A DNS molekulaszerkezete

Egy korábbi videónkban már bemutattuk a DNS-t, javaslom, hogy először azt nézd meg. Ebben a videóban szeretnék egy kicsit mélyebbre ásni a DNS molekulaszerkezetében. Először is 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 molekulaszerkezetét, 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 ún. nukleotidláncból épül fel. 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, ezekről a molekulákról szintén beszélek majd, ezek a létra fokai. Bekarikázok egy nukleotidot. Ez a bekarikázott rész egy nukleotid, amely egy másik nukleotidhoz kapcsolódik. A jobb oldalon is van egy nukleotid. Itt egy kicsit javítanom kell. Tehát van egy nukleotid a jobb oldalon, és közvetlenül alatta egy újabb nukleotid. Itt tehát lényegében négy nukleotid látható. Ez a kettő a létra bal oldalán, ez a kettő pedig a létra jobb oldalán. Lássuk, milyen részekből 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 közbeszólhatnál, 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 szoktuk feltüntetni ezeket a negatív töltéseket, mert annyira savas, hogy ha belekerül egy semleges oldatba, akkor elveszíti a hidrogénjeit. A DNS, azaz pontosabban szólva a DNS molekula foszfátcsoportjai protonálva vannak, de nagyon le akarja adni ezeket a protonokat. 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 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' (vessző) szénatom, 1', 2', 3', 4' és 5'. Ez az 5' szénatom. A ribóz gyűrűs szerkezete úgy alakul ki, hogy a 4' szénatomon lévő oxigén 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 ezt 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 látjuk. 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 távozhat. Itt protonfelvétel történhet, itt pedig protonleadás. Összességében tehát nincs változás. Kialakul ez a gyűrűs szerkezet, ez a gyűrű majdnem ugyanolyan, mint a DNS molekulában. Pontosabban olyan, mint amilyet az RNS molekulában látnánk, a ribonukleinsavban. Mit jelent tehát az a kifejezés, hogy dezoxiribonukleinsav? Induljunk ki a ribózból, és vegyünk el belőle egy oxigént. Egy hidroxilcsoportot cseréljünk ki hidrogénre, így dezoxiribózt kapunk, amit itt látsz. Ez az öttagú gyűrű, ami négy szénatomot tartalmaz, pontosan így néz ki. A hidrogéneket a szénatomok mellé képzeljük, ahogy azt már korábban is láttuk. A szénatomok helyét a vonalak metszéspontjai jelölik, illetve azok végei. Amint látjuk, innen hiányzik egy... Ha összehasonlítjuk ezt a két molekulát, ott 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 alkotórészéhez. Tekinthetjük úgy, hogy ez dezoxiribóz. Innen ered a „dezoxiribóz”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. Nézd, 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 párképzési szabályukat elmondtuk a DNS-t összefoglaló videóban. Tehát ez az adenin nevű nitrogéntartalmú bázis. Ez itt a guanin. Ebben csak egy gyűrű található ez egy pirimidinbázis, a timin. Ez itt tehát a timin. Végül, de nem utolsósorban, ha DNS-ről van szó – az RNS-ben uracil van – a DNS negyedik bázisa a citozin. Láthatod, 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 nagy elektronegativitású. 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 nagy 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. Ugyanilyen kötést létesít az a hidrogén, amelyiktől a szomszédos nitrogén elvonzotta az elektronját, ezzel a nitrogénnel, amelyik saját maga vonzotta el a más elektronjait, Így kialakul egy hidrogénkötés. Alul szintén van egy hidrogén, amelyiken részleges pozitív töltés alakul ki, mert elvonzották az elektronját. 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 párt a citozin a guaninnnal, a timin pedig az adeninnel. Erről is beszéltünk a DNS-t áttekintő videóban.