Pamoka apie nukleorūgštis

1. Nukleorūgštys
Martyna Petrulytė
Lietuvos Sveikatos Mokslų
Universitetas

2. Nukleorūgštys
Nukleorūgštys – tai didelės
polimerinės molekulės,
sudarytos iš monomerų,
vadinamų nukleotidais,
kurie tarpusavyje yra
sujungti fosfodiesteriniais
ryšiais (kovalentinių ryšių
tipas).
Skiriamos dvi nukleorūgščių
klasės:
deoksiribonukleorūgštys
(DNR) ir
ribonukleorūgštys (RNR).

3. Sandara
Visos nukleorūgštys sudarytos
iš tokių komponentų:
♣ Azotinių bazių
(heterociklinių junginių)
♣ Pentozės (monosacharido,
turinčio 5 anglies atomus)
♣ Fosforo rūgšties liekanos.
Heterociklinis junginys ir
monosacharidas kartu vadinami
nukleozidu, o nukleozidas su
fosforo rūgštimi, t.y., visi trys
komponentai kartu –
nukleotidu.

4. Nukleobazės
Nukleorūgščių azotinės bazės
būna dviejų tipų:
♣ Purinai (adeninas (A) ir
guaninas (G)), kurių molekulės
yra dvižiedės;
♣ Pirimidinai (citozinas (C),
timinas (T), uracilas (U)), kurių
molekulės yra vienažiedės.
Minėtos azotinės bazės jungiasi
prie pentozės (ribozės RNR
molekulėje arba deoksiribozės
DNR molekulėje) 1‘ C atomo.

5. Nukleobazės
Azotinėms bazėms būdinga tautomerija -
dinaminė izomerijos būsena, kurios metu
vyksta grįžtamas struktūrinių izomerų
virsmas, migruojant judriai grupei tarp dviejų
ar kelių molekulės centrų. Tautomerija gali
būti dviejų formų: laktamo (ketoninė) ir
laktimo (enolinė), kurios skiriasi vandenilio
(H) atomo ir dvigubos jungties (=) vieta.

6. Purino bazių tautomerija
Adeninas (iminas)
H
H
NH
NN
N
N
NN
N
N
NH2
H
Adeninas (aminas)
Guaninas (laktamas)
NN
N
N
O
N
H
H2
H
NN
N
N
N
OH
H
H2
Guaninas (laktimas)

7. Pirimidino bazių tautomerija
NH2
H
N
N
O
Citozinas (laktamas) Citozinas (laktimas)
N
N
N
HO
H2
NH
H
N
NH
O
NH2
H
N
N
O
>>
Citozinas (aminas) Citozinas (iminas)

8. Timino tautomerija
Timinas (laktamas) Timinas (laktimas)
N
N
O
O
CH3
H
H
HO N
N
CH3
OH

9. Pentozė
Pentozė – yra nukleotiduose esantys
monosacharidai (ribozė RNR
molekulėje ir deoksiribozė DNR
molekulėje). Bendra formulė yra
(CH2O)5.
Deoksiribozė nuo ribozės skiriasi tuo,
jog deoksiribozėje prie 2‘ anglies
atomo jungiasi ne hidroksilo grupė
(-OH), o vienas vandenilis (H).
Priešdėlis deoksi- rodo vieno
deguonies atomo trūkumą. Prie
pentozės 1‘ C atomo prisikabina
azotinė bazė, o prie 5‘ C atomo –
fosfato liekanos.
NB! Pentozėje esantys anglies atomai
žymimi su ženklu štrich (‘), pvz., 1‘C.
Heterociklinės bazės anglies atomai
žymimi paprastai skaičiumi bei C
raide (pvz., 2 C).

10. Fosfato liekana
Fosfatinės grupės DNR ar RNR
molekulėje turi neigiamų krūvį,
t.y. pasižymi rūgštinėmis
savybėmis. Tai suteikia
nukleorūgštims neigiamą
krūvį, todėl elektriniame lauke
jos juda link anodo.
Laisvi nukleotidai paprastai turi
tris fosfatines grupes, tačiau
jungiantis nukleotidams į
polinukleotidines grandines dvi
fosfato grupės atskyla, todėl
nukleorūgštyse kiekvieną
pentozę jungia viena fosfato
liekana.

