Struktura nukleinske kiseline odnosi se na strukturu nukleinskih kiselina kao što su DNK i RNK. Hemijski gledano, DNK i RNK su veoma slične. Struktura nukleinske kiseline se često dijeli na četiri različita nivoa: primarni, sekundarni, tercijarni i kvaternarni.

Primarna struktura

thumb| Hemijska struktura DNK

220px|right Primarna struktura se sastoji od linearnog niza nukleotida koji su povezani fosfodiestarskim vezama. Upravo taj linearni niz nukleotida čini primarnu strukturu DNK ili RNK. Nukleotidi se sastoje od 3 komponente: Dušična baza Adenin Guanin Citozin Timin (prisutan samo u DNK) Uracil (prisutan samo u RNK) 5-ugljični šećer koja se naziva dezoksiriboza (nalazi se u DNK) i riboza (nalazi se u RNK). Jedna ili više fosfatnih grupa.

Dušične baze adenin i guanin su po strukturi purini i formiraju glikozidnu vezu između svog 9. dušika i 1'-OH grupe dezoksiriboze. Citozin, timin i uracil su pirimidini, stoga se glikozidne veze formiraju između njihovog 1. dušika i 1'-OH grupe dezoksiriboze. I kod purinskih i kod pirimidinskih baza, fosfatna grupa formira vezu sa dezoksiriboznim šećerom putem esterske veze između jedne od njegovih negativno nabijenih kisikovih grupa i 5'-OH grupe ]]šećer]]a. Polarnost u DNK i RNK potiče od atoma kisika i dušika u lancu. Nukleinske kiseline nastaju kada se nukleotidi povežu putem fosfodiesterskih veza između 5' i 3' atoma ugljika.

Sekvenca nukleinske kiseline (nukleinska kiselina je redoslijed nukleotida unutar molekule DNK (GACT) ili RNK (GACU) koji je određen nizom slova. Sekvence su predstavljene od 5' do 3' kraja i određuju kovalentnu strukturu cijele molekule. Sekvence mogu biti komplementarne drugoj sekvenci tako što je baza na svakoj poziciji komplementarna, kao i u obrnutom redoslijedu. Primjer komplementarne sekvence za AGCT je TCGA. DNK je dvolančana i sadrži i smisleni lanac i antisens lanac. Stoga će komplementarna sekvenca biti u odnosu na smisleni lanac. thumb|260px| Dizajn nukleinskih kiselina može se koristiti za stvaranje kompleksa nukleinskih kiselina sa složenim sekundarnim strukturama kao što je ovaj spoj sa četiri kraka. Ova četiri lanca se udružuju u ovu strukturu jer maksimizira broj ispravnih baznih parova (bp), pri čemu se A podudara sa T i C podudara sa G. Slika iz Mao, 2004.

Kompleksi s ionima alkalnih metala Postoje tri potencijalne grupe za vezivanje metala na nukleinskim kiselinama: fosfatni, šećerni i bazni dijelovi. Pregledana je struktura kompleksa s ionima alkalnih metala u čvrstom stanju.

Sekundarna struktura

DNK Sekundarna struktura je skup interakcija između baza, tj. koji dijelovi lanaca su međusobno povezani. U dvostrukoj spirali DNK, dva lanca DNK su povezana vodikovim vezama. nukleotidi na jednom lancu par baza su povezani sa nukleotidima na drugom lancu. Sekundarna struktura je odgovorna za oblik koji nukleinska kiselina poprima. Baze u DNK su klasifikovane kao purini i pirimidini. Purini su adenin i guanin. Purini se sastoje od dvostruke prstenaste strukture, šestočlanog i petočlanog prstena koji sadrži dušik. Pirimidini su citozin i timin. Ima jednostruku prstenastu strukturu, šestočlani prsten koji sadrži dušik. Purinska baza se uvijek sparuje s pirimidinskom bazom (guanin (G) se sparuje s citozinom (C), a adenin (A) s timinom (T) ili uracilom (U)). Sekundarna struktura DNK je pretežno određena sparivanjem baza dva polinukleotidna lanca omotana jedan oko drugog kako bi formirali dvostruku spiralu. Iako su dva lanca poravnata vodikovim vezama u baznim parovima, jače sile koje drže dva lanca zajedno su interakcije slaganja između baza. Ove interakcije slaganja su stabilizirane Van der Waalsovovim silama i hidrofobnim interakcijama i pokazuju veliku količinu lokalne strukturne varijabilnosti. U dvostrukoj spirali postoje i dva žlijeba, koji se nazivaju veliki žlijeb i mali žlijeb na osnovu njihove relativne veličine.

