§ 8 Нуклеїнові кислоти

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

1. Склади перелік можливих переваг і недоліків такого способу зберігання інформації людством та аргументуй свою точку зору.

Переваги зберігання інформації в ДНК:

1. Надзвичайна щільність запису: ДНК дозволяє зберігати величезні обсяги даних (петабайти) у мікроскопічному об’ємі речовини.
2. Довговічність: за умови належного зберігання інформація в молекулах ДНК може залишатися неушкодженою протягом тисяч років.
3. Енергоефективність: пасивне зберігання ДНК не потребує витрат електроенергії, на відміну від сучасних серверів.

Недоліки зберігання інформації в ДНК:

1. Висока вартість: процеси штучного синтезу та секвенування (читання) ДНК наразі є дуже дорогими.
2. Низька швидкість: запис і зчитування даних відбуваються значно повільніше, ніж у сучасних цифрових носіїв, що унеможливлює швидкий доступ.
3. Біологічні ризики: використання живих організмів (як-от бактерій) для зберігання даних може призвести до непередбачуваних мутацій або екологічних наслідків у разі їх потрапляння в довкілля.

Висновок: ДНК є ідеальним кандидатом для довготривалого архівного зберігання глобальної інформації людства, проте через технічну складність цей метод поки не може замінити повсякденні цифрові пристрої.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

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.

Відомо:

• $N = 100\text{ пар (200 нуклеотидів)}$
• $G_1 = 32$
• $G_2 = 8$

Знайти:

• $C, A, T - ?$

Розв’язання:

Згідно з правилом Чаргаффа та принципом комплементарності, кількість гуанілових нуклеотидів дорівнює кількості цитидилових ($G=C$), а аденілових — кількості тимідилових ($A=T$).

1. Обчислимо загальну кількість гуанілових нуклеотидів:
   $G = G_1 + G_2 = 32 + 8 = 40$

2. Визначимо кількість цитидилових нуклеотидів:
   $C = G = 40$

3. Обчислимо сумарну кількість аденілових та тимідилових нуклеотидів:
   $(A + T) = 200 \cdot (G + C) = 200 \cdot (40 + 40) = 120$

4. Оскільки $A = T$, знайдемо їхню кількість:
   $A = T = 120 : 2 = 60$

Відповідь: 40 цитидилових, 60 аденілових і 60 тимідилових нуклеотидів.

РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ

Пригадай будову цих пентоз за мал. 5.2.

Пентози є п’ятивуглецевими моносахаридами, що входять до складу нуклеотидів. Рибоза ($C_5H_{10}O_5$) має повний набір гідроксильних груп, тоді як у дезоксирибози ($C_5H_{10}O_4$) біля другого атома Карбону замість групи -OH міститься лише атом Гідрогену (-H).

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).

Під час дослідження будови ДНК у симуляції спостерігається структура подвійної спіралі, де два ланцюги закручені навколо спільної осі. Зовнішній каркас молекули утворений залишками фосфатної кислоти та дезоксирибози, а всередині спіралі розташовані нітрогеновмісні основи, що з’єднані між собою водневими зв’язками за правилом комплементарності: аденін завжди зв’язується з тиміном двома зв’язками, а гуанін із цитозином — трьома. Ланцюги ДНК орієнтовані антипаралельно, що забезпечує стабільність конструкції та можливість точного копіювання генетичного коду.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які сполуки називають нуклеїновими кислотами?

Нуклеїнові кислоти — це складна група біополімерів, мономерами яких є нуклеотиди.

2. З яких компонентів складається нуклеотид?

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

3. Порівняй нуклеотиди ДНК і РНК.

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

Відтворення та передача спадкової інформації відбувається завдяки здатності нуклеотидів утворювати комплементарні пари за допомогою водневих зв’язків між нітрогеновмісними основами. Оскільки в ДНК аденіловий нуклеотид завжди сполучається з тимідиловим (А–Т), а гуаніловий — із цитидиловим (Г–Ц), клітина може будувати ідентичну дзеркальну копію ланцюга для передачі її наступним поколінням.

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

Нуклеїнові кислоти є основними молекулами, що забезпечують збереження та реалізацію спадкової програми організму. Твердження про те, що ДНК є носієм генетичної інформації, а РНК бере участь у її реалізації через синтез білків, є біологічно правильними. Також правильним є твердження, що властивості нуклеїнових кислот визначаються послідовністю нуклеотидів у їхніх ланцюгах.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

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?

Відомо:

• $G_1 = 27$
• $A_1 = 33$
• $C_1 = 18$
• $T_1 = 13$

Знайти:

• $G_2, A_2, C_2, T_2 - ?$

Розв’язання:
Згідно з принципом комплементарності, у дволанцюговій молекулі ДНК аденіловий нуклеотид ($A$) одного ланцюга завжди сполучається з тимідиловим ($T$) іншого ланцюга, а гуаніловий ($G$) — із цитидиловим ($C$). Отже, кількість нуклеотидів у другому ланцюзі дорівнюватиме кількості комплементарних їм нуклеотидів у першому ланцюзі:

$G_2 = C_1$

$A_2 = T_1$

$C_2 = G_1$

$T_2 = A_1$

Підставляємо числові значення:

$G_2 = 18$

$A_2 = 13$

$C_2 = 27$

$T_2 = 33$

Відповідь: у другому ланцюзі міститься 18 гуанілових, 13 аденілових, 27 цитидилових та 33 тимідилові нуклеотиди.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

Виконай завдання (див. с. 9).