KWASY NUKLEINOWE OGÓLNIE

• są to związki organiczne zbudowane z nukleotydów. Wyróżniamy DNA i RNA.

SKŁAD CHEMICZNY KWASÓW NUKLEINOWYCH

Kwas nukleinowy składa się z połączonych ze sobą podjednostek- nukleotydów. Każdy nukleotyd zbudowany jest z zasady azotowej połączonej wiązaniem N-glikozydowym z cukrem (pentozą) oraz grupy fosforanowej.

Zasada azotowa- związek organiczny posiadający skomplikowaną budowę cykliczną, zawierający w swoim składzie atomy azotu. Wymienia się 5 rodzajów zasad azotowych występujących w kwasach nukleinowych. Dzieli się je na 2 grupy. Są to:

• zasady purynowe (pochodne heterocyklicznego związku puryny). Adenina i guanina.

• zasady pirymidynowe (pochodne heterocyklicznego związku pirymidyny). Cytozynę, guaninę, uracyl.

Nukleozyd- zasada azotowa połączona z cukrem.

PODWÓJNA HELISA DNA

Cząsteczka DNA zbudowana jest z dwóch nici polinukleotydowych, które łączą się ze sobą wiązaniami wodorowymi między zasadami azotowymi. Model podwójnej helisy zakłada, że nici ułożone są antyrównolegle. Jedna nić DNA ułożona jest w kierunku 5’-3’, a druga 3’-5’.

Na zewnątrz helisy znajduje się ujemnie naładowany szkielet cukrowo- fosforanowy. Zasady azotowe leżą wewnętrznie i są prostopadłe do osi helisy. Zasady azotowe mają płaską strukturę.

Podwójna helisa jest prawoskrętna i jej skręt jest zgodny z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Może ona ulegać załamaniu, zgięciu czy rozplataniu i przybierać różne formy helikalne. Liczba par zasad przypadających na jeden skręt helisy nie jest stała i zależy od lokalnych zmian w środowisku komórki.

Komplementarne pary zasad:

• Adenina zawsze tworzy parę z tyminą. Dwa wiązania wodorowe.

• Guanina zawsze tworzy parę z cytozyną. Trzy wiązania wodorowe.

STRUKTURA KWASÓW NUKLEINOWYCH

Struktura przestrzenna DNA obejmuje cztery poziomy

• Struktura pierwszorzędowa- kolejność nukleotydów w łańcuchu polinukleotydowym

• Struktura drugorzędowa- dwa helisowo zwinięte łańcuchy polinukleotydowe utrzymywane wspólnie z wiązaniami wodorowymi między komplementarnymi zasadami azotowymi oraz wiązaniami hydrofobowymi.

• Struktura trzeciorzędowa- specyficzna konfiguracja w przestrzeni wielkocząsteczkowej, podwójnego heliksu DNA.

• Struktura czwartorzędowa- oddziaływanie wzajemne cząsteczek DNA, mających swoją określoną strukturę I, II i III rzędową.

ALTERNATYWNE STRUKTURY PODWÓJNEJ HELISY

• Model zaproponowany przez Watsona i Cricka- helisa B-DNA. Występuje powszechnie w żywych komórkach. Na jej powierzchni występuje większa bruzda i mała bruzda. Na całkowity skręt helisy przypada 10 par zasad.

• Forma A-DNA- dwuniciowa, prawoskrętna helisa. Krótsza i szersza od B-DNA. Na całkowity skręt helisy przypada 11 par zasad. Duży rowek głęboki i wąski. Mniejszy rowek unika prawie całkowitemu zanikowi i osiąga kształt bardzo szeroki i płytki. Formę A przybierają też dwuniciowe regiony RNA (grupa 2’-OH uniemożliwia powstanie klasycznej struktury B w tych rejonach). Hybrydowe cząsteczki DNA-RNA też przyjmują formę A.

• Forma Z-DNA- lewoskrętna, długa, wąska, więcej par zasad na jeden skręt helisy. Nazwana formą Z, ze względu na szkielet cukrowo- fosforanowy, który kształtem przypomina literę Z. Ma tylko jeden rowek. Jak dotąd nie stwierdzono występowania formy Z in vivo.

KOLISTE I SUPERHELIKALNE FORMY DNA

• W genomach Eucaryota DNA zorganizowany jest w postaci dużych pętli, unieruchomionych w macierzy jądrowej.

