Všeobecnosť
Nukleové kyseliny sú veľké biologické molekuly DNA a RNA, ktorých prítomnosť a správne fungovanie v živých bunkách sú nevyhnutné pre ich prežitie.
Generická nukleová kyselina pochádza zo spojenia veľkého počtu nukleotidov v lineárnych reťazcoch.
Obrázok: Molekula DNA.
Nukleotidy sú malé molekuly, na ktorých konštitúcii sa podieľajú tri prvky: fosfátová skupina, dusíkatá báza a 5-uhlíkový cukor.
Nukleové kyseliny sú životne dôležité pre prežitie organizmu, pretože spolupracujú pri syntéze bielkovín, molekúl nevyhnutných pre správnu implementáciu bunkových mechanizmov.
DNA a RNA sa od seba v niektorých ohľadoch líšia.
Napríklad DNA má dva antiparalelné nukleotidové reťazce a má deoxyribózu ako 5-uhlíkový cukor. Na druhej strane RNA má obvykle jeden reťazec nukleotidov a obsahuje ribózu ako cukor s 5 atómami uhlíka.
Čo sú to nukleové kyseliny?
Nukleové kyseliny sú biologické makromolekuly DNA a RNA, ktorých prítomnosť v bunkách živých bytostí je zásadná pre ich prežitie a správny vývoj.
Podľa ďalšej definície sú nukleové kyseliny biopolyméry vyplývajúce zo spojenia veľkého počtu nukleotidov v dlhých lineárnych reťazcoch.
Biopolymér alebo prírodný polymér je veľká biologická zlúčenina zložená z rovnakých molekulárnych jednotiek, ktoré sa nazývajú monoméry.
JADROVÉ KYSELINY: KTO JE V POZÍCII?
Nukleové kyseliny sídlia nielen v bunkách eukaryotických a prokaryotických organizmov, ale aj v acelulárnych formách života, ako sú vírusy, a v bunkových organelách, ako sú mitochondrie a chloroplasty.
Všeobecná štruktúra
Na základe vyššie uvedených definícií sú nukleotidy molekulárnymi jednotkami, ktoré tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA.
Preto budú predstavovať hlavnú tému tejto kapitoly, venovanej štruktúre nukleových kyselín.
ŠTRUKTÚRA GENERICKÉHO NUKLEOTIDU
Generický nukleotid je zlúčenina organickej povahy, 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 predstavuje centrálny prvok nukleotidov, pretože sa na ňu viažu fosfátová skupina a dusíkatá báza.
Obrázok: Prvky, ktoré tvoria generický nukleotid nukleovej kyseliny. Ako je vidieť, fosfátová skupina a dusičná báza sa viažu na cukor.
Chemická väzba, ktorá drží pentózu a fosfátovú skupinu pohromade, je fosfodiesterová väzba, zatiaľ čo chemická väzba, ktorá viaže pentózu a dusíkatú zásadu, je N-glykozidová väzba.
AKO SA PENTÓZA ZÚČASTŇUJE NA RÔZNYCH ODKAZOCH S INÝMI PRVKAMI?
Predpoklad: chemici mysleli na číslovanie uhlíkov, ktoré tvoria organické molekuly, takým spôsobom, aby sa zjednodušilo ich štúdium a opis. Tu teda z 5 uhlíkov pentózy vzniká: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5.
Kritérium priradenia čísla je dosť komplexné, preto považujeme za vhodné vynechať vysvetlenie.
Z 5 uhlíkov, ktoré tvoria pentózu nukleotidov, sú uhlíky 1 a uhlík 5 zapojené do väzieb s dusíkatou bázou a fosfátovou skupinou.
- Pentózový uhlík 1 → N-glykozidová väzba → dusíková báza
- Pentózový uhlík 5 → fosfodiesterová väzba → fosfátová skupina
AKÝ DRUH CHEMICKÉHO VIAZA NUCLEOTIDOV NUKLEOVÝCH KYSELÍN?
Obrázok: Štruktúra pentózy, číslovanie uhlíkov, ktoré sú jej súčasťou, a väzby s dusíkovou bázou a fosfátovou skupinou.
Pri skladaní nukleových kyselín sa nukleotidy organizujú do dlhých lineárnych reťazcov, lepšie známych ako vlákna.
Každý nukleotid tvoriaci tieto dlhé vlákna sa viaže na nasledujúci nukleotid pomocou fosfodiesterovej väzby medzi uhlíkom 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostredne nasledujúceho nukleotidu.
EXTREMITY
Nukleotidové vlákna (alebo polynukleotidové vlákna), ktoré tvoria nukleové kyseliny, majú dva konce, známe ako 5 "koniec (čítaj" päť primárnych ") a 3" koniec (čítaj "tri primárne"). Biológovia a genetici podľa konvencie stanovili, že „koniec 5“ predstavuje hlavu vlákna tvoriaceho nukleovú kyselinu, zatiaľ čo „koniec 3“ 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 (OH) skupinou na uhlíku 3 posledného nukleotidu.
Na základe tejto organizácie sú v knihách o genetike a molekulárnej biológii nukleotidové vlákna nukleovej kyseliny popísané nasledovne: P -5 "→ 3" -OH.
* Poznámka: Písmeno P označuje atóm fosforu fosfátovej skupiny.
Pri použití konceptov 5 "koniec a 3" koniec na jeden nukleotid, "5 koniec" tohto posledného je fosfátová skupina viazaná na uhlík 5, zatiaľ čo jeho 3 "koniec je hydroxylová skupina spojená s uhlíkom 3.
