We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Gıda, vücuda hayatta kalmak için ihtiyaç duyduğu besinleri sağlar. Bu makromoleküller (polimerler), daha küçük organik moleküllerin (monomerler) farklı kombinasyonlarından oluşur. Canlılar hangi spesifik biyolojik makromoleküllere ihtiyaç duyar? Bu moleküller nasıl oluşur? Hangi işlevlere hizmet ederler? Bu bölümde, bu sorular araştırılacaktır.
3.5 Nükleik Asitler
Bu bölümde, aşağıdaki soruları araştıracaksınız:
- İki tür nükleik asit nedir?
- DNA'nın yapısı ve rolü nedir?
- RNA'nın yapısı ve rolleri nelerdir?
AP ® Kursları için Bağlantı
Nükleik asitler (DNA ve RNA), biyolojik makromoleküllerin dördüncü grubunu oluşturur ve karbon, hidrojen, oksijen ve azotun yanı sıra fosfor (P) içerir. Tüm organizmalarda evrim yoluyla korunan nükleik asitler, kalıtsal bilgileri depolar ve iletir. 14-17. Bölümlerde daha ayrıntılı olarak inceleneceği gibi, DNA, transkripsiyon ve translasyon olarak bilinen işlemler yoluyla polipeptitlerdeki amino asit dizilerini dikte ederek proteinlerin sentezi için talimatları içerir. Nükleik asitler sırayla nükleotitlerden oluşur, her nükleotit bir pentoz şekerden (DNA'da deoksiriboz ve RNA'da riboz), azotlu bir bazdan (adenin, sitozin, guanin ve timin veya urasil) ve bir fosfat grubundan oluşur. DNA, hücre bölünmesi yoluyla ebeveynden yavruya geçen hücrenin genetik planını taşır. DNA, zıt yönlerde (antiparalel) uzanan, hidrojen bağları ile birbirine bağlanan ve birbirini tamamlayan iki iplikten oluşan çift sarmal bir yapıya sahiptir. DNA'da pürinler pirimidinlerle eşleşir: adenin timinle (A-T) ve sitozin guaninle (C-G) eşleşir. RNA'da urasil, adenin (U-A) ile eşleşmek için timinin yerini alır. RNA ayrıca tek iplikli olması ve haberci RNA (mRNA), ribozomal RNA (rRNA) ve tümü protein sentezine katılan transfer RNA (tRNA) gibi birçok forma sahip olması bakımından DNA'dan farklıdır. MikroRNA'lar (miRNA'lar), mRNA'nın kullanımını düzenler. Genetik bilgi akışı genellikle DNA → RNA → proteindir ve aynı zamanda Yaşamın Merkezi Dogması olarak da bilinir.
Sunulan bilgiler ve bölümde vurgulanan örnekler, AP ® Biyoloji Müfredat Çerçevesinin Büyük Fikir 3 ve Büyük Fikir 4'te özetlenen kavramları ve Öğrenme Hedeflerini destekler. Müfredat Çerçevesinde listelenen Öğrenme Hedefleri, AP ® Biyoloji kursu, sorgulamaya dayalı laboratuvar deneyimi, öğretim faaliyetleri ve AP ® Sınav soruları için şeffaf bir temel sağlar. Bir Öğrenme Hedefi, gerekli içeriği yedi Bilim Uygulamasından bir veya daha fazlasıyla birleştirir.
|Büyük Fikir 3||Canlı sistemler, yaşam süreçleri için gerekli bilgileri depolar, alır, iletir ve bunlara yanıt verir.|
|Kalıcı Anlama 3.A||Kalıtsal bilgiler yaşamın devamlılığını sağlar.|
|Temel Bilgi||3.A.1 DNA ve bazı durumlarda RNA, kalıtsal bilginin birincil kaynağıdır.|
|Bilim Uygulaması||6.5 Öğrenci alternatif bilimsel açıklamaları değerlendirebilir.|
|Öğrenme Hedefi||3.1 Öğrenci, DNA'nın ve bazı durumlarda RNA'nın kalıtsal bilginin birincil kaynakları olduğu iddiasını desteklemek için DNA ve RNA'nın yapılarını ve mekanizmalarını kullanan bilimsel açıklamalar oluşturabilir.|
|Temel Bilgi||3.A.1 DNA ve bazı durumlarda RNA, kalıtsal bilginin birincil kaynağıdır.|
|Bilim Uygulaması||6.4 Öğrenci, bilimsel teori ve modellere dayalı olarak doğa olayları hakkında iddia ve tahminlerde bulunabilir.|
|Öğrenme Hedefi||3.6 Öğrenci, belirli bir DNA veya RNA dizisindeki bir değişikliğin gen ifadesinde nasıl değişikliklere yol açabileceğini tahmin edebilir.|
|Büyük Fikir 4||Biyolojik sistemler etkileşime girer ve bu sistemler ve etkileşimleri karmaşık özelliklere sahiptir.|
|Kalıcı Anlama 4.A||Biyolojik sistemler içindeki etkileşimler karmaşık özelliklere yol açar.|
|Temel Bilgi||4.A.1 Biyolojik moleküllerin alt bileşenleri ve dizilimleri o molekülün özelliklerini belirler.|
|Bilim Uygulaması||7.1 Öğrenci, fenomenleri ve modelleri mekansal ve zamansal ölçekler arasında bağlayabilir.|
|Öğrenme Hedefi||4.1 Öğrenci, biyolojik bir polimerin dizi ve alt bileşenleri arasındaki bağlantıyı ve özelliklerini açıklayabilir.|
|Temel Bilgi||4.A.1 Biyolojik moleküllerin alt bileşenleri ve dizilimleri o molekülün özelliklerini belirler.|
|Bilim Uygulaması||1.3 Öğrenci, alandaki doğal veya insan yapımı fenomen ve sistemlerin temsillerini ve modellerini geliştirebilir.|
|Öğrenme Hedefi||4.2 Öğrenci, bir biyolojik polimerin alt bileşenlerinin ve bunların dizilerinin o polimerin özelliklerini nasıl belirlediğini açıklamak için temsilleri ve modelleri geliştirebilir.|
|Temel Bilgi||4.A.1 Biyolojik moleküllerin alt bileşenleri ve dizilimleri o molekülün özelliklerini belirler.|
|Bilim Uygulaması||6.1 Öğrenci iddialarını kanıtlarla gerekçelendirebilir.|
|6.4 Öğrenci, bilimsel teori ve modellere dayalı olarak doğa olayları hakkında iddia ve tahminlerde bulunabilir.|
|Öğrenme Hedefi||4.3 Öğrenci, biyolojik bir polimerin alt bileşenlerindeki değişikliklerin moleküllerin işlevselliğini etkilediğini tahmin etmek ve doğrulamak için modelleri kullanabilir.|
Science Practice Challenge Soruları, bu bölüm için AP sınavına hazırlanmanıza yardımcı olacak ek test soruları içerir. Bu sorular aşağıdaki standartları ele almaktadır:
[APLO 3.1] [APLO 4.17]
DNA ve RNA
Nükleik asitler, yaşamın devamlılığı için en önemli makromoleküllerdir. Bir hücrenin genetik planını taşırlar ve hücrenin işleyişi için talimatlar taşırlar.
İki ana nükleik asit türü, deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asittir (RNA). DNA, tek hücreli bakterilerden çok hücreli memelilere kadar tüm canlı organizmalarda bulunan genetik materyaldir. Ökaryotların çekirdeğinde, organellerde, kloroplastlarda ve mitokondride bulunur. Prokaryotlarda DNA, zarlı bir zarf içinde yer almaz.