11. Fosfato liekana
Nukleozidtrifosfatuose
(arba nukleotiduose)
jungtys tarp pirmos ir
antros bei antros ir trečios
fosfatinių grupių yra
nestabilios, todėl joms
skylant išsiskiria didelis
energijos kiekis. Dėl šios
priežasties tokios jungtys
vadinamos
makroerginėmis
(didžiaenerginėmis).

12. Fosfato liekana
Jungiantis nukleotidams (pvz., DNR sintezės metu), nuo
kiekvieno atskyla po dvi fosforo rūgšties molekules (kartu
jos vadinamos pirofosfatu), o išsiskirianti energija
naudojama jungtims tarp fosfato grupės ir pentozės
cukraus sudaryti.

13. Polinukleotidinės grandinės susidarymas

14. Nukleotidų pavadinimų sudarymas
Azotinės
bazės
pavadinim
as
Bazės tipas Nukleozido
pavadinimas
Nukleotido pavadinimas, kai fosforo rūgšties liekanų yra:
viena dvi trys
-monofosfatas -difosfatas -trifosfatas
Adeninas purinas Adenozinas Adenozin- AMP ADP ATP
Guaninas purinas Guanozinas Guanozin- GMP GDP GTP
Citozinas pirimidinas Citidinas Citidin- CMP CDP CTP
Timinas pirimidinas Timidinas Timidin- TMP TDP TTP
Uracilas pirimidinas Uridinas Uridin- UMP UDP UTP
Jei nukleorūgštis turi deoksiribozę, tada prie pavadinimo prisidės priešdėlis deoksi-. Jei nukleorūgštyje
yra ribozė, priešdėlio nepridedame. Pavyzdžiui, dATP - deoksiadenozintrifosfatas - naudojamas DNR
replikacijoje kaip statybinė medžiaga, o RNR sintezėje naudojamas adenozintrifosfatas (ATP).

15. Polinukleotidinė grandinė
Jungiantis nukleotidams, susidaro polinukleotidinė
grandinė. Viename jos gale lieka laisvas fosfatas,
prisijungęs prie 5‘C atomo, todėl šis galas vadinamas
5‘ galu. Kitame gale lieka laisva –OH grupė, prisikabinusi
prie pentozės 3‘C atomo. Šis galas vadinamas 3‘ galu.
NB! Rašant polinukleotidines sekas, būtina nurodyti galų numerius.

16. Nukleorūgščių palyginimas
DNR
DNR molekulėje
kaupiama visa
genetinė informacija,
reikalinga organizmui
vystytis, funkcionuoti
ir reprodukuotis.
DNR yra universali
paveldimumo
medžiaga.
RNR
RNR pagrindinė atliekama funkcija yra
paversti genetinę informaciją, užkoduotą
DNR sekoje, į aminorūgščių seką baltymo
molekulėje.

17. Nukleorūgščių palyginimas
DNR
♣ Dvigrandė molekulė
(grandines palaiko
vandeniliniai ryšiai, kurie
susidaro tarp komplementarių
azotinių bazių)
♣ Nukleotide cukrus yra
deoksiribozė
♣ DNR molekulei būdingos
bazės yra A, G, C ir T.
C-H ryšiai DNR molekulėje daro
ja stabilia
RNR
♣ Vienagrandė molekulė
♣ Nukleotide cukrus yra ribozė
♣ RNR molekulei būdingos
bazės yra A, G, C ir U
(pakeičiantis timiną).
♣ O-H ryšiai RNR molekulėje
daro ją nestabilia, t.y. ji yra
linkusi reaguoti su aplinkinėmis
molekulėmis
♣ RNR molekulėms negalioja
Chargaff’o taisyklė.

18. RNR ir DNR palyginimas

19. DNR sandara
DNR molekulę sudaro dvi antiparaleliai išsidėsčiusios
polinukleotidinės grandinės.

20. Komplementarumo principas
♣ Adeninas visuomet jungiasi su
timinu (jei RNR molekulė –
uracilu), o guaninas - su citozinu.
Ši taisyklė vadinama
komplementarumo principu.
♣ Komplementarioje poroje viena
bazė dvižiedė, o kita - vienažiedė.
♣ Adeninas ir timinas sudaro dvi
vandenilines jungtis, o guaninas ir
citozinas - tris.
♣ Vieną dvigubos DNR spiralės
viją sudaro 10 nukleotidų porų,
vijos žingsnis - 3,4 nm, atstumas
tarp nukleotidų porų – 0,34 nm.

