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

BudbringermRNA

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

Fosfat

Pentose

Pentose

BaseBase

Nukleotider

Nukleotidenes basekomponenter er derivater av pyrimidin og purin

Purinbasene

Pyrimidinbasene

Basefordeling mellom DNA og RNA

DNA• 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

Pentosens konfigurasjon er en -furanosestruktur

Vanlig nummerering med en ’, dvs 1’, 2’ osv.

Det anomere C-atomet har -konfigurasjon

Det anomere C-atomet har -konfigurasjon

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

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

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 10-8Figur 10-8

Basenes egenskaper påvirker DNA/RNA struktur

• Bindingene har delvis dobbel-bindingskarakter =>– Pyrimidinene er plane– Purinene er nesten plane

Absorbsjonsspektra

Figur 10-10Figur 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