1

Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad

nukleotidok

Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok

Jelentősége

• Az élőlényekben a legkisebb mennyiségben jelenlevő szerves anyagok, de a legnagyobb jelentőségűek fehérjeszintézis irányításán és végrehajtásán keresztül szabályozzák a sejt életműködéseit;

• Örökítőanyagként átadják a sejt/szervezet tulajdonságainak genetikai kódját a következő nemzedéknek;

• Szabad nukleotidként a sejt energiatárolóiként - a sejt energiaforgalmában vesznek részt.

• Koenzimként az anyagcsere-folyamatok biokatalizátorai (az anyagok átalakítását végző enzimek segítői ún. kofaktorai).

Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok

Szerkezetük:Alapegységeik a nukleotidok:– foszforsav (H3PO4)– N-tartalmú szerves bázis:

• Purinbázis (két gyűrű – 9 atomból): adenin (jele: A), guanin (jele:G); • Pirimidinbázis (egy gyűrű – 6 atomból): citozin (jele: C), timin (jele: T)

uracil (jele: U)• Két H-híd képzésére alkalmas A, T, U ez a báziskomplex három H-híd

képzésére alkalmas: C G menteritás alapja;– 5 C-atomot tartalmazó cukrok:

• ribóz• dezoxiribóz

• A nukleotidok kapcsolódása:– A molekula gerince: a cukor – foszforsav lánc;– A cukorhoz kapcsolódnak a bázisok, ezek sorrendje adja az információt.

• Nukleotid = összetett vegyület:

a szerves bázis (a nitrogéntartalmú

heterociklusos molekula)

a pentóz (5 C-atomos monoszacharid:

(ribóz / dezoxiribóz) ) 1’, és egy

foszforsav a pentóz 5’ C-atomját

észteresíti.

Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok

Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok

felosztásaSZABAD NUKLEOTIDOK

MAKROERG FOSZFÁTOK

energiatárolók

KOENZIMEK

biokatalizátorok

ATP

adenozin-trifoszfát

dinukleotid

GTP

guanozin-trifoszfát

CTP

citozin-trifoszfát

UTP

uridin-trifoszfát

NAD

nikotinsavamid-adenin

NADP

nikotinsavamid-adenin-

dinukleotid-foszfát

FAD

flavin-adenin-

dinukleotid

hidrogénszállítók

KoA

Koenzim-A

acetil-csoportot szállító

Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok

felosztásaPOLINUKLEOTIDOK

DNS

dezoxiribonukleinsav

RNS

ribonukleinsav

mRNS

hírvivő RNS

tRNS

szállító RNS

rRNS

riboszomális RNS

Makroerg foszfátok

• Energiaraktározó nukleotidok:

– adenin-ribóz-foszfát csoport

• adenozin-monofoszfát = AMP / ciklikus AMP (cAMP) – AMP gyűrűs változata

• adenozin-difoszfát = ADP

• adenozin-trifoszfát = ATP

energiaraktározás (energiafelszabadító anyagcsere folyamatoknál)

– AMP → ADP → ATP – kondenzációval

energiafelszabadítás (energiaigényes anyagcsere folyamatoknál)

– AMP ← ADP ← ATP – hidrolízissel

Makroerg foszfátok

ATP = adenozin-trifoszfát

Biokémiai folyamatok (nukleotidszerű) szállító molekulái

Közös jellemzőjük: a sejt anyagforgalmában vesznek részt

az enzimek segítői: kofaktorok

a nukleotid mellett vitamin jellegű csoport is megtalálható bennük.Típusai:

NAD+ - nikotinamid-adenin-dinukleotid – 2 ribóztartalmú nukleotidból áll, melyben egy adenin és egy pirimidinvázú nikotinamid a szerves bázis. Feladata: a hidrogénszállítása a lebontó folyamatokban: 1 proton + 2 elektron szállítása

NADP+ - egy P-csoporttal tartalmaz többet, mint a NAD. Feladata: hidrogénszállítása: 1 proton + 2 elektron szállítása (a felépítő folyamatokban)

.

Az alapelv:

NAD(P)+ + 2HNAD(P)H +

H+

NAD(P)+ redukálódik, míg a fordított folyamatban a NAD(P)H oxidálódik.

Biokémiai folyamatok (nukleotidszerű) szállító molekulái

Biokémiai folyamatok (nukleotidszerű) szállító molekulái

KoA- koenzim A = nukleotid (adenin +ribóz + 3 P + vitamin csoport)

A vitamin-csoport SH csoportjához bármilyen acilcsoport (R-CO-) kapcsolódhat.

Leggyakrabban: acetil (CH3-CO)-csoport szállítása a feladata a lebontó és felépítő folyamatokban.

Biokémiai folyamatok (nukleotidszerű) szállító molekulái

NukleinsavakNukleinsavak – polinukleotidok• akár több millió nukleotid kondenzációjával létrejött makromolekulák• a nukleotid-monomerek egymással 5’-3’-foszfodiészter kötéssel

kapcsolódnak egymáshoz• a kialakuló lánc gerincét:

– az egymást követő pentóz-foszfát-pentóz-foszfát … sor adja– ezekhez oldalláncként: szerves bázisok kapcsolódnak

• A pentóz elhelyezkedése ad irányt a polinukleotid-láncnak(5’-3’ vagy 3’-5’).

A nukleinsavak két típusa: – DNS = dezoxiribonukleinsav– RNS = ribonukleinsav – alakult ki az evolúció során.

