NUKLEOTYDY I KWASY
NUKLEINOWE
NUKLEOTYDY
" JEDNOSTKI MONOMERYCZNE, Z KTÓRYCH
ZBUDOWANE S
KWASY NUKLEINOWE
" INNE FUNKCJE:
NOÅšNIKI ENERGII CHEMICZNEJ, JEDYNEGO
y
RÓDA
A ENERGII W KOMÓRKACH
SPECYFICZNE CZ
STECZKI SYGNAA
OWE
SKA
ADNIKI WIELU KOENZYMÓW
KWASY NUKLEINOWE
S
CZ
STECZKAMI DZIEDZICZNOÅšCI:
PRZECHOWUJ
I PRZENOSZ
INFORMACJE
GENETYCZNE W KAśDYM śYWYM ORGANIZMIE
S
ICH DWA RODZAJE:
" DNA - KWAS DEOKSYRYBONUKLEINOWY,
zawiera cukier DEOKSYRYBOZ

jest zbudowany z DEOKSYRYBONUKLEOTYDÓW
" RNA  KWAS RYBONUKLEINOWY zawiera
cukier RYBOZ

jest zbudowany z RYBONUKLEOTYDÓW
" RNA JEST EWOLUCYJNIE STARSZY NIÅ› DNA
1
INNE FUNKCJE NUKLEOTYDÓW:
" NOÅšNIKI ENERGII CHEMICZNEJ ZAWARTEJ W
WYSOKOENERGETYCZNYCH WI
ZANIACH
BEZWODNIKOWYCH  ATP
" SPECYFICZNE CZ
STECZKI SYGNAA
OWE :
CYKLICZNY AMP (cAMP)
2
" SKA
ADNIKI WIELU KOENZYMÓW:
KOENZYM A;
NAD/NADP,
FAD
3
NUKLEOTYD: FOSFORANOWY ESTER NUKLEOZYDU
ZASADA + CUKIER + RESZTA FOSFORANOWA (JEDNA
LUB WI
CEJ) POA

CZONE RAZEM WI
ZANIAMI
KOWALENCYJNYMI
CYTYDYNO-5 -MONOFOSFORAN
FRAGMENT FOSFORANOWY MOśE ZAWIERAĆ JEDN
,
DWIE LUB TRZY RESZTY FOSFORANOWE
4
NUKLEOZYD:
ZASADA + CUKIER
CZ
STECZKA CUKRU W POZYCJI 1 JEST
POA

CZONA Z ATOMEM AZOTU W CZ
STECZCE
ZASADY WI
ZANIEM ²- N- GLIKOZYDOWYM
Pozycja azotu:
N 1 - PIRYMIDYNY
N 9 - PURYNY (pierścień pięcioczłonowy)
5
ZASADY WYST
PUJ
CE W KWASACH
NUKLEINOWYCH
sÄ… to zwiÄ…zki aromatyczne, heterocykliczne, zawierajÄ…ce
azot; wiÄ…\
ą H+ w środowisku kwaśnym (zwiększa się
stÄ™\
enie OH-)
ZASADY PURYNOWE: dwa pierścienie skondensowane
ADENINA (A) I GUANINA (G) występują w DNA i RNA
6
ZASADY PIRYMIDYNOWE
CYTOZYNA (C) występuje w DNA i RNA
TYMINA (T) występuje tylko w DNA
URACYL (U) występuje tylko w RNA
W obydwu grupach zasady ró\
niÄ… siÄ™ rodzajem i
lokalizacją podstawników
7
CUKRY (PENTOZY):
w deoksyrybozie, w pozycji 2 nie ma grupy
hydroksylowej
8
NUMERACJA ATOMÓW W
GLA
ZASADY:
CUKRY:
9
FOSFORANY
w nukleotydach są zazwyczaj połączone z grupą
hydroksylowÄ… w pozycji 5 rybozy lub deoksyrybozy:
5 nukleotydy
AMP  adenozyno-5 -monofosforan =
5 -monofosforan adenozyny
ADP  adenozyno-5 -difosforan
ATP  adenozyno-5 -trifosforan
10
TRZY RESZTY FOSFORANOWE W POZYCJI 5 :
5 -ATP = adenozyno-5 -trifosforan
JEDNA RESZTA FOSFORANOWA W POZYCJI 3
3 - dGMP = deoksyguanozynomonofosforan
11
KWASY NUKLEINOWE
" DNA I RNA S
POLIMERAMI NUKLEOTYDÓW:
POSZCZEGÓLNE NUKLEOTYDY S

