Nukleové kyseliny

všeobecnosť

Nukleové kyseliny sú veľké biologické molekuly DNA a RNA, ktorých prítomnosť a správne fungovanie v živých bunkách sú základom pre ich prežitie.

Generická nukleová kyselina je odvodená od spojenia, v lineárnych reťazcoch, s vysokým počtom nukleotidov.

Obrázok: Molekula DNA.

Nukleotidy sú malé molekuly, v ktorých sú zahrnuté tri elementy: fosfátová skupina, dusíkatá báza a cukor s 5 atómami uhlíka.

Nukleové kyseliny sú životne dôležité pre prežitie organizmu, pretože spolupracujú pri syntéze proteínov, esenciálnych molekúl pre správnu realizáciu bunkových mechanizmov.

DNA a RNA sa v niektorých ohľadoch líšia.

Napríklad DNA má dva reťazce antiparalelných nukleotidov a má, podobne ako cukor s 5 atómami uhlíka, deoxyribózu. RNA na druhej strane zvyčajne predstavuje jeden reťazec nukleotidov a má, podobne ako cukor s 5 atómami uhlíka, ribózu.

Čo sú nukleové kyseliny?

Nukleové kyseliny sú biologické makromolekuly DNA a RNA, ktorých prítomnosť v bunkách živých bytostí je základom pre prežitie a správny vývoj týchto buniek.

Podľa inej definície sú nukleové kyseliny biopolyméry vznikajúce spojením, v dlhých lineárnych reťazcoch, s vysokým počtom nukleotidov .

Biopolymér alebo prírodný polymér je veľká biologická zlúčenina vytvorená z identických molekulových jednotiek, ktoré sa nazývajú monoméry .

NUKLEICKÉ KYSELINY: KTORÝ JE V POSSEKCII?

Nukleové kyseliny sa nachádzajú nielen v bunkách eukaryotických a prokaryotických organizmov, ale tiež v acelulárnych životných formách, ako sú vírusy a bunkové organely, ako sú mitochondrie a chloroplasty .

Všeobecná štruktúra

Na základe vyššie uvedených definícií sú nukleotidy molekulárne jednotky, ktoré tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA.

Preto budú hlavnou témou tejto kapitoly venovanej štruktúre nukleových kyselín.

ŠTRUKTÚRA VŠEOBECNÉHO NUKLEOTIDU

Generický nukleotid je zlúčenina organického charakteru, ktorá je výsledkom spojenia troch prvkov:

Fosfátová skupina, ktorá je derivátom kyseliny fosforečnej;
Pentóza, to znamená cukor s 5 atómami uhlíka ;
Dusíkatá báza, ktorá je aromatickou heterocyklickou molekulou.

Pentóza je centrálnym prvkom nukleotidov, pretože fosfátová skupina a dusíkatá báza sa na ňu viažu.

Obrázok: Prvky, ktoré tvoria generický nukleotid nukleovej kyseliny. Ako je možné vidieť, fosfátová skupina a dusíkatá báza sú viazané na cukor.

Chemická väzba, ktorá drží pentózovú a fosfátovú skupinu dohromady, je fosfodiesterová väzba, zatiaľ čo chemická väzba, ktorá spája pentózu a dusíkatú bázu, je N-glykozidová väzba .

AKO SA PENTOSO PRIPOJÍ S RÔZNYMI DLHMI S INÝMI PRVKAMI?

Predpoklad: chemici si mysleli, že číslovanie uhlia, ktoré tvoria organické molekuly, takým spôsobom, aby sa zjednodušilo ich štúdium a opis. Tu teda 5 uhľovodíkov pentózy: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5.

Kritérium pre prideľovanie čísel je dosť zložité, preto považujeme za vhodné vynechať vysvetlenie.

Z 5 uhlíkov, ktoré tvoria pentózu nukleotidov, sú tie, ktoré sa podieľajú na väzbách s dusíkatou bázou a fosfátovou skupinou, uhlík 1 a uhlík 5 .

Pentose carbon 1 → N-glykozidová väzba → dusíkatá báza
Pentose uhlíka 5 → fosfodiesterová väzba → fosfátová skupina

ČO CHEMICKÉ CHEMICKÉ PRIPOJENIE NUKLEOTIDOVÝCH KYSELÍN JADROVÝCH KYSELÍN?

Obrázok: Štruktúra pentózy, číslovanie jej uhlíkov a väzieb s dusíkatou bázou a fosfátovou skupinou.

V kompozícii nukleových kyselín sa nukleotidy organizujú do dlhých lineárnych reťazcov, lepšie známych ako vlákna .

Každý nukleotid tvoriaci tieto dlhé reťazce sa viaže na nasledujúci nukleotid prostredníctvom fosfodiesterovej väzby medzi uhlíkom 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostredne nasledujúceho nukleotidu.

KONIEC

Nukleotidové filamenty (alebo polynukleotidové filamenty ), ktoré tvoria nukleové kyseliny, majú dva konce, známe ako 5 'koniec (čítať "tip päť prvý") a koniec 3' (čítať "tip tri prvé"). Podľa konvencie biológovia a genetici zistili, že 5 ' koniec predstavuje hlavu vlákna tvoriaceho nukleovú kyselinu, zatiaľ čo 3' koniec predstavuje jeho chvost .

Z chemického hľadiska sa 5 'koniec nukleových kyselín zhoduje s fosfátovou skupinou prvého nukleotidu reťazca, zatiaľ čo 3' koniec nukleových kyselín sa zhoduje s hydroxylovou skupinou (OH) umiestnenou na uhlíku 3 posledného nukleotidu.,

Na základe tejto organizácie sa v knihách genetiky a molekulárnej biológie opisujú nukleotidové vlákna nukleovej kyseliny nasledovne: P-5 '→ 3'-OH.

* Poznámka: písmeno P označuje atóm fosforu fosfátovej skupiny.

Aplikáciou konceptov 5 'koncov a 3' koncov na jeden nukleotid je 5 'koniec posledne uvedeného fosfátová skupina viazaná na uhlík 5, zatiaľ čo jej 3' koniec je hydroxylová skupina kombinovaná s uhlíkom 3.

V oboch prípadoch je čitateľ vyzvaný, aby venoval pozornosť číselnému opakovaniu: 5 'koniec - fosfátová skupina na uhlíku 5 a 3' koniec - hydroxylová skupina na uhlíku 3.

Všeobecná funkcia

Nukleové kyseliny obsahujú, transportujú, dešifrujú a exprimujú genetickú informáciu v proteínoch .

Vyrobené z aminokyselín, proteíny sú biologické makromolekuly, ktoré zohrávajú zásadnú úlohu pri regulácii bunkových mechanizmov živého organizmu.

Genetická informácia závisí od sekvencie nukleotidov, ktoré tvoria vlákna nukleových kyselín.

Rady histórie

Podstata objavu nukleových kyselín, ku ktorým došlo v roku 1869, patrí švajčiarskemu lekárovi a biológovi Friedrichovi Miescherovi .

Miescher urobil svoje zistenia, keď študoval bunkové jadro leukocytov, s úmyslom lepšie porozumieť vnútornému zloženiu.

Miescherove experimenty predstavovali zlom v oblasti molekulárnej biológie a genetiky, pretože začali sériu štúdií, ktoré viedli k identifikácii štruktúry DNA (Watson a Crick, v roku 1953) a RNA, k poznaniu mechanizmy genetickej dedičnosti a identifikácia presných procesov syntézy proteínov.

PÔVOD NÁZVU

Nukleové kyseliny majú tento názov, pretože Miescher ich identifikoval v jadre leukocytov (nukleus - nukle) a zistil, že obsahujú fosfátovú skupinu, derivát kyseliny fosforečnej (derivát kyseliny fosforečnej - kyseliny).

DNA

Zo známych nukleových kyselín je DNA najznámejšia, pretože predstavuje sklad genetických informácií (alebo génov ), ktoré slúžia na riadenie vývoja a rastu buniek v živom organizme.

Skratka DNA znamená deoxyribonukleovú kyselinu alebo deoxyribonukleovú kyselinu .

DOUBLE PROPELLER

V roku 1953, aby vysvetlili štruktúru DNA nukleovej kyseliny, biológovia James Watson a Francis Crick navrhli model - ktorý sa neskôr ukázal ako správny - tzv. " Dvojitej špirály ".

Na základe modelu "dvojitej špirály" je DNA veľkou molekulou, ktorá je výsledkom spojenia dvoch dlhých reťazcov antiparalelných nukleotidov a navzájom navinutých.

Pojem "antiparalelný" znamená, že tieto dve vlákna majú opačnú orientáciu, tj: hlava a chvost vlákna vzájomne reagujú s chvostom a koncom druhého vlákna.

Podľa ďalšieho dôležitého bodu modelu "dvojitej špirály" nukleotidy DNA nukleovej kyseliny majú takú dispozíciu, že dusíkaté bázy sú orientované smerom k centrálnej osi každej špirály, zatiaľ čo pentózy a fosfátové skupiny tvoria skelet. vonkajších.

ČO JE DNA PENTOSO?

Pentóza, ktorá tvorí nukleotidy nukleovej kyseliny DNA, je deoxyribóza .