21. Chargaff’o taisyklės
♣ Purininių ir pirimidininių heterociklinių azotinių bazių
dvigrandėje DNR molekulėje yra vienodas kiekis, t.y.:
A +G =T + C
♣ Visose DNR dvigrandėse molekulėse (o jų kai
kuriuose virusuose gali būti ir vienagrandžių) adenino
kiekis yra toks pats kaip ir timino, o guanino kiekis lygus
citozino kiekiui, t.y.:
A = T ir G = C
♣ Skirtinose organizmų rūšyse yra skirtingas
nukleotidinių bazių skaičius.

22. DNR sandara
Kaip ir baltymai, taip ir DNR turi
pagrindinius struktūros lygmenis:
pirminę, antrinę ir tretinę
struktūras.
♣ Pirminė struktūra yra
nukleotidų linijinė struktūra
polinukleotidinėje grandinėje,
sujungta fosfodiesteriniais ryšiais.
♣ Antrinė struktūra susidaro, kai
polinukleotidinės grandinės
susijungia vandeniliniais ryšiais
bei hidrofobine sąveika, ir sudaro
spiralę (double-helix).
♣ Tretinė struktūra yra antrinės
struktūros išsidėstymas erdvėje.
Dvivijė DNR grandinė gali būti
linijinė arba žiedo formos

23. DNR sandara
♣ DNR molekulės ląstelės viduje
superspiralizuojasi tam, jog užimtų
mažesnį tūrį.
♣ DNR dvigubai spiralei glausčiau
susisukti trukdo neigiamai įkrautos
fosfato grupės, todėl DNR susijungia
su teigiamai įkrautais baltymais
histonais. Toks DNR ir baltymų
kompleksas vadinamas chromatinu.
♣ DNR grandinės fragmentas
(dažniausiai apie 200 bp (bazių
porų)), apsivijęs kelis kartus apie
skirtingus aštuonis histonus (histonų
oktamerą), sudaro struktūrinį
chromatino vienetą – nukleosomą.

24. Chromatinas
Yra du pagrindiniai chromatino
tipai:
♣ Heterochromatinas – tai
labai kondensuotas
chromatinas, kuris būdingas
ląstelėms, kuriose aktyvi
transkripcija ir DNR sintezė
nevyksta.
♣ Euchromatinas - mažiau
kondensuotas chromatinas,
jame vyksta aktyvus genų
nurašymas ir DNR sintezė.

25. DNR sandara
DNR skirtingomis
sąlygomis gali sudaryti
įvairias DNR struktūras:
♣ B DNR
♣ A DNR
♣ Z DNR

26. DNR sandara
♣ Vandeniniuose tirpaluose visos DNR yra B formos.
♣ Jei drėgmė sumažinama iki 72% - vyrauja DNR A
forma.
♣ Padidėjus druskų koncentracijai – įsivyrauja DNR C
forma.

27. DNR denatūracija
♣ Dvigubos DNR grandinės išsivyniojimas, tretinės
ir antrinės struktūros praradimas, vadinamas
denatūracija , arba lydymusi.
♣ Denatūracijos metu nutrūksta vandeniliniai
ryšiai, todėl grandinės atsiskiria. DNR denatūracija
vyksta tokiomis sąlygomis, kai terpėje didinama
temperatūra, mažinama druskų koncentracija,
padidėja rūgščių arba šarmų koncentracija (keičiasi
pH).
♣ Lydymosi temperatūra (Tm) yra tokia
temperatūra, kuriai esant atsiskiria pusė DNR
molekulių. Fosfodiesteriniai ryšiai dentūracijos
metu nenutrūksta, o nutrūksta tik vandeniliniai
ryšiai tarp azotinių bazių.
♣ Tm reikšmė priklauso nuo DNR sudėties ir tirpalo
koncentracijos. Jei DNR molekulėje yra daug G-C
porų, DNR lydosi aukštesnėje temperatūroje nei
tada, kai molekulėje daug A-T ryšių. Todėl Tm gali
būti vienas iš DNR sandaros rodiklių. Jei
temperatūra sumažėja, disocijavusios
komplementarios DNR grandinės gali reasocijuoti
(vyksta renatūravimas).