POA

CZONE ZE SOB
WI
ZANIAMI
KOWALENCYJNYMI,
3 ,5 - FOSFODIESTROWYMI
" GRUPA HYDROKSYLOWA RESZTY
FOSFORANOWEJ ZNAJDUJ
CA SI
W POZYCJI
5 JEDNEGO NUKLEOTYDU A

CZY SI
Z
GRUP
HYDROKSYLOW
W POZYCJI 3
NUKLEOTYDU POPRZEDNIEGO
" KONIEC 5 : KONIEC A
AC
CUCHA
POLINUKLEOTYDU ZAWIERAJ
CY FOSFORAN
LUB WOLN
GRUP
HYDROKSYLOW
W
POZYCJI 5
" KONIEC 3 : DRUGI, PRZECIWLEGA
Y KONIEC
A
AC
CUCHA POLINUKLEOTYDU, KTÓREGO
GRUPA HYDROKSYLOWA W POZYCJI 3 NIE
WI
śE SI
Z INNYM NUKLEOTYDEM
" LINIOW
SEKWENCJ
NUKLEOTYDÓW W
A
AC
CUCHU POLINUKLOTYDOWYM ZWYKLE
PRZEDSTAWIA SI
ZA POMOC

JEDNOLITEROWEGO KODU I ZAPISUJE SI

ZAWSZE OD KOC
CA 5
12
POZIOMY STRUKTURY KWASÓW
NUKLEINOWYCH
Podobnie jak w białkach, w kwasach nukleinowych mo\
na
rozró\
nić CZTERY POZIOMY STRUKTURY:
PIERWSZORZ
DOWA:
KOLEINOŚĆ ZASAD W A
AC
CUCHU
POLINUKLEOTYDOWYM SEKWENCJA
DRUGORZEDOWA:
TRÓJWYMIAROWA KONFORMACJA SZKIELETU
TRZECIORZEDOWA:
SPECYFICZNE ZWINI
CIE, SUPERSTRUKTURA
CZWARTORZEDOWA:
ASOCIATY KWASÓW NUKLEINOWYCH Z
BIAA
KAMI
ISTOTNE RÓśNICE MIEDZY DNA i RNA
WYST
PUJ
W SKA
ADZIE CHEMICZNYM,
STRUKTURZE DRUGO-, TRZECIO- i
CZWARTORZ
DOWEJ
13
DNA
DNA JEST BARDZO DA
UG
MAKROCZ
STECZK

ZBUDOWANA Z DEOKSYRYBONUKLEOYTDÓW, Z
KTÓRYCH KAśDY SI
SKA
ADA Z ZASADY
AZOTOWEJ (A, G, C, T), CUKRU (DEOKSYRYBOZY)
I GRUPY FOSFORANOWEJ
NOÅšNIKIEM INFORMACJI GENETYCZNEJ S

ZASADY AZOTOWE
RESZTY CUKROWE I FOSFORANOWE PEA
NI

ROL
STRUKTURALN

Z DNA S
ZBUDOWANE GENY WSZYSTKICH
KOMÓREK ORAZ WIELU WIRUSÓW; NIEKTÓRE
WIRUSY JAKO MATERIAA
GENETYCZNY
WYKORZYSTUJ
RNA
NIEZMIENNY RDZEC
CZ
STECZKI DNA SKA
ADA
SI
Z RESZT DEOKSYRYBOZY POA

CZONYCH
RESZTAMI FOSFORANOWYMI (WI
ZANIA
FOSFODIESTROWE)
CZ
ŚĆ ZMIENNA TO SEKWENCJA CZTERECH
ZASAD: A, G, C, T;
14
SEKWENCJA ZASAD
(struktura pierwszorzędowa)
KOLEJNOŚĆ ZASAD ZAPISUJE SI
W KIERUNKU
5 3
KAśDY NUKLEOTYD JEST POJEDYNCZ
LITER

