Nukleové kyseliny (2)

 

Charakteristika a biologický význam nukleových kyselin

Biomakromolekulární látky (biopolymery)
Dlouhé vláknité molekuly
Uchování genetické informace + přenos do následujících generací (DNA)
Jejich prostřednictvím přepis genetické informace do specifické struktury bílkovin (RNA)
1868 – objev NK, 1953 – objasnění struktury NK (Watson, Crick, Wilkins, 1962 NC)
Výskyt

Ve všech buňkách i virech (zde pouze 1 typ)
– DNA:

Jaderný genom (nucleus = jádro)
Mimojaderný genom:
Mitochondrie, plastidy (semiautonomní organely, endosymbiotický původ) – u eukaryotních b.
Plazmidy – prokaryotní b.
– RNA:

mRNA – vznik v jádře, působí mimo jádro
rRNA – stavba ribozomů
tRNA – v cytoplazmě (transferová fce)
Evoluce NK

RNA – starší, původně měla fci gen. kódu, po vzniku DNA se účastní transkripce, translace
DNA – vznik později, převzala fci gen. kódu
V minulosti asi existovaly přímé reakce mezi NK a bílkovinami, teprve později vznikl dnešní systém proteosyntézy
Základní stavební jednotky NK

Dusíkaté heterocyklické báze (zásadité)
Zbytek H3PO4 (kyselá složka)
Monosacharid (pentóza)
Dusíkaté báze:

Heterocyklické sloučeniny
Obsahují N → zásaditý charakter
Základem struktury je:
PURIN a PYRIMIDIN
adenin (A), guanin (G) cytosin (C), uracil (U), thymin (T)
Minoritní báze:

Výskyt v některých typech NK – zejména tRNA
thiouracil (τ), pseudouridin (ψ), dihydrouracil (D)
Jiné minoritní báze nebo nukleosidy – vznikají methylací základní báze nebo pentózy
Např. N-6-methyladenosin, 5-methylcytosin, …
Význam není plně objasněn (možná podíl na tvorbě signálních míst molekuly NK, možná ochrana před štěpením nukleázami)
Minoritní purinové báze jako produkty metabolismu základních purinových bází:
Volně v buňce
xanthin, hypoxanthin, kyselina močová
Kyselina močová
Konečný produkt katabolismu purinů
Vylučována močí
Špatně rozpustná ve vodě → při vysoké rozpustnosti nebo nízkém pH moči → krystalizuje → MOČOVÉ KAMENY
dna:
Metabolická porucha purinů → nadprodukce kys. močové
Hyperurikémie, krystaly se ukládají v měkkých tkáních a kloubech → zánět
(hyperurikémie = vysoká koncentrace kys. močové v krev. séru)

Geneticky podmíněná choroba – recesivní x-gonozomální dědičnost
: methylxanthiny = methylované xanthiny
Výskyt v některých rostlinách
= alkaloidy s vlivem na CNS
kofein (káva), theofyllin (čaj), theobromin (kakao, čokoláda)
Monosacharidy v NK:

Pentózy, ve formě furanóz:
D-ribóza (v RNA)
2-deoxy-D-ribóza (v DNA)
Nukleosid

Vzniká spojením báze + monosacharidu
N-glykosidická vazba na C1 monosacharidu
Názvosloví nukleosidů – řídí se typem báze:
A → adenosin C → cytidin

G → guanosin U → uridin

T → thymidin

Nukleotid

Vzniká spojením nukleosidu a zbytku H3PO4
Esterová vazba na C5 monosacharidu
adenosinmonofosfát

Další význam nukleotidů

Hlavně ATP = ADENOSINTRIFOSFÁT
= primární zdroj E v buňce
Vazba zb. H3PO4 – makroergická – obsahuje hodně E
Tato E se při rozštěpení vazby uvolní
(znázornění ~)

Hydrolýzou fosfátu (P) z ATP se uvolňuje E
ATP → P + ADP + E
Spojení nukleotidů

Esterovou vazbou mezi H3PO4 prvního a C3 druhého nukleotidu
→ vzniká polynukleotid = NK
Délka molekuly – až několik mm (miliony nukleotidů)
Úrovně struktury NK

PRIMÁRNÍ
SEKUNDÁRNÍ
TERCIÁRNÍ
Primární struktura

Pořadí (sekvence) nukleotidů v polynukleotidovém řetězci
„pořadí dusíkatých bází“
Charakteristická pro každý organismus C – T – A – G – A
DNA: A, T, C, G
RNA: A, U, C, G
Sekundární struktura

Prostorové uspořádání polynukleotidového řetězce
Úseky řetězce stabilizovány H-můstky mezi bázemi
Významná KOMPLEMENTARITA BÁZÍ:
A = T (U)
C ≡ G
Princip komplementarity bází:

Způsob, jakým jsou báze spojovány do dvojic
Uplatňuje se u dvouvláknových struktur NK
Páry – pomocí vodíkových můstků
V páru – jedna purinová + jedna pyrimidinová báze
A – T (U) mezi nimi 2 H-můstky
C – G mezi nimi 3 H-můstky
DNA – deoxyribonukleová kyselina

Dvouvláknová
Fosfát
2-deoxy-d-ribóza
Báze:
A – T
C – G
Typická struktura: pravotočivá šroubovice = α – helix
DNA je šroubovicí dvou antiparalelních
a komplementárních vláken
Orientace vlákna DNA:
3′ konec
5′ konec
RNA – ribonukleová kyselina

Jednovláknová
Fosfát
D-ribóza
Báze:
A – U
C – G
Vlákno RNA se může ohýbat
→ v urč. úsecích může být řetězec dvojitý
Zde uplatněna komplementarita bází
Př. tRNA – „trojlístek“, rRNA – podobné struktury
RNA vznikají TRANSKRIPCÍ (přepisem) DNA
Platí komplementarita bází
Katalyzováno RNA-polymerázou
Probíhá v jádře
Typy RNA:
mRNA = mediátorová (primární transkript = hnRNA (pre-mRNA))
tRNA = transferová
rRNA = ribozomální