Третична (терцијарна) структура на нуклеинските киселини — тридимензионална форма на полимер на нуклеинска киселина. Молекулите на РНК и ДНК се способни за разновидни функции, од молекуларно препознавање до катализа. Ваквите функции бараат прецизна тридимензионална третична структура. Иако овие структури се разновидни и навидум сложени, тие се составени од повторувачки, лесно препознатливи мотиви на третична структура, кои служат како молекуларни градбени единици. Некои од најчестите мотиви на третична структура на РНК и ДНК се опишани подолу, но овие информации се засноваат на ограничен број на решени структури. Како што новооткриените молекули на РНК и ДНК структурно се одликуваат, се верува дека ќе бидат откриени уште многу нови третични структурни мотиви.

Завојни структури лево|мини|309x309px|Структурите на А-, Б- и З-ДНК двојна завојница.|алт=

Двојна завојница Двојната завојница е доминантната третична структура кај биолошките ДНК молекули, но исто така се јавува и кај биолошките РНК молекули. Се верува дека во живиот свет се јавуваат три ДНК-конформации, А-ДНК, Б-ДНК и З-ДНК. Формата „Б“, опишана од Џејмс Д. Вотсон и Френсис Крик, се верува дека е доминатна во клетките. Џејмс Д. Вотсон и Френсис Крик ја опишале оваа структура како двојна завојница со полупречник од 10 Å и висина од 34 Å, кој прави едно целосно свртување околу својата оска за секои 10 базни парови од полинуклеотидната низа. Во раствор, двојната завојница прави едно комплетно свртување околу својата оска за секои 10.4-10.5 базни парови. Оваа честота на свртување (позната како завојна висина) во голема мера зависи од силата на стекинг интеракцијата, со која секоја база ги привлекува своите соседни бази во склоп на полинуклеотидната верига. Двоверижните РНК молекули имаат конформација слична на структурата на А-формата.

Можни се и други конформации; всушност, моментално достапни останаа само буквите F, Q, U, V и Y за да се опише нова структура на ДНК која може да се открие во иднината. Сепак, повеќето од овие форми се синтетски создадени и досега не биле откриени во природните биолошки системи. Триплекси на малиот и големиот жлеб лево|мини|310x310пкс|Триплекс на големиот жлеб во интрон од групата II на Oceanobacillus Iheyensis. Секој насложен слој е формиран од еден триплекс со различни бои. Водородните врски помеѓу триплексите се прикажани со црни испрекинати линии. „N“ атомите се обоени сино, а „О“ атомите во црвено. Од врвот до дното, остатоците на левата страна се G288, C289 и C377.|алт= лево|мини|309x309пкс|U114: A175-U101 триплекс на главниот жлеб (Hoogsteen база) формиран во псевдојазол на хуманата теломеразна РНК. Водородните врски се прикажани во црни испрекинати линии. „N“ атомите се обоени сино, а „О“ атомите во црвено.|алт= Триплексот на малиот жлеб е сеприсутен структурен мотив кај РНК. Бидејќи интеракциите со малиот жлеб често се посредувани од 2'-ОН групата на рибозата, овој РНК мотив изгледа многу поразлично од неговиот ДНК еквивалент. Најчестиот пример за триплекс на малиот жлеб е А-минорниот мотив, или вметнувањето на аденозински бази во малиот жлеб. Сепак, овој мотив не е ограничен само на аденозини, бидејќи е забележано дека и другите азотни бази стапуваат во интеракција со малиот жлеб на РНК.

