3 Październik 2019
3 października 2019

W dniu 27 września licealiści mieli okazje uczestniczyć w zajęciach praktycznych w laboratorium na Wydziale Biologii UG w KATEDRZE GENETYKI I BIOSYSTEMATYKI. Był to warsztat specjalny pt.”Bliskie spotkania z cząsteczką życia – izolacja DNA” prowadzony przez dr Agnieszkę Kaczmarczyk-Ziembę.

 Treści programowe: DNA jako nośnik informacji genetycznej; Metody ekstrakcji DNA; Procedura izolacji DNA metodą kolumienkową przy wykorzystaniu zestawów komercyjnych.

Kwas deoksyrybonukleinowy, u eukariontów zlokalizowany jest przede wszystkim w jądrach komórek, u prokariontów – bezpośrednio w cytoplazmie, natomiast u wirusów – w kapsydach. DNA to nośnik informacji genetycznej wszystkich organizmów żywych. W skład DNA z Wikicząsteczki DNA zwykle wchodzą dwa łańcuchy (DNA dwuniciowy – dsDNA), które biegną antyrównolegle (to znaczy koniec 5′ jednej nici leży naprzeciw końca 3′ drugiej nici). Łańcuchy zwijają się wokół wspólnej osi i tworzą prawoskrętną (A-DNA lub B-DNA) lub rzadziej lewoskrętną (Z-DNA) podwójną helisę.

Żródło: By Zephyris – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15027555

Oprócz standardowych czterech nukleotydów w DNA w naturze spotyka się też ich modyfikacje i wyjątki. I tak powszechnie spotykaną modyfikacją DNA jest występowanie 5-metylocytozyny (m5C) w wyniku metylacji cytozyny. W DNA niektórych wirusów, na przykład bakteriofagów PBS2, zamiast tyminy występuje uracyl (Ura), tworząc nukleozyd 2′-deoksyurydynę (dU). 2′-Deoksyurydyna powstaje też w wyniku deaminacji Cyt do Ura.

Wielkość genomu człowieka wyrażona w bp to 3,079 miliardów. Jednostka (pz) lub (bp) dotyczy pary zasad z (ang.) base pair) – w biologii molekularnej są to dwie komplementarne, połączone wiązaniami wodorowymi zasady azotowe nukleotydów dwóch różnych nici kwasu nukleinowego. W parach zasad podaje się długość cząsteczek DNA. W kwasie DNA komplementarne pary stanowi guanina (G) z cytozyną (C) oraz adenina (A) z tyminą (T). Długość DNA skręconego w pojedynczym jądrze komórki wynosi ok. 2 metrów. Najdłuższa rzeczywista cząsteczka DNA, chromosom 1, która zawiera 2,49×108 par zasad, ma długość około 8 cm. Całkowita długość DNA w organizmie człowieka przekracza kilka milionów kilometrów!!! DNA -1

Kod genetycznyreguła, według której informacja genetyczna, zawarta w sekwencji nukleotydów kwasu nukleinowego (DNA lub RNA), w komórkach wszystkich organizmów może ulegać „tłumaczeniu” na kolejność aminokwasów w ich białkach w procesie biosyntezy białek (a konkretnie transkrypcji i translacji).

Kod genetyczny jest: Trójkowy – trzy leżące obok siebie nukleotydy tworzą podstawową jednostkę informacyjną (triplet, inaczej kodon).

Niezachodzący – kodony nie zachodzą na siebie. Każdy nukleotyd wchodzi w skład tylko jednego kodonu, np. w sekwencji AAGAAA pierwsze trzy zasady (AAG) kodują jeden aminokwas (tu: lizynę) a następny kodon zaczyna się dopiero od 4. zasady, nie wcześniej. Wyjątek od tej zasady może stanowić kod genetyczny niektórych wirusów, gdzie ten sam fragment kodu jest odczytywany dwu- lub trzykrotnie, z przesunięciem w fazie.