W ALFABECIE ZA
OśONYM Z CZTERECH LITER:
A, G, C, T
A
AC
CUCH ZAWIERAJ
CY n NUKLEOTYDÓW
MOśE WYST
POWAĆ W 4n ROZMAITYCH
SEKWENCJI
NATURALNE CZ
STECZKI DNA SKA
ADAJ
SI
Z
WIELU TYSI
CY NUKLEOTYDÓW, POA

CZONYCH
LINIOWO;
KAśDA CZ
STECZKA NATYWNEGO DNA
ZAWIERA OGROMN
ILOŚĆ INFORMACJI
ZAKODOWAN
W SEKWENCJI NUKLEOTYDÓW
15
TRÓJWYMIAROWA STRUKTURA DNA
DWUNICIOWA HELISA DNA
(struktura drugorzędowa)
ZAPROPONOWANA PRZEZ WATSONA I CRICKA
(1953) NA PODSTAWIE ANALIZY OBRAZÓW
DYFRAKCJI PROMIENI RENTGENOWSKICH NA
DNA UZYSKANYCH PRZEZ Rosalind FRANKLIN i
Maurice a WILKINSONA
ISTOTNE CECHY MODELU:
" DWA HELIAKALNE A
AC
CUCHY OPLATAJ

WSPÓLN
OÅš; A
AC
CUCHY BIEGN
W
PRZECIWNYCH KIERUNKACH: JEDEN 5 3 ,
DRUGI 3 5
" ZASADY PURYNOWE I PIRYMIDYNOWE
ZNAJDUJ
SI
WEWN
TRZ, A FOSFORANY I
RESZTY DETOKSYRYBOZY NA ZEWN
TRZ
HELISY; PA
ASZCZYZNY ZASAD S

PROSTOPADA
E DO OSI HELISY, PA
ASZCZYZNY
PIERŚCIENI CUKRÓW S
UA
OśONE
PROSTOPADLE WZGL
DEM ZASAD; A
ADUNKI
UJEMNE S
WZDA
UÅ› OBYDWU A
AC
CUCHÓW;
" NA POWIERZCHNI CYLINDRYCZNEJ
STRUKTURY ZNAJDUJ
SI
DWIE BRUZDY:
MAA
A I DUśA; OBYDWIE S

WYSTARCZAJ
CO DUśE ABY POMIEŚCIĆ
A
AC
CUCH POLIPEPTYDOWY
16
" ÅšREDNICA HELISY WYNOSI 2,0nm;
ODLEGA
OŚĆ MI
DZY S
SIEDNIMI ZASADAMI
0,34 nm (mierzona wzdłu\
osi helisy); ZASADY S

SKR
CONE WZGL
DEM SIEBIE O K
T 360; NA
CAA
KOWITY SKR
T HELISY PRZYPADA W
KAśDYM A
AC
CUCHU PO 10 NUKLEOTYDÓW
(okres powtarzalności 3,4 nm
" DWA A
AC
CUCHY A

CZ
SI
ZE SOB

WI
ZANIAMI WODOROWYMI UTWORZONYMI
MI
DZY ZASADAMI PAR
KOMPLEMENTARNYCH;
" PARY ZAWSZE TWORZ
: ADENINA Z TYMIN
,
A GUANINA Z CYTOZYN
; CHARGAFF (1950)
STWIERDZIA
, śE STOSUNKI ILOŚCIOWE: A/T i
G/C S
BLISKIE 1,0 DLA CZ
STECZEK DNA
WSZYSTKICH BADANYCH GATUNKÓW
ZAWARTOÅšCI ADENINY S
RÓWNE
ZAWARTOÅšCI TYMINY
" ÅšCIÅšLE OKREÅšLONA SEKWENCJA ZASAD
KODUJE INFORMACJ
GENETYCZN
;
KOLEJNOŚĆ ZASAD NIE JEST W śADEN
SPOSÓB OGRANICZONA
" DNA MOśE PRZYBIERAĆ RÓśNE FORMY
HELIKALNE; ZNANE S
B  DNA (forma
zaproponowana przez Watsona  Cricka, w
warunkach fizjologicznych występująca najczęściej)
A  DNA i Z - DNA
17
 18
KOMPLEMENTARNE PARY ZASAD
" WI
KSZA DWUPIERÅšCIENIOWA ZASADA PURYNOWA
TWORZY ZAWSZE PAR
Z MNIEJSZ

