Nukleorūgštys

NUKLEORŪGŠTYS

Nukleorūgščių makromolekulės yra informacijos nešikliai – jose saugoma genetinė informacija, jos padeda genetinę informaciją realizuoti bei perduoti ją palikuonims. Jas sudaro monomerai nukleotidai.

Nukleotidai. Nukleotidas – tai molekulė, sudaryta iš trijų medžiagų – azotinės bazės, monosacharido (ribozės ar dezoksiribozės) ir fosforo rūgšties – molekulių liekanų.

Nukleorūgščių azotinės bazės yra purinai (adeninas ir guaninas, jų molekulės dvižiedės) ir pirimidinai (citozinas, timinas, uracilas, jų molekulės pagrindas vienžiedis). Šios azotinės bazės jungiasi prie monosacharido (ribozės ar dezoksiribozės) 1* C atomo.

Nukleotidų monosacharidai (ribozė ir dezoksiribozė) yra pentozės – jų bendra formulė yra . Dezoksiribozė nuo ribozės skiriasi tuo, kad prie vieno anglies atomo jungiasi ne hidroksilo grupė (-OH), o tiesiog protonas (H). Priešdėlis dezoksi- ir rodo vieno deguonies atomo trūkumą. Prie pentozės 1* C atomo jungiasi azotinė bazė, o prie 5* C atomo – fosfatai.

Fosfatinės grupės yra rūgštinės, vandenyje jos disocijuoja ir turi neigiamus krūvius. Laisvi nukleotidai turi vieną, du ar tris fosfatines grupes.

Nukleotidas be fosfatinės grupės vadinamas nukleozidu. [Ris-57]

intarpas NUKLEOTIDŲ PAVADINIMŲ SISTEMA

Azoto Nukleozido Nukleotido pavadinimas, kai fosoforo rūšties liekana

bazė pavadinimas viena dvi trys

-monofosfatas -difosfatas -trifosfatas

Adeninas purinas Adenozinas Adenozin- AMP ADP ATP

Citozinas pirimidinas Citidinas Citidin- CMP CDP CTP

Guaninas purinas Guanozinas Guanozin- GMP GDP GTP

Timinas pirimidinas Timidinass Timidin- TMP TDP TTP

Uracilas pirimidinas Uridinas Uridin- UMP UDP UTP

Bendri nukleotidų pavadinimai – nukleozidmonofosfatas ir t.t.

Nukleorūgšties molekulėje įmontuotas nukleotidas teturi viena fosfatinę grupę ( ).

Nukleotidai su riboze vadinami ribonukleotidais (rATP, rCDP ir pan.), iš jų sintetinama ribonukleorūgštis (RNR), o iš dezoksiribonukleotidų (dATP, dTTP) – dezoksiribonukleorūgštis (DNR).

Nukleozidtrifosfate nutrūkstant jungčiai tarp antros ir trečios ar pirmos ir antros fosfatinių grupių išsiskiria gana didelis kiekis energijos, todėl šios jungtys vadinamos makroerginėmis.

Nukleorūgščių molekulės sudaromos jungiantis nukleotidams nukleozidtrifosfatams. Jungiantis nuo kiekvieno nukleotido atskyla po 2 fosforo rūgšties molekules , išsiskirianti energija panaudojama jungtims tarp fosfato ir pentozės sudaryti.

Nukleorūgšties grandinėlės skeletinė dalis – tai fosfatas-pentozė-fosfatas-pentozė-… O į šonus nuo šios grandinės kyšo azotinės bazės [Ris-58]. Viename grandinės gale lieka laisvas fosfatas, prisijungęs prie 5* C atomo, šis galas vadinamas 5* galu. O kitame gale lieka laisvas pentozės 3* C atomas (prie kurio neprisijungė fosfatas) – tas galas vadinamas 3* galu.

