Nukleotydy — cegiełki kwasów nukleinowych

Nukleotydy to niewielkie cząsteczki organiczne zbudowane z pięciu pierwiastków: C, H, O, N i P. W komórce występują jako wolne nukleotydy. Mogą też łączyć się w dinukleotydy albo w długie polinukleotydy, czyli kwasy nukleinowe.

Dwa wiązania wewnątrz nukleotydu: pentoza + zasada → wiązanie N-glikozydowe → powstaje nukleozyd. Następnie nukleozyd + reszta fosforanowa(V) → wiązanie estrowe → powstaje nukleotyd.

Atomy węgla cukru numeruje się ze znakiem prim (1′–5′). Dzięki temu nie myli się ich z atomami węgla zasady. Nazwy nukleotydów DNA tworzy się od nukleozydów: deoksyadenozyny, deoksyguanozyny, deoksycytydyny i tymidyny. Wzór nazwy to „nukleozydo-5′-monofosforan”. Liczba 5′ oznacza, że fosforan jest przyłączony do piątego węgla deoksyrybozy.

Funkcje wolnych nukleotydów (m.in.):

• przenoszą energię chemiczną (ATP);
• działają jako cząsteczki sygnałowe (cykliczny AMP, cAMP);
• są substratami do syntezy dinukleotydów i kwasów nukleinowych.

Dinukleotydy składają się z dwóch nukleotydów i przenoszą elektrony w metabolizmie:

• NAD⁺ — jeden z nukleotydów zawiera pochodną kwasu nikotynowego (witaminy B₃);
• NADP⁺ — ma wszystko to co NAD⁺ oraz dodatkową resztę fosforanową(V);
• FAD — jeden z nukleotydów jest pochodną ryboflawiny (witaminy B₂).

Budowa DNA

DNA to zwykle dwuniciowa cząsteczka (podwójna helisa) zbudowana z nukleotydów. Każdy nukleotyd = cukier (deoksyryboza) + reszta fosforanowa + zasada azotowa. Zasady: adenina (A), tymina (T), guanina (G), cytozyna (C). Wyjątek: u niektórych wirusów występuje DNA jednoniciowe (ssDNA).

Reguła komplementarności: nici łączą się zasadami według zasady A–T i G–C (wiązania wodorowe). Znając jedną nić, można odtworzyć drugą. Nici są antyrównoległe.

Łańcuch (nić) polinukleotydowy. Kolejne nukleotydy łączą się wiązaniami 3′,5′-fosfodiestrowymi. Reszta fosforanowa(V) spina węgiel 3′ cukru jednego nukleotydu z węglem 5′ cukru następnego — stąd nazwa wiązania. Nić jest polarna, bo jej dwa końce mają różną budowę:

• koniec 5′ — reszta fosforanowa(V);
• koniec 3′ — grupa hydroksylowa (–OH) cukru.

Sekwencja to kolejność nukleotydów w nici. Zapisuje się ją literami zasad, zaczynając od końca 5′, np. 5′-ATCGT-3′ albo krótko ATCGT. W RNA zapis wygląda analogicznie, np. 5′-AUCGU-3′.

Przestrzenny kształt helisy:

• Helisa jest prawoskrętna, a dwie nici skręcają się wokół wspólnej osi.
• Na zewnątrz leży szkielet cukrowo-fosforanowy (deoksyryboza + reszty fosforanowe). Zasady są skierowane do środka.
• Dwie zasady związane wiązaniami wodorowymi tworzą parę zasad. Naprzeciw puryny (A lub G) zawsze stoi pirymidyna (T lub C), dzięki czemu helisa ma stałą średnicę.
• Helisę stabilizują wiązania wodorowe między niciami. Dodatkowo działają oddziaływania hydrofobowe między sąsiadującymi parami zasad w tym samym łańcuchu.
• Na jeden pełny skręt przypada 10 par nukleotydów.
• Wzdłuż helisy biegną dwa rowki, większy i mniejszy. Dzięki nim białka wiążące DNA rozpoznają sekwencję bez rozplatania helisy.
• Długość dwuniciowego DNA podaje się w parach zasad (pz), czyli w liczbie par nukleotydów.

