10. STRUKTURA I FUNKCJE KWASÓW NUKLEINOWYCH

STRUKTURA DNA

Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) jest makrocząsteczką. Składa się on z 3 składników występujących w równych ilościach molarnych: cukru deoksyrybozy, kwasu fosforowego i zasady. Cząsteczka DNA zawiera cztery różne zasady - dwie puryny (adenina i guanina) i dwie pirymidyny (cytozyna i tymina). Zasady te są związkami aromatycznymi zbudowanymi z węgla i azotu. Pochodne puryny zbudowane są z dwóch sprzężonych pierścieni węglowo - azotowych. Pirymidyny zawierają pojedynczy pierścień węglowo - azotowy. Połączenie zasady purynowej lub pirymidynowej z cukrem, wiązaniem kowalencyjnym, nazywamy nukleozydem. Cukrem występującym w DNA jest detoksyruboza, tworzy więc ona deoksyrybonukleozydy. W DNA występują cztery deoksynukleozydy: deoksyadenozyna, deoksyguanozyna, deoksytymidyna, deoskycytydyna. Jednostka większą od nukleozydu jest nukleotyd. Nukleotyd jest to zasada+ cukier+ fosforan połączone wiązaniami kowalencyjnymi. W DNA, w którego skład wchodzi deoksyryboza, występują deoksyrybonukleotydy. Kwasy nukleinowe składają się z długich łańcuchów takich deoksynukleotydów, z występującą na przemian pentozą (czyt. cukier-deoksryboza) i kwasem fosforowym, oraz zasadą (jedną z czterech) przyłączoną do każdej cząsteczki cukru. Nukleotydy w DNA połączone są wiązaniami 3',5'- fosfodiestrowymi. Łańcuch nukleotydów charakteryzuje się polarnością, tzn. na jednym końcu ma grupę fosforanową w pozycji 5', a w drugim końcu wolną grupę hydroksylową w pozycji 3'. W 1953r. Watson i Crick opracowali trójwymiarową strukturę DNA. Na podstawie obrazów dyfrakcji promieni X uzyskanych przez Franklin i Wilkinsa wydedukowali, że DNA jest zbudowany z dwóch wzajemnie oplatających się nici, razem tworzących prawoskrętną, heliakalną strukturę, w której zasady skierowane są do wnętrza helisy, a rdzeń cukrowo - fosforanowy znajduje się na zewnątrz. Dwie nici (łańcuchy) DNA w dwuniciowej helisie ułożone są antyrównolegle względem siebie (jeśli jedna nić jest zorientowana w kierunku 5' do 3', to druga przjmuje orientację 3' do 5'). Zasady znajdujące się w przeciwległych łańcuchach tworzą ze sobą wiązania wodorowe; A tworzy parę z T, a G z C. Łączenie się zasad w pary jest określane jako tworzenie się komplementarnych par zasad. Większa, dwupierścieniowa zasada purynowa tworzy parę z mniejszą, jednopierścieniową zasadą pirymidynową; Pomiędzy komplementarnymi zasadami tworzy się maksymalna liczba wiązań wodorowych. W każdej parze G:C są trzy wiązania wodorowe, zasady w parze A:T są związane dwoma wiązaniami wodorowymi.

FUNKCJE DNA

służy przekazywaniu informacji genetycznej (genów) komórka i organizmom potomnym, kieruje synteza białek w organizmie miedzy innymi białek enzymatycznych a dzięki temu kieruje wszystkimi procesami zachodzącymi w organizmie 

DNA występuje w jadrze komórkowym, mitochondriach i chloroplastach komórek roślinnych

STRUKTURA RNA

Podobnie jak DNA, RNA jest długim polimerem składającym się z nukleotydów połączonych wiązaniami 3',5' - fosfodiestrowymi. Między DNA i RNA istnieją jednak różnice. W skład RNA wchodzą zasady: adenina(A), guanina(G), uracyl(U), cytozyna(C). Tak więc tymina występująca w DNA jest w RNA zastąpiona przez uracyl(pirymidyna). Uracyl może jedna, podobnie jak tymina, tworzyć komplementarną parę z adeniną. Cukrem występującym w RNA jest ryboza. Podobnie jak w przypadku DNA, sekwencję nukleotydów RNA pisze się jako sekwencję zasad w kierunku 5' do 3'. Większość cząsteczek RNA jest jednoniciowa, ale cząsteczka RNA może zawierać regiony, które tworzą komplementarne pary zasad po zmianie biegu łańcucha o 180° (struktura typu spinki do włosów). Cząsteczka RNA może zawierać pewne odcinki o budowie dwuniciowej helisy. Sparowane odcinki RNA stanowią drugorzędową strukturę tych cząsteczek. Dużym udziałem drugorzędowych struktur charakteryzują się cząsteczki rybosomowych RNA (rRNA) i transportujących RNA (tRNA); drugorzędową strukturę wykazują tez informacyjne RNA (mRNA).

Rodzaj	Występowanie^a	Długość^b	Rodzaje w komórce	Budowa	Rola
hnRNA  (heterogenny  RNA)	jądro	od 100 do 1 mln	setki -tysiące	pojedynczy łańcuch poli­rybonuk­leotydowy o różnej długości, częściowo skompleksowany z białkami w różnego rodzaju ziarnistości i włókna (m.in. tzw. informosomy)	poddany obróbce (cięciu) daje mRNA i wędruje do cytoplazmy
mRNA  (informacyjny,  matrycowy  RNA)	cytoplazma				setki- tysiące		matryca w procesie syntezy polipe­p­ty­dów (białek)
rRNA  (rybosomowy  RNA)	jądro,  jąderka,  rybosomy	120- 4500	3^d lub 4^e(patrz niżej)	struktura przestrzenna skomplikowana: obszary dwuniciowej spirali oraz obszary łańcuchów jednoniciowych	aktywny udział w procesie syntezy białek
tRNA (przekaźnikowy, transportujący RNA)	cytoplazma^c	75-85	ok. 30-60	krótki łańcuch zwinięty tak, że odcinki dwuniciowe splecione w helisę są oddzielone jednoniciowymi pętlami (w rzucie przypomina liść koniczyny, patrz rys.)	przenośnik aminokwasów w procesie syntezy białek
snRNA  (mały jądrowy  RNA)^f	jądro,  jąderko,  cytoplazma	60-400	dziesiątki?	krótkie odcinki RNA, przypuszczalnie jednoniciowe	udział w składaniu rybosomów, obróbce RNA
miRNA  (mikroRNA)			ok. 22	setki?	krótkie odcinki jednoniciowego RNA	regulacja? walka z wirusami?
Wirusowy  RNA	niektóre  wirusy	kilka tys.	przeważnie jeden^g	jednoniciowy, rzadziej dwuniciowy, w znacznym stopniu zwinięty w kształt kłębka	nośnik informacji, matryca do syntezy białek
^a Dotyczy eukariontów;  ^b wyrażona jako liczba zasad (nukleotydów);  ^c także cytoplazma w chloroplastach i mito­chon­driach;  ^d u pro­kariontów;  ^e u eukariontów;  ^f w jądrze; w jąderku występuje snoRNA — mały jąderkowy RNA, a w cytoplazmie sncRNA — mały cytoplazmatyczny RNA;  ^g dotyczy oczywiście tylko komórek zakażonych.

---