NUKLEOVÉ KYSELINY [6], [7] Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Věra Pavlátová. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání, školské poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV).

Autor: Mgr. Věra Pavlátová, zpracováno 7. 3. 2012 Anotace: Materiál vychází ze vzdělávací oblasti Člověk a příroda, vzdělávacího oboru Chemie, Biochemie. Žáci se dozvídají informace o nukleových kyselinách − typech vzorců, vlastnostech, struktuře a proteosyntéze. Očekávaný výstup dle ŠVP: Druh učebního materiálu: Cílová skupina: Stupeň a typ vzdělávání: Typická věková skupina: Žák objasní strukturu a funkci sloučenin nezbytných pro důležité chemické procesy probíhající v organismech (základní metabolické procesy charakterizuje). Prezentace, DUM. Je možné ji použít v rámci expozice i fixace, délka aktivity 3 až 4 vyučovací hodiny. Žák, naplňuje zde KK k řešení problémů, k učení, komunikativní, sociální a personální. Gymnaziální vzdělávání 17−18 let, 7. třída − septima / III. ročník KLIKNĚTE NA F 5 [6]

Co to jsou NUKLEOVÉ KYSELINY? Bez nukleových kyselin by na Zemi neexistoval život. Všechny pozemské živé organismy mají ve svém složení nukleové kyseliny a bílkoviny. [6] [7] [9]

Co to jsou NUKLEOVÉ KYSELINY? Jsou to makromolekulární látky tvořené polynukleotidovým řetězcem (či řetězci), který ve své struktuře uchovává genetickou informaci. Nukleové kyseliny (NK) tím určují program činnosti buňky a nepřímo i celého organismu. Řadí se mezi tzv. biopolymery. Jsou přítomny ve všech buňkách a virech. Poprvé byly identifikovány v buněčném jádře (= nukleus, od toho název nukleové). Rozlišujeme dva druhy: kyselina deoxyribonukleová (deoxyribonucleic acid DNA), kyselina ribonukleová (ribonucleic acid RNA).

Nk − složení: NUKLEOSID Základní stavební jednotkou je NUKLEOTID DUSÍKATÁ ORGANICKÁ BÁZE A, G, C, T (DNA) A, G, C, U (RNA) MONOSACHARID 2-deoxy-D-ribosa (DNA) D-ribosa (RNA) ZBYTEK H3PO4 FOSFÁT NUKLEOSID [20] [1], [2]

2-DEOXY-BETA-D-RIBOSA http://www.youtube.com/watch?v=rromYAt1Lfw&feature=related NK − SLOŽENÍ: DNA RNA PURINOVÉ BÁZE ADENIN, GUANIN PYRIMIDINOVÉ BÁZE CYTOSIN, THYMIN CYTOSIN, URACIL MONOSACHARID 2-DEOXY-BETA-D-RIBOSA BETA-D-RIBOSA FOSFÁT dusíkatá báze fosfát aldopentosa (sacharid) [19]

NÁZVY NUKLEOSIDŮ: ADENOSIN GUANOSIN CYTIDIN THYMIDIN URIDIN NUKLEOTIDY: [20] KOMPLEMENTARITA BÁZÍ (= párování bází v NK pomocí vodíkových vazeb = můstků) : DNA Adenin = Thymin Dvě vodíkové vazby Guanin ≡ Cytosin Tři vodíkové vazby RNA Adenin = Uracil Dvě vodíkové vazby Guanin ≡ Cytosin Tři vodíkové vazby

Komplementa-rita bází DNA Adenin = Thymin Dvě vodíkové vazby Guanin ≡ Cytosin Tři vodíkové vazby NÁZVY NUKLEOSIDŮ: ADENOSIN GUANOSIN CYTIDIN THYMIDIN URIDIN [4] Komplementa-rita bází

Amp = adenosinmonofosfát [22] [23] adenosin -5'-fosfát Vznikl esterifikací hydroxylu na 5. uhlíku sacharidu. Ú.: Vytvořte GMP (guanosinmonofosfát)

udp = uridindifosfát [24] [25] Ú.: Vytvořte TMP (thymidinmonofosfát), CTP (cytidintrifosfát)

STRUKTURA DNA A RNA [3]

[8]

USPOŘÁDÁNÍ ŘETĚZCE NK: Mezi zbytkem H3PO4 jednoho nukleotidu (5. C) a hydroxylem na 3. C atomu pentosy druhého nukleotidu vznikne esterová vazba. Jednotlivé nukleotidy se spojují do dlouhých polynukleotidových řetězců. Primární struktura je dána pořadím dusíkatých bází v řetězci. Sekundární struktura zachycuje tvar a počet řetězců nukleových kyselin. Dvoušroubovice vzniká tak, že se dva nukleotidové řetězce propletou kolem společné osy. Spojení je realizováno vodíkovými můstky, které vznikají mezi doplňkovými bázemi obou řetězců. Terciární struktura zkoumá uspořádání řetězců v prostoru. [6]

[4] Primární struktura = pořadí = sekvence nukleotidů v polynukleotidovém řetězci http://www.youtube.com/watch?v=qy8dk5iS1f0

[6] [7] Sekundární struktura DNA = prostorové uspořádání = dvoušroubovice = dihelix. Dihelix vzniká tak, že se 2 řetězce vzájemně propletou kolem společné osy. Spojení je upevněno vznikem vodíkových můstků (vazeb) mezi dusíkatými bázemi obou řetězců = komplementární páry. Řetězce jsou orientovány protisměrně a dvoušroubovice je pravotočivá.

