1 Nukleové kyseliny Nukleové kyseliny (NK) sice tvoří malé procento hmotnosti buňky ale významem v kódování genetické informace a její expresí zcela nezbytným typem biopolymeru všech živých soustav a) Primární struktura NK Monomerem NK jsou nukleotidy Nukleotidy se kovalentně spojují navzájem v polynukleotidový řetězec (vlákno, pentlici). Zastoupení různých nukleotidů a jejich sekvenci v polynukleotidovém řetězci nazýváme primární strukturou. NUKLEOTIDY Každý nukleotid je tvořen spojením organické dusíkaté zásady (baze), cukru (pentózy) a kyseliny fosforečné. Nukleotid, od kterého se odštěpila kys. fosforečná označujeme jako nukleosid
2 Kyselina fosforečná Pentózy váže se estericky na třetí nebo pátý atom pentózy určuje kyselý charakter molekuly dvou typů: ribóza (v ribonukleotidech) deoxyribóza (v deoxyribonukleotidech) Podle toho rozlišujeme dva druhy NK: Ribonukleové (RNA) Deoxyribonukleové (DNA)
3 Dusíkaté baze váží se s pentózou glykozidovou vazbou dvou typů: purinové a pyrimidinové Puriny: nejčastěji adenin (6-aminopurin) a guanin (2- amino-6-oxopurin) Pyrimidiny: nejčastěji cytozin (6-amino-2-oxopyrimidin), tymin (2,6-dioxo-5-metylpyrimidin) a uracil (2,6- dioxopyrimidin) RNA - obsahuje vždy adenin (A), guanin (G), cytozin (C) a uracil (U) DNA - adenin (A), guanin (G), cytozin (C) a tymin (T)
4 Oba typy NK vždy obsahují dvě purinové a dvě pyrimidinové baze V některých NK lze nalézt v malém počtu i baze jiné, tzv. minoritní baze metylované deriváty jako 5-metylcytozin, 1-metylcytozin, 5-hydroxymetylcytozin, 2-metyladenin, 1- metylguanin, 1-metyluracil, 4.5-hydroxyuracil a hypoxantin (6-oxopurin). Vyskytují se především v transferové RNA (trna) a některé z nich i u bakteriofágů.
5 STRUKTURA POLYNUKLEOTIDOVÉHO ŘETĚZCE Jednotlivé nukleotidy jsou v polynukleotidovém řetězci vázány esterickou vazbou mezi fosfátovou skupinou jednoho nukleotidu (vázanou na 3. uhlík pentózy) a pátým uhlíkem pentózy druhého nukleotidu.
6 V ose polynukleotidového řetězce se střídají kyselina fosforečná a pentóza, baze odstupují do strany. Polynukleotidový řetězec polarizován: na jednom (5 ) konci je fosfátová skupina na druhém (3 ) je pentóza s volnou OH skupinou Pro jednotlivé druhy NK je charakteristický: celkový počet pospojovaných nukleotidů vzájemný poměr 4 různých nukleotidů a jejich sekvence Různé druhy NK lišících se počtem bazí lze separovat na základě jejich rozdílů v sedimentačních rychlostech. Frakce označovány podle sedimentačních konstant ve Svedbergových jednotkách (S). Př. 70S RNA m.h. ~ 4x10 6 počet nukleotidů asi 6 000
7 PRIMÁRNÍ STRUKTURA RNA Molekuly RNA - tvořeny jedním polynukleotidovým řetězcem ribonukleotidů s bazemi C, G, A, U Molekulová hmotnost různých RNA dána počtem nukleotidů (m.h. ~10 3-10 5 ) Různé RNA se liší i sekvencí bazí (teoreticky možný počet různých sekvencí je 4 n, kde n je počet nukleotidů v molekule). Do objevu specifických endonukleáz (restrikčních enzymů, štěpících v místech určitých sekvencí) bylo určení sekvence bazí (sekvenování) velmi obtížné. Podle funkce, které RNA v buňkách zastávají, rozlišovány 3 kategorie RNA: - transferová RNA (trna) m.h. ~26 000 (asi 80 nukleotidů) - ribozomální RNA (rrna) m.h. ~60 000-120 000 - mediátorová (mrna) - m.h. ~100 000-500 000 (dříve též označení messenger RNA, informační RNA)
8 PRIMÁRNÍ STRUKTURA DNA Molekuly DNA jsou tvořeny zpravidla dvěma polynukleotidovými řetězci deoxyribonukleotidů s bazemi C, G, A, T Řetězce probíhají vedle sebe (dvouvláknová, dvoupentlicová molekula) navzájem spojeny vodíkovými můstky mezi bazemi Výjimečně (u některých virů DNA virů ) DNA tvořena pouze jedním řetězcem (jednovláknová DNA, ssdna) U dvouřetězcové DNA (dsdna) oba řetězce probíhají protiběžně, antiparalelně (na jednom konci molekuly je 3 konec jednoho a 5 konec druhého řetězce, na druhém konci je to opačně. Sekvence nukleotidů je v obou řetězcích na sobě závislá V jednom řetězci v místě, kde leží cytozin, je ve druhém guanin, obdobně oproti tyminu je vždy situován adenin, a naopak označováno jako komplementarita (párování) bazí (podmíněno sterickou strukturou molekul purinu a pyrimidinu) Protilehlé baze jsou spolu vázány vodíkovými můstky
9 Z principu párování bazí vyplývá, že zastoupení adeninu a tyminu musí být stejné (A = T) a stejně cytozinu a guaninu (C = G) Poměrné zastoupení bazí v molekule DNA vyjadřováno poměrem A+T/C+G. Tento poměr je pro daný druh DNA vždy konstantní a je její důležitou charakteristikou.
10 Při popisu sekvence nukleotidů s různými bazemi vyjadřujeme sled jednotlivých párů bazí (ozn. jako sekvenci bazí) Nukleotidové sekvence v molekulách NK představují jistou informaci, kterou molekula nese, a proto pro funkci dané DNA (či RNA) je rozhodující. KRUŽNICOVÁ DNA Některé druhy DNA nevytvářejí lineární molekuly (s volnými konci), ale oba konce jsou navzájem kovalentně spojeny kružnicové (cirkulární) DNA Cirkulární je DNA některých virů, plazmidů, prokaryontních genoforů chromozomů, chromozomů mitochondrií a chloroplastů