Základní složky nukleových kyselin

Z WikiSkript

Mononukleotid obsahuje tři složky, a sice pentózu, fosfát a dusíkatou bázi. Centrální postavení mezi nimi má pentóza, buď β-D-ribofuranóza (ribóza) nebo 2’-deoxy-β-D-ribofuranóza (deoxyribóza). V nukleotidech se uhlíky pentózy číslují s apostrofem (C2’..cé dvě s čarou), aby se odlišily od uhlíků báze. Podle typu pentózy se rozlišují ribonukleové kyseliny (ribonucleic acid, RNA) a deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Pentóza se vyskytuje v různých konformacích. Jestliže C2’ vystupuje nad rovinu furanózového kruhu shodně s C5’, jde o konformaci 2’-endo, jestliže takto vystupuje C3’, konformace se nazývá 3’-endo. Konformace pentóz se mění při funkčně významných proměnách ve vyšší struktuře nukleových kyselin.

Na C1 pentózy je N-β-glykosidovou vazbou navázána báze. Báze jsou odvozeny buď od pyrimidinu (cytosin, uracil, thymin) nebo od purinu (adenin, guanin). V RNA se thymin vyskytuje jen výjimečně, DNA neobsahuje uracil. Nositelem bazického charakteru těchto sloučenin jsou heterocyklické dusíky, které však v buňce při pH kolem 7 nejsou protonovány.

Syn- a anti- konformace nukleosidu adenosinu

Sloučenina dusíkaté báze se sacharidem se nazývá nukleosid, podle pentózy ribonukleosid (konkrétně cytidin, uridin, thymidin) nebo deoxyribonukleosid (adenosin, guanosin). Heterocykly bazí jsou ploché, jejich rovina je přibližně kolmá k rovině furanózového kruhu pentózy. Na první pohled se zdá, že báze může vzhledem k pentóze rotovat kolem glykosidové vazby. Sterické zábrany však umožňují zaujmout pouze syn- nebo anti- konformaci, podle toho, zda-li báze je kolem glykosidové vazby otočena nad plochu pentózy (syn-) nebo na stranu opačnou (anti-). V přirozené dsDNA převládá anti- konformace purinů i pyrimidinů.

Esterifikací sacharidu kyselinou trihydrogenfosforečnou z nukleosidu vzniká nukleotid. V ribonukleotidech může být fosfát navázán v poloze 2’, 3’ nebo 5’, v deoxyribonukleotidech v poloze 3’ nebo 5’.

Příklady nukleotidů

Vzhledem ke složitosti vzorců a délce názvů složek nukleových kyselin nomenklaturní komise Mezinárodní unie pro čistou a použitou chemii (IUPAC) stanovila pravidla pro užívání názvů, zkratek jedno- nebo třípísmenových symbolů. Nejužívanější z nich uvádí tabulka:

Chemická struktura ATP
Názvosloví, symboly a zkratky nukleových kyselin a jejich složek
Baze Ribonukleosid Deoxyribonukleosid
N dN
Pyrimidinové Pyr -idin Y Pyd Deoxy- -idin dY dPyd
Cytosin Cyt Cytidin C Cyd Deoxycytidin dC dCyd
Uracil Ura Uridin U Urd Deoxyuridin dU dUrd
Thymin Thy Ribosylthymin T Thd (Deoxy)thymidin dT dThd
Purinové Pur -osin R Puo Deoxy- -osin dR dPud
Adenin Ade Adenosin A Ado Deoxyadenosin dA dAdo
Guanin Gua Guanosin G Guo Deoxyguanosin dG dGuo
Hypoxantin Hyp Inosin I Ino
Xantin Xan Xantosin X Xao
Orotát Oro Orotodin O Ord

Příklady[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Uridin-5’-fosfát Urd-5’-P UMP
Uridin-3’-fosfát Urd-3’-P
Adenosin-5’-difosfát Ado-5’-PP ADP
Adenosin-5’-trifosfát Ado-5’-PPP ATP
Cyklický adenosin-3’,5’-fosfát Ado-3’,5’-P cAMP
Deoxycytidin-5’-fosfát dCyd-5’-P dCMP
Izoakceptorové RNA tRNA1AA, tRNA2AA, tRNA5AA
Aminoacyl-tRNA AA-tRNA
Heterogenní jaderná RNA hnRNA
Malá jaderná RNA snRNA (small nuclear RNA)
Malá jadérková RNA snoRNA (small nucleolar RNA)
DNA komplementární k mRNA cDNA

Poznámky k tabulce:

  1. Komise IUPAC rezervovala jednopísmenové symboly C, T, A, G apod. pro nukleosidy zařazené v oligo- nebo polynukleotidu. Píše se CpUpGpAp nebo C–U–G–Ap v případě RNA a d(pApGpT) nebo d(pA–G–T) v případě DNA. Fosfáty (a koncové fosfáty) se značí malým písmenem p. Pokud není polarita řetězce udána čísly nebo šipkami mezi písmeny, pak 5’-konec řetězce se v zápisu nalézá vlevo a 3’-konec vpravo. Je-li na některém konci symbol p, znamená to, že koncová 5’- nebo 3’-OH skupina je esterifikována fosfátem. Jednopísmenové symboly se nepoužívají pro mononukleotidy; ty se mohou popisovat pouze třípísmenovými symboly a fosfát je zapisován jako velké písmeno P.
  2. Předpona deoxy- se zpravidla u thymidinu vynechává, takže dT je thymidin. T je ribosylthymin, vyskytuje se např. v transferových RNA.
  3. Zkratky ATP, CDP, dGMP jsou rezervovány pouze pro nukleosid-5’-fosfáty, nikoli 3’- nebo 2’-fosfáty. První fosfát, označovaný jako α, je na pentózu napojen esterovou vazbou, druhý (β) a třetí (γ) fosfát tvoří s předchozím fosfátem anhydrid.
  4. Fosfát se může fosfodiesterovou vazbou vázat na dva uhlíky téže pentózy, čímž vzniká ve sloučenině další heterocyklus, proto se sloučenina nazývá cyklický nukleotid. Zkratkami cAMP a cGMP se označují příslušné 3’,5’-fosfáty; mají významnou signální funkci v buňce.

