Loeng 12 Nukleiinhapped 1 2 3 4 5

Loeng 12 Nukleiinhapped

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Nukleotiidid, nukleosiidid ja lämmastikalused DNA ja RNA primaarstruktuur DNA kõrgemat järku struktuur RNA kõrgemat järku struktuur DNA ja RNA hüdrolüüs Nukleoproteiidsed kompleksid DNA primaarstruktuuri määramine

Nukleiinhapped on molekulid, mille struktuuri kasutatakse geneetilise informatsiooni säilitamiseks DNA- Informatsiooni “Master copy” rakkudes RNA- Otseselt DNA informatsiooni vahendavad molekulid (m. RNA), samuti selles protsessis abifunktsioone omavad r. RNA, t. RNA jt. Keemiliselt on DNA ja RNA sarnased heteropolümeerid põhiahel koosneb suhrujääkidest ja fosfaatidest suhkrujääkide küljes on N-glükosiidse sidemega lämmastikalused

Nukleiinhapetes olevad suhkrud Riboos- RNA koosseisus Desoksüriboos- DNA koosseisus

Nukleosiidid- ühendid, milles Nglükosiidse sidemega on seotud suhkur ja lämmastikalus Nukleotiidid- nukleosiidide fosfaatestrid

Lämmastikalused on kas puriini või pürimidiini derivaadid Puriinid: kahe lämmatikku sisaldava tsükliga ühendid adeniin ja guaniin nii RNA kui DNA struktuuris Lämmastikalused on: -neutraalsed -planaarsed Pürimidiinid: ühe tsükliga ühendid, tsütosiin nii RNA kui DNA; tümiin DNA ja uratsüül RNA koosseisus Lisaks kirjeldatutele on olemas rida modifitseeritud või mittestandartseid Naluseid: N 6 -metüüladeniin 5 -metüültsütosiin N 2 -metüülguaniin 5 -hüdroksümetüültsütosiin Hüpoksantiin Pseudouratsüül 7 -metüülguaniin 4 -tiouratsüül

Nukleosiidide ja nukleotiidide nimetuste moodustamisel lähtutakse lämmastikaluste nimedest Adeniin (N-alus) Adenosiin (Nukleosiid) Adenosiin monofosfaat – (nukleotiid, adenosiini monofosfaatester) desoksünukleosiid- desoksüadenosiin difosfaat, trifosfaatadenosiin 5´-difosfaat esterifitseeritud OH on 5´ positsioonis kui ei ole spetsiifiliselt näidatud Lämmastikalus nukleosiid Adeniin Guaniin adenosiin guanosiin Tsütosiin Tümiin Uratsüül tsütidiin tümidiin uridiin

Nukleotiidid- koensüümide koostisosad FAD

Nukleotiidid- makroergilised ühendid Fosfoesterside + H 2 O Z DG 0=-14 k. J/mol Fosfoanhüdriidside+ H 2 O Z DG 0=-31 k. J/mol

Nukleiinhappe primaarstruktuur Nukleotiidid on ühendatud lineaarseks polümeeriks nukleiinhappeks 3´-5´ fosfodiestersidemetega Mononukleotiidid Dinukleotiidid Trinukleotiidid Oligonukleotiidid Polünukleotiidid Kokkuleppeliselt kirjeldatakse RNA ja DNA primaarstruktuuri suunas 5´Z 3´. 5´- ATTAGGAACCGG- 3´

DNA molekuli suurus varieerub erinevates organismides Lihtsamates organismides on kogu genoomne DNA üks lineaarne või tsirkulaarne molekul Eukarüootsetel organismidel on mitu kromosoomi DNA moodustab kogu raku massist ligikaudu 1% Organism Viirused SV 40 Adenoviirus lfaag Bakterid E. coli Eukarüoodid DNA (bp kokku) konformatsioon 5, 100 36, 000 48, 600 tsirkulaarne lineaarne tsirkulaarne 4, 700, 000 tsirkulaarne S. Cerevisiae 13, 500 D. Melanogaster 165, 000 Inimene 3, 000, 000 lineaarsed

RNA moodustab umbes 5 -10% raku massist Rakus esineb 3 põhilist RNA liiki Ribosomaalne RNA- assotseerunud valkudega ribosoomide kujul. Ribosoomid on valgu biosünteesi lookused m. RNA- valgu biosünteesiks vajaliku informatsiooni vahendaja DNA-lt t. RNA- moodustab aminohapetega estreid, mida rakendatakse valgu biosünteesis