Bir hücrenin tüm genetik içeriği onun genomu olarak bilinir ve genomların incelenmesi genomiktir. Ökaryotik hücrelerde, ancak prokaryotlarda değil, DNA, ökaryotik kromozomların maddesi olan kromatini oluşturmak için histon proteinleriyle bir kompleks oluşturur. Bir kromozom on binlerce gen içerebilir. Birçok gen, protein ürünlerini diğer genleri RNA ürünleri için kodlayacak bilgiyi içerir. DNA, genleri “açarak” veya “kapatarak” tüm hücresel aktiviteleri kontrol eder.
Diğer nükleik asit türü olan RNA, çoğunlukla protein sentezinde yer alır. DNA molekülleri asla çekirdeği terk etmez, bunun yerine hücrenin geri kalanıyla iletişim kurmak için bir aracı kullanır. Bu aracı, haberci RNA'dır (mRNA). Diğer RNA türleri - rRNA, tRNA ve mikroRNA gibi - protein sentezinde ve düzenlenmesinde rol oynar.
DNA ve RNA, nükleotidler olarak bilinen monomerlerden oluşur. Nükleotitler, bir polinükleotit, DNA veya RNA oluşturmak için birbirleriyle birleşir. Her nükleotid üç bileşenden oluşur: azotlu bir baz, bir pentoz (beş karbonlu) şeker ve bir fosfat grubu (Şekil 3.33). Bir nükleotitteki her azotlu baz, bir veya daha fazla fosfat grubuna bağlı olan bir şeker molekülüne bağlıdır.
Nükleotitlerin önemli bileşenleri olan azotlu bazlar, organik moleküllerdir ve karbon ve azot içerdikleri için bu şekilde adlandırılırlar. Fazladan bir hidrojen bağlama potansiyeline sahip bir amino grubu içerdikleri için bazdırlar, böylece çevresindeki hidrojen iyonu konsantrasyonunu azaltarak onu daha bazik hale getirirler. DNA'daki her nükleotid, dört olası azotlu bazdan birini içerir: adenin (A), guanin (G) sitozin (C) ve timin (T).
Adenin ve guanin pürinler olarak sınıflandırılır. Bir pürinin birincil yapısı iki karbon-azot halkasıdır. Sitozin, timin ve urasil, birincil yapıları olarak tek bir karbon-azot halkasına sahip olan pirimidinler olarak sınıflandırılır (Şekil 3.33). Bu temel karbon-azot halkalarının her biri, kendisine bağlı farklı fonksiyonel gruplara sahiptir. Moleküler biyolojide kısaca, azotlu bazlar A, T, G, C ve U sembolleriyle bilinir. DNA A, T, G ve C'yi içerirken RNA A, U, G ve C'yi içerir.
DNA'daki pentoz şekeri deoksiribozdur ve RNA'daki şeker ribozdur (Şekil 3.33). Şekerler arasındaki fark, ribozun ikinci karbonunda hidroksil grubunun ve deoksiribozun ikinci karbonunda hidrojenin bulunmasıdır. Şeker molekülünün karbon atomları 1', 2', 3', 4' ve 5' olarak numaralandırılır (1', "bir asal" olarak okunur). Fosfat kalıntısı, bir şekerin 5' karbonunun hidroksil grubuna ve 5'-3' fosfodiester bağı oluşturan sonraki nükleotidin şekerinin 3' karbonunun hidroksil grubuna bağlanır. Fosfodiester bağı, makromoleküllerdeki monomerleri bağlayan diğer bağlar gibi basit dehidrasyon reaksiyonuyla oluşturulmaz: oluşumu, iki fosfat grubunun çıkarılmasını içerir. Bir polinükleotit, bu tür binlerce fosfodiester bağına sahip olabilir.
DNA Çift Sarmal Yapısı
DNA çift sarmal bir yapıya sahiptir (Şekil 3.34). Şeker ve fosfat sarmalın dışında yer alır ve DNA'nın omurgasını oluşturur. Azotlu bazlar, bir merdivenin basamakları gibi iç kısımda istiflenir, çiftler halinde çiftler hidrojen bağlarıyla bağlanır. Çift sarmaldaki her baz çifti, bir sonraki baz çiftinden 0.34 nm ile ayrılır. Sarmalın iki ipliği zıt yönlerde ilerler, yani bir ipliğin 5' karbon ucu, eşleşen ipliğin 3' karbon ucuna bakacaktır. (Bu, antiparalel yönelim olarak adlandırılır ve DNA replikasyonu ve birçok nükleik asit etkileşiminde önemlidir.)
Yalnızca belirli baz eşleştirme türlerine izin verilir. Örneğin, belirli bir pürin yalnızca belirli bir pirimidin ile eşleşebilir. Bu, Şekil 3.35'te gösterildiği gibi A'nın T ile eşleşebileceği ve G'nin C ile eşleşebileceği anlamına gelir. Bu, temel tamamlayıcı kural olarak bilinir. Başka bir deyişle, DNA zincirleri birbirini tamamlayıcıdır. Bir ipliğin dizisi AATTGGCC ise, tamamlayıcı iplik, TTAACCGG dizisine sahip olacaktır. DNA replikasyonu sırasında, her iplikçik kopyalanır, bu da bir ebeveyn DNA ipliği ve yeni sentezlenmiş bir iplik içeren bir kızı DNA çift sarmalı ile sonuçlanır.
39. Hidroliz kelimesi suyun parçalanması olarak tanımlanır. Bu polimerler için nasıl geçerlidir? Polimerler, suyu monomerlere eklenen hidrojen ve hidroksil grubuna ayırarak parçalanır. Polimerler.
- Buradasınız:
- Ev
- Şemsiye
- Andover'ın Doğası
- Phillips Academy'nin Yaban Hayatı için Saha Rehberi
- Bryozoa
- Phillips Academy'nin Yaban Hayatı İçin Saha Rehberi: Bryozoa
Bu metin Openstax Biology for AP Courses, Kıdemli Katkıda Bulunan Yazarlar Julianne Zedalis, The Bishop's School in La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell Üniversitesi Katkıda Bulunan Yazarlar Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix'e dayanmaktadır. , Chapel Hill'deki North Carolina Üniversitesi, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, Wisconsin Üniversitesi, Oshkosh
Bu çalışma, herhangi bir ek kısıtlama olmaksızın Creative Commons Atıf-GayriTicari 4.0 Aktarılmamış Lisansı ile lisanslanmıştır.
3.1: Lipidlerin Başlangıcı
Yediğimiz gıdaların çoğunda bulunan yağlar, lipidler olarak bilinen bir biyomolekül sınıfına aittir. Gram gram, karbonhidratların kalori içeriğinin iki katından fazlasını paketlerler: katı ve sıvı yağların oksidasyonu, oksitlenen her gram için yaklaşık 9 kcal enerji sağlarken, karbonhidratların oksidasyonu sadece 4 kcal/g sağlar. Yağların yüksek kalori içeriği diyet yapanlar için kötü haber olsa da, doğanın tasarımlarının verimliliği hakkında bir şeyler söylüyor. Vücudumuz, vücudumuz için öncelikle glikoz formundaki karbonhidratları kullanır. acil enerji ihtiyaçları. Daha sonra kullanmak üzere karbonhidrat depolama kapasitemiz, karaciğerde veya kas dokusunda bir miktar glikojeni tutmakla sınırlıdır. biz saklarız rezerv karbonhidrat formunda depolanan aynı miktarda enerjiden çok daha az yer gerektiren lipit formundaki enerji. Lipidlerin enerji depolamanın yanı sıra başka biyolojik işlevleri de vardır. Vücudumuzdaki 10 trilyon hücrenin zarlarının önemli bir bileşenidirler. Hayati organlar için koruyucu dolgu ve yalıtım görevi görürler. Ayrıca, diyetlerimizde lipitler olmasaydı, yağda çözünen A, D, E ve K vitaminlerinde eksik olurduk.
