Puryna
N
N
6
5
4
3
2
1
Pirymidyna
Puryna
N
N
6
5
4
3
2
1
Pirymidyna
Przykłady powstawanie
nukleozydów
O
OH
OH
H
H
HOCH2
H
2'-deoksyadenozyna
H
HOCH2
H
N
N
NH2
N
N
O
O H
H
Konfiguracja
OH
H
HOCH2
H
HN
N
O
NH2
O
OH
H
2'-deoksycytydyna
Konfigura cja
N
N
N H
2
N
N
H
Cytozyna
(Zasada pirymidynowa)
Adenina
(Zasada purynowa)
-H2O
-H2O
H N
N
O
N H2
H
N
N
NH
2
N
N
O
OH
H
OH
H
HOCH
2
H
H
Syn
Anty
N
N
NH
2
N
N
H
HOCH
2
H
H
O
OH
H
OH
Konformacje syn i anty adenozyny
HN
N
O
O
O
O
H
CH
3
P
-
O
O
O
-
1
1'
H
HOCH
2
5'
H
3'
2'-deoksytymidyno-3'-monofosforan
Przykłady nukleotydów
HN
N
O
O
O
OH
H
CH
3
1'
1
H
CH
2
O
P
-
O
O
-
O
5'
H
3'
2'-deoksytymidyno-5'-monofosforan
-
H
H
O
OH
OH
H
N
N
NH
2
N
N
H
CH
2
O
P
O
P
O
P
-
O
O
O
O
O
-
O
-
O
-
Adenozynomonofosforan (AMP)
Adenozynodifosforan (ADP)
Adenozynotrifosforan (ATP)
Wiązania bezwodnikowe
Mono-, di- i trifosforany adenozyny
O
OH
OH
H
H
CH
2
H
H
N
P
O
O
OH
OH
H
N
N
NH
2
N
N
H
CH
2
H
H
P
O
O
-
O
-
O
CONH
2
5'
3'
3'
5'
N
CONH
2
H
H
(NADH)
Zredukowana
forma
koenzymu
Redukcja
Utlenienie
forma
koenzymu
Utleniona
N
C
X
O
X = NH
2
- nikotynamid
X = OH - kwas nikotynowy
Część
nikotynamido-
rybonukleotydowa
Część AMP
W cząsteczce
NADP grupa ta
jest ufosforylowana
Dinukleotyd nikotynamido-adeninowy
(NAD)
Dinukleotyd flawino-adeninowy
(FAD)
NH
N
O
O
N
N
H
3
C
H
3
C
CH
2
C
C
C
CH
2
OH
OH
OH
H
H
H
O
OH
OH
H
N
N
NH
2
N
N
H
CH
2
O
P
O
P
O
O
O
O
-
O
-
H
H
NH
N
O
O
N
N
H
3
C
H
3
C
CH
2
H
H
Utlenienie
Redukcja
Utleniona
forma
koenzymu
Zredukowana
forma
koenzymu
(FADH
2
)
Reszta
FAD
Dinukleotyd flawino-adeninowy (FAD)
Część
ryboflawinowa
Część ADP
O
O
OH
H
N
N
NH
2
N
N
H
CH
2
O
P
O
P
O
O
O
O
-
O
-
H
H
CH
2
C
CH
3
CH
3
CH
OH
C
O
NH
CH
2
CH
2
C
O
NH
CH
2
CH
2
SH
P
O
O
-
-
O
Koenzym A
Pirofosforan
Kwas pantoinowy
-Alanina
Merkaptoetanoamina
Koenzym A jest zbudowany z 3’-monofosforanu
adenozyny, reszty kwasu pirofosforowego związanej w
położeniu 5’, kwasu pantoinowego, β-alaniny oraz
merkaptoetanoaminy
N
N
CH
3
CH
3
O
H
OH
HOH
2
C
H
O
P
O
-
O
O
Co
O
OH
H
2
C
N
N
N
N
HO
NH
2
Koenzym B
12
R =
R
Pomost
peptydowy
Pierścień
porfirynopodobny
R = CN
Witamina B
12
H
H
O
O
OH
H
N
N
NH
2
N
N
H
CH
2
O
P
O
-
O
3'
5'
Adenozyno-3',5'-cykliczny monofosforan
(cykliczny AMP, cAMP)
2-
deoksy-
ryboza
Cytozyna
(C)
Tymina
(T)
Adenina
(A)
Guanina
(G)
Deoksycytydyna
Tymidyna
Deoksyadenozyn
a
Deoksyguanozyn
a
Cukier
Zasad
a
Nukleozyd
Nazwa monofosforanu Skró
t
ryboza
