NUKLEINSYRORNAS UPPBYGGNAD: Två olika nukleinsyror: DNA deoxyribonukleinsyra RNA ribonukleinsyra Monomererna som bygger upp nukleinsyrorna kallas NUKLEOTIDER. En nukleotid består av tre delar: en kvävebas en sockerenhet en fosfatgrupp I DNA är sockret deoxyribos och i RNA ribos:
I respektive nukleinsyra är det nukleotidernas ordning som står för den genetiska informationen som så småningom kan översättas till aminosyrasekvens. Det finns fem olika kvävebaser som delas in i två grupper efter deras struktur: I DNA finns: C T A G I RNA finns: C U A G
Sockret och kvävebasen kopplas samman via en N-glykosidbindning en nukleosid bildas: När en fosfatgrupp förestrats till C5 erhålls en nukleotid.
Nukleinsyror bildas när nukleotider kopplas samman. Två nukleotider förbinds via fosfatgruppen i en FOSFODIESTER- BINDNING. Det är C3 i ett socker som förbinds med C5 i nästa. En DNA- eller RNA-sekvens skrivs ALLTID 5 3 så att inte missförstånd ska uppstå (precis som proteinsekvensen alltid skrivs N C).
DNA är dubbelsträngat medan RNA är enkelsträngat. I DNA-helixen basparar adenin (A) med tymin (T) cytosin (C) med guanin (G) Notera; En DNA-helix består av två antiparallella nukleotidkedjor, den ena löper 5 3 och basparar med en annan kedja som går 3 5.
Fosfatgrupperna och sockerenheterna sitter på utsidan och kvävebaserna inåt. En purin basparar alltid med en pyrimidin så helixens diameter blir hela tiden lika stor. Ett AT-baspar hålls samman av två vätebindningar och ett GC-baspar av tre. DNA-strukturen publicerades av Watson & Crick 1953.
Dubbelhelixens geometri: Eftersom en större pyrimidinbas alltid basparar med en mindre purinbas är innerdiametern på helixen hela tiden 11Å (1Å = 1 10-10 m) och ytterdiametern 20Å. Ett varv i dubbelhelixen är 34Å och innehåller 10 baspar. På ett varv finns en MAJOR GROOVE och en MINOR GROOVE. I dessa fördjupningar kan proteiner fästa. Utsidan av helixen är negativt laddad (fosfatgrupper) vilket gör att positivt laddade joner (katjoner) som Na + och Mg 2+ associeras till DNA:t in vitro. In vivo är DNA:t i cellkärnan uppvirat på positivt laddade proteiner, s k histoner, vilket ger effektiv tätpackning. Prokaryot DNA är cirkulärt medan eukaryot DNA är linjärt.
Denaturering av DNA: Eftersom dubbelhelixen bara hålls samman av nonkovalenta bindningar (vätebindningar) räcker det att värma ett DNA-prov för att de två kedjorna ska separera. När DNA-kedjorna separeras säger man att DNA:t denatureras eller smälter. Vilken temperatur som krävs beror på andelen GCbaspar relativt AT-baspar. Om temperaturen sänks återbildas dubbelhelixen spontant. Man kan följa denatureringen spektrofotometriskt vid 260 nm. Denaturerat DNA absorberar mer ljus än den nativa formen eftersom kvävebaserna som svarar för absorptionen exponeras i denaturerat DNA.
Även enkelsträngat RNA bildar väldefinierade tredimensionella strukturer som stabiliseras av vätebindningar. Vätebindningarna binder ihop olika delar av en och samma RNA-kedja. Ett vanligt motiv är s k hårnålsloopar:
Molekylärbiologins centrala dogma: Replikation: Bassekvensen i DNA står för den genetiska informationen. När en cell ska delas måste DNA:t dupliceras man måste få nytt DNA med exakt samma bassekvens som originalet. Vid proteinsyntes överförs informationen från DNA till aminosyrasekvens i två steg: Transkription: Bassekvensen i DNA översätts till bassekvens i mrna. mrna fungerar sedan som mall för proteinsyntesen. Translation: Bassekvens i mrna översätts till aminosyrasekvens m h a trna. Processen sker på ribosomerna. En sekvens av tre baser utgör den GENETISKA KODEN och specificerar en viss aminosyra.
