Nukleinsäuren speichern die Erbinformation.

(adapted from the handouts of Prof. Beck-Sickinger, Universität Leipzig)

Nukleinsäuren speichern die Erbinformation.

Das menschliche Genom ist in jeder Zelle aus 3900 Millionen Basenpaare (Mbp) aufgebaut und hat eine Gesamtlänge von 99 cm.

t-RNA

Ribosom

Basenpaare: Purine

N-Glykosid: Adenosin

Adenin

β -Ribose

9

Basenpaare: Pyrimidine

N-Glykosid: Cytidin

Cytosin

β -Ribose

1

C

Nukleoside: Base + Zucker

Base Nukleosid Abkürzung

Adenin Adenosin A

Guanin Guanosin G

Cytosin Cytidin C

Uracil Uridin U

Thymin Thymidin T

Zucker, die in Nukleinsäuren vorkommen

HO

N N N

N

NH₂

O

OH OH

H H

H H

HO

N N N

N

NH₂

O H OH

H H

H H

β -D-Ribose

in Ribonukleinsäure: RNA

β -D-2-Desoxyribose

in Desoxyribonukleinsäure: DNA

Zucker

Base

N-glykosidische Bindung

β -Ribose Nummerierung der C-Atome

3‘

Nukleotide

Monomer Polymer: Phosphorsäurediester-Bindung

3‘

5‘

RNA DNA Zucker:

Ribose Desoxyribose

Nukleoside:

A, U dA, dT

G, C dG, dC

Unterschiedliches Vorkommen, Struktur, Funktion

*

* in einigen RNA ist auch T gefunden.

DNA und RNA sind Polyanionen. DNA-bindende Proteine nutzen die negativen phosphorsäurediester als Bindungsstellen aus. Alle DNA-bindenden Proteine haben viele positive Oberflächenladungen (basische Aminosäurereste, z.B. Lys und Arg), mit denen der Kontakt zur DNA hergestellt wird.

Nomenklatur (Beispiel): das Trinukleotid-Diphosphat G-C-U heißt z.B. vollständig: Guanylyl- 3´,5´-cytidylyl-3´,5´-uridin. Man schreibt GpCpU oder kurz GCU mit dem G am 5´-Ende und dem U am 3´-Ende des Trinukleotids. Es wird also von der 5´ in die 3´ Richtung notiert.

Synthetische Homopolymere nennt man z.B. poly(U) oder poly(dA). Heteropolymere mit alternierender Sequenz heißen z.B. poly(dA-dT).

DNA: Nukleoside bilden spezifische Basenpaare

2 Wasserstoffbrücken

3 Wasserstoffbrücken

Struktur der DNA: Doppelhelix

Zwei Einzelstränge bilden einen anti-parallelen Doppelstrang. Das Zuckerphosphatrückgrad liegt außen. Die Basen zeigen nach innen. Die beiden Stränge winden sich um eine zentrale Achse. Diese läuft durch die Mitte der Doppelhelix.

B-DNA ist die ideale Konformation der DNA. Sie verfügt über zwei Furchen: eine kleine, schmale Furche (minor groove) und eine große, weite Furche (major groove).

Was bestimmt die Struktur der DNA?

- Winkel χ

- Konformation des Ringes (Winkel δ, auch Scharnierwinkel genannt)

Der Torsionwinkel χχ: In der syn-Konformation zeigen die H-Brücken Donoren/Akzeptoren in Richtung des O_5´, also weg von der Helixachse. So kann die Base keine H-Brücken ausbilden. Die syn-Konformation wird in der Z-DNA Konformation zum Teil ausgebildet.

In der anti-Konformation zeigen die H-Brücken Donoren/Akzeptoren zur Helixachse. Diese Konformation ist für die Ausbildung normaler Doppelstränge notwendig.

Der Winkel δδ: der Furanose-Ring liegt nicht planar, sondern ein Ringatom (C_3´ oder C_2´) wird aus der Ebene in die Richtung C_5´ (C_3´-endo oder C_2´-endo) herausgedreht (Briefumschlagform E: ³E oder ²E). Es gibt auch eine Twist-form, die mit T bezeichnet wird. Hier sind beide C_3´ und C_2´ aus der Ebene zu unterschiedlichen Seiten herausgedreht

O

C₅´ N

1´

3´ 2´

4´

O

C₅´ N

2´ 1´

3´

4´

O

C₅´ N

1´

2´

4´ 3´

O

C₅´ N

1´

2´

3´

4´

O

C₅´ N

1´

2´

3´

4´

3E

2E

C_3´-endo

C_2´-endo

C_3´-endo und C_2´-exo (gleiche Abweichung von der Planarität)

3T

2

C_3´-endo und C_2´-exo (unterschiedliche Abweichung von der Planarität)

3T₂

C

-endo:

Beide Phosphatgruppen

befinden sich auf der selben Seite des Zucker- ringes

Vorkommen: A-DNA, RNA C

-endo:

Beide Phosphatgruppen

befinden sich auf der entgegen gesetzten Seite des

Zuckerringes

Vorkommen: B-DNA

C_4´

C_1´

C_5´ C_2´

C_3´

C_4´

C_1´

C_5´

C_2´

C_3´

*

* die axiale Position der Elektronenziehenden OH-Gruppe an C_2´ ist bevorzugt, um die „Hyperkonjugation“ mit dem Ringsauerstoff zu verbessern.

(RNA, DNA) (DNA) (DNA)

A-DNA B-DNA Z-DNA

c7DNA.kin+18-ABZ-DNA

Was geschieht beim Erhitzen von DNA?

UV-Absorption von nativer und denaturierter DNA

Lediglich Intensität

variiert, nicht die Lage der

Banden!!!!

DNA Schmelzkurve:

Aufgetragen wird A (260 nm) T

A (260 nm) 25 °C

T

=Schmelztemperatur, Hälfte der max.

Absorptionsdifferenz wird

erreicht

Abhängigkeit der

Schmelztemperatur

der DNA vom G/C-

Gehalt

DNA-Protein Wechselwirkungen

Proteine binden an DNA

•Histone

•Enzyme (Gyrasen, Restriktionsenzyme, Polymerasen)

•Transkriptionsfaktoren

•Regulatoren, Enhancer

DNA-bindende Protein-Motive

•Helix-Loop-Helix

•Zink-Finger

•Leucine Zipper

Helix-Loop-Helix- Motif

αα-Helix in großer Furche

bakteriellen Repressoren

Homöodomänenprotein „engrailed“ von Drosophila

Fixierung

Erkennung

Zink-Finger

Zn

Cys

His

TFIIIA

DNA-

Bindungsdomäne

c10TFfam.kin

Leucin-Zipper

Max (eukary. Transkriptionsfaktor) Basische

Aminosäurereste

Leucin-Zipper

N N N N

N O

N

N

N O

H H H

H H

G

C

Arg

N N

NH

H H H

H

N N N N

N O

N

N

N O

H H H

H H

G

C

N N H

His

Wasserstoffbrücken zwischen basischen Aminosäureresten und DNA-Basen