Kwasy nukleinowe: budowa, rola i synteza, Prezentacje z Inżynieria biochemiczna

Pobierz Kwasy nukleinowe: budowa, rola i synteza i więcej Prezentacje w PDF z Inżynieria biochemiczna tylko na Docsity!

WYDZIAŁ NAUK O ŻYWNOŚCI I RYBACTWA CENTRUM BIOIMMOBILIZACJI I INNOWACYJNYCH MATERIAŁÓW OPAKOWANIOWYCH

BIOCHEMIA

Kierunek: Technologia Żywności i Żywienie Człowieka semestr III

Wykład 12

Kwasy nukleinowe: budowa,

synteza i ich rola w syntezie białek

Zakres materiału BIOSYNTEZA III

MOLEKULARNY WZÓR ŻYCIA

Biochemia , Autor: Lubert Stryer, PWN Warszawa 1999

4. DNA i RNA: cząsteczki dziedziczności
5. Przepływ informacji genetycznej
6. Poznawanie genów Biochemia , Autor: Jeremy Berg, Lubert Stryer, John L. Tymoczko, PWN Warszawa 2005

BIOSYNTEZA ELEMENTÓW BUDULCOWYCH

32. Struktura, replikacja i naprawa DNA
33. Rearanzacje genów
34. Synteza i splicing RNA
35. Synteza białka

1. DNA jest polimerem zbudowanym z jednostek monomerycznych – deoksyrybonukleotydów.

2. Kazdy nukleotyd sklada sie z zasady azotowej, cukru oraz z jednej lub wiecej grup fosforanowych.
3. Cukrem wystepujacym w deoksyrybonukleotydach jest deoksyryboza. Przedrostek deoksy -­‐ w rybozie brak jednego z atomów tlenu. Zasadami azotowymi sa pochodne puryny lub pirymidyny. Zasady purynowe -­‐ adenina (A) i guanina (G), Zasdy pirymidynowe -­‐ tymina (T) i cytozyna (C).

DNA – budowa i składniki podstawowe

1. Związek zasady purynowej lub pirymidynowej z cukrem nazywamy nukleozydem.

2. W DNA występuja 4 rodzaje nukleozydów: deoksy adenozyna , deoksy guanozyna , deoksy tymidyna i deoksy cytydyna.
3. W deoksyrybonukleozydach N-­‐9 zasady purynowej lub N-­‐1 zasady pirymidynowej jest związany z C-­‐1 deoksyrybozy. Utworzone w ten sposób wiązanie N-­‐glikozydowe ma konfigurację β (zasada leży nad płaszczyzną pierścienia cukru).
4. Ester nukleozydu i kwasu fosforowego nazywamy nukleotydem.
5. Najczęstszym miejscem estryfikacji w nukleotydach występujących w przyrodzie jest grupa hydroksylowa związana z C-­‐5 cukru. Tego rodzaju związek jest nazywany nukleozydo-­‐5'-­‐fosforanem lub 5'-­‐nukleotydem.

Nukleozyd a nukleotyd

Budowa łańcucha DNA -­‐ odkrycie Watsona i Cricka

1. Komórkowy DNA składa się z dwóch bardzo długich łańcuchów polinukleotydowych , zwiniętych wokół jednej wspólnej osi.
2. Każda z dwóch nici helisy jest zorientowana w przeciwnym kierunku. 3. Na zewnątrz dwuniciowej helisy znajdują się rdzenie cukrowo-­‐ fosforanowe każdego z łańcuchów, podczas gdy zasady purynowe i pirymidynowe są skierowane do wnętrza helisy.
3. Obydwa łańcuchy są połączone wiązaniami wodorowymi miedzy zasadami tworzącymi pary.

1. Adenina (A) zawsze tworzy parę z tyminą (T), a guanina (G) jest zawsze sparowana z cytozyną (C), dzięki czemu jeden łańcuch helisy jest zawsze komplementarny do drugiego. 2. Informacje genetyczna koduje ściśle określona sekwencja zasad w każdym z łańcuchów. Wiele cząsteczek DNA tworzy formy koliste. 3. Oś dwuniciowej helis y kolistego DNA sama może ulegać zwinięciu , tworząc superhelise. DNA zwinięty superhelikainie jest bardziej zwarty niż zrelaksowane formy DNA.

Budowa łańcucha DNA -­‐ odkrycie Watsona i Cricka

Reakcja wydłużania łańcucha katalizowana przez polimerazy DNA

DNA różnych organizmów

1. Niektóre wirusy podczas części swego cyklu życiowego zawierają jednoniciowy DN A. Taki DNA występuje w małym wirusie infekującym E. coli.
2. Jednak w zainfekowanej komórce gospodarza jest wytwarzany drugi, komplementarny łańcuch, dzięki czemu powstaje forma replikacyjna o strukturze dwuniciowej helisy.
3. Materiałem. genetycznym niektórych wirusów, takich jak wirus mozaiki tytoniu , jest jednoniciowy RNA. W replikacji takiego RNA bierze udział polimeraza RNA zależna od RNA (replikaza RNA).
4. Retrowirusy, których przykładem mogą być onkogenne wirusy RNA i HIV-­‐l, wykazują niezwykły kierunek przepływu informacji genetycznej od RNA do DNA , to jest odwrotny od normalnego.
5. Zawarty w nich jednoniciowy RNA jest transkrybowany do dwuniciowego DNA przez odwrotna transkryptazę, czyli polimerazę DNA zależną od RNA.

Wirusy RNA

1. Informacja genetyczna w normalnych komórkach przepływa od DNA do RNA i dalej do białka. 2. Syntezę RNA , zgodna z matryca DNA, nazywamy transkrypcją , natomiast syntezę białka na matrycy RNA -­‐ translacją.