DEZOKSIRIBONUKLEORŪGŠTIS (DNR)

DNR – tai genetinės informacijos nešiklis, saugantis ją ir perduodantis kitoms kartoms visose ląstelėse bei daugelyje virusų. Tik dalyje virusų šią funkciją atlieka RNR.

intarpas DNR – TIKRAI GENETINĖS INFORMACIJOS NEŠIKLIS

Dar 1944 metais Osvaldas Everis, Kolinas Mak-Leodas ir Maklinas Mak-Kartis (O.Every, C.MacLeod, M.MacCarty) įrodė, kad būtent DNR yra genetinės informacijos nešiklis. Jie tyrė dvi bakterijos pneumokoko Streptomyces pneumoniae formas: viena ant agaro augdavo glotniomis kolonijomis ir gebėjo sukelti ligą, o kita buvo mutantė – ji augdavo šiurkščiomis kolonijomis ir ligos nesukeldavo. Tyrinėtojai pastebėjo, kad iš šiluma užmuštų pirmos formos bakterijų išskyrus DNR ir paveikus ja bakterijas mutantes, šios atgavo gebėjimą susargdinti. Ir ši savybė persiduodavo kitoms kartoms. Todėl Everis, Mak-Leodas ir Mak-Kartis nutarė, kad DNR ir yra genetinės informacijos nešiklis. [LOB3-858]

1952 metais Alfredas Heršis (Hershey?) ir Marta Čeiz (Chase?) siekė išsiaiškinti, kuri bakteriofago T4 dalis – baltymas ar DNR – užkrečia bakteriją Escherichia coli. Jie augino virusą terpėje su radioaktyviais izotopais – (fosforas naudojamas DNR sintezėje) ir (o siera – baltymų). Po to šiais bakteriofagais užkrėtė bakterijas. Paaiškėjo, kad bakterijas užkrečia medžiaga su izotopu .

[Iš paskutinės pastraipos galima padaryti uždavinį, jei fizikoje bus praeitas radioaktyvumas]

DNR struktūrą 1953 metais išsiaiškino Votsonas (Watson) ir Krikas (Creek?). Jie nustatė, kad DNR molekulę sudaro dvi polinukleotidinės grandinės, susuktos dešiniąja spirale. Šių dviejų polinukleotidinių grandinių azoto bazės jungiasi vandenilinėmis jungtimis. Kaip taisyklė, adeninas jungiasi su timinu, o guaninas – su citozinu ir atvirkščiai. Ši taisyklė vadinama komplementarumo principu. Kitų jungčių variantų DNR sintetinantys fermentai nesudaro, nes:

1. Abi komplementarios bazių poros ir jas jungiančios jungtys yra tam tikro ilgio (1,085 nm). Adeninas ir guaninas yra dvižiedės azoto bazės, o citozinas ir timinas – vienžiedės. Komplementarioje poroje viena bazė dvižiedė, o kita – vienžiedė.

2. Adeninas ir timinas sudaro dvi vandenilines jungtis, o guaninas ir citozinas – tris.

Vieną dvigubos DNR spiralės viją sudaro 10 nukleotidų porų, vijos žingsnis – 3,4 nm. [dvigubos spiralė piešinys]

intarpas DNR MOLEKULIŲ ILGIS

DNR molekulės ląstelėse
būna įvairaus dydžio – nuo 400 000 nukleotidų (400 kb*) mielių ląstelėse iki 250 000 000 nukleotidų (250 000 kb) žmogaus ląstelėse. Išvyniotos žmogaus chromosomų DNR ilgis nuo 1,7 iki 8,5 cm ilgio (50106 iki 250106 nukleotidų porų). Visą ląstelės DNR sujungus į vieną siūlą gautųsi nemažas galas – žmogaus ląstelė turėtų ~1,8 m ilgio DNR siūlą.

DNR molekulės labai ilgos ir plonos. Milijonas nukleotidų sudaro 0,034 cm (3,4105 nm) ilgio grandinę, kuri užima ~106 nm3 tūrį.

Diploidinėje žmogaus ląstelėje (46 chromosomos) yra ~6109 nukleotidų porų. Glaudžiai suvyniojus šis DNR kiekis sudarytų kubą, kurio kraštinė ~1,9 m. Knyga su 6109 raidžių būtų daugiau kaip milijono puslapių storio.