JEDNOPIERÅšCIENIOW
ZASAD
PIRYMIDYNOW

" TAK DOPASOWANE PARY ZASAD UTRZYMUJ

A
AC
CUCHY CUKROWO - FOSFORANOWE W
ODPOWIEDNIEJ ODLEGA
OÅšCI I WYPEA
NIAJ

PRZESTRZEC
MI
DZY NIMI
" MI
DZY KOMPLEMENTARNYMI PARAMI ZASAD
TWORZY SI
MAKSYMALNA LICZBA WI
ZAC

WODOROWYCH:
TRZY WI
ZANIA WODOROWE W KAśDEJ PARZE
G - C
DWA WI
ZANIA W KAśDEJ PARZE A  T lub A - U
PARY KOMPLEMENTARNE S
UKA
ADAMI
STABILNYMI;
19
NAKA
ADANIE SI
PARY ZASAD G  C
(niebieski) NA PAR
A  T (czerwony); poło\
enie
wiązań glikozydowych (zielony) oraz atomów
C1 detoksy rybozy w obu parach zasad jest
prawie identyczny
MODEL PODWÓJNEJ NICI DNA POKAZUJ
CY
TRZY PARY ZASAD (szare, prostopadłe do osi)
20
 21
KOMPLEMENTARNE A
AC
CUCHY DNA
FUNKCJONUJ
JAKO MATRYCE PODCZAS
REPLIKACJI DNA
Ka\
da komórka zawiera w swoim DNA instrukcję
potrzebnÄ… do utworzenia nowego identycznego
kompletnego organizmu
GENY, MATERIAA
DZIEDZICZENIA
ZLOKALIZOWANY W CHROMOSOMACH, sÄ… to
długie nici DNA w formie podwójnej helisy.
REPLIKACJA - utworzenie dokładnej kopii materiału
genetycznego jest mo\
liwe dzięki
komplementarności zasad purynowych i
pirymidynowych wchodzących w skład DNA:
ADENINA lub GUANINA zlokalizowane w jednym
łańcuchu są parami dla TYMINY I CYTOZYNY W
DRUGIM A
AC
CUCHU; JEDNA NIĆ DNA JEST
MATRYC
(PASMO MATRYCOWE) DLA DRUGIEJ
NICI (PASMO KODUJ
CE)
TRANSKRYPCJA  PROCES PRZEPISANIA
SEKWENCJI NUKLEOTYDÓW Z DNA DO RNA
TRANSLACJA - SEKWENCJA ZASAD ZAPISANA W
DNA I PRZEKOPIOWANA DO RNA zostaje
przetłumaczona na SEKWENCJ
AMINOKWASÓW
W A
AC
CUCHU POLIPEPTYDOWYM  BIAA
KU.
Sekwencja aminokwasów z kolei decyduje o
strukturze i funkcji białek, zasadniczej maszynerii
\
ycia.
22
ROZMIARY CZ
STECZEK DNA
ORGANIZM PARY ZASAD DA
UGOŚĆ
x 1000 (µm)
(liczone w jednej
nici)
Wirusy
Polioma i SV40 5,1 1,7
Fag  48,6 17
Fag T2 166 56
Wirus krowianki 190 65
Bakterie
Mikoplazma 760 260
E. coli 4 000 1 360
Eukariota
Dro\
d\
e 13 500 4 600
Muszka 165 000 56 000
owocowa 2 900 000 990 000
Człowiek
cząsteczki DNA są długie, gdy\
kodujÄ… du\
Ä… liczbÄ™
białek;
długość cząsteczek DNA mieści się w
makroskopowej skali wymiarów, natomiast jej
szerokość mieści się w skali atomowej;
np. czÄ…steczka DNA E.coli :
długość =1.4x106 nm; szerokość 2 nm
Drosophila melanogaster: pojedyncza czÄ…steczka
DNA, 6,2x107 par zasad, długość 2,1 cm
dla porównania: hemoglobina, średnica 6,5 nm
kolagen, długość 30 nm
23
INSTRUKCJE GENETYCZNA E.coli:
" sÄ… zawarte w pojedynczej nici (czÄ…steczce) DNA
" kierują powstawaniem około 4 000 ró\
nych
rodzajów białek
GENOM CZA
OWIEKA:
" 700 razy więcej DNA; 30 000 genów
" Koduje 50 000  100 000 rodzajów białek
" zorganizowany jako zestaw 23 chromosomów, z
których ka\
dy zawiera jednÄ… dwuniciowÄ…
cząsteczkę DNA zawierająca 55  250 milionów
par zasad
" geny i sekwencje zwiÄ…zane z genami stanowiÄ…
25% DNA
" pozostała część to DNA poza genowy, którego
funkcja nie jest znana
24
DENATURACJA DNA
Podwójną helisę DNA stabilizują wiązania wodorowe i
wzajemne oddziaływanie zasad (oddziaływania
hydrofobowe)
DENATURACJA  ROZDZIELENIE DWÓCH
A
AC
CUCHÓW HELISY SPOWODOWANE
ROZERWANIEM WI
ZAC
WODOROWYCH
DENATURACJ
MOśNA WYWOA
AĆ W
ROZTWORACH DNA PRZEZ:
" OGRZEWANIE  DENATURACJA CIEPLNA
(TOPNIENIE)
" ZAKWASZENIE LUB ALKALIZACJ