Antyrównoległość w zapisie: koniec 5′ jednej nici leży naprzeciw końca 3′ drugiej. Dla nici 5′AATGCGT3′ nić komplementarna to 3′TTACGCA5′.

Jak poznano strukturę. DNA odkryto w 1869 r. Jego przestrzenną budowę ustalili dopiero w 1953 r. James Watson i Francis Crick. Sami nie robili doświadczeń laboratoryjnych nad DNA — oparli się na wynikach innych badaczy. Kluczowe okazały się zdjęcia rentgenowskie kryształów DNA wykonane przez Rosalind Franklin z zespołu Maurice'a Wilkinsa. Ciemne plamy ułożone w środku zdjęcia w kształt litery X wskazywały, że DNA jest helisą.

DNA a RNA

Rola DNA i doświadczenia, które ją wykazały

DNA wyznacza strukturę pierwszorzędową cząsteczek RNA i białek. Od białek zależą cechy organizmu: morfologiczne, anatomiczne i fizjologiczne. Cechy te przechodzą z pokolenia na pokolenie, więc DNA jest nośnikiem informacji genetycznej odpowiedzialnym za dziedziczenie. Ustalono to w połowie XX w. dzięki badaniom bakterii i wirusów.

Informacja genetyczna a kod genetyczny

Informacja genetyczna to treść zapisana w odcinkach DNA, czyli w genach. Dotyczy syntezy białek, od których zależą cechy organizmu. Kod genetyczny to sposób zapisu tej treści. Jego „alfabet” stanowią cztery litery — G, A, C oraz T (w DNA) lub U (w RNA) — oznaczające kolejne nukleotydy. Kolejność nukleotydów wyznacza kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym, czyli strukturę pierwszorzędową białka.

Informacja zawarta w genie obejmuje więcej niż sam przepis na cząsteczkę:

Wiązania w DNA — dwa różne typy

W cząsteczce DNA występują dwa rodzaje wiązań — nie myl ich.

Para A–T ma zawsze 2 wiązania wodorowe, a G–C — zawsze 3. Wiązania wodorowe między niciami są rozrywane np. przed replikacją (robi to helikaza), a wiązania fosfodiestrowe łączą kolejne nukleotydy w ciągłą nić. Wewnątrz każdego nukleotydu działają jeszcze wiązanie N-glikozydowe (cukier–zasada) i estrowe (cukier–fosforan).

Reguła Chargaffa — jak liczyć zasady

Skoro w dwuniciowym DNA A zawsze łączy się z T, a G z C, to ich ilości (i procenty) są równe. Ta prawidłowość to reguła Chargaffa. Nie stosuje się jej do jednoniciowego DNA (ssDNA) niektórych wirusów.

Przykłady z zadań:

1. 460 nukleotydów, w tym 65 z tyminą (T). Skoro A = T, to A = 65, więc A + T = 130. Zostaje 460 − 130 = 330 na G + C. Ponieważ G = C → C = 330 : 2 = 165.

2. C = 20% wszystkich nukleotydów. Wtedy G = 20% (bo G = C), razem G + C = 40%. Zostaje A + T = 60%, a że A = T → A = 30%.

3. A = 35% wszystkich nukleotydów. Wtedy T = 35%, razem A + T = 70%. Zostaje G + C = 30%, a że G = C → G = 15%.

4. 250 nukleotydów, w tym 75 z cytozyną. G = C = 75, więc G + C = 150. Na A + T zostaje 250 − 150 = 100, czyli T = 100 : 2 = 50.

5. Czy cząsteczka jest dwuniciowa? Fragment ma 200 nukleotydów, w tym 63 z G i 56 z A. Zakładamy dwuniciowość: wtedy C = 63 i T = 56. Suma wynosi 63 + 56 + 63 + 56 = 238, a nie 200. Założenie jest więc fałszywe: zasady nie mogą być w pełni komplementarne, czyli to DNA jednoniciowe.

