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Nucleoside, Nucleotide
und
Nucleinsäuren
Wie sieht das Erbmaterial aus?
1953: Watson und Crick
-
Doppelhelixstruktur der DNA
1962 Nobelpreis für Medizin
Die Zucker der Nukleinsäuren (DNA, RNA)
Die Pentose-Einheit:
- D-Ribose oder 2‘-Desoxy-D-Ribose
- β-Furanose-Form
Die Basen der Nukleinsäuren (DNA, RNA)
Purin-Basen
Adenin (DNA)
Guanin (DNA)
Pyrimidin-Basen
Thymin (DNA) Cytosin (DNA)
Uracil (RNA)
Basenpaarung in DNA
Jeweils eine Purin- mit einer Pyrimidin-Base:
C-G: 3 Wasserstoffbrücken,
A-T: 2 Wasserstoffbrücken
Führt zu Bildung des Doppelstranges!
Nucleotide bilden die Stränge!
Nucleotide und Nucleoside
Nucleoside und Nucleotide
Purine Pyrimidine A + GC + T(U)A G C T(U)
Eukaryonten
Mensch 31,0 19,1 18,4 31,5 1,00
Maus 29,1 21,1 21,1 29,0 1,00
Fruchtfliege 27,3 22,5 22,5 27,6 0,99
Hefe 31,3 18,7 17,1 32,9 1,00
Prokaryonten
Escherichia coli 24,6 25,5 25,6 24,3 1,00
Bacillus subtilis 28,4 21,0 21,6 29,0 0,98
Viren
Herpes simplex 13,8 37,7 35,6 12,8 0,99
Bakteriophage λ 26,0 23,8 24,3 25,8 0,99
Influenza-Virus 22,1 23,7 24,7 29,1 (U) 0,85
(A% = T% and G% = C%).Chargaff-Regel
Sekundärstruktur der DNA
Als Sekundärstruktur bezeichnet man bei Nukleinsäuren die räumliche Ausrichtung. Während die Primärstruktur (die Sequenz) die Informationen speichert, bestimmt die Sekundärstruktur über Größe, Haltbarkeit und auch Zugriff auf die gespeicherten Informationen.Die einfachste räumliche Struktur ist der Doppelstrang. Hier liegen sich zwei Nuk-leinsäureketten in entgegengesetzter Orientierung gegenüber. Sie sind über Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Nukleinbasen miteinander verbun-den. Dabei paaren sich jeweils eine Pyrimidinbase mit einer Purinbase, wobei die Art des jeweiligen Paares die Stabilität des Doppelstranges bestimmt. Zwischen Guanin und Cytosin bilden sich drei Wasserstoffbrückenbindungen aus, während Adenin und Thymin nur durch zwei Wasserstoffbrücken verbunden sind.
Makomolekularer Aufbau der DNA als Doppelhelix
KleineFurche
GroßeFurche
1 W
indu
ng ~
10
bp
Weitere Stabilisierung durch Wechselwirkungen zwischen den Basenstapeln innerhalb des gleichen Stranges
Basen befinden sich im Inneren der Helix, Zucker/Phosphatreste aussen
rechtsgängige Helix aus antiparallelen Strängen
Basenpaare senkrecht zur Helix-Achse
große Furche kleine Furche
Struktur und Stabilität der DNA
Wie sieht das Erbmaterial aus? Unterschiedliche DNA
Strukturmerkmal A-DNA B-DNA Z-DNA
helikaler Drehsinn Rechts
Rechts
Links
Durchmesser ~2,6 nm ~2,0 nm ~1,8 nm
Basenpaare pro helikale Windung 11.6 10.0 12 (6 Dimere)
Helikale Windung je Basenpaar (twist) 31° 36° 60° (pro Dimer)
Ganghöhe (Anstieg pro Windung) 3,4 nm 3,4 nm 4,4 nm
Anstieg pro Base 0,29 nm 0,34 nm 0,74 nm (pro Dimer)
Neigungswinkel der Basenpaare zur Achse 20° 6° 7°
Große Furche eng und tief breit und tief
flach
Kleine Furche breit und flach
eng und tief eng und tief
Zuckerkonformation C3'-endo C2'-endo Pyrimidin: C2'-endoPurine: C3'-endo
Glykosidische Bindung anti anti Pyrimidin: antiPurin: syn
Unterschiede DNA vs. RNA
DNA:
2‘-Desoxy-D-Ribose
Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin
Doppelhelix
RNA:
D-Ribose
Adenin, Guanin, Uracil und Cytosin
meist einzelsträngig
Re
lativ
e a
bso
rba
nce
(26
0 n
m)Denaturierung
Tm = Schmelztemperatur
1.4
1. 2
1.0
Pneumococcus(38%) G+C E. coli (52%)
S. marcescens(58%)
M. phlei(66%)
Temperature (C)
70 80 90 100
Tm
Chemische Eigenschaften der DNA