Nukleinske kisline

splošnost

Nukleinske kisline so velike biološke molekule DNA in RNA, katerih prisotnost in pravilno delovanje znotraj živih celic sta temeljnega pomena za preživetje slednjih.

Generična nukleinska kislina izhaja iz združitve, v linearnih verigah, velikega števila nukleotidov.

Slika: Molekula DNA.

Nukleotidi so majhne molekule, v katere so vključeni trije elementi: fosfatna skupina, dušikova baza in sladkor s 5 atomi ogljika.

Nukleinske kisline so bistvenega pomena za preživetje organizma, saj sodelujejo pri sintezi beljakovin, esencialnih molekul za pravilno realizacijo celičnih mehanizmov.

DNA in RNA se v nekaterih pogledih razlikujeta.

Na primer, DNA ima dve verigi antiparalelnih nukleotidov in ima, kot sladkor s 5 atomi ogljika, deoksiribozo. RNA pa po navadi predstavlja enojno verigo nukleotidov in ima, kot sladkor s 5 atomi ogljika, ribozo.

Kaj so nukleinske kisline?

Nukleinske kisline so biološke makromolekule DNA in RNA, katerih prisotnost v celicah živih bitij je bistvena za preživetje in pravilen razvoj slednjih.

Po drugi definiciji so nukleinske kisline biopolimeri, ki izhajajo iz združitve velikega števila nukleotidov v dolgih linearnih verigah.

Biopolimer ali naravni polimer je velika biološka spojina, sestavljena iz identičnih molekularnih enot, ki se imenujejo monomeri .

NUKLEKNE KISLINE: Kdo je v posesti?

Nukleinske kisline niso le v celicah evkariontskih in prokariontskih organizmov, ampak tudi v celičnih življenjskih oblikah, kot so virusi, in v celičnih organelih, kot so mitohondriji in kloroplasti .

Splošna struktura

Na podlagi zgornjih definicij so nukleotidi molekularne enote, ki sestavljajo DNA in RNA nukleinskih kislin.

Zato bodo predstavljali glavno temo tega poglavja, posvečeno strukturi nukleinskih kislin.

STRUKTURA GENERIČNEGA NUKLEOTIDA

Generični nukleotid je spoj organske narave, rezultat združitve treh elementov:

1. Fosfatna skupina, ki je derivat fosforne kisline;
Pentoza, ki je sladkor s 5 atomi ogljika ;
Dušikova baza, ki je aromatska heterociklična molekula.

Pentoza je osrednji element nukleotidov, ker se z njo veže fosfatna skupina in dušikova baza.

Slika: Elementi, ki tvorijo generični nukleotid nukleinske kisline. Kot lahko vidimo, sta fosfatna skupina in dušikova baza vezana na sladkor.

Kemijska vez, ki drži pentozno in fosfatno skupino skupaj, je fosfodiestrska vez, medtem ko je kemijska vez, ki združuje pentozo in dušikovo bazo, N-glikozidna vez .

KAKO SE PENTOSO Z DRUGIMI ELEMENTI VSTOPA V RAZLIČNE OBSTOJE?

Premisa: kemiki so razmišljali o številčenju premogov, ki tvorijo organske molekule, tako da so poenostavili njihovo preučevanje in opis. Tukaj torej sledi, da 5 premogov pentoze postanejo: ogljik 1, ogljik 2, ogljik 3, ogljik 4 in ogljik 5.

Merilo za dodeljevanje številk je precej zapleteno, zato menimo, da je primerno, da se pojasnilo izpusti.

Od 5 ogljikov, ki tvorijo pentozo nukleotidov, so tisti, ki sodelujejo v vezih z dušikovo bazo in fosfatno skupino, ogljik 1 in ogljik 5 .

Pentozni ogljik 1 → N-glikozidna vez → dušikova baza
Pentozni ogljik 5 → fosfodiesterska vez → fosfatna skupina

KAKŠNA KEMIJSKA ZVEZKA NUKLEOTIDNIH KISLIN NUKLIČNIH KISLIN?

Slika: Struktura pentoze, številčenje njenih sestavnih ogljikov in vezi z dušikovo bazo in fosfatno skupino.

Pri sestavljanju nukleinskih kislin se nukleotidi organizirajo v dolge linearne verige, bolj znane kot filamenti .

