Magdalena Bialik, G5 L10

BUDOWA, RODZAJE I FUNKCJE KWASÓW NUKLEINOWYCH

Nazwa kwasy nukleinowe pochodzi od łac. słowa nucleus, czyli jądro. Zostały one wyodrębnione w 1870 r. przez Friedericha Mieschera z jądra komórkowego (stąd nazwa) jako substancje o odczynie kwaśnym (stąd w nazwie słowo „kwasy”).

Wyróżniamy dwa rodzaje kwasów nukleinowych:

- RNA, czyli kwas rybonukleinowy,

- DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy.

Oba kwasy nukleinowe zawierają w swoich ogniwach kwas fosforowy, cukier pięciowęglowy (pentozę) - rybozę w przypadku RNA i deoksyrybozę w przypadku DNA oraz grupy boczne - heterocykliczne zasady azotowe, purynowe i pirymidynowe.

Kwasy nukleinowe są czynnikami materialnymi odpowiadającymi za przekaz informacji w żywej przyrodzie. Informacje magazynowane są w jądrze komórkowym za pomocą DNA. Informacja od DNA jest przekazywana do mRNA, skąd przenika ona do rybosomów, a stamtąd do białek. Oprócz przepływu informacji od DNA do białek istnieje jeszcze potok informacji od DNA komórki macierzystej do DNA komórki potomnej. W przyrodzie istnieje mechanizm reduplikacji, czyli kopiowania, dzięki któremu jądro komórki potomnej otrzymuje dokładnie taką samą informację jak komórka macierzysta.

Kwasy DNA i RNA różnią się między sobą nie tylko rodzajem rybozy, ale też rodzajem zasad wchodzących w skład nukleotydów (nukleotydy są to elementarne składniki, z których składają się kwasy nukleinowe tj. z kwasu fosforowego, pentozy i zasady). W DNA i RNA występują te same zasady purynowe - adenina (A) i guanina (G) oraz jedna z zasad pirymidynowych - cytozyna(C). Różnią się one natomiast drugą z zasad pirymidynowych - w przypadku DNA jest to tymina (T), natomiast w przypadku RNA - uracyl (U). Sekwencja zasad w cząsteczce DNA jest istotą kodu genetycznego białek.

Owe zasady w DNA są dopasowane zgodnie z regułą komplementarności, co oznacza, że pomiędzy konkretnymi parami zasad - A i T, G i C dochodzi do wytworzenia w przestrzeni wiązań wodorowych, które powodują, że owe zasady do siebie „pasują”. W rezultacie tego przestrzennego dopasowania sekwencja jednej z nici DNA wyznacza jednoznacznie sekwencję drugiej nici. RNA jest zbudowany tylko z jednej nici, mimo to niektóre jej fragmenty pasują do siebie tak, że tworzą zawiły splot poprzetykany cząsteczkami białka (rRNA) lub też figurę przestrzenną podobną do śruby czy liścia koniczynki (mRNA).

Kolejne nukleotydy w cząsteczkach DNA i RNA łączą się w taki sposób, że atom fosforu w cząsteczce kwasu fosforowego jednego nukleotydu łączy się z atomem węgla 3' deoksyrybozy lub rybozy kolejnego nukleotydu poprzez atom tlenu. Na jednym końcu łańcucha tworzącego cząsteczkę DNA lub RNA znajduje się wolna reszta kwasu fosforowego (przyłączona do atomu 5' rybozy lub deoksyrybozy), na drugim zaś końcu znajduje się wolny atom węgla 3'. Tak więc mówimy, że łańcuch kwasu rybonukleinowego (lub deoksyrybonukleinowego) posiada dwa końce - koniec 5' i koniec 3'.

Cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego są ułożone parami w taki sposób, że koniec 3' jednej cząsteczki znajduje się naprzeciwko końca 5' drugiej cząsteczki. Takie ułożenie cząsteczki powoduje, że między zasadami wchodzącymi w skład nukleotydów obu cząsteczek DNA może dochodzić do wytworzenia wiązań chemicznych między zasadami purynową i pirymidynową. Konfiguracja przestrzenna zasad i połączeń między nimi powoduje przestrzenne skręcenie cząsteczki DNA i utworzenie struktury zwanej helisą. Cząsteczki RNA nie tworzą podobnych par i występują w postaci pojedynczych łańcuchów nukleotydowych.

RNA

Budowa RNA.

Cząsteczki RNA są polinukleotydami składającymi się z nukleotydów zawierających pięciowęglowy cukier - rybozę, resztę fosforanową oraz zasady purynowe - adeninę i guaninę i pirymidynowe - cytozynę oraz uracyl. Nukleotydy te są połączone ze sobą wiązaniami fosfodiestrowymi. W porównaniu z DNA cząsteczki RNA są znacznie krótsze i mierzą od kilkudziesięciu do kilku tysięcy nukleotydów. Cząsteczki RNA są jednoniciowe, a te które mają fragmenty dwuniciowe nie tworzą podwójnej helisy w przeciwieństwie do DNA.

W skład tRNA wchodzą w niedużych ilościach tzw. zasady minorowe. Należy do nich m. in. kwas pseudourydylowy, w którym ryboza przyłączona jest nie do azotu, a do 5 atomu węgla w uracylu. Do zasad minorowych należą również 1-metyloguanozyna, N²-dwumetyloguanozyna, kwas inozynowy czy kwas 1-metyloinozynowy.

Rodzaje RNA.

Wyróżniamy zasadniczo kilka rodzajów RNA. Są to:

- informacyjny (matrycowy) RNA, czyli mRNA

- transportujący RNA, czyli tRNA

- rybosomalny RNA, czyli rRNA

- heterogenny RNA, czyli hnRNA (inaczej pre-mRNA)

- mały jądrowy RNA, czyli snRNA

- mikroRNA, czyli miRNA

- mały interferencyjny RNA, czyli siRNA

- mały cytoplazmatyczny RNA, czyli scRNA

- mały jąderkowy RNA, czyli snoRNA.

Funkcje RNA.

• hnRNA - jedną z podstawowych funkcji RNA jest translacja DNA na białka. Ten proces rozpoczyna się w jądrze komórki serią enzymatycznych reakcji, które przepisują DNA na heterogenny, zgodnie z regułą komplementarności. Od kiedy hnRNA jest bezpośrednią kopią DNA, zawiera eksony i introny, które są kolejno kodującymi i niekodującymi fragmentami nukleotydów. hnRNA podlega „naprawie” - procesowi transkrypcji usuwającemu introny i reszty adeninowe aż do końca pojedynczej nici cząsteczki RNA (proces zwany splicingiem), która teraz staje się mRNA. mRNA jest transportowany z jądra do cytoplazmy komórki. W ten sposób, RNA funkcjonuje jako przekaźnik dla informacji z cząsteczki DNA do białek syntetyzowanych przez organelle zwane rybosomami.

• mRNA - jest matrycą do dalszej syntezy białka.

• tRNA - transporter aminokwasów, jego cząsteczka jest pofałdowana i zawiera kilka miejsc aktywnych. Jednym z nich jest miejsce przyłączające aminokwas. Miejsce to jest specyficzne dla danego rodzaju aminokwasu, a więc istnieje tyle rodzajów tRNA ile jest aminokwasów. Drugim aktywnym miejscem jest pętla zawierająca antykodon. Jest to zespół trzech nukleotydów, zawierających różne zasady w zależności od przenoszonego aminokwasu. Gdy cząsteczka tRNA z antykodonem trafi na odpowiedni kodon (miejsce w mRNA zawierające komplementarne zasady), przyłącza się do niego i ustala w tej pozycji aminokwas. Oprócz kodonów kodujących określone aminokwasy cząsteczka zawiera również sekwencje nukleotydów sygnalizujących początek i koniec syntezy.

• rRNA - składnik rybosomów. W cytoplazmie rRNA i białko łączą się, żeby uformować strukturę zwaną rybosomem. Rybosom jest pomocny jako miejsce i magazyn enzymów niezbędnych do syntezy białek. Ponadto rRNA przyspiesza lub katalizuje syntezę białek przez interakcje między tRNA a machinerią syntezy białek.

• snRNA - rodzaj eukariotycznej małej cząsteczki RNA znajdującej się w jądrze komórkowym, zwykle jako rybonukleoproteina, która jest zaangażowana w tworzenie hnRNA

Transkrypcja.

Translacja.

DNA

Budowa DNA.

DNA składa się z nukleotydów połączonych ze sobą wiązaniami fosfodiestrowymi pomiędzy węglem 5' rybozy a kwasem fosforowym leżącym na węglu 3' pentozy sąsiedniego nukleotydu. Połączone ze sobą nukleotydy tworzą tzw. polinukleotyd. Zasadnicza część polinukleotydu składa się z łańcucha reszt cukrowo - fosforowych z doczepionymi prostopadle do niego zasadami purynowymi i pirymidynowymi. Łańcuch reszt cukrowo - fosforowych jest skręcony spiralnie. Dwa takie łańcuchy są nawinięte wokół wspólnej osi, zasady purynowe i pirymidynowe są położone prostopadle do tej osi i poprzecznie do łańcuchów. Pomiędzy zbliżonymi parami zasad sąsiadujących łańcuchów wytwarzają się wiązania wodorowe. Jak już wspomniałam, zasady te łączą się zgodnie z regułą komplementarności, tj. przestrzennego dopasowania, gdzie adenozyna łączy się z tyminą, natomiast cytozyna z guaniną. Model ten opracowali w 1953r. James Watson i Francis Crick.

M. in. u zwierząt wyższych występuje pewna ilość ogniw 5-metylocytozyny zamiast cytozyny.

Uporządkowanie DNA w komórce eukariotycznej.

Rodzaje DNA.

Rozróżniamy następujące rodzaje DNA pod względem:

- pochodzenia w czasie, czyli aDNA

- funkcji: cDNA, mDNA, mtDNA, chlDNA, YDNA

- struktury:

* jednoniciowy DNA inaczej ssDNA

* dwuniciowy DNA w formach: A-DNA, B-DNA, C-DNA, E-DNA, H-DNA, P-DNA, Z-DNA

* trójniciowy DNA

* czteroniciowy DNA

Funkcje DNA.

Zasadniczo DNA służy magazynowaniu i przekazywaniu informacji genetycznej.

• cDNA - komplementarne DNA jest dwuniciową wersją DNA cząsteczki mRNA. Powstaje przez odwrotną transkrypcję DNA na matrycy mRNA. Jego cechą charakterystyczną jest brak intronów, co wynika z potranskrypcyjnej obróbki mRNA.

• mtDNA - mitochondrialne DNA. Materiał genetyczny w postaci kolistego DNA znajdujący się w matrix (macierzy) mitochondrium. Nici pojedynczej cząsteczki mtDNA są oznaczane jako H i L. Geny leżą na obydwu niciach. Na nici lekkiej transkrypcja rozpoczyna się z jednego promotora, a na nici ciężkiej z dwóch.

Replikacja DNA.

BIBLIOGRAFIA:

1. S. J. Bresler „Wstęp do biologii molekularnej”, PWN

2. T. Baranowski „Zwięzły podręcznik chemii fizjologicznej”, PZWL

3. B. Sadowski „Biologiczne mechanizmy zachowania ludzi i zwierząt”, PWN

4. B. Doleżych, P. Łaszczyca „Biomedyczne podstawy rozwoju z elementami higieny

szkolnej”, wyd. Adam Marszałek

5. J. Danowski „Repetytorium dla maturzystów i kandydatów na uczelnie medyczne”, wyd.

Medyk

6. W. Mizerski, „Tablice biologiczne”, wyd. Adamantan

7. E. Holak, L. Hoppe, W. Lewiński, I. Lipka, B. Ruda - Groborz „Vademecum maturalne.

Biologia 2008”, wyd. Operon

8. Źródła internetowe:

• http://biology200.gsu.edu

• http://gghjournal.com

• http://science.jrank.org/pages/5892/RNA-Function.html

• http://daviddarling.info/encyclopedia/

• http://www.nature.com

• http://www.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/

• http://nobelprize.org

• http://portal.acs.org

• http://www.maxanim.com/genetics/index.htm

• http://www.genome.gov/

• http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/

---