Nukleotidy a nukleové kyseliny

Prezentace na téma: "Nukleotidy a nukleové kyseliny"— Transkript prezentace:

1 Nukleotidy a nukleové kyseliny
Lékařská chemie a biochemie „0. ročník“ - letní semestr © Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze,

2 DNA - Deoxyribonukleová kyselina
Popsána Friedrich Miescher Důkaz o přenosu genetické informace – Averyho-MacLeodův-McCartyho experiment Dvoušroubovicový model – James D. Watson a Francis Crick Elektrochemická redukovatelnost DNA – 1958 – Emil Paleček

3 NUKLEOVÉ KYSELINY NUKLEOSIDY NUKLEOVÉ BÁZE NUKLEOTIDY

4 Purinové báze Adenin Guanin N-6-methyladenin
6-aminopurin 2-amino-6-oxopurin N-6-methyladenin (rostliny, živožichové) Nukleové kys. 2014/15

5 Pyrimidinové báze Cytosin Uracil Thymin
2-oxo-6-aminopyrimidin 2,6-dioxo-pyrimidin 2,6-dioxo-5-methylpyrimidin 5-Methylcytosin 5-Hydroxymethylcytosin (bakteriální DNA) (bakteriální viry, např. bakteriofágy sudé řady T2,T4,T6) Nukleové kys. 2014/15

6 Tautomerní formy laktim laktam Nukleové kys. 2014/15

7 Nukleosidy Dusíkatá báze + sacharid (ribosa, 2-deoxyribosa)
cytosin N-glykosidová vazba + H2O ribosa cytidin Dusíkatá báze sacharid (ribosa, 2-deoxyribosa) N-glykosidová vazba Nukleové kys. 2014/15

8 Názvosloví nukleosidů
s pyrimidinovou bázi ribosa deoxyribosa - idin deoxy - … - idin s purinovou bázi - osin deoxy - … - osin Uridin Thymidin (deoxythymidin) Cytidin Deoxycytidin Adenosin Deoxyadenosin Guanosin Deoxyguanosin Nukleové kys. 2014/15

9 Pyrimidinové nukleosidy
Uridin Cytidin Thymidin (Deoxythymidin) Nukleové kys. 2014/15

10 Purinové nukleosidy Adenosin Guanosin Deoxyadenosin
Nukleové kys. 2014/15

11 Nukleotidy Nukleosid + Kyselina fosforečná esterová vazba
Adenosin-5’-monofosfát AMP Cyklický adenosin-3’,5’-monofosfát c-AMP Nukleové kys. 2014/15

12 Adenosin-5’-trifosfát
ATP Adenosin-5’-trifosfát Nukleové kys. 2014/15

13 Báze Nukleosid Nukleotid
adenin adenosin (A) adenosin-5’-monofosfát (AMP) adenin adenosin (A) adenosin-5’-trifosfát (ATP) guanin guanosin (G) guanosin-5’-monofosfát (GMP) cytosin cytidin (C) cytidin-5’-monofosfát (CMP) uracil uridin (U) uridin-5’-monofosfát (UMP) thymin thymidin (dT) thymidin-5’-monofosfát (dTMP) Nukleové kys. 2014/15

14 Nukleotidy v metabolismu
• STAVEBNÍ JEDNOTKY NUKLEOVÝCH KYSELIN • ATP makroergní sloučenina, zásoba energie • c-AMP zprostředkuje účinek hormonů nebo neurotransmiterů „druhý posel“ • UTP, CTP biosyntéza cukerných derivátů a lipidů Nukleové kys. 2014/15

15 NAD+ (nikotinamidadenindinukleotid) koenzym oxidačně-redukčních reakcí (přenos vodíku)
Nukleové kys. 2014/15

16 FAD a FMN (flavinadenindinukleotid a flavinmononukleotid) koenzymy oxidačně-redukčních reakcí (přenos vodíku) Nukleové kys. 2014/15

17 Lineární řetězec polynukleotidů 3´, 5´ fosfodiesterová vazba
5´ konec  3´ konec 5´-konec 3´-konec Nukleové kys. 2014/15

18 Nukleové kyseliny • biopolymery • polynukleotidy až miliony nukleotidů
• genetická informace Nukleové kys. 2014/15

19 Rozdělení nukleových kyselin
RNA DNA Sacharid Ribóza Deoxyribóza Báze Adenin Guanin Cytosin Uracil Thymin Nukleové kys. 2014/15

20 pentosa báze P 5´- konec 3´- konec Pořadí bází ! Nukleové kys. 2014/15

21 Druhy vazby Kovalentní vazba: Zprostředkovaná sdílenou elektronovou dvojicí ( kJ/mol). (Každý partner 1 e- nebo donorakceptorová vazba) Iontová vazba: coulombické přitažlivé síly Mezimolekulové síly: Van der Waalsovy síly (4-8 kJ/mol) (a)coulombické síly (dipól je permanentní) b) indukční (dipól je indukovaný) c) disperzní (rozložené těžiště + a - náboje) Vodíkový můstek (20-30 kJ/mol) – dipól-dipólová vazba Nukleové kys. 2014/15

