Nukleotider og nukleinsyrer DNA og RNA Winnie Eskild, IMBV 2004

Nukleinsyrer er polymerer av nukleotider Nukleinsyrene omfatter to typer: Deoksyribonukleinsyre = DNA Ribonukleinsyre = RNA: messenger RNA = mRNA ribosomalt RNA = rRNA transfer RNA = tRNA

Nukleinsyrenes funksjoner Informasjon DNA DNA DNA Budbringer mRNA Aktivt produkt protein rRNA tRNA DNA lagrer al den informasjonen som er nødvendig for syntesen av alle proteiner og RNA-molekyler i en organisme. DNA er lokalisert i kjernen i eukaryote celler Et gen er et stykke DNA som koder for et mRNA, rRNA eller tRNA RNA syntetiseres i kjernen og er en kopi av DNA Proteiner syntetiseres i cytosol med mRNA som templat

Nukleotider Nukleotidene er de byggesteinene som DNA og RNA er lagd av Alle nukleotider har samme prinsipielle oppbygging: Det finnes 8 forskjellige nukleotider, som er dannet ved en kombinasjon av: 5 baser, 2 pentoser Fosfat Pentose Base

Nukleotider

Nukleotidenes basekomponenter er derivater av pyrimidin og purin

Purinbasene

Pyrimidinbasene

Basefordeling mellom DNA og RNA Adenin (purin) Guanin (purin) Cytosin (pyrimidin) Thymin (pyrimidin Basene er koplet til C-atom nr 1’ RNA Adenin Guanin Cytosin Uracil i ribosen med en N-glykosidbinding

Modifiserte baser Finnes i DNA og RNA Metylering Hydroksymetylerte Fosforyleringer Modifiserte baser i DNA er viktige for kontrol og beskyttelse av genetisk informasjon Modifiserte baser i RNA er viktige for funksjon Modifiserte baser finnes innen nukleotidmetabolismen

Pentosen RNA: D-ribose DNA: D-deoksyribose C-2 mangler OH-gruppe Det anomere C-atomet har b-konfigurasjon RNA: D-ribose DNA: D-deoksyribose C-2 mangler OH-gruppe Pentosens konfigurasjon er en b-furanosestruktur Vanlig nummerering med en ’, dvs 1’, 2’ osv.

Fosfatgruppen Fosfatgruppen er koplet til C-atom nr 5’ i ribosen med en esterbinding

Nukleotidets oppbygging Ribose + base => nukleosid Nukleosid + fosfat => nukleotid Nukleosidene/nukleotidene har navn som indikerer basekomponenten

Deoksyribonukleotidene

Ribonukleotidene Figur 10-4b

Fosfodiesterbindingen Kovalent binding mellom 5’ C-atomet i et nukleotid og 3’ C-atomet i neste nukleotid Har netto negativ ladning

Oligonukleotider < 50 nukleotider < polynukleotider

Polynukleotidenes ryggrad De alternerende riboseenheter og fosfatgrupper danner ryggraden Fosfodiesterbindingene vender samme vei i hele polynukleotidet => 5’-ende og 3’-ende Polynukleotider kalles også nuklein-syrer fordi de er syrer Ryggradens fosfatgrupper er full-stendig dissosierte ved neutral pH. Gir hele polynukleotidet en negativ netto ladning DNA’s negative ladning neutraliseres i cellekjernen ved interaksjon med basiske proteiner, histoner

DNA, RNA har retning 5’-enden har fri fosfatgruppe 3’-enden har fri OH-gruppe Rekkefølgen av nukleotider i RNA eller DNA skal alltid angis fra 5’ til 3’-ende 5’-CAGTGCTAGCGTGA-3’ Figur 10-7

pH effekter Lav pH skader ikke RNA eller DNA (lite løselige) Høy pH tolereres bra av DNA mens RNA hydrolyseres C-2’ OH-gruppen retter nukleofilt angrep mot fosforatomet Gir intramolekylær syklisering av C-3’ og C-2’ C-5’ i fraspaltet nukleotid får OH-gruppe Syklisk monofosfat er ustabilt Hydrolyseres til blanding av 3’- og 2’-fosfonukleotider DNA har ikke 2’-OH-gruppe Figur 10-8

Basenes egenskaper påvirker DNA/RNA struktur Bindingene har delvis dobbel-bindingskarakter => Pyrimidinene er plane Purinene er nesten plane

Absorbsjonsspektra Figur 10-10

Hydrofob interaksjon Nukleinsyrenes baser er hydrofobe og lite løselige i vann ved neutral pH De plane, hydrofobe molekylene gir anledning til hydrofob interaksjon Hydrofob interaksjon er en viktig stabiliserende kraft for nukleinsyrer

Hydrogenbindinger Basene danner hydrogenbindinger til hverandre Adenin baseparrer med thymin og uracil Cytosin baseparrer med guanin Hydrogenbindingene er ansvarlige for å holde de to trådene i DNA sammen og for dobbeltrådete strukturer i RNA

Baseparing

Baseparing Guanin/Cytosin

Baseparing Adenin/Thymin

Chargaffs regler 1) Hvert spesies har sin karakteristiske basekomposisjon 2) Basekomposisjonen er den samme i alle vev fra en art 3) Basekomposisjonen er uavhengig av kjønn, alder, ernæringstilstand eller andre ytre forhold 4) Baseparringen i DNA medfører - mengden av adenin = mengden av thymin, dvs A = T - mengden av guanin = mengden av cytosin, dvs G = C