Cząsteczki kwasów nukleinowych mają postać długich łańcuchów złożonych z nukleotydównukleotydnukleotydów. W zależności od rodzaju sacharydu w nukleotydach (rybozarybozaryboza lub deoksyrybozadeoksyrybozadeoksyryboza) rozróżnia się kwasy rybonukleinowe (RNA)RNAkwasy rybonukleinowe (RNA) i deoksyrybonukleinowe (DNA)DNAdeoksyrybonukleinowe (DNA).
Specyficzność cząsteczek kwasów nukleinowych jest uwarunkowana przede wszystkim sekwencją różnych nukleotydów purynowych i pirymidynowych w łańcuchu, wpływającą na jego budowę przestrzenną.
RdJE30T1FthHC
Tabela ukazuje zasady azotowe wchodzące w skład nukleotydów w DNA i RNA. W pierwszym wierszu znajdują się puryny: w RNA jest to adenina (A) i guanina (G), w DNA adenina (A) i guanina (G). W drugim wierszu znajdują się pirymidyny: w RNA cytozyna (C) i uracyl (U), w DNA cytozyna (C) i tymina (T).
Zasady azotowe wchodzące w skład nukleotydów w DNA i RNA.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R1MgrO7XZ6KFB1
Wybierz jedno nowe słowo poznane podczas dzisiejszej lekcji i ułóż z nim zdanie.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R1D3rhsENqQ8r1
Ilustracja przedstawia stopień upakowania DNA w jądrze komórkowym. Składa się on z dziewięciu ilustracji. Pierwsza z nich przedstawia łańcuch DNA w postaci podwójnej helisy. Nad rysunkiem biegnie do drugiej ilustracji półokrągła strzałka z opisem: nukleosomy – łańcuch DNA nawinięty na histony. Widnieje na niej zwinięty i tworzący okrąg łańcuch DNA; przestrzeń wewnątrz okręgu wypełnienia jednolita, niebieska struktura. Na trzeciej ilustracji widoczne są te okręgi utworzone z helisy DNA rozmieszczone na całej długości łańcucha. Nad nimi znajduje się półkolista strzałka prowadząca do kolejnego obrazka z napisem: włókno nukleosomowe (solenoid). Na czwartej ilustracji widoczne są te struktury zwinięte w jeden wspólny, gruby łańcuch, który widoczny jest również na ilustracji piątej połączony jeszcze grubszą strukturę. Do kolejnej ilustracji prowadzi również półkolista strzałka z napisem: rozluźniona chromatyna. Na szóstej ilustracji widać ten łańcuch w znacznym pomniejszeniu, stanowiący nieuporządkowaną, krętą, granatową linię na tle grubszej, prostej, zielonej linii. Na kolejnej ilustracji linie te znów są w znacznym pomniejszeniu - zielone linie są rozłożone nierównomiernie na całej powierzchni obrazka, na ich tle znajdują się cienkie, nieregularne, granatowe linie. Od tego obrazka prowadzi do kolejnego następna półkolista strzałka z napisem: skondensowana chromatyna. Zielone i granatowe linie z poprzednich ilustracji są znów pomniejszone i występują na tle nieregularnych, żółtych cząsteczek. Na dziewiątym obrazku struktury te tworzą literę X, a nad nią znajduje się napis: skondensowany chromosom.
Ilustracja przedstawia stopień upakowania DNA w jądrze komórkowym. Składa się on z dziewięciu ilustracji. Pierwsza z nich przedstawia łańcuch DNA w postaci podwójnej helisy. Nad rysunkiem biegnie do drugiej ilustracji półokrągła strzałka z opisem: nukleosomy – łańcuch DNA nawinięty na histony. Widnieje na niej zwinięty i tworzący okrąg łańcuch DNA; przestrzeń wewnątrz okręgu wypełnienia jednolita, niebieska struktura. Na trzeciej ilustracji widoczne są te okręgi utworzone z helisy DNA rozmieszczone na całej długości łańcucha. Nad nimi znajduje się półkolista strzałka prowadząca do kolejnego obrazka z napisem: włókno nukleosomowe (solenoid). Na czwartej ilustracji widoczne są te struktury zwinięte w jeden wspólny, gruby łańcuch, który widoczny jest również na ilustracji piątej połączony jeszcze grubszą strukturę. Do kolejnej ilustracji prowadzi również półkolista strzałka z napisem: rozluźniona chromatyna. Na szóstej ilustracji widać ten łańcuch w znacznym pomniejszeniu, stanowiący nieuporządkowaną, krętą, granatową linię na tle grubszej, prostej, zielonej linii. Na kolejnej ilustracji linie te znów są w znacznym pomniejszeniu - zielone linie są rozłożone nierównomiernie na całej powierzchni obrazka, na ich tle znajdują się cienkie, nieregularne, granatowe linie. Od tego obrazka prowadzi do kolejnego następna półkolista strzałka z napisem: skondensowana chromatyna. Zielone i granatowe linie z poprzednich ilustracji są znów pomniejszone i występują na tle nieregularnych, żółtych cząsteczek. Na dziewiątym obrazku struktury te tworzą literę X, a nad nią znajduje się napis: skondensowany chromosom.
Stopień upakowania DNA w jądrze komórkowym.
Źródło: Richard Wheeler, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑yellow
Struktura DNA
bg‑gray2
Cechy dwuniciowej cząsteczki DNA
Sekwencja nukleotydów w jednej nici określa sekwencję nukleotydów w drugiej nici.
Nici DNA są antyrównoległenici antyrównoległeantyrównoległe, co oznacza, że przebiegają w przeciwnych kierunkach względem siebie. Kierunek nici określany jest na podstawie grupy, jaka znajduje się na jej końcu, i może przebiegać od końca 5′ do końca 3′ lub od końca 3′ do końca 5′. Na końcu 5′ znajduje się grupa fosforanowa przy węglu 5 deoksyrybozy, natomiast na końcu 3′ – grupa –OH przy węglu 3 cukru. Koniec 5′ jednej nici jest zawsze naprzeciwko końca 3′ drugiej nici.