Replikationen: Först måste de två DNA-kedjorna separeras och sedan ska två nya kedjor bildas med originalen som mallar: Eftersom det i varje ny DNA-molekyl kommer att finnas en ny och en gammal DNA-kedja säger man att DNAreplikationen är SEMIKONSERVATIV. (DNA) n + dntp (DNA) n+1 + PP i Reaktionen katalyseras av DNA-polymeraser. dntp = datp, dctp, dgtp, dttp
Reaktionsmekanism för bildande av en ny fosfodiesterbindning: Hydroxylgruppen på C3 i ett socker gör en nukleofil attack på den innersta fosforatomen i nästa trifosfatnukleotid. Fosfaten är kopplad till C5 i nästa socker, alltså 3,5 - fosfodiesterbindning. Notera; Ny nukleotid binder alltså först till mallkedjan genom basparning och sedan sätts den nya kedjan ihop kovalent. Energikrävande process
DNA-polymeraser kräver en primer för att kunna starta syntes av en ny kedja. Primern utgörs av en kort RNA-sekvens och det viktigaste strukturmotivet är en fri 3 -OHgrupp: Finns flera olika DNA-polymeraser men de viktigaste är: DNA-polymeras III: Främst ansvarig för polymerisationen av den nya kedjan. DNA-polymeras I: Kontrollerar att rätt nukleotid satts in. DNA-polymeras I har EXONUKLEAS-aktivitet vilket innebär att om ett fel upptäcks kan polymeraset klippa bort det och sätta in rätt nukleotid istället. Mycket viktigt eftersom fel vid replikationen kan få stora konsekvenser!
Problem: DNA-polymeras katalyserar bildande av ny DNA-kedja 5 3 och rör sig längs den gamla kedjan 3 5. Men en av kedjorna i helixen exponeras ju 5 3. Lösning: Den ena kedjan syntetiseras diskontinuerligt i s k Okazakifragment. För varje Okazakifragment krävs en primer och för att sedan koppla ihop fragmenten krävs ytterligare ett enzym, DNA-ligas.
Andra proteiner som är viktiga vid replikationen: Topoisomeras och helikas: Öppnar upp dubbelhelixen. Single strand binding proteins : Binder till enkelsträngat DNA som temporärt bildas och skyddar det från nukleaser som annars attackerar enkelsträngat DNA och bryter ner det. Primas: Katalyserar bildandet av RNAprimers som behövs för att DNA-polymeraset ska kunna syntetisera ny kedja. Ligas: Kopplar ihop fragment kovalent.
Ibland blir det dock fel vid replikationen: PUNKTMUTATIONER Tre typer: SUBSTITUTION: en kvävebas byts ut mot en annan DELETION: en bas tas bort INSERTION: en bas sätts till De två sista är allvarligast eftersom de förskjuter hela läsramen. Substitution är vanligast och finns i två varianter: *TRANSITION purin purin pyrimidin pyrimidin *TRANSVERSION purin pyrimidin pyrimidin purin Felfrekvens: 1/10 10 nukleotider
Kemiska mutagener: Ämnen som liknar de normala baserna och därför kan inkorporeras i deras ställe. Ex. 5-bromouracil. Ämnen som modifierar befintliga baser vilket leder till mutationer vid nästa replikation. Ex. HNO 2. Ämnen som interkalerar, binder in mellan baserna, i DNA-strukturen och kan uppfattas som en bas vid nästa replikation. Ex. etidiumbromid. UV-ljus: UV-ljus kan leda till ihopkoppling av närliggande tyminer. Skydd: Reparationsmaskineri i tre steg: Felet upptäcks och felaktig bas tas bort olika enzymer för olika fel. Ny korrekt bas sätts in av DNApolymeras I. Kedjan kopplas ihop av DNA-ligas.
Flera cancersjukdomar orsakas av defekt DNA-reparationsmaskineri: Exempel: I sjukdomen Xeroderma pigmentosum saknas enzymet som tar bort tymindimererna som bildas vid exponering för UV-ljus. Patienterna får hudcancer och dör ofta innan de fyllt 30 år.