Rodzaje RNA i ich role

W komórkach jest kilka rodzajów RNA. Różnią się liczbą i kolejnością nukleotydów, kształtem przestrzennym i funkcją. Wszystkie bezpośrednio lub pośrednio biorą udział w odczytywaniu informacji genetycznej. Najważniejszą funkcją RNA jest udział w ekspresji genów, czyli w odczytywaniu informacji zawartej w DNA. Główną rolę odgrywają tu mRNA, rRNA i tRNA.

Podział ilościowy: RNA kodujący (mRNA) to 4–5% całości. RNA niekodujący (rRNA, tRNA, snRNA, siRNA, miRNA i inne rodzaje) to 95–96%. W mRNA brak fragmentów dwuniciowych. W rRNA i tRNA mogą one powstawać, gdy łączą się komplementarne nukleotydy tej samej nici (A z U, G z C). Te fragmenty decydują o kształcie przestrzennym cząsteczki.

Gdzie w komórce jest RNA

• Eukarionty: RNA jest w jądrze, cytozolu i organellach półautonomicznych (mitochondriach i chloroplastach). W jądrze powstają wszystkie rodzaje RNA, przy czym rRNA tworzy się w jąderku. Wszystkie RNA oprócz rRNA przechodzą przez pory jądrowe do cytozolu. rRNA łączy się w jąderku z białkami w podjednostki rybosomów, które także trafiają do cytozolu. Niektóre cząsteczki, np. snRNA, wędrują w obie strony.
• W mitochondriach i chloroplastach powstają własne mRNA, tRNA i rRNA (dla rybosomów organellowych). Służą do ekspresji genów genomu mitochondrialnego i chloroplastowego.
• Prokarionty nie mają jądra ani innych organelli, więc całe ich RNA jest w cytoplazmie.
• Ilość RNA w komórce się zmienia, ale zawsze utrzymuje się równowaga między syntezą nowych cząsteczek a rozkładem niepotrzebnych.

RNA jako materiał genetyczny

• Wiroidy to pasożyty roślin. Ich RNA jest jednoniciowy, zamknięty (kolisty) i liczy kilkaset nukleotydów. Ma fragmenty dwuniciowe utworzone przez komplementarne nukleotydy tej samej nici.
• Wirusy RNA mają RNA jednoniciowe (ssRNA) lub dwuniciowe (dsRNA). Należy do nich większość wirusów atakujących rośliny, np. wirus mozaiki tytoniu. Należą też niektóre wirusy zwierzęce, np. wirusy grypy, HIV i SARS-CoV-2. Wirus grypy ma osłonkę lipidową, pod nią kapsyd, a w środku RNA.

Organizacja DNA w genomie

Nić DNA jest bardzo długa, więc musi zostać upakowana: helisa → nawinięcie na białka (histony) = nukleosom → chromatyna → chromosom. Dzięki temu metry DNA mieszczą się w jądrze. U człowieka DNA znajduje się głównie w jądrze, a niewielka ilość poza nim — w mitochondriach (u roślin także w chloroplastach).

Łącznie DNA w jądrze komórki człowieka ma ok. 2 m długości, a jądro ma średnicę zaledwie 5–8 µm. Zmieszczenie DNA umożliwia wiązanie go z białkami histonowymi. DNA związane z białkami to chromatyna. Upakowanie przebiega w kilku stopniach:

Chromatyna między podziałami. W tym czasie (poza fazą S) chromatyna ma postać mniej lub bardziej upakowanych włókien 30 nm. Występuje w dwóch postaciach:

• euchromatyna — luźno upakowana. Uważa się, że zawiera geny aktywne; przy odczytywaniu informacji rozluźnia się dodatkowo. W obrazie spod TEM jest rozproszona po jądrze.
• heterochromatyna — ściśle upakowana. Uważa się, że zawiera geny nieaktywne i większość pozagenowego DNA. Leży zwykle pod otoczką jądrową i wokół jąderka.

Chromatyna w czasie podziału. Chromosomy widać w mikroskopie optycznym już w profazie, a najsilniej skondensowane są w metafazie. Ich wyodrębnienie warunkuje dokładny rozdział materiału genetycznego do komórek potomnych. W regulacji stopnia upakowania chromatyny uczestniczy niekodujący RNA.

Replikacja DNA — powstają dwie takie same cząsteczki

Podczas replikacji (faza S) nici helisy rozplatają się, a na każdej z nich — zgodnie z komplementarnością — dobudowywana jest nić nowa. Replikacja jest półzachowawcza (semikonserwatywna): każda z dwóch cząsteczek potomnych ma jedną nić starą (matrycową) i jedną nowo powstałą.

Znaczenie. Replikacja podwaja ilość DNA w komórce i daje dwie identyczne kopie materiału genetycznego. W podziale (faza M) trafiają one do komórek potomnych. Dlatego replikacja jest podstawą przekazywania informacji genetycznej komórkom i organizmom potomnym. Zachodzi przed każdym podziałem komórki, co pozwala organizmom rosnąć i się rozmnażać. To proces anaboliczny katalizowany przez enzymy. Udział biorą DNA macierzysty (matryca) i wolne nukleotydy (substraty).

Przykład. Na matrycy o sekwencji G T A A T G T A G T A A powstaje nić komplementarna. Podstawiamy A↔T, G↔C (to DNA, więc T, nie U):

Uwaga: wynik z U (np. CAUUACAUCAUU) byłby błędny — uracyl występuje w RNA, a nie w DNA.

Przebieg u pałeczki okrężnicy (Escherichia coli), gdzie mechanizm poznano najlepiej. E. coli ma pięć polimeraz DNA (I–V); główną rolę grają III i I. Chromosom ma postać kolistego DNA o długości 4,6 mln pz. Kopiuje się przed każdym podziałem w niecałe 40 minut, z jednego miejsca inicjacji.

1. Inicjacja. Białko regulatorowe przyłącza się do miejsca inicjacji replikacji, czyli miejsca ori (ang. origin of replication). Na krótkim odcinku helisa się rozplata i powstaje oczko replikacyjne. Jego boki mają kształt litery Y — to widełki replikacyjne. Dołączają się tu kolejne białka potrzebne w następnym etapie.
2. Elongacja. Helikazy rozrywają wiązania wodorowe. Widełki rozchodzą się w dwie przeciwne strony, a oczko rośnie — replikacja jest dwukierunkowa. Prymaza tworzy startery na obu niciach, a do ich końców 3′ przyłącza się polimeraza III i buduje nić komplementarną. Replikowany odcinek DNA to replikon.
   Nici są antyrównoległe, a synteza idzie tylko 5′ → 3′, więc obu nowych nici nie da się budować w sposób ciągły w stronę widełek:
   • nić wiodąca rośnie w sposób ciągły w stronę widełek; starter wstawia się na niej tylko raz;
   • nić opóźniona rośnie w przeciwną stronę, z wielu kolejnych startów. Startery wstawiane są mniej więcej co 1000 nukleotydów, a powstają krótkie fragmenty Okazaki, nazwane od odkrywcy.
   Polimeraza I wycina startery i wypełnia luki nukleotydami DNA, a ligaza łączy fragmenty Okazaki. Wydłużanie trwa, aż skopiowana zostanie cała cząsteczka.
3. Terminacja. Koniec wyznaczają sekwencje terminacyjne, leżące u E. coli naprzeciw miejsca ori. Tam białka replikacyjne odłączają się od DNA i powstają dwie identyczne cząsteczki.

Replisom to duży kompleks białkowy powstający w rejonie widełek. Tworzą go prymosom (mniejszy kompleks, m.in. helikaza i prymaza) oraz polimeraza III. Połączenie enzymów pozwala im działać precyzyjnie i zgodnie. Helikaza rozplata helisę, prymaza wstawia startery, a tuż za nią polimeraza III buduje DNA od końców 3′ starterów. Replisom E. coli pracuje z szybkością ok. 2000 pz/s.

Replikacja u eukariontów jest znacznie bardziej złożona, choć ogólny przebieg jest podobny. Największe różnice dotyczą inicjacji i terminacji.

Końce chromosomów — telomery. Liniowe DNA eukariontów skraca się przy każdej replikacji. Po usunięciu ostatniego startera na końcu nici opóźnionej polimeraza nie może uzupełnić tego fragmentu. Końce odbudowuje telomeraza: dokłada nukleotydy do końca matrycy nici opóźnionej. Powstają sekwencje telomerowe (telomery) — wiele razy powtórzone krótkie odcinki o tej samej kolejności zasad. Telomeraza działa w komórkach embrionalnych, linii płciowej i macierzystych. W większości dojrzałych komórek jest nieaktywna, więc ich telomery stopniowo się skracają. Tracone są jednak wcześniej utworzone telomery, a nie sekwencje kodujące genów. Telomeraza nie działa też w komórkach starzejących się, w których podziały i replikacja są zahamowane. W komórkach nowotworowych zwykle ulega ponownej aktywacji.

Korekta błędów. Polimeraza wstawia błędny nukleotyd mniej więcej raz na 100 tys. poprawnych. Kontroluje jednak swoją pracę:

1. przyłącza nukleotyd (czasem niewłaściwy);
2. sprawdza parę z nicią matrycową i usuwa błędny nukleotyd;
3. wstawia właściwy;
4. kontynuuje syntezę.

Dzięki temu zostaje ok. 1 błąd na 100 mln nukleotydów.

Regulacja. Replikacja zachodzi tylko raz przed każdym podziałem. Białka startujące odłączają się od DNA zaraz po utworzeniu oczka, co zapobiega powstawaniu wielu kopii. W niekorzystnych warunkach replikacja jest wstrzymywana. Przy uszkodzeniu DNA (np. przez promieniowanie jonizujące) powstają białka naprawcze. Zatrzymują one replikację do czasu usunięcia uszkodzeń, by nie powstały wadliwe cząsteczki DNA.

Dodatkowo: replikacja RNA u wirusów

Niektóre wirusy RNA, m.in. koronawirusy, powielają swój RNA. Robi to polimeraza RNA zależna od RNA, kodowana przez genom wirusa. Uproszczony cykl koronawirusa:

1. adsorpcja — glikoproteiny osłonki rozpoznają receptory na powierzchni komórki i wiążą się z nimi;
2. wnikanie — kapsyd z materiałem genetycznym wchodzi do cytoplazmy i rozpada się, uwalniając ssRNA;
3. replikacja RNA — polimeraza RNA powiela genom (przez dsRNA) i powstają nowe genomy ssRNA;
4. translacja — białka wirusa powstają na rybosomach gospodarza (na podstawie mRNA);
5. składanie — z elementów powstają nowe wirusy;
6. uwolnienie — wirus opuszcza komórkę.

Jak udowodniono semikonserwatywność — Meselson i Stahl (1958, USA)

Problem: który z trzech modeli opisuje replikację? Hipoteza: model semikonserwatywny.

Metoda. Bakterie hodowano na podłożu z ciężkim izotopem azotu (¹⁵N), a potem przenoszono na podłoże z lekkim (¹⁴N). Nowe nici wbudowywały azot dostępny w podłożu. Stare nici zawierały więc zawsze ¹⁵N, a nowe — zawsze ¹⁴N. Badano DNA po pierwszym i drugim podziale.

Cząsteczki rozdzielano wirowaniem w gradiencie gęstości chlorku cezu (CsCl). Gęstość stężonego roztworu rośnie ku dnu probówki. Każda cząsteczka DNA zatrzymuje się tam, gdzie jej gęstość równa się gęstości roztworu, i tworzy pasmo. DNA z ¹⁵N jest gęstsze, więc układa się bliżej dna.

Wynik: po 1. rundzie jedno pasmo pośrodku, po 2. rundzie dwa pasma — u góry i pośrodku. Próby kontrolne: hodowla stale na ¹⁴N daje pasma tylko u góry, a stale na ¹⁵N — tylko u dołu.

Wniosek: wynik zgadza się z modelem semikonserwatywnym, więc replikacja DNA jest semikonserwatywna.

Geny — budowa

U wszystkich organizmów i większości wirusów gen to fragment DNA niosący informację potrzebną do wytworzenia białka lub RNA.

• Geny kodujące białka. Jeden gen koduje jeden łańcuch polipeptydowy. Jeśli białko ma kilka różnych łańcuchów (podjednostek), każdy jest zapisany w innym genie.
• Geny kodujące RNA kodują wszystkie rodzaje RNA z wyjątkiem mRNA.

Każdy gen ma części strukturalne i części regulatorowe. Części regulatorowe uczestniczą w regulacji odczytywania informacji. U eukariontów część strukturalna jest podzielona na:

• eksony — kodują kolejność aminokwasów w białku lub nukleotydów w RNA;
• introny — nie pełnią funkcji kodujących.

Introny i części regulatorowe to sekwencje niekodujące genu. Ich udział zależy od organizmu. U prostych organizmów, np. drożdży, stanowią niewielką część genu. U bardziej złożonych, np. kręgowców, są znacznie dłuższe od sekwencji kodujących i mogą przekraczać 90% genu.

Genom — komplet informacji genetycznej

Genom to cała informacja genetyczna komórki zapisana w DNA. Tym słowem nazywa się też materiał genetyczny wirusów (RNA lub DNA) i wiroidów (RNA). Genom tworzą geny oraz odcinki DNA między nimi, czyli pozagenowy DNA. Liczba genów i ilość pozagenowego DNA są cechami gatunkowymi. U człowieka pozagenowy DNA to ok. 70% genomu.

• Sekwencje powtarzalne to odcinki o długości nawet 10 tys. pz z powtarzającymi się sekwencjami nukleotydów. Występują m.in. w centromerach (sekwencje centromerowe) i telomerach (sekwencje telomerowe). Ich funkcje są wciąż intensywnie badane.
• Pseudogeny to fragmenty podobne do genów. Uważa się, że kiedyś były czynnymi genami.
• Liczba genów nie zależy od wielkości genomu. U organizmów o złożonej budowie dużą część genomu zajmuje pozagenowy DNA, a geny mają introny, co dodatkowo powiększa genom.

Genom komórki prokariotycznej

• Chromosom bakteryjny to zwykle jedna cząsteczka DNA o wielkości kilku mln pz, najczęściej kolista. U niektórych bakterii chromosom tworzy więcej cząsteczek, np. u przecinkowca cholery (Vibrio cholerae) dwie. Chromosom leży w obszarze cytozolu zwanym nukleoidem. Mieści się tam dzięki białkom, które tworzą centralny rdzeń, z którego promieniście wychodzi 40–50 skręconych pętli DNA.
• Plazmidy to znacznie mniejsze, najczęściej koliste cząsteczki DNA. Ich geny dotyczą cech przydatnych, ale nie zawsze niezbędnych, np. oporności na antybiotyki. Bakteria może mieć jeden lub wiele plazmidów, a każdy nawet w kilkudziesięciu kopiach. Plazmidy replikują się niezależnie od chromosomu. Dlatego część badaczy uważa, że nie należą do genomu prokariotycznego.

Ciekawostka: najmniejsze genomy bakterii mają pasożyty i symbionty. Rekordzistka Tremblaya princeps żyje w symbiozie z owadami z rzędu pluskwiaków. Jej genom ma 140 tys. pz i tylko 120 genów.