Rf5a7LGaDeCdB
Schemat przedstawia arcyrównoległość nici DNA. Nici DNA przebiegają w przeciwnych kierunkach względem siebie. Kierunek nici określany jest na podstawie grupy, jaka znajduje się na jej końcu. Pierwsza, wyżej położona linia przebiega w kierunku od 5 indeks górny kreska do 3 indeks górny kreska. Rozpoczyna się ona od ramki z napisem: koniec 5 indeks górny kreska, dalej znajduje się wzór chemiczny: symbol P położony jest w centrum, dookoła niego znajdują się cztery cząsteczki O na planie krzyża. Wzór łączy się z zieloną, grubą nicią i kończy grupą OH. Dalej znajduje się ramka z napisem: koniec 3 indeks górny kreska. Dolna linia jest odbiciem lustrzanym górnej. Rozpoczyna się ramką z napisem: koniec 3 indeks górny kreska, dalej występuje grupa HO, która łączy się z zieloną, grubą nicią i kończy odwróconym do góry nogami wzorem chemicznym: symbol P położony jest w centrum, dookoła niego znajdują się cztery cząsteczki O na planie krzyża i kończy się ramką z napisem: koniec 5 indeks górny kreska. Pod spodem widnieje strzałka od prawej do lewej strony z napisem: Kierunek od 3 indeks górny kreska do 5 indeks górny kreska. Pomiędzy grubymi, zielonymi liniami występują litery połączone ze sobą liniami. Litera G przylegająca do górnej linii łączy się z literą C przylegającą do dolnej linii trzema pomarańczowymi kreskami, litera T przylegająca do górnej linii łączy się z literą A przylegającą do dolnej linii dwoma pomarańczowymi kreskami, dalej litera G przylegająca do górnej linii łączy się z literą C przylegającą do dolnej linii trzema pomarańczowymi kreskami, litera A przylegająca do górnej linii łączy się z literą T przylegającą do dolnej linii dwoma pomarańczowymi kreskami, znów litera A przylegająca do górnej linii łączy się z literą T przylegającą do dolnej linii dwoma pomarańczowymi kreskami i na końcu litera C przylegająca do górnej linii łączy się z literą G przylegającą do dolnej linii trzema pomarańczowymi kreskami.
Antyrównoległość nici DNA.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Zasady azotowe należące do różnych łańcuchów polinukleotydowychłańcuch polinukleotydowyłańcuchów polinukleotydowych znajdują się wewnątrz podwójnej helisypodwójna helisapodwójnej helisy i łączą się wiązaniami zgodnie z regułą komplementarnościreguła komplementarności zasadregułą komplementarności.
RUMi9JXKld1ZH1
Na schemacie przedstawiono pary zasad w DNA. Liniami przerywanymi oznaczono wiązania wodorowe. Na pierwszej ilustracji widać fioletowy sześciokąt, którego kąty oznaczone są dużymi, fioletowymi punktami. We wnętrzu sześciokąta znajduje się duża litera G. Do niego przylega mniejszy, fioletowy pięciokąt. Obok znajduje się niebieski sześciokąt, którego kąty oznaczone są dużymi, niebieskimi punktami. We wnętrzu sześciokąta znajduje się duża litera C. Punkty niebieskie i fioletowe połączone są ze sobą trzema przerywanymi liniami. Na drugiej ilustracji widać zielony sześciokąt, którego kąty oznaczone są dużymi, zielonymi punktami. We wnętrzu sześciokąta znajduje się duża litera A. Do niego przylega mniejszy, zielony pięciokąt. Obok znajduje się czerwony sześciokąt, którego kąty oznaczone są dużymi, czerwonymi punktami. We wnętrzu sześciokąta znajduje się duża litera T. Punkty zielone i czerwone połączone są ze sobą dwoma przerywanymi liniami.
Pary zasad w DNA. Liniami przerywanymi oznaczono wiązania wodorowe.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Reszty fosforanowe i deoksyrybozowe znajdują się na zewnątrz helisy.
Splecione nici owijają się wokół własnej osi i tworzą helisę. Pomimo że obie nici DNA są komplementarne, to nie są one dokładnie naprzeciwległe. Powoduje to występowanie w budowie przestrzennej DNA dwóch rowków o różnej wielkości, zwanych dużym i małym. Rowki te są miejscami, w których przyłączają się białka regulujące ekspresję genów oraz wzmacniające strukturę helisy DNA.
R12pFuuUXgYHY
Na ilustracji przedstawione są zasadnicze cechy budowy B-DNA. Przedstawia ona podwójną helisę złożoną z dwóch spiralnie skręconych linii. W przestrzeni pomiędzy nimi znajdują się prostopadłe wstęgi. Tymina zaznaczona jest zieloną wstęgą z trójkątnym wcięciem i literą T, adenina niebieską wstęgą z trójkątnym uwypukleniem i literą A, co oznacza, że są one komplementarne. Guanina oznaczona jest czerwoną wstęgą z półokrągłym uwypukleniem i literą G, cytozyna żółtą wstęgą z półokrągłym wcięciem i literą C, co oznacza, że są one komplementarne. Pomiędzy nimi znajdują się przerywane linie symbolizujące wiązania wodorowe – pomiędzy parami A – T dwie linie, pomiędzy parami G – C trzy linie. Na ilustracji zaznaczony jest mały rowek i duży rowek – pionowe przestrzenie pomiędzy skrętami helisy. Przez oś helisy prowadzi pionowa, przerywana linia, do jej krawędzi zaznaczona jest strzałka z wymiarem 1nm i napisem: połowa średnicy podwójnej helisy (całkowita średnica wynosi 2 nm). W pionie zaznaczona jest również strzałka z wymiarem 3,4 nm oznaczająca całkowity skręt helisy oraz kolejna strzałka z wymiarem 0,34 nm oznaczająca odległość między sąsiednimi zasadami.
Na ilustracji przedstawione są zasadnicze cechy budowy B-DNA. Przedstawia ona podwójną helisę złożoną z dwóch spiralnie skręconych linii. W przestrzeni pomiędzy nimi znajdują się prostopadłe wstęgi. Tymina zaznaczona jest zieloną wstęgą z trójkątnym wcięciem i literą T, adenina niebieską wstęgą z trójkątnym uwypukleniem i literą A, co oznacza, że są one komplementarne. Guanina oznaczona jest czerwoną wstęgą z półokrągłym uwypukleniem i literą G, cytozyna żółtą wstęgą z półokrągłym wcięciem i literą C, co oznacza, że są one komplementarne. Pomiędzy nimi znajdują się przerywane linie symbolizujące wiązania wodorowe – pomiędzy parami A – T dwie linie, pomiędzy parami G – C trzy linie. Na ilustracji zaznaczony jest mały rowek i duży rowek – pionowe przestrzenie pomiędzy skrętami helisy. Przez oś helisy prowadzi pionowa, przerywana linia, do jej krawędzi zaznaczona jest strzałka z wymiarem 1nm i napisem: połowa średnicy podwójnej helisy (całkowita średnica wynosi 2 nm). W pionie zaznaczona jest również strzałka z wymiarem 3,4 nm oznaczająca całkowity skręt helisy oraz kolejna strzałka z wymiarem 0,34 nm oznaczająca odległość między sąsiednimi zasadami.
Zasadnicze cechy budowy B‑DNA.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka
Poprzez ogrzewanie roztworu DNA można rozdzielić dwa łańcuchy tworzące helisę DNA. Proces ten nazywa się denaturacją lub topnieniem DNA. Natomiast w wyniku szybkiego ochłodzenia roztworu nici DNA ponownie łączą się ze sobą zgodnie z zasadą komplementarności.
