Nukleinske kiseline

Nukelinske kiseline je prvi put izolovao Fridrih Mišer 1872.god. Naziv su dobile prema jedru u kome su najviše zastupljene,mada ih ima i u citoplazmi.

U prirodi postoje dve vrste nukleinskih kiselina:

• dezoksiribonukleinska kiselina (DNK) i
• ribonukleinskakiselina(RNK).

Obe su zastupljene u svim vrstama organizama i veoma su značajne za održavanje života i evoluciju živog sveta.

DNK

Primarna struktura

Sekundarna struktura DNK: dvolančana spirala

Osnovna gradivna jedinica DNK je nukleotid. Svaki nukleotid se sastoji od tri komponente :

1. jednog molekula azotne baze,

2. jednog molekula šećera pentoze (monosaharid sa 5 ugljenikovih atoma) i

3. jedne fosfatne grupe.

Azotne baze mogu bitii purinske(purini) i pirimidinske(pirimidini).

Purinske baze DNK su adenin(A) i guanin(G), a pirimidinske citozin(C) i timin(T). Pentoza koja ulazi u sastav DNK je dezoksiriboza.

Jedinjenje koje nastaje od azotne baze i šećera pentoze naziva se nukleozid.Azotna baza i pentoza su u nukleozidu vezane N-glikozidnom vezom (veza između N9 atoma purina(odn. N1 pirimidina) i C1’ atoma pentoze ).Kada se za nukleozid veže fosfatna grupa onda nastaje nukleotid.Nukleotidi su međusobno povezani gradeći polinukleotidni lanac. Veze između nukleotida u tom lancu su fosfodiestarske i ostvaruju se tako što se treći C-atom(C3’) pentoze jednog nukleotida veže za peti C-atom(C5’) pentoze narednog nukleotida u lancu.Takvim povezivanjem na jednom kraju lanca ostaje slobodna hidroksilna grupa vezana za C3’ (taj kraj se naziva 3’ kraj), a na drugom fosfatna grupa vezana za C5’ atom (to je 5’ kraj).Početak polipeptidnog lanca je 5' kraj.

Vrsta i redosled nukleotida DNK predstavlja njenu primarnu strukturu i specifičan je za svaku vrstu.

Varijabilnost (promenljivost, različitost) primarne strukture DNK je ogromna. Broj različitih redosleda nukleotida je 4 ⁿ, gde je n broj nukleotida koji čine lanac DNK. Ako se npr. lanac DNK sastoji od samo 100 nukleotida, bilo bi moguće predvideti postojanje 10 na 56 molekula sa različitim redosledom nukleotida. Prirodni molekuli DNK sastoje se od velikog broja nukleotida(najmanji molekul DNK imaju virusi i on se sastoji od oko 5000 nukleotida ) čime se obezbeđuje ogromna raznovrsnost bioloških vrsta. Linearno raspoređeni delovi DNK su geni. Struktura gena je tačno određeni redosled nukleotida u delu DNK.

Sekundarna struktura

Sekundarnu strukturu DNK uspeli su da odgonetnu Votson i Krik 1953.god. Osnovu te strukture čini dvolančana zavojnica(spirala).Dva polinukleotidna lanca , koja čine ovu zavojnicu, su antiparalelna što znači da se naspram 5’ kraja jednog lanca nalazi 3’ kraj drugog , i obrnuto. Lanci su uvijeni jedan oko drugog tako da se duž dvolančane zavojnice prostiru dva žljeba :veliki i mali.DNK zavojnica ima celom dužinom isti prečnik. Purinske i pirimidinske baze se nalaze u unutrašnjosti zavojnice gusto spakovane jedna nad drugom, a ravni baza su normalne na osu zavojnice. Fosfatne grupe su okrenute prema spoljašnjoj strani i zajedno sa pentozama čine skelet zavojnice.(Prečnik zavojnice iznosi 2 nm; jedan pun zavoj čine 10 parova nukleotida čija je ukupna dužina 3,4 nm.)

