Biochemia wykład 13, 03.06.2011r.

Kwasy nukleinowe

Nukleotydy to jednostki budulcowe kwasów nukleinowych, zbudowane są z:

Kwas: Cukier: Zasada:

Mono-, di-, trifosforanowy ryboza, deoksyryboza, Adeninia

Guanina

Tymina

Cytozyna

Uracyl

Nukleozyd

Zasada połączona jest z cukrem wiązaniem N-glikozydowym, a kwas dołączony jest estrowo.

Funkcje nukleotydów:

- wchodzą w skład koenzymów NAD

- składniki (monomery) kwasów nukleinowych

- substraty w biosyntezie trifosforanów energetycznych

Schemat biosyntezy zasad pirymidynowych:

Ze względu na występowanie podstawników hydroksylowych w zasadach mogą one tworzyć formy tautomeryczne (zwłaszcza uracyl i tymina).

Nukleotydy połączone wiązaniem fosfodiestrowym - kwasy nukleinowe. Wyróżniamy kwasy: deoksyrybonukleinowe - cukrem budującym nukleotydy jest deoksyryboza; rybonukleinowe - cukrem budującym nukleotydy jest ryboza.

DNA jest prawie zawsze dwuniciowe co oznaczamy dsDNA.

Dwa łańcuchy ułożone są równolegle:

5' pApTpCpGpApTpCpG-OH 3'

Budowa DNA:

- suma zasad purynowych (A + G) = suma zasad pirymidynowych (T + C)

- suma zasad z grupą 6 aminową (A) i 4 aminowa (C) = suma zasad z grupą ketonową (T + G)

- ilość adeniny = ilość tyminy (A = T)

- ilość cystyny = ilość guaniny (C = G)

- w DNA nie występuje uracyl

Zasada komplementarności zasad w heliksie DNA:

- naprzeciwko adeniny na jednej nici znajduje się tymina (na drugiej nici) A = T / T = A; łączą się one 2 wiązaniami wodorowymi (każda „para”)

- naprzeciwko cytozyny na jednej nici znajduje się guanina (na drugiej nici C = G / G = C; ; łączą się one 3 wiązaniami wodorowymi (każda „para”)

Przewaga par G-C w cząsteczce DNA lub jego fragmencie przesądza o jej większej trwałości.

James Watson i F. Crich kwiecień 1953r.

- model podwójnej heliksy DNA.

W DNA odległość od 1 punktu do 2 (j skręt heliksu)

mierzy się w jednostkach określanych jako para zasad,

(pz lub ang. bz - base pair)

Większość DNA występuje jako DNA jądrowe,

w bardzo małych ilościach występują też DNA

chloroplastowe i mitochondrialne.

DNA połączone kompleksowo z histonami tworzą

tzw. nukleosomy, które są od siebie oddalone

i połączone tzw. łącznikami DNA.

DNA fakty:

- Masz około 9 milionów km DNA. To odległość 26 razy większa niż odległość księżyca do ziemi.

- Nici DNA są tak cienkie, że ok. 5 mln nici zmieści się w główce od szpilki

- Każda komórka twojego ciała zawiera ok. 3 mlrd informacji zapisanych alfabetem DNA. Tyle samo zmieści się w stosie książek o wys. 61m.

- Podczas standardowego posiłku zjadasz średnio 55000000 komórek tj. około 150060 km DNA

- Jak wydobyć DNA z żywności - za pomocą ekstrakcji

Funkcja DNA:

- Uzyskanie z 1 cząsteczki niciowej DNA 2 cząsteczek identycznych,

- informacje zapisane w DNA mają być udostępniane organizmowi dla bieżących potrzeb metabolicznych,

Struktura DNA determinuje replikację, czyli powielanie. Replikacja również została opisana przez Watsona i Crick'a, według ich modelu replikacja jest SEMIKONSERWATYWNA (półzachowawcza):

- kopiowanie, w którym jedna nić (rodzicielska) jest zachowana i służy jako matryca dla nowej nici, która ma być syntetyzowana; (w każdej cząsteczce DNA jedna nić jest o pokolenie starsza od drugiej).

Możliwe modele replikacji:

SEMIKONSERWATYWNA KONSERWATYWNA PRZYPADKOWA

Replikacje dzielimy na etapy:

- inicjacji (zapoczątkowanie)

- elongacji (wydłużanie/dobudowywanie)

- terminacji (zakończenie)

- Replikacja DNA rozpoczyna się w specyficznym miejscu genomu zwanym ori C - tworzy się tzw. pęcherzyk replikacyjny, powstaje ono w wyniku rozplecenia dwuniciowego heliksu DNA co dokonuje się z udziałem helikazy i ATP; jednocześnie do zasad przyłączają się tzw. białka SSB, które zapobiegają ponownemu tworzeniu wiązań wodorowych.

