KWASY NUKLEINOWE
Prof. Krystyna Fabianowska-Majewska
KWASY NUKLEINOWE
Òð biopolimery zbudowane z nukleotydów ;
nukleotyd = zasada azotowa (purynowa lub
pirymidynowa) + cukier (pentoza: ryboza lub
deoksyryboza) + reszta kwasu fosforanowego
Òð dwa rodzaje kwasów nukleinowych różniÄ…cych
się budową, występowaniem w komórkach i
funkcjÄ… biologicznÄ…  DNA i RNA;
Òð noÅ›niki informacji genetycznej, poÅ›redniczÄ… w
produkcji białek (transkrypcja i translacja);
KWASY NUKLEINOWE
y
ródło substratów dla kwasów nukleinowych:
- kwasy nukleinowe (oraz potrzebne substraty) sÄ… syntetyzowane
de novo w komórkach;
- zasady purynowe i pirymidynowe zawarte w diecie nie sÄ…
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
pirymidyna
- zasady pirymidynowe:
DNA
RNA
cytozyna tymina uracyl
2-oksy-4-aminopirymidyna 2,4-dioksy-5-metylopirymidyna 2,4-dioksypirymidyna
- zasady purynowe:
puryna
adenina guanina
6-aminopuryna 2-amino-6-oksypuryna
 WAŻNE POCHODNE ZASAD PURYNOWYCH I
PIRYMIDYNOWYCH
kofeina
hipoksantyna ksantyna
(1,3,7-trimetyloksantyna)
(6-oksypuryna) (2,6-dioksypuryna)
oraz:
teofilina
(1,3-dimetyloksantyna)
teobromina
(3,7-dimetyloksantyna)
kwas moczowy
(forma enolowa) (forma ketonowa)
końcowy produkt katabolizmu (rozkładu) puryn
WAŻNE POCHODNE ZASAD PURYNOWYCH I
PIRYMIDYNOWYCH
5-metylocytozyna 5-hydroksymetylocytozyna
PREKURSORY RNA I DNA
- nukleozydy:
zasada + cukier
(purynowa lub pirymidynowa) (D-ryboza lub 2 -deoksyryboza)
RNA DNA
wiÄ…zanie
² N-glikozydowe
adenozyna 2 -deoksytymidyna
PREKURSORY RNA I DNA
adenina
- nukleotydy:
wiÄ…zanie
² N-glikozydowe
D-ryboza
adenozyno-5 -monofosforan (AMP)
adenozyno-5 -difosforan (ADP)
c(AMP)
adenozyno-5 -trifosforan (ATP)
adenozyno-3 , 5 -monofosforan
PREKURSORY RNA I DNA
- nukleotydy:
estry kwasu ortofosforowego i nukleozydów
RNA
UTP
CTP
GTP ATP
PREKURSORY RNA I DNA
- nukleotydy:
estry kwasu ortofosforowego i nukleozydów
DNA
dTTP
dCTP
dGTP dATP
ANALOGI NUKLEOZYDÓW STOSOWNE W LECZENIU
INFEKCJI WIRUSOWYCH I NOWOTWORÓW
HIV - AZT ddI 5FU
3 -azidotymidyna 2 ,3 -dideoksyinozyna 5-fluorouracyl
oraz:
ddC
2 ,3 -dideoksycytydyna
ddA
2 ,3 -dideoksyadenozyna
ANALOGI NUKLEOZYDÓW STOSOWNE W LECZENIU
INFEKCJI WIRUSOWYCH I NOWOTWORÓW
Ara-C Ara-A
2CdA
cytarabina widarabina
2-chlorodeoksyadenozyna
arabinozylocytozyna arabinozyloadenozyna
Allopurinol
BUDOWA KWASÓW NUKLEINOWYCH
1. Struktura I-rzędowa, to kolejność ułożenia
nukleotydów (sekwencja);
 struktura ta jest stabilizowana przez wiÄ…zania
fosfodiestrowe Å‚Ä…czÄ…ce kolejne cukry: rybozy
(deoksyrybozy), wiązanie pomiędzy grupą 3 -OH z jednej
5
zasady z grupÄ… 5 -OH kolejnej zasady;
wiÄ…zanie
fosfodiestrowe
3
BUDOWA KWASÓW NUKLEINOWYCH
2. Struktura II-rzędowa, to przestrzenne ułożenie dwóch
łańcuchów polinukleotydów (w DNA), lub struktura
liścia koniczyny (fragmenty dwuniciowe RNA);
żð struktura ta jest stabilizowana przez:
 wiązania wodorowe pomiędzy komplementarnymi
A T
zasadami  dwa wiązania wodorowe pomiędzy i trzy
wiązania pomiędzy ;
G C
 oddziaływania typu  stacking pomiędzy sąsiadującymi
zasadami;
KWASY NUKLEINOWE
Denaturacja kwasów nukleinowych, to zniszczenie
struktury II-rzędowej;
czynniki denaturujÄ…ce:
 temperatura;
 obniżenie pH roztworu;
 niska siła jonowa;
MiarÄ… 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
trawiÄ…cych czÄ…steczki RNA.
BUDOWA DNA
Òð Liniowy nierozgaÅ‚Ä™ziony polimer, zbudowany z
podjednostek nukleotydowych:
nukleotyd w DNA = zasada (purynowa: A i G,
pirymidynowa: C i T) + cukier (pentoza - deoksyryboza) +
reszta fosforanowa;
Òð Zazwyczaj czÄ…steczka DNA skÅ‚ada siÄ™ z dwóch
komplementarnych przeciwbieżnych łańcuchów
uformowanych w podwójną, prawoskrętną helisę;
Òð 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
Konformacja
Cecha
B-DNA A-DNA Z-DNA
Typ helisy prawoskrętna prawoskrętna lewoskrętna
Åšrednica helisy 2,37 nm 2,55 nm 1,84 nm
Skok helisy 3,4 nm 3,2 nm 4,5 nm
Liczba zasad na
10 11 12
skręt
Większy rowek szeroki, głęboki wąski, głęboki płaski
Mniejszy rowek wąski, płytki szeroki, płytki wąski, głęboki
BUDOWA RNA
Òð Liniowy nierozgaÅ‚Ä™ziony polimer, zbudowany z
podjednostek nukleotydowych:
nukleotyd w RNA = zasada (purynowa: A i G,
pirymidynowa: C i U) + cukier (pentoza - ryboza) + reszta
fosforanowa;
Òð 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.
Òð W komórce wystÄ™puje wiele rodzajów kwasów
rybonukleinowych różniących się pełnioną funkcją, masą
czÄ…steczkowÄ… i strukturÄ…, m.in.:
RODZAJE RNA
Òð informacyjne zwane matrycowym mRNA;
- heterogenne jądrowe (hnRNA) m. cz. > 107 - głównie produkty
transkrypcji DNA i przetwarzania surowego transkryptu do
mRNA;
- cytoplazmatyczne (mRNA) m. cz. < 106;
Òð rybosomalne  rRNA;
Òð transferowe, przenoÅ›nikowe  tRNA;
mRNA
Òð 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 .
Òð koniec 3 mRNA,
hydroksylowy z dołączonym polimerem zbudowanym z 200 
250 nukleotydów adenylowych tzw.  ogon  poli (A).
Òð synteza mRNA to TRANSKRYPCJA  w procesie tym
syntetyzowana jest kopia nici bezsensownej DNA,
komplementarnej do nici sensownej. Zsyntetyzowana
czÄ…steczka mRNA zawiera informacjÄ™ zawartÄ… w genie (DNA)
niezbędną do syntezy białka.
Òð proces syntezy biaÅ‚ka w oparciu o mRNA to TRANSLACJA.
mRNA
Struktura dojrzałego eukariotycznego mRNA:
czapeczka na 5'-końcu(CAP),
5'-obszaru nieulegajÄ…cy translacji (5'UTR),
sekwencja kodujÄ…ca (CDS),
3'-obszar nieulegajÄ…cy translacji (3'UTR)
ogon poli-A
rRNA
Òð cytoplazmatyczna nukleoproteina  fabryka syntezy biaÅ‚ka na
matrycach mRNA.
tRNA
Òð transferowy RNA (~75 nukleotydów);
Òð czÄ…steczki tRNA biorÄ… bezpoÅ›redni udziaÅ‚ w procesie syntezy
białka  TRANSLACJI dostarczając kolejne aminokwasy;
Òð każda komórka posiada przynajmniej 20 rodzajów czÄ…steczek
tRNA, odpowiadajÄ…cych 20 aminokwasom;
Òð transportowany aminokwas Å‚Ä…czy siÄ™ do sekwencji koÅ„cowej
CCA (wiązanie estrowe pomiędzy grupą karboksylową
aminokwasu a 3 -hydroksylowÄ… reszty adenozylowej;
Òð ramiÄ™ antykodonowe rozpoznaje kodon na matrycy mRNA
(sekwencje komplementarne)
tRNA  struktura drugorzędowa
Schemat budowy tRNA:
Ä…, ramiÄ™ antykodonowe A;
², ramiÄ™ aminokwasowe (akceptorowe);
Å‚, ramiÄ™ dodatkowe (zmienne);
´, ramiÄ™ dihydrourydynowe D;
Ä, ramiÄ™ rybotymidowe (pseudourydynowe) T
KOD GENETYCZNY
 TRANSLACJA KODONÓW NA AMINOKWASY
SYNTEZA BIAA
KA NA MATRYCY mRNA
OGÓLNY SCHEMAT TRANSKRYPCJI I TRANSLACJI
PODSUMOWANIE
- RÓŻNICE W BUDOWIE I WA
AÅšCIWOÅšCIACH DNA I RNA
DNA RNA
zasada:
adenina (A) adenina (A)
guanina (G) guanina (G)
cytozyna (C) cytozyna (C)
tymina (T) uracyl (U)
cukier:
2 -deoksyryboza ryboza
struktura:
dwuniciowy jednoniciowy
hydroliza alkaliczna:
nie hydrolizuje hydrolizuje
(cykliczny
2 ,3 -monofosforan)
KATABOLIZM KWASÓW NUKLEINOWYCH W ORGANIZMIE
kwasy nukleinowe
rybonukleazy, deoksyrybonukleazy
mononukleotydy
nukleotydazy, fosfatazy
nukleozydy
fosforylazy
puryny i pirymidyny
utlenienie
kwas moczowy (z puryn)
wydalenie z moczem