Budowa i funkcje kwasów nukleinowych — DNA i RNA
Struktura DNA i RNA, replikacja, transkrypcja, translacja, kod genetyczny
Budowa i funkcje kwasów nukleinowych — DNA i RNA
Kwasy nukleinowe to makrocząsteczki przechowujące i przekazujące informację genetyczną. Istnieją dwa typy: DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) i RNA (kwas rybonukleinowy).
---
Budowa nukleotydów
Nukleotyd to monomer kwasów nukleinowych. Składa się z trzech elementów:
- Cukier pięciowęglowy (pentoza): deoksyryboza (DNA) lub ryboza (RNA)
- Grupa fosforanowa (PO₄³⁻)
- Zasada azotowa:
- Pirymidynowe (jednopierścieniowe): cytozyna (C), tymina (T — tylko DNA), uracyl (U — tylko RNA)
Nukleotydy łączą się wiązaniami fosfodiestrowymi, tworząc łańcuch polinukleotydowy.
---
Struktura DNA
Model podwójnej helisy DNA został opisany przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka w 1953 roku (na podstawie danych rentgenograficznych Rosalindy Franklin).
- Dwa łańcuchy polinukleotydowe skręcone w prawoskrętną helisę
- Łańcuchy są antyrównoległe (5'→3' i 3'→5')
- Zasady azotowe skierowane do wewnątrz, połączone wiązaniami wodorowymi:
- C — G (3 wiązania wodorowe)
- Reguła Chargaffa: A = T, C = G (komplementarność zasad)
- Szkielet cukrowo-fosforanowy na zewnątrz helisy
---
Porównanie DNA i RNA
| Cecha | DNA | RNA |
|-------|-----|-----|
| Cukier | Deoksyryboza | Ryboza |
| Zasady azotowe | A, T, C, G | A, U, C, G |
| Struktura | Podwójna helisa | Zazwyczaj jednoniciowy |
| Lokalizacja | Jądro (i mitochondria, chloroplasty) | Jądro, cytoplazma, rybosomy |
| Funkcja | Przechowywanie informacji genetycznej | Udział w ekspresji genów |
| Stabilność | Bardzo stabilne | Mniej stabilne |
---
Rodzaje RNA
| Typ | Nazwa | Funkcja |
|-----|-------|---------|
| mRNA | Informacyjny (matrycowy) | Przenosi informację z DNA do rybosomów |
| tRNA | Transportujący | Dostarcza aminokwasy do rybosomów; ma antykodon |
| rRNA | Rybosomalny | Buduje rybosomy (wraz z białkami) |
---
Replikacja DNA
Replikacja to proces podwojenia cząsteczki DNA przed podziałem komórki (faza S cyklu komórkowego).
Cechy replikacji:
- Semikonserwatywna — każda nowa cząsteczka DNA zawiera jeden stary i jeden nowy łańcuch
- Dwukierunkowa — przebiega w obie strony od miejsca startu (origin)
- Kierunek syntezy: 5' → 3'
Etapy:
- Helikaza rozplata podwójną helisę, rozrywając wiązania wodorowe
- Prymaza syntetyzuje starter (primer) RNA
- Polimeraza DNA dobudowuje nukleotydy komplementarne do matrycy
- Nić opóźniona (lagging) — fragmenty Okazaki, syntetyzowane w kierunku 5'→3'
- Ligaza DNA łączy fragmenty Okazaki
---
Ekspresja genów — od DNA do białka
Dogmat centralny biologii molekularnej (Francis Crick):
DNA → (transkrypcja) → mRNA → (translacja) → białko
Transkrypcja (jądro komórkowe)
Przepisywanie informacji z DNA na mRNA.
- Polimeraza RNA wiąże się z promotorem genu
- Rozplata fragment DNA i syntetyzuje mRNA na matrycy nici kodującej
- Zasada komplementarności: A→U, T→A, C→G, G→C
- mRNA ulega obróbce potranskrypcyjnej:
- Dodanie ogona poli-A na końcu 3'
- Splicing — wycinanie intronów, łączenie eksonów
Kod genetyczny
- Kodon = sekwencja trzech nukleotydów mRNA kodująca jeden aminokwas
- 64 kodony (4³ = 64): 61 koduje aminokwasy + 3 kodony STOP (UAA, UAG, UGA)
- Kodon START: AUG (metionina)
- Kod jest zdegenerowany (więcej kodonów niż aminokwasów — np. leucyna: 6 kodonów)
- Kod jest uniwersalny (niemal identyczny u wszystkich organizmów)
- Kod jest bezprzecinkowy i nieprzekrywający się
Translacja (rybosomy)
Synteza białka na matrycy mRNA.
- Inicjacja: Mała podjednostka rybosomu wiąże się z mRNA; tRNA z metioniną (AUG)
- Elongacja: tRNA dostarczają aminokwasy zgodnie z kodonami; tworzą się wiązania peptydowe
- Terminacja: Kodon STOP (UAA, UAG, UGA) — białko jest uwalniane
---
Pojęcia kluczowe
- Replikacja — podwojenie DNA (semikonserwatywna)
- Transkrypcja — przepisywanie DNA → mRNA
- Translacja — synteza białka na rybosomach wg mRNA
- Kodon — trójka nukleotydów kodująca aminokwas
- Antykodon — trójka nukleotydów na tRNA komplementarna do kodonu
- Splicing — wycinanie intronów z pre-mRNA
- Reguła Chargaffa — A=T, C=G