Nukleotīdi un nukleīnskābes

1. Nukleotīdi un nukleīnskābes GA CT

2. Nukleotīdi • Sastāv no pentozes cukura, bāzes un fosfāta • Cukurs var būt riboze vai dezoksiriboze • Bāze var būt purīna vai pirimidīna tipa • Cukurs ar bāzi veido N-β-glikozīdisko saiti Purīna vai pirimidīna bāze N-β-glikozīdiskā saite 1-3 fosfāta grupas Pentoze

3. Pentozes izomerizācija Cikliskā forma (β-furanoze) Aldehīda forma Visos nukleotīdos riboze un dezoksiriboze ir β-furanozes formā

4. Pirimidīns un purīns Pirimidīns Purīns Heterocikliski, aromātiski savienojumi Nukleotīdu bāzes ir pirimidīna un purīna atvasinājumi

5. Purīni Guanīns Adenīns

6. Pirimidīni Timīns (tikai DNS) Citozīns Uracils (tikai RNS)

7. Nukleotīdi un nukleozīdi • Nukleozīds ir nukleotīds bez fosfāta atlikuma Adenozīns (nukleozīds) Adenilāts (nukleotīds)

8. Ribonukleotīdi A G U C adenilāts guanilāts uridilāts citidilāts (adenozīna (guanozīna (uridīna (citidīna 5’ monofosfāts ) 5’ monofosfāts ) 5’ monofosfāts ) 5’ monofosfāts ) AMP GMP UMP CMP

9. Dezoksiribonukleotīdi dA dG dT dC dezoksiadenilāts dezoksiguanilāts dezoksitimidilāts dezoksicitidilāts (dezoksiadenozīna ( dezoksiguanozīna (dezoksitimidīna (dezoksicitidīna 5’ monofosfāts ) 5’ monofosfāts ) 5’ monofosfāts ) 5’ monofosfāts ) dAMP dGMP dTMP dCMP

10. Bāzu, nukleotīdu un nukleozīdu nosaukumi • Atbilstošo dezoksiribozes atvasinājumu nosaukumus darina, pievienojot priedēklidezoksi-, piem. dezoksiadenozīns, dezoksiadenilāts • Ja nukleotīds ir ar divām vai trīs fosfātu grupām, monofosfāta vietā atbilstoši raksta di- vai tri- fosfāts. • Ja iet runa par 5’ fosfātiem, to var īpaši neuzsvērt, bet, ja fosfāta grupa ir pie 3’ C atoma (dabā reti sastopami), tas obligāti jānorāda.

11. Adenīns Adenozīns Adenilāts, adenozīna monofosfāts, AMP (latv. AMF) Adenozīna difosfāts, ADP (ADF) Adenozīna trifosfāts, ATP (ATF)

12. Fosfodiestersaites veidošanās (Polinukleotīds) ‘ ‘ ‘ ‘ brīva 3’hidroksilgrupa polinukleotīdu ķēdes galā ‘ ‘ ‘ nukleozīdtrifosfāts

13. Fosfodiestersaites veidošanās (Polinukleotīds) ‘ 5’-gals ‘ jauna fosfodiestersaite ‘ ‘ 3’-gals pirofosfāts

14. Nukleīnskābēs nukleotīdus savienofosfodiestera saite

15. Kāpēc RNS ir nestabilāka par DNS? 2’hidroksilgrupa var savienoties ar blakus esošo fosfātu, šķeļot RNS un veidojot ciklisku starpproduktu

16. DNS dubultspirāle

17. Pieminekļi DNS dubultspirālei

21. Bāzu pāru veidošanās

22. Bāzu pāru veidošanās – puskonservatīvās DNS replikācijas pamats

23. DNS dubultspirāle Mažorā iedobe Minorā iedobe

24. Kāpēc veidojas dubultspirāle? • Dubultspirāles veidošanā galvenā nozīme ir (1) H saitēm starp abu pavedienu bāzēm un (2) aromātiskajām mijiedarbībām starp viena pavediena bāzēm • Aromātiskie gredzeni viens virs otra novietojas ar nobīdi • Rezultātā veidojas spirāle Skats no sāniem Skats no gala H-saites aromātiskās mijiedarbības

25. DNS dubultspirāles A, B un Z formas

27. Ribozes gredzena konformācijas • Viens no 5 ribozes cikla atomiem ir ārpus pārējo 4 atomu veidotās plaknes • Izvirzītais atoms var būt tajā pašā plaknes pusē, kā 5’ oglekļa atoms («endo» konformācija) vai pretējā pusē («exo» konformācija) • Visbiežāk sastopamās ir 3’-endo un 2’-endo konformācijas

28. Syn- un anti- konformācijas • Purīniem (A un G) ir iespējami divi stabili konformēri, kas rodas, bāzei rotējot ap glikozīdisko saiti • Syn-konformēri ir sastopami Z formas DNS purīniem • Pirimidīniem bāzes skābekļa atoms syn-konformācijā būtu pārāk tuvu ribozes ciklam, tāpēc T un C veido tikai anti-konformāciju Skābekļa atoms neļauj veidoties syn- konformācijai

29. Palindromi • dsDNS sekvences ar otrās kārtas simetrijas asi • No abiem 5’(vai abiem 3’) galiem «lasās» vienādi • Analoģija ar valodas palindromiem, piem «smukums» un ambigrammām 2

