Biochemia2, Studia, II rok, II rok, III semestr, Biochemia

W skład kw wchodzą nast zasady pirymidowe:-cytozyna-tymina-uracyl Zasady pirymidowe składają się z 1 pierścienia. Niektóre z tych zasad mogą wyst w 2 lub więcej formach tautomerycznych, jak np. uracyl. Puryna jest podstawą 2 zasad azotowych wchodzących w skład (DNA i RNA) - adeniny i guaniny Dwa pierścienie z których zbud są puryny to pierścień pirymidowy i imidazolowy. Nukleotyd- stanowi podst cegiełkę w budowie kw nuklein.Nukleotydy składają się z:-zasady org(azotowej)-pentozy-reszty kwasu ortofosforanowegoPentoza wchodząca w skład nukleotydu to ryboza i 2-deoksyryboza. Wyróżniamy nukleotydy pirymidowe i purynowe w zależności od tego czy wchodzące w skład nukleotydów zasady są pochodnymi pirymidyny, czy puryny Nukleotydy zawie zamiast rybozy i 2-deoksyrybozy nazywają się dezoksyrybonukleotydami. Nukleozydem nazywamy połączenie cukru z zas azotową. Podczas syntezy w kom powstają najpierw nukleozydy później nukleotydy. Cukier+zasada azotowanukleozyd+H2O Nukleozyd+fosforan nukleotyd+H2O Dokładniej nukleozyd to zasada org połączona z aldopentozą wiązaniami N-glikozydowymi, a po przyłączeniu estru kwasu fosforanowego stanowi nukleotyd. Funkcje- są podstawowymi cegiełkami budowie cząsteczki białka, są zasadniczymi elementami przy budowie kwasu DNA i RNA, są związkami wyjściowymi w biosyntezie trójfosforanu nukleozydów Typy wiązań w obrębie pomiędzy nukleotydami:Pentozy mają właściwości łączenia się za pomocą reaktywnego atomu C1 z grupami -OH lub -NH, przy czym wytwarzane są wiązania O-glikozydowe, względnie N-glikozydowe. Pentozy mają zdolność łączenia się wiązaniem estrowym z kw fosforanowym za pomocą gr -OH przy atomie C3 i C5 Typy wiązań między nukleotydami: Między adeniną, a taniną są 2 wiązania wodorowe(A=T), pomiędzy cytozyną, a guaniną trzy(C=-G). Wiązania wodorowe tworzące wiązania polinukleotydowe są wiązaniami słabymi. Wytwarzane są zawsze między puryną, a pirymidyną. Zapewnia to utrzym równych odległości pomiędzy obydwoma niciami. Nukleotydy są połączone ze sobą wiąz estrowymi, łączącymi grupę hydroksylową cukru jednego nukleotydu z grupą fosforanową drugiego nukleotydu. Ze względu na charakter chemiczny połą elementów nici poprzez reszty fosforanowe określa się je jako mostki fosfodiestrowe. Typy wiązań: EstroweN -glikozydowe O-glikozydowe Mostki fosfodiestrowe- przez reszty fosforanowe Wiązanie N-glikozydowe- w deoksyrybonukleozydów azot w pozycji 9 (N-9), zasad purynowych, lub N-1, zasad piryminowych jest związany z C-1deoksyrybozy tym wiązaniemPorównanie RNA i DNA rna ma uracyl a dna tymine-rna ryboza dna 2deoksyryboza,rna pojedyncze pasmo dna podwójne rna jest poj nicią komplementarna, rna może ulec hydrolizie zasadowej dna nie Komplementarność Obydwa łańcuchy DNA wzajemnie się dopełniają pod względem składu i kolejności wyst zasad. Kolejność zasad w jednym łańcuchu ściśle określa ich kolejność w drugim, gdyż naprzeciw adeniny musi leżeć tanina, a naprzeciw guaniny- cytozyna. A---T G---C Np.nić:AATCGATCCTG Nić komplementarna: TTAGCTAGGACReguła Chargraffa Stosunki ilościowe adeniny do hyniny i guaniny do cytozyny są bliskie 1,0 dla DNA u wszystkich badanych gatunków. Zasada ta odzwierciedla specyficzność poukładania zasad w DNA.A/T*G/C=1,0 Polarność nici w strukturach dwuniciowych kw nukleinowych.Dwa zespolone łańcuchy DNA mają przeciwną polarność, bo gdy jeden z łańcuchów jest skierowany do końca C5, to drugi łańcuch ma kierunek odwrotny C3. Ze struktury tej wynika, że obydwa te łańcuchy wzajemnie się dopełniają pod względem składu i kolejności występowania zasad. Tworzące cząsteczkę DNA nici