Cytozyna
(C)
Uracyl (U)
Adenina
(A)
Guanina
(G)
Cytydyna
Urydyna
Adenozyna
Guanozyna
cytydyno-5’-monofosforan
urydyno-5’-monofosforan
adenino-5’-monofosforan
guanino-5’-monofosforan
CMP
UMP
AMP
GMP
2’-deoksycytydyno-5’-monofosforan
2’-deoksytymidyno-5’-monofosforan
2’-deoksyadenozyno-5’-
monofosforan
2’-deoksyguanozynono-5’-
monofosforan
dCMP
dTMP
dAMP
dGMP
NUKLEOPROTEINY
BIAŁKA
Kwasy nukleinowe
Kwasy
rybonukleinowe
Kwasy
deoksyrybonukleinowe
Deoksyrybonukleotydy
H
3
PO
4
Rybonukleozydy
Rybonukleotydy
H
3
PO
4
Deoksyrybonukleozydy
Ryboza
Adenina
Guanina
Cytozyna
Uracyl
Deoksyryboz
a
Adenina
Guanina
Cytozyna
Tymina
działaniem roztworów silnych zasad (NaOH)
lub silnych kwasów (HCl, HClO
4
)
działaniem specyficznych enzymów:
nukleodepolimeraz (rybonukleaz i
deoksyrybonukleaz), nukleotydaz i
nukleozydaz.
Hydroliza nukleoprotein może być
przeprowadzona:
W cząsteczkach kwasów nukleinowych
można wyróżnić kilka stopni
uporządkowania cząsteczkowego:
Strukturę
pierwszorzędową,
określającą
rodzaj i kolejność zasad.
Strukturę drugorzędową, rozumianą jako
sposób łączenia zasad w pary
Strukturę trzeciorzędową, opisującą pełną
strukturę przestrzenną z uwzględnieniem
położenia wszystkich atomów w cząsteczce.
Fragment łańcucha DNA zapisany wzorem
chemicznym
O
zasada
H
H
H
CH
2
O
5'
O
zasada
H
H
H
CH
2
O
P
-
O
O
O
3'
5'
3'
O
zasada
H
H
O
H
CH
2
O
P
-
O
O
O
5'
3'
Koniec 5'
Koniec 3'
Reszta fosforanowa łączy
wiązaniami estrowymi
grupę hydroksylową 3’
jednej deoksyrybozy z
grupą hydroksylową 5’
sąsiedniej
Na jednym z atomów
tlenu reszty
fosforanowej pozostaje
ładunek ujemny
Wiązanie β-N-glikozydowe
tworzone przez atom
azotu N1 cytozyny lub
tyminy albo N7 adeniny
lub guaniny
ZASADA
ZASADA
ZASADA
ZASADA
ZASADA
P
P
P
P
1'
1'
1'
1'
1'
2’
2’
2’
2’
2’
3’
3’
3’
3’
3’
5’
5’
5’
5’
5’
H
H
H
H
H
Uproszczony schemat łańcucha DNA
Sposób łączenia się
komplementarnych zasad poprzez
wiązania wodorowe
N
N
O
O
CH
3
H
cukier
N
N
N
N
N
H
H
cukier
N
N
N
N
O
cukier
N
H
H
N
N
O
N
H
H
cukier
Para T-A (2 wiązania wodorowe)
Para C-G (3 wiazania wodorowe)
Podwójna helisa DNA
spiralnie zwinięta wstęga dwóch nici DNA;
odkryta przez anglików Jamesa Watsona i Francisa Cricka
2 IV 1953 r.
Chromosomy zawierają
DNA w postaci podwójnej helisy
1953r. – określenie
struktury DNA
Francis Harry C. Crick
(ur.1916)
James D. Watson
Rosalinda Franklin (1920-
1958)
„The dark lady of DNA”
Rosalinda serwująca kawę
1940r.
Zdjęcia z notatnika Rosalindy
1952r.
1962 Nagroda Nobla
w dziedzinie
fizjologii i
medycyny
1/3 nagrody Wlk.Brytania
(F.H.Crick)
1/3 nagrody Stany
Zjednoczone
(J.D.Watson)
1/3 nagrody Wlk.Brytania i
Nowa Zelandia
(M.H.Wilkins)
Za odkrycia zmierzające do wykrycia struktury
cząsteczkowej kwasów nukleinowych i wyjaśnienia
mechanizmu transportu informacji genetycznej
Co odróżnia postacie DNA
?
Liczba par zasad w jednym zwoju
helisy
Nachylenie czyli kąt pomiędzy każdą
parą zasad
Średnica helisy
Kierunek skrętu helisy (prawy lub
lewy)
A- DNA
Bruzda
Bruzda
Bruzda
Bruzda
Z- DNA
Bruz
da
Bruz
da
Bruz
da
B-
DNA
Bruzda
duża
Bruzd
a duża
Bruzd
a
mała
Bruz
da
mała
Postać Z DNA
Guanina występuje w konformacji
syn
Skok helisy wynosi 12 par zasad
Powtarzającą się jednostką są 2 pary
zasad
Atomy fosforu tworzą zygzakowaty wzór
po obwodzie cząsteczki
Brak większej bruzdy
Lewoskrętna helisa
Przykłady rozmiarów cząsteczek DNA
SYNTEZA DNA
n (dATP + dGTP +TTP +dCTP) DNA +
nPP
Mg
2+
Polimeraza
DNA
Synteza DNA
indukowane -
wywołane przez czynniki fizyczne
np.promieniowanie UV i chemiczne powodujące
przerwanie łańcucha DNA, wypadanie całego
fragmentu
DNA
(delecja),
uwodnienie
zasad
pirymidynowych (hydratacja), powstanie cyklicznych
dimerów T-T, itp.
Rozróżniamy m.in. mutacje:
spontaniczne
-
powstają rzadko i są wynikiem
przekształceń tautomerycznych zasad we
fragmencie DNA.
Mutageny
analogi zasad (hamują pewne etapy syntezy
naturalnych nukleotydów purynowych i
pirymidynowych, skracają łańcuchów
polinukleotydowych)
czynniki alkilujace (iperyt siarkowy)
antybiotyki i związki odziałaniu podobnym hamuja
syntezę DNA i niektórych rodzajów RNA przez
inhibicję odpowiednich nukleotydylotransferaz)
barwniki
promieniowanie jonizujące (hamuja procesy podziału
)
DimerT = T
Światło
ultrafioletowe
T =
T
A A
A A
T T
A A
Nacięcie przez
egzonukleazę
Ligaza
DNA
DNA
prawidłowy
DNA
prawidłowy
T =
T
A A
Trawienie
przez
endonukleazę
Synteza naprawcza.
Polimeraza I DNA
PRZYKŁAD MECHANIZMU NAPRAWCZEGO
DNA
TRIADA BIOSYNYEZY BIAŁKA
DNA
DNA
DNA
Replikacja
mRNA
Od
wro
tn
a T
ra
ns
kry
pc
ja
Transkrypcja
tRNA
rRNA
Translacja
Białko
ZASADA
1'
1'
1'
1'
1'
2’
2’
2’
2’
2’
3’
3’
3’
3’
3’
5’
5’
5’
5’
5’
OH
OH
OH
OH
OH
P
P
P
P
ZASADA
ZASADA
ZASADA
ZASADA
Uproszczony schemat łańcucha
RNA
Struktura drugorzędowa RNA. Widoczne są
sparowane zasady tej samej nici kwasu oraz
powstała pętla gdzie zasady nie są sparowane.
C
G
A
U
U
A
G
C
G
C
C
G
C
A
C
U
G
A
G
A
U
U
C
C
C
A
Stanowi od 50-80% całkowitej zawartości RNA
komórki, tworzy wraz z grupą białek rybosomy -
struktury, w obrębie których zachodzi synteza białka,
czyli rybosomalny RNA -rRNA. Jego masa
cząsteczkowa jest bardzo duża, każda cząsteczka
zawiera kilka tysięcy nukleotydów
.
Matrycowy (informacyjny),(ang. messenger RNA). Jego
zawartość w komórce wynosi kilka procent (ok. 5%)
całkowitej ilości RNA. Cząsteczki mRNA są jednoniciowe i
niejednorodne. Ich masy są rzędu kilku tysięcy do
miliona u. Kwasy te wytwarzane są w jądrze, przy udziale
chromosomów,
a
ich
skład
nukleotydowy
jest
komplementarny do składu jądrowego DNA
mRN
A
r RNA
Cząsteczki tRNA stanowią około 15% ogólnej zawartości
RNA. Pojedynczy łańcuch tRNA zbudowany jest z 73 -
93 nukleotydów. Masa cząsteczkowa tych kwasów waha
się w granicach 25000-30000 u. Każdy z kwasów tRNA
różni się od innych cząsteczek tRNA sekwencją
nukleotydów, lecz jako klasa mają one wiele
właściwości wspólnych.
tRNA
Odcinek DNA rozwinięty
lokalnie
Nierozwinięte odcinki podwójnej
helisy DNA
G
C
A
A
A
T
T T
A
C
C
C
G
G U
A
U
A
C
U
A
A
U
T
A
A
G
C G
C
A
T
A
A
T
G
G
C
G
G
T
A T
A
G
3’ koniec
5’ koniec
5’ koniec
3’ koniec
mRNA
Transkrypcja, czyli przepisywanie informacji
genetycznej z DNA na RNA. Podwójna helisa
DNA rozwija się na pewnym odcinku, co
umożliwia zasadom DNA przyłączenie zasad
komplementarnych i w efekcie syntezę RNA
Etapy syntezy
Inicjacja
jest pierwszym etapem w syntezie RNA, w którym
enzym wiąże się z matrycą. W procesie tym swoisty czynnik
białkowy - czynnik sigma ( ) ułatwia rdzeniowi enzymu dołączyć się
do ściśle określonej sekwencji dezoksyrybonukleotydowej czyli
promotora.
Asocjacja
jest to powstanie pierwszego nukleotydowego
wiązania. Najpierw zachodzi kopiowanie odsłoniętej zasady
pirymidynowej w DNA. Z zasadą pirymidynową łączy się
wiązaniami wodorowymi komplementarna zasada purynowa
odpowiedniego wysokoenergetycznego nukleotydu (np. do tyminy
w DNA dołącza się ATP). Następnie do odsłanianych kolejno zasad
łańcucha DNA dochodzą inne trifosforany nukleozydów o zasadach
komplementarnych
Elongacja
polega na przemieszczeniu nukleofilowym, w którym
para elektronowa przy atomie tlenu grupy 3’ OH końcowej reszty
mononukleotydowej w narastającym łańcuchu reaguje z alfa
atomem fosforu włączanego 5’-trifosforanu nukleozydu; powoduje
to wyparcie jego reszty pirofosforanowej i wytworzenie połączenia
między nukleotydami
Terminacja
ostatni etap w syntezie RNA polega na rozpoznaniu
przez czynnik enzym białkowy rho () sekwencji terminalnej, przy
czym następuje uwolnienie enzymu z matrycy DNA
.
Proces elongacji. Bezwodnik kwasowy jakim jest
cząstka XTP aryluje alkoholową grupę OH przy
trzecim atomie węgla rybozy dając ester
fosforanowy w postaci przedłużonego łańcucha
RNA
.
