Kwasy nukleinowe wykład

KWASY NUKLEINOWE

Prof. Krystyna Fabianowska-Majewska

KWASY NUKLEINOWE



biopolimery zbudowane z nukleotydów ;

nukleotyd = zasada azotowa (purynowa lub
pirymidynowa) + cukier (pentoza: ryboza lub
deoksyryboza) + reszta kwasu fosforanowego



dwa rodzaje kwasów nukleinowych różniących
się budową, występowaniem w komórkach i
funkcją biologiczną –

DNA i RNA

;



nośniki informacji genetycznej, pośredniczą w
produkcji białek (transkrypcja i translacja);

KWASY NUKLEINOWE

Źródło substratów dla kwasów nukleinowych:

- kwasy nukleinowe (oraz potrzebne substraty) są syntetyzowane

de novo w komórkach;

- zasady purynowe i pirymidynowe zawarte w diecie nie są

wbudowywane do kwasów nukleinowych i tkanek;

- analogi puryn i pirymidyn (leki przeciwnowotworowe) mogą być

wbudowane do kwasów tylko po podaniu dożylnym;

- kwasy nukleinowe z pożywienia są degradowane do puryn i

pirymidyn.

PREKURSORY RNA I DNA

- zasady pirymidynowe:

- zasady purynowe:

cytozyna

2-oksy-4-aminopirymidyna

tymina

2,4-dioksy-5-metylopirymidyna

uracyl

2,4-dioksypirymidyna

adenina

6-aminopuryna

guanina

2-amino-6-oksypuryna

pirymidyna

puryna

DNA

RNA

WAŻNE POCHODNE ZASAD PURYNOWYCH I

PIRYMIDYNOWYCH

hipoksantyna

(6-oksypuryna)

ksantyna

(2,6-dioksypuryna)

kwas moczowy

(forma enolowa)

(forma ketonowa)

końcowy produkt katabolizmu (rozkładu) puryn

kofeina

(1,3,7-trimetyloksantyna)

oraz:
teofilina
(1,3-dimetyloksantyna)

teobromina
(3,7-dimetyloksantyna)

WAŻNE POCHODNE ZASAD PURYNOWYCH I

PIRYMIDYNOWYCH

5-metylocytozyna

5-hydroksymetylocytozyna

wiązanie

β N-glikozydowe

- nukleozydy:

zasada + cukier

(purynowa lub pirymidynowa) (D-ryboza lub 2’-deoksyryboza)

PREKURSORY RNA I DNA

adenozyna

2’-deoksytymidyna

RNA

DNA

PREKURSORY RNA I DNA

- nukleotydy:

adenozyno-

5’-monofosforan (AMP)

adenozyno-

5’-difosforan (ADP)

adenozyno-

5’-trifosforan (ATP)

wiązanie

β N-glikozydowe

adenina

D-ryboza

c(AMP)
adenozyno-

3’, 5’-monofosforan

PREKURSORY RNA I DNA

- nukleotydy:

estry kwasu ortofosforowego i nukleozydów

CTP

UTP

GTP

ATP

RNA

PREKURSORY RNA I DNA

- nukleotydy:

estry kwasu ortofosforowego i nukleozydów

dCTP

dTTP

dGTP

dATP

DNA

ANALOGI NUKLEOZYDÓW STOSOWNE W LECZENIU
INFEKCJI WIRUSOWYCH I NOWOTWORÓW

HIV - AZT

3’-azidotymidyna

ddI

2’,3’-dideoksyinozyna

5FU

5-fluorouracyl

oraz:

ddC

2’,3’-dideoksycytydyna

ddA

2’,3’-dideoksyadenozyna

ANALOGI NUKLEOZYDÓW STOSOWNE W LECZENIU
INFEKCJI WIRUSOWYCH I NOWOTWORÓW

Ara-C

cytarabina

arabinozylocytozyna

2CdA

2-chlorodeoksyadenozyna

Ara-A

widarabina

arabinozyloadenozyna

Allopurinol

BUDOWA KWASÓW NUKLEINOWYCH

1. Struktura

I-rzędowa

kolejność

ułożenia

nukleotydów (sekwencja);

–

struktura ta jest stabilizowana przez wiązania

fosfodiestrowe

łączące

kolejne

cukry:

rybozy

(deoksyrybozy), wiązanie pomiędzy grupą 3’-OH z jednej
zasady z grupą 5’-OH kolejnej zasady;

wiązanie

fosfodiestrowe

5’

3’

BUDOWA KWASÓW NUKLEINOWYCH

2. Struktura II-rzędowa

, to przestrzenne ułożenie dwóch

łańcuchów polinukleotydów (w DNA), lub struktura
liścia koniczyny (fragmenty dwuniciowe RNA);



struktura ta jest stabilizowana przez:

– wiązania wodorowe pomiędzy komplementarnymi
zasadami – dwa wiązania wodorowe pomiędzy i trzy
wiązania pomiędzy ;

– oddziaływania typu „stacking” pomiędzy sąsiadującymi
zasadami;

KWASY NUKLEINOWE

Denaturacja kwasów nukleinowych, to zniszczenie

struktury II-rzędowej;

czynniki denaturujące:

– temperatura;

– obniżenie pH roztworu;

– niska siła jonowa;

Miarą denaturacji jest tzw. temperatura topnienia DNA, czyli

temperatura przy której zostaje zniszczona struktura II-rzędowa

(czyli dochodzi do zerwania wiązań wodorowych pomiędzy

komplementarnymi zasadami).

Niższa temperatura topnienia dla DNA z przewagą par A – T;

Wyższa temperatura topnienia dla DNA z przewagą par G – C.