Bezprzecinkowy – każdy nukleotyd w obrębie sekwencji kodujących wchodzi w skład jakiegoś kodonu, więc pomiędzy kodonami nie ma zasad bez znaczenia dla translacji.

Zdegenerowany – różne kodony (różniące się na ogół tylko trzecim nukleotydem) mogą kodować ten sam aminokwas, tzn. prawie koło kodonow z Wikiwszystkie aminokwasy mogą być zakodowane na kilka sposobów. Przykładowo lizyna kodowana jest zarówno przez kodon AAA, jak i AAG. Dzięki temu część zmian informacji genetycznej w wyniku mutacji nie znajduje swojego odbicia w sekwencji aminokwasów.

Jednoznaczny (zdeterminowany) – danej trójce nukleotydów w DNA lub RNA odpowiada zawsze tylko jeden aminokwas.

Kolinearny (inaczej współliniowy) – kolejność ułożenia aminokwasów w białku jest wiernym odzwierciedleniem ułożenia odpowiednich kodonów na mRNA.

Rys kod: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aminoacids_table.svg#/media/Plik:Aminoacids_table.svg

Uniwersalnypowyższe zasady są przestrzegane dość dokładnie przez układy biosyntezy białek u wszystkich organizmów, jakkolwiek zdarzają się niewielkie odstępstwa od tej prawidłowości wśród wirusów, bakterii, pierwotniaków, grzybów i w mitochondriach. Na przykład kodon UAA odczytany przez rybosomy mitochondriów powoduje nie zakończenie syntezy białka (jak to ma miejsce w rybosomach cytoplazmy podstawowej i siateczki śródplazmatycznej), ale dobudowanie do niego tryptofanu; natomiast kodon UGA zamiast przerwania translacji może powodować dołączenie selenocysteiny (wymagane jest do tego występowanie w mRNA dodatkowego sygnału, tzw. SECIS), a kodon UAG – dobudowanie pirolizyny do tworzącego się łańcucha polipeptydowego (białka).

Kod genetyczny ma charakter pośredni, co oznacza, że matryce DNA nigdy nie są bezpośrednio wykorzystywane do „układania” aminokwasów.

Rozszyfrowanie zasad kodowania przez naukowców: R.W. Holleya, H.G. Khorane,H. Matthaei, M.W. Nirenberga doprowadziło w latach 1961–1966 do poznania kodu genetycznego, za co w 1968 Marshall Nirenberg, Robert William Holley i Har Gobind Khorana otrzymali Nagrodę Nobla za rozpracowanie kodu genetycznego i odkrycie jego roli w syntezie białek.DNA -2

A to ciekawe …..:

DNA zostało odkryte w roku 1869 przez Fryderyka Mieschera, lecz przez prawie 100 lat jego struktura pozostawała zagadką. Autorami modelu podwójnej helisy DNA są James Watson i Francis Crick, na podstawie zdjęć z rentgenowskich badań strukturalnych wykonanych przez Rosalind Franklin oraz Maurice’a Wilkinsa. Pracowali oni wtedy w Medical Reserch Council Unity w Cavendish Laboratory w Cambridge. Za odkrycie w roku 1953 struktury DNA Watson, Crick i Wilkins otrzymali w 1962 Nagrodę Nobla (Rosalind Franklin zmarła na raka w 1958).

W roku 1977 opracowanie metody sekwencjonowania DNA przez zespoły badawcze Waltera Gilberta i Fredericka Sangera. Porównanie DNA za pomocą RFLP jest obecnie powszechnie stosowane w kryminalistyce. Po raz pierwszy profil DNA w kryminalistyce został wykorzystany w roku 1986 przez brytyjską policję i podejrzany został uniewinniony! Pierwszym skazanym na podstawie dowodu w postaci DNA był w roku 1987 brytyjski piekarz Colin Pitchfork.