مواضيع المحاضرة: Nucleic Acid
background image

Dr. 

Shayma’a Jamal  Ahmed 

Prof. Genetic Engineering  

            & Biotechnology 


background image

At the end of this lecture the student will be able to: 

Define the 

Nucleic Acids. 

Recognize to the DNA. 

Recognize to the RNA. 

Compare between DNA & RNA. 

Describe the Characteristics of DNA Coiling. 

 Describe the Characteristics of Gene Expression. 

 


background image

Are macromolecules 

Strongly acidic 

Carry a high density of negative charge at 
physiological pH. 

That is why they are associated with basic proteins 

like histones and with alkaline cations like Mg

⁺² 

The essential function of nucleic acids: 

The storage & transmission of it’s genetic 
information. 

The expression of this information in the form of 
synthesis of cellular proteins for building & 
maintaining the life. 


background image

Ribonucleic acid or 

RNA 

:

which contains 

ribose sugar 

Deoxyribonucleic acid or 

DNA

:

 

which contains 

deoxyribose sugar

 

 

 

RNA 

DNA 

Position 

Nucleus, cytoplasm 

Nucleus  

Types  

Three   

One  

Helix  

No  

Yes  

Strands  

Single   

Double  

Sugar  

Ribose  

Deoxyribose  

Bases  

Adenine (A), 
Guanine(G), 
Cytosine(C), Uracil(U)  
 

Adenine (A), Guanine(G), 
Cytosine(C), Thymine(T) 
 
 


background image

     Is a polymer of units called 

Nucleotides  

which are a complex of a: 

Sugar 

is 5-carbon (pentoses) which called 

dexoyribose.

 

Nitrogen bases 

are two types 

(Purines & 

Pyrimidines ).

 

Phosphate group 

(po4

⁻) 

 

Nucleoside : 

when a base linked to sugar    


background image

Purines: 

which are 2-carbon-nitrogen ring 

structures. 

The common purines present in nucleic acid are: 

1.

Adenine (A) 

2.

Guanine (G) 

Pyrimidines:

 which are 1-carbon-nitrogen ring 

structures. 

The common pyrimidines present in DNA 

1.

Thymine (T) 

2.

Cytosine (C) 

 

The common pyrimidines present in RNA 

1.

Uracil (U) 

2.

Cytosine (C) 

 

 

 


background image

..

 


background image

The C-1 (carbon atom) of deoxyribose is bounded to 
N-1 (nitrogen atom) of pyimidine or N-9 of purine 
these linkage called 

glycosidic bond.

 

The phosphate group is attached to the number C-5 of 
the sugar, often designated as the 5

ʹposition. 

The nucleotides are

 linked together in to a 

polynucleotide chain by a backbone consisting of an 
alternating series of sugar & phosphate residues. 
Specifically, the 3

ʹ-OH (3ʹ-hydroxyl) of sugar of one 

deoxyribonucleotide is joined to the 5

ʹ-OH of adjacent 

sugar by a 

phosphatediester bridge

Thus the phosphate-sugar  backbone is said to consist 
of 5

ʹ―3ʹ linkages. The nitrogenous base “stick out” 

from the phosphate-sugar  backbone.    

 


background image

background image

      The terminal nucleotide at one end of the 

chain has a free 5

ʹ group, the terminal 

nucleotide at the other end has  3

ʹgroup 

(hydroxyl group). It is conventional to write 
nucleic acid sequences in the 5

ʹ―3ʹ direction 

, that is, from the 5

ʹ terminus at the left to the 

3

ʹ terminus at the right thus a DNA chain has 

polarity.      


background image

.

 

 


background image

In 1953, James Watson & Francis Crick deduced 
the  three dimensional structure of DNA, the important features of 

their model of DNA are: 

I. X-ray diffraction data showed the DNA molecule consist of: 

1.

Two right-handed helical polynucleotide chains. 

2.

These two chains are of opposite polarity (antiparallel) . 

3.

The two chains are coiled around the same axis to form a 
double helix. 

4.

The diameter of double helix is approximately 20-22

A˚. 

5.

Each turn of the double helix covers a distance of 34

A˚ (3.4 

nm). 

6.

The distance between adjacent nucleotides is 3.4

A˚,

there must 

be (10) nucleotide per turn. 

7.

Each nucleotide is turned 36

A˚   

8.

The twisting of the two strands around one another forms a 
double helix with 

narrow groove (12

A˚across) 

called 

Minor 

groove 

a wide groove (22

A˚across) 

called 

Major groove.  

 


background image

.

 


background image

II. The density of DNA suggests that: 

 

1.