Nukleinsavak• Mindkettő 4-4-féle nukleotid polimerje

– A különbséget: a pentóz minősége adja: ribóz – RNS-ben, dezoxiribóz DNS-ben

– A 2 makromolekula bázisaiban közös: purinvázú: adenin (A) és guanin (G), vamaint a pirimidinvázú: citozin (C) mindkettőben megtalálható

– 4. bázis is pirimidinvázú, de a DNS-ben timin (T), az RNS-ben uracil (U) – ez egy metilcsoporttal kevesebbet tartalmaz.

– Pirimidinváz: 6-os gyűrű 2 nitrogénnel– Purinváz: 9-atomos – 6-os (pirimidin-) és egy 5-ös (imidazol)-gyűrű

kondenzálódása, 4 nitrogénnel– Az oldalláncokban, funkciós csoportban lehet még eltérés!

A nukleinsavak elsődleges szerkezetét a nukleotidokkapcsolódási sorrendje adja.A nukleinsavak elsődleges szerkezete: a nukleotidok (bázisok)sorrendje a polinukleotid láncban.

Nukleinsavak

Nukleinsavak:DNS = dezoxiribonukleinsav

Felépítése:

foszforsav

dezoxiribóz

szerves bázis:

purinbázis: adenin, guanin

purimidinbázis: citozin, timin

A DNS szerves bázisai

A= adenin

T = timin

G = guanin

C = citozin

U = uracil

23

DNS = dezoxiribonukleinsav

Térbeli szerkezete:• kettős spirál: két egymás köré csavarodott fonal = α-hélix (távolság: 2 nm)• a két fonal egymással ellentétes irányú• A két láncot a cukor-foszforsav lánchoz kapcsolódó szerves bázisaik H-

hidakkal kapcsolnak össze a báziskomplementeritásnak megfelelően: • A= T, C = G Ez a bázispárosodás szabálya: egy 9-atomos

purinbázissal mindig egy 6-atomos pirimidinbázis kötődik, így a két lánc párhuzamos lefutású

• a hidrogénkötések száma A és T között 2-ős H-kötés, a G és C között 3-as hidrogénkötés alakul ki

• 1 csavarulat 10 bázispárt tartalmaz (méret: 3,4 nm)• A bázisok szabályos kapcsolódása miatt:

a két polipeptidlánc nem egymás tükörképe, hanem egymás kiegészítője (komplementere).

• A molekula erősen savas kémhatású, és mint legtöbb makromolekula anionként található meg a sejtben.

Nukleinsavak

DNS génkémiai kód

Kromoszóma

Benne a DNS

szuperhélix

formában van.

Az eukarióták DNS-e fehérjékhez kötődik. Ezek a bázikus jellegű hisztonfehérjék.

A hisztonmolekulákból 8 db hisztonmagot alkot. Erre csavarodik fel a DNS 2 x-en (140 bázist tartalmazva). A fehérje kívülről rögzíti a DNS-szakaszt. Így alakul ki a nukleoszóma. Egy DNS-molekulán nagyon sok nukleoszóma alakul ki. Gyöngysorhoz hasonló struktúra jön létre.

Nukleinsavak

DNS replikációja (megkettőződése)

DNS = dezoxiribonukleinsav

• Található:

– sejtmagban (döntő többségben)

– mitokondriumokban (kisebb mennyiségben)

– zöld színtestben (kisebb mennyiségben)

– sejtközpontban (kisebb mennyiségben)

• Működése:

– Önreprodukcióra képes = önmagával teljesen megegyező szerkezetű DNS-molekulát tud létrehozni

– RNS képzése, amellyel irányítja a fehérjeszintézis folyamatát

Mitokondriális DNS – köralakú DNS

DNS

DNS – mint örökítőanyag

NukleinsavakRNS = ribonukleinsav

RNS = ribonukleinsavak

Képződésük:• a DNS-molekulák aktív (élő) száláról képződnekBiológiai feladatuk: a DNS-ben tárolt információnak a fehérjeképzés helyére

történő továbbítása és a fehérjeszintézis közvetlen megvalósítása. (Egyes vírusoknál örökítőanyagként is szerepelhet, sőt ribozimek biolkatalizátorként a is működhetnek.)

Méretükre, felépítésükre jellemző: • tömegük jóval kisebb, mint a DNS• egy polinukleotid-lánc alkotja a molekuláit• pentózuk: ribóz• szerves bázisaik: adenin (A), guanin (G), citozin (C) és uracil (U) lehet.

– Kapcsolódásuk: A=UG=C

• foszforsav

RNS = ribonukleinsavak

Térszerkezetüket: az elsődleges szerkezet: a bázissorrend határozza meg.A polinukleotid-lánc visszahajolhat és az egyes láncrészek bázisai között, ha

egymás kiegészítői (komplenterei) - hidrogénkötéssel bázispárok jönnek létre.

Típusai:• mRNS (messenger = hírvivő RNS)

– egyetlen spirálisan megtekeredett polipeptidlánc (minimum 150 nukleotidból áll)

– szerkezetében hordja a DNS-molekula fehérjeszintézisre vonatkozó üzenetét

– bázishármasa a kodon (a DNS bázishármasával komplementer)• rRNS (riboszomális RNS)

– sejtmagvacskában szintetizálódik– a riboszómákban (a fehérjeszintézis helyei) található– a szintézisben részt vevőket térben összeilleszti

RNS = ribonukleinsav•tRNS (transzfer = szállító RNS)

•az aktivált aminosavakat szállítja a fehérjeszintézis helyére

•lóhere alakú molekula

•61-féle változata van

•Specifikus minden kodonnak, ill. aminosavnak saját tRNS-e van

•bázishármasa az antikodon (az mRNS kodonjával komplomenter)

•ribozim

RNS = ribonukleinsav

RNS = ribonukleinsav