Chemie nukleotidů a nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie (existují vyjímky)

Transkript

1 Chemie nukleotidů a nukleových kyselin Centrální dogma molekulární biologie (existují vyjímky)

2

3

4 NH 2 N N báze O N N -O P O - O H 2 C H H O H H cukr OH OH nukleosid nukleotid Nukleosidy vznikají buď syntézou de novo v játrech nebo jako produkt odbourání NK. Působením specifických kinas mohou být fosforylovány za vzniku nukleotidů.

5

6 Báze

7 Role (deoxy)nukleotidů 1. NTP (dntp) prekurzory pro syntézu NK (RNA resp. DNA), do nichž se inkorporují ve formě NMP (resp. dnmp); tyto formy tedy tvoří monomerní jednotky nukleových kyselin. Při polymeraci se difosfátový zbytek odštěpuje. 2. NTP (především ATP a GTP) slouží v metabolismu jako reservoár energie - využití v mnoha typech procesů; typické - syntetické reakce katalyzované enzymy ze třídy ligas. 3. Fungují jako fosforylační činidla - katalýza kinasami (fosfotransferasy). Součástí metabolických pochodů (např. fosforylace glukosy hexokinasou, úvodní aktivační reakce glykolysy); fosforylace proteinů proteinkinasami regulace (signální dráhy). 4. Váží se na některé meziprodukty biosyntéz a slouží jako aktivátory těchto látek před jejich vstupem do metabolických procesů. Např. uridin-5 -difosfoglukosa (UDP-glukosa), která je prekurzorem pro syntézu zásobního živočišného polysacharidu glykogenu.

8 5. Nukleotidy jsou součástí struktury řady kofaktorů. Npř. koenzymy NAD + a NADP +, prostetické skupiny FAD a FMN, koenzym A (přenos acylových zbytků) a řada dalších. ATP je z tohoto hlediska často zmiňován jako kofaktor (koenzym spíše kosubstrát) ligas a kinas, ale i enzymů dalších tříd. ATP přenašeč energie 6. Regulační úloha v signálních drahách - cyklické formy nukleotidů. Cyklický adenosin- 3,5 -monofosfát (camp), vzniká z ATP působením membránového enzymu adenylátcyklasy; úloha druhého posla v řadě signálních drah (viz medvěd). Působí jako regulátor aktivity proteinkinas, které fosforylují další enzymy, a tím je aktivují nebo deaktivují.

9 Některá antivirotika - uměle syntetizované deriváty nukleosidů; blokují syntézu virové DNA nebo RNA (nejen virové => vedlejší účinky); 3 -azido-2,3 -dideoxythymidin např. tzv. AZT

10

11 Primární struktura nukleových kyselin je dána pořadím (deoxy)nukleosid-5 monofosfátů, které jsou prostřednictvím 3,5 -fosfodiesterových vazeb spojeny se sousedními (deoxy)nukleotidy Primární struktura reprezentovaná sekvencí TACG

12 Watsonova-Crickova šroubovice DNA Základem prostorového uspořádání DNA je dvoušroubovicová periodická struktura, tvořená dvěma vzájemně svinutými polydeoxynukleotidovými řetězci

13 Chargaffova pravidla: Vodíkové můstky mezi bázemi

14 Polydeoxynukleotidové řetězce - v dvoušroubovici navzájem uspořádány antiparalelně (tzv. hlava k patě); na jednom konci dvoušroubovice je 5 -konec jednoho vlákna a 3 -konec vlákna druhého. Jedno vlákno má tedy směr 5 3 a druhé má směr 3 5

15 Denaturace DNA - zrušení hydrofóbních interakcí - přechod na jednovláknovou strukturu Vlevo: Zvýšení absorbance roztoku DNA po rozpadu dvoušroubovicové struktury (hyperchromní efekt). Vpravo: Teplotní denaturační křivka DNA.

16 Shrnutí (sekundární struktura DNA)

17 Nadmolekulová struktura buněčné DNA Prokaryotní DNA DNA bakterie E. coli o molekulové hmotnosti 2,9 x 10 9 Da by v nataženém stavu měřila 1400 μm, zatímco rozměr buňky této bakterie je asi 2 μm => nutno poskládat. V prokaryotech tvoří chromosomální DNA jedinou kruhovou (cirkulární) molekulu. Pravotočivá dvoušroubovice cirkulární DNA je kondenzována tak, že je svinuta do levotočivé nadšroubovice, jedno svinutí připadá v typické prokaryotní buňce na zhruba 200 párů basí. Cirkulární DNA: vlevo bez nadšroubovicového pnutí, vpravo levotočivá nadšroubovice

18 karyotní DNA - navinutá na histonech Např. DNA, obsažená v každé lidské buňce, obsahuje asi 3 miliardy deoxyribonukleotidů. DNA ze všech 46 lidských chromosomů za sebou cca 1 m!!! (výpočet, vycházející z udávaných parametrů dihelixu DNA) - a to lidská DNA není nejdelší!

19 Uspořádání eukaryotní DNA

20 Eukaryotní buňka Jádro Geny jsou převážně umístěny na chromozomech soustředěných v jádře. Chromozómy Jádra všech buněk jednoho organismu mají stejnou chromozomovou výbavu stejný počet stejný tvar stejné rozměry stejný obsah genů Haploidie Diploidie

21 DNA - chromosomy Chromosomy jsou většinou značně rozvolněné a nejsou viditelné (tzv. interfázové chromosomy) Na počátku dělení buňky dochází k jejich spiralizaci, zkracování a tím i zviditelnění (tzv. mitotické chromosomy).

22 Eukaryotní buňka Úseky DNA introny (nekódující) a exony (kódující) DNA je obsažena nejen v jádře Mimojaderná DNA: mitochondrie chloroplasty

23 Co způsobuje rakovinu? Pouze bodové mutace nebo aneuploidie? Peter Duesberg: Zdroj: Karcinogeneze připisována mutacím specifických genů (onkogenů). x Onkogeny nestačí k tomu, aby transformovaly normální buňky v rakovinné. Nezdá se, že by všechny mutageny byly automaticky i karcinogeny.

24 Zdroj: P. Duesberg, Chromosomal chaos and cancer, Sci Am 296 (2007), pp

25 Velikost genomu v jednotlivých typech organismů

26 Rozdílné funkce jednotlivých RNA

27 Struktura trna

28 Ribosomální RNA Ukázka sekundární struktury rrna