nukleinske kiseline · 2020-03-28 · nukleinske kiseline čine prostetičnu grupu nukleoproteina...

28.03.2020.

Prvi put izolovane 1869. iz jedra semene tečnosti lososa (švajcarski

fiziolog Friedrich Miescher) usled čega su dobile ime nukleinske (jedro-

nukleus)

Uloga u prenošenju naslednih informacija otkrivena je 1928.

godine Frederik Grift

Nukleinske kiseline čine prostetičnu grupu nukleoproteina

Nukleoproteini se nalaze pre svega u jedru ćelije (hromozomi), a

zatim u citosolu, ribozomima i mitohondrijama

Nukleinske kiseline su makromolekule – izgrađene od velikog

broja gradivnih jedinica – nukleotida

Nukleinske kiseline = polinukleotidi

Složena jedinjenja izgrađena od:

Heterociklične azotne baze – derivat purina i pirimidina

Šećerne komponente - pentoza

Fosforne kiseline

U osnovi strukture nalaze se heterociklični prstenovi – purin i

pirimidin

Purinske azotne baze

Adenin

Guanin

Pirimidinske azotne baze

Citozin

Timin

Uracil

Sastavni delovi nukleinskih kiselina (DNK i RNK) – uloga u ćelijskom rastu,

deobi, sintezi proteina

Sastavni delovi biološki aktivnih formi vitamina tzv. koenzima (NAD, FAD,

CoA) koji učestvuju u brojnim biohemijskim reakcijama

Grade aktivna intermedijerna jedinjenja u mnogim biosintetskim reakcijama

Sastavni deo visokoenergetskih jedinjenja (ATP, CTP, UTP, GTP)

Regulisanje metaboličkih puteva – omogućuju delovanje mnogih hormona,

faktora rasta i citokina

Mogu vršiti kovalentnu modifikaciju proteina

Mogu vršiti funkciju koenzima

Citostatici iz klase antimetabolita

Dve vrste monosaharida sa 5 ugljenikovih atoma – pentoze

D-riboza

D-deoksiriboza

U zavisnosti od vrste šećera nastaju dve vrste nukleotida

Ribonukleotidi (sadrže D-ribozu)

Deoksiribonukleotidi (sadrže 2’-deokis-D-ribozu)

Dve vrste nukleinskih kiselina

Ribonukleinska kiselina – RNK (eng RNA)

Deoksiribonukleinska kiselina – DNK (eng DNA)

Reakcijom azotne baze sa pentozom nastaju nukleozidi

Purinski nukleozidi – na koren imena baze dodaje se nastavak –ozin

Adenin – Adenozin (Deoksiadenozin)

Guanin – Guanozin (Deoksiguanozin)

Pirimidinski nukleozidi – na koren imena baze dodaje se nastavak –idin

Citozin – Citidin

Timin – deoksitimidin (samo u DNK)

Uracil – Uridin (samo u RNK)

Nastaju kada se fosforna kiselina estarskom vezom veže za slobodnu

hidroksilnu grupu (OH) na 5’ položaju pentoze (nukleozida)

Esterifikacija je moguća sa 1, 2 ili 3 fosforne kiseline pri čemu nastaju

mono, di ili trifosfati nukeozida

Npr. AMP, ADP, ATP

ATP – visokoenergetsko jedinjenje

a) Adrenalin

b) Guanin

c) Arginin

d) Cimetidin

e) Timin

a) Mitohondrijama

b) Jedru

c) Ribozomima

d) Lizozomima

e) Citosolu

a) Azotne baze

b) Azotne baze i pentoze (šećera)

c) Azotne baze, pentoze (šećera) i fosfata

d) RNK ili DNK

Polinukleotidi – sastavljene od velikog broja nukleotida

Deoksiribonukleinska kiselina – DNK

Ribonukleinska kiselina – RNK

Razlikuju se po pitanju šećerne komponente (pentoze)

