Biochemia kolos 4 - kwasy nukleinowe, semestr IV

Kwasy nukleinowe są polimerami złożonymi z wielu (od kilku­dziesięciu do wielu tysięcy) nukleotydów monofosforanowych

A. Struktura pierwszorzędowa wszystkich kwasów nukleinowych jest podobna

C. Poszczególne nukleotydy są zespolone ze sobą wiązaniami fosfodiestrowymi

B. Reszta fosfora­nowa połączona wiązaniem estrowym w pozycji 5’ jednego nukleotydu wytwarza drugie wiązanie estrowe z grupą -OH w pozycji 3’ drugiego nukleotydu. Przez połączenie wielu nukleotydów powstają polinukleotydy

D. Na jednym końcu polinukleotydu występuje nukleotyd z wolną grupą -OH przy węglu 3’ na drugim występuje nu­kleotyd zawierający resztę fosforanową, związaną z węglem 5’, nieuczestniczącą

w tworzeniu wiązania fosfodiestrowego. Pierwszy z nich nosi nazwę końca 3’ drugi jest końcem 5’

1. Łańcuch polinukleotydowy jest zbudowany

z powtarzających się na przemian dwóch elementów składowych: rybozy

lub deoksyrybozy i reszty fosforanowej

2. Reszta fosforanowa jest nośnikiem ładunku ujemnego

3. Zasady purynowe i pirymidynowe nie biorą bezpośredniego udziału w tworzeniu tych łańcuchów

4. Polinukleotyd z postaci łańcuchowej przechodzi

w postać kolistą

5. Łańcuchy polinukleotydowe mogą przybierać postać ko­listą. Reszta fosforanowa końca 5’ wytwarza drugie wiązanie estrowe z grupą -OH przy końcu 3’

1. Łańcuchy polinukleotydowe DNA są zbudowane

z deoksyrybonukleotydów monofosforanowych

Każdy z nich zawiera jedną spośród czterech zasad:

adeninę (A), guanine (G), cytozynę (C) i tyminę (T)

oraz deoksyrybozę i resztę kwasu ortofosforowego, tworzącego wiązania fosfodiestrowe pomiędzy pozycjami 3’ i 5’ sąsiadujących ze sobą reszt deoksyrybozy

A. Skład nukleotydowy DNA jest stały

i charakterystyczny dla danego gatunku

Nie zależy od tkanki, narządu, wieku, sta­nu odżywienia ani od warunków środowiskowych (pokrewne gatunki zawierają podobne DNA)

B. Cząsteczka DNA jest ok. 1000 razy większa od cząsteczki białka. Jego masę cząsteczkową wyraża się w megadaltonach.

1. W komórkach prokariotycznych DNA występuje w za­sadzie w postaci jednej molekuły

o masie cząsteczkowej około 2 x 106 kDa, zawartej w jednym chromosomie

2. Sta­nowi około 1% masy komórki bakteryjnej i występuje w postaci cząsteczek kolistych

Nie ma końców 3’ ani 5’

3. Jest oporny na działanie egzonukleaz

4. Niektóre bakterie zawierają dodatkowo pozachromosomalny, plazmidowy DNA

5. U niektórych bakteriofagów DNA poza komórką bakteryjną jest liniowy, wewnątrz komórki prze­chodzi w kołowy

1. W jądrze komórkowym człowieka znajduje się 46 chromosomów o długości liniowej około 4-5 cm

2. Każdy chromosom zawiera jedną wiel­ką (liniową) cząsteczkę DNA połączoną z białkami zasadowymi zwanymi histonami

3. Ponadto komórki eukariotyczne posiadają DNA satelitarny: mitochondrialny (0,1-0,2%) lub plastydowy (zawarty w chloroplastach)

4. DNA jest podatny na denaturację termicz­ną

5. struktura przestrzenna DNA jest stabilizowana przez wiązania o niskiej energii. Mogą to być jedynie wiązania wodorowe

1. W fizjologicznym przedziale pH i siły jonowej denaturacja DNA zachodzi w temperaturze od 83

do 100°C. Oznacza to, iż jego struktura przestrzenna jest stabilizowana przez wiązania o niskiej energii. Mogą to być jedynie wiązania wodorowe

2. Denaturacja termiczna roztworów DNA powoduje gwał­towne obniżenie ich lepkości

z równoczesnym przyrostem ab­ sorpcji światła ultrafioletowego o długości fali 260 nm

(efekt hiperchromowy), natomiast renaturacja powoduje ponowny przyrost lepkości i obniżenie absorpcji światła UV

3. Temperatura denaturacji cieplnej wzrasta wraz ze zwięk­szeniem liczby par zasad guanina:cytozyna. Obserwacje te, uzupełnione wynikami badań rentgenograficznych, pozwoliły na rozpoznanie struktury przestrzennej DNA

