Kwasy nukleinowe. - cbimo.zut.edu.pl .Rys. K‚yszejko-Stefanowicz Schemat przep‚ywu...

download Kwasy nukleinowe. - cbimo.zut.edu.pl .Rys. K‚yszejko-Stefanowicz Schemat przep‚ywu informacji genetycznej

of 13

  • date post

    28-Feb-2019
  • Category

    Documents

  • view

    214
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Kwasy nukleinowe. - cbimo.zut.edu.pl .Rys. K‚yszejko-Stefanowicz Schemat przep‚ywu...

Kwasy nukleinowe. Izolacja oraz badanie waciwoci

fizycznych i chemicznych

wiczenie 10

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA)

wiczenie 11

Kwas rybonukleinowy (RNA)

Kwasy nukleinowe wprowadzenie

Organizmy ywe s mog istnie wycznie wtedy, gdy s zdolne przekaza sw

informacj genetyczn organizmom potomnym. Podstaw tej informacji genetycznej stanowi

kwas deoksyrybonukleinowy i nastpujcy kierunek przekazywania:

DNA RNA biaka komrka organizm

Rys. Kyszejko-Stefanowicz

Schemat przepywu informacji genetycznej przedstawiony poniej okrelany jest jako

centralny dogmat biologii molekularnej (ekspresja genw):

Rys. Kyszejko-Stefanowicz

Synteza potomnej czsteczki DNA to replikacja (etap 1 na schemacie), przekazywanie

informacji z DNA na RNA to transkrypcja (etap 2), a z RNA dla syntezy biaka

translacja (etap 4). Ten ostatni termin jest zwizany z przetumaczeniem informacji

zapisanej w sekwencji nukleotydw na jzyk aminokwasw. Istnieje moliwo

przekazywania informacji z RNA na DNA, tj. odwrotna transkrypcja (etap 3).

Budowa i waciwoci kwasw nukleinowych; struktura i organizacja chromatyny

elementy skadowe kwasw nukleinowych zasady azotowe, nukleozydy i nukleotydy

Czsteczki nazywane kwasami nukleinowymi bior swoj nazw od gwnego miejsca

wystpowania w komrce jdra (ac. nucleus). Wyrnia si dwa rodzaje kwasw

nukleinowych kwas rybonukleinowy (ang. ribonucleic acid RNA) oraz

deoksyrybonukleinowy (ang. desoxiribonucleic acid DNA). W budowie obydwu z nich

dostrzec mona tak podobiestwa, jak i rnice. Rni si one ponadto funkcj i lokalizacj

komrkow: DNA wystpuje w jdrze i stanowi magazyn informacji genetycznej, za RNA

obecny jest w jdrze i w cytoplazmie, a jego podstawow rol jest udzia w biosyntezie

biaek. Wszystkie kwasy nukleinowe s polimerami mniejszych czsteczek, zwanych

nukleotydami. Nukleotyd skada si z nukleozydu, do ktrego przyczona jest reszta

fosforanowa (PO4 3-

). Nukleozyd z kolei stanowi poczenie zasady azotowej oraz cukru

piciowglowego (pentozy)

zasady azotowe Zasady azotowe wchodzce w skad kwasw nukleinowych to pochodne puryny (zasady

purynowe) lub pirymidyny (zasady pirymidynowe). Zasady purynowe to adenina (A; 6-

aminopuryna) i guanina (G; 2-amino-6-hydrokypuryna), za pirymidynowe cytozyna (C; 2-

hydroksy-4-aminopirymidyna), uracyl (U; 2,4-dihydroksypirymidyna) i tymina (T; 5-

metylouracyl). Adenina, guanina i cytozyna wystpuj w obu rodzajach kwasw

nukleinowych, natomiast tymina tylko w DNA, a uracyl tylko w RNA.

pentozy, nukleozydy

Drugim skadnikiem nukleozydu jest cukier C5 pentoza. Nazwy kwasw nukleinowych

wziy si wanie od wchodzcych w ich skad cukrw kwas rybonukleinowy zawiera D-

ryboz, za deoksyrybonukleinowy 2-deoksy-D-ryboz. Obie pentozy wystpuj w kwasach

nukleinowych w postaciach piercieniowych (-furanozowych). Atomy wgla wchodzce w

skad piercienia pentozy numeruje si, dodajc znaczek (prim), dla odrnienia od

numeracji atomw zasad azotowych. Nukleozydy s N-glikozydami pentoz zasad azotowych,

przy czym wizanie glikozydowe czy atom C1 piercienia cukrowego z atomem N1 zasady

pirymidynowej lub N9 zasady purynowej.