V oboch prípadoch s "vyzýva čitateľa, aby venoval pozornosť numerickej recidíve: koniec 5" - fosfátová skupina na uhlíku 5 a koniec 3 " - hydroxylová skupina na uhlíku 3.
Všeobecná funkcia
Nukleové kyseliny obsahujú, transportujú, dešifrujú a vyjadrujú genetické informácie v proteínoch.
Proteíny, tvorené aminokyselinami, sú biologické makromolekuly, ktoré hrajú zásadnú úlohu v regulácii bunkových mechanizmov živého organizmu.
Genetická informácia závisí od sekvencie nukleotidov, ktoré tvoria vlákna nukleových kyselín.
Náznaky histórie
Zásluhu na objave nukleových kyselín, ku ktorému došlo v roku 1869, má švajčiarsky lekár a biológ Friedrich Miescher.
Miescher svoje zistenia vykonal počas štúdia bunkového jadra leukocytov so zámerom lepšie porozumieť ich vnútornému zloženiu.
Miescherove experimenty predstavovali zlom v oblasti molekulárnej biológie a genetiky, pretože iniciovali sériu štúdií, ktoré viedli k identifikácii štruktúry DNA (Watson a Crick, 1953) a RNA, k poznaniu mechanizmov genetická dedičnosť a identifikácia presných procesov syntézy bielkovín.
PÔVOD NÁZOV
Nukleové kyseliny majú tento názov, pretože Miescher ich identifikoval v jadre leukocytov (jadro - nukleové) a zistil, že obsahujú fosfátovú skupinu, derivát kyseliny fosforečnej (derivát kyseliny fosforečnej - kyseliny).
DNA
Spomedzi známych nukleových kyselín je najznámejšia DNA, pretože predstavuje sklad genetických informácií (alebo génov), ktoré slúžia na usmernenie vývoja a rastu buniek živého organizmu.
Skratka DNA znamená deoxyribonukleovú kyselinu alebo deoxyribonukleovú kyselinu.
DVOJITÝ HELIX
V roku 1953, na vysvetlenie štruktúry „DNA nukleovej kyseliny, biológovia James Watson a Francis Crick navrhli model - ktorý sa neskôr ukázal ako správny - takzvanej„ dvojitej špirály “.
Podľa modelu „dvojitej špirály“ je DNA veľká molekula, ktorá vzniká spojením dvoch dlhých reťazcov antiparalelných nukleotidov a ktoré sú navzájom stočené.
Termín „antiparalelný“ naznačuje, že tieto dve vlákna majú opačnú orientáciu, to znamená: hlava a chvost jedného vlákna interagujú s chvostom a hlavou druhého vlákna.
Podľa ďalšieho dôležitého bodu modelu „dvojitej špirály“ majú nukleotidy DNA nukleovej kyseliny také usporiadanie, že dusíkaté bázy sú orientované smerom k stredovej osi každej špirály, zatiaľ čo pentózy a fosfátové skupiny tvoria lešenie. ten druhý.
ČO JE PENTÓZA DNA?
Pentóza, ktorá tvorí nukleotidy nukleovej kyseliny DNA, je deoxyribóza.
Tento 5-uhlíkový cukor vďačí za svoj názov nedostatku kyslíka na uhlíku 2. Koniec koncov, deoxyribóza znamená „bez kyslíka“.
Obrázok: deoxyribóza.
Vzhľadom na prítomnosť deoxyribózy sa nukleotidy nukleovej kyseliny DNA nazývajú deoxyribonukleotidy.
TYPY NUCLEOTIDOV A ZÁKLADOV DUSÍKU
DNA nukleová kyselina má 4 rôzne typy deoxyribonukleotidov.
Na rozlíšenie 4 rôznych typov deoxyribonukleotidov je iba dusíková báza spojená s tvorbou pentózofosfátovej skupiny (ktorá sa na rozdiel od dusíkovej zásady nikdy nemení).
Zo zrejmých dôvodov sú teda dusíkatými bázami DNA 4, konkrétne: adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T).
Adenín a guanín patria do triedy purínov, dvojkruhových aromatických heterocyklických zlúčenín.
Cytosín a tymín naopak patria do kategórie pyrimidínov, jednokruhových aromatických heterocyklických zlúčenín.
Watson a Crick s modelom „dvojitej špirály“ tiež vysvetlili, aká je organizácia dusíkatých báz vo vnútri DNA:
- Každá dusíkatá báza vlákna spája pomocou vodíkových väzieb dusíkatú bázu prítomnú na antiparalelnom vlákne, čím účinne tvorí pár, pár, báz.
- Párovanie medzi dusíkatými bázami týchto dvoch filamentov je veľmi špecifické. V skutočnosti sa adenín viaže iba na tymín, zatiaľ čo cytozín sa viaže iba na guanín.
Tento dôležitý objav prinútil molekulárnych biológov a genetikov k zhode pojmov „komplementarita medzi dusíkatými zásadami“ a „komplementárne párovanie medzi dusíkatými zásadami“, aby sa naznačila jedinečnosť väzby adenínu s tymínom a cytozínu s guanínom. .
KDE BÝVA VNÚTRI ŽIVÝCH BUNIEK?
V eukaryotických organizmoch (zvieratá, rastliny, huby a prvoky) sa nukleová kyselina DNA nachádza v jadre všetkých buniek s touto bunkovou štruktúrou.
V prokaryotických organizmoch (baktérie a archea) však nukleová kyselina DNA sídli v cytoplazme, pretože prokaryotickým bunkám chýba jadro.
RNA
Medzi dvoma v prírode existujúcimi nukleovými kyselinami predstavuje RNA biologickú makromolekulu, ktorá prevádza nