Składniki kwasów nukleinowych

• Zasady azotowe - pirymidyny i puryny

• Nukleozydy i nukleotydy

• Oligonukleotydy, polinukleotydy

• Wiązania 3′,5′-fosfodiestrowe,

• Kwasy nukleinowe

Zasady azotowe kwasów nukleinowych

są aromatycznymi, heterocyklicznymi związkami wywodzącymi się z puryny i pirymidyny,

adenina, guanina, cytozyna, tymina, uracyl są składnikami nukleozydów, nukleotydów i kwasów nukleinowych,

adenina, guanina, cytozyna, tymina występuje w DNA, a w RNA nie występuje tymina tylko uracyl.

Nukleozyd to zasada + cukier Nukleozyd to zasada + cukier + fosforan

Połączone razem wiązaniami kowalencyjnymi

Glikozydy

• To pochodne cukrów prostych, powstaję podczas reakcji grupy - OH przy węglu anomerycznym, która jest bardzo reaktywna i dlatego wchodzi w reakcję z alkoholami lub ze związkami będącymi nośnikami grup aminowych bądź iminowych,

• Ten nie cukrowy fragment nosi nazwę aglikonu,

• Wiązanie glikozydowe powstałe z reakcji grupy - OH przy węglu anomerycznym z grupa - OH aglikonu nazywamy O-glikozydem,

• Wiązanie glikozydowe powstałe z reakcji grupy - OH przy węglu anomerycznym z grupa -NH2 , lub =NH aglikonu to produkt nazywamy N-glikozydem

• Jeżeli g. - OH występuje w konfiguracji α to powstaje wiązanie
  α - glikozydowe i podobnie z wiązaniem β - glikozydowym.

Nazewnictwo nukleozydów z rybozą

• Nukleozydy zasad purynowych to dla adeniny → adenozyna, guaniny → guanozyna

• Nukleozydy zasad pirymidynowych to dla uracylu → urydyna, tyminy → tymidyna, cytozyny →cytydyna

Nazewnictwo nukleozydów z deoksyrybozą

• Nukleozydy zasad purynowych: adenina → deoksyadenozyna, guanina →deoksyguanozyna

• Nukleozydy zasad pirymidynowych: uracyl → deoksyurydyna, tymina → deoksytymidyna, cytozyna →deoksycytydyna

Nazewnictwo nukleotydów z rybozą

• Jeżeli składnikiem cukrowym nukleozydu jest ryboza to dla zasad purynowych: adenina → adenozyno-5'-monofosforan - AMP, guanina → guanozyno-5'-monofosforan - GMP,

• Nukleozydy zasad pirymidynowych: uracyl → urydyno-5'-monofosforan - UMP, tymidyno-5'-monofosforan - UTP, cytozyna →cytydyno-5'-monofosforan - CMP

Nazewnictwo nukleotydów z deoksyrybozą

• Jeżeli składnikiem cukrowym nukleozydy jest deoksyryboza zasad purynowych: adenina → deoksyadenozyno-5'-monofosforan - dAMP, guanina → deoksyguanozyno-5'-monofosforan - dGMP,

• Nukleozydy zasad pirymidynowych: uracyl → deoksyurydyno-5'-monofosforan - dUMP, deoksytymidyno-5'-monofosforan - dTMP, cytozyna →deoksycytydyno-5'-monofosforan - dCMP

W organizmie człowieka występują nukleotydy w formie wolnej i związanej w kwasach nukleinowych

Wolne spełniają wiele ważnych funkcji:

magazynują energię w postaci wiązań wysokoenergetycznych: ATP, CTM, UTP

energia ta z kolei jest wykorzystywana w wielu procesach chemicznych szczególnie w syntezie - procesy anaboliczne, w procesach fosforylacji, aktywacji związków np. aktywna glukoza (UDP-glukoza) czy aktywny metyl (SAM)

są składnikami koenzymów - NAD+, NADP+, FMN, FAD

Kwasy rybonukleinowe

Są polimerami fosforanów nukleozydów połączonych ze osobą wiązaniami
fosfodiestrowymi,