Lipitler, karbonhidratlar gibi belirli fonksiyonel grupların mevcudiyeti ile değil, fiziksel bir özellik ve çözünürlük ile tanımlanır. Vücut dokularından izole edilen bileşikler, diklorometan gibi organik çözücülerde suya göre daha fazla çözünürlerse lipit olarak sınıflandırılır. Bu kritere göre, lipit kategorisi sadece trihidroksi alkol gliserol ve yağ asitlerinin esterleri olan katı ve sıvı yağları değil, aynı zamanda fosforik asit, karbonhidratlar veya amino alkollerden türetilen fonksiyonel grupları içeren bileşiklerin yanı sıra steroid bileşiklerini de içerir. kolesterol olarak (Şekil (PageIndex<1>), çeşitli lipid türlerini sınıflandırmak için bir şema sunar). Her seferinde bir alt sınıfı göz önünde bulundurarak ve ilerledikçe yapısal benzerliklere ve farklılıklara işaret ederek çeşitli lipit türlerini tartışacağız.
Şekil (PageIndex<1>): Yapısal İlişkilere Dayalı Lipid Organizasyonu
Eğitimli Jess
Bu laboratuvar, karbonhidratlar, lipidler, proteinler ve nükleik asitlerden oluşan makromoleküllerin her birini test etmek için spesifik reaktifler kullanarak test etmek için yapılmıştır. Sonuç, makromolekülde belirli bir renk değişikliği ortaya çıkaracaktır. Bir renk değişikliği, o makromolekül için numunenin pozitif olduğunu doğrulayacaktır.
Basit şeker için, reaktif olarak Benedict çözeltisi kullanıldı. Glikoz ve sakarozun basit şekerler içerdiği ve nişastanın tutmadığı konusunda eğitimli bir tahmin yapıldı. Sonuçlar bunu sonuçlandırdı.
Nişasta için reaktif olarak iyot kullanıldı. Hipotez, şeker numunelerinde değil, nişasta numunesinde rengin mavi-siyah değişeceğiydi. Sonuçlar bunu sonuçlandırdı. Ayrıca, test edilen bir soğan ve patatesti. Hipotez, patatesin nişasta içerdiği ve soğanın içermediğiydi. Bunun sonuçları da kesindi.
Proteinler için reaktif olarak Ninhidrin ve biüret kullanıldı. Ninhidrin hem amino asitler hem de protein için test edilmiştir. Sadece protein için biüret testleri. Bu deney için tek hipotez, nişasta örneğinin büyük olasılıkla rengi değiştirmeyeceğiydi. Sonuçlar, Amino asit numunesi ve Albümin numunesi üzerinde Ninhidrin çözeltisi ile renk değişimlerini içeriyordu. Ayrıca Biuret reaktifi ile test edildiğinde Albümin numunesinin rengi değişti.
Lipidler için kullanılan reaktif Sudan III'tür. Hipotez, rengin mısır yağı ile değişeceğiydi. Sonuçlar, yumurta akı örneklerinin ve balın lipid içermediği sonucuna vardı. Lipidler için başka bir test, sırsız bir kağıda maddeler sürtünerek yapıldı. Yağ, domuz yağı ve margarinin yarı saydam bir nokta bırakması bekleniyordu ve bıraktılar.
Makromoleküller yaşamın her biçimindedir. Bu organik bileşikler karbonhidratlar, lipidler, proteinler ve nükleik asitlerdir. Bunlar monomerlerdir ve polimerleri oluşturan uzun zincirlere bağlanırlar. Bu makromoleküllerin varlığını bulmak için farklı reaktifler kullanılabilir.
Karbonhidratlar karbon, hidrojen ve oksijen içerir. Enerji sunarlar ve ayrıca bitki hücrelerinde hücre desteği sağlarlar. Karbonhidratlar için üç sınıflandırma vardır: monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler. Monosakkaritler basit şekerlerdir. İki monosakkarit bir disakkarit oluşturur. Üç veya daha fazla monosakkaritler bir polisakkarittir. Glikoz, fruktoz ve galaktoz monosakkaritlerdir. Sükroz, laktoz ve maltoz disakkaritlerdir. Nişasta ve glikojen polisakkaritlerdir. Benedict'in testi kullanılarak basit şekerler bulunabilir.
Proteinler karbon, hidrojen, oksijen, azot ve bazen kükürtten yapılır. Proteinler, amino asitlerin polimerleri olarak zincirlerde kovalent olarak bağlanır. Bu bağlara peptit bağları denir. Birbirine bağlanan amino asitler, protein adı verilen bir polipeptit oluşturur. Bazı proteinler de enzimdir. Ninhidrin testi, amino asitleri veya proteinleri bulmak için kullanılır. Biuret testi sadece protein içindir.
Lipitler, genellikle suda çözünmeyen makromoleküllerdir. Lipitler karbon, hidrojen ve oksijenden oluşur. Bunlara yağlar veya trigliseritler denir. Yağlar oda sıcaklığında sıvı haldedir ve doymamış olarak adlandırılır. Katı yağlar doymuştur. Lipitler hücre zarlarında bulunur ve bir enerji kaynağıdır. Sudan III testi kullanılarak lipidlerin varlığı bulunabilir.
Karbonhidratlar için yapılan ilk deneyde kullanılan malzemeler şunları içeriyordu: 4 test tüpü, test tüpü tutucusu, kaynar su banyosu, mikroskop lamları, jilet, soğan, glikoz çözeltisi, sakaroz çözeltisi, nişasta çözeltisi, Benedict reaktifi, iyot çözeltisi, patates ve damıtılmış Su. Deney, test tüplerini temizleyerek ve 1'den 4'e kadar etiketleyerek başladı. Bir tüpe 10 damla distile su, diğerine 10 damla glikoz çözeltisi, diğerine 10 damla sakaroz çözeltisi ve 10 damla nişasta çözeltisi doldurdum. son tüp. Daha sonra her tüpe 5 damla Benedict reaktifi ekledim ve dört tüpün hepsini kaynar su banyosuna yerleştirdim ve 3 dakika ısıtıldı. Test tüplerini banyodan çıkardım ve değişen rengi tablo 1'e kaydettim.
İkinci karbonhidrat laboratuvarı için, dört test tüpü temizlendi ve 1'den 4'e kadar etiketlendi. Her tüp, distile su, glikoz çözeltisi, soğan suyu ve patates suyundan oluşan 10 damla farklı bir çözelti ile dolduruldu. Her tüpe beş damla Benedict reaktifi eklendi. Tüm tüpler kaynar suda 3 dakika bekletildi. Test tüpleri sudan çıkarıldı ve renk değişiklikleri tablo 2'de kaydedildi.
Karbonhidratlar için üçüncü laboratuvar, dört test tüpünün temizlenmesinden ve 1'den 4'e kadar etiketlenmesinden oluşuyordu. Her test tüpü, sırasıyla 10 damla damıtılmış su, glikoz çözeltisi, sakaroz çözeltisi ve nişasta çözeltisi ile dolduruldu. Her tüpe üç damla iyot eklendi ve döndürüldü. Renk sonuçları tablo 3'e kaydedildi.
Karbonhidratlar için dördüncü laboratuvar, bir parça soğanı dilimleyerek ve ona mikroskopla bakarak gerçekleştirildi. Bir damla iyot eklendi. Daha sonra ince bir dilim patates mikroskop altında incelendi. Bir damla iyot eklendi. Renk değişimi sonuçları tablo 4'e kaydedildi.