3. Komórki zawierają kilka rodzajów RNA : -­‐ informacyjny RNA (mRNA), -­‐ transportujacy RNA (tRNA), -­‐ rybosomowy RNA (rRNA), -­‐ niskocząsteczkowy jądrowy RNA (snRNA).

RNA – rola i znaczenie w funkcjonowaniu komórek

1. Większość cząsteczek RNA występuje w formie pojedynczych nici , ale wiele z nich zawiera obszerne rejony o strukturze dwuniciowej helisy, powstające w rezultacie fałdowania się łańcucha w struktury typu spinki do włosów.
2. Najmniejszymi cząsteczkami RNA są tRNA , zawierające zaledwie 75 nukleotydów, natomiast największymi -­‐ niektóre mRNA , mogące zawierać więcej niż 5000 nukleotydów.
3. Wszystkie komórkowe RNA są syntetyzowane przez polimerazy RNA zgodnie z instrukcjami czerpanymi z matrycy DNA.
4. Aktywowanymi substratami są **trifosforany rybonukleozydów.
5. Synteza RNA** przebiega w kierunku od końca 5' do końca 3 ', podobnie jak synteza DNA. Polimerazy RNA różnia się od polimeraz DNA tym, ze nie potrzebują odcinka starterowego.
6. Inna różnica polega na tym, ze podczas syntezy RNA matryca pozostaje nie zmieniona, natomiast synteza DNA przebiega w sposób semikonserwatywny. Po transkrypcji wiele cząsteczek RNA ulega rozszczepieniu i chemicznym modyfikacjom.

Budowa i synteza RNA

Informacyjny RNA jest komplementarny do swej matrycy DNA

I H2C Rys. 5-9. Mechanizm reakcji elongacji lancucha, katalizowanej przez polimeraze RNA HO Tabela 5-2.Procentowy udzial zasad w RNA syntetyzowanych na matrycy wirusowych DNA Matryca DNA (nic plus if.>X174) Produkt RNA A 25 T 33 G 24 C 18 25 U 32 A 23 C 20 G HO OH OH Wszystkie trzy rodzaje komórkowego RNA - mRNA, tRNA i rRNA

• syntetyzowane sa w E. coli przez te sama polimeraze RNA, zgodnie z instrukcja zawarta w matrycy DNA. W komórkach eukariotów istnieje podzial pracy miedzy poszczególnymi rodzajami polimerazy RNA. Do ich funkcjonowania powrócimy w rozdz. 33. PolimerazaRNAczerpieinstrukcjez matrycyDNA Polimeraza RNA, podobnie jak polimerazy DNA opisane w poprzednim rozdziale, czerpie instrukcje z matrycy DNA. Pierwszym tego dowodem bylo stwierdzenie, ze sklad zasad w nowo powstalym RNA jest komplementarny do nici DNA stanowiacej matryce, czego przykladem jest synteza RNA na matrycy jednoniciowego DNA faga <jJX174(tab. 5-2). Dalszych dowodów komplementarnosci RNA do matrycy DNA dostarczyly doswiadczenia hybrydyzacyjne. Najbardziej przekonujace dowody wiernosci transkrypcji pochodza z badan sekwencji nukleotydów w RNA i DNA. Badania te udowodnily precyzyjna komplementarnosc zasad w RNA i matrycy DNA (rys. 5-10). '5~GCGGCGACGCGCAGUUAAUCCCACAGCCGCCAGUUCCGCUGGCGGCAUUUU~ mRNA 3~CGCCGCTGCGCGTCAATTAGGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAA-~ (^) nic matrycowa DNA 5'-GCGGCGACGCGCAGTTAATCCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTT -3' nic kodujaca DNA Rys. 5-10. Zasady mRNA (kolor czerwony) sa komplementarne do zasad nici DNA stanowiacej matryce (zielony). Sekwencja tu przedstawiona jest fragmentem operonu tryptofanowego
• odcinka DNA zawierajacego geny pieciu enzymów katalizujacych synteze tryptofanu. Drugi lancuch DNA (czarny) stanowi nic nie ulegajaca transkrypcji, nazywana nicia kodujaca, poniewaz sekwencja zasad jest tu taka sama jak w transkrypcie RNA, poza tym, ze w DNA

1. Sekwencja zasad w genie jest współliniowa z sekwencją aminokwasów w polipeptydzie, stanowiącym produkt genu. 2. Kod genetyczny stanowi zależność sekwencji aminokwasów w białkach od sekwencji zasad w DNA (lub w transkrypcie -­‐ RNA). 3. Aminokwasy są kodowane przez grupy trzech zasad , nazywane kodonami.

4. Sześćdziesiąt jeden spośród 64 kodonów wprowadza do białek określone aminokwasy, natomiast pozostałe trzy kodony (UAA, UAG i UGA) sa sygnałami terminacji syntezy łańcuchów polipeptydowych.
5. Dla większości aminokwasów istnieje więcej niż jeden wyraz kodowy (kod jest zdegenerowany). Kodony określające ten sam aminokwas nazywamy synonimami.
6. Większość synonimów różni się tylko ostatnia zasada trypletu.
7. Kod genetyczny, prawie identyczny we wszystkich organizmach, został rozszyfrowany po odkryciu, że polirybonukleotyd poli(U ) koduje polifenyloalanine. Następnie jako mRNA w bezkomórkowym układzie biosyntezy białka wykorzystano różne inne syntetyczne polirybonukleotydy.

Glówne cechy kodu genetycznego

Kod genetyczny -­‐ alfabet