A DNS molekulaszerkezete | Makromolekulák | Biológia | Khan Academy magyar

Egy korábbi videónkban már bemutattuk a DNS-t,

javaslom, hogy először azt nézzétek meg.

Ebben a videóban szeretnék

egy kicsit mélyebbre ásni

a DNS molekuláris szerkezetében.

Kezdésnek idézzük fel a DNS betűsző jelentését.

A szó részeit

más-más színnel írom fel.

A jelentése: dezoxi

ribonuklein

sav.

ribonukleinsav.

Ezt most tegyük félre,

és lássuk a molekuláris szerkezetét,

és azt, hogy szerkezetileg mit takar

a „dezoxiribonukleinsav” név.

A DNS szó egy nukleinsav rövidítése

a nukleinsav kifejezés pedig onnan ered,

hogy a sejtmagban található (latinul nucleus).

Eukariótákban a sejtmagban található,

innen tehát a „nuklein” kifejezés.

Arról is mindjárt szólunk,

hogy miért nevezzük savnak, de ezzel még várjunk kicsit.

Minden DNS molekula egy-egy lánc,

ami úgynevezett nukleotidokból áll.

Hogy néz ki egy nukleotid?

Ezen az ábrán a DNS molekula két szálát látjuk felnagyítva.

Ez az oldala úgy néz ki,

mint egy létra egyik oldala.

Ez itt a létra másik oldala.

Ezek a hidak pedig,

amelyek molekuláris felépítéséről szintén beszélek majd,

ezek a létra fokai.

Bekarikázok egy nukleotidot.

Ez a bekarikázott rész egy nukleotid,

amely egy másik nukletidhoz kapcsolódik.

A jobb oldalon van egy nukleotid.

Megmutatom egy kicsit másképpen.

Tehát van egy nukleotid a jobb oldalon,

és közvetlenül alatta egy másik nukleotid.

Itt tehát lényegében négy nukleotid látható.

Ez a kettő a létra bal oldalán,

ez a kettő pedig a létra jobb oldalán.

Lássuk, milyen részletekből

épül fel egy nukleotid.

Bizonyára feltűntek

ezek a foszfátcsoportok.

Ez itt egy foszfátcsoport,

ez is egy foszfátcsoport.

Mindegyik nukleotidban van egy foszfátcsoport.

Ez itt egy foszfátcsoport,

és ez is egy foszfátcsoport.

Ezek a foszfátcsoportok teszik a DNS-t

azaz a nukleinsavat savas jellegűvé.

Most közbeszólhatnátok,

hogy a rajz alapján

a molekulában negatív töltés van.

Márpedig egy negatív molekula inkább
vonzza a protonokat,

azaz protonfelvevő.

Hogyan nevezhetjük ezt savnak?

Valójában inkább bázisnak tűnik.

A DNS képletében azért szokás

feltüntetni ezeket a negatív töltéseket,

mert annyira savas, hogy ha belekerül

egy semleges oldatba,

akkor protonokat ad le.

A DNS, azaz pontosabban szólva

a DNS molekula foszfátcsoportjai protonálva vannak,

de nagyon könnyen leadja ezeket a hidrogénjeit.

Le is rajzolom.

Letörlöm innen a negatív töltést,

erről a foszfátcsoportról.

Ha nem lenne itt ez a negatív töltés,

ide kötődne egy hidrogénatom.

Ez az oxigén olyan erősen vonzza a kötőelektronokat,

hogy ezt a hidrogént leszakíthatja

például egy vízmolekula,

így ez a proton leválik.

Ezért nevezzük savnak.

Ha nem lenne oldatban, megvolnának a hidrogénjei,

de annyira savas, hogy amint belekerül

egy semleges oldatba, nyomban leadja a hidrogénjeit.

A foszfátcsoportok miatt válik savassá.

Ez néha félrevezető,

mert általában úgy ábrázolják,

hogy feltüntetik ezeket a negatív töltéseket,

amik a protonleadás következtében alakultak ki.

Itt valójában a konjugált bázispárját ábrázoljuk,

viszont ez magyarázza a „sav” elnevezést,

hiszen eredetileg protonált állapotban van,

azaz sav formájában,

de a protonjait könnyen leadja.

Innen kapta tehát a nevét,

ezért nevezzük savnak.

Minden nukleotidban van egy foszfátcsoport.

A következő, ami feltűnhet,

ez az atomcsoport.

Ez egy gyűrűs szerkezet,

ami erősen cukorra emlékeztet,

mivelhogy valójában az is.

Ez egy ötszénatomos cukor.

Az itt látható cukor egy ribóz.

Így néz ki nyílt láncú formában,

és sok más cukorhoz hasonlóan
gyűrűs alakban is megjelenhet.

Többféle gyűrűs szerkezetet is alkothat,

de a legismertebb az, amelyikben...

hadd számozzam meg a szénatomokat,

mert a számozás lényeges,

amikor a DNS szerkezetéről beszélünk.

A karbonilcsoporttól kezdjük,

ez lesz az első, vagyis az 1' szénatom,

1', 2', 3', 4' és 5'.

Ez az 5' szénatom.

A ribóz gyűrűs szerkezete úgy alakul ki,

hogy az oxigén a 4' szénatomon

az egyik nemkötő elektronpárjával

kialakít egy kötést

az 1' szénatommal.

Azért rajzoltam így,

mert a valóságban is egyfajta görbületet képez.

Az egész molekula meghajlik,

hogy ezt a szerkezetet kialakítsa.

Amikor ez a kötés kialakul,

a szénatom kettős kötéséből az egyik felszakad,

és az oxigénre kerülnek a kötőelektronok,

amelyeket az oxigén arra tud felhasználni,

hogy megkössön velük egy protont,

azaz szerezzen egy hidrogént.

Amint ez megtörténik, kialakul a gyűrűs szerkezet.

Ebben a szerkezetben, az egyértelműség kedvéért,

ez az 1' szénatom,

1', 2', 3', 4' és 5' szénatom.

Ahol ez a kötést látjuk,

az az 1' szénatom,

amelyik a karbonilcsoport része volt.

Most a kettős kötéséből az egyik felszakadt,

és az oxigén megkötött egy protont.

Itt szakadt fel egy kettős kötés,

így ide kötődhet egy proton.

Ez a proton az,

amelyiket most itt látunk.

A zöld kötés pedig,

amely összeköti a 4' szénatomot

vagyis a 4' szénatomhoz kapcsolódó oxigénatomot

az 1' szénatommal,

itt látható.

Ez az a kötés.

A fenti oxigén itt van.

Figyeljük meg, hogy a 4' szénatom mellett

most már az 1' szénatomhoz is kapcsolódik.

Egy hidrogén is hozzákötődött,

ezt is iderajzolom,

de ezt felveheti egy arra vetődő vízmolekula,

oxóniumionná alakulva,

így tehát elveszhet.

Itt protonfelvétel történhet,

itt pedig protonleadás.

Összességében tehát nincs változás.

Kialakul ez a gyűrűs szerkezet,

ez a gyűrű majdnem ugyanolyan, mint a DNS molekulában.

Ezt itt az, amit az RNS molekulában látnánk,

a ribonukleinsavban.

Mit jelent tehát az a kifejezés,

hogy dezoxiribonukleinsav?

Induljunk ki a ribózból,

és vegyünk el belőle el oxigént.

Egy hidroxilcsoportot cseréljünk ki hidrogénre,

így dezoxiribózt kapunk,

ami itt látható.

Ez az öttagú gyűrű,

ami négy szénatomot tartalmaz,

pontosan így néz ki.

A hidrogéneket a szénatomok mellé értjük,

ahogy azt már korábban is láttuk.

A szénatomok helyét a vonalak metszéspontjai jelölik,

illetve azok végei.

Amint látjuk, innen hiányzik...

Ha összehasonlítjuk ezt a két molekulát,

itt látunk egy OH-csoportot,

itt viszont csak...

Szóval ott látunk egy OH-csoportot és egy hidrogént,

Itt viszont csak két hidrogént.