Bir sonraki test grubu amino asitler ve proteinler üzerindeydi. Bu testlerde kullanılan malzemeler test tüpleri, test tüpü rafı, kaynar su banyosu, albümin solüsyonu, amino asit solüsyonu, distile su, %10 NaOH solüsyonu, %1 CuSO4 solüsyonu, %0.1 Ninhidrin solüsyonu ve nişasta solüsyonudur. Amino asitler için ilk laboratuvar, önce 4 test tüpünü temizleyerek ve 1'den 4'e kadar etiketleyerek yapıldı. Daha sonra bir tüp 10 damla damıtılmış su ile, başka bir tüp amino asit çözeltisi, bir diğeri albümin çözeltisi ve sonuncusu nişasta ile dolduruldu. çözüm. Her tüpe beş damla Ninhidrin solüsyonu eklendi. Dört tüpün tamamı 5 dakika kaynar su banyosuna yerleştirildi. Test tüpleri çıkarıldı ve her biri için herhangi bir renk değişikliği tablo 5'te kaydedildi.
Proteinler üzerindeki ikinci test, dört test tüpünün temizlenmesi ve 1'den 4'e kadar etiketlenmesinden oluşuyordu. Her tüp, sırasıyla 10 damla damıtılmış su, amino asit çözeltisi, albümin çözeltisi ve nişasta çözeltisi ile dolduruldu. Her tüpe on damla sodyum hidroksit eklendi. Her tüpe beş damla bakır sülfat çözeltisi ilave edildi ve karıştırılması için döndürüldü. Tüplerde menekşe rengi olup olmadığı kontrol edildi ve sonuçlar tablo 6'ya kaydedildi.
Son test grupları lipidler üzerindeydi. Bu testler malzemelerin kullanımından oluşuyordu: test tüpleri, damıtılmış su, test tüpü rafı, yumurta sarısı, glikoz çözeltisi, salata yağı, mısır nişastası süspansiyonu, sudan III boyası, mısır yağı, yumurta akı, bal çözeltisi, domuz yağı ve margarin. İlk test, dört test tüpünü temizleyerek ve 1'den 4'e kadar etiketleyerek başladı. Her test tüpü, 10 damla farklı bir çözeltiyle dolduruldu: distile su, bal çözeltisi, mısır yağı ve yumurta akı çözeltisi. Her tüpe beş damla Sudan III eklendi ve karıştırılarak döndürüldü. Renk değişiminin sonuçları tablo 7'de kaydedildi.
İkinci lipit testi katı ve sıvı yağlar içindi. Bu laboratuvar, bir parça sırsız kağıt elde etmek ve üzerine altı adet 3 santimetre çapında daire çizmekten oluşuyordu. Daireler 1'den 6'ya kadar numaralandırılmıştır. Aşağıdaki bileşikler sırasıyla her daireye ovulmuştur: salata yağı, glikoz solüsyonu, domuz yağı, margarin, mısır nişastası ve damıtılmış su. Sonuçlar tablo 8'e kaydedildi.
Tablo 1: İndirgeyici şeker varlığı için Benedict testi
|testler||gözlemler||Sonuçlar|
|Suçlu + Benedict'in Çözümü||Değişiklik yok||Basit şeker değil|
|glikoz + Benedict'in çözümü||turuncu döndü||Çok miktarda basit şeker|
|Sakaroz + Benedict'in çözümü||yeşile döndü||Az miktarda basit şeker|
|Nişasta + Benedict'in çözümü||Değişiklik yok||Basit şeker değil|
Tablo 2: İndirgeyici şeker varlığı için Benedict testi
|testler||gözlemler||Sonuçlar|
|Suçlu + Benedict'in çözümü||Değişiklik yok||Şekersiz|
|glikoz + benedict'in çözümü||turuncu döndü||Büyük miktarda şeker|
|Soğan suyu + Benedict'in||yeşile döndü||Az miktarda şeker|
|patates suyu + Benedict'in||Sarı turuncuya döndü||Büyük miktarda şeker|
Tablo 3: Nişasta varlığı için iyot testi
|Ölçek||Gözlem||Çözüm|
|Suçlu + iyot||Değişiklik yok||nişasta yok|
|glikoz + iyot||Değişiklik yok||nişasta yok|
|Sakaroz + iyot||Değişiklik yok||nişasta yok|
|Nişasta + iyot||Mavi-siyah renk değişti||Büyük miktarda nişasta|
Tablo 4: Nişasta varlığı için iyot testi
|Ölçek||gözlemler||Sonuçlar|
|Soğan + iyot||Değişiklik yok||nişasta yok|
|Patates + iyot||koyu siyah döndü||Düşük miktarda nişasta|
Tablo 5: Protein veya amino asit varlığı için ninhidrin testi
|testler||gözlemler||Sonuçlar|
|Suçlu + Ninhidrin çözeltisi||Değişiklik yok||AA veya protein yok|
|Amino asit + ninhidrin||Mor oldu||AA veya protein var|
|Albümin + ninhidrin||Mor oldu||AA veya protein var|
|Nişasta + Ninhidrin çözeltisi||Değişiklik yok||AA veya protein var|
Tablo 6: Protein varlığı için Biüret testi
|testler||gözlemler||Sonuçlar|
|Suçlu + Biüret Reaktifi||Değişiklik yok||protein yok|
|Amino asit + biüret reaktifi||Değişiklik yok||protein yok|
|Albümin + biüret reaktifi||Mor oldu||proteini var|
|Nişasta + biüret reaktifi||Değişiklik yok||proteini var|
Tablo 7: Yağ varlığı testi
|testler||gözlemler||Sonuçlar|
|Suçlu +Sudan III||Değişiklik yok||lipit yok|
|Bal + Sudan III||Değişiklik yok||lipit yok|
|Mısır yağı + Sudan III||Kırmızıya döndü||Lipid mevcut|
|Yumurta akı + Sudan III||Değişiklik yok||lipit yok|
Tablo 8: Yağ varlığı testi
|testler||gözlemler||Sonuçlar|
|Salata yağı||yarı saydam nokta||Lipid mevcut|
|glikoz çözeltisi||Değişiklik yok||lipit yok|
|Domuz yağı||yarı saydam nokta||Lipid mevcut|
|Margarin||yarı saydam nokta||Lipid mevcut|
|Mısır nişastası||Değişiklik yok||lipit yok|
|Arıtılmış su||Değişiklik yok||lipit yok|
Basit şekerler için yapılan karbonhidrat testlerinde, Glucose + Benedict çözeltisinden beklenen sonuçlar alındı. Glikoz basit bir şekerdir ve tüm indirgeyici şekerler, moleküler yapılarının bir parçası olarak bir aldehit fonksiyonel grubuna sahiptir ve bu, ısıtıldıklarında Benedict'in reaktifi ile reaksiyona girmelerini sağlar. Şekerleri azaltmak, Benedict'in reaktifinden bir oksijen atomu alır ve reaktifin indirgenmesine neden olur. Sucrose + Benedict'in çözümü ile az miktarda basit şeker bulunduğunu gösteren şüpheli bir sonuç aldım. Sükroz, glikoz ve galaktozdan oluşan bir disakkarittir. Bunun daha olası bir nedeni, sakarozun çok uzun süre oturması ve çözeltinin bozulmaya başlaması ve deneyden önce yeniden karıştırılmasıdır.
Nişasta için karbonhidrat testi kendi kendini açıklıyordu. Glikoz bir monosakkarittir ve Sükroz bir disakkarittir. Nişasta çözeltisi bir polisakaritti. İyot, nişasta ile reaksiyona girerek nişasta için pozitif bir test olan koyu, mavi-siyah bir renk verir. Soğanlarda nişasta yoktur ve patateslerde bulunur.