22 Koordinační sloučeniny
Donor-akceptorová vazba NH3 d N 2s   2p 2s2 2p3 Např. [Fe2+(CN)6]4-, [Fe3+(CN)6]3-, Fe(CO)5, [Cu+ (NH3)2]+, [Cu+(CN)2]-, [Cu2+(H2O)4]2+, [Cu2+(NH3)4]2+, H 1s  1s  H 1s  H   3d 4s 4p Cu0 NH3 Cu2+ dsp2 Nukleové kys. 2014/15

23 Vodíkový můstek Slabá interakce mezi atomem vodíku, "ochuzeným" o elektrony a jiným atomem, který má "přebytek" elektronů. K "ochuzení" atomu vodíku dochází v případě, že je vodík vázán chemickou vazbou na tzv. elektronegativní atom. Nejčastějším příkladem může být hydroxylová skupina (-O-H). Kyslík je silně elektronegativní, tzn. že přitahuje 2 elektrony, sdílené ve vazbě s vodíkem "k sobě". Vzniká tzv. dipól, tj. nerovnoměrné rozdělení nábojů, kdy jsou elektrony blíže atomu kyslíku, ten má pak tzv. částečně (parciálně) záporný náboj, zatímco vodíkový atom je o elektrony částečně ochuzen, takže má částečně (parciálně) kladný náboj. Pokud se takovýto atom vodíku, "vyčnívající" ze své molekuly na okraji OH-skupiny, octne blízko jiného elektronegativního atomu, který si "k sobě stáhl" elektrony z jiné chemické vazby a získal tak jejich "přebytek" a částečně záporný náboj, budou mezi částečně kladně nabitým vodíkem a částečně záporně nabitým partnerem působit přitažlivé síly a vznikne vodíkový můstek. molekula -- O - H O -- molekula molekula -- O - H N -- molekula molekula -- N - H O -- molekula molekula -- N - H N -- molekula Nukleové kys. 2014/15

24 Párování bází ADENIN THYMIN 2 vodíkové vazby

25 Párování bází Guanin Cytosin 3 vodíkové vazby

26 Redoxní centra

27 Redoxní centra

28 Komplementární řetězce
deoxyribosa adenin thymin deoxyribosa deoxyribosa thymin adenin deoxyribosa deoxyribosa guanin cytosin deoxyribosa deoxyribosa cytosin guanin deoxyribosa deoxyribosa thymin adenin deoxyribosa Komplementární řetězce P P P P P P P P P P Nukleové kys. 2014/15

29 Funkce DNA genetická informace - obsažena v sekvenci nukleotidů
Nositel genetické informace genetická informace - obsažena v sekvenci nukleotidů Úsek DNA, který odpovídá jedné bílkovině se nazývá gen genom - soubor všech genů Nukleové kys. 2014/15

30 Struktura DNA • dvouvláknová • dvojitá pravotočivá šroubovice
• 2 komplementární řetězce vodíkové vazby A T G C • primární struktura – sekvence bází - genetická informace, - triplety bází - kódují jednu aminokyselinu Nukleové kys. 2014/15

31 Charakteristika DNA • výskyt v jádře
ve formě chromatinu - molekuly DNA jsou asociovány s histony • při dělení buněk probíhá replikace DNA Replikace • proces vytvoření komplementárního nového vlákna DNA k původnímu vláknu DNA Nukleové kys. 2014/15

32 RNA • jednořetězcové obsahuje ribózu místo deoxyribózy
• kratší než DNA • vznik RNA - podle přepisu z určitých úseků DNA (komplementarita bází) - úprava enzymovým štěpením a sestřihem • výskyt i různých modifikovaných bázi Nukleové kys. 2014/15

33 Rozdělení RNA Mediátorová RNA - mRNA Transferová RNA - tRNA
Ribosomová RNA - rRNA Nukleové kys. 2014/15

34 Mediátorová RNA mRNA Informační, messenger
matrice pro syntézu polypeptidického řetězce přepis genetické informace z DNA do mRNA jednořetězcová přenos genetické informace z jádra na místo syntézy bílkovin, tj. do ribozomů ribozomy - syntéza polypeptidických řetězců Nukleové kys. 2014/15

35 Charakteristika mRNA • specifické mRNA
vznikají podle vlákna DNA (proces transkripce) • délka různá podle délky polynukletidového řetězce který se bude syntetizovat • krátká životnost Nukleové kys. 2014/15