Rna: Molekuly RNA jsou tvořeny jediným polynukleotidovým řetězcem. Cukernou složkou je zde β-D–ribosa. Místo thyminu je přítomen uracil. RNA řadíme do několika specifických druhů: MEDIÁTOROVÁ (informační) RNA (mRNA) − obsahuje přepis informace z molekuly DNA o primární struktuře bílkovinných molekul syntetizovaných v buňce. TRANSFEROVÁ (přenosová) RNA (tRNA) − přenáší aminokyseliny na místa syntéz na bílkoviny. RIBOSOMOVÁ RNA (rRNA) − je součástí ribosomů − části buněk, na nichž probíhá syntéza na bílkoviny (proteosyntéza). [9]

Replikace dna: Jde o zdvojení genetické informace. Probíhá při dělení buněk, je součástí mitózy a karyokineze. Od jednoho konce se DNA rozplétá, ke každému vláknu se vyrobí komplementární vlákno (dceřiné). Původní a dceřiné vlákno se zase splete. Výsledkem jsou 2 identické dihelixy. [11]

Replikace dna: Nejprve dochází k rozplétání dvoušroubovice DNA. K oběma uvolněným vláknům se na základě principu komplementarity doplňují volné nukleotidy. [21] Adenin = Thymin Dvě vodíkové vazby Guanin ≡ Cytosin Tři vodíkové vazby http://www.youtube.com/watch?v=J2BzrA5IWtY

Replikace dna: [11] Nově umístěné nukleotidy se spojují fosfodiesterovými vazbami v souvislé vlákno. Takto dochází k replikaci po celé délce makromolekuly DNA. Výsledkem replikace jsou dvě identické dvouřetězcové dceřiné molekuly.

http://www.youtube.com/watch?v=AGUuX4PGlCc&feature=related Replikace dna: [10] http://www.youtube.com/watch?v=cDlKrLJjRlY&feature=related

proteosyntéza: = tvorba bílkovin za podílu: DNA, všech typů RNA, AMK, jádra, ribosomů 1. fáze: TRANSKRIPCE (= přepis genetického kódu o primární struktuře bílkovin z DNA v jádře na mRNA) V potřebné části dihelixu dojde k rozpletení vláken DNA a jejich dočasného oddálení. Na jednom z vláken začíná přepis jeho struktury do struktury mRNA (na základě komplementarity bází). Transkripci zahajují i zakončují enzymy.

http://www.youtube.com/watch?v=NJxobgkPEAo&feature=fvsr transkripce: DNA se po transkripci opět spojí a mRNA přechází z jádra do cytoplazmy buňky, kde se váže s několika ribosomy (rRNA) a překládá jim to, co přepsala z DNA. 2. fáze: TRANSLACE (= překlad pořadí nukleotidů mRNA do pořadí aminokyselin tRNA) Informace o každé AMK je zakódována do tripletu (= kodonu = 3 nukleotidy za sebou). Kodonu mRNA odpovídá antikodon tRNA (AMK). Pokud se nenajde vhodný antikodon, proteosyntéza se ukončuje.

transkripce: [12]

transkripce: [13]

transkripce: TRANSKRIPCE [14]

TRANSLACE: http://www.youtube.com/watch?v=1PSwhTGFMxs&feature=related Aminokyseliny přinesené t-RNA se mezi sebou spojí peptidovou vazbou a vzniká protein. tRNA antikodon kodon mRNA [17] rRNA m-RNA se spojí s ribozomem. Na trojici nukleotidů (kodon) se naváže na základě komplementarity t-RNA (antikodon), která nese daný druh aminokyseliny.

TRANSLACE: http://www.youtube.com/watch?v=Ikq9AcBcohA&feature=related [16]

proteosyntéza: [15] TRANSKRIPCE (= přepis genetického kódu o primární struktuře bílkovin z DNA v jádře na mRNA mRNA přechází z jádra do cytoplazmy buňky, kde se váže s několika ribosomy (rRNA) a překládá jim to, co přepsala z DNA TRANSLACE (= překlad pořadí nukleotidů mRNA do pořadí aminokyselin tRNA) Aminokyseliny přinesené t-RNA se mezi sebou spojí peptidovou vazbou a vzniká protein. http://www.youtube.com/watch?v=zr_O8aJKHnI&feature=related

