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Das Nukleinsäurestruktur ist der räumliche molekulare Architektur von a DNA- oder RNA-Molekül. Chemisch sind DNA und RNA sehr ähnlich; sie sind lange biologische Polymere von Nukleotide bei denen unter anderem genetisch Informationen stehen fest. Ein wichtiger Unterschied besteht darin, dass DNA aus zwei Nukleotidsträngen besteht, die in einem stabilen Helixstruktur sind verflochten. RNA ist normalerweise einzelsträngig und daher Komplementarität kann mit sich selbst Basenpaare in einer räumlichen Falte. Genau wie bei der Proteinstruktur Auch bei Nukleinsäuren lassen sich vier Ebenen der räumlichen Organisation unterscheiden.
Die Strukturen, die Nukleinsäuren annehmen, sind für ihre molekulare Funktion von großer Bedeutung. RNA übertragen Faltet sich beispielsweise in eine charakteristische Sekundärform (Tonblatt) und eine Tertiärform (L-Struktur). Nur wenn die tRNA richtig gefaltet ist, kann sie ihre Funktion erfüllen. in vivo Nukleinsäuren werden oft mit Proteinen oder anderen Nukleinsäuren assoziiert. Beispiele sind die Nukleosomen, Telomerasen oder Ribosomen.
Da ein Basenpaar immer die gleiche Geometrie hat, hängt die dreidimensionale Struktur der DNA nicht von der Primärsequenz. Ein Genom kann sich also entwickeln, ohne die stabile Doppelhelix zu verändern.[1] Proteine hingegen haben eine räumliche Struktur die stark von der Aminosäuresequenz in der Polypeptidkette beeinflusst wird. RNA ist eine Zwischenform: Sie hat helikale Elemente, zeigt aber auch eine komplexe Ingewikkeld Tertiärstruktur.[1]
Strukturen
Primärstruktur
Das Primärstruktur besteht aus einer linearen Folge von Nukleotide, die miteinander verbunden sind über Phosphodiesterbindungen. Die Nukleotidsequenz bildet a Code das gibt dem Organismus Informationen darüber, wie es Protein die für die Zelle lebenswichtig sind. Eine Nukleinsäure enthält vier Arten von Nukleotiden, die sich jeweils in ihrer unterscheiden Stickstoffbase: Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin (nur in DNA vorhanden) und uracil (nur in RNA vorhanden). Neben der Base besteht das Nukleotid immer aus einem Fünf-Zucker[ein] – Desoxyribose in der DNA, ribose in RNA – und ein oder mehrere Phosphatgruppen.[2]
Bei der Synthese von DNA oder RNA wird eine Bindung zwischen dem 5'-Ende und dem 3'-Ende der fünf Zucker gebildet. Das 5'-Ende enthält die Phosphatgruppe und das 3'-Ende enthält die Hydroxylgruppe. Diese unterschiedlichen Enden geben der Nukleotidkette eine bestimmte Richtung. Die Stränge sind antiparallel ausgerichtet, d. h. sie liegen sich gegenüber. DNA und RNA wird von Enzymen immer in Richtung vom 3'-Ende zum 5'-Ende gelesen (ein nachfolgendes Nukleotid kann nur an das 3'-Ende eines bereits eingebauten Nukleotids binden).[3]
Eine Nukleotidsequenz ist komplementär zu einer anderen Sequenz, wenn die stickstoffhaltige Base an irgendeiner Position Wasserstoffbrückenbindungen mit der gegenüberliegenden Kette bildet. Beispielsweise ist die Sequenz AGCT komplementär zu TCGA. DNA ist doppelsträngig und enthält a Kodierungsstrang (Sinn) und ein sterben string (Anti-Sinn). Während der Transkription der Matrizenstrang wird durch RNA-Polymerase in ein komplementäres mRNA-Molekül transkribiert.[3]
Sekundärstruktur
Das Sekundärstruktur einer Nukleinsäure ist die Art und Weise, wie die linearen Nukleotidketten über Basenpaarung. Die Sekundärstruktur entsteht durch die Wechselwirkungen zwischen den Nukleobasen auf der Grundlage von Komplementarität. Bei der DNA ist die Sekundärstruktur einfach: Die beiden DNA-Stränge werden durch Wasserstoffbrücken, so dass sich eine helikale Struktur ausbilden kann. Im Normalfall ist die Purine (Adenin und Guanin) immer gegenüber Pyrimidine (Cytosin und Thymin).[2]
Neben Wasserstoffbrücken sind auch andere intermolekulare Kräfte wichtig, um Nukleotidketten zusammenzuhalten. Erwähnenswert sind die sogenannten Stapelinteraktionen zwischen den Basen. Die Stapelwechselwirkungen werden stabilisiert durch Van-der-Waals-Kräfte und Hydrophobe Wechselwirkungen und zeigen eine große lokale Variabilität in der Struktur.[4]
Vergleiche zwischen verschiedenen RNA-Molekülen zeigen, dass in der Sekundärstruktur der RNA eine Reihe von Motive unterschieden werden können, wie z Haarnadelschleife oder der Pseudoknoten. Diese Motive sind von großer Bedeutung für die Funktionalität des RNA-Moleküls, beispielsweise die katalytische Aktivität.[1] Das Muster dieser Motive bestimmt den Aufbau der Tertiärstruktur.
Tertiärstruktur
Mehr Informationen: A-DNA, B-DNA und Z-DNA
Das Tertiärstruktur ist die volle räumliche Form es eine Nukleinsäure. Die Tertiärstruktur der DNA ergibt sich aus mehreren geometrischen Eigenschaften der Helix: der Richtung der Spilarisierung des Moleküls (links- oder rechtsgängig), der Anzahl der Nukleotide pro Helixwindung und dem Längenunterschied zwischen den schmalen Furchen und breite Nut.[5]
Im Gegensatz zur DNA sind RNA-Moleküle normalerweise einzelsträngig. Da die stickstoffhaltigen Basen der RNA-Kette frei sind, ist es möglich, dass sie mit anderen Nukleotiden derselben Kette Wasserstoffbrückenbindungen eingehen, sodass sich das RNA-Molekül zu einer komplexen Tertiärstruktur faltet. Eine korrekte Faltung kann dem RNA-Molekül katalytische Eigenschaften verleihen.[6]
Quartäre Struktur
Das Quartärstruktur von Nukleinsäuren ist ähnlich wie die Quartärstruktur von Proteinen. Der Begriff bezieht sich auf eine höhere Organisationsebene, bei der die Nukleinsäure stabil mit einem anderen Makromolekül, oft einem Protein, interagiert. Die häufigste Form der höheren Organisation von Nukleinsäuren ist Chromatin, die Assoziation der DNA mit Histone. Der Faltungsgrad des Chromatins hängt von Modifikationen der Histone (Methylierung, Acetylierung) ab und ist für die Regulation der Genexpression essentiell. Auch die Quartärstruktur bezieht sich auf die Wechselwirkungen zwischen einzelnen RNA-Molekülen im Ribosom oder Spleißosom.[7]
Siehe auch
Nüsse
Quellen
Externer Link
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