Indeks górny Źródło: Wiesława Widłak, Wprowadzenie do biologii molekularnej dla bioinformatyków, Wydawnictwo PJESTK, Warszawa 2010, s. 33–36. Indeks górny koniecŹródło: Wiesława Widłak, Wprowadzenie do biologii molekularnej dla bioinformatyków, Wydawnictwo PJESTK, Warszawa 2010, s. 33–36.
Dla zainteresowanych
Temperatura topnienia DNA (TIndeks dolny mm) jest temperaturą, w jakiej 50% próbki DNA ulega denaturacji. Stwierdzono, że istnieje liniowa zależność pomiędzy TIndeks dolny mm a składem nukleotydowym DNA. Do przerwania potrójnych wiązań występujących pomiędzy parami G:C potrzeba wyższej temperatury niż do rozdzielenia wiązań podwójnych pomiędzy A:T. Dlatego im więcej par G:C, tym wyższa wartość TIndeks dolny mm.
bg‑gray2
Formy helisy DNA
Na podstawie rozmiaru rowków w helisie DNA wyróżnia się kilka form tego kwasu. Najważniejsze z nich to B‑DNA, A‑DNA i Z‑DNA. Forma B‑DNA jest najczęściej występującą postacią. Jej odmianą jest A‑DNA, który występuje w warunkach odwodnienia. Forma B‑DNA przechodzi w formę A‑DNA w wyniku kontaktu z roztworem o dużym stężeniu soli lub alkoholem. Z kolei Z‑DNA stanowi najmniej skręconą formę, a jej struktura może zostać zachowana tylko w warunkach charakteryzujących się wysokim stężeniem jonów sodu (NaIndeks górny ++) i magnezu (MgIndeks górny 2+2+).
1
RqlAI3O54mDFJ
Schemat składający się z trzech rysunków przedstawia formy DNA, kolejno: B, A, Z. Niebieskim i czerwonym kolorem na łańcuchach podwójnej helisy oznaczono rdzenie cukrowo‑fosforanowe obu łańcuchów, a zielonym na poziomych, łączących je liniach – zasady purynowe i pirymidynowe. W przypadku DNA‑A łańcuch podwójnej helisy jest bardziej skręcony, a zielone linie łączące zasady umieszczone pod kątem do łańcucha. W przypadku DNA‑Z łańcuch podwójnej helisy jest rozluźniony, a zielone linie łączące zasady rozstawione szerzej w stosunku do siebie; w odróżnieniu od pozostałych form łańcuch helisy jest lewoskrętny. Literami duże M i małe m oznaczono: duże M – widok wzdłuż osi helisy z wyraźnymi bruzdami (rowkami) dużymi, małe m – widok wzdłuż osi helisy z wyraźnymi bruzdami (rowkami) małymi.
Formy DNA. Kolejno: B, A, Z. Niebieskim i czerwonym kolorem oznaczono rdzenie cukrowo‑fosforanowe obu łańcuchów, a zielonym – zasady purynowe i pirymidynowe.
M – widok wzdłuż osi helisy z wyraźnymi bruzdami (rowkami) dużymi (ang. major groove) m – widok wzdłuż osi helisy z wyraźnymi bruzdami (rowkami) małymi (ang. minor groove)
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RYbqFQ9yscYSe
Ilustracja przedstawiająca przekrój przez helisę D N A z wyraźnymi rowkami (bruzdami) odpowiednio bruzdą większą i bruzdą mniejszą, na przykładzie par zasad tymina - adenina (po lewej stronie) oraz cytozyna - guanina (po prawej stronie). Pomiędzy parami zasad występują wiązania wodorowe Watsona‑Cricka. Bruzdy większe zaznaczono w górnych częściach obu przykładów, a mniejsze u dołu. Pierścienie zasad azotowych znajdują się w płaszczyźnie monitora. Po lewej stronie para tymina - adenina. Numeracja w pierścieniu tyminy przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, przy czym dla lepszego zobrazowania, atom N 1 znajduje się na godzinie siódmej. Tymina to 5‑metylopirymidyno‑2, 4(1H,3H)-dion, wbudowaną w nukleotyd stanowi ją sześcioczłonowy pierścień, który zbudowany jest z atomu azotu w pozycji pierwszej podstawionego deoksyrybozą i związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu grupy N H, który to łączy się za pomocą pojedynczego z atomem węgla C 4. Atom ten połączony jest za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 5, który to podstawiony jest grupą metylową i który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6 związanym za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu w pozycji pierwszej, co zamyka pierścień. Grupa N H w pozycji trzeciej pierścienia bierze udział w tworzeniu wiązania wodorowego Watsona‑Cricka z adeniną, a atom tlenu połączony z węglem C 4 tworzy wiązanie wodorowe z atomem wodoru grupy aminowej w cząsteczce adeniny. Adenina znajduje się po prawej stronie omówionej tyminy. Numeracja w sześcioczłonowym pierścieniu należącym do adeniny jest przeciwna do ruchu wskazówek zegara, przy czym dla lepszego zobrazowania, atom N 1 znajduje się na godzinie dziewiątej. Adenina, to jest 7H‑puryno‑6-amina, to heteroaromatyczny, bicykliczny związek zbudowany z pięcioczłonowego oraz sześcioczłonowego pierścienia, które posiadają dwa wspólne atomy węgla, tak zwane atomy mostkowe. Sześcioczłonowy pierścień składa się z atomu azotu N 1 połączonego wiązaniem wodorowym z atomem wodoru grupy N H w pozycji trzeciej tyminy oraz połączonego z atomem węgla C 2 w adeninie, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N 3. Atom N 3 związany jest z atomem C 4, który z kolei łączy się z atomem C 5 za pomocą wiązania podwójnego. Atomy C 4 i C 5 stanowią atomy mostkowe. Atom C 5 łączy się z atomem C 6, który to jest podstawiony grupą aminową i związany za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N 1, co zamyka pierwszy sześcioczłonowy pierścień. Ta grupa aminowa posiada dwa atomy wodoru, z których jeden bierze udział we wspomnianym już wiązaniu wodorowym z atomem tlenu połączonym z atomem C 4 w pierścieniu tyminy. Drugi pierścień w adeninie tworzą węgle C 4 i C 5. Węgiel C 5 łączy się z atomem azotu N 7, który to związany jest za pomocą wiązania podwójnego z węglem C 8 połączonym z atomem azotu N 9. Atom N 9 podstawiony jest atomem deoksyrybozą i łączy się z węglem mostkowym C 4, co zamyka drugi pięcioczłonowy pierścień fragmentu adeninowego. W bruździe większej pary tymina - adenina zielone strzałki poprowadzono od danych atomów wodoru i czerwone do danych heteroatomów. Bruzda większa wyszczególniono