Vsak nukleotid, ki tvori te dolge pramene, se veže na naslednji nukleotid s pomočjo fosfodiestrske vezi med ogljikom 3 njegove pentoze in fosfatno skupino takoj naslednjega nukleotida.

ENDS

Nukleotidni filamenti (ali polinukleotidni filamenti ), ki sestavljajo nukleinske kisline, imajo dva konca, znana kot 5 'konec (najprej preberite "tip 5") in konec 3' (preberite "prva tri"). Po dogovoru so biologi in genetiki ugotovili, da 5 ' konec predstavlja glavo filamenta, ki tvori nukleinsko kislino, medtem ko 3' konec predstavlja njegov rep .

S kemičnega stališča 5 'konec nukleinskih kislin sovpada s fosfatno skupino prvega nukleotida verige, medtem ko 3' konec nukleinskih kislin sovpada s hidroksilno skupino (OH), ki je nameščena na ogljiku 3 zadnjega nukleotida .

Na podlagi te organizacije so nukleotidne verige nukleinske kisline v knjigah genetike in molekularne biologije opisane na naslednji način: P-5 '→ 3'-OH.

* Opomba: črka P označuje fosforjev atom fosfatne skupine.

Z uporabo konceptov 5 'koncev in 3' koncev na posamezen nukleotid, je 5 'konec slednjega fosfatna skupina vezana na ogljik 5, njen 3' konec pa je hidroksilna skupina, združena z ogljikom 3.

V obeh primerih je bralcu vabljeno, da pazi na številčno ponovitev: 5 'končna fosfatna skupina na ogljikovi 5 in 3' končni - hidroksilni skupini na ogljiku 3.

Splošna funkcija

Nukleinske kisline vsebujejo, prenašajo, dešifrirajo in izražajo genetsko informacijo v beljakovinah .

Sestavljene iz aminokislin, so proteini biološke makromolekule, ki igrajo temeljno vlogo pri uravnavanju celičnih mehanizmov živega organizma.

Genetske informacije so odvisne od zaporedja nukleotidov, ki tvorijo verige nukleinskih kislin.

Namigi zgodovine

Zaslužek odkritja nukleinskih kislin, ki se je zgodil leta 1869, pripada švicarskemu zdravniku in biologu Friedrichu Miescherju .

Miescher je ugotovil, ko je študiral celično jedro levkocitov, z namenom boljšega razumevanja notranje sestave.

Miescherjevi poskusi so predstavljali prelomnico na področju molekularne biologije in genetike, saj so začeli s serijo študij, ki so privedle do identifikacije strukture DNK (Watson in Crick, leta 1953) in RNA, do poznavanja mehanizmi genetskega dedovanja in identifikacija natančnih procesov sinteze beljakovin.

POREKLO IME

Nukleinske kisline imajo to ime, ker jih je Miescher identificiral v jedru levkocitov (nukleusno jedro) in ugotovil, da vsebujejo fosfatno skupino, derivat fosforne kisline (derivat fosforne kisline - kisline).

DNK

Med znanimi nukleinskimi kislinami je DNK najbolj znan, saj predstavlja skladišče genetskih informacij (ali genov ), ki služi za usmerjanje razvoja in rasti celic v živem organizmu.

Okrajšava DNA pomeni deoksiribonukleinsko kislino ali deoksiribonukleinsko kislino .

DVOJNI PROPELER

Leta 1953 so biologi James Watson in Francis Crick, da bi pojasnili strukturo DNA nukleinske kisline, predlagali model, ki se je kasneje izkazal za pravilnega, tako imenovane " dvojne vijačnice ".

Na podlagi modela "dvojne vijačnice" je DNA velika molekula, ki izhaja iz združitve dveh dolgih pramenov antiparalelnih nukleotidov in se medsebojno zvijata.

Izraz "antiparalelni" označuje, da imata obe filamenti nasprotno usmerjenost, tj: glava in rep filamenta medsebojno vplivata z repom in koncem drugega filamenta.

V skladu z drugo pomembno točko modela "dvojne vijačnice" imajo nukleotidi DNA nukleinske kisline takšno razporeditev, da so dušikove baze usmerjene proti osrednji osi vsake spirale, medtem ko pentoze in fosfatne skupine tvorijo oder zunanjih.

KAJ JE DNK PENTOSO?