JONIZACJA ZASAD
DENATURACJA JEST PROCESEM ODWRACALNYM
25
DENATURACJA CIEPLNA, TOPNIENIE DNA
Tm  temperatura topnienia; wyznacza siÄ™
spektrofotometrycznie, mierzÄ…c absorbancjÄ™ przy
długości fali 260 nm; rozdzieleniu nici towarzyszy
nagły wzrost absorpcji
26
ORGANIZACJA DNA W CHROMOSOMACH
CHROMOSOMY PROKARIOTYCZNE (CHROMOSOMY
BAKTERYJNE):
" w bakteriach DNA występuje w postaci
superhelikalnie zwiniętej kolistej cząsteczki
zlokalizowanej w nukleoidowym rejonie komórki;
" superhelisa tworzy kompleksy z kilkoma białkami
podobnymi do histonów (białka HU, HSP-1 i H-NS) i
jest pofałdowana w około 50 pętli (domen)
związanych z białkowym rusztowaniem, które jest
połączone z błoną komórkową
" długość chromosomu E.coli jest ok. 1000 razy
większa od najdłu\
szego wymiaru bakterii
27
CHROMOSOMY EUKARIOTYCZNE:
" komórki eukariotyczne zawierają znacznie więcej
DNA ni\
prokariotyczne; komórka człowieka zawiera
ok. 1000 razy więcej DNA ni\
komórka bakterii
E.coli
" w komórkach eukariotycznych DNA jest upakowany
w CHROMOSOMY; z wyjątkiem chromosomów płci,
organizmy eukariotyczne majÄ… po dwie kopie
ka\
dego chromosomu (u człowieka jedną
dziedziczÄ… od ojca a drugÄ… od matki
" ka\
dy CHROMOSOM zawiera jednÄ… dwuniciowÄ…
cząsteczkę DNA, białka zwane HISTONAMI i
BIAA
KA NIEHISTONOWE (NHP); białek
histonowych jest wagowo więcej; niehistonowych
jest kilka tysięcy
długość cząsteczek DNA upakowanych w
chromosomy jest ró\
na, zale\
y od gatunku i
konkretnego chromosomu; u człowieka najkrótsza
nić ma długość 1,6 cm, a najdłu\
sza około 8,4 cm
Długość chromosomów w stadium mitozy
(metafaza) wynosi 1,3 -10 µm; stopieÅ„ upakowania
wynosi ok. 104 (stosunek długości liniowej DNA do
długości metafazowego chromosomu)
" CHROMATYNA kompleks DNA z białkami
28
STOPNIE UPAKOWANIA DNA W
CHROMOSOMIE
NUKLOSOMY: kompleksy DNA z HISTONAMI;
Histonów jest pięć typów: H1, H2A, H2B, H3, H4; są to
silnie zasadowe białka, zawierające du\
o argininy i
lizyny;
Nukleonom = oktamer histonowy, zawiera po dwie
czÄ…steczki H2A, H2B, H3 i H4, oplecione DNA;
DNA między nukleosomami (A

