A-T = adenina..tymina

A-T = adenina..tymina

Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych A-T
A-T = adenina...tymina

Kulkowo-pręcikowy model cząsteczki DNA - zagadnienia podstawowe

Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych, izomery konformacyjne furanozy.

Model DNA

C-G = cytozyna..guanina

C-G = cytozyna..guanina

Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych G-C
C-G = cytozyna...guanina

Model cząsteczki DNA - zagadnienia podstawowe

Model fragmentu makrocząsteczki DNA (postać B, dostarczany w formie złożonej lecz demontowalnej przez Użytkownika) stwarza szereg okazji do dyskusji wielu problemów natury chemicznej czy stereobiochemicznej. W celu ułatwienia posługiwania się modelem, poniżej przedstawiono wybrane uwagi dotyczące jego budowy.
Uwaga: modele DNA wykonywane są wg międzynarodowego kodu kolorów tzn. wodór - biały, tlen - czerwony, azot - niebieski.
Na rysunkach 32a i 32b przedstawiono modelowe wyobrażenie schematu asocjacji (według Cricka i Watsona) zasad pirymidynowych (T i C) z zasadami purynowymi (A i G) za pomocą wiązań wodorowych w kwasie deoksyrybonukleinowym (dezoksyrybonukleinowym, DNA)

Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych

Rys. 31a. Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych A-T

A-T = adenina...tymina, wiązania wodorowe oznaczono linią zieloną, wiązania glikozydowe - czerwonymi strzałkami

Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych A-T

Widoczny fragment struktury diamentu zorientowany jest tak, że jedna z osi trójkrotnych ma kierunek pionowy (patrz model sieci diamentu M&C Lab). Model taki ujawnia nakładanie się wyłacznie warstw „o cykloheksanowej strukturze krzesełkowej” (3)

Rys. 31b. Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych G-C

C-G = cytozyna...guanina, wiązania wodorowe oznaczono linią zieloną, wiązania glikozydowe - czerwonymi strzałkami

Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych G-C

Widoczny fragment struktury ujawnia - pomijając wiązania wodorowe - kształty pierścieni zbliżone do ułożenia w strukturze diamentu. Należy jednak podkreślić, że występują tutaj zarówno konformery krzesełkowe (3) jak i łódkowe (2)

Rys. 31. Model DNA

pokazano skręcenie par A-T vs G-C

Model DNA pokazano skręcenie par A-T vs G-C

Wzajemne ułożenie kolejnych par zasad organicznych w B-DNA

Na rysunku 31 - widok wzdłuż osi helisy.
 
Wzajemną orientację kolejnych par zasad organicznych w modelu DNA o postaci B przedstawiono na rysunku 31c.
Dla lepszego odróżnienia poszczególnych par zasad atomy należące do pary górnej (G-C) zaznaczono wiązaniami w kolorze zielonym, dla pary A-T (dolna para) atomy zaznaczonoo wiązaniami w kolorze niebieskim.

Izomery konformacyjne furanozy.

Kolejnym podstawowym problemem jest konformacja furanozy w strukturze DNA. Na rysunku 31d przedstawiono cztery konformacje pierścienia cukru.

Rys. 31d. Izomery konformacyjne furanozy.

Izomery konformacyjne furanozy.

Izomery konformacyjne furanozy

Poszczególne izomery konformacyjne mają istotne znaczenie w kształtowaniu się postaci DNA i RNA: w postaci A występuje konformer C3' - endo, w postaci B izomer C2' - endo, w postaci C izomer C2' - endo. Na złożonym modelu B-DNA nie trudno zauważyć iż ta właśnie postać konformeru furanozowego strukturalnie "pasuje" aby spiąć łańcuch peptydowy w helisę.
W dalszej części zauważmy, że na złożonym modelu możemy bez trudu dostrzec takie elementy budowy DNA jak konformacje guaniny względem pierścienia furanozowego (anti) i związaną z tą konformacją istotną cechę budowy względnej łańcuchów polipeptydowych tj. antyrównoległość. Ponadto model szczególnie łatwo odzwierciedla istotę mechanizmu replikacji.
 

 

Zakończenie

Przedstawione powyżej przykłady, które stanowią jak wspomniano jedynie podpowiedź „jak korzystać z modeli strukturalnych w nauczaniu chemii”, sugerują wielorakie, inne możliwości ich zastosowań. Nie jest możliwe by w krótkim przecież przeglądzie dokonać całkowitego opisu możliwości jakie niesie ze sobą nauczanie z wykorzystaniem modeli. Wiele takich przykładów daje tutaj literatura zarówno krajowa jak i obcojęzyczna. Jak wspomniano, wiele poza tym zależy od inwencji samego nauczyciela.