28. RNR
RNR molekulę taip pat
sudaro keli struktūros
lygmenys:
♣ Pirminė struktūra – tai
ribonukleotidų grandinė,
kurią sutvirtina
fosfodiesteriniai ryšiai.
♣ Antrinė struktūra – tai kai
kurių RNR zonų sukibimas
kartu. Šią sąveiką palaiko
vandenilinės jungtys ir
hidrofobinė sąveika.

29. RNR struktūra
♣ Tretinė struktūra - tai RNR
polinukleotidų struktūra,
kuri formuojasi erdvėje
įvairiai išsidėstant
spiraliniams ir
nespiraliniams
fragmentams. Paveikslėlyje
pavaizduota tretinė tRNR
struktūra.
♣ Tretinę struktūrą lemia
vandenilinės bei joninės
jungtys.

30. RNR tipai
Pagrindiniai RNR tipai yra:
♣ Ribosominės RNR (rRNR)
♣ Informacinė RNR (iRNR, mRNR)
♣ Transportinė (pernašos) RNR (tRNR)
♣ Nekoduojančio RNR (ncRNR)
♣ Ribozimai (RNR molekulės, veikiančios kaip fermentai)

31. Informacinė RNR (iRNR)
♣ iRNR, dar vadinama mRNR
(messenger RNA) koduoja
baltymo aminorūgščių seką.
♣ iRNR yra sintetinama nuo
DNR matricos transkripcijos
metu ir neša informaciją apie
aminorūgščių seką
polipeptidinėje grandinėje į
ribosomas, kuriose sintetinami
baltymai.

32. Transportinė RNR (tRNR)
♣ tRNR yra neilgos, dobilo lapo formos ribonukleorūgščių
grandinės, transportuojančios aminorūgštis į ribosomas.
♣ Kiekvieną aminorūgštį perneša skirtinga tRNR. Žmogaus
organizme yra 48 skirtingos tRNR. Vadinasi, kai kurias
aminorūgštis perneša net kelios tRNR.

33. Transportinė RNR (tRNR)
tRNR būdingas nevienareikšmis atitikimas – voblingas.
Jungiantis tRNR antikodonui su iRNR kodonu, tik du
pirmieji nukleotidai sudaro komplementarias poras. Tuo
tarpu trečiasis nukleotidas tRNR antikodone gali sudaryti
poras su daugiau kaip vienu iRNR kodono nukleotidu.

34. Pirminė tRNR struktūra
♣ Visų tRNR 3’ gale yra trijų
nukleotidų CCA seka, prie kurios
jungiasi aminorūgštys.
♣ tRNR viduryje yra trijų nukleotidų
seka, vadinama antikodonu, kuris
sąveikauja su iRNR kodonu.
♣ tRNR būdinga neįprastos,
daugiausiai metilintos bazės.
Metilinimas neleidžia susidaryti kai
kurioms bazių poroms, todėl tos
bazės gali dalyvauti kitose
sąveikose, bei suteikia kai kurioms
zonoms hidrofobiškumą, todėl
pagerėja sąveika su kai kuriomis
molekulėmis, pvz., ribosomomis.

35. Antrinė tRNR struktūra
tRNR grandinė sudaro dobilo lapo formos struktūrą.

36. Tretinė tRNR struktūra
♣ Tretinę tRNR struktūrą
sudaro besisukanti tRNR
molekulė į apverstą L raidės
formą.
♣ tRNR akceptorinis galas,
prie kurio jungiasi
pernešama aminorūgštis,
yra viename L raidės formos
gale, o antikodonas, kuris
sąveikauja su kodonu iRNR
molekulėje, yra kitame
kilpos gale.

37. Ribosominė RNR (rRNR)
♣ Ribosominės RNR kartu su ribosominiais baltymais sudaro
ribosomas.
♣ rRNR ląstelėje yra daugiausiai.
♣ Prokariotuose ir eukariotuose yra skirtingų tipų rRNR:
• Prokariotuose randamos rRNR - 5S, 16S, 23S;
• Eukariotinės randamos rRNR – 5S, 5.8S, 18S, 28S.
*S- Svedbergas – tai sedimentacijos konstanta, molekulės nusėdimo greitis, nustatomas centrifuguojant. Ši
konstanta charakterizuoja dalelių molekulinę masę. Didėjant molekulinei masei, sedimentacijos
koeficientas taip pat didėja.
♣ Žinduolių ribosomos sudarytos iš dviejų subvienetų- didžiojo
(60S) ir mažojo (40S).