przy pomocy strzałek trzy atomy. Atom tlenu związany z węglem C 4 w tyminie. Atom wodoru grupy aminowej przy węglu C 6 adeniny niebiorący udziału w wiązaniu wodorowym. Atom azotu N 7 w adeninie. Bruzda mniejsza wyszczególniono przy pomocy strzałek dwa atomy. Atom azotu N 3 w adeninie. Atom tlenu przy węglu C 2 w tyminie niebiorący udziału w tworzeniu wiązania wodorowego z adeniną. Po prawej stronie znajduje się para cytozyna - guanina. Numeracja w pierścieniu cytozyny przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, przy czym dla lepszego zobrazowania, atom N 1 znajduje się na godzinie siódmej. Cytozyna to 4‑amino‑1H‑pirymidin‑2-on, stanowi ją sześcioczłonowy pierścień, który zbudowany jest z atomu azotu w pozycji pierwszej podstawionego resztą cukrową deoksyrybozy i związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu biorącym udział w wiązaniu wodorowym z guaniną oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla podstawionym grupą aminową i połączonym za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 5 związanym za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6, który to łącząc się wiązaniem pojedynczymn z atomem azotu znajdującym się w pozycji pierwszej zamyka pierścień. Atom azotu w pozycji trzeciej również bierze udział w tworzeniu wiązani wodorowego z zasadą guaninową, podobnie jeden z atomów wodoru grupy aminowej podstawionej przy węglu C cztery. Guanina znajduje się po prawej stronie cytozyny. Numeracja w pierścieniu guaniny jest przeciwna do ruchu wskazówek zegara, przy czym dla lepszego zobrazowania, atom N 1 znajduje się na godzinie dziewiątej. Guanina, czyli 2‑amino‑1, 7‑dihydro‑6H‑puryn‑6-on, to bicykliczny heteroaromatyczny związek zbudowany z pięcioczłonowego oraz sześcioczłonowego pierścienia, które posiadają dwa wspólne atomy węgla, tak zwane atomy mostkowe. Sześcioczłonowy pierścień składa się z atomu azotu N 1 podstawionego atomem wodoru, który bierze udział w tworzeniu wiązania wodorowego z atomem N 3 w cząsteczce cytozyny. Ponadto atom N 1 połączony jest z atomem węgla C 2 w guaninie związanym z grupą aminową, której atom wodoru tworzy wiązanie wodorowe z atomem tlenu związanym z węglem C 2 w pierścieniu cytozyny. Atom C 2 w guaninie dalej łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N trzy. Atom N 3 związany jest z atomem C 4, który z kolei łączy się z atomem C 5 za pomocą wiązania podwójnego. Atomy C 4 i C 5 stanowią atomy mostkowe. Atom C 5 łączy się z atomem C 6, który to jest związany za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu biorącym udział w wiązaniu wodorowym z atomem wodoru grupy aminowej podstawionej przy atomie węgla C 4 w pierścieniu cytozyny. Atom węgla C 6 guaniny łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu N 1, co zamyka pierwszy sześcioczłonowy pierścień w cząsteczce. Drugi pierścień tworzą węgle C 4 i C pięć. Węgiel C 5 łączy się z atomem azotu N 7, który to związany jest za pomocą wiązania podwójnego z węglem C 8 połączonym z atomem azotu N 9. Atom N 9 podstawiony jest deoksyrybozą i łączy się z węglem mostkowym C 4, co zamyka drugi pięcioczłonowy pierścień. W bruździe większej pary cytozyna - guanina zielone strzałki poprowadzono od danych atomów wodoru i czerwone do danych heteroatomów. Bruzda większa wyszczególniono przy pomocy strzałek trzy atomy. Atom wodoru grupy aminowej przy węglu C 4 cytozyny niebiorący udziału w wiązaniu wodorowym. Atom tlenu przy węglu C 6 w guaninie. Atom azotu N 7 w guaninie. Bruzda mniejsza wyszczególniono przy pomocy strzałek dwa atomy. Atom wodoru grupy aminowej przy węglu C 2 guaniny niebiorący udziału w wiązaniu wodorowym. Atom tlenu przy węglu C 2 w cytozynie biorący udział w tworzeniu wiązania wodorowego z guaniną.
Przekrój przez helisę DNA z widocznymi rowkami (bruzdami).
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Porównanie form B-, A- i Z‑DNA
R1XOGzxmvDmHy
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
Źródło: R.K. Murray, D.K. Granner, V.W. Rodwell, Biochemia Harpera. Ilustrowana, Wydawnictwo Lekarskie ZWL, Warszawa 2008.
Ciekawostka
Opisany w 1953 r. przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka model podwójnej helisy dotyczył formy B‑DNA.
bg‑yellow
Struktury przestrzenne RNA
RNA jest zazwyczaj jednoniciowy, choć fragmenty dwuniciowe stanowią regularne odcinki budowy niektórych rodzajów RNA omówionych poniżej. Nukleotyd będący podstawową jednostką strukturalną RNA inaczej nazywany jest rybonukleotydemrybonukleotydrybonukleotydem. Każdy nukleotyd zawiera rybozę, jedną z zasad azotowych: adeninę (A), guaninę (G), cytozynę (C) lub uracyl (U), a także resztę kwasu fosforowego(V).
bg‑gray2
Główne rodzaje RNA
Informacyjny RNA (mRNA, ang. messenger RNA)
Informacyjny RNA (mRNA, ang. messenger RNA)
Występuje w jądrze komórkowym oraz w cytoplazmie podstawowej. Zbudowany jest z pojedynczego łańcucha polinukleotydowego. Powstaje na matrycy DNA w procesie transkrypcji. Przenosi informację genetyczną zapisaną w DNA z jądra do cytoplazmy, gdzie informacja ta jest następnie wykorzystywana w procesie translacji (w biosyntezie białka).
Transferowy RNA (tRNA, ang. transfer RNA)
Transferowy RNA (tRNA, ang. transfer RNA)
Powstaje w jądrze komórkowym i przechodzi do cytoplazmy podstawowej przez pory w otoczce jądrowej. Przybiera skomplikowaną strukturę drugorzędową podobną do liścia koniczyny. Składają się na nią cztery ramiona, które mają fragmenty o strukturze dwuniciowej. Trzy ramiona zakończone są pętlami z niesparowanych nukleotydów. Czwarte ramię ma wolne końce. Komplementarne zasady azotowe w odcinkach dwuniciowych połączone są ze sobą za pomocą wiązań wodorowych. W trzeciorzędowej strukturze cząsteczki tRNA przypominają kształtem literę L.
