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Nucleoside, Nucleotide
und
Nucleinsäuren
Wie sieht das Erbmaterial aus?
1953: Watson und Crick
Doppelhelixstruktur der DNA
1962 Nobelpreis für Medizin
Die Zucker der Nukleinsäuren (DNA, RNA)
Die Pentose-Einheit:
- D-Ribose oder 2‘-Desoxy-D-Ribose
- β-Furanose-Form
Die Basen der Nukleinsäuren (DNA, RNA)
Purin-Basen
Adenin (DNA)
Guanin (DNA)
Pyrimidin-Basen
Thymin (DNA)
Uracil (RNA)
Cytosin (DNA)
Basenpaarung in DNA
Jeweils eine Purin- mit einer Pyrimidin-Base:
C-G: 3 Wasserstoffbrücken,
A-T: 2 Wasserstoffbrücken
Führt zu Bildung des Doppelstranges!
Nucleotide bilden die Stränge!
Nucleotide und Nucleoside
Nucleoside und Nucleotide
Chargaff-Regel
(A% = T% and G% = C%).
Purine
Pyrimidine
A
G
C
T(U)
A+G
C + T(U)
Mensch
31,0
19,1
18,4
31,5
1,00
Maus
29,1
21,1
21,1
29,0
1,00
Fruchtfliege
27,3
22,5
22,5
27,6
0,99
Hefe
31,3
18,7
17,1
32,9
1,00
Escherichia coli
24,6
25,5
25,6
24,3
1,00
Bacillus subtilis
28,4
21,0
21,6
29,0
0,98
Herpes simplex
13,8
37,7
35,6
12,8
0,99
Bakteriophage λ
26,0
23,8
24,3
25,8
0,99
Influenza-Virus
22,1
23,7
24,7
29,1 (U)
0,85
Eukaryonten
Prokaryonten
Viren
Sekundärstruktur der DNA
Als Sekundärstruktur bezeichnet man bei Nukleinsäuren die räumliche
Ausrichtung. Während die Primärstruktur (die Sequenz) die Informationen
speichert, bestimmt die Sekundärstruktur über Größe, Haltbarkeit und auch
Zugriff auf die gespeicherten Informationen.
Die einfachste räumliche Struktur ist der Doppelstrang. Hier liegen sich zwei
Nuk-leinsäureketten in entgegengesetzter Orientierung gegenüber. Sie sind
über Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Nukleinbasen miteinander
verbun-den. Dabei paaren sich jeweils eine Pyrimidinbase mit einer Purinbase,
wobei die Art des jeweiligen Paares die Stabilität des Doppelstranges
bestimmt.
Zwischen
Guanin
und
Cytosin
bilden
sich
drei
Wasserstoffbrückenbindungen aus, während Adenin und Thymin nur durch
zwei Wasserstoffbrücken verbunden sind.
Makomolekularer Aufbau der DNA als Doppelhelix
Kleine
Furche
Große
Furche
1 Windung ~ 10 bp
Struktur und Stabilität der DNA
große Furche
kleine Furche
rechtsgängige Helix aus antiparallelen Strängen
Basen befinden sich im Inneren der Helix, Zucker/Phosphatreste aussen
Basenpaare senkrecht zur Helix-Achse
Weitere Stabilisierung durch Wechselwirkungen zwischen den Basenstapeln
innerhalb des gleichen Stranges
Wie sieht das Erbmaterial aus? Unterschiedliche DNA
Strukturmerkmal
A-DNA
B-DNA
Z-DNA
helikaler Drehsinn
Rechts
Durchmesser
Rechts
Links
~2,6 nm
~2,0 nm
~1,8 nm
11.6
10.0
12 (6 Dimere)
31°
36°
60° (pro Dimer)
3,4 nm
3,4 nm
4,4 nm
0,29 nm
0,34 nm
0,74 nm (pro Dimer)
20°
6°
7°
Große Furche
eng und tief
breit und
tief
flach
Kleine Furche
breit und
flach
eng und tief
eng und tief
Zuckerkonformation
C3'-endo
C2'-endo
Pyrimidin: C2'-endo
Purine: C3'-endo
anti
anti
Pyrimidin: anti
Purin: syn
Basenpaare pro helikale Windung
Helikale Windung je Basenpaar (twist)
Ganghöhe (Anstieg pro Windung)
Anstieg pro Base
Neigungswinkel der Basenpaare zur Achse
Glykosidische Bindung
Unterschiede DNA vs. RNA
DNA:
2‘-Desoxy-D-Ribose
Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin
Doppelhelix
RNA:
D-Ribose
Adenin, Guanin, Uracil und Cytosin
meist einzelsträngig
Denaturierung
Relative absorbance (260 nm)
Chemische Eigenschaften der DNA
Pneumococcus
(38%) G+C E. coli (52%)
1.4
S. marcescens
(58%)
Tm
1. 2
M. phlei
(66%)
1.0
70
80
90
100
Temperature (C)
Tm = Schmelztemperatur