RNK thumb|Primjer sekundarne strukture RNK. Ova slika uključuje nekoliko strukturnih elemenata, uključujući: jednolančana i dvolančana područja, ispupčenja, unutrašnje petlje i ukosnice. Dvolančana RNK formira spiralnu strukturu A-tipa, za razliku od uobičajene konformacije B-tipa koju imaju dvolančane molekule DNK.

Sekundarna struktura RNK sastoji se od jednog polinukleotida. Sparivanje baza u RNK se događa kada se RNK savija između komplementarnih regija. I jednolančane i dvolančane regije se često nalaze u molekulama RNK.

Četiri osnovna elementa u sekundarnoj strukturi RNK su:

Heliksi Ispunjenja Petlje Spojevi Antiparalelni lanci formiraju spiralni oblik. Ispunjenja i unutrašnje petlje nastaju odvajanjem dvostrukog spiralnog trakta na jednom lancu (ispunjenja) ili na oba lanca (unutrašnje petlje) nesparenim nukleotidima.

Drškasta petlja ili ukosnica je najčešći element sekundarne strukture RNK. Drškasta petlja nastaje kada se lanci RNK savijaju unazad oko sebe formirajući dvostruki 'spiralni trakt', dok nespareni nukleotidi formiraju jednolančanu regiju koja se naziva 'petlja'. Tetrapetlja je struktura ukosnica RNK sa četiri bazna para. Postoje tri uobičajene porodice tetrapetlji u ribosomskoj RNK: UNCG, GNRA i CUUG (N je jedan od četiri nukleotida, a R je purin). UNCG je najstabilnija tetrapetlja.

Pseudoknot je sekundarna struktura RNK prvi put identifikovana kod virusa mozaika žute repe. Minimalno je sastavljen od dva spiralna segmenta povezana jednolančanim regijama ili petljama. Pseudoknoti H-tipa nabora su najbolje okarakterizirani. Kod H-tipa nabora, nukleotidi u petlji u obliku ukosnice se uparuju s bazama izvan stabljike ukosnice, formirajući drugu stabljiku i petlju. To uzrokuje formiranje pseudoknota s dvije stabljike i dvije petlje. Pseudoknoti su funkcionalni elementi u strukturi RNK koji imaju raznoliku funkciju i nalaze se u većini klasa RNK. Sekundarna struktura RNK može se predvidjeti eksperimentalnim podacima o elementima sekundarne strukture, heliksima, petljama i ispupčenjima. DotKnot-PW metod se koristi za komparativnu predikciju pseudoknota. Glavne tačke DotKnot-PW metoda su bodovanje sličnosti pronađenih u drškama, sekundarnim elementima i pseudoknotovima H-tipa.

Tercijarna struktura

thumb|right| Struktura i baze DNK thumb|right| A-B-Z-DNK bočni pogled

Tercijarna struktura se odnosi na položaje atoma u trodimenzionalnom prostoru, uzimajući u obzir geometrijska i sterička ograničenja. To je viši red od sekundarne strukture, u kojoj dolazi do savijanja velikih razmjera u linearnom polimeru i cijeli lanac je savijen u specifičan trodimenzionalni oblik. Postoje 4 područja u kojima se strukturni oblici DNK mogu razlikovati. Okretanje – desno ili lijevo Dužina zavoja spirale Broj baznih parova po zavoju Razlika u veličini između glavnog i sporednog žljeba

Tercijarni raspored dvostruke spirale DNK u prostoru uključuje B-DNK, A-DNK i Z-DNK. Strukture trostruke DNK su demonstrirane u repetitivnim polipurinskim:polipirimidinskim mikrosatelitskim sekvencama i satelitskoj DNK.

B-DNK je najčešći oblik DNK in vivo i predstavlja užu, izduženu spirala od A-DNK. Njen široki glavni žlijeb je čini pristupačnijom proteinima. S druge strane, ima uski mali žlijeb. Favorizirane konformacije B-DNK javljaju se pri visokim koncentracijama vode; hidratacija malog žlijeba izgleda da favorizira B-DNK. Bazni parovi B-DNK su gotovo okomiti na osu spirale. Nabor šećera koji određuje oblik a-heliksa, da li će spirala postojati u A-obliku ili u B-obliku, javlja se na C2'-kraju.

A-DNK je oblik DNK dupleksa koji se opaža u uslovima dehidratacije. Kraći je i širi od B-DNK. RNK usvaja ovaj dvostruki spiralni oblik, a RNK-DNK dupleksi su uglavnom A-oblika, ali su uočeni i B-oblik RNK-DNK dupleksa. U lokaliziranim kontekstima jednolančanih dinukleotida, RNK takođe može usvojiti B-oblik bez sparivanja sa DNK. A-DNK ima dubok, uzak glavni žlijeb koji je ne čini lahko dostupnom proteinima. S druge strane, njen širok, plitak manji žlijeb je čini dostupnom proteinima, ali s nižim sadržajem informacija od glavnog žlijeba. Njena preferirana konformacija je pri niskim koncentracijama vode. Bazni parovi A-DNK su nagnuti u odnosu na osu spirale i pomjereni su od ose. Nabiranje šećera se javlja na C3'-endo, a u RNK 2'-OH inhibira C2'-endo konformaciju. Dugo smatrana tek laboratorijskom umjetnošću, A-DNK sada ima nekoliko bioloških funkcija.