Genom komórki eukariotycznej

• Genomy eukariontów są bardzo duże: od kilku mln do nawet 100 mld pz. Wielkość wiąże się przede wszystkim ze złożonością organizmu. Najmniejsze mają proste eukarionty, m.in. grzyby, a największe — zaawansowane ewolucyjnie kręgowce i rośliny okrytozalążkowe.
• Genom jądrowy to przeważająca część genomu. Tworzą go chromosomy eukariotyczne, czyli długie liniowe cząsteczki DNA związane z histonami. Liczba chromosomów to cecha gatunku — najczęściej mieści się w przedziale od kilku do kilkudziesięciu; w komórkach somatycznych człowieka jest ich 46. Genom jądrowy koduje niemal wszystkie białka i cząsteczki RNA komórki.
• Genom organellowy obejmuje genom mitochondrialny i chloroplastowy. Replikuje się niezależnie od jądrowego. Przypomina genom prokariotyczny: zwykle tworzą go koliste cząsteczki DNA z białkami niehistonowymi, obecne w wielu kopiach (np. 10–100 cząsteczek w mitochondrium). Jego geny kodują tylko część białek i RNA potrzebnych organellum; resztę koduje genom jądrowy. Dlatego mitochondria i chloroplasty to organella półautonomiczne.
• Niektóre eukarionty, np. drożdże Saccharomyces cerevisiae, mają też plazmidy. Ich geny pozwalają np. syntetyzować nukleotydy, gdy brakuje ich w środowisku.
• W komórce zwierzęcej genom leży w jądrze i mitochondriach, a w roślinnej — w jądrze, mitochondriach i chloroplastach.
• Genom mitochondrialny człowieka to kolista cząsteczka DNA o długości 16 569 pz z 37 genami. Jest mały, bo jego geny nie mają intronów, a w jednym miejscu dwa geny zachodzą na siebie. Koduje tRNA i rRNA mitochondriów oraz część białek łańcucha oddechowego.

Tabela pokazuje, że liczba genów nie rośnie razem z wielkością genomu: ryż ma więcej genów niż człowiek.

Haplonty, diplonty i ilość DNA w cyklu komórkowym

Haplonty (m.in. bakterie i niektóre protisty) mają genom pojedynczy (haploidalny, 1n). Diplonty (większość eukariontów, m.in. człowiek) mają genom podwójny (diploidalny, 2n). Bakteria przed replikacją ma jedną kopię genomu (1n, 1c), a po replikacji dwie (1n, 2c).

Genomy wirusów

Genomy wirusów to DNA lub RNA. Liczba genów jest różna: od 3 u najprostszych wirusów do ponad 200 u wirusów o złożonej budowie. Wirusom wystarcza niewiele genów, bo korzystają z informacji genetycznej zakażonej komórki (gospodarza). Ich geny mogą zachodzić na siebie, co pozwala ciaśniej upakować informację. Takie geny mają wspólne sekwencje nukleotydów, ale kodują różne białka.

Przykład: genom bakteriofaga ΦX174 to kolista, jednoniciowa cząsteczka DNA o długości 5386 nukleotydów (ok. 5,4 tys.). Ma 11 genów (A–H), z których część zachodzi na siebie (A i B, D i E). Pozagenowy DNA to tylko 5% genomu.

Co różni DNA organizmów; gdzie powstają białka

DNA myszy i kota (i wszystkich organizmów) jest zbudowane z tych samych 4 zasad, takich samych nukleotydów i takich samych wiązań. Pod względem chemicznym różni je sekwencja (kolejność) zasad azotowych — i to ona niesie inną informację genetyczną. Gatunki różnią się też wielkością genomu, liczbą genów i liczbą chromosomów.

Informacja z DNA jest realizowana w białkach. Białka powstają podczas translacji na rybosomach (zbudowanych m.in. z rRNA) — to one bezpośrednio uczestniczą w łączeniu aminokwasów. Szczegóły w lekcji 12.3.

Sprawdź się

1. Cytozyna stanowi 18% zasad dwuniciowego DNA. Ile procent stanowi adenina? Rozwiązanie: G = 18%, G + C = 36%, A + T = 64%, więc A = 32%.

2. Zapisz nić komplementarną do 5′-GCCATCATCCTTACC-3′. Rozwiązanie: 3′-CGGTAGTAGGAATGG-5′.

3. Podaj dwie różnice między replikacją u prokariontów i eukariontów. Przykładowo: jedno miejsce ori kontra wiele; chromosom kolisty kontra liniowy (patrz tabela w części o replikacji).