Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok

Az előadások a következő témára: "Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok"— Előadás másolata:

1 Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok

2 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).

3 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.

4 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.

5

6 Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok

7 Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok felosztása
KOENZIMEK biokatalizátorok MAKROERG FOSZFÁTOK energiatárolók NADP nikotinsavamid-adenin-dinukleotid-foszfát NAD nikotinsavamid-adenin FAD flavin-adenin-dinukleotid ATP adenozin-trifoszfát dinukleotid GTP guanozin-trifoszfát UTP uridin-trifoszfát hidrogénszállítók CTP citozin-trifoszfát KoA Koenzim-A acetil-csoportot szállító

8 dezoxiribonukleinsav
Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok felosztása POLINUKLEOTIDOK RNS ribonukleinsav DNS dezoxiribonukleinsav rRNS riboszomális RNS mRNS hírvivő RNS tRNS szállító RNS

9 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

10

11

12 Makroerg foszfátok ATP = adenozin-trifoszfát

13 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)

14 . Az alapelv: NAD(P)+ + 2H NAD(P)H + H+
NAD(P)+ redukálódik, míg a fordított folyamatban a NAD(P)H oxidálódik. .

15 Biokémiai folyamatok (nukleotidszerű) szállító molekulái

16 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.

17 Biokémiai folyamatok (nukleotidszerű) szállító molekulái

18 Nukleinsavak Nukleinsavak – 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.

19 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 nukleotidok kapcsolódási sorrendje adja. A nukleinsavak elsődleges szerkezete: a nukleotidok (bázisok) sorrendje a polinukleotid láncban.

20 Nukleinsavak

21 Nukleinsavak: DNS = dezoxiribonukleinsav
Felépítése: foszforsav dezoxiribóz szerves bázis: purinbázis: adenin, guanin purimidinbázis: citozin, timin

22 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.

24

25

26 Nukleinsavak DNS gén kémiai kód

27 Kromoszóma Benne a DNS szuperhélix formában van.

28 Az eukarióták DNS-e fehérjékhez kötődik
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.

29 Nukleinsavak DNS replikációja (megkettőződése)

30 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

31 Mitokondriális DNS – köralakú DNS

32 DNS

33 DNS – mint örökítőanyag

34 Nukleinsavak RNS = ribonukleinsav

35 RNS = ribonukleinsavak
Képződésük: a DNS-molekulák aktív (élő) száláról képződnek Biológiai 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=U G=C foszforsav

36 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

37 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

38 RNS = ribonukleinsav

39 RNS = ribonukleinsav