12/5/2011
Nukleinsavak
Szerkezeti hierarchia
Nukleinsavak építőkövei Pirimidin
Purin
Timin (T)
Citozin (C)
Pirimidin
Adenin (A)
Guanin (G)
DNS bázisai
Adenin (A)
Citozin (C)
Guanin (G)
RNS bázisai
bázis
foszfát
Purin
Dezoxirobóz
DNS nukleotid
bázis
foszfát
Ribóz
RNS nukleotid
1
12/5/2011
dezoxiadenozin nukleozid
glikozidos kötés
nukleotid Dezoxiadenozin-5’-monofoszfát
Nukleinsavak szerkezete „Szerkezeti hierarchia”
Elsődleges g szerkezet: z z nukleotid szekvencia - milyen y
nukleotidok, milyen sorrendben kapcsolódnak egymáshoz O
5’-vég
NH O
C H3 O HO P O
Timin
O
N
2 NH N
O 2 CH H H
H
H N
N
O
O
N
P O
Adenin
O
O 2 CH H H
H
H
2 NH N O
O
O
N
O
P O
Citozin
O
O 2 CH H H
NH
H
H
N
N
O
O
2 NH
N
P O
Guanin
O
O H2 H C H
H
O
H
H
3’-vég
2
12/5/2011
A másodlagos szerkezet megismerése 1947-50 Chargaff szabályok 1. % adenin = % timin; % citozin = % guanin (DNS-ben) Felmerül a báziskomplementaritás – duplex szerkezet gondolata 2. [A + T]/[C + G] nem szüségszerűen 1.0
Erwin Chargaff 1905 - 2002
3. [purin (A, G)] / [pirimidin (C, T)] =1 (DNS-ben) 4. RNS-ben 1 és 2 sem érvényes; A ≠ U; G ≠ C Az RNS egyszálú
Rosalind Franklin 1920 - 1958
Röntgenszórással bizonyították, hogy - a DNS dupla szálú, helikális
szerkezetű
- azonos vastagságú a lánc teljes hosszában - periodicitása 0.34 0 34 nm 1953 Maurice Wilkins 1916 - 2004
3
12/5/2011
1953 – kettős hélix Nobel-díj 1962
Francis Crick, 1916-2004
James D. Watson, 1928-
DNS másodlagos szerkezet
) a két lánc antiparallel ) pirimidinnel szemben purin van
Cukor-foszfát gerinc
) hidrogén-kötésekkel kapcsolódnak a szemközti bázisok
4
12/5/2011
DNS másodlagos szerkezet
bal menetes
jobb menetes
jobb menetes hélix
A hélix jellemző paraméterei
5
12/5/2011
DNS másodlagos szerkezetet befolyásoló szerkezeti elemek A 2-dezoxi-D-ribóz téralkata (A gyűrű síkja fölötti C atom szerint)
O
O
NH
HO H3C O P
O
N
O CH2
O H
H
H
O
NH2
O
P
O
H
N
N
O CH2 O H H H
O
H
NH2
O
P
O
c2’-endo
N
N
CH2 O H H H
*
N O
N
O
O
NH
N
CH2 O H H
NH2
N
N
O
H
*
O
O
P
O
H
H
OH
*
*
c3’-endo
DNS másodlagos szerkezetet befolyásoló szerkezeti elemek O
O
A cukor és a bázis gyűrűjének egymáshoz viszonyított helyzete
NH
HO H3C O P
O
N
O CH2 H
O
O H
H
O
H
NH2
O
P
N
N N
N
O CH2 O H H H
O
O
H
NH2
O
P
N O
N
O CH2 O H H H
O
O
H
O
P
O NH
N N
O CH2 O H H H
OH
H
N
NH2
A β-glikozidkötéshez kapcsolódó konformerek
6
12/5/2011
B-DNS Watson-Crick-modellnek megfelelő forma kis árok
- glikozidos lik id kkötés é kkonformációja: f á iój anti - dezoxi-ribóz konformációja: C2’-endo - jobb menetes hélix - bázissíkok távolsága: 0,34 nm
nagy árok
- hélix menetmagassága: 34nm - bázissíkok dölési szöge: 6º - bázisok elfordulási szöge 36º - a hélix átmérője: 2 nm
További nevezetes helikális formák
Z-DNS Paraméter
A-DNS Z-DNS
B-DNS
A-DNS
hélix menete
bal
jobb
jobb
bázispár/menet
12
10 (10.5)
11
bázissíkok távolsága (nm)
0.37
0.34
0.25
hélix menetmagassága (nm)
4.5
3.4
2.8
7
-6
20
bázisok elfordulási szöge (º)
-30
36
33
hélix átméröje (nm)
1.8
2
2.3
bázissíkok dölési szöge(º)
7
12/5/2011
További nevezetes helikális formák
Z-DNS glikozidos kötés konformációja
A-DNS Z-DNS
B-DNS
A-DNS
dA, dT, dC
anti
anti
anti
dG
syn
anti
anti
dezoxi-ribóz konformációja dA, dT, dC
C2’-endo
C2’-endo
C3’-endo
dG
C3’-endo
C2’-endo
C3’-endo
Az örökítőanyag szerveződése a sejtmagban DNS harmadlagos szerkezet - nukleoszóma Hiszton oktamer H1 hiszton
http://proteopedia.org/wiki/index.php/Nucleosomes
8
12/5/2011
Az örökítőanyag szerveződése a sejtmagban 30 nm
kb. 50-szeres DNS rövidülés
nukleoszóma
A 30 nm-es szolenoid modell két nézete A nukleoszómákat a H1 hiszton kapcsolja össze 30 nm-es szolenoid tekerccsé, amiben csavarulatonként hat nukleoszóma helyezkedik el.
DNS harmadlagos szerkezet - szuperhelicitás A kettős szál feltekeredése önmaga körül a hélix tengelye
kettős hélix
a hélix tengelye
szupertekercs
9
12/5/2011
DNS harmadlagos szerkezet - szuperhelicitás A kettős szál feltekeredése önmaga körül negatív minden genomban megtalálható
pozitív szupertekercs
biológiai szerepe még kérdéses
2
1 3
4
Linking number (L) : a két szál egymás körüli tekeredéseinek száma
Twist (T) : egyik szál csavarodása a másik körül (itt: L=T=4)
L=T+W
Wristh (W): a duplex tengelyének csavarodása a térben
10
12/5/2011
2 nm
11 nm 30 nm
300 nm
1400 nm
mRNS másodlagos szerkezete
11
12/5/2011
A DNS szerkezet stabilitása DNS másodlagos szerkezetet befolyásoló szerkezeti elemek Bázisok delokalizált elektronjainak kölcsönhatása
Negatív töltésekből eredő taszítás
A DNS szerkezet stabilitása 1. Hidrogén-híd -hozzájárul j a másodlagos g szerkezet kialakításához (pl. (p kettős hélix, RNS másodlagos szerkezete) -hozzájárul a másodlagos szerkezet stabilitásához
2. Hidrofób kölcsönhatások - a bázisok aromás gyűrűi közötti kölcsönhatások hozzájárulnak a NS-ak stabilitásához - maximálisak a kettős szálú DNS-ben
12
12/5/2011
A DNS optikai tulajdonságai A nukleinsavak bázisaik révén fényt abszorbeálnak UV tartományban Abszorbancia
0.4
A nukleinsavak kl i k elnyelési l lé i maximuma 260 nm
0.2
Hipokróm effektus 0.0 250
300
350
400
hullámhossz (nm)
Egyes szál
JJelenség: l é a kettős k ttő héli hélixben b a bázisok bá i k abszorbanciája b b iáj kisebb, mint az egyes szálak vagy az egyedi bázisok abszorbanciájának összege Kettős hélix
Oka: az egymás fölötti bázisok delokalizált elektronjainak kölcsönhatása csökkenti a fényelnyelés lehetőségét
A DNS optikai tulajdonságai
abszorb bancia
Hipokróm effektus felhasználása a szerkezetvizsgálatban
Kettős hélix
Egyes szál random feltekeredése
Hőmérséklet (°C)
13
12/5/2011
DNS „kapcsolatai” Ionok és vízmolakulák
DNS fragmentumhoz kapcsolódó Mg-ion és hidrátburka
Felszíni struktúrákhoz kötődő fehérjék
Speciális szerkezeti elemhez kacsolódó transzkripciós faktor
Tumorgátló hatású p53 génhez kapcsolódó fehérje
14
12/5/2011
Interkalálódó gyógyszerek, vegyszerek Interkalálódó pszoralen molekula
A-T bázispárok közé interkalálódó etidium
15