DNA sruktuuri elemendid DNA kovalentse struktuuri aluseks on põhiahel, mis koosneb vahelduvatest suhkrujääkidest ja fosfaatidest Vahelduvad fosfaadid-suhkrujäägid moodustavad spiraalse heeliksi ümber paardunud lämmastikaluste Kanoonilises DNA struktuuris paarduvad puriin ja pürimidiinalused vastavalt adeniin-tümiin ja guaniin-tsütosiin ja see paardumine hoiab DNA ahelaid koos kaksikheeliksina AT paar-2 vesiniksidet GC paar- 3 vesiniksidet

A-DNA B-DNA Kaksikheeliksi esimene mudel, välja töötatud Watsoni ja Cricki poolt oli B vormis oleva DNA struktuur B-vorm on füsioloogilistes tingimustes dominantne DNA konformatsioon A-vorm tekib B-vormi keemilisel töötlemisel näiteks alkoholide ja soolalahuste toimel Tuntud on ka vasakpoolse keermega heeliks- Z DNA B-DNA 10 aluspaari ühe täispöörde kohta, A-DNA- 11; Z-DNA- 12 B-DNA heeliks on seest praktiliselt täidetud, 2 aluse vahe (tõus) 0. 34 nm

DNA kaksikheeliksi struktuuri mudel võimaldas kohe mugavalt tuletada replikatsiooni ja informatsiooni edastamisprotsesside mudelid, mis baseeruvad kaksikheeliksi ajutisel lahtisulamisel, lokaalsel denaturatsioonil DNA kaksikheeliksi ahelaid kooshoidvaid vesiniksidemeid ja van der Waalsi jõude on võimalik katkestada ehk DNA denatureerida termiline töötlus happed, alused orgaanilised solvendid DNA ahelad võivad reassotseeruda denatureeriva faktori eemaldamisel Näiteks- DNA lahuse kuumutamisel ahelad lahknevad. DNA lahuse jahutamisel ahelad reassotseeruvad

DNA tertsiaarstruktuur DNA molekul võib olla lineaarne või tsirkulaarne Rõngasmolekulid võivad omakorda olla relakseerunud või superspiraliseerunud konformatsioonis Superspiraalne vorm on väiksema stabiilsusega, ent in vivo on tsirkulaarsed DNA molekulid sageli superspiraalsed Superspiralisatsioon võib olla oluline replikatsiooni ja transkriptsiooni regulatsioonil DNA molekulide topoloogiat muudavad topoisomeraasid

RNA struktuuri elemendid RNA funktsionaalne jastrukturaalne erinevus DNA-ga võrreldes baseerub kahel olulisel detailil: 1. RNA struktuuri kuulub riboos ja mitte desoksüriboos 2. RNA struktuuri kuulub lämmastikalus uratsüül ja mitte tümiin Lisa OH rühm suhkru koosseisus muudab RNA hüdrolüüsi suhtes tundevalt labiilsemaks RNA molekul koosneb alati ühest kovalentselt seotud ahelast RNA ei moodusta pikka lineaarset kaksikheeliksi struktuuri RNA molekulid moodustavad sekundaarstruktuure voltudes iseendaga Kirjeldatud on mitmesugused sekundaarstruktuuri elemendid Juuksenõela (hairpin) struktuur Parempoolne kaksikheeliks Sisemised aasad ja paunad- katkestavad sageli pideva kaksikheeliksi

t. RNA struktuur t. RNA molekulid on 74 -93 nukleotiidi pikkused t. RNA funktrioneerivad kui aktiveeritud aminohapete adapterid valgu biosünteesis Iga aminohappe kohta on vähemalt üks t. RNA liik t. RNA struktuuri kuulub palju modifitseeritud nukleotiide Kõik t. RNA molekulid moodustavad sarnase sekundaar ja tertsiaarstruktuuri

r. RNA sekundaar ja tertsiaarstruktuur sisaldavad analoogilisi elemente t. RNA molekulile. r. RNA molekulid on aga palju suuremad ja seega kompleksema struktuuriga Toodud 16 S r. RNA primaarstruktuur on sageli aluseks evolutsiooni uurimisel

RNA ja DNA ensümaatiline hüdrolüüs nukleaaside toimel Nukleiinhapete struktuuri iseloomustamisel ja funktsiooni analüüsil on sageli vajalik suurte nukleiinhapete molekulide fragmenteerimine Näiteks- primaarstruktuuri analüüsil rekombinantsete DNA molekulide genereerimisel Ajalooliselt 3 meetodit ensümaatiline hüdrolüüs happeline hüdrolüüs (DNA, kaasneb depuriinimine) aluseline hüdrolüüs (RNA)

