Biological preliminaries

Introduction

W tym rozdziale zostało zwarte krótkie wprowadzenie oraz wyjaœnienie kilku podstawowych zagadnień biologii molekularnej. Informacje te zostały zaczerpnięte z podręczników do biochemii, biologii oraz biologii molekularnej.

DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) i białka sš biologicznymi makroczšsteczkami zbudowanymi z długich liniowych łańcuchów, które sš zbiorem uszeregowanych chemicznych komponentów. DNA zbudowane jest z czterech nukleotydów, gdzie każdy jest oznaczany innš literš (A, C, G, T). Natomiast białka zbudowane sš z 20 różnych aminokwasów które tak że oznacza się literami ale innymi niż nukleotydy.

Białka majš 4 podstawowe struktury. Struktura pierwszorzędowa czyli najniższy poziom organizacji strukturalnej czšsteczki jest wyznaczona przez sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Jest ona uwarunkowana jeszcze zanim zostanie zsyntetyzowany łańcuch polipeptydowy. Struktura drugorzędowa Struktura drugorzędowa jest uwarunkowana przede wszystkim właœciwoœciami wišzania peptydowego. Jego rzeczywista struktura jest poœrednia pomiędzy dwoma formami, wskutek czego wišzanie pomiędzy atomem węgla grupy karbonylowej, a atomem azotu ma częœciowo charakter wišzania podwójnego. Oznacza to, że wišzanie peptydowe, wraz z przyległymi atomami -Ca, tworzy strukturę płaskš. Pozostaje jedynie możliwoœć obrotu wokół wišzania C-Ca oraz Ca-N. Wielkoœć rotacji w głównym łańcuchu przy wišzaniu między atomami węgla Ca i azotu okreœla kšt torsyjny j (fi), a pomiędzy węglem Ca i węglem karbonylowym kšty y (psi). Laureat nagrody Nobla Linus Pauling zaproponował dwie podstawowe struktury drugorzędowe: alfa-helise i beta-harmonijki. Struktura trzeciorzędowa wskazuje na sposób "upakowania" poszczególnych fragmentów łańcucha polipeptydowego o regularnej strukturze przestrzennej w makroczšsteczce białka.. Struktura czwartorzędowa jest znana dla małej liczby białek. Na przykład hemoglobina złożona jest z czterech łańcuchów polipeptydowych, parami identycznych, odpowiednio ze sobš połšczonych różnego typu oddziaływaniami.

exercises

DNA jest również zbiorem informacji genetycznej (matryca do syntezy białek), która jest przekazywana z pokolenia na pokolenie. Watson i Crick w 1953 roku opisali budowę helisy DNA. Zasady w łańcuchach DNA sš do siebie komplementarne. Nukleotydy z jednej nici łšczš się wišzaniami wodorowymi z odpowiednimi nukleotydami drugiej nici tworzšc odpowiednie pary (A-T, G-C). Ze względu na różnš wielkoœć poszczególnych nukleotydów, podwójna nić DNA przyjmuje strukturę prawoskrętnej helisy. Takie DNA podlega wielu skomplikowanym procesom biochemicznym (replikacja, transkrypcja, translacja) w wyniku których zostaje ono powielone oraz przepisane na sekwencje aminokwasów

Każda pojedyncza nić stanowi matrycę na podstawie której jest syntetyzowana potomna nic DNA. Podczas procesu kopiowania DNA (replikacji) może dojœć do zmian w sekwencji nukleotydów (mutacji), lub też sš one powielane. Przyjrzyjmy się teraz dwóm krótkim sekwencjom aminokwasów:

V-LSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFLSFPTTKTYFPHF-DL   HAHU
VHLTPEEKSAVTALWGKV--NVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDL   HBHU

SH-----GSAQVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDLHAHKLRV   HAHU
STPDAVMGNPKVKAHGKKVLGAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHV   HBHU

DPVNFKLLSHCLLVTLAAHLPAEFTPAVHASLDKFLASVSTVLTSKYR     HAHU
DPENFRLLGNVLVCVLAHHFGKEFTPPVQAAYQKVVAGVANALAHKYH     HBHU

Przedstawione powyżej dwie sekwencje aminokwasów to łańcuchy ludzkiej alfa hemoglobiny (HAHU) i beta hemoglobiny (HBHU). Każdy z łańcuchów zbudowany jest ze 150 aminokwasów, poukładanych w mniejsze bloku aby można było łatwiej je porównywać. Łańcuchy zestawione w jednym bloku sš względem siebie ekwiwalentne. Sekwencje te różniš się miedzy sobš występowaniem rożnych aminokwasów w okreœlonych pozycjach, lub też jest brak pewnych aminokwasów. Obie sekwencje sš ewolucyjnie bardzo istotne. Można równie porównać procentowš zgodnoœć sekwencji aminokwasów w obu białkach. Oczywiœcie występujš pewne limity różnorodnoœci miedzy tymi białkami, gdyż zbyt duża różnorodnoœć tych białek wpływała by niekorzystnie na ich funkcje w organizmie.