A nukleinsavak szerkezete és funkciója

A nukleinsavak szerkezete és funkciója

A nukleinsavak polimer vegyületek, amelyek építőkövei (monomerjei) a nukleotidok. A nukleotidok három részből épülnek fel: egy N-tartalmú bázisból, egy 5 C-atomos cukorból (ribóz) és egy foszfátcsoportból.

A nitrogéntartalmú bázisokat kémiai szempontból két csoportba soroljuk: a purin- és a pirimidin-vázasok csoportjába. A purinoknak egy 9 atomos duplagyűrűs váz, míg a pi 313b13d rimidineknek egy 6 tagú gyűrű az alapja. A DNS-ben található purinbázisok az adenin (A) és a guanin (G), a pirimidinbázisok a citozin (C) és a timin (T). Az RNS ugyanezeket a bázisokat tartalmazza, csak a timin helyett uracil (U) van benne. A kétszálú DNS-ben az adenin mennyisége azonos a timinével, a guaniné pedig a citozinével.

A bázisok kovalens kémiai kötéssel egy öt C-atomos cukorhoz (pentóz) kapcsolódnak. A nukleinsavak e cukorrészek alapján kapták a nevüket. Az RNS (ribonukleinsav) egy ribózt, míg a DNS (dezoxiribonukleinsav) egy deroxiribózt tartalmaz. A két cukormolekula csak egy helyen különbözik egymástól, a ribóz 2-es szénatomján hidroxilcsoportot (-OH) tartalmaz, míg a dezoxiribózban ezen a szénatomon csak egy hidrogén (-H) van. Az egy bázisból és egy cukorból álló komplexum neve: nukleozid.

Amennyiben a nukleozidokhoz egy foszfátcsoport is kapcsolódik, már nukleotidokról beszélünk. A foszfátcsoport észterkötéssel kapcsolódik a cukorrész 5-ös számú szénatomjához.

A nukleinsavak nukleotidokból álló láncok, más szóval polinukleotidok. A nukleinsavakban (DNS-ben, RNS-ben is) a nukleotid egységeket foszfodiészter kötések kapcsolják össze. Ez az elnevezés arra utal, hogy a foszforsav két cukoregységet kapcsol össze, az egyik 5' OH csoportját a másik 3' OH csoportjával. Két nukleotid összekapcsolódását dinukleotidnak, három nukleotid összekapcsolódását trinukleotidnak hívjuk. A rövidebb láncokat oligonukleotidnak, a hosszabb láncokat polinukleotidnak nevezzük. A molekula egyik végén szabad 5' foszfátcsoport van, ezt nevezzük 5' végnek, a másik végén szabad 3' hidroxilcsoport van, ezt nevezzük 3' végnek.

Ez a cukor-foszfát-cukor-foszfát ismétlődés adja a nukleinsavak gerincét. Ezen a cukor-foszfát vázon helyezkednek el a bázisok, mint a fésűn a fogak. Mivel a cukor-foszfát részek azonosak, elég a bázisokat néven nevezni, hogy leírjuk egy nukleinsav szekvenciáját, azaz a bázisok sorrendjét, ami a nukleinsavak elsődleges szerkezete.

A DNS másodlagos szerkezetét a két ellentétes irányultságú polinukleotidlánc közös tengely köré csavarodó kettős spirálja (hélix) adja. A bázispárososdás szabálya alapján az adenin mindig timinnel (A=T), a guanin mindig citozinnal alkot párt. Fontos tovább, hogy az adenin és timin között kettő, míg a guanin és a citozin között három hidrogénhídkötés alakul ki.

A DNS harmadlagos szerkezetének az a felcsavarodott szuperhelikális forma tekinthető, amely a prokarióta sejtekben cirkuláris és az eukarióta sejtekben lineáris formájú DNS-ekből jön létre annak érdekében, hogy a DNS elférjen a sejtben.

Az eukarióta DNS fehérjékkel komlpexeket képezve és többszörösen feltekeredve alkotja a kromatinállományt, amit a DNS negyedleges szerkezetének nevezhetünk.

Az eukariótákban a sejtmagon kívül a mitokondriumban és a kloroplasztiszban is található DNS.

Az RNS szerkezete hasonló a DNS-éhez, de az RNS egyszálú molekula. Előfordulhat, hogy az RNS is kialakíthat duplahélixet saját magával vagy egy másik RNS szállal. A hidrogénhidak szabályos jelenlétének hiánya miatt az RNS-molekulák szerkezete változatosabb. A nagy bázisszámú molekuláknál bizonyos rendezettséget mutató, ún. hajtűszerű szerkezetek alakulhatnak ki ott, ahol a bázisok közelítőleg komplementerek a két szálrészben.

Az RNS-ek elsődleges szerkezetét a DNS-hez hasonlóan, a nukleotidsorrend határozza meg. 

Az RNS másodlagos szerkezetén az RNS-lánc hidrogénkötéssel összekapcsolt szakaszai révén kialakuló térbeli elrendeződést értjük (a tRNS rendelkezik másodlagos szerkezettel).

A rRNS-es funkcionális domének (harmadlagos szerkezet) létrehozására is képesek, amellyel a riboszomális fehérjék kötődését és a működőképes riboszóma kialakulását biztosítják.

Az RNS-ek fehérjékkel kapcsolódva komlpexeket is kialakíthatnak (ribonukleoproteidek), ami a negyedleges szerkezetnek tekinthető.

A sejtekben többféle RNS is előfordul:

v     rRNS = a fehérjék mellett a riboszómák fontos alkotórésze.

v     tRNS = szerepük az aminosavak szállítás a riboszómák felületére, a fehérjeszintézis színterére.

v     mRNS = a polipeptidláncok szintéziséhez szükséges templátot (mintát) tartalmazzák.

v     snRNS = a transzkripció utáni módosításban vesznek részt, vagy specifikus fehérjékkel képeznek komplexeket.

A nukleinsavak biológiai funkciója:

Ø      a genetikai információ tárolása (genom)

Ø      a replikáció (DNS->DNS)

Ø      a transzkripció (DNS->RNS)

Ø      a transzláció (RNS->fehérje).