Z-DNK je relativno rijetka dvostruka spirala lijevog smjera. Uz odgovarajući slijed i superhelikalnu napetost, može se formirati in vivo, ali njena funkcija nije jasna. Ima užu, izduženu spirala od A ili B. Glavni žlijeb Z-DNK nije zapravo žlijeb, već ima uski manji žlijeb. Najpovoljnija konformacija se javlja kada postoje visoke koncentracije soli. Postoje neke supstitucije baza, ali one zahtijevaju naizmjeničnu purin-pirimidinu sekvencu. N2-amino grupe G H-vezuje se na 5' PO, što objašnjava sporu izmjenu protona i potrebu za G purinom. Bazni parovi Z-DNK su gotovo okomiti na osu spirala. Z-DNK ne sadrži pojedinačne bazne parove, već GpC ponavljanje s P-P udaljenostima koje variraju za GpC i CpG. Na GpC steku postoji dobro preklapanje baza, dok je na CpG steku manje preklapanja. Cik-cak okosnica Z-DNK je posljedica C šećerne konformacije koja kompenzira konformaciju G-glikozidne veze. Konformacija G je syn, C2'-endo; za C je anti, C3'-endo. Linearni molekul DNK sa slobodnim krajevima može se rotirati kako bi se prilagodio promjenama različitih dinamičkih procesa u ćeliji, mijenjajući koliko puta se dva lanca njegove dvostruke spirale uvijaju jedan oko drugog. Neki molekuli DNK su kružni i topološki su ograničeni. Nedavno je i kružna RNK opisana kao prirodna sveprisutna klasa nukleinskih kiselina, koja se eksprimira u mnogim organizmima (vidi CircRNK).

Kovalentno zatvorena, kružna DNK (također poznata kao cccDNK) je topološki ograničena jer se broj puta koliko su lanci omotani jedan oko drugog ne može promijeniti. Ova cccDNK može biti DNK-superspirala, što je tercijarna struktura DNK. Supernamotavanje karakterizira broj povezivanja, uvijanja i izvijanja. Broj povezivanja (Lk) za kružnu DNK definiran je kao broj puta koliko bi jedan lanac morao proći kroz drugi lanac da bi se dva lanca potpuno razdvojila. Broj povezivanja za kružnu DNK može se promijeniti samo prekidom kovalentne veze u jednom od dva lanca. Uvijek cijeli broj, broj povezivanja cccDNK je zbir dvije komponente: uvijanja (Tw) i izvijanja (Wr).

Uvijanja predstavljaju broj puta koliko se dva lanca DNK uvijaju jedan oko drugog. Uvijanja predstavljaju broj puta koliko se DNK spirala ukršta preko sebe. DNK u ćelijama je negativno superspiralizirana i ima tendenciju da se odmotava. Stoga je razdvajanje lanaca lakše u negativno superspiraliziranoj DNK nego u relaksiranoj DNK. Dvije komponente superspiralizirane DNK su solenoid i plektonemska. Plektonemska superspirala se nalazi kod prokariota, dok se solenoidna superspirala uglavnom viđa kod eukariota.

Kvaternarna struktura

Kvaternarna struktura nukleinskih kiselina slična je strukturi kvaternarn e strukture proteina. Iako neki od koncepata nisu potpuno isti, kvaternarna struktura se odnosi na viši nivo organizacije nukleinskih kiselina. Štaviše, odnosi se na interakcije nukleinskih kiselina s drugim molekulama. Najčešći oblik višeg nivoa organizacije nukleinskih kiselina je u obliku hromatina koji dovodi do njegovih interakcija s malim proteinima histonima. Također, kvaternarna struktura se odnosi na interakcije između odvojenih RNK jedinica u ribosomu ili splajsosomu.

Također pogledajte

Biomolekularna struktura Umrežavanje DNK DNK nanotehnologija DNK superzavojnica Genska struktura Neheliksni modeli DNK strukture Dizajn nukleinskih kiselina Dvostruka spirala nukleinskih kiselina Određivanje strukture nukleinskih kiselina (eksperimentalno) Predviđanje strukture nukleinskih kiselina (računarsko) Termodinamika nukleinskih kiselina Struktura proteina Satelitska DNK Trostruka DNK

Reference

Kategorija:DNK Kategorija:RNK