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 FOSFODIESTERBINDNING. 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 Mg2+ 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 + PPi
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: 1/1010 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. HNO2.
• 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.