Protein testleri sırasında hem amino asitleri hem de proteini Ninhidrin çözeltisiyle ve sadece Biuret çözeltisiyle protein için test ettik. Tüm proteinler, peptit bağları adı verilen uzun zincirlerde kovalent olarak bağlanmış amino asit polimerleridir. Ninhidrin, amino asitleri CO2NH3'e ve ana amino asitten bir karbon atomu daha az olan bir aldehide oksidatif olarak dekarboksile eder. İndirgenmiş Ninhidrin, serbest kalan amonyak ile reaksiyona girer. Proteinler ve peptitler Biuret reaktifi ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon, ikiden fazla peptit bağına sahip bileşikler için spesifiktir. Biüret reaktifi, güçlü bir sodyum veya potasyum hidroksit çözeltisi ile az miktarda çok seyreltik bakır sülfat karışımıdır. Albümin'e (yumurta beyazı) olumlu tepki veren Biuret sonuçlarının yanı sıra Biuret solüsyonunun cildimizde bulunmasından ve cildimizin peptit bağlarından reaksiyona girmesinden de sonuçlar aldık.
Lipidler için Sudan III testinin tamamlanması diğerlerinden daha kolaydı, ancak sonuçlar için gereken kırmızı renklerindeki farklılıkları söylemekte zorlandık. Lipitler polar değildir ve suda veya diğer polar sıvılarda çözünmezler. Kloroform gibi polar olmayan çözücülerde çözünürler.
Karbonhidratlar için yapılan egzersizler çoğunlukla eski hipotezle sonuçlandı. Glikoz, Soğan suyu ve Patates suyu gibi Benedict'inkiyle daha az derecede reaksiyona girerek basit şekerin varlığını gösterdi. Nişasta, mevcut nişastayı kanıtlayan patates ile birlikte iyodine reaksiyona girdi. Amino asit ve albümin, amino asit veya protein içerdiklerini kanıtlayan Ninhidrin ile reaksiyona girdi. Biuret Reagent ile test edildiğinde albüminin protein içerdiği ortaya çıktı. Mısır yağı, Sudan III kullanarak bir lipit içerdiğini doğruladı. Salata yağı, domuz yağı ve margarinin hepsinin yarı saydam noktalar göstererek lipitlere sahip olduğu kanıtlandı.
1.4 Biyolojik Makromoleküllerin Özelliklerine Genel Bakış
Bu genel bakış, AP Biyoloji Müfredatı – Biyolojik Makromoleküllerin Özellikleri'nin 1.4 bölümünü kapsar.
Muhtemelen en önemli biyolojik makromolekülle başlayalım: Nükleik asitler. Nükleik asitlerin nasıl çalıştığını tam olarak anlamak için yapılarına bakmamız gerekir. İlk olarak, şuna bir göz atalım şeker fosfat omurgası bir nükleik asitten.
Her nükleik asidin merkezinde şeker-fosfat omurgası bulunur. Fosfat grubu suda fosforik asit oluşturur. Bu fosfat grubu, bir sonraki nükleik asit üzerindeki şeker molekülüne bağlanarak uzun bir zincir oluşturabilir. Bu şeker-fosfat omurgası ne kadar uzarsa uzarsa, bir ucunda daima bir fosfat grubu, diğer ucunda da bir şeker molekülü açığa çıkar. Bu nedenle, hem tek bir nükleotid hem de birbirine bağlı birçok nükleotide "nükleik asit" diyoruz.
DNA ve RNA arasındaki temel fark, şeker-fosfat omurgasını oluşturmak için kullanılan şeker molekülünde yatmaktadır. DNA kullanır deoksiriboz, burada görüldü. RNA kullanır riboz Bir ekstra oksijen atomu ile aynı şeker. Bu küçük fark, hücreler içinde DNA ve RNA arasındaki bazı fonksiyonel farklılıkları yaratır.
Bir nükleotidin bilgi taşımak için en önemli kısmı, nükleotid bazı. Bu yapıya bağlı baz, bir nükleotide bağlanabilen birkaç bazdan biri olan sitozindir. Bu azotlu bazların tam olarak nasıl çalıştığını görelim.
Doğada DNA ve RNA oluşturmak için kullanılan ve yapılarına göre iki gruba ayrılan 5 azotlu baz vardır. Pürinler çift halkalı bir yapıya dayanırken, pirimidinler tek halkalı bir yapıya dayanır. Adenin, Guanin, timin, ve sitozin DNA molekülleri oluşturmak için kullanılır. urasil RNA'da Timin yerine kullanılır.
Daha da önemlisi, azotlu bazlar, hidrojen bağları oluşturma yetenekleriyle DNA'nın çift sarmal yapısını oluşturur. Her pürin, hidrojen bağları oluşturabileceği karşılık gelen bir pirimidine sahiptir. Basit bir anımsatıcı cihaz kullanarak hangi azotlu bazların hidrojen bağları oluşturabileceğini hatırlayabilirsiniz. Uzun harfler (A + T) hidrojen bağları oluşturabilir ve kalın harfler (C + G) hidrojen bağları oluşturabilir. DNA'nın nasıl sentezlendiğini ve DNA kodundaki hataların nasıl düzeltildiğini öğrenmeye başladığımızda bunu hatırlamamız çok önemli olacaktır.
DNA, bilgiyi biraz karmaşık bir mekanizma yoluyla depolar. DNA çekirdekte çift sarmal şeklinde depolanır. Bu, hasardan korunmasını sağlar. Çift sarmal ayrıca onarım proteinlerinin hataları kolayca bulmasını sağlar. Çoğu hata, iki iplik arasında hidrojen bağlarının olmaması nedeniyle DNA'da küçük bir yumru oluşturur. Yeni proteinler yaratmak için gereken bilgiyi çıkarmak için, nükleotidlerin tam sırası önce DNA'dan çekirdek içindeki yeni bir RNA molekülüne kopyalanmalıdır. buna denir transkripsiyon.
RNA, DNA kadar kararlı değildir ve hatalara daha yatkındır. Ancak RNA molekülleri bilgiyi bir haberci gibi ihtiyaç duyulan yere taşıyabilir. Bu haberci RNA molekülü, nükleotid dizisini, bir ribozomun kendisine bağlanabileceği çekirdeğin dışına taşır. Ribozom daha sonra transfer RNA moleküllerini "kodon" olarak bilinen her 3 nükleotid dizisiyle eşleştirerek yeni bir protein molekülü oluşturur. adı verilen bu süreç tercüme, DNA'da depolanan bilgilerin nasıl gerçek bir hücresel ürün haline geldiği ve hücrenin işlev görmesini sağladığıdır.
Artık DNA'nın proteinleri oluşturmak için bilgiyi nasıl sakladığını bildiğimize göre, proteinlerin kendilerine bir göz atalım. Proteinler, belirli şekillere katlanan büyük amino asit dizileridir. Her protein, 3 boyutlu şekli ve yapıldığı amino asitler sayesinde farklı bir işleve sahiptir.
Amino asitler – olarak da adlandırılır peptitler – tarafından birbirine bağlanır peptid bağları. Bu bağlar, her amino asit üzerindeki bir karboksil grubu ile bir amino grubu arasındaki dehidrasyon reaksiyonu yoluyla oluşur. Bu aynı zamanda her protein molekülünün yönlülük. Molekülün bir tarafı karboksil ucu, diğer tarafı ise amino ucuna sahiptir. AP testindeki sorular bu farklı yönlere atıfta bulunabileceğinden, farkı anladığınızdan emin olun.