R1EoEKqyvTf3l
Ilustracja przedstawia model dwuwymiarowy struktury drugorzędowej cząsteczki tRNA. Jest on usytuowany na planie krzyża, składa się z dwóch rzędów odcinków tworzących wstęgę, która ma kolor biały; dolne oraz boczne ramiona są zakończone okrągłymi przestrzeniami. W górnej części górnego ramienia z prawej strony wystają do góry trzy odcinki zakolorowane na zielono podpisane jako: miejsce przyłączenia aminokwasu z cyfrą 3 indeks górny przecinek; z lewej strony tego ramienia występuje napis: 5 indeks górny kreska. W dolnym ramieniu, na spodniej części zaokrąglonej przestrzeni znajdują się również trzy zielone odcinki z podpisem: trójka nukleotydów komplementarna do trójki nukleotydów mRNA (antykodon). Dwie wstęgi, z których składa się każde ramię krzyża łączą linie – w górnym ramieniu występuje pięć linii, w prawym cztery linie, w lewym trzy linie a w dolnym cztery linie. Prawe ramię krzyża znajduje się trochę wyżej niż lewe, występuje pod nim niewielkie wybrzuszenie.
Model dwuwymiarowy struktury drugorzędowej cząsteczki tRNA.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Rqcvzwh9Ou0qg
Ilustracja przedstawia model trójwymiarowy struktury trzeciorzędowej tRNA. Jest to zwinięta i poskręcana linia, która swój początek i koniec ma na górze schematu. Składa się ona z jasno- i ciemnozielonych odcinków, które są w niektórych miejscach połączone ze sobą cienkimi liniami. Na dole schematu ciemnozielony odcinek będący dolną częścią pętli podpisany jest jako antykodon, natomiast kolejny, ciemnozielony odcinek na górze podpisany jest jako miejsce przyłączenia aminokwasu.
Model trójwymiarowy struktury trzeciorzędowej tRNA.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Cząsteczki tRNA odpowiadają za dostarczenie odpowiednich aminokwasów do syntezy białka z cytoplazmy do rybosomów, gdzie w trakcie translacji zostają włączone do powstającego peptydu. Każde z czterech ramion pełni inną funkcję i nosi inną nazwę. Są to ramiona: aminokwasowe (akceptorowe), dihydrouracylowe (pętla D, DHU), zmienne (dodatkowe), rybotymidowe (TΨpsiC) i antykodonowe.
R13SzJo54qdT1
Ilustracja ukazuje, że cząsteczka tRNA złożona jest z czterech charakterystycznych pętli – są to formy przestrzenne jednoniciowego tRNA powstałe w wyniku sparowania nukleotydów wiązaniami wodorowymi u podstawy pętli. Reguła parowania nukleotydów w tRNA jest zgodna z zasadą komplementarności Watsona–Cricka. Model cząsteczki usytuowany na planie krzyża, składa się z dwóch rzędów odcinków tworzących wstęgę, która ma kolor biały; dolne oraz boczne ramiona są zakończone okrągłymi przestrzeniami. W górnej części górnego ramienia z prawej strony wystają do góry trzy odcinki pokolorowane na zielono, podpisane jako: miejsce przyłączenia aminokwasu z cyfrą 3 indeks górny przecinek. Na tych odcinkach znajdują się litery A,C, C; z lewej strony tego ramienia występuje napis: 5 indeks górny kreska. Odcinek pod literami ACC podpisany jest jako mostek akceptorowy. W dolnym ramieniu, na spodniej części zaokrąglonej przestrzeni podpisanej jako pętla antykodonowa znajdują się również trzy zielone odcinki z podpisem: trójka nukleotydów komplementarna do trójki nukleotydów mRNA (antykodon). Dwie wstęgi, z których składa się każde ramię krzyża łączą linie – w górnym ramieniu występuje pięć linii, w prawym cztery linie, w lewym trzy linie a w dolnym cztery linie. Prawe ramię krzyża z okrągłym zakończeniem podpisanym jako pętla T Psi C znajduje się trochę wyżej niż lewe, podpisane jako pętla D. Występuje pod nim niewielkie wybrzuszenie – ramię zmienne.
Cząsteczka tRNA złożona jest z czterech charakterystycznych pętli – są to formy przestrzenne jednoniciowego tRNA powstałe w wyniku sparowania nukleotydów wiązaniami wodorowymi u podstawy pętli. Reguła parowania nukleotydów w tRNA jest zgodna z zasadą komplementarności Watsona–Cricka.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Funkcje ramion tRNA:
Ramię aminokwasowe (akceptorowe) – tworzą je sparowane nukleotydy końców 3′ i 5′. Jedynie koniec CCA‑3′ jest niesparowany. Do niego przyłącza się określony aminokwas, który jest transportowany do rybosomu.
Pętla rybotymidowa (TΨpsiC) – zawiera zmodyfikowaną zasadę, tzw. pseudouracyl. Ramię to służy do łączenia się tRNA z rybosomem i umocowania tRNA na matrycy mRNA.
Ramię zmienne (dodatkowe) – występuje w niektórych tRNA.
Pętla antykodonowa – rozpoznaje właściwy kodon mRNA i wiąże z nim tRNA.
Pętla dihydrouracylowa (pętla D, DHU) – zawiera informację o tym, jaki aminokwas może zostać przyłączony do tRNA. Występuje w niej nietypowy dla RNA nukleotyd – dihydroksyuracyl.
Rybosomalny RNA (rRNA, ang. ribosomal RNA)
Rybosomalny RNA (rRNA, ang. ribosomal RNA)
Powstaje w jądrze komórkowym i jest transportowany do cytoplazmy podstawowej. Występuje w rybosomach, do których podczas biosyntezy białka wiążą się mRNA oraz tRNA transportujący odpowiedni aminokwas.
RSdbEk0spOhGK
Ilustracja przedstawia przykładowy fragment rybosomalnego R N A (r R N A) - jest to mała podjednostka r R N A bakteryjnego. Fragment stanowi nić, utworzona z rybonukleotydów bazujących na reszcie cukrowej - rybozie, resztach fosforanowych, które razem tworzą szkielet cukrowo‑fosforanowy oraz odpowiedniej zasadzie azotowej spośród czterech możliwych: cytozyny, guaniny, adeniny lub uracylu. Pojedynczy łańcuch przedstawiono jako uszeregowane jedna obok drugiej litery odpowiadające poszczególnym zasadom wbudowanym w łańcuch polinukleotydowy, który w tym przypadku jest stosunkowo krótki, około kilkaset rybonukleotydów. łańcuch ten nie stanowi luźnej pojedynczej nici, lecz ma określoną konformację, która jest niezbędna do prawidłowego przebiegu translacji. Konformację podtrzymują wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe występujące pomiędzy parami zasad, które to występują, co kilka par, nieregularnie, co z kolei prowadzi do tworzenia tak zwanych pętli przy fragmentach, w których owe parowanie nie występuje. Pary w R N A tworzą odpowiednio adenina z uracylem oraz cytozyna z guaniną.
Rybosomalny RNA (rRNA).
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.
rRNA stanowi ok. 80% RNA komórki. Składa się głównie z jednoniciowego łańcucha nukleotydowego, który jest mocno poskręcany i miejscami tworzy pętle oraz fragmenty dwuniciowe stabilizowane przez wiązania wodorowe (struktura spinki do włosów). Oprócz typowych zasad azotowych zawiera również niewielką ilość metylowych pochodnych zasad azotowych.