The constant

 diameter of the helix can be explained if  

the bases in each chain face inward & are restricted 
so that a 

purine is always opposite a pyrimidine , 

avoiding purine-purine (too thick) or pyrimidine- 
pyrimidine (too thin) 

partnership. 

2.

The bases are on the inside of the helix in pairs 
arranged in such a fashion that apyrimidine of one 
chain always pairs with a purine of the opposite 
strand, & vice versa. 

III. Inrrespective of the actual amount of each bases:  

1.

Only certain bases pairs can be accommodated. 
These are 

A with T (2 hydrogen bonds)

 & 

G with C    

( 3 hydrogen bonds) 

2.

The proportion of G&C is always the same in DNA 
and the proportion of A&T is always the same, thus 
the composition of any DNA  can be described by the 

proportion of it’s bases that is 

G+C which ranges 

from 26% -74% for different species

.                                                                                     

       


background image

1.

The pairing rules (base pairing) require that 
the bases in the two chain are 

complementary 

so that the sequence of one 

chain is completely determined by the 

sequence of it’s partner. 

2.

The highly negatively charged 
phosphodiester backbone face outward & 

it’s strongly polar groups can interact with 
the aqueous environment. 

3.

When DNA is in solution 

in vitro , 

the charge 

are neutralization by binding of metal ions , 
usually Na

⁺ is provided in the natural state 

in 

vivo , 

positively charged proteins provide 

some of neutralizing force.  


background image

1.

The base composition is characteristic of an 
organism, species or strain. 

2.

All the cell of organism or a tissue have identical 
or closely similar base composition, age, phase 
of growth environmental or physiological factors 
do not have any effect on this (thinking that 
there are no mutations in any of the cells). 

3.

Different organisms exhibit wide variation in the 
base composition which is expressed by the 
ratio (A+T)/(G+C). 

4.

Similar base compositions are exhibited by 
closely related organisms. 

5.

According to Chargaff ‘s rule A&T,G&C or 
A+G=T+C or A+C=G+T.   


background image

The length of DNA about (2) meters in straight line, so to 

package all of this DNA into a tiny cell nucleus, it’s coiled at 
several levels: 

First, 

the DNA is wound around

 

a histone protein 

core to 

form a 

nucleosome 

. A bout (140-150) DNA bases are 

wound a round each histone core, and then (20-60) bases 
form 

a spacer 

element before the nuclosome complex. 

The nucleosomes are turn form 

a helical solenoid 

, each 

turn of solenoid includes about (6) nucleosomes. The 
solenoids, themselves are organized into 

chromatin loop  

which are attached to a protein scaffold. 

Each of these loops contains a pproximataly 

 100,000 base 

pairs (100 kilo bases or Kb )

 of DNA. 

The end, 

result of this coiling  & looping is that the DNA , 

when at it’s maximum stage of condensation is only about 

1/10,000 . 

   

  


background image

background image

Like DNA, RNA is a polymer of nucleotides . The 
nucleotide in RNA, however, contain the sugar 
ribose & the bases Adenine (A),Guanine (G), 
Cytosine (C)& Uracil (U) . In other words, the 
bases Uracil replace the Thymine found in DNA. 

Finally, RNA is single stranded and does not form 
a double helix in the same manner as DNA. 

     

There are three major classes of RNA : 

Messenger RNA(mRNA): 

takes a message from 

DNA in the nucleus to the ribosomes in the

  

cytoplasm. 

Ribosomal RNA(rRNA): 

along with proteins, 

makes up the ribosomes, where proteins are 
synthesized. 

Transfer RNA(tRNA): 

transfers amino acids to the 

ribosomes.   


background image

background image

1- DNA contains genetic information. The 
sequence of it base determines the sequence of 
amino acids in a polypeptide. 

2- during transcription, one strand of DNA serves 
as a template for the formation of mRNA. The 
bases in mRNA are complementary to those in 
DNA; every three bases is a codon that codes for 
amino acid. 

3- the mRNA is processed before it leaves the 
nucleus, during which time the introns are 
removed. 

 


background image

4- the mRNA carries a sequence of codons to 
the ribosomes, which are composed of rRNA 
and proteins. 

5- the tRNA molecules, each of which is 
bonded to a particular amino acid, have anti 
codons that pair complementarily to the 
codons in mRNA. 

6- during translation, tRNA molecules and 
their attached amino acids arrive at the 
ribosomes, and the linear sequence of codons 
of the mRNA determines the order in which 
the amino acids become incorporated into a 
protein. 
 


background image

background image

background image

 

Thank 
you

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abbas Ahmed
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 153 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل