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