Mały jądrowy RNA (snRNA, ang. small nuclear RNA)
Mały jądrowy RNA (snRNA, ang. small nuclear RNA)
Występuje w jądrach komórkowych. Struktura przestrzenna tego RNA jest podobna do rRNA. snRNA uczestniczy w procesie obróbki potranskrypcyjnejobróbka potranskrypcyjnaobróbki potranskrypcyjnej pre‑mRNA, w którym pełni funkcję katalizatora podczas wycinania intronówintronyintronów (splicingusplicingsplicingu). Jego cechą charakterystyczną jest wysoka zawartość urydynyurydynaurydyny w sekwencji nukleotydowej, dlatego określa się go również jako U‑RNA.
Mały jąderkowy RNA (snoRNA, ang. small nucleoral RNA)
Mały jąderkowy RNA (snoRNA, ang. small nucleoral RNA)
Występuje w rejonie jąderka w jądrach komórkowych organizmów eukariotycznych. Wraz z białkami tworzy rybonukleoproteiny. Ich rola polega na chemicznej modyfikacji rRNA oraz snRNA, związanej z przyłączaniem grup metylowych do specyficznych nukleotydów.
MikroRNA (miRNA) i mały interferujący RNA (siRNA, ang. short interfering RNA)
MikroRNA (miRNA) i mały interferujący RNA (siRNA, ang. short interfering RNA)
miRNA jest krótką (od 21 do 23 nukleotydów), jednoniciową cząsteczką powstającą z krótkiej cząsteczki RNA w kształcie spinki do włosów. Z kolei siRNA jest dwuniciowy i zawiera od 20 do 25 par zasad. Jego prekursorem są dłuższe dwuniciowe RNA (np. wirusowe). Zarówno miRNA, jak i siRNA powstają w wyniku cięcia RNA przez enzym Dicerenzym Dicerenzym Dicer i są komplementarne do wielu mRNA. Ich funkcja polega na wyciszaniu ekspresji genówwyciszanie ekspresji genówwyciszaniu ekspresji genów.
bg‑yellow
Porównanie budowy RNA i DNA
R15xLdgDJ6Zi21
Ilustracja przedstawiająca porównanie budowy R N A i D N A. Po lewej stronie znajdują się rozmieszczone jedna pod drugą zasady azotowe obecne w R N A, a obok fragment struktury makrocząsteczki zbudowanej z rybonukleotydów. Po prawej stronie przedstawiono zasady azotowe rozmieszczone jedna pod drugą występujące w D N A, a po ich lewej stronie podwójną helisę makrocząsteczki składającej się deoksyrybonukleotydów. Po lewej stronie oznaczone kolorami zasady azotowe występujące w R N A wraz z ich oznaczeniami literowymi, do których należą: cytozyna C (niebieski), guanina G (zielony), adenina A (żółty) oraz uracyl U (pomarańczowy). Cytozyna to 4-amino-1H-pirymidin-2-on, stanowi go sześcioczłonowy pierścień, który zbudowany jest z atomu azotu grupy N H w pozycji pierwszej związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla podstawionym grupą aminową i połączonym za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 5 związanym za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6, który to łącząc się wiązaniem pojedynczym z atomem azotu znajdującym się w pozycji pierwszej zamyka pierścień. Guanina, czyli 2-amino-1, 7-dihydro-6H-puryn-6-on, to bicykliczny, heteroaromatyczny związek zbudowany z pięcioczłonowego oraz sześcioczłonowego pierścienia, które posiadają dwa wspólne atomy węgla, tak zwane atomy mostkowe. Sześcioczłonowy pierścień składa się z atomu azotu N 1 podstawionego atomem wodoru i połączonego z atomem węgla C 2 związanym z grupą aminową i połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N trzy. Atom N 3 związany jest z atomem C 4, który z kolei łączy się z atomem C 5 za pomocą wiązania podwójnego. Atomy C 4 i C 5 stanowią atomy mostkowe. Atom C 5 łączy się z atomem C 6, który to jest związany za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu. Atom węgla C 6 łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu N 1, co zamyka pierwszy sześcioczłonowy pierścień. Drugi pierścień tworzą węgle C 4 i C pięć. Węgiel C 5 łączy się z atomem azotu N 7, który to związany jest za pomocą wiązania podwójnego z węglem C 8 połączonym z atomem azotu N 9. Atom N 9 podstawiony jest atomem wodoru i łączy się z węglem mostkowym C 4, co zamyka drugi pięcioczłonowy pierścień. Adenina, to jest 7H-puryno-6-amina, to heteroaromatyczny, bicykliczny związek zbudowany z pięcioczłonowego oraz sześcioczłonowego pierścienia, które posiadają dwa wspólne atomy węgla, tak zwane atomy mostkowe. Sześcioczłonowy pierścień składa się z atomu azotu N 1 połączonego z atomem węgla C 2, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N 3. Atom N 3 związany jest z atomem C 4, który z kolei łączy się z atomem C 5 za pomocą wiązania podwójnego. Atomy C 4 i C 5 stanowią atomy mostkowe. Atom C 5 łączy się z atomem C 6, który to jest podstawiony grupą aminową i związany za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N 1, co zamyka pierwszy sześcioczłonowy pierścień. Drugi pierścień tworzą węgla C 4 i C 5. Węgiel C5 łączy się z atomem azotu N 7, który to związany jest za pomocą wiązania podwójnego z węglem C 8 połączonym z atomem azotu N 9. Atom N 9 podstawiony jest atomem wodoru i łączy się z węglem mostkowym C 4, co zamyka drugi pięcioczłonowy pierścień.