Nazwy nukleozydw tworzone s od wystpujcych w nich zasad. W nukleozydach

purynowych kocwk zasady ina zamienia si na ozyna: nukleozyd adeniny (9-N--D-

rybofuranozyloadenina) to adenozyna, a guaniny (9-N-- D-rybofuranozyloguanina)

guanozyna. Nazwy nukleozydw pirymidyn tworzy si w inny sposb: nukleozyd uracylu (1-

N--D-rybofuranozylouracyl) to urydyna, cytozyny (1-N--D-rybofuranozylocytozyna)

cytydyna, za tyminy (1-N-2-deoksy--D-rybofuranozylotymina) tymidyna (wystpuje

tylko w DNA i zawsze zawiera deoksyryboz).

Nukleozydy zawierajce ryboz okrela si jak rybozydy, a deoksyryboz deoksyrybozydy.

nukleotydy Nukleotydy s estrami fosforowymi (dokadnie ortofosforowymi (V)) nukleozydw. Reszta

fosforanowa zwizana jest z jedn z grup hydroksylowych pentozy: w rybozydach przy C2,

C3 lub C5, a deoksyrybozydach przy C3 lub C5.

Budowa nukleotydu

Budowa przestrzenna i waciwoci DNA

Badacze J. D. Watson i F. C. K. Crick wykazali, e DNA posiada struktur II-rzdow w

postaci podwjnej prawoskrtnej helisy. Dwie nici polinukleotydowe wystpuj jako

wzajemnie splecione helisy, oplatajce lini rubow wspln o dug (forma B,

konformacja B).

W zalenoci od warunkw rodowiska, dwupasmowe DNA moe wystpowa w co

najmniej 6 formach: A, B, C, D, E i Z, przy czym w warunkach fizjologicznych (niskie

stenia soli, wysoki poziom uwodnienia) dominuje forma B.

Kada z nici DNA ma na jednym kocu (oznaczanym jako koniec 5'), przy ostatnim

nukleotydzie woln grup fosforanow przy wglu 5' deoksyrybozy, a na drugim

kocu (oznaczanym jako koniec 3') ostatni nukleotyd posiada woln grup

hydroksylow przy wglu 3' deoksyrybozy. Ze wzgldu na to, e helisa dwch nici

DNA jest spleciona w ten sposb, e jedna z nici zaczyna si od koca 5' a druga od

koca 3', mwi si, e obie nici s wzgldem siebie antyrwnolege.

Grupy cukrowe i fosforanowe stanowi zewntrzny szkielet, wijcy si helikalnie,

natomiast zasady schowane s we wntrzu czsteczki, co chroni informacj

genetyczn i umoliwia oddziaywania midzy zasadami. Kada zasada jednego

acucha jest bowiem poczona wizaniami wodorowymi z naprzeciw lec zasad

drugiego acucha (para AT wytwarza 2 wizania wodorowe a para GC wytwarza 3

wizania). Poniewa odlego midzy nimi jest staa, a wymiary zasad purynowych i

pirymidynowych rne, tote wnioskowa mona, e wizania tworz si midzy

zasad purynow jednego acucha a pirymidynow drugiego.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Koniec_5%27http://pl.wikipedia.org/wiki/Deoksyrybozahttp://pl.wikipedia.org/wiki/Koniec_3%27http://pl.wikipedia.org/wiki/Grupa_hydroksylowahttp://pl.wikipedia.org/wiki/Grupa_hydroksylowa

Replikacja DNA to proces, w ktrym podwjna ni DNA ulega skopiowaniu.

