STRUKTURA NUKLEINSKIH KISELINA

Nukleinske kiseline su polimeri nukleotida, tj. polinukleotidi. Princip vezivanja

nukleotida u polipeptidnom lancu RNK i DNK je isti. Nukleotidi su povezani fosfodiestarskim

mostovima preko 3’ i 5’ hidroksilnih grupa pentoza. To znači da fosforna kiselina vezuje C-3

položaj šećera jednog nukleotida (označava se 3’) sa C-5 položajem šećera drugog nukleotida

(označava se 5’). Ribonukleinske kiseline se sastoje od jednog polinukleotinog lanaca, a

dezoksiribonukleinske od dva.

Reakcija građenja dinukleotida:

Građenje DNK i isečak iz strukture polinukleotidnog lanca:

Vrlo često se struktura nukleinskih kiselina prikazuje skraćenim, tzv. stenografskim

načinom. Npr. isečak DNK iz strukture prikazane na slici bi mogao stenografski da se predstavi na

sledeći način: d(pApCpTpG…).

Drugi način predstavljanja nukleinskih kiselina je shematski:

Shematski prikaz strukture DNK Shematski prikaz strukture DNK prikazane na

slici

Skelet polinukleotidnog lanca čine naizmenično povezani ostaci fosforne kiseline i

odgovarajući šećer, a azotne baze su orjentisane bočno u odnosu na skelet polinukleotidnog lanca.

Slično kao kod polipeptida, gde se razlikuju C- i N-terminalni kraj polipeptidnog lanca, kod

polinukleotida razlikujemo 5’ i 3’ kraj polinukleotidnog lanca. 5’-kraj čini prvi, a 3’ kraj poslednji

nukleotid u nizu.

Slično proteinima, nukleinske kiseline imaju primarnu, sekundarnu, tercijarnu strukturu i

kvaternarnu strukturu. Osobine nukleinskih kiselina zavise od vrste, broja, položaja i redosleda

vezivanja purinskih i pirimidinskih baza koje uluze u sastav nukleotida, kao i od konformacije

formiranih polinukleotidnih lanaca.

Primarna struktura nukleinskih kiselina, na sličan način kao i kod proteina, određena je

redosledom (sekvencom) purinskih i pirimidinskih baza, odnosno redosledom (sekvencom)

nukleotida u polinukleotidnom lancu. Redosled ili sekvenca baza u polinukleotidnim lancima, kao i

kod proteina, je od bitnog značaja za konformaciju nukleinskih kiselina, odnosno za njihovu

biološku funkciju. Broj mogućih redosleda nukleotida u lancu DNK je 4n, gde n predstavlja broj

nukleotida koji čine DNK. Pošto se DNK sastoji iz velikog broja nukleotida, postoji ptaktično

neograničeni broj lanaca koji se razlikuju po redosledu nukleotida i zato primarna struktura DNK

može da obezbedi osnovu za ogromnu genetičku raznovrsnost bioloških vrsta. U sekvenci

nukleotida sačuvane su informacije koje nosi DNK koje su specifične za svaku vrstu organizma.

Sastav baza DNK varira od vrste do vrste. DNK različitih tkiva iste vrste ima uvek isti sastav DNK.

Sekundarnu strukturu nukleinskih kiselina su prvi objasnili Watson i Crick. Oni su prvo

predložili model trodimenzionalne strukture DNK, a ovaj model je kasnije eksperimentalno potvrđen

(metodom rendgenske strukturne analize). Za ovo dostignuće, koje je omogućilo ne samo tumačenje

fizičkih i hemijskih osobina DNK, već i objašnjenje mehanizma prenošenja naslednih osobina,

pomenuti naučnici su nagrađeni Nobelovom nagradom.

Povezivanje nukleotida u osnovnom lancu vrši se tako što se ostaci šećera i fosfata

međusobno smenjuju, pri čemu zauzimaju spoljašnju stranu dvostrukog heliksa, dok purinske i

pirimidinske baze ostaju u unutrašnjosti.

U svim DNK, bez obzira na vrstu, molarni odnos adenina i timina je jednak, kao i molarni

odnos guanina i citozina. To znači da je ukupan zbir purinskih jednak ukupnom zbiru

pirimidinskih baza. Watson i Crick su utvrdili da se DNK sastoji iz dva polinukleotidna lanca, koji

uvijanjem oko iste ose formiraju dvostruki heliks. Dva polinukleotidna lanca su međusobno

povezana vodoničnim vezama koje se uspostavljaju između purinske baze jednog lanca i

pirimidinske baze drugog. Pri tom se adenin iz jednog polinukleotidnog lanca uvek sparuje sa

timinom drugog polinukleotidnog lanca preko dve vodonične veze, a guanin sa citozinom sa tri

vodonične veze. To znači da dva polinukleotidna lanca nisu identična među sobom, već su

komplementarna, a za adenin i timin, kao i za guanin i citozin se kaže da su komplemntarne

baze. Dva lanca DNK su antiparalelna, što znači da su pravci prostiranja komplementarnih lanaca

dvostrugog heliksa DNK suprotni. 5’ kraj jednog lanca (početak) sparen je sa 3’ krajem drugog

lanca.

Kao i kod proteina, svi faktori koji mogu da prouzrukuju raskidanje vodoničnih veza

(temperatura, kiseline, baze…) mogu da dovedu do denaturacije DNK.

Tercijarna struktura je prisutna kod ribozomalne i transkripcione RNK, a pod kvaternarnom

strukturom se podrazumevaju interakcije DNK sa proteinima (i histonima) i poliaminima sa kojima

je DNK asosovana u hromozomima. Vezivanje DNK sa proteinima (i histonima) i poliaminima

obezbeđuje da se DNK smesti u prostor mnogo puta manji nego što je ona sama i da pored toga

obezbedi njeno funkcionisanje.

Osobine DNK:

Fosforna kiselina, koja čini most između dva nukleotida u okviru jednog polinukleotidnog

lanca, poseduje fosfatnu -OH grupu, koja je pri pH vrednostima iznad 4 disosuje. Zato je DNK jaka

polibazna kiselina. Pri fiziološkim vrednostima pH (7,4) DNK negativno naelektrisana, pa je u

hromozomima je asosovana sa baznim proteinima (i histonima) ili poliaminima, koji su na

fiziološkom pH pozitivno naelektrisani.

Molekulske mase DNK su izuzetno visoke. Najveći molekul DNK je nađen kod vinske

mušice i on sadrži 4 x 1010 nukleotida , dok DNK čoveka sadrži 2 x 1010 nukleotida. Dužina DNK

vinske mušice je 21 mm, a ukupna dužina svih DNK jedne telesne ćelije sisara je oko 2 metra. Pošto

su DNK smeštene u vrlo malom jedarnom prostoru, molekuli DNK moraju biti uvijeni.

Pitanja za domaći:

1. U čemu je osnovni značaj sekvence baza kod DNK?

2. Prikažite šematski i skraćno sekvencu azotnih baza u sledećem delu DNK: GTCAT.

3. Kakva je prostorna struktura DNK i čime je stabilizovana?

4. Kako su međusobno orjentisani polinukleotidni nizovi u DNK?

5. Šta su komplementarne baze?

6. Zašto se timin i uracil ponekad nazivaju identične baze?

7. Prikažite vodonične veze kod sledećih parova komplementarnih baza A-T i C-G.

8. Prikažite šematski sekvencu baza kod oligonukleotida koji je komplemantaran sa

d(pGpTpApT).