1. Końce 3’ i 5’ każdego z łańcuchów skła­dowych zajmują przeciwstawne pozycje

2. Obydwa łańcuchy tworzą wspólnie podwójną helisę

o średnicy 2 nm, w której zasady purynowe

i pirymidynowe są skierowane do wnętrza, ku sobie

3. Płaszczyzny zasad są ustawione prostopadle do osi podwójnej helisy

4. Na jeden skok spirali przypada 10 par nukleotydowych

5. Odległość osiowa dwóch kolejnych zwojów podwójnej helisy wynosi 3,4 nm. Odległość sąsiadujących zasad w wymiarze osiowym wynosi 0,34 nm

1. Adenina wiąże się z przeciwległą

tyminą (dlatego A:T = 1), a guanina

z przeciwległą cytozyną

(dlatego G:C =1)

2. Puryna zawsze wiąże się z pirymidyną

(dla­ tego stosunek puryn do pirymidyn =1)

3. Pomiędzy A i T występują dwa,

a pomiędzy G i C trzy wiązania wodorowe

4. Energia wiązań wodorowych pomiędzy komplementar­nymi zasadami jest niewielka

A. punkt topnienia - jest to temperatura, przy której nastę­puje rozpad połowy wiązań wodorowych

B. Punkt topnienia rośnie wraz ze wzrostem zawartości par GC

Skoro punkt topnienia wzrasta wraz z przyrostem liczby par zasad GC, oznacza to, że wiązania między G i C są trwalsze niż pomiędzy A i T

Zasadne jest więc założenie, iż liczba wiązań wodorowych pomiędzy G i C jest wyższa (trzy), a pomiędzy A i T jest niż­sza (dwa)

C. Efekt hiperchromowy towarzyszący denaturacji DNA potwierdza założenie,

iż zasady purynowe i pirymidynowe znajdują się we wnętrzu podwójnej helisy

A. Odsłonięte zasady silniej absorbują światło UV

niż zasady ukryte we wnętrzu podwójnej helisy

B. Wiadomo, iż ab­sorbują one silnie światło UV. Podczas denaturacji, gdy zostają rozerwane wiązania wodorowe pomiędzy zasada­mi, absorpcja wzrasta

o około 37%

C. Również towarzyszące denaturacji zmniejszenie lepkości roztworu DNA przemawia za jego dwułańcuchową strukturą

Lepkość maleje, ponieważ pojedyncze łańcuchy (nici) DNA są bardziej giętkie niż występujące w formie podwójnej helisy

A. Analiza rentgenograficzna wskazuje,

że pomiędzy dwo­ma łańcuchami tego samego zwoju występuje zagłębienie, określane jako rowek mniejszy,

o szerokości 0,6 nm, a po­między poszczególnymi zwojami występuje

rowek większy, o szerokości 1,2 nm

B. Rowki są wyścielone atomami donorami

lub akceptorami wodoru w procesie wytwarzania wiązań wodorowych.

Ma to istotne znaczenie w wiązaniu białek, które rozpoznają i wiążą specyficzne dla siebie DNA

C. Do rowka mniejszego skierowane są atomy:

C2 i N3 puryny i C2 pirymidyny

D. do rowka większego są skierowane: C6, N7 i C8 puryny oraz C1, C5 i C6 pirymidyny

A. Podwójna helisa jest strukturą dynamiczną, pozostaje w stanie równowagi ze strukturą jednoniciową. Jest to właściwość bardzo istotna dla replikacji DNA

B. Pojedyncze wiązania łatwo ulegają rozerwaniu i łatwo odtwarzają się,

uwalniając energię, która rozrywa sąsiednie wiązania

C. małe uszkodzenia mogą przemieszczać się wzdłuż długiej osi podwójnej helisy

A. Głównymi składnikami nukleoprotein są białka zasadowe zwane histonami

Histony stanowią około 50% masy chromatyny

Są białkami o niewiel­kiej masie cząsteczkowej: 11,3-21,0 kDa

B. Są bogate w ami­nokwasy zasadowe, przede wszystkim w argininę i lizynę, które nadają

im właściwości polikationowe

Histony wiążą się z polianionowym szkieletem DNA, tworząc elektrycznie obojętne nukleoproteiny

C. Histony, bez względu na ich źródło gatunkowe, dzielą się na 5 typów:

H1 (bardzo bogate w lizynę), H2A i H2B (bogate w lizynę) oraz H3 i H4 (bogate w argininę)

Najbardziej kon­serwatywne są histony H3 i H4, które różnią się nieznacznie nawet u ewolucyjnie odległych gatunków (na przykład histon H4 grochu i grasicy cielęcej różni się tylko 2 aminokwasami).