• RNA uczestniczą we wszystkich etapach ekspresji genów i biosyntezy białek,

• W przeciwieństwie do DNA, RNA nie tworzy dłuższych struktur dwuniciowych,

• Zdarza się zjawisko parowania zasad azotowych (A-T, G-C), lecz dotyczy ono tylko niewielu reszt nukleotydowych,

• Dlatego powstają substruktury, które w obrazie dwuwymiarowym przybierają kształt palca lub liścia koniczyny,

• W tych strukturach występują sparowane fragmenty (stem) połączone ze sobą przez pętle (loop),

• Duże RNA np. 16S rRNA mają liczne elementy typu „stem-loop”

rRNA

• W kilku postaciach stanowi strukturalny oraz funkcjonalny element rybosomów,

• Powstają w jąderku w procesie transkrypcji DNA, tam też ulegają modyfikacjom i w połączeniu z białkami tworzą podjednostki rybosomów,

• Składanie rybosomów zachodzi również w jąderku

Pętle tRNA

pętla antykodonowa zawierająca antykodon (trójka zasad) pasująca do kodonu mRNA

pętla dihydrourydylowa - DHU odpowiada za interakcję tRNA a właściwą syntetazą
aminoacylo-tRNA

pętla T odpowiada za prawidłowe ustawienie aminoacylo-tRNA na rybosomie

Zasady azotowe w tRNA

• Duża ilość zmodyfikowanych zasad azotowych znajduje się w tRNA oraz w innych rodzajach RNA

• W DNA organizmów wyższych występuje w niewielkich ilościach również zmodyfikowana cytozyna (5-metylocytozyna)

Transportujący RNA - tRNA

• Biorą udział w procesie translacji, w którym pełnią funkcje łączników miedzy kwasami nukleinowymi i białkami,

• Za pomocą ich antykodonu przez parowanie zasad rozpoznają określone kodony w mRNA,

• Jednocześnie na końcu 3' (sekwencja:…CCA-3') przyłączają odpowiednie AA, które według kodu genetycznego są przyporządkowane do odpowiednich kodonów w mRNA

Cechy kodu genetycznego

jest trójkowy - trójka zasad koduje jeden określony aa,

jednoznaczny - danej trójce odpowiada tylko jeden aa,

zdegenerowany - dany aa może być kodowany przez kilka
trójek

niezachodzący - trójki odczytywane są kolejno, bez możliwości odczytania trójki np. jako jeden zasady z jednej trójki i dwóch z drugiej

bezprzestankowy - rozpoczęte odczytywanie przebiega bez przerw

uniwersalny - te same zasady obowiązują w świecie roślin i zwierząt

DNA koduje I-rzędową strukturę białka

Stosowany do tego język ma cztery litery: A, G, C, T,

Wszystkie słowa (kodony) zawierają trzy litery (triplety), z których każdy odpowiada 1 z 20 aminokwasom,

• Funkcjonalnie oba pasma DNA nie są równoważne,

• Nić matrycowa (-) lub nić antysensowna jest
  odczytywana w procesie syntezy RNA (transkrypcja),

• Nić sensowna (+) lub nić kodująca, ma, z wyjątkiem
  zamiany T na U, taką samą sekwencję jak RNA,

• Sekwencję danego genu można ustalić za pomocą odczytu sekwencji nici sensownej w kierunku 5'→3',

• W tym przypadku, dzięki znajomości kodu genetycznego otrzymuje się bezpośrednio sekwencję białka podaną w ogólnie przyjętym kierunku od końca NH2 do końca COOH

RNA

Nie są zdolne tworzyć podwójnej helisy, dlatego tworzą postacie mniej uporządkowane niż DNA

Mimo tego tworzą określone struktury II i III rzędów, a duża cześć nukleotydów tworzy pary zasad z innymi nukleotydami,

Przykładem są 5S rRNA i tRNA dla fenyloalaniny

---