• Superhelikalne koliste cząsteczki DNA ulegają dodatkowemu upakowaniu. Powstaje w wyniku skręcenia helisy w przestrzeni dookoła własnej osi. Może występować tylko w zamkniętych cząsteczkach DNA.

• Superhelikalność odgrywa ważną rolę w procesach replikacji, transkrypcji i rekombinacji.

• Negatywne superskręty tworzą się w przypadku skręcenia wokół osi podłużnej łańcuchów DNA w odwrotnym kierunku do obrotu prawoskrętnej helisy DNA.

RNA- RYBONUKLEINOWY

• jednoniciowy, ale w niektórych regionach może występować jako dwuniciowy, tworząc struktury zwane spinkami do włosów.

• ułożenie zasad azotowych w RNA nie jest dowolne. Ich kolejność jest lustrzanym odbiciem kolejności ułożenia zasad azotowych w matrycowej nici DNA, a takie same (zamieniając tyminę na uracyl) w nici kodującej

• W przypadku wirusów RNA zawierających pojedynczą nić kwasu nukleinowego można mówić o polarności nici. Nić o dodatniej polarności to taka, która może pełnić funkcję mRNA, zaś nić o ujemnej polaryzacji to taka, która jest komplementarna do mRNA.

Wśród kwasów rybonukleinowych wyróżnia się m.in.:

• informacyjne lub matrycowe RNA (mRNA)

• rybosomalne RNA (rRNA)

• transferowe RNA (tRNA)

• heterogenne jądrowe RNA (hnRNA lub pre-mRNA) – głównie produkty transkrypcji DNA i przetwarzania surowego transkryptu do mRNA

• antysensowne RNA albo interferencyjne RNA (siRNA i miRNA) – produkowane w celu precyzyjnej regulacji ekspresji genów kodujących białka (za pomocą mechanizmu wspólnego lub bardzo zbliżonego do systemu zwalczania wirusów RNA)

• małe cytoplazmatyczne RNA (scRNA) – odpowiedzialne za rozpoznawanie sygnału w komórce

• małe jądrowe RNA (snRNA) – pełniące funkcje enzymatyczne przy wycinaniu intronów z transkryptów

• małe jąderkowe RNA (snoRNA) – biorące udział w modyfikacji chemicznej pre-mRNA

RODZAJ	Pentoza	Zasady azotowe	WYSTĘPOWANIE	BUDOWA	ROLA
DNA- KWAS DEOKSYRYBONUKLEINOWY
LINIOWY	Deoksyryboza	Adenina Tymina Guanina Uracyl	Jądra eukariontów, niektóre wirusy	Forma z komplementarnymi „lepkimi końcami”, u niektórych wirusów mogąca się przekształcić w formę kolistą	przechowywanie inf genetycznej dzięki replikacji przekazywanie inf genetycznej komórkom potomnym
KOLISTY			Mitochondria eukariontów	Forma CCC- obie nici są zamknięte, a ponadto często wielokrotnie splecione
			Chloroplasty eukariontów
			Genofor bakterii i sinic
			Wirusy, plazmidy
RNA- KWAS RYBONUKLEINOWY
rRNA (rybosomalny) 3 rodzaje u prokariontów, 4 u eukariontów	Ryboza	Adenina Uracyl Guanina Cytozyna	Rybosomy, jądro, mitochondria, rybosomy	Struktura przestrzenna skomplikowana: obszary dwuniciowej spirali oraz jednoniciowych łańcuchów polinukleotydowych	Składnik rybosomów, aktywny udział w procesie syntezy białek
tRNA (przekaźnikowy, transportujący)			Cytoplazma, jądro, mitochondria, rybosomy	Krótki łańcuch zawinięty w charakterystyczny sposób. Odcinki dwuniciowe splecione w helisę są oddzielone jednoniciowymi pętlami (w rzucie przypomina liść koniczyny)	Przenośnik aminokwasów w procesie syntezy peptydów
mRNA			Cytoplazma, jądro, mitochondria, rybosomy	Pojedynczy łańcuch polinukleotydowy o różnej długości	Matryca w procesie syntezy peptydów: sekwencja nukleotydów w mRNA wyznacza sekwencję aminokwasów w tworzonym peptydzie
Wirusowy RNA			Niektóre wirusy	Jednoniciowy, rzadziej dwuniciowy. Zwinięty w kształt kłębka	Nośnik informacji genetycznej, matryca w syntezie białek