Nukleaasid Ensüümid, mis katalüüsivad fosfodiestersideme hüdrolüüsi Funktsioone- nukleiinhapete degradatsioon kahjustuste, võõr DNA sissetungi korral jm Mõned nukleaasid on DNA või RNA spetsiifilised, mõned järjestusspetsiifilised, mõned mittespetsiifilised DNaas- desoksüribonukleaas, hüdrolüüsib DNA molekule RNaas- ribonukleaas, hüdrolüüsib RNA molekule

Nukleaasid Vastavalt hüdrolüüsitava sideme asukohale jaotatakse nukleaasid: Eksonukleaasid- katalüüsivad terminaalse nukleotiidi eemaldamist 3´ eksonukleaasid 5´ eksonukleaasid Endonukleaasid- katalüüsivad internaalse fosfodiestersideme hüdrolüüsi produktiks 3´ fosfaadiga nukleotiid produktiks 5´fosfaadiga nukleotiid

Nukleaasid Ensüüm substraat klass Pankrease ribonukleaas A RNA endo(I) Põrna fosfodiesteraas DNA, RNA Põrna DNA desoksüribonukleaas Maomürgi fosfodiesteraas DNA, RNA ekso(II) endo(II) ekso(I) spetsiifika 3´ Pyr 5´ots, aluse spetsiif. puudub internaalne esterside, aluse spetsiif. puudub 3´ ots, aluse spetsiif. puudub

Restriktsiooni endonukleaasid Restriktaasid Järjestusspetsiifilised DNA endonukleaasid Produtseeritakse erinevate bakterite poolt selleks et degradeerida ehk restrikteerida võõr- DNA molekule Peremeesraku DNA on protekteeritud tänu spetsiifilisele metülatsioonile Isoleeritud ja biokeemiliselt iseloomustatud on sadu restriktaase Nomenklatuur- tähis tuletatakse isoleerimiseks kasutatud liigi nimest Eco. RI- E. coli tüvest R isoleeritud esimene restriktaas

Restriktaasid Enamus restriktaase on kaksikahelalise DNA spetsiifilised Erinevate restriktaaside hüdrolüüsi tulemusena tekkivad molekulide otsad võivad olla erinevate “etteulatuvate” ahelatega Restriktaasid on endo(I) tüüpi nukleaasid Hae. III 5´. . . GGCC. . . 3´ 3´. . . CCGG. . . 5´ Hinf. I 5´. . . GANTC. . . 3´ 3´. . . CTNAG. . . 5´ Eco. RI 5´. . . GAATTC. . . 3´ 3´. . . CTTAAG. . . 5´ Kpn. I 5´. . . GGTACC. . . 3´ 3´. . . CCATGG. . . 5´ Fok. I 5´. . . GGATG(N)9. . . 3´ 3´. . . CCTAC(N)13. . . 5´ DNA fragmentide katalüütiline fragmenteerimine leiab laialdaselt rakendust DNA analüüsil baseeruv identifitseerimine

Nukleoproteiidsed kompleksid- supramolekulaarsed valkude ja nukleiinhappe kompleksid Viirused Kromosoomid Ribonukleoproteiidsed ensüümid sn. RNPs jt Viirused Stabiilsed infektsioossed partiklid, mille koosseisu kuulub nii valk kui nukleiinhape. Valk moodustab kaitsekihi ümber nukleiinhappe. Suuremad komplekssemad viirused sisaldavad täiendava kesta, mis koosneb glükoproteiididest ja membraanilipiididest

Kromosoomid Eukarüootsed kromosoomid koosnevad DNA-st, mis on mähitud histoonidest, koosnevate partiklite ümber Histoonid on väikesed aluselised valgud 8 histooni moodustavad nukleosoomiks nimetatava südamiku, mille ümber DNA on mähkunud Moodustunud kompleksi nimetatakse kromatiiniks

sn. RNP- väikesed tuuma ribonukleoproteiidsed partiklid Eukarüootsete rakkude tuumades leiduvad RNAd ja valke sisaldavad osakesed Katalüüsivad RNA protsessingu etappe, seal hulgas on vajalikud intronite eemaldamiseks pre-m. RNA koosseisust ehk splaisinguks Ribosoomid- valgu biosünteesi kompleksid Sisaldavad ca 65% RNAd ja 35% valku. Koosnevad kahest dissotseeruvast subühikust Ribonukleoproteiidsed ensüümid Ribonukleaas P ja telomeraas