Uracyl, czyli 1H-pirymidyn-2, 4-dion, to związek, który stanowi sześcioczłonowy pierścień zbudowany z atomu azotu grupy N H w pozycji pierwszej związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu kolejnej grupy N H, który to łączy się z atomem węgla C 4 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem C 5 związanym za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6, który to łącząc się wiązaniem pojedynczym z atomem azotu znajdującym się w pozycji pierwszej zamyka pierścień. Po lewej stronie ilustracji przedstawiono zasady azotowe obecne w D N A, do których należą omówione już cytozyna, guanina i adenina, a także tymina. Tymina to 5-metylopirymidyno-2, 4(1H,3H)-dion, stanowi ją sześcioczłonowy pierścień, który zbudowany jest z atomu azotu grupy N H w pozycji pierwszej związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu kolejnej grupy N H, który to łączy się za pomocą pojedynczego z atomem węgla C 4. Atom ten połączony jest za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 5, który to podstawiony jest grupą metylową i który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6 związanym za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu w pozycji pierwszej, co zamyka pierścień. W przypadku R N A makrocząsteczka jest znacznie mniejsza od D N A, jednoniciowa, a jej struktura jest helikalna. Podstawową jednostką budulcową R N A są rybonukleotydy. Każdy rybonukleotyd stanowi odpowiednia zasada azotowa: cytozyna, guanina, adenina lub uracyl, która to łączy się za pomocą wiązania N-glikozydowego z rybozą - cykliczną pięcioczłonową resztą cukrową, która to z kolei związana jest wiązaniem estrowym z resztą kwasu fosforowego. Owe rybonukleotydy łączą się ze sobą poprzez wiązania fosfodiestrowe, które tworzą swoisty szkielet, czy też rusztowanie dla informacji zapisanej w cząsteczce. Kolejność zasad jest komplementarna do kolejności zasad w nici D N A, jednak w R N A występują inne zasad komplementarne do występujących w D N A. I tak w R N A pary tworzą guanina G i cytozyna C, a także adenina A i uracyl U. Na ilustracji do szkieletu cukrowo-fosforanowego przyłączone są zasady, zgodnie z przypisanymi im na początku kolorami, które reprezentują poziomo rozmieszczone wzdłuż skręconej nici belki. Są one niebieskie, zielone, żółte i pomarańczowe. W przypadku D N A makrocząsteczka jest dużo większa od R N A, dwuniciowa, a jej struktura jest helikalna oparta na zasadzie komplementarności. Łańcuchy tworzące podwójną helisę są antyrównoległe. Podstawową jednostką budulcową D N A są deoksyrybonukleotydy. Każdy deoksyrybonukleotyd stanowi odpowiednia zasada azotowa: cytozyna, guanina, adenina lub tymina, która to łączy się za pomocą wiązania N-glikozydowego z deoksyrybozą - cykliczną pięcioczłonową resztą cukrową, która to z kolei związana z resztą kwasu fosforowego. Deoksyrybonukleotydy łączą się ze sobą poprzez wiązania fosfodiestrowe, które tworzą swoisty szkielet, czy też rusztowanie dla informacji zapisanej w cząsteczce. Kolejność zasad jest komplementarna względem drugiej z nici D N A. I tak w D N A pary tworzą guanina G i cytozyna C, a także adenina A i tymina T. Na ilustracji do dwóch helikalnych szkieletów cukrowo-fosforanowego przyłączone są zasady, zgodnie z przypisanymi im na początku kolorami, które reprezentują poziomo rozmieszczone wzdłuż skręconej nici belki. Belki odpowiadające cytozynie i guaninie łączą się ze sobą, analogicznie te przypisane adeninie i tyminie (kolor czerwony). 1.
Zasady azotowe, 2.
Pary zasad, 3.
Helisa, 4.
Podwójna helisa
Ilustracja przedstawiająca porównanie budowy R N A i D N A. Po lewej stronie znajdują się rozmieszczone jedna pod drugą zasady azotowe obecne w R N A, a obok fragment struktury makrocząsteczki zbudowanej z rybonukleotydów. Po prawej stronie przedstawiono zasady azotowe rozmieszczone jedna pod drugą występujące w D N A, a po ich lewej stronie podwójną helisę makrocząsteczki składającej się deoksyrybonukleotydów. Po lewej stronie oznaczone kolorami zasady azotowe występujące w R N A wraz z ich oznaczeniami literowymi, do których należą: cytozyna C (niebieski), guanina G (zielony), adenina A (żółty) oraz uracyl U (pomarańczowy). Cytozyna to 4-amino-1H-pirymidin-2-on, stanowi go sześcioczłonowy pierścień, który zbudowany jest z atomu azotu grupy N H w pozycji pierwszej związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla podstawionym grupą aminową i połączonym za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 5 związanym za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6, który to łącząc się wiązaniem pojedynczym z atomem azotu znajdującym się w pozycji pierwszej zamyka pierścień. Guanina, czyli 2-amino-1, 7-dihydro-6H-puryn-6-on, to bicykliczny, heteroaromatyczny związek zbudowany z pięcioczłonowego oraz sześcioczłonowego pierścienia, które posiadają dwa wspólne atomy węgla, tak zwane atomy mostkowe. Sześcioczłonowy pierścień składa się z atomu azotu N 1 podstawionego atomem wodoru i połączonego z atomem węgla C 2 związanym z grupą aminową i połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N trzy. Atom N 3 związany jest z atomem C 4, który z kolei łączy się z atomem C 5 za pomocą wiązania podwójnego. Atomy C 4 i C 5 stanowią atomy mostkowe. Atom C 5 łączy się z atomem C 6, który to jest związany za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu. Atom węgla C 6 łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu N 1, co zamyka pierwszy sześcioczłonowy pierścień. Drugi pierścień tworzą węgle C 4 i C pięć. Węgiel C 5 łączy się z atomem azotu N 7, który to związany jest za pomocą wiązania podwójnego z węglem C 8 połączonym z atomem azotu N 9. Atom N 9 podstawiony jest atomem wodoru i łączy się z węglem mostkowym C 4, co zamyka drugi pięcioczłonowy pierścień. Adenina, to jest 7H-puryno-6-amina, to heteroaromatyczny, bicykliczny związek zbudowany z pięcioczłonowego oraz sześcioczłonowego pierścienia, które posiadają dwa wspólne atomy węgla, tak zwane atomy mostkowe. Sześcioczłonowy pierścień składa się z atomu azotu N 1 połączonego z atomem węgla C 2, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N 3. Atom N 3 związany jest z atomem C 4, który z kolei łączy się z atomem C 5 za pomocą wiązania podwójnego. Atomy C 4 i C 5 stanowią atomy mostkowe. Atom C 5 łączy się z atomem C 6, który to jest podstawiony grupą aminową i związany za pomocą wiązania podwójnego z atomem azotu N 1, co zamyka pierwszy sześcioczłonowy pierścień. Drugi pierścień tworzą węgla C 4 i C 5. Węgiel C5 łączy się z atomem azotu N 7, który to związany jest za pomocą wiązania podwójnego z węglem C 8 połączonym z atomem azotu N 9. Atom N 9 podstawiony jest atomem wodoru i łączy się z węglem mostkowym C 4, co zamyka drugi pięcioczłonowy pierścień.