Her amino asidi farklı yapan yapılara ne ad verilir? R grupları veya yan zincirler. Bu gruplar, her amino aside benzersiz işlevselliğini veren şeydir. Aslında doğada kullanılan 20+ amino asit olmasına rağmen bu moleküllerin sınıflandırılabileceği sadece 7 farklı grup vardır. Her amino asidin yapısı biraz farklı olsa da birçok amino asit, parçası oldukları polipeptitlere benzer özellikler getirir.
Örneğin, birkaç amino asit yüklü R gruplarına sahiptir. Bu, hidrofilik bir bölüm oluşturmaya yardımcı olur. polipeptit su ve diğer polar moleküller ile kolayca etkileşebilir. Diğer amino asitler, diğer kükürt içeren peptitlerle kükürt çapraz bağları oluşturabilen kükürt içerir. Bu, birden fazla polipeptidin büyük bir yapıda bir arada tutulmasına yardımcı olabilir. Kuaterner yapı.
Aktif bölge, proteinin gerçekte işlevini yerine getireceği yerdir. Bir substratı tam olarak yerleştirmek ve bir reaksiyonu katalize etmek için proteinin aktif bölgesinin doğru fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması gerekir. Bu nedenle, aktif bölgenin sadece doğru R-gruplarının açığa çıkması gerekmez, aynı zamanda proteinin uygun şekle katlanabilmesi için doğru amino asit dizisine sahip olması gerekir.
Aynı şekilde bu proteinin de hücre zarına bağlanması gereken bazı hidrofobik bölgelere sahip olması gerekir. Hidrofobik amino asitler yerine hidrofilik amino asitler kullanılsaydı, bu protein hücre zarına yapışamaz ve işlevsel olmazdı. Proteinler, enzimler, bağışıklık yanıtlayıcıları, reseptörler, hareket yöntemleri ve yapısal moleküller olarak rol oynadığından, neredeyse sonsuz sayıda amino asit düzenlemesi vardır.
Karbonhidratlar en yaygın olarak bir hücre için yakıt ve yapı malzemeleri görevi görür. En basit karbonhidratlar, genellikle halka benzeri bir yapıya sahip olan 5 veya 6 karbonlu hidrokarbon zincirleridir. glikozörneğin, hücreler için ana yakıt molekülü olarak hizmet eder. Ancak, gitgide daha fazla karbonhidrat monomeri bağladıkça, birçok farklı özelliğe sahip maddeler oluşturabilirsiniz.
Büyük yapının tam yapısı polisakkaritler işlevlerini belirlemeye yardımcı olur. Lineer polimerler çoğunlukla selüloz gibi yapısal moleküllerde bulunur. Bu lifler, büyük bir ipteki daha küçük iplikler gibi, çok daha güçlü bir malzeme oluşturmak için iç içe geçebilir. Hatta bazı yapısal karbonhidratlar, bir moleküle başka bir kuvvet katmanı ekleyerek lifler arasında çapraz bağlara sahiptir.
Buna karşılık, depolama polisakkaritleri çoğunlukla dallanmış bir yapıya sahiptir. Doğrusal bir yapıdan farklı olarak, bu, bir hücrenin mümkün olduğu kadar küçük bir alanda çok fazla enerji depolamasına izin verir. Starch molecules – such as amylose found in potatoes – are essentially huge branching structures that fill cells with energy. Humans and animals use the polysaccharide glycogen for a similar purpose. The cell can easily start hydrating the bonds between individual monomers to fill the cell with glucose – which can then be used to power a variety of other reactions.
The last category of macromolecules that we will look at is lipids. There are three types of lipids that are most important to life: fats (triglycerides), phospholipids, and steroids. Some people consider waxes their own category, though they have a structure very similar to triglycerides. Let’s take a look at each of these groups.
Triglycerides are simply fatty acid molecules bound into a larger molecule with glycerol – a three-carbon alcohol. Fatty acids come in two forms: saturated and unsaturated. Palmitic acid is an example of a saturated fatty acid. Every carbon in the chain is bound to at least 2 hydrogens, leaving no room for double bonds between carbon atoms. Structurally, this makes saturated fats very linear. Therefore, you can pack many saturated fatty acids into a very tight space. Because of this structure, saturated fatty acids are usually solid at room temperature because the molecules squeeze tightly together as they lose thermal energy.
By contrast, an unsaturated fatty acid has double bonds between at least 2 carbon atoms in the chain. Double bonds are rigid. This means that lots of fatty acids cannot pack tightly together if they are unsaturated – even if the temperature is not particularly warm. Olive oil is a good example of an unsaturated fatty acid.
To create a triglyceride, three fatty acids bind to a single glycerol molekül. Though lipids are not “true polymers” in the sense that they are linear chains of the same monomers, they are still created through dehydration reactions. The hydroxyl groups on glycerol react with the carboxyl head groups of each fatty acid. A water molecule is lost and an ester bond is formed. There are many triglycerides found in nature, with both saturated and unsaturated fatty acids in their structure. This gives rise to many different types of fat found in different organisms.
Phospholipids are different structurally – compared to triglycerides – and they also serve a much different purpose within organisms. Phospholipids have a hydrophilic head and a hydrophobic tail. When many phospholipids congregate together, the head groups interact with water while the tail groups tend to orient toward each other. This is how the lipid bilayer of all cells is created. Let’s look closer at the structure of a phospholipid.
In the hydrophobic tail are long hydrocarbon chains. The tail sections can contain saturated or unsaturated fatty acids, depending on the organisms. In general, organisms that live in very hot environments tend to have more saturated fatty acids whereas cells that must exist at very low temperatures tend to have more unsaturated fatty acids. Since unsaturated fatty acids tend to remain liquid at low temperatures, this creates a cell membrane that is still fluid and functional in the cold. Each organism must maintain the right balance of fatty acid tails to ensure its cells have functional membranes.
The polar head groups of phospholipids have both phosphate groups and nitrogen – both of which increase the head’s hydrophilic tendencies. This ensures that the molecule’s head is always oriented towards water – whether that is the cytosol of the cell or the external environment.
Hidroliz
Polymers are broken down into monomers in a process known as hydrolysis, which means “to split water,” a reaction in which a water molecule is used during the breakdown (Figure 2). During these reactions, the polymer is broken into two components: one part gains a hydrogen atom (H+) and the other gains a hydroxyl molecule (OH–) from a split water molecule.
Figure 2. In the hydrolysis reaction shown here, the disaccharide maltose is broken down to form two glucose monomers with the addition of a water molecule. Note that this reaction is the reverse of the synthesis reaction shown in Figure 1.
Dehydration and hidroliz reaksiyonları are catalyzed, or “sped up,” by specific enzymes dehydration reactions involve the formation of new bonds, requiring energy, while hydrolysis reactions break bonds and release energy. These reactions are similar for most macromolecules, but each monomer and polymer reaction is specific for its class. For example, in our bodies, food is hydrolyzed, or broken down, into smaller molecules by catalytic enzymes in the digestive system. This allows for easy absorption of nutrients by cells in the intestine. Each macromolecule is broken down by a specific enzyme. For instance, carbohydrates are broken down by amylase, sucrase, lactase, or maltase. Proteins are broken down by the enzymes pepsin and peptidase, and by hydrochloric acid. Lipids are broken down by lipases. Breakdown of these macromolecules provides energy for cellular activities.
Visit this site to see visual representations of dehydration synthesis and hydrolysis.
3.5 | Nucleic Acids
Bu bölümün sonunda şunları yapabileceksiniz:
- Describe the structure of nucleic acids and define the two types of nucleic acids
- Explain the structure and role of DNA
- Explain the structure and roles of RNA
Nucleic acids are the most important macromolecules for the continuity of life. They carry the genetic blueprint of a cell and carry instructions for the functioning of the cell.