Biosynteza DNA odbywa si wedug modelu semikonserwatywnego tzn. jego

powielenie dokonuje si przez rozplecenie podwjnego heliksu na dwie nici i

dobudowanie do kadej z nich nowej - w kadej z dwch uzyskanych podwjnych nici

DNA bdzie jedna ni macierzysta i jedna nowa. Replikacja musi poprzedza podzia

komrki, w celu wyposaenia komrek potomnych w kompletny, a wic zawierajcy

wszystkie potrzebne informacje, materia genetyczny)

Skad nukleotydowy DNA dwuniciowego wykazuje charakterystyczne cechy. Chargaff w

latach 50. wykaza po raz pierwszy, e istniej pewne reguy w skadzie nukleotydowym

DNA, niezalenie od jego pochodzenia. Odegray one wielk rol w opracowaniu modelu

struktury DNA. S to tzw. reguy Chargaffa:

1) Suma zasad purynowych rwna si sumie zasad w DNA rwna si sumie zasad

pirymidynowych (A+G = C+T),

2) Suma zasad z grup 6-aminow (A) i 4-aminow (C) jest rwna sumie zasad z grup

ketonow (G+T) w tych pozycjach,

3) Ilo adeniny jest rwna iloci tyminy (A = T),

4) Ilo guaniny jest rwna iloci cytozyny (G = C).

Wrd DNA wyrnia si typ AT, z przewag par AT i typ GC z przewag par GC

(kwasw typu GC jest zdecydowanie mniej).

Udzia par zasad GC jest charakterystyczny dla DNA rnego pochodzenia. Na og w DNA

ssakw waha si okoo 40-43%, a wic kwas naley do typu AT. Najistotniejsz cech DNA z

rnych rde jest nie skad zasad, a kolejno nukleotydw w acuchu polinukleotydowym,

tj. sekwencja nukleotydowa. Jest ona charakterystyczna gatunkowo, a nawet osobniczo i

stanowi pierwotne rdo informacji genetycznej.

Podwjna helisa DNA

Kwasy rybonukleinowe RNA

Kwasy rybonukleinowe maj znacznie mniejsze masy czsteczkowe ni kwasy DNA.

Wystpuj zarwno w cytoplazmie, jak w jdrze komrkowym, cho wikszo z nich jest

wytwarzana w jdrze, a geny okrelajce ich struktur znajduj si w jdrowym DNA.

Wyjtkiem s RNA organelli komrkowych zawierajcych DNA (mitochondria,

chloroplasty), ktrych geny zlokalizowane s w DNA tych organelli.

Kwasy rybonukleinowe s zbudowane, podobnie jak DNA, z nukleotydw poczonych

wizaniem fosfodiestrowym. Skadnikiem cukrowym w ich nukleotydach jest ryboza, a

zasadami azotowymi A, G, C i U. RNA wystpuje zazwyczaj w postaci pojedynczych

acuchw polinukleotydowych, wytwarzajcych poczenia pomidzy komplementarnymi

zasadami tej samej nici. Wytwarzaj si w ten sposb regiony o strukturze heliksowej z

komplementarnymi zasadami oraz ptle zbudowane z pojedynczej nici. Wyjtek stanowi

dwuniciowe acuchy RNA wystpujce np. u retrowirusw.

Biosynteza RNA transkrypcja

Biosynteza RNA w znacznej czci jest zwizana z przepisanie m informacji zawartej w

strukturze pierwszorzdowej DNA i dlatego bez wzgldu na rodzaj frakcji nazywana jest

transkrypcj. Jest wic ona ogniwem wicym swoisto biaek z aparatem genetycznym

przez przepyw informacji zwany ekspresj genw: DNA RNA biaka

Transkrypcja jest procesem biosyntetycznym, wsplnym dla wszystkich komrek ywych i

wykazujcym istotne rnice pomidzy organizmami pro- i eukariotycznymi, ktre m.in.

wynikaj ze struktury matrycy DNA.

RNA komrkowy dzieli si na kilka frakcji, w zalenoci od funkcji, rnicych si m. in.

mas czsteczkow:

1) RNA informacyjny (matrycowy) mRNA ma mas czsteczkow zrnicowa