O
CH
2
O
O
OH
CH
2
Zasada 1
CH
2
O
OH
CH
2
Zasada 2
O
P
O
O
-
OH
5'
2'
3'
2'
3'
5'
CH
2
O
OH
CH
2
Zasada 3
OH
O
P
O
P
O
P
OH
O
O
O
O
-
O
-
O
-
5'
3'
2'
+
O
CH
2
O
O
OH
CH
2
Zasada 1
CH
2
O
OH
CH
2
Zasada 2
O
P
O
O
-
O
5'
3'
2'
3'
2'
5'
CH
2
O
OH
CH
2
Zasada 3
O
P
O
O
-
OH
2'
3'
5'
Łańcuch RNA
Włączany XTP
Przedłużony łańcuch RNA
+PP
Obróbka potranskrypcyjna
Oczapeczkowanie
Poliadenylacja
Metylacje
Wycinanie intronów
N
N
N
N
H
2
N
O
-
CH
3
O
OH
OH
CH
2
O
P
O
O
-
O
P
O
P
O
CH
2
O
O
O
-
O
-
O
O
OCH
3
lub
OH
CH
2
Zasada 1
CH
2
O
O
OH
lub
OCH
3
CH
2
Zasada 2
O
P
O
O
-
P
O
O
-
O
5'
3'
2'
3'
2'
5'
9
8
7
7-metyloguanozyna
Koniec 5' mRNA
3 reszty fosforanowe
100-200 reszt
poliadenylowych
Schemat procesu zwanego „składaniem genów”. Odcinki
niekodujące zwane intronami są wycinane przez
odpowiednie enzymy a pozostające po tym odcinki
kodujące zwane eksonami są spajane w jedną całość.
Powstaje łańcuch mRNA
IVS
IVS
Gen
Wyjściowy mRNA
(pierwotny
transkrypt)
Czapeczka 5’, ogon poli
A
Składanie
Obróbka
mRNA
5’
5’
3’
3’
Intron
y
Transkrypcja
CAP
CAP
AAAA
AAAA
AAAA
CAP
Ostateczny mRNA
Translacja do białka
przez rybosomy
Transport do
cytoplazmy
Eksony
Polimeraza I (A),
obecna w jąderku uczestniczy w
transkrypcji mRNA i krótkich rRNA (5S), zbudowana
jest z 8 jednostek białkowych
.
Polimeraza II (B),
obecna w
nukleoplazmie uczestniczy w transkrypcji
tRNA i krótkich rRNA (5S), zbudowana jest z
8 jednostek białkowych
.
Polimeraza III (C),
obecna również w
nukleoplazmie uczestniczy w transkrypcji tRNA,
zbudowana jest z 10 podjednostek białkowych.
Synteza
RNA
POLIMERAZA RNA
Mg
2+
Decyduje o kolejności włączania XTP
do łańcucha polinukleotydowego
(mRNA)
MATRYCA DNA
n(ATP+GTP+CTP+UTP) mRNA
+ 4nPP
i
Schemat struktury drugorzędowej 5S r
RNA
A
C
C
N
N
O
CH
3
O
H
H
5,6-dihydrouracyl
N
N
O
CH
2
OH
NH
2
H
5-hydroksymetylocytozyna
Pseudourydyna
(5-rybozylouracyl)
HN
NH
O
O
RYBOZA
7-metyloguanozyna
HN
N
N
N
O
CH
3
H
2
N
RYBOZA
Inozyna
(6-ketopuryna)
HN
N
N
N
O
RYBOZA
5-metylocytydyna
N
N
O
CH
3
NH
2
RYBOZA
Niektóre z zasad wchodzące w skład tylko tRNA
oprócz, czterech, które wchodzą w skład wszystkich
rodzajów RNA
Wiązanie
estrowe
Wiązanie
bezwodnikowe
OH
C
O
CH
R
H
2
N
+
+
Syntetaza
Aminokwas
ATP
Aminoacyloadenylan
Kwas
difosforowy
Aminoacyloadenylan
+
GTP, Mg
2+
+
+
Enzym
tRNA
Aminoacylo-tRNA
AMP
CH
2
O
OH
OH
O
CH
2
O
OH
OH
O
A
O
C
O
CH
R
H
2
N
CH
2
O
OH
OH
O
A
O
C
O
CH
R
H
2
N
3'
5'
C
C
A
CH
2
O
OH
OH
O
A
O
C
O
CH
R
H
2
N
A
P
P
P
P
P
P
P
P
3'
5'
C
C
A
Początek biosyntezy białka. ATP łączy się z
aminokwasem tworząc mieszany bezwodnik
fosforanowo aminoacylowy, (aminoacyloadenylan),
który reaguje z tRNA przyłączając do niego
aminokwas wiązaniem estrowym. Powstaje
cząsteczka aminoacylo-tRNA
AUG - kodon
inicjujący
Eucariota
Procariota