DNA and RNA
The two main types of nucleic acids are deoxyribonucleic acid (DNA) ve ribonucleic acid (RNA). DNA is the genetic material found in all living organisms, ranging from single-celled bacteria to multicellular mammals. It is found in the nucleus of eukaryotes and in the organelles, chloroplasts, and mitochondria. In prokaryotes, the DNA is not enclosed in a membranous envelope.
The entire genetic content of a cell is known as its genome, and the study of genomes is genomics. In eukaryotic cells but not in prokaryotes, DNA forms a complex with histone proteins to form chromatin, the substance of eukaryotic chromosomes. A chromosome may contain tens of thousands of genes. Many genes contain the information to make protein products other genes code for RNA products. DNA controls all of the cellular activities by turning the genes “on” or “off.”
The other type of nucleic acid, RNA, is mostly involved in protein synthesis. The DNA molecules never leave the nucleus but instead use an intermediary to communicate with the rest of the cell. This intermediary is the haberci RNA (mRNA). Other types of RNA—like rRNA, tRNA, and microRNA—are involved in protein synthesis and its regulation.
DNA and RNA are made up of monomers known as nucleotides. The nucleotides combine with each other to form a polynucleotide, DNA or RNA. Each nucleotide is made up of three components: a nitrogenous base, a pentose (five-carbon) sugar, and a phosphate group (Figure 3.31). Each nitrogenous base in a nucleotide is attached to a sugar molecule, which is attached to one or more phosphate groups.Figure 3.31 A nucleotide is made up of three components: a nitrogenous base, a pentose sugar, and one or more phosphate groups. Carbon residues in the pentose are numbered 1′ through 5′ (the prime distinguishes these residues from those in the base, which are numbered without using a prime notation). The base is attached to the 1′ position of the ribose, and the phosphate is attached to the 5′ position. When a polynucleotide is formed, the 5′ phosphate of the incoming nucleotide attaches to the 3′ hydroxyl group at the end of the growing chain. Two types of pentose are found in nucleotides, deoxyribose (found in DNA) and ribose (found in RNA). Deoxyribose is similar in structure to ribose, but it has an H instead of an OH at the 2′ position. Bases can be divided into two categories: purines and pyrimidines. Purines have a double ring structure, and pyrimidines have a single ring.
The nitrogenous bases, important components of nucleotides, are organic molecules and are so named because they contain carbon and nitrogen. They are bases because they contain an amino group that has the potential of binding an extra hydrogen, and thus, decreases the hydrogen ion concentration in its environment, making it more basic. Each nucleotide in DNA contains one of four possible nitrogenous bases: adenine (A), guanine (G) cytosine (C), and thymine (T).
Adenine and guanine are classified as purines. The primary structure of a purine is two carbon-nitrogen rings. Cytosine, thymine, and uracil are classified as pyrimidines which have a single carbon-nitrogen ring as their primary structure (Figure 3.31). Each of these basic carbon-nitrogen rings has different functional groups attached to it. In molecular biology shorthand, the nitrogenous bases are simply known by their symbols A, T, G, C, and U. DNA contains A, T, G, and C whereas RNA contains A, U, G, and C.
The pentose sugar in DNA is deoxyribose, and in RNA, the sugar is ribose (Figure 3.31). The difference between the sugars is the presence of the hydroxyl group on the second carbon of the ribose and hydrogen on the second carbon of the deoxyribose. The carbon atoms of the sugar molecule are numbered as 1′, 2′, 3′, 4′, and 5′ (1′ is read as “one prime”). The phosphate residue is attached to the hydroxyl group of the 5′ carbon of one sugar and the hydroxyl group of the 3′ carbon of the sugar of the next nucleotide, which forms a 5′–3′ phosphodiester linkage. The phosphodiester linkage is not formed by simple dehydration reaction like the other linkages connecting monomers in macromolecules: its formation involves the removal of two phosphate groups. A polynucleotide may have thousands of such phosphodiester linkages.
DNA Double-Helix Structure
DNA has a double-helix structure (Figure 3.32). The sugar and phosphate lie on the outside of the helix, forming the backbone of the DNA. The nitrogenous bases are stacked in the interior, like the steps of a staircase, in pairs the pairs are bound to each other by hydrogen bonds. Every base pair in the double helivx is separated from the next base pair by 0.34 nm. The two strands of the helix run in opposite directions, meaning that the 5′ carbon end of one strand will face the 3′ carbon end of its matching strand. (This is referred to as antiparallel orientation and is important to DNA replication and in many nucleic acid interactions.)Figure 3.32 Native DNA is an antiparallel double helix. The phosphate backbone (indicated by the curvy lines) is on the outside, and the bases are on the inside. Each base from one strand interacts via hydrogen bonding with a base from the opposing strand. (credit: Jerome Walker/Dennis Myts)
Only certain types of base pairing are allowed. For example, a certain purine can only pair with a certain pyrimidine. This means A can pair with T, and G can pair with C, as shown in Figure 3.33. This is known as the base complementary rule. In other words, the DNA strands are complementary to each other. If the sequence of one strand is AATTGGCC, the complementary strand would have the sequence TTAACCGG. During DNA replication, each strand is copied, resulting in a daughter DNA double helix containing one parental DNA strand and a newly synthesized strand.
Figure 3.33 In a double stranded DNA molecule, the two strands run antiparallel to one another so that one strand runs 5′ to 3′ and the other 3′ to 5′. The phosphate backbone is located on the outside, and the bases are in the middle. Adenine forms hydrogen bonds (or base pairs) with thymine, and guanine base pairs with cytosine.
A mutation occurs, and cytosine is replaced with adenine. What impact do you think this will have on the DNA structure?
Ribonucleic acid, or RNA, is mainly involved in the process of protein synthesis under the direction of DNA. RNA is usually single-stranded and is made of ribonucleotides that are linked by phosphodiester bonds. A ribonucleotide in the RNA chain contains ribose (the pentose sugar), one of the four nitrogenous bases (A, U, G, and C), and the phosphate group.
There are four major types of RNA: messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), transfer RNA (tRNA), and microRNA (miRNA). The first, mRNA, carries the message from DNA, which controls all of the cellular activities in a cell. If a cell requires a certain protein to be synthesized, the gene for this product is turned “on” and the messenger RNA is synthesized in the nucleus. The RNA base sequence is complementary to the coding sequence of the DNA from which it has been copied. However, in RNA, the base T is absent and U is present instead. If the DNA strand has a sequence AATTGCGC, the sequence of the complementary RNA is UUAACGCG. In the cytoplasm, the mRNA interacts with ribosomes and other cellular machinery (Figure 3.34).Figure 3.34 A ribosome has two parts: a large subunit and a small subunit. The mRNA sits in between the two subunits. A tRNA molecule recognizes a codon on the mRNA, binds to it by complementary base pairing, and adds the correct amino acid to the growing peptide chain.
The mRNA is read in sets of three bases known as codons. Each codon codes for a single amino acid. In this way, the mRNA is read and the protein product is made. Ribosomal RNA (rRNA) is a major constituent of ribosomes on which the mRNA binds. The rRNA ensures the proper alignment of the mRNA and the ribosomes the rRNA of the ribosome also has an enzymatic activity (peptidyl transferase) and catalyzes the formation of the peptide bonds between two aligned amino acids. Transfer RNA (tRNA) is one of the smallest of the four types of RNA, usually 70–90 nucleotides long. It carries the correct amino acid to the site of protein synthesis. It is the base pairing between the tRNA and mRNA that allows for the correct amino acid to be inserted in the polypeptide chain. microRNAs are the smallest RNA molecules and their role involves the regulation of gene expression by interfering with the expression of certain mRNA messages. Table 3.2 summarizes features of DNA and RNA.
Features of DNA and RNA
Even though the RNA is single stranded, most RNA types show extensive intramolecular base pairing between complementary sequences, creating a predictable three-dimensional structure essential for their function.
As you have learned, information flow in an organism takes place from DNA to RNA to protein. DNA dictates the structure of mRNA in a process known as transkripsiyon, and RNA dictates the structure of protein in a process known as tercüme. This is known as the Central Dogma of Life, which holds true for all organisms however, exceptions to the rule occur in connection with viral infections.
To learn more about DNA, explore the Howard Hughes Medical Institute BioInteractive animations (http://openstaxcollege.org/l/DNA) on the topic of DNA.
İçindekiler
A molecule of high relative molecular mass, the structure of which essentially
comprises the multiple repetition of units derived, actually or conceptually, from
molecules of low relative molecular mass.
1. In many cases, especially for synthetic polymers, a molecule can be regarded
as having a high relative molecular mass if the addition or removal of one or a
few of the units has a negligible effect on the molecular properties. This statement
fails in the case of certain macromolecules for which the properties may be
critically dependent on fine details of the molecular structure.
2. If a part or the whole of the molecule fits into this definition, it may be described
as either macromolecular veya polymeric, or by polymer used adjectivally. [4]
Dönem macromolecule (macro- + molecule) was coined by Nobel laureate Hermann Staudinger in the 1920s, although his first relevant publication on this field only mentions high molecular compounds (in excess of 1,000 atoms). [5] At that time the term polymer, as introduced by Berzelius in 1832, had a different meaning from that of today: it simply was another form of isomerism for example with benzene and acetylene and had little to do with size. [6]
Usage of the term to describe large molecules varies among the disciplines. For example, while biology refers to macromolecules as the four large molecules comprising living things, in chemistry, the term may refer to aggregates of two or more molecules held together by intermolecular forces rather than covalent bonds but which do not readily dissociate. [7]
According to the standard IUPAC definition, the term macromolecule as used in polymer science refers only to a single molecule. For example, a single polymeric molecule is appropriately described as a "macromolecule" or "polymer molecule" rather than a "polymer," which suggests a substance composed of macromolecules. [8]
Because of their size, macromolecules are not conveniently described in terms of stoichiometry alone. The structure of simple macromolecules, such as homopolymers, may be described in terms of the individual monomer subunit and total molecular mass. Complicated biomacromolecules, on the other hand, require multi-faceted structural description such as the hierarchy of structures used to describe proteins. In British English, the word "macromolecule" tends to be called "high polymer".
Macromolecules often have unusual physical properties that do not occur for smaller molecules.
Another common macromolecular property that does not characterize smaller molecules is their relative insolubility in water and similar solvents, instead forming colloids. Many require salts or particular ions to dissolve in water. Similarly, many proteins will denature if the solute concentration of their solution is too high or too low.
High concentrations of macromolecules in a solution can alter the rates and equilibrium constants of the reactions of other macromolecules, through an effect known as macromolecular crowding. [9] This comes from macromolecules excluding other molecules from a large part of the volume of the solution, thereby increasing the effective concentrations of these molecules.
All living organisms are dependent on three essential biopolymers for their biological functions: DNA, RNA and proteins. [10] Each of these molecules is required for life since each plays a distinct, indispensable role in the cell. [11] The simple summary is that DNA makes RNA, and then RNA makes proteins.
DNA, RNA, and proteins all consist of a repeating structure of related building blocks (nucleotides in the case of DNA and RNA, amino acids in the case of proteins). In general, they are all unbranched polymers, and so can be represented in the form of a string. Indeed, they can be viewed as a string of beads, with each bead representing a single nucleotide or amino acid monomer linked together through covalent chemical bonds into a very long chain.
In most cases, the monomers within the chain have a strong propensity to interact with other amino acids or nucleotides. In DNA and RNA, this can take the form of Watson-Crick base pairs (G-C and A-T or A-U), although many more complicated interactions can and do occur.
Structural features Edit
|DNA||RNA||Proteinler|
|Encodes genetic information||Evet||Evet||Numara|
|Catalyzes biological reactions||Numara||Evet||Evet|
|Building blocks (type)||Nucleotides||Nucleotides||Amino asitler|
|Building blocks (number)||4||4||20|
|Strandedness||Double||Single||Single|
|Yapı||Double helix||Complex||Complex|
|Stability to degradation||Yüksek||Değişken||Değişken|
|Repair systems||Evet||Numara||Numara|
Because of the double-stranded nature of DNA, essentially all of the nucleotides take the form of Watson-Crick base pairs between nucleotides on the two complementary strands of the double-helix.
In contrast, both RNA and proteins are normally single-stranded. Therefore, they are not constrained by the regular geometry of the DNA double helix, and so fold into complex three-dimensional shapes dependent on their sequence. These different shapes are responsible for many of the common properties of RNA and proteins, including the formation of specific binding pockets, and the ability to catalyse biochemical reactions.
DNA is optimised for encoding information Edit
DNA is an information storage macromolecule that encodes the complete set of instructions (the genome) that are required to assemble, maintain, and reproduce every living organism. [12]
DNA and RNA are both capable of encoding genetic information, because there are biochemical mechanisms which read the information coded within a DNA or RNA sequence and use it to generate a specified protein. On the other hand, the sequence information of a protein molecule is not used by cells to functionally encode genetic information. [1] : 5
DNA has three primary attributes that allow it to be far better than RNA at encoding genetic information. First, it is normally double-stranded, so that there are a minimum of two copies of the information encoding each gene in every cell. Second, DNA has a much greater stability against breakdown than does RNA, an attribute primarily associated with the absence of the 2'-hydroxyl group within every nucleotide of DNA. Third, highly sophisticated DNA surveillance and repair systems are present which monitor damage to the DNA and repair the sequence when necessary. Analogous systems have not evolved for repairing damaged RNA molecules. Consequently, chromosomes can contain many billions of atoms, arranged in a specific chemical structure.
Proteins are optimised for catalysis Edit
Proteins are functional macromolecules responsible for catalysing the biochemical reactions that sustain life. [1] : 3 Proteins carry out all functions of an organism, for example photosynthesis, neural function, vision, and movement. [13]
The single-stranded nature of protein molecules, together with their composition of 20 or more different amino acid building blocks, allows them to fold in to a vast number of different three-dimensional shapes, while providing binding pockets through which they can specifically interact with all manner of molecules. In addition, the chemical diversity of the different amino acids, together with different chemical environments afforded by local 3D structure, enables many proteins to act as enzymes, catalyzing a wide range of specific biochemical transformations within cells. In addition, proteins have evolved the ability to bind a wide range of cofactors and coenzymes, smaller molecules that can endow the protein with specific activities beyond those associated with the polypeptide chain alone.
RNA is multifunctional Edit
RNA is multifunctional, its primary function is to encode proteins, according to the instructions within a cell’s DNA. [1] : 5 They control and regulate many aspects of protein synthesis in eukaryotes.
RNA encodes genetic information that can be translated into the amino acid sequence of proteins, as evidenced by the messenger RNA molecules present within every cell, and the RNA genomes of a large number of viruses. The single-stranded nature of RNA, together with tendency for rapid breakdown and a lack of repair systems means that RNA is not so well suited for the long-term storage of genetic information as is DNA.
In addition, RNA is a single-stranded polymer that can, like proteins, fold into a very large number of three-dimensional structures. Some of these structures provide binding sites for other molecules and chemically-active centers that can catalyze specific chemical reactions on those bound molecules. The limited number of different building blocks of RNA (4 nucleotides vs >20 amino acids in proteins), together with their lack of chemical diversity, results in catalytic RNA (ribozymes) being generally less-effective catalysts than proteins for most biological reactions.