31. Vienpavediena DNS vai RNS ar palindromisku sekvenci var veidot matadatas struktūru

32. Divpavediena DNS ar palindroma sekvenci var veidot krusta formu

33. RNS struktūras • Veidojas no vienpavediena RNS • Var salocīties proteīniem līdzīgās, globulārās struktūrās • Ietver vienpavediena, divpavediena un cilpu rajonus • Var saturēt ne-Vatsona-Krika H-saites • Strukturāli daudzveidīgākas par DNS • Analoģiski proteīniem, izdala RNS otrējo un trešējo struktūru • Otrējā struktūra – bāzu pāri • Trešējā struktūra – RNS telpiskā struktūra

34. RNS otrējās struktūras elementi Matadatas cilpa Iekšējā cilpa Vienpavediena rajoni Izspiedums G-U bāzu pāris

35. G-U bāzu pāri • Atšķirībā no DNS, RNS var veidot G-U bāzu pārus • G-U bāzu pāri veidojas tikai RNS foldinga rezultātā, un tos nevar veidot RNS polimerāze • G-U bāzu pārus atzīmē ar punktu starp G un U (G●U) • G-U bāzu pāri ir ar vājāku enerģiju, nekā A-U bāzu pāri, jo mijiedarbību ģeometrija nav optimāla

36. tRNS otrējā un trešējā struktūra

37. Proteīnu – DNS mijiedarbības

38. DNS minorā un mažorā iedobe (rieva)

39. Iespējamās mijiedarbības mažorajā un minorajā iedobē

40. Pieejamās nukleotīdu bāzu ķīmiskās grupas DNS iedobēs – shematisks attēls H-saites akceptors • Mažorajā iedobē var atšķirt visus 4 nukleotīdus • Minorajā iedobē var atšķirt tikai GC un AT bāzu pārus (bet ne GC no CG vai AT no TA) • Minorā iedobe ir daudz šaurāka, tāpēc grūtāk pieejama proteīniem • Lielākā daļa DNS specifisko proteīnu piesaistās mažorajā iedobē H-saites donors H atoms metilgrupa

41. Spirāles-pagrieziena-spirāles DNS piesaistīšanās motīvs • Visbiežāk sastopamais DNS piesaistīšanās motīvs prokariotos; sastopams daudzos transkripcijas aktivatoros • Viena no α spirālēm - DNS atpazīšanas spirāle ieguļas DNS mažorajā iedobē • Spirāles-pagrieziena-spirāles proteīni bieži ir dimēri • Kāpēc dimēri? • Dimērs pie DNS piesaistas stiprāk par monomēru • Izmainot attālumu starp monomēriem, dimēra aktivitāti var viegli ieslēgt/izslēgt

42. Spirāles-pagreziena-spirālesdimēriska proteīna aktivēšana/inaktivēšana • Ligands izmaina DNS piesaistīšanās spirāļu savstarpējo novietojumu, tā ka dimērs vairs nevar piesaistīties (attēlā) • Vai arī otrādi – ligands izmaina spirāļu novietojumu tā, ka dimērs var piesaistīties (ligands)

43. Spirāles-pagrieziena-spirāles proteīnu piesaistīšanās pie DNS specifiskums • 1. Nespecifiskās mijiedarbības ar DNS fosfātiem stabilizē kompleksu • 2. Mijiedarbības ar nukleotīdu bāzēm ir DNS sekvences specifiskas

44. Homeodomēni • 60 atlikumu garas sekvences, kas veido DNS mijiedarbības domēnus daudzos transkripcijas faktoros • Sastāv no 3 α spirālēm, 2 no kurām ir novietotas līdzīgi, kā spirāles-pagrieziena-spirāles motīvā • Pirmo reizi identificēti drozofilās, kur mutantie homeodomēni izraisīja t.s. homeotiskās transformācijas – piemēram, kāju augšanu antenu vietā

45. Drozofilu antennapedia mutants

46. Antennapedia homeodomēna proteīna piesaistīšanās DNS mažorajā un minorajā iedobē • Mažorajā iedobē piesaistās α spirāle • Minorajā iedobē piesaistās cilpas rajons

47. H. sapienstranskripciju regulējošā proteīna Oct-1 POU rajona piesaistīšanās pie DNS Homeodomēni var darboties tandēmos

48. Cinka pirksti (ZNF) • C2H2irklasiskais cinka pirksts ar diviem cisteīnim un diviem histidīniem, kuri piesaistās pie cinka jona • Ar DNS mijiedarbojas galvenokārt α spirāle • Citi mononukleārie cinka pirksti satur 3 vai 4 cisteīnus. To 3-D struktūra ir diezgan atšķirīga no C2H2 tipa un tie nesatur β-virknes.

49. ZNF kā multidomēnu proteīnu sastāvdaļa • DNS piesaistīšanās proteīni var saturēt 1-60 ZNF domēnus un citus domēnus Represija Znf Znf Znf Znf Znf Aktivācija Piemērs: H. sapiens GL1 proteīns satur 5 ZNF domēnus un vēl citus domēnus. Tikai 4 ZNF domēni piesaistas pie DNS

50. Binukleārs ZNF Saccharomyces GAL4 proteīnā • Binukleārie ZNF domēni satur 2 Zn jonus un 6 Cys/His atlikumus