są przeciwnie zorientowane. Każda z nich posiada tzw koniec 5' i koniec 3'.Lokalizacja DNA w komórce u organizmów żywych Dna jest spotyka głównie w jądrze komórkowym, gdzie występuje w powiązaniu z zasadowymi białkami- histonami. Wykazano również obecność DNA w mitochondriach i chloroplastach. Chloroplastach roślin, gdzie bierze udział w samodz systemie syntezy białek występujących w tych organellach.Zawartość poszczególnych zasad w DNA różnych organizmów jest różna Chromatyna to cząsteczka DNA wyst w połączeniu z białkami histonowymi i niehistono .Chromatyna to interfazowa postać chromosomu, część chromatyny występuje w postaci mniej skondensowanej-luźniej; część w mocniej skondensowanej-zwartej.Frakcja chromatyny występująca w jądrze w silnie skondensowanej postaci to heterochromatyna, zbudowana głównie z niekodujących sekwencji DNA. Pozostała część chromatyny to euchromatyna (chromatyna luźna)Nukleosom-cząsteczka białkowa o kształcie dysku. Centralna jego postać zbudowana jest z 8 cząsteczek histonu(po 2 cząsteczki z 4 rodzajów histonu). Wokół niej jest zwinięty odcinek DNA o długości ok. 200 par nukleotydów. Na zewnątrz występują 2 cząsteczki H1. DNA przechodzący przez H1 zwany jest łącznikowym DNA (zbudowany z 60 par nukleotydow. Ta struktura chromatyny pozwala na upakowanie dużej ilości DNA na terenie jądra komórkowego.Nukleonom ulega zwinięciu w solenoid.Funkcje DNA:-funkcje informacyjne-podłoże jądrowej i pozajądrowej informacji genetycznej-element strukturalny chromatyny i chromosomów-sterowanie syntezą białek i ich organizacja na terenie komórki i poza nią-przekazy informacji genetycznej zakodowaniej w sekwencji 4 różnych zasad azotowych następnym pokoleniom.Typy i funkcje RNA Typy RNA występujące w przyrodzie:-transferowy tRNA- jego zadaniem jest przenoszenie rybosomów do miejsca syntezy białek. Zbudowany jest z 70 do 90 nukleotydow, występuje w formie poj nici. Struktura wtórna- zawartość 3 pętli, kształt koniczyny, część charakterystyczna to antykodon- dzięki niemu rozpoznaje go właściwa syntetaza-Rybosomowy rRNA- część składowa rybosomów. Zbudowany z 40-60% z RNA i białek. Rybosomy są miejscem biosyntezy białek (translacji). Występuje w postaci ściśle upakowanych pętli, oraz sztywnych pałeczek. -informacyjny mRNA- Transkrypcja(biosynteza) informacji zawartych w DNA to podstawa dla mRNA. Ma formę łańcucha. Masa cząsteczkowa to od 100 000 do kilku milionów. Matryca do syntezy białek na rybosomach.Funkcje RNA -nieznaczne funkcje katalityczne-element strukturalny rybosomów (rRNA)-transport aminokwasów (tRNA)-matryca do syntezy białek na rybosomach (mRNA) Samikonserwatyw charakter replikacji:Replikacja prowadzi do powielenia DNA. Replikacja semikonserwatywna- każda z nici macierzystej DNA jest matrycą dla nowej dwuniciowej cząsteczki. Do każdej nici macierzystej dosyntetyzowana zostaje nowa. Kopiowanie DNA zaczyna się od specjalnego odcinak tzw ORI.Substraty dla syntezy DNA: ATP, GTP, CTP, TTP, Mg2+, matrycowe DNA polimerazy DNA.Kierunek syntezy niciSynteza DNA przebieg zawsze od `5 do'3 końca. Tylko jedna z nici jest kopiowana w całości. Polimeraza DNA- katalizuje tworze3nie wiązań fosfodiestrowych, tylko wtedy, gdy zasada wiązanego nukleotydu jest komplementarna do zasady na nici matrycowej.Przebieg syntezy na drugiej nici (kierunek `5`3) został opisany przez Okazaki. Odkrył on, że podczas replikacji powstaje znaczna ilość DNA w postaci krótkich odcinków nazwanych od jego nazwiska fragmentami Okazaki.Enzymy katalizujące syntezę DNA:-heliazy- niezbędne do destabilizacji podwójnej hellisy i przygotowania matryc-tropoizomerazy- likwidują skręcanie hellisy-prymazy- syntetyzują sekwencje startowe-pokimerazy DNA- przeprowadzają kontrolowany proces włączania nukleotydów do nowopowstającej nici.