- u bakterii 1 ori, natomiast u eukariota mnóstwo

- zarówno u Procariota jak i u Eukariota replikacja jest dwukierunkowa - od miejsca startu widełki replikacyjne przesuwają się w dwie strony, tworzy się nić wiodąca i nić opóźniona, na każdej z nich działa osobna polimeraza; na nici wiodącej polimeraza sukcesywnie porusza się za helikazą i w sposób ciągły dobudowywuje nić potomną. Natomiast na nici opóźnionej polimeraza dobydowywuje krótkie komplementarne odcinki zwane fragmentami Okazaki w sposób nieciągły i przesuwa się w kierunku przeciwnym do widełek.

- replikacja kończy w miejscu ter C

Enzymy:

- polimeraza DNA nie może inicjować syntezy DNA bez wolnej reszty 3'OH. NIE MA TAKIEJ NA POCZĄTKU

- primaza tworzy krótkie primery RNA, które zapewniają wolną resztę 3'OH i inicjują syntezę

- helikaza i primaza tworzą w widełkach replikacyjnych kompleks zwany primosom

Przed zakończeniem replikacji DNA primery RNA muszą być usunięte z fragmentów Okazaki, powstałe „dziury” są zapełnione nukleotydami DNA i końce połączone przy udziale ligazy DNA.

Żyraza podczas rozplatania helisy przez helikazę przed widełkami replikacyjnymi powstają wielokrotne pętle, naprężenia które temu towarzyszą muszą być zlikwidowane.

Topoizomeraza II (żyraza) tnie obie nici dsDNA, obraca o 360º i ponownie łączy.

Centralny Aksjomat Biologii Molekularnej:

DNA
mRNA
Białko

- Na rybosomie tworzy się specjalny kompleks, gdzie mRNA jest wykorzystywany jako wzorzec do tego aby układać aminokwasy w budowanym łańcuchu polipeptydowym (białku) przy czym kolejność tych aminokwasów jest absolutnie związana z sekwencją zasad na mRNA, a to oznacza że wzięła się ona z DNA.

Transkrypcja czyli przepisywanie informacji zawartej w DNA na RNA. Podczas transkrypcji polimeraza RNA buduje cząsteczkę RNA łącząc zgodnie z zasadą komplementarności pojedyncze rybonukleotydy według kodu matrycowej nici DNA.. U organizmów prokariotycznych transkrypcja zachodzi w cytoplazmie (ponieważ organizmy te nie mają jądra).

Transkrypcja odwrotna - przepisywanie RNA na DNA

Transkryptom: jednostka transkrypcji

Transkrypcja:

- inicjacja: polimeraza RNA przyłącza się do DNA i oddziela nici heliksy

- elongacja: polimeraza RNA dodaje komplementarne rybonukleotydy

- terminacja: transkrypton się rozpada uwalniając nić mRNA

Splicing, składanie genu, wycinanie intronów - usunięcie intronów (sekwencji niekodujących) i połączenie eksonów (sekwencji kodujących) z prekursorowego mRNA organizmów eukariotycznych. Proces ten zachodzi podczas obróbki posttranskrypcyjnej po to, by dojrzały mRNA, przygotowany do translacji, kodował ciągły łańcuch polipeptydowy (od kodonu start do stop).

Kod genetyczny

Struktura tRNA:

- Każdy tRNA niesie 1 i tylko ten aminokwas

- Dla każdego z 20 aminokwasów istnieje przynajmniej 1 tRNA

- Każdy tRNA posiada inna sekwencje i inny kształt specyficzny

dla antykodonu (kodonu) 3'

Syntetazy aminoacylo-tRNA:

- katalizują przyłączenie tRNA do właściwego aminokwasu

Bazują na:

- kształcie tRNA

- antykodonie

- rozpoznaniu właściwego aminokwasu

→ Każdy z 20 aminokwasów posiada przynajmniej 1 syntetazę

aminoacylo-tRNA

→ Każda syntetaza działa specyficznie tylko z 1 aminokwasem

Syntetazy aminoacylo tRNA:

załadunek na tRNA

Purynowe

Pirymidynowe

Nić bierna

Nić wzorcowa

Promotor

Obszar kodujący

Transkrypt pierwotny

Punkt inicjacji transkrypcji

Terminator

Kod genetyczny - cechy:

- TRÓJKOWY

- UNIWERSALNY (nie koniecznie, niektóre mikroorganizmy wykazują odstępstwa)

- CIĄGŁY (nie zawsze u niektórych wirusów więcej niż jedna ramka odczytu → geny nachodzące na siebie)

- ZDEGENEROWANY (64 znaki kodu, a tylko 20 aminokwasów, kodony synonimiczne + 3 kodony stop); trzeci znak kodonu mniej istotny niż dwa poprzednie, zmniejsza prawdopodobieństwo efektów mutacji

tRNA

---