Nukleov kyseliny Petr Kolenko Nukleov kyseliny zkladn stavba

Nukleové kyseliny Petr Kolenko

Nukleové kyseliny - základní stavba dusíkatá base fosfát sacharid nukleosid nukleotid DNA deoxyribonukleová kyselina RNA ribonukleová kyselina ribosa je α nebo β?

Dusíkaté base http: //www. mun. ca/biology/scarr/i. Gen 3_02 -08_Figure. L. jpg

Nukleot(s)idy a nukleové kyseliny Nukleot(s)idy: - “energetické oběživo” - signální molekuly - kofaktory enzymů - základní složka NA Nukleové kyseliny: - DNA (skladování a přenos genetické informace) - RNA + r. RNA + m. RNA + t. RNA + μRNA. . .

DNA - deoxyribonukleová kyselina - největší makromolekula v buňce obsahuje veškeré informace nutné k syntéze všech biomolekul v buňce prokaryota: cirkulární DNA tvořící chromozom eukaryota: sada chromozomů - lineární DNA !! Virus HIV ~ 9, 000 bazí !! Lehninger Principles of Biochemistry, 4 th edition

Pohled na DNA el. mikroskopií Lehninger Principles of Biochemistry, 4 th edition

Objev struktury DNA Původní rentgenový snímek pořízený Watsonem a Crickem a model DNA z něj odvozený. Nobelova cena 1962 - Watson, Crick a Wilkins původní model struktury DNA předpokládal interakci mezi fosfátovými a sacharidovými jednotkami základ této úvahy spočíval v objevu specifických restrikčních endonukleas pozdější strukturní studie odhalily správnou orientaci basí a poskytly správný model

Struktura DNA http: //faculty. ccbcmd. edu/~gkaiser/biotutorials/protsyn/images/DNAstruct. j pg - base vzájemnou interakcí stabilizují celkovou strukturu dvoušroubovice cukr-fosfátová páteř zajišťuje rozpustnost Watson-Crickovy páry 5’ a 3’ konce 3 vodíkové můstky u CG páru (vyšší teplota “tání” u PCR), 2 vodíkové můstky u TA páru (nepovažován za důležitý při návrhu polymerázové řetězové reakce - PCR)

Struktura DNA (PDB kód 1 A 02) 3’ 5’

Formy DNA - A, B, Z - - A-DNA vzniká za nefyziologických podmínek (dehydratovaná DNA) B-DNA - běžná forma, plná hydratace, připravená na interakce s rozpoznávacími mechanismy buňky Z-DNA - vzniká jen při určitých sekvencích, nefyziologická Branden & Tooze, Introduction to Protein Structure, 1999.

Struktury B-, A-, Z-DNA Lehninger Principles of Biochemistry, 4 th edition B-DNA PDB: 1 BNA A-DNA PDB: 2 ANA Z-DNA PDB: 1 DCG

Hlavní a vedlejší “zářez” The major and minor grooves are opposite each other, and each runs continuously along the entire length of the DNA molecule. They arise from the antiparallel arrangement of the two backbone strands. Note that the grooves are actual structural features of the molecule, not consequences of the way it is drawn. The grooves are important in the attachment of DNA Binding Proteins involved in replication and trascription. http: //www. mun. ca/biology/scarr/MGA 2 -02 -07_space_filling 4. jpg

Hlavní a vedlejší “zářez” Branden & Tooze, Introduction to Protein Structure, 1999.

Skupiny interakcí DNA http: //faculty. ccbcmd. edu/~gkaiser/biotutorials/protsyn/imag es/DNAstruct. jpg Branden & Tooze, Introduction to Protein Structure, 1999.

Restrikční enzymy štěpí DNA Eco. RI 5`-? ? ? GAATTC? ? ? ? ? -3` 3`-? ? ? CTTAAG? ? ? ? ? -5` Branden & Tooze, Introduction to Protein Structure, 1999. Restrikční endonukleázy jsou důležité enzymy, které jsou používány v molekulární biologii. Většinou mají velmi specifickou aktivitu, která je ovlivněna především strukturou daného enzymu.

Klonování úseků DNA XXXXGAATTCYYYYYCTCGAGXXXXCTTAAGYYYYYGAGCTCXXXX AATTCYYYYYCTCGAGXXXX GYYYYYGAGCT Napsat na tabuli! http: //www 2. le. ac. uk/departments/genetics/vgec/diagra ms/121 -recombinant. gif

Strukturní (sekvenční) formy

Holliday juction, triple DNA helix http: //www. biomath. nyu. edu/index/people/yanglj/dna. gif

Triple DNA helix

Quadruplex http: //cdn. phys. org/newman/gfx/news/hires/2011/johnsonnaturestructuremolbiog-quadimageapril 11. jpg

Quadruplex http: //pubs. rsc. org/services/images/RSCpubs. e. Platform. Service. Free. Content. Image. Service. svc/Image. Service/Articleimage/2014/CS/c 3 cs 60331 h-f 2_hires. gif