Vedle uvedených základních složek se v nukleových kyselinách vyskytují další, tzv.minoritní báze a nukleosidy. Většinou vznikají dodatečnou metylací báze nebo pentózy po jejich vestavění do polynukleotidu, existuje např. N-6-metyladenosin (m6A), 5-metylcytosin (m5C), 2’-O-metylguanosin (Gm). V transferových RNA se nachází dihydrouracil a thyminribosid. Minoritní báze a nukleosidy se asi účastní tvorby signálních míst nebo jejich substituenty chrání nukleovou kyselinu před štěpením nukleázami. Další báze jsou metabolity základních bází, např. hypoxantin (6-oxopurin), xantin (2,6-dioxopurin) a kyselina močová (2,6,8-trioxopurin). Metylxantiny kofein (1,3,7-trimetylxantin), theofyllin (1,3-dimetylxantin) a theobromin (3,7-dimetylxantin) jsou farmakologicky účinné látky rostlinného původu.

Z vlastností bazí je významná jejich tautomerie, kdy se izomery liší rozložením elektronů a protonů v molekule.

Tautomerie bazí

V buňce při pH kolem 7 převažuje laktamová forma u uracilu, guaninu a thyminu a laktimová forma u cytosinu a adeninu. Tautomerie je důležitá pro správné párování bazí ve dvouřetězcových nukleových kyselinách. Další vlastností bazí je jejich charakteristické spektrum s maximem λ=260 nm. Je využíváno v řadě metodických přístupů ke studiu nukleových kyselin (čistota preparátu nukleových kyselin, jejich koncentrace, denaturace apod.)

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Další kapitoly z knihy ŠTÍPEK, S.: Stručná biochemie uchování a exprese genetické informace:
Struktura nukleových kyselin: Základní složky nukleových kyselinPrimární struktura nukleových kyselinŘetězec nukleové kyseliny lze štěpit neenzymovou nebo enzymovou hydrolýzouMetody sekvencováníSekundární a vyšší struktura nukleových kyselin: Sekundární struktura DNADenaturace a reasociace řetězců nukleových kyselin, molekulární hybridizaceSekundární struktura RNATopologie DNA; • Interakce DNA s proteiny, struktura chromosomuBakteriální chromosomEukaryotické chromosomyDNA mitochondrií
Biosyntéza nukleových kyselin: Replikace DNATranskripce
Biosyntéza polypeptidového řetězce – translace: Transferové RNA (tRNA)Aktivace aminokyselin, syntéza aminoacyl-tRNAFunkce ribozómů v translaciTranslace u prokaryotůStruktura ribozómůIniciace translaceElongace peptidůTerminace translaceInhibitory bakteriální translaceTranslace u eukaryotůStruktura ribozómůIniciace eukaryotické translaceElongace eukaryotické translaceTerminace eukaryotické translaceInhibitory eukaryotické translace
Genetický kód
Biosyntéza nukleových kyselin a proteosyntéza v mitochondriích: Replikace mitochondriální DNAMitochondriální transkripceMitochondriální translace
Řízení genové exprese a proteosyntézy: Řízení genové exprese a proteosyntézy u prokaryotRegulace na úrovni transkripceRegulace sigma-faktoryJacobův-Monodův operonový modelRegulační význam cAMP u bakteriíVariace operonového řízení genůTryptofanový a arabinosový operonŘízení terminace transkripceRegulace bakteriální proteosyntézy na úrovni translaceŘízení genové exprese a proteosyntézy u eukaryotRegulace na úrovni uspořádání genůRegulace na úrovni transkripceRegulace posttranskripčních úprav pre-mRNARegulace na úrovni translaceŘízení rychlosti degradace mRNARegulace funkce proteinu kotranslačními a posttranslačními úpravami
Posttranslační úpravy a targeting proteinů: Signální sekvence polypeptidu, volné a vázané ribozómyPosttranslační glykosylace proteinůTargeting nezávislý na glykosylaci proteinůTargeting mitochondriálních proteinůTargeting jaderných proteinůRozhodovací mechanismus k destrukci nefunkčních proteinůReceptorem zprostředkovaná endocytóza
Biochemie virů: Reprodukce DNA virůReprodukce RNA virůInterferony
Biochemie genového inženýrství: Štěpení DNA na definovaném místě řetězceÚčinné dělení fragmentů DNA elektroforézouIdentifikace restrikčních fragmentůSyntéza umělé DNAPomnožení a exprese izolovaného nebo umělého genu v hostitelské buňce

Zdroje[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • ŠTÍPEK, Stanislav. Stručná biochemie : Uchování a exprese genetické informace. 1. vydání. Medprint, 1998. 92 s. s. 8–11. ISBN 80-902036-2-0.