Miarą może być także absorbancja – wyższa dla zdenaturowanego

DNA. Dwuniciowy DNA ma niższą absorbancje o ok. 40 % - efekt

hiperchromowy przy denaturacji.

KWASY NUKLEINOWE

Hybrydyzacja, to termiczne rozdzielenie nici DNA na dwa
pasma.

Po oziębieniu może dojść do:

- renaturacji, czyli odtworzenia nici podwójnej,

- połączenia (wiązaniami wodorowymi) z innym pasmem

DNA lub RNA.

Hybryd DNA – RNA jest niewrażliwy na działanie RN-az (enzymów
trawiących cząsteczki RNA.

BUDOWA DNA



Liniowy

nierozgałęziony

polimer,

zbudowany

podjednostek nukleotydowych:

nukleotyd w DNA = zasada (purynowa: A i G,

pirymidynowa: C i T) + cukier (pentoza - deoksyryboza) +

reszta fosforanowa;



Zazwyczaj cząsteczka DNA składa się z dwóch

komplementarnych

przeciwbieżnych

łańcuchów

uformowanych w podwójną, prawoskrętną helisę;



James Watson i Francis Crick w 1953 przedstawili model

podwójnej helisy DNA (został on ustalony na podstawie

zdjęć krystalografii rentgenowskiej wykonanych przez

Rosalind Franklin oraz Maurice'a Wilkinsa). Za odkrycie

struktury DNA Watson, Crick i Wilkins otrzymali w 1962

Nagrodę Nobla (Rosalind Franklin zmarła na raka w

1958).

STRUKTURA DNA

STRUKTURA RÓŻNYCH FORM dsDNA

B-DNA

A-DNA

Z-DNA

CECHY RÓŻNYCH FORM PODWÓJNEJ HELISY DNA

Cecha

Konformacja

B-DNA

A-DNA

Z-DNA

Typ helisy

prawoskrętna

lewoskrętna

Średnica helisy

2,37 nm

2,55 nm

1,84 nm

Skok helisy

3,4 nm

3,2 nm

4,5 nm

Liczba zasad na

skręt

Większy rowek

szeroki, głęboki

wąski, głęboki

płaski

Mniejszy rowek

wąski, płytki

szeroki, płytki

wąski, głęboki

BUDOWA RNA



Liniowy

nierozgałęziony

polimer,

zbudowany

podjednostek nukleotydowych:

nukleotyd w RNA = zasada (purynowa: A i G,

pirymidynowa: C i U) + cukier (pentoza - ryboza) + reszta

fosforanowa;



RNA jest zazwyczaj jednoniciowy (postać dwuniciowa,

występuje głównie jako materiał genetyczny niektórych

wirusów). Jednak w wypadku cząsteczek jednoniciowych,

niekiedy dochodzi do parowania różnych odcinków tej

samej nici - tworzenie fragmentów dwuniciowych

decyduje to o strukturze całej cząsteczki.



W komórce występuje wiele rodzajów kwasów

rybonukleinowych różniących się pełnioną funkcją, masą

cząsteczkową i strukturą, m.in.:

RODZAJE RNA



informacyjne zwane matrycowym–

mRNA

;

- heterogenne jądrowe (hnRNA) m. cz. > 10

- głównie produkty

transkrypcji DNA i przetwarzania surowego transkryptu do
mRNA;

- cytoplazmatyczne (mRNA) m. cz. < 10

;



rybosomalne –

rRNA

;



transferowe, przenośnikowe –

tRNA

;

mRNA



koniec 5’ mRNA,

zakończony

„czapeczką”,

trifosforan

7-metyloguanozyny

przyłączony do 2’-O-metylorybonukleozydu, a konkretnie do jego
grupy 5’-hydroksylowej przez reszty fosforanowe.

Translacja mRNA na białko rozpoczyna się od końca 5’.



koniec 3’ mRNA,

hydroksylowy z dołączonym polimerem zbudowanym z 200 –

250 nukleotydów adenylowych tzw. „ogon” – poli (A).



synteza mRNA to

TRANSKRYPCJA

– w procesie tym

syntetyzowana

jest

kopia

nici

bezsensownej

DNA,

komplementarnej

nici

sensownej.

Zsyntetyzowana

cząsteczka mRNA zawiera informację zawartą w genie (DNA)
niezbędną do syntezy białka.



proces syntezy białka w oparciu o mRNA to

TRANSLACJA.

mRNA

Struktura dojrzałego eukariotycznego mRNA:
czapeczka na 5'-końcu(CAP),
5'-obszaru nieulegający translacji (5'UTR),
sekwencja kodująca (CDS),
3'-obszar nieulegający translacji (3'UTR)’
ogon poli-A

rRNA



cytoplazmatyczna nukleoproteina „ fabryka” syntezy białka na
matrycach mRNA.



transferowy RNA (

~75 nukleotydów);



cząsteczki tRNA biorą bezpośredni udział w procesie syntezy
białka –

TRANSLACJI

dostarczając kolejne aminokwasy;



każda komórka posiada przynajmniej 20 rodzajów cząsteczek
tRNA, odpowiadających 20 aminokwasom;



transportowany aminokwas łączy się do sekwencji końcowej
CCA (wiązanie estrowe pomiędzy grupą karboksylową
aminokwasu a 3’-hydroksylową reszty adenozylowej;



ramię antykodonowe rozpoznaje kodon na matrycy mRNA
(sekwencje komplementarne)

tRNA

tRNA – struktura drugorzędowa

Schemat budowy tRNA:
α, ramię antykodonowe A;
β, ramię aminokwasowe (akceptorowe);
γ, ramię dodatkowe (zmienne);
δ, ramię dihydrourydynowe D;
τ, ramię rybotymidowe (pseudourydynowe) T