36 Kodón - triplet - sekvence 3 bazí
každá aminokyselina má svůj triplet 64 kódujících tripletů: 61 kodonů - značí aminokyseliny 3 kodony - terminační signály, signál k ukončení syntézy (terminace) degenerovaný kód - každá aminokyselina je kódována větším počtem tripletů Nukleové kys. 2014/15

37 RNA kodon → aminokyselina
2. báze U C A G 1. báze UUU (Phe/F)Fenylalanin UUC (Phe/F)Fenylalanin UUA (Leu/L)Leucin UUG (Leu/L)Leucin (Start) UCU (Ser/S)Serin UCC (Ser/S)Serin UCA (Ser/S)Serin UCG (Ser/S)Serin UAU (Tyr/Y)Tyrosin UAC (Tyr/Y)Tyrosin UAA Ochre (Stop) UAG Amber (Stop) UGU (Cys/C)Cystein UGC (Cys/C)Cystein UGA Opal (Stop) UGG (Trp/W)Tryptofan CUU (Leu/L)Leucin CUC (Leu/L)Leucin CUA (Leu/L)Leucin CUG (Leu/L)Leucin (Start) CCU (Pro/P)Prolin CCC (Pro/P)Prolin CCA (Pro/P)Prolin CCG (Pro/P)Prolin CAU (His/H)Histidin CAC (His/H)Histidin CAA (Gln/Q)Glutamin CAG (Gln/Q)Glutamin CGU (Arg/R)Arginin CGC (Arg/R)Arginin CGA (Arg/R)Arginin CGG (Arg/R)Arginin AUU (Ile/I)Isoleucin AUC (Ile/I)Isoleucin AUA (Ile/I)Isoleucin AUG (Met/M)Methionin, resp. (fMet)N-formylmethionin, Start1 ACU (Thr/T)Threonin ACC (Thr/T)Threonin ACA (Thr/T)Threonin ACG (Thr/T)Threonin AAU (Asn/N)Asparagin AAC (Asn/N)Asparagin AAA (Lys/K)Lysin AAG (Lys/K)Lysin AGU (Ser/S)Serin AGC (Ser/S)Serin AGA (Arg/R)Arginin AGG (Arg/R)Arginin GUU (Val/V)Valin GUC (Val/V)Valin GUA (Val/V)Valin GUG (Val/V)Valin (Start) GCU (Ala/A)Alanin GCC (Ala/A)Alanin GCA (Ala/A)Alanin GCG (Ala/A)Alanin GAU (Asp/D)Kys. asparagová GAC (Asp/D)Kys. asparagová GAA (Glu/E)Kys. glutamová GAG (Glu/E)Kys. glutamová GGU (Gly/G)Glycin GGC (Gly/G)Glycin GGA (Gly/G)Glycin GGG (Gly/G)Glycin Nukleové kys. 2014/15

38 Aminokyselina → RNA kodon
Ala A GCU, GCC, GCA, GCG Lys K AAA, AAG Arg R CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG Met M AUG (AUU, GUG, UUG, CUG) (AUA) Asn N AAU, AAC Phe F UUU, UUC Asp D GAU, GAC Pro P CCU, CCC, CCA, CCG Cys C UGU, UGC (UGA) Pyl O UAG Gln Q CAA, CAG (UAA, UAG) Sec U UGA Glu E GAA, GAG Ser S UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC (CUG) Gly G GGU, GGC, GGA, GGG Thr T ACU, ACC, ACA, ACG His H CAU, CAC Trp W UGG (UGA) Ile I AUU2, AUC, AUA Tyr Y UAU, UAC Leu L UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG Val V GUU, GUC, GUA, GUG Start AUG (AUU, GUG, UUG, CUG) Stop UAG, UGA,UAA Nukleové kys. 2014/15

39 Transferová RNA tRNA na ribozomech
• účastní se procesu translace na ribozomech Translace • syntéza bílkovin probíhá v endoplasmatickém retikulu na ribozomech úloha tRNA : aminokyseliny - navazuje - přenáší - zařazuje do polypeptidického řetězce Nukleové kys. 2014/15

40 Charakteristika tRNA • nejmenší typ RNA desítky nukleotidů
• v buňce kolem 60 různých tRNA • specifita tRNA k aminokyselinám Nukleové kys. 2014/15

41 Struktura tRNA Jetelový list místo vazby aminokyseliny antikodon
raménka místo vazby aminokyseliny antikodon ANTIKODON ve struktuře tRNA váže se na kodón v mRNA (komplementárně) Vazba aminokyseliny antikodon Nukleové kys. 2014/15

42 Ribosomová RNA rRNA • strukturální součást ribozomů
• nejrozšířenější typ RNA v buňce • několik typů - odlišují se velikostí a složením bází - charakterizují se dle sedimentační konstanty u prokaryotických organismů jsou 3 různě velké rRNA (23S, 16S, 5S), u eukaryotických buněk až 4 druhy rRNA (28S, 18S, 5,8S, 5S) Nukleové kys. 2014/15