CZNIKOWY
DNA) jest zwiÄ…zany z H1
Długość łącznikowego DNA od 8 do 114 par zasad (
średnio 55), zale\
y od organizmu
Odcinek DNA nawinięty na nuklosom zawiera 146 par
zasad; jest nawinięty po zewnętrznej stronie oktameru,
1,8 zwoju lewoskrętnej helisy
Konturowa długość ulega ok. siedmiokrotnemu
skróceniu
WA
ÓKNO 30 nm: nuklosomy zwijają się w struktury
wy\
szego rzedu, SOLENOIDY; na ka\
dy obrót przypada
sześć slenoidów; liniowa długość DNA skraca się dalsze
sześć razy (łącznie 7x6 H" 40)
RADIALNE P
TLE: w ka\
dym chromosomie WA
ÓKNO
30 nm jest przyłączone do centralnego rusztowania
białkowego i tworzy serię pętli rozchodzących się
promieniście od rusztowania; struktura nie jest dokładnie
poznana
29
RODZAJE RNA I ICH I FUNKCJE
S
TRZY rodzaje RNA:
" INFORMACYJNY (mRNA)
" RYBOSOMOWY (rRNA)
" TRANSFEROWY (tRNA)
wszystkie rodzaje RNA sÄ… syntezowane w oparciu o
sekwencjÄ™ zasad w DNA
wszystkie rodzaje RNA biorą udział w syntezie białek:
" RNA RYBOSOMOWY (r RNA) wiÄ…\
e się z białkami i
tworzy rybosomy, miejsca syntezy białek; RYBOSOM
kompleks zbudowany z rRNA (65%) i białka (35%);
masa 2,7x106 u
" RNA TRANSFEROWY (t RNA) wiÄ…\
e specyficznie
poszczególne aminokwasy i transportuje je do miejsca
na rybosomie, w którym są one wbudowywane w
łańcuch polipeptydowy; masa cząsteczkowa 2,5x104;
jest około 40 ró\
nych czÄ…steczek tRNA; na ka\
dy
aminokwas przypada ok. 2 tRNA;
" RNA INFORMACYJNY (m RNA) Å‚Ä…czy siÄ™ z rybosomem
i wskazuje ka\
demu aminokwasowi miejsce
wbudowania w łańcuch polipeptydowy; mRNA
decyduje o sekwencji aminokwasów w białkach
30
KWASY NUKLEINOWE
1.Które z podanych stwierdzeń jest prawdziwe?
A. Dwie nici DNA biegną równolegle od końca 5 do 3
B. Para zasad Adenina  Tymina tworzy trzy wiÄ…zania wodorowe
C. w helisie ą pary zasad są uło\
one prostopadle do osi helisy
3. Jakie wiÄ…zania Å‚Ä…czÄ… nukleotydy w kwasach nukleinowych:
A. glikozydowe
B. fosfodiestrowe
C. dwusiarczkowe
4. Podwójna helisa DNA jest stabilizowana
A. wiÄ…zaniami fosfodiestrowymi
B. wiÄ…zaniami kowalencyjnymi
C. wiązaniami wodorowymi między parami zasad Adenina  Tymina i
Guanina - Cytozyna
5. Zaznacz, jakie cząsteczki wchodzą skład deoksyrybonukleotydów:
A. adenina
B. tymina
C. cytozyna
D. gaunina
E. uracyl
F. ryboza
D. deoksyryboza
F reszta fosforanowa
6. Wymień zasady purynowe i pirymidynowe tworzące komplementarne
pary zasad w:
A. DNA
B. RNA
7. Jakie wiÄ…zania stabilizujÄ… komplementarne pary zasad
A. wodorowe
B. kowalencyjne
8. Pary zasad G-C sÄ… bardziej stabilne ni\
pary A  T
TAK
NIE
9.Polarność pojedynczego łańcucha DNA odnosi się do orientacji jego
rdzenia cukrowo fosforanowego
TAK
NIE
31
 32