-girazy- generują tzw negatywne superskręcanie.Widełki replikacyjne:Matrycowy DNA nie ulega całkowitemu rozszczepi na izolowane nici. Miejsce, w którym dochodzi do rozszczepienia hellisy w replikacji DNA nazywamy widełkami replikacyjnymi. Mają one strukturę asymetryczną.Fragmenty OkazakiSkokowo kopiowane fragmenty (od'5do'5) łączone w całość dopiero później przez ligazyLigaza DNAEnzym katalizujący wytwarzanie między dwoma cząsteczkami wiązań.Lokalizacja replikacji w komórce:Replikacja DNA zachodzi podczas fazy S cyklu komórkowego. Replikacja zachodzi w interfazie w jądrze komórkowymFunkcje syntezy i naprawy DNAMutacje- to zmiany chemiczne w DNA (spontaniczne, lub indukowane). Komórkach istnieje specjal mechanizm naprawczy DNA-REPERACYJNY. DNA zawiera 2 zestawy informacji genetycznej, z których jeden służy jako matryca do syntezy mRNA. Ten nadmiar informacji sprawia, że uszkodzenia można naprawić. Procesy reparacyjne odtwarzające stan wyjściowy DNA mogą nie powodować mutacji. W wielu przypadkach związanie są z wytwarzaniem DNA o zmienionej strukturze, co prowadzi do powstania mutacji. Reperacja może przebiegać w czasie całego procesu replikacji. Istnienie tych procesów wykryto badając skutki działanie UV na bakterie E coli. Reperacja zachodzi poprzez wycinanie i usuwanie dineru tyminy.Substraty dla syntezy RNA:W procesie biosyntezy RNA wykorzystywane są rybonukleotydy: adenian, uracyl, guanina, cytozyna, zwykle tylko jedna (kodująca) nić DNA. Wykorzystywany jest enzym:-nukleotydylo-transferaza RNA- katalizuje biosyntezę łańcucha polinukleotydowego. Aby mogło dojść do translacji potrzebny jest enzym katalizujący ten proces:-transkryptaza matrycowa DNA, oraz wszystkie elementy budujące RNA. W procesie tym biorą udział 3 rodzaje RNA.Enzymy uczestniczące w transkrypcji:-nukleotydylotransferaza RNA-katalizująca biosyntezą łańcucha polinukleotydowego z udziałem trójfosforanów nukleotydów 4 zasad: A, U, C i G.-transferaza-polimeraza RNA-obsługuje synt nici polinukleotydowych Budowa kompleks transkrypcyjnego :Odcinki, w których następuje inicjacja procesu transkrypcji, to promotory. Warunkiem transkrypcji jest przyłączenie polimerazy RNA w takim miejscu, aby mogła ona rozpocząć proces syntezy RNA. Miejsce to rozpoznaje dzięki sekwencji nukleotydów w DNA nazwanej promotorami. Promotory umożliwiają rozplecenie podwójnej hellisy, co jest niezbędne do rozpoczęcia translacji.Lokalizacja procesu translacji:Proces syntezy RNA zachodzi w:-jądrze-cytoplazmie komórki Produkty transkrypcji:-tRNA-mRNA-rRNAEksony i introny:U eukariotów gen występuje w postaci podzielonej. Odcinki kodujące informacje w genie podzielonym to eksony, a niekodujące to introny.SPLICING:Aby gen podzielony mógł kodować informacje dotyczące ciągłego łańcucha polipeptydowego musi pozbyć się intronów. Transkrybowany jest cały odcinek DNA z intronami i eksonami. Powstały RNA nie opuszcza jądra. Enzymy obecne na terenie jądra przecinają połączenie intron-ekson, usuwają introny, łączą ze sobą eksony. Proces ten to tzw składanie genów. Powstała w ten sposób cząsteczka mRNA zawiera pełną informacje o ułożeniu aminokwasów w kodowanym przez nią łańcuchu polinukleotydowym. W tej postaci mRNA przemieszcza się do cytoplazmy, gdzie staje się matrycą dla syntetyzowanych cząsteczek białka.Kod genetyczny i jego cechy:Jest to sposób zapisu sekwencji aminokwasów w białku przy pomocy nukleotydów DNA.Cechy kody genetycznego:-kod genetyczny jest ciągły, tzn informacje są zapisywane bez przerw. Każda zasada bierze udział w kodowaniu tylko jednego aminokwasu.