38. Ribosominė RNR (rRNR)

39. Nekoduojančio RNR (ncRNR)
Mažosios RNR būna kelių
rūšių:
♣ snRNR (small nulcear RNA)
– tai mažos branduolio RNR,
kurios dalyvauja iRNR
splaisinige, transkripcijos
reguliavime
♣ snoRNR (small nucleolar
RNA) – tai mažos
branduolėlio RNR, kurios
dalyvauja rRNR
modifikacijoje.
♣ miRNR (micro RNA) – tai
RNR grandinė, kuri reguliuoja
genų raišką.
♣ siRNR (small interfering
RNA)- tai mažos
interferuojančios RNR,
reguliuojančios iRNR
degradaciją.

40. Ribozimai
♣ Ribozimai – tai RNR molekulės, kurios, kaip ir
fermentai, pasižymi kataliziniu aktyvumu.

41. Šaltiniai
http://rack.1.mshcdn.com/media/ZgkyMDEzLzA2LzEzLzU0L2RuYS40NjE1MC5qcGcKcAl0aHVtYgkxMjAweDYyNyMKZQlqcGc/54ec3455/275/dna.jpg
http://threepointeightbillionyears.files.wordpress.com/2013/11/dna-rna-dreamstime-com.jpg
http://staff.jccc.net/pdecell/biochemistry/nucleotheme.gif
http://www.bio.miami.edu/tom/courses/protected/MCB6/ch02/2-17.jpg
http://iws.collin.edu/biopage/faculty/mcculloch/1406/notes/macromolecules/images/pentose%20sugar.jpg
http://biochem.co/wp-content/uploads/2008/07/sugarphosphatebackbone.png
http://www.daviddarling.info/images/RNA.gif
http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/chemistry/classes_stud/en/pharm/prov_pharm/ptn/3/03.%20BASIC%20PRINCIPLES%20OF%20METAB
OLISM.files/image059.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/DNA_synthesis_EN.png/400px-DNA_synthesis_EN.png
http://www.peoi.org/Courses/Coursesen/bot/bot6.html
http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/26/911.png
http://www.visionlearning.com/img/library/large_images/image_4337.jpg
http://www.nature.com/scitable/content/24234/sadava_11_7_FULL.gif
http://www.abcam.com/cms/displayImage.cfm?intImageID=4228
http://biochem.slu.edu/faculty/gonzalo/images/chromationstructure3.jpg
http://www.bio.miami.edu/tom/courses/protected/MCB6/ch04/4-04.jpg
http://4.bp.blogspot.com/-zEeQ9t7oAZs/UGr7hFvmPuI/AAAAAAAABJM/nc_XmuY0K9Q/s640/forms+of+DNA+chart.jpg
http://3.bp.blogspot.com/-4TFhMGcj0yY/UXjh2k29Z1I/AAAAAAAAAl8/tNL6Kc1dA1U/s1600/primary+strucutre+of+RNA.jpg
http://4.bp.blogspot.com/-L-AnnxzIYaQ/UXjiS5EfBMI/AAAAAAAAAmE/-uo_iAQ_YmM/s1600/secondary+structure+of+RNA.jpg
http://images.virtualology.com/images/5333.gif
http://csls-text.c.u-tokyo.ac.jp/images/fig/fig03_4.gif
http://jpkc.sdau.edu.cn/zbgpp/vocabulary/messengerRNA.jpg
http://www.bio.miami.edu/dana/pix/wobble.jpg
http://barleyworld.org/sites/default/files/figure-09-10.jpg
http://images.tutorvista.com/cms/images/101/transfer-rna.png
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/59/TRNA-Phe_yeast_en.svg/620px-TRNA-Phe_yeast_en.svg.png
http://universe-review.ca/I11-50-denaturation.jpg
http://what-when-how.com/wp-content/uploads/2011/09/tmpE6_thumb.jpg
https://diogenesii.files.wordpress.com/2008/03/ribozyme.jpg
Antanas Praškevičius , Laima Ivanovienė, Biochemija
Zita Naučienė, Vida Mildažienė, Dalė Vieželienė, Rasa Žūkienė, Biochemijos laboratoriniai darbai
Jurgis Kadziauskas, Biochemijos pagrindai

42. Pabaiga