Itt egy oxigénnel kevesebb van.

Ez a dezoxiribóz.

A dezoxiribózból hiányzik ez az oxigén.

Nincs oxigén a 2' szénatomján.

Tehát ha ezt kivágjuk, akkor megvan a dezoxiribóz.

Ezt bekarikázom.

Ez a dezoxiribóz,

illetve az, ami dezoxiribóz volt,

mielőtt hozzákapcsolódott a molekula többi alkotórészéz.

Tekinthetjük úgy, hogy ez dezoxiribóz.

Innen ered a dezoxi név.

Lássuk az utolsó részt,

ezt a részletet itt.

Ezek a nitrogéntartalmú szerves bázisok.

Látható, hogy többféle nitrogéntartalmú bázis van.

Ez itt egy nitrogéntartalmú bázis.

Ez egy másik fajta nitrogéntartalmú bázis.

Ez pedig megint egy másik fajta nitrogéntartalmú bázis.

Ezekben csak egy gyűrű van,

ebben viszont kettő.

Ebben is két gyűrű van.

Más-más néven nevezzük

mindegyik nitrogéntartalmú bázist.

A kétgyűrűsek általános neve purinbázis.

Amelyik nitrogéntartalmú bázis két gyűrűből áll,

azt purinbázisnak nevezzük.

Ez egy gyűjtőnév.

Tehát purinbázisok.

Amelyikben csak egy gyűrű van,
(ezt így írom)...

azokat pirimidinbázisnak nevezzük.

Pirimidinbázisok.

Lássuk ezt a kettőt a jobb szélen.

Ezek purinbázisok.

A felső az adenin.

A párosodási szabályukat elmondtuk

a DNS-t összefoglaló videóban.

Tehát ez az adenin nevű

nitrogéntartalmú bázis.

Ez itt a guanin.

Ebben itt csak egy gyűrű található

ez egy pirimidinbázis, a timin.

Ez itt tehát egy timin.

Végül, de nem utolsósorban, a DNS...

- az RNS-ben a timin helyett uracil van -

A DNS negyedik bázisa a citozin.

Látható, hogyan épül fel a szerkezet.

A timin az adeninnel áll párba,

az adeninnel alakít ki kötéseket.

a citozin pedig a guaninnal.

Hogyan alakítják ki a kötéseket?

Ezek a nitrogéntartalmú bázisok

alkotják a létra fokait.

A kapcsolódásuk kulcsa pedig

a már jól ismert hidrogénkötés.

Mindez azon alapul,

hogy a nitrogén elektronegativitása magas.

Amikor a nitrogénatomhoz egy hidrogén kapcsolódik,

részleges negatív töltés

alakul ki a nitrogénen.

Ezt zölddel jelölöm.

Részleges negatív töltés a nitrogénatomon,

és részleges pozitív töltés a hidrogénatomon.

Az oxigén, amelyről mindig elmondtuk,

hogy milyen magas az elektronegativitása

most is részleges negatív töltést hordoz.

Ennek az oxigénnek a részleges negatív töltése

vonzó hatást gyakorol

ennek a hidrogénnek a részleges pozitív töltésére,

így kialakul a hidrogénkötés.

Ugyanezt alakítja ki ez a hidrogén,

amelyiktől a szomszéd nitrogén elvonzotta a z elektronjait,

és ez a nitrogén, amelyik

maga vonzza el a más elektronjait,

Így kialakul egy hidrogénkötés.

Alul szintén van egy hidrogén

amelyiken részleges pozitív töltés alakul ki,

mert elvonoztták az elektronjait

Mellette pedig ott az oxigén,

amelyen részleges negatív töltés alakult ki.

Ezek között vonzóerő lép fel.

Ez a hidrogénkötés.

Ugyanaz van itt a nitrogén és a hidrogén között,

mint ott az oxigén és a hidrogén között.

Ezért alkot pár a citozin a guaninnnal,

a timin pedig az adeninnel.

Erről is beszéltünk

a DNS-t áttekintő videóban.