Pentoza, ki sestavlja nukleotide DNA nukleinske kisline, je deoksiriboza .

Ta sladkor s 5 atomi ogljika dolguje svoje ime pomanjkanju kisikovih atomov na ogljiku 2. Poleg tega deoksiriboza pomeni "brez kisika".

Slika: deoksiriboza.

Zaradi prisotnosti deoksiriboze se nukleotidi DNA nukleinske kisline imenujejo deoksiribonukleotidi .

VRSTE NUKLEOTIDOV IN DUŠIČNIH OSNOV. \ T

DNA nukleinske kisline ima 4 različne vrste deoksiribonukleotidov .

Razlikovati 4 različne vrste deoksiribonukleotidov je le dušikova baza, ki je povezana s tvorbo pentozno-fosfatnih skupin (ki se za razliko od dušikove baze nikoli ne spreminja).

Iz očitnih razlogov torej obstajajo 4 dušikove baze DNA, in sicer: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) in timin (T).

Adenin in gvanin spadata v razred purinov, aromatičnih heterocikličnih spojin z dvojnim obročem.

Po drugi strani citozin in timin spadata v kategorijo pirimidinov, aromatskih heterocikličnih spojin z enim obročem.

Z modelom "dvojne vijačnice" sta Watson in Crick pojasnila tudi organizacijo dušikovih baz znotraj DNK:

Vsaka dušična baza filamenta se s pomočjo vodikovih vezi združi v dušikovo bazo, ki je prisotna na antiparalelni žarki, kar učinkovito oblikuje par, združevanje baz.
Seznanjanje med dušikovimi bazami obeh verig je zelo specifično. V resnici se adenin pridruži samo timinu, medtem ko se citozin veže samo na gvanin.
To pomembno odkritje je vodilo molekularnim biologom in genetikom, da izrazijo " komplementarnost med dušikovimi bazami " in " komplementarnim povezovanjem med dušikovimi bazami ", da bi nakazali enolično povezovanje adenina s timinom in citozinom z gvaninom. .

KJE OSTANEK V ŽIVLJENIH CELICAH?

Pri evkariontskih organizmih (živalih, rastlinah, glivah in protistih) je nukleinska kislina DNA v jedru vseh celic, ki imajo to celično strukturo.

V prokariontskih organizmih (bakterijah in arhebakterijah) je nukleinska kislina DNA v citoplazmi, ker prokariontske celice nimajo jedra.

RNA

Med dvema naravno prisotnima nukleinskima kislinama je RNA biološka makromolekula, ki prevaja DNA nukleotide v aminokisline, ki sestavljajo beljakovine (proces sinteze beljakovin ).

V bistvu je nukleinska kislina RNA primerljiva z genetskim informacijskim slovarjem, o katerem poročajo o DNA nukleinske kisline.

Kratica RNA pomeni ribonukleinsko kislino .

RAZLIKE, KI RAZLIČIJO OD DNK

Nukleinska kislina RNA ima več razlik v primerjavi z DNA:

RNA je manjša biološka molekula kot DNA, običajno tvorjena iz ene verige nukleotidov .
Pentoza, ki sestavlja nukleotide ribonukleinske kisline, je riboza . Za razliko od deoksiriboze ima riboza atom ogljika na ogljiku 2.
To je posledica prisotnosti sladkorja riboze, ki so biologi in kemiki določili ime ribonukleinske kisline RNA.
Nukleotidi nukleinske kisline RNA so znani tudi kot ribonukleotidi .
RNA nukleinska kislina deli le 3 od 4 dušikovih baz z DNA. Namesto timina predstavlja dejansko dušikovo bazo uracila .
RNA se lahko nahaja v različnih delih celice, od jedra do citoplazme.

VRSTE RNK

Slika: riboza.

V živih celicah obstaja nukleinska kislina RNA v štirih glavnih oblikah: transportna RNA (ali prenosna RNA ali tRNA ), prenosna RNA (ali RNA kurir ali mRNA ), ribosomska RNA (ali ribosomska) RNA ali rRNA ) in majhno jedrsko RNA (ali majhno jedrsko RNA ali snRNA ).

Čeprav pokrivajo različne specifične vloge, štiri zgoraj omenjene oblike RNA sodelujejo za skupni cilj: sintezo beljakovin, začenši z nukleotidnimi zaporedji, ki so prisotna v DNA.