміном, а гуанін — із цитозином.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які сполуки називають нуклеїновими кислотами?

Нуклеїнові кислоти — це біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. До них належать дезоксирибонуклеїнова (ДНК) та рибонуклеїнова (РНК) кислоти, що забезпечують збереження, відтворення й реалізацію генетичної інформації.

2. З яких компонентів складається нуклеотид?

Кожен нуклеотид складається з трьох компонентів: однієї нітрогеновмісної основи, моносахариду (пентози) і залишку ортофосфатної кислоти.

3. Порівняй нуклеотиди ДНК і РНК.

Нуклеотиди ДНК містять моносахарид дезоксирибозу та азотисті основи аденін, гуанін, цитозин або тимін. Нуклеотиди РНК містять моносахарид рибозу, а замість тиміну до їхнього складу входить урацил. Залишок ортофосфатної кислоти у складі обох типів нуклеотидів є однаковим.

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

Нуклеїнові кислоти відтворюють інформацію завдяки властивості утворювати комплементарні пари за допомогою водневих зв’язків між основами (А–Т і Г–Ц). Під час подвоєння ДНК розплітається на два ланцюги, і клітина добудовує до кожного з них дзеркальну копію, що забезпечує точну передачу спадкових даних дочірнім клітинам під час поділу.

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

Це завдання є інтерактивним і потребує виконання безпосередньо в e-ДОДАТКУ на сайті підручника.

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 правилом комплементарності нуклеотиди формують пари: гуанін з’єднується з цитозином (Г–Ц), а аденін — із тиміном (А–Т).
У другому ланцюзі ДНК буде міститися:

• 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).

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

• Нуклеотид утворений нітрогеновмісною основою, п’ятивуглецевим моносахаридом і залишком ортофосфатної кислоти.
• ДНК відрізняється від РНК за будовою пентози (дезоксирибоза замість рибози) та однією основою (тимін замість урацилу).
• У подвійній спіралі ДНК кількість аденіну точно відповідає кількості тиміну, а кількість гуаніну — цитозину завдяки принципу комплементарності.

• 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 принцип просторової відповідності нітрогеновмісних основ дозволяє клітині безпомилково подвоювати молекули ДНК.

• З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спочатку було важко запам’ятати поділ основ на пурини та піримідини, але аналіз хімічних формул за малюнком параграфа допоміг розібратися в їхній будові.

• Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допомагають розуміти принципи роботи тестів ДНК у криміналістиці та медицині, а також біологічні механізми спадковості.