[wykład ogólnouczelniany] ... do początku, czyli o DNA i RNA

[Mateusz Adam Sartoneskorsi]

Drodzy studenci, czas poznać DNA i RNA od strony chemicznej. Zapraszam do wzięcia udziału w wykładzie.

DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) oraz RNA (kwas rybonukleinowy) są kwasami nukleinowymi, na których jest oparte całe życie. Kwasy nukleinowe to nierozgałęzione biopolimery, które składają się z cukrów połączonych mostkami fosfodiestrowymi. Grupa 3’ hydroksylowa reszty cukrowej jednego nukleotydu jest zeestryfikowana grupą fosforanową, która z kolei jest związana z grupa 5’ hydroksylową następnego cukru. Jeśli polinukleotyd jest skończony to na 5’ końcu przy 5 atomie węgla występuje wolna grupa -OH, a na 3’ końcu występuje ona przy 3 atomie węgla. 
Ważnymi pojęciami przy kwasach nukleinowych są następujące terminy:
> Nukleozyd - organiczne związki chemiczne, zbudowane z zasady azotowe, połączonej wiązaniem -N-glikozydowym z rybozą lub deoksyrybozą
>Nukleotyd - organiczne związki chemiczne z grupy estrów fosforanowych, zbudowane są z reszty cukrowej, co najmniej jednej reszty fosforanowej i zasady azotowej

Rysunek DNA.

Zasady występujące w kwasach nukleinowych są następujące:
>ADENINA (występuje w DNA i RNA)

>TYMINA (występuje w DNA)

>URACYL (występuje w RNA)

>GUANINA (występuje w DNA i RNA)

>CYTOZYNA (występuje w DNA i RNA)

Zasady azotowe łączą się w kwasach nukleinowych ze sobą zgodnie z zasadą komplementarności tj. adenina z tyminą w DNA, adenina z uracylem w RNA oraz guanina z cytozyną w DNA i RNA. 


Idealny model DNA który występuje u człowieka ma następujące cechy:

>Strukturę DNA tworzą dwie nici polinukleotydowe, których zasady są komplementarne do zasad nukleotydów drugiej nici (kolejność nukleotydów jednej nici, determinuje kolejność nukleotydów drugiej nici).

>Dwa helikalne łańcuchy polinukleotydowe oplatają wspólną oś, lecz biegną w przeciwnych kierunkach (jedna z 5’ do 3’; druga od 3’ do 5’).

>Rdzeń cukrowo-fosforanowy biegnie na zewnątrz, a zasady purynowe i pirymidynowe są zwrócone do wewnątrz helisy.

>Płaszczyzny zasad są prostopadle do osi helisy, na każdy skręt przypada 10 nukleotydów w każdym łańcuchu, i przypada co 3,4 nm.

>Wewnątrz helisy zasady ułożone w stos, jedna na drugą, co stabilizuje strukturę podwójnej helisy.

>Stabilizacja przez hydrofobowe oddziaływania między zasadami, oraz przez mostki wodorowe, które powstają między zasadami różnych łańcuchów.

W przyrodzie występują kilka typów DNA, poniżej przykłady:
DNA B (u człowieka):        DNA A:                        DNA Z:

Różnią się one skręcalnością, rozpuszczalnością.

DNA ma różne funkcję w naszych organizmach: służy przekazywaniu informacji genetycznej (genów) komórką i organizmom potomnym, kieruje syntezą białek w organizmie miedzy innymi białek enzymatycznych a dzięki temu, kieruje wszystkimi procesami zachodzącymi w organizmie (metabolizm).

Typów kwasów RNA wyróżniamy kilkanaście, poniżej znajdują się niektóre z nich:

>mRNA (matrycowe, informacyjne RNA) - stanowi matrycę do syntezy białek, czyli translacji. Funkcją mRNA jest przenoszenie informacji genetycznej o sekwencji poszczególnych polipetydów. Cząsteczki mRNA po przyłączeniu do rybosomów stanowią matrycę do syntezy polipeptydów, w której kolejne trójki nukleotydów mRNA (tworząc kodony) są rozpoznawane przez antykodony cząsteczek tRNA transportujących aminokwasy, dzięki czemu w procesie translacji powstaje właściwa sekwencja peptydu. Składa się z około 1200 nukleotydów i przybiera często kształt spinki do włosów.

>tRNA (transportujące) - przenosi zaaktywowane aminokwasy do rybosomów gdzie dochodzi do ich połączenia wiązaniami peptydowymi w kolejności określonej przez mRNA. Są zbudowane z ok 75 nukleotydów i układają się w kształt koniczyny, wieloramiennego tworu.

Rysunek tRNA.

>rRNA (rybosomowy) - główny składnik rybosomów, oraz katalizuje syntezę białka. Struktura rRNA jest rozbudowana i stworzony jest z około 100-4500 nukleotydów. Występuje zarówno w fragmentach jednoniciowych, jak i dwuniciowych.