-kod genetyczny ma uniwersalny charakter-bez względu na rodzaj organizmu jego konstrukcja i mechanizm działania są jednakowe.-kod genetyczny zawiera związki przerywające syntezę- tzw kodony nonsensowne (UAA, UAG, UGA)Istota procesu translacji:Informacja zawarta w DNA nie jest używana bezpośrednio do biosyntezy białek na rybosomach.jest ona przepisywana na mRNA w procesie translacji i dopiero w tej formie wędruje do rybosomu, gdzie stanowi matrycę dla syntetyzowanych białek. Proces zachodzący na rybosomach nazywamy translacją (inaczej jest to synteza białka na matrycy RNA) DNAmRNArybosomyLokalizacja procesu translacjiMiejscem procesu translacji są rybosomy. Udział biorą tRNA, mRNA, tRNA.Polisomy- polirybosomyAgregaty zbudowane z kilku rybosomów, stanowią czynne jednostki w biosyntezie białka.Hipoteza sygnałowaPeptyd sygnałowy skierowuje białko do błony ER i w ten sposób umożliwia białku przejście do światła ER i dalszy eksport. Część mRNA wiąże się z z rybosomem początek syntezy białka, powstaje peptyd sygnałowy, dołącza do niego SRP, hamuje ona dalszą syntezę białka Budowa rybosomu: Rybosomy zbudowane są z 2 podjednostek. Każda z nich zbudowana jest z kompleksu białko-rybosomalne RNA. Rybosomy umieszczone są na powierzchni błon siateczki endoplazmatycznej Zawierają od 40-60% RNA. Ueukariotów stosunek białek do RNA =1:1, a u prokariotów 2:1.TranslacjaProces translacji składa się z trzech etapów:-inicjacji-elongacji-terminacji1) Inicjacja:mRNA łączy się z rybosomem. Do rybosomu zostaje przyłączony tRNA, który przenosi N-formylometioninę. W ten sposób system zostaje przygotowany do wytwarzania łańcucha polipeptydowego.2) Elongacja:Rybosom posiada 2 miejsca w które może przyłączyć tRNA. Jest to miejsce:-P- peptydowe-A- aminoacyloweN-formylometionylo-tRNA zostaje umieszczony w miejscu A. Następnie jest przesunięty wraz z łańcuchem mRNA w miejsce P. Druga cząsteczka aminoacylo-tRNA przyłącza się w miejsce A. Antykodon tej cząsteczki pasuje do kodonu mRNA, który znajduje się aktualnie w tej pozycji (pozycji A). Wytworzone zostaje wiązanie peptydowe między dwoma aminokwasami. Następuje przeskok mRNA o 1 kodon w lewo. Wolny tRNA zostaje wyrzucony z rybosomu. Peptydo tRNA przesuwany jest z AP. Pozycja A zostaje więc wolna i zostaje ona wyposażona w 3 kodon. Miejsce to przyłącza się trzecia cząsteczka aminoacylo-tRNA z pasującym antykodonem- wytwarza się następne wiązanie peptydowe.3) Terminacja:Gdy w pozycji A pojawi się kodon nonsensowny, sygnalizujący o zakończeniu syntezy danego łańcucha peptydowego, proces tworzenia wiązań ulega zakończeniu. Kodon inicjatorowi to znajdujący się w mRNA kodon AUG lub GUG. Do jednego z tych kodonó dołącza się N-formylometianina, która jest przenoszona przez specyficzne tRNA.Aktywacja aminokwasów- aminoacylo-tRNAAktywacja aminokwasów odbywa się z udziałem syntetazy aminoacylo-tRNA. Jest ona enzymem należącym do ligaz. Syntetaza ta aktywuje również powstanie wiązania C-O.Struktura wtórna tRNA wykazuje zawartość 3 pętli. W środowisku pętli znajduje się antykodon-charakterystyczny układ 3 zasad. Aminoacylo-tRNA za pomocą kodonu rozpoznaje właściwe miejsce na rybosomie, czyli umieszcza przenoszony aminokwas na odpowiednim miejscu łańcucha polipeptydowego-aktywuje aminokwas.Rozpoznawanie kodonu inicjatorowego.Kodonem inicjatorowym w mRNA jest kodon AUG (metianina) lub GUG (walina). Każdy z odcinków mRNA zawiera kodon AUG lub GUG, dodatkowo charakteryzuje się sekwencją bogatą w puryny-sekwencja Shine-Dolgamo. Dwa rodzaje oddziaływania decydują o wyborze miejsca startu syntezy białka.