strona 14 »

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 A-T Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych G-C

Rys. 31a. Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych A-T.
A - T = adenina .............tymina
wiązania wodorowe oznaczono linią zieloną,
wiązania glikozydowe - czerwonymi strzałkami

Rys. 31b. Model schematu asocjacji komplementarnych zasad organicznych G-C.
C -G = cytozyna ...................guanina
wiązania wodorowe oznaczono linią zieloną,
wiązania glikozydowe - czerwonymi strzałkami

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) połączono wiązaniami w kolorze zielonym, dla pary A-T (dolna para) atomy połączono wiązaniami w kolorze niebieskim.
Wzajemne ułożenie kolejnych par zasad organicznych w modelu B - DNA (widok wzdłuż osi helisy).

Rys. 31c. Wzajemne ułożenie kolejnych par zasad organicznych w modelu B - DNA (widok wzdłuż osi helisy).

Kolejnym podstawowym problemem jest konformacja furanozy w strukturze DNA, Poniżej na rysunku 31d przedstawiono cztery konformacje pierścienia cukru. Poniżej na rysunku 31d przedstawiono cztery izomery konformacyjne pierścienia cukru.
Izomery konformacyjne furanozy

Rys. 31d. 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.