DNK – deoksiriboza

RNK – riboza

Razlikuju se po sastavu baza

DNK – adenin, guanin, citozin i timin

RNK – adenin, guanin, citozin i uracil

Nukleotidi se međusobno

povezuju kovalentnom 3’→5’

fosfodiestarskom vezom –

ova veza nastaje reakcijom –

OH grupe fosforne kiseline

vezane za 5’ C pentoze 1

nukelotida i –OH grupe na 3’

C atomu odgovarajuće

pentoze drugog nukleotida

Kod polinukleotida postoji 5’

kraj (prvi nukleotid) i 3’ kraj

(poslednji nukelotid)

Molekula se sastoji iz 2 polinukleotidna lanca

Uvijeni su udesno oko iste ose

Ova dva lanca su antiparalelna – njihovi 3’-5’ internukleotidni

fosfodiestarski mostovi teku u suprotnim smerovima

Lanci nisu identični već su komplementarni – naspram

adenina iz lanca I nalazi se timin u lancu II (dvostruka veza),

odnosno naspram guanina nalazi se citozin (trostruka veza)

DNK čini osnovu nasleđa svih prokariotskih i eukariotskih

ćelija

Sastavljena iz velikog broja deoksiribonukleotida – pri čemu

purinske i pirimidinske baze nose genetsku informaciju, a

šećerna i fosfatna rezidua imaju strukturnu ulogu

Vrsta i redosled nukleotida čini primarnu strukturu i specifičan je za

svaku vrstu

Različitost primarne strukture DNK je ogromna

Linerano raspoređeni delovi DNK su geni – struktura gena je tačno

određeni redosled nukleotida u delu DNK

Sekundarna struktura – osnov sekundarne strukture je dvolančana

zavojnica (heliks) – Watson i Crick

Dva lanca su antiparalelna

Unutar spirale su hidrofobne purinske i pirimidinske baze, a

spoljašnjoj strani okrenute su fosfatne grupe koje zajedno sa

pentozama čine skelet zavojnice i hidrofilni su deo u kontaktu sa

vodenom sredinom

Princip komplementarnosti – redosled

baza u jednom lancu automatski određuje

redosled u drugom lancu – isti je broj A i

T, odnosno G i C; isto tako isti je broj

purinskih i pirimidinskih baza –

Čargafova pravila (Erwin Chargaff)

Sekundarna struktura je podložna

denaturaciji – razdvajanje

polinukleotidnih lanaca, a pod određenim

uslovima dolazi do renaturacije –

ponovnog spajanja komplementarnih

lanaca DNK – NEOPHODNO ZA

SVAKODNEVNO FUNKCIONISANJE DNK

DNK je nosilac naslednih informacija u ćeliji, a RNK molekule

učestvuju u prenošenju tih informacija i njihovom prevođenju u

proteine

Struktura RNK je analogna strukturi DNK

Primarnu strukturu čini niz purinskih i pirimidinskih ribonukleotida

koji su povezani 3’-5’ fosfodiestarskim vezama

U strukturi RNK nalaze se

Purinske baze – adenin i guanin

Pirimidinske baze – citozin i uracil (uracil karakterističan samo za RNK)

Šećerna komponenta je D-riboza

Molekula RNK je jednolančana

U pojedinim delovima moguć je kraći, ili duži dvostruki heliks

Dvolančani delovi čine sekundarnu strukturu RNK

RNK se nalazi u jedru (11%); mitohondrijama (15%); citosolu

(24%) i ribozomima (50%)

U ćelijama prokariotskih i eukariotskih ćelija postoje tri vrste

RNK

Ribozomalna RNK (rRNK)

Transportna RNK (tRNK)

Informaciona RNK (iRNK) – mesendžer RNK (mRNK)

Tri glavne vrste RNK razlikuju se među sobom po sastavu

baza, sekundarnoj strukturi, veličini i biološkoj funkciji

Grade ribozome

Ribozomi – subćelijske strukture na

kojima se sintetišu proteini

Čine najveću grupu RNK (oko 80%)

Ribozomi se sastoje iz dve

pojedinice

Prokariote – 30S i 50S – spojene 70S

Eukariote – 40S i 60S – spojene 80S

Relativno male u poređenju sa drugim nukleinskim

kiselinama – sačinjene od 75 do 90 nukleotida

U ćelijama se može naći oko 60 različitih vrsta tRNK

Pored 4 standardne baze sadrži i oko 10% retkih

(neuobičajenih) baza – tiouracil, acetilcitozin i dr.