Uracyl, czyli 1H-pirymidyn-2, 4-dion, to związek, który stanowi sześcioczłonowy pierścień zbudowany z atomu azotu grupy N H w pozycji pierwszej związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu kolejnej grupy N H, który to łączy się z atomem węgla C 4 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem C 5 związanym za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6, który to łącząc się wiązaniem pojedynczym z atomem azotu znajdującym się w pozycji pierwszej zamyka pierścień. Po lewej stronie ilustracji przedstawiono zasady azotowe obecne w D N A, do których należą omówione już cytozyna, guanina i adenina, a także tymina. Tymina to 5-metylopirymidyno-2, 4(1H,3H)-dion, stanowi ją sześcioczłonowy pierścień, który zbudowany jest z atomu azotu grupy N H w pozycji pierwszej związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu kolejnej grupy N H, który to łączy się za pomocą pojedynczego z atomem węgla C 4. Atom ten połączony jest za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 5, który to podstawiony jest grupą metylową i który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6 związanym za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu w pozycji pierwszej, co zamyka pierścień. W przypadku R N A makrocząsteczka jest znacznie mniejsza od D N A, jednoniciowa, a jej struktura jest helikalna. Podstawową jednostką budulcową R N A są rybonukleotydy. Każdy rybonukleotyd stanowi odpowiednia zasada azotowa: cytozyna, guanina, adenina lub uracyl, która to łączy się za pomocą wiązania N-glikozydowego z rybozą - cykliczną pięcioczłonową resztą cukrową, która to z kolei związana jest wiązaniem estrowym z resztą kwasu fosforowego. Owe rybonukleotydy łączą się ze sobą poprzez wiązania fosfodiestrowe, które tworzą swoisty szkielet, czy też rusztowanie dla informacji zapisanej w cząsteczce. Kolejność zasad jest komplementarna do kolejności zasad w nici D N A, jednak w R N A występują inne zasad komplementarne do występujących w D N A. I tak w R N A pary tworzą guanina G i cytozyna C, a także adenina A i uracyl U. Na ilustracji do szkieletu cukrowo-fosforanowego przyłączone są zasady, zgodnie z przypisanymi im na początku kolorami, które reprezentują poziomo rozmieszczone wzdłuż skręconej nici belki. Są one niebieskie, zielone, żółte i pomarańczowe. W przypadku D N A makrocząsteczka jest dużo większa od R N A, dwuniciowa, a jej struktura jest helikalna oparta na zasadzie komplementarności. Łańcuchy tworzące podwójną helisę są antyrównoległe. Podstawową jednostką budulcową D N A są deoksyrybonukleotydy. Każdy deoksyrybonukleotyd stanowi odpowiednia zasada azotowa: cytozyna, guanina, adenina lub tymina, która to łączy się za pomocą wiązania N-glikozydowego z deoksyrybozą - cykliczną pięcioczłonową resztą cukrową, która to z kolei związana z resztą kwasu fosforowego. Deoksyrybonukleotydy łączą się ze sobą poprzez wiązania fosfodiestrowe, które tworzą swoisty szkielet, czy też rusztowanie dla informacji zapisanej w cząsteczce. Kolejność zasad jest komplementarna względem drugiej z nici D N A. I tak w D N A pary tworzą guanina G i cytozyna C, a także adenina A i tymina T. Na ilustracji do dwóch helikalnych szkieletów cukrowo-fosforanowego przyłączone są zasady, zgodnie z przypisanymi im na początku kolorami, które reprezentują poziomo rozmieszczone wzdłuż skręconej nici belki. Belki odpowiadające cytozynie i guaninie łączą się ze sobą, analogicznie te przypisane adeninie i tyminie (kolor czerwony). 1.
Zasady azotowe, 2.
Pary zasad, 3.
Helisa, 4.
Podwójna helisa
Porównanie budowy RNA i DNA.
Źródło: Roland1952, Sponk, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
Słownik
deoksyrybonukleotyd
deoksyrybonukleotyd
nukleotyd występujący w DNA; składa się z zasady azotowej (adenina, guanina, tymina lub cytozyna), węglowodanu deoksyrybozy oraz grupy fosforanowej
deoksyryboza
deoksyryboza
pięciowęglowy cukier prosty, składnik nukleotydów DNA
DNA
DNA
kwas deoksyrybonukleinowy, nośnik informacji genetycznej
enzym Dicer
enzym Dicer
endorybonukleaza, która tnie dwuniciowy RNA (dsRNA) na małe interferujące RNA oraz pre‑mikroRNA (pre‑miRNA) na mikroRNA; zarówno interferujące RNA, jak i mikroRNA są krótkimi, dwuniciowymi fragmentami RNA
funkcje katalityczne
funkcje katalityczne
właściwości niektórych cząsteczek umożliwiające przyspieszanie specyficznych reakcji chemicznych przez obniżenie ich energii aktywacji
introny
introny
elementy sekwencyjne genu występujące w komórkach eukariotycznych; introny wyłącznie rozdzielają geny, nie kodują sekwencji aminokwasów polipeptydu
łańcuch polinukleotydowy
łańcuch polinukleotydowy
wiele nukleotydów połączonych ze sobą wiązaniem fosfodiestrowym
nici antyrównoległe
nici antyrównoległe
zgodnie z zasadą dwubiegunowości jedna nić ma niezwiązany węgiel 5′, natomiast równoległa do niej nić ma niezwiązany węgiel 3′ znajdujący się na tym samym biegunie
nukleotyd
nukleotyd
podstawowa jednostka budulcowa kwasów nukleinowych, zbudowana z reszty cukrowej, zasady azotowej i reszty fosforanowej
obróbka potranskrypcyjna
obróbka potranskrypcyjna
wieloetapowy proces obróbki pre‑mRNA polegający na splicingu – wycięciu intronów i połączeniu eksonów oraz zmodyfikowaniu końców mRNA przez dodanie czapeczki guanylowej do końca 5′ oraz ogona poli‑A do końca 3′
oddziaływania warstwowe
oddziaływania warstwowe
oddziaływania powstające pomiędzy dwoma płaskimi układami, w których występują wiązania kowalencyjne; układy te znajdują się w odpowiedniej geometrii jeden pod drugim; w kwasach nukleinowych występują między zasocjowanymi (złączonymi) warstwowo parami zasad, pomiędzy którymi powstają wiązania hydrofobowe
podwójna helisa
podwójna helisa
struktura DNA – dwie nici polinukleotydowe skręcone wokół wspólnej osi, stabilizowana przez wiązania wodorowe
reguła komplementarności zasad
reguła komplementarności zasad
reguła mówiąca o tym, że pary zasad azotowych łączą się ze sobą w określony sposób: cytozyna (C) łączy się tylko z guaniną (G); adenina (A) w RNA łączy się z uracylem (U), a w DNA z tyminą (T)
RNA
RNA
kwas rybonukleinowy, nośnik informacji genetycznej
rybonukleotyd
rybonukleotyd
nukleotyd występujący w RNA; składa się z zasady azotowej (adenina, guanina, uracyl lub cytozyna), węglowodanu rybozy oraz grupy fosforanowej
cząsteczka RNA lub fragment DNA mający właściwości katalizujące
splicing
splicing
proces usuwania/wycinania intronów (sekwencji niekodujących), w wyniku którego dochodzi do połączenia eksonów (sekwencji kodujących) z prekursorowego mRNA eukariontów; zachodzi podczas obróbki potranskrypcyjnej
urydyna
urydyna
organiczny związek chemiczny, nukleozyd, zbudowany z uracylu (zasady pirymidynowej) połączonego z rybozą; występuje w RNA
wyciszanie ekspresji genów
wyciszanie ekspresji genów
wyłączenie ekspresji genu bez jego usuwania z żywego organizmu; polega na zablokowaniu transkrypcji lub translacji genu