RNA - ribonukleová kyselina - podle některých evolučních teorií se jedná o první biologické makromolekuly jako nositele života účastní se “dekódování” genetické informace obsažené v DNA slouží k uchování genetické informace některých virů na rozdíl od DNA obvykle více kopií v jedné buňce typy RNA: 1. m. RNA - messenger RNA 2. r. RNA - ribosomal RNA 3. t. RNA - transfer RNA 4. sn. RNA - small nuclear RNA (v eukaryotních organismech)

Struktura RNA Ahern & Rajagopal, Biochemistry Free and Easy, 2013 - méně stabilní než DNA mnohem větší konformační variabilita struktury některé úseky RNA dokáží katalyzovat reakce (platné spíš pro enzymy) může tvořit sekundární struktury dovede vytvářet dvoušroubovité řetězce dovede vytvářet tzv. hybridní úseky, kde nahradí druhý řetězec DNA

Terminologie struktur RNA - - podobně jako u DNA, specifické sekvence RNA mohou vytvářet struktury dvou řetězců spolu interagujících tyto elementy mohou mít strukturní i funkční vlastnosti obtížné studium (snadná degradace, krystalizace, apod. ) málo strukturních informací

RNA může vytvářet složité struktury http: //www. mun. ca/biology/scarr/Karp_2_48_r. RNA_structure. gif

Centrální dogma molekulární biol. DNA - genetický materiál živých buněk RNA - přepis a překlad genetické informace - proteiny, genetický materiál některých virů replikace RNA replikace transkripce DNA reversní transkripce RNA translace protein

Kódování jednotlivých aminokyselin S výjimkou jistých “specialit” je tímto způsobem kódována genetická informace ve všech organismech stejně. I tato skutečnost umožňuje heterologní expresi.

Obecná struktura t. RNA - slouží k přepisu m. RNA do proteinu 73 -93 nukleotidů 3`-konec vždy končí sekvencí CCA, terminální ribosa kovalentně vázána na aminokyselinu obsahuje některé unikátně modifikované base (adenosin inosin) aminokyseliny navázány na t. RNA pomocí enzymů (20 celkem) aminoacyl-t. RNA syntasa - vázané na ATP http: //urei. bio. uci. edu/~hudel/bs 99 a/lecture 21/clover 5. jpg

Prostorová struktura t. RNA http: //oregonstate. edu/instruct/bb 350/textmaterials/12/Slide 12. jpg

Nekódující RNA (nc. RNA) - jakákoliv molekula RNA, která nekóduje protein t. RNA, r. RNA, mi. RNA, sn. RNA, atd. nc. RNA může hrát strukturní roli http: //what-when-how. com/wp-content/uploads/2011/09/tmp. E 6_thumb. jpg

Strukturní jednovláknové NA - převážně RNA mohou mít účinky podobné lékům RNA může tvořit i samostatné domény s funkcí, která vyžaduje správně “sbalený” stav RNA často dokáže tvořit “nestandardní” struktury (Holliday junction apod. ) široká strukturní variabilita RNA vede k širokému spektru protein - RNA interakcí možné kontakty mezi aromatickými rezidui PDB: 3 F 1 J

Motivy rozpoznávající DNA Helix-turn-helix motiv - bílkoviny regulující transkripci i replikaci - krátké α-šroubovice svírající úhel 120° svázané krátkou smyčkou - jedna šroubovice interaguje s hlavním zářezem DNA - mohou výrazně změnit strukturu DNA - prokaryotní transkripční faktory často vázají palindromické sekvence, některé eukaryotní se vážou naopak na více míst - příklad: transkripční faktor SAP-1 navázaný do hlavního zářezu DNA PDB: 1 BC 8

!!!Pymol session 1 BC 8!!!

Motivy rozpoznávající DNA Zinc-finger - eukaryotický motiv - α-šroubovice v kombinaci s antiparalelním β-skládaným listem - zinek zaručuje strukturní stabilizaci proteinového motivu - “finger” motiv vytváří nejspecifičtější interakce s DNA - major groove - vážou v oligomerech (viz obrázek) PDB: 1 A 1 H

Motivy rozpoznávající DNA Leucinový zip - dimerní převážně eukaryotický motiv - dvě dlouhé α-šroubovice vytváří dimer pomocí postranních řetězců leucinů - dimerizace může ovlivňovat specificitu - transkripční faktory - α-šroubovice interagují s hlavním zářezem DNA PDB: 1 NKP

Motivy rozpoznávající DNA β-skládaný list - mohou rozpoznávat oba zářezy DNA - např. TATA box vázající protein může rozpoznávat vedlejší zářez v dimerní formě - vytváří intezivní interakce mezi DNA a proteinem - dochází k dramatickým strukturním změnám - v málo pozorovaných případech dochází k vazbě do hlavního zářezu DNA a menším strukturním deformacím řetězce DNA PDB: 1 QNA

Databáze struktur NA - fragmenty v Cambridge Structural Database Protein Data Bank (PDB) Nucleic Acid Database (NDB) Structural Classification Of RNA Database (SCOR)