Poseduju karakterističnu trodimenzionalnu strukturu u kojoj

je oko 70% u obliku heliksa, i pojavljuju se tri isturene petlje

od kojih jedna sadrži specifičan triplet baza označen kao

antikodon koji je komplementaran odgovarajućem kodonu

na mRNK

Sve molekule tRNK na 3’ kraju imaju isti triplet baza – CCA;

adenilna kiselina koja se nalazi na samom kraju ima slobodnu

3’ hidroksilnu grupu na koju će se vezati aminokiselina

5’ kraj koji obično čini guanilna kiselina fosforilisan je

Šematski se izgled molekula tRNK može prikazati u obliku

trolista

Ove nukleinske kiseline učestvuju u procesu aktivacije i

prenošenja aminokiselina do ribozoma gde se odvija

sinteza proteina – posredovano sparivanjem tri baze

aminoacil-tRNK (antikodon) sa tri baze kodona u kodirajućem

regionu mRNK po principu komplementarnosti

Specifičnost građe mRNK kod eukariota je prisustvo dugačke

sekvence adenilne kiseline na 3’ kraju tzv. poli A rep i cap

(kape) na 5’ kraju koja se sastoji od 7-metilguanozina

vezanog preko tri molekule fosforne kiseline

Molekule mRNK se sintetišu u jedru kao komplementarne

kopije DNK (prepisivanjem, transkripcijom strukturnih gena),

a zatim se transportuju do ribozoma gde služe kao matrica za

sintezu različitih proteina

mRNK služi kao prenosilac poruka (eng. messenger) sa DNK na

proteine što znači da je sinteza proteina genetski kontrolisana

Dužinu mRNK određuje veličina proteina (broj aminokiselina) –

npr za sintezu proteina(polipeptida) od 100 aminokiselina

potrebno je bar 300 ribonukleotida jer se svaka aminokiselina

određuje sa tripletom baza u DNK, odnosno RNK

U prokariotskim ćelijama jedna mRNK može da kodira

1(minocistronska) ili više (policistronska) polipeptidskih

lanaca i odmah je zrela mRNK – odmah može da se koristi za

sintezu proteina

U eukariotskim ćelijama mRNK je uvek monocistronska (1

mRNK 1 polipeptid) i nije zrela mRNK

Sintetisane molekule mRNK predstavljaju primarne produkte

treanskripcije i nazivaju se heterogene nuklearne RNK

(hnRNK)

Ona nije fukncionalna pošto sadrži kodirajuće (eksoni) i

nekodirajuće delove (introni)

Da bi jedna hnRNK sazrela potrebno je isecanje introna –

splajsing (eng. splicing) uz dodavanje „kape“ na 5’kraju i

poli A „repa“ na 3’ kraju

Prevođenje informacije sa zrele mRNK naziva se translacija

i započinje uvek start kodonom (AUG), a završava se nekim od

stop-kodona (UAA, UAG ili UGA)

Informacija sa DNK transkripcijom prenosi se na mRNK na

osnovu koje će procesom translacije doći do sinteze

polipeptida (proteina)

Odnos između sekvenci baza u DNK ili mRNK i sekvenci

aminokiselina naziva se genetski kod

Svaka aminokiselina kodirana je kodonom od 3

ribonukelotida

Sa mRNK informacija se translacijom prenosi dalje – tRNK

svojim antikodonom prepoznaje kodone mRNK i vezuje

odgovarajuće aminokiseline

RNK

a) Adenin

b) Guanin

c) Citozin

d) Timin

e) Uracil

DNK

a) Adenin

b) Guanin

c) Citozin

d) Timin

e) Uracil

a) 1 nukleotida

b) 2 nukleotida

c) 3 nukleotida

d) 4 nukleotida

e) 5 nukleotida