Tento cukor s 5 atómami uhlíka vďačí za svoj názov nedostatku atómov kyslíka na uhlíku 2. Okrem toho deoxyribóza znamená "bez kyslíka".

Obrázok: deoxyribóza.

V dôsledku prítomnosti deoxyribózy sa nukleotidy nukleovej kyseliny DNA nazývajú deoxyribonukleotidy .

DRUHY NUKLEOTIDOV A DUSÍKOVÝCH ZÁKLADOV. \ T

DNA nukleovej kyseliny má 4 rôzne typy deoxyribonukleotidov .

Na rozlíšenie 4 rôznych typov deoxyribonukleotidov je to výlučne dusíkatá báza spojená s tvorbou pentózovo-fosfátovej skupiny (ktorá sa na rozdiel od dusíkatej bázy nikdy nemení).

Zo zrejmých dôvodov preto existujú 4 dusíkaté bázy DNA, konkrétne: adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T).

Adenín a guanín patria do triedy purínov, aromatických heterocyklických zlúčenín s dvojitým kruhom.

Na druhej strane cytozín a tymín patria do kategórie pyrimidínov, aromatických heterocyklických zlúčenín s jedným kruhom.

S modelom "dvojitej špirály" Watson a Crick tiež vysvetlili organizáciu dusíkatých báz v DNA:

Každá dusíkatá báza vlákna sa pomocou vodíkových väzieb pripojí k dusíkatej báze prítomnej na antiparalelnom vlákne, čím sa účinne vytvorí pár, párovanie báz.
Párovanie medzi dusíkatými bázami dvoch reťazcov je vysoko špecifické. V skutočnosti sa adenín spája len tymín, zatiaľ čo cytozín sa viaže len na guanín.
Tento dôležitý objav viedol molekulárnych biológov a genetikov k tomu, aby razili termíny „ komplementarita medzi dusíkatými bázami “ a „ komplementárnym párovaním medzi dusíkatými bázami “, čo poukazuje na jednoznačné viazanie adenínu s tymínom a cytozínom s guanínom.,

KDE JE VO VNÚTRI ŽIVÝCH BUNIEK?

V eukaryotických organizmoch (zvieratá, rastliny, huby a protisti) sa DNA nukleovej kyseliny nachádza v jadre všetkých buniek, ktoré majú túto bunkovú štruktúru.

V prokaryotických organizmoch (baktérie a archaebaktérie) sa namiesto toho DNA nukleovej kyseliny nachádza v cytoplazme, pretože prokaryotické bunky nemajú jadro.

RNA

Z dvoch prirodzene sa vyskytujúcich nukleových kyselín RNA predstavuje biologickú makromolekulu, ktorá prekladá nukleotidy DNA do aminokyselín tvoriacich proteíny (proces syntézy proteínov ).

V skutočnosti je RNA nukleová kyselina porovnateľná s genetickým informačným slovníkom, ktorý je uvedený na DNA nukleovej kyseliny.

Skratka RNA znamená ribonukleovú kyselinu .

ROZDIELY, KTORÉ SA VZŤAHUJÚ OD DNA

RNA nukleová kyselina má v porovnaní s DNA niekoľko rozdielov:

RNA je menšia biologická molekula ako DNA, zvyčajne vytvorená z jedného reťazca nukleotidov .
Pentóza, ktorá tvorí nukleotidy kyseliny ribonukleovej, je ribóza . Na rozdiel od deoxyribózy má ribóza na atóme uhlíka 2 atóm kyslíka.
Je to spôsobené prítomnosťou ribózového cukru, ktorý biológovia a chemici priradili názov ribonukleovej kyseliny RNA.
Nukleotidy RNA nukleovej kyseliny sú tiež známe ako ribonukleotidy .
RNA nukleová kyselina zdieľa iba 3 zo 4 dusíkatých báz s DNA. Namiesto tymínu v skutočnosti predstavuje uracilovú dusíkatú bázu.
RNA sa môže nachádzať v rôznych kompartmentoch bunky, od jadra po cytoplazmu.

TYPY RNA

Obrázok: ribóza.

V živých bunkách existuje RNA RNA v štyroch hlavných formách: transportná RNA (alebo transferová RNA alebo tRNA ), messenger RNA (alebo RNA messenger alebo mRNA ), ribozomálna RNA (alebo ribozóm RNA alebo rRNA ) a malá nukleárna RNA (alebo malá nukleárna RNA alebo snRNA ).

Hoci pokrývajú rôzne špecifické úlohy, štyri vyššie uvedené formy RNA spolupracujú na spoločnom cieli: syntéze proteínov, vychádzajúc z nukleotidových sekvencií prítomných v DNA.