VÝZNAM NK: DNA je nositelem základní genetické informace buňky. Pořadí bází v molekule DNA je kódem pro primární strukturu bílkovin. DNA jsou vázány na histony, s nimiž tvoří chromozomy (buňky člověka obsahují 46 chromozomů). Nukleotidem je tvořeno i ATP − přenáší energii, součástí enzymů. Změna záznamu genetické informace = mutace. Jaké znáte mutageny? [7]

Mutace: Negativní mutace (RTG záření, chemické látky) poškozují organismus. Pozitivní mutace jsou základem přirozeného vývoje druhu = evoluce. [18] http://www.youtube.com/watch?v=faRlFsYmkeY

Úkol: popište proteosyntézu: [15] http://www.youtube.com/watch?v=zr_O8aJKHnI&feature=related

Opakování − vyluštěte křížovku: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Dusíkatá organická báze označovaná jako T. Dusíkatá organická báze označovaná jako U. Kodon jinak. Zdvojení genetické informace. Překlad pořadí nukleotidů mRNA do pořadí aminokyselin tRNA. Přenosová RNA.

řešení: 1. T H Y M I N 2. U R A C L 3. P E 4. K 5. S 6. F O V Á [7] VYSVĚTLETE TAJENKU.

SPOJTE SOUVISEJÍCÍ POJMY: mRNA KODON REPLIKACE KOMPLEMENTARITA DIHELIX TRANSKRIPCE tRNA TRANSLACE MUTACE PŘEKLAD PŘENOSOVÁ ZMĚNA GEN. INF. INFORMAČNÍ ZDVOJENÍ GEN. I. TRIPLET PÁROVÁNÍ BÁZÍ DVOUŠROUBOVICE PŘEPIS

ŘEŠENÍ − KLIKNĚTE Odhalte chyby v textu: Nukleotid se skládá z báze, disacharidu a fosfátu. Adenin patří mezi pyrimidinové báze. DNA se skládá z bází: A, U, C, G. V RNA se vyskytuje 2-deoxy-β-D-ribosa. Uracil je komplementární s guaninem. Sekundární struktura NK je zajištěna kovovou vazbou. Transkripci zajišťuje ribosomová RNA. Translace je zdvojení genetické informace. monosacharidu; purinové; ATCG; β-D-ribosa; adeninem; vodíkovou vazbou; mediátorová; replikace ŘEŠENÍ − KLIKNĚTE

Opakování − vyluštěte křížovku: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Dusíkatá organická báze označovaná jako T. Kodon jinak. Označení pro adenin. Každý kodon mRNA hledá svůj … Přepis genetického kódu o primární struktuře bílkovin z DNA v jádře na mRNA. Párování bází v NK pomocí vodíkových můstků. Přenosová RNA. Dusíkatá organická báze označovaná jako U. Zdvojení genetické informace.

řešení: 1. T H Y M I N 2. R P L E 3. A 4. K O D 5. S C 6. 7. F V Á 8. [6] 1. T H Y M I N 2. R P L E 3. A 4. K O D 5. S C 6. 7. F V Á 8. U 9. VYSVĚTLETE TAJENKU.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 7. 3. 2012 mezi 8.00 a 23.00 KOLÁŘ, K.; KODÍČEK, M.; POSPÍŠIL, J. Chemie organická a biochemie II pro gymnázia. Praha: SPN, 2005. ISBN 8072352830. MAREČEK, A.; HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 3. díl. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2000. ISBN 8071820571. Adenosine. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DeoxyriboseLabeled.png> 1. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phosphate_Group.PNG> 2. Sponk. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-DE.svg> 3. Madeleine Price Ball [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chemische_Struktur_der_DNA.svg> 4. Wikiality123. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AT-GC.JPG> 5.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 7. 3. 2012 mezi 8.00 a 23.00 [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ADN_animation.gif> 6. Richard Wheeler. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_orbit_animated_small.gif> 7. Zephyris. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_Structure%2BKey%2BLabelled.pn_NoBB_cs. png> 8. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ARNm-Rasmol.gif> 9. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_replication_en.svg> 10. Madprime, Woudloper. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_replication_split_horizontal.svg> 11.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 7. 3. 2012 mezi 8.00 a 23.00 [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transcription.jpg> 12. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transcri%C3%A7%C3%A3o_de_DNA.svg> 13. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transcription.png> 14. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transkription_Translation_01.jpg> 15. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribosome_mRNA_translation_en.svg> 16. Boumphreyfr. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Peptide_syn.png> 17. José-manuel Benitos. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Human-evolution-man.png> 18.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 7. 3. 2012 mezi 8.00 a 23.00 Yikrazuul. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide_nucleoside_general.svg> 19. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotides.png> 20. Masur. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Replication_fork.svg> 21. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AMP_structure.svg> 22. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenosine-monophosphate-dianion-3D- balls.png> 23. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Uridine_diphosphate.svg> 24. BQmUB2009108. [cit. 2012-03-07]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Uridine_difhosphate.png> 25.