Iz činjenice da je prečnik zavojnice isti celom dužinom, zaključeno je da se naspram purinske baze u jednom lancu nalazi pirimidinska baza u drugom, i to komplementarne –naspram adenina timin, a naspram guanina citozin i obrnuto. Naspramne baze se povezuju vodoničnim vezama : A i T su međusobno povezani sa dve, a G i C sa tri H-veze (A=T; GºC). Princip komplementarnosti, na kome se zasniva sekundarna struktura DNK, omogućava da redosled baza u jednom lancu automatski određuje redosled u drugom. Zato su odnosi A/T= 1 i G/C=1 tj. da je broj molekula A jednak broju molakula T, što važi i za G i C ; isto tako je i broj purinskih nukleotida jednak broju pirimidinskih nukleotida tj. A+G/T+C= 1; sve navedene pravilnosti nazivaju se Čargafova pravila.

Denaturacija i hibridizacija

Sekundarna struktura DNK je podložna denaturaciji. Pod denaturacijom se podrazumeva narušavanje sekundarne strukture tako da se dvolančani DNK molekul razdvaja na dva polinukleotidna lanca. Pod odgovarajućim uslovima može doći do renaturacije , tj. do ponovnog spajanja komplementarnih lanaca DNK. Procesi denaturacije i renaturacije odigravaju se i u ćeliji pod kontrolisanim uslovima i u ograničenom obimu. Ti procesi predstavljaju neophodan preduslov za normalno funkcionisanje DNK.

Kada se u rastvoru nađu dva polinukleotidna lanca koji imaju komplementarne redoslede nukleotida, nagradiće se hibridni dvolančani molekul. Denaturisana DNK može da hibridizuje sa denaturisanom DNK iste ili različite vrste , ili sa RNK. Hibridizacija je našla veoma široku primenu u istraživanjima u molekularnoj biologiji i predstavlja jednu od osnovnih tehnika genetičkog inženjerstva.

Za više podataka pogledati Hibridizacija DNK

RNK

Primarna i sekundarna struktura

Ribonukleotid

Osnovna gradivna jedinica RNK je, kao i kod DNK, nukleotid. Nukleotidi DNK i RNK razlikuju se po pirimidinskim bazama i pentozi : umesto timina RNK ima uracil, a šećer je riboza.

RNK su jednolančani molekuli koji nastaju tako što se nukleotidi povezuju fosfodiestarskim vezama. Priroda ovih veza je ista kao u DNK, samo što umesto dezoksiriboze učestvuje riboza. Unutar ovih jednolančanih molekula komplementarne baze mogu da nagrade kraće ili duže dvolančane, spiralizovane delove spajajući se vodoničnim vezama (A=U ; GºC). Ti dvolančani delovi čine sekundarnu strukturu RNK.

Vrste RNK

U ćeliji postoje tri vrste RNK :

• informaciona RNK (i-RNK),
• transportna RNK (t-RNK) i
• ribozomska RNK (r-RNK).

Sve tri vrste nastaju prepisivanjem određenih delova jednog lanca DNK, odnosno prepisivanjem gena. Tako da RNK predstavljaju kopije pojedinih gena.

Informaciona RNK nastaje prepisivanjem strukturnih gena koji sadrže uputstvo za sintezu proteina. Uloga i-RNK je da to uputstvo (informaciju) za sintezu proteina prenese do ribozoma (mesto sinteze proteina). Sinteza i-RNK počinje onda kada je ćeliji potreban neki protein, a kada se obezbedi dovoljna količina proteina i-RNK biva razgrađena.

Transportna RNK nastaje prepisivanjem male grupe specifičnih gena. Transportna RNK ima dvostruku ulogu: prevodi uputstvo za sintezu proteina sa i-RNK u redosled aminokiselina u proteinu i prenosi aminokiseline do ribozoma.

Ribozomska RNK nastaje prepisivanjem gena koji se zajednički nazivaju »organizatori jedarceta«.Njena uloga je da zajedno sa određenim proteinima nagradi ribozome.

Ćelije jednog organizma se međusobno razlikuju po i-RNK i t-RNK koje sadrže dok su r-RNK i DNK u svim ćelijama jednog organizma iste.

Literatura

• Dumanović, J, marinković, D, Denić, M: Genetički rečnik, Beograd, 1985.
• Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986.
• Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, Beograd, 1986.
• Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd
• Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997.
• Prentis S: Biotehnologija, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
• Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd, 2001.
• Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002.
• Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu psihologiju, Beograd, 2002.
• Švob, T. i sradnici: Osnovi opće i humane genetike, Školska knjiga, Zagreb, 1990.
• Šerban, Nada: ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001

Pogledaj Nukleinske kiseline u Virtuelnoj nastavi