Малиот жлеб претставува речиси совршен комплемент за вметната база. Ова овозможува оптимални ван дер Валсови контакти, екстензивно поврзување со водородни врски и хидрофобни сили и создава енергетски многу поволна интеракција. Бидејќи триплексите на малиот жлеб се способни за стабилно пакување на слободна петелка и завојница, тие се клучни елементи во структурата на големите рибонуклеотиди, вклучувајќи ги групата I интрони, групата II интрони, и рибозомот. Иако големиот жлеб на стандардната А-форма на РНК е прилично тесен и затоа е помалку достапен за триплекс интеракција во однос на малиот жлеб, во неколку РНК структури може да се забележат триплекс интеракции на големите жлебови. Овие структури се состојат од неколку комбинации на базни парови и Хогстенови заемодејства. На пример, ГГЦ триплексот (ГГЦ амино (N-2) -N-7, имино-карбонил, карбонил-амино (N-4); Вотсон-Крик) забележан во 50S рибозомната подединица, составен од Вотсон-Крик Г-Ц пар и дополнителен Г кој формира псевдо-Hoogsteen мрежа на водородни врски помеѓу двете бази кои го формираат Вотсон-Крик парот. Други значајни примери на триплекси на големиот жлеб ги вклучуваат (i) каталитичкото јадро на групата II интрони прикажано на сликата од лево (ii) каталитички значајна тројна завојница во човечката теломеразна РНК компонента и (iii) САМ-II рибосвичот.

Формирањето на троверижна ДНК е исто така можно со помош на Hoogsteen или обратни Hoogsteen водородни врски во големиот жлеб на Б-формата на ДНК.

Тетраплекси мини|236x236пкс|Типична прстенеста структура на гванински тетрад. мини|228x228пкс|Тетраплекс во кристалната структура на малахит зелено РНК аптамер. G29 се врзува преку водородни врски за три други бази. Покрај двојните завојници и триплекси, РНК и ДНК можат да формираат и тетраплексни завојници. Постојат разновидни структури на РНК базни тетраплекси. Четири последователни гванински остатоци можат да формираат тетраплекс во РНК молекули со помош на Hoogsteen водородни врски, формирајќи на тој начин „Hoogsteen-ов прстен“ (види слика). Исто така, Г-Ц и А-У паровите можат да формираат базен тетраплекс со комбинација на Вотсон-Крик спарувања и невообичаени спарувања во малиот жлеб.

Јадрото на малахит зелено аптамерот е, исто така, еден вид на базен тетраплекс со различна шема на водородно врзување (види слика). Овој тетраплекс може да се повторува неколкупати последователно, создавајќи значително стабилна структура.

Уникатната структура на тетраплексните региони во РНК служи за извршување на разновидни биолошки функции. Две важни функции се потенцијалот за врзување со лиганди или белковини и неговата способност да ја стабилизира целокупната третична структура на ДНК или РНК. Оваа јака структура може да ги инхибира или модулира процесите на транскрипција и репликација, како што е случајот со хромозомските теломери и нетранслатираниот регион на иРНК. Составот на базите е значаен за врзувањето на лиганди. Гванинскиот тетрад (наречен и Г-тетрад или Г-квартет) обично ги врзува едновалентните катјони како калиумот, додека други бази можат да врзат бројни други лиганди, како што е врзувањето на хипоксантин во У-У-Ц-У тетраплексот.

Два или повеќе Г-тетради можат да се сложат едни врз други за да формираат Г-квадриплекс, кој може да врши разновидни функции во клетката. На пример, кај бактериите, Г-квадриплексот во иРНК молекулите игра улога на регулатор на генската експресија.

Коаксијално насложување алт=|лево|мини|362x362px|Вторична и третична структура на тРНК со приказ на коаксијално насложување. Коаксијалното насложување, познато и како завојно насложување, е една од главните детерминанти за формирање на третичната структура кај РНК молекулите. Коаксијалното насложување се јавува кога два РНК-дуплекса формираат непрекината завојница, која е стабилизирана преку базните пластени сили, кои се јавуваат на спојното место на двете завојници. Коаксијалното насложување е забележано во кристалната структура на фенилаланин-тРНК . Во поново време, коаксијалното насложување е забележано во структурите од повисок ред на многу рибозими, вклучувајќи и многу форми на селф-сплајсинг интрони од група I и група II. Најчестите мотиви на коаксијално насложување ги вклучуваат интеракцијата на бакнувачката петелка (анг. kissing loop interaction) и псевдојазолот (анг. pseudoknot). Стабилноста на овие интеракции може да се предвиди со адаптација на „Тарнеровите правила“.

Во 1994 година, Волтер и Тарнер ја утврдиле слободната енергија на стекинг интеракциите на најблиските соседи во рамките на спојното место на двете завојници, со користење на програма која создала спојка меѓу краток олигомер и четири-нуклеотидна петелка на крајот на стебло-петелка структура. Нивните експерименти потврдиле дека термодинамичкиот придонес на базните стекинг интеракциите помеѓу две завојни вторични структури е сличен со термодинамиката на стандардната формација на дуплекс (интеракциите меѓу најблиските соседи ја предвидува термодинамичката стабилност на двојната завојница). Релативната стабилност на најблиските соседни интеракции може да се користи за да се предвиди најповолното коаксијално насложување врз основа на позната вторична структура. Волтер и Тарнер откриле дека, во просек, предвидувањата на структурата на РНК се зголемиле од 67% до 74% точност кога било вклучено коаксијалното насложување.

Повеќето добро проучени третични структури на РНК содржат примери за коаксијално насложување. Некои истакнати примери се фенилаланин-тРНК, интрони од I група, интрони од II група и рибозомни РНК молекули. Кристалните структури на тРНК откриле присуство на два продолжени завојници кои произлегуваат од коаксијалното насложување на акцепторното стебло за аминокиселини со Т-раката, и коаксијалното насложување на Д-раката и антикодонската рака. Овие интеракции во склоп на тРНК ја ориентираат антикодонската рака вертикално (нормално) во однос на акцепторното стебло за аминокиселини, што доведува до познатата функционална третична структура во облик на латиничната буква L. Со комбинација на биохемиски и кристалографски методи, било докажано дека кај интроните од I група, P4 и P6 завојниците коаксијално се насложнуваат. Кристалната структура на P456 дала детален приказ за тоа како коаксијалното насложување го стабилизира пакувањето на РНК завојниците во третични структури. Во селф-сплајсинг интронот од групата II кај Oceanobacillus iheyensis, IA и IB стеблата коаксијално се насложнуваат и на тој начин придонесуваат за релативната ориентација на составните завојници со петонасочен спој. Оваа ориентација го олеснува правилното преклопување на активното место кај функционалниот рибозим. Рибозомот исто така содржи бројни примери на коаксијално насложување, вклучувајќи насложени сегменти долги и до 70 бп (базни парови). мини|Формирање на псевдојазол со коаксијално насложување на две завојници.|алт=|288x288пкс Двата најчести мотиви кои вклучуваат коаксијално насложување се бакнувачките петелки и псевдојазлите. Кај интеракцијата на бакнувачки петелки, едноверижните петелки од две шноли стапуваат во интеракција преку базно спарување, формирајќи на тој начин коаксијално насложена завојница. Оваа структура им овозможува на нуклеотидите од секоја петелка да учествуваат во базно спарување и пластени заемодејства. Овој мотив бил визуелизиран и проучен од страна на Ли и Кротерс со употреба на NMR анализа. Мотивот псевдојазол се јавува кога едноверижен регион од петелката на шнола базно се спарува со узводна или низводна низа во рамките на истата РНК верига. Двата резултирачки дуплекс региони често се насложуваат еден врз друг, формирајќи стабилна коаксијално насложена завојница. Пример за мотив на псевдојазол е високостабилниот рибозом на Хепатит Делта вирусот, чиј ’рбет има топологија на двоен псевдојазол.

Сличен ефект на коаксијално насложување бил забележан кај рационално дизајнираните ДНК структури. ДНК оригами структурите содржат голем број на двојни завојници со изложени тапи завршетоци. Било забележано дека овие структури се лепат една за друга по должината на рабовите кои ги содржат изложените тапи завршетоци, како резултат на хидрофобните стекинг интеракции.

Други мотиви

Интеракции меѓу тетрапетелка и рецептор алт=|лево|мини|258x258px|GAAA тетрапетелка Тетрапетелка-рецептор интеракциите ги комбинираат интеракциите на базно спарување и стекинг интеракциите помеѓу нуклеотидите на тетрапетелка мотивот и рецепторниот мотив сместени на РНК дуплексот, создавајќи на тој начин третичен контакт кој ја стабилизира целокупната третична градба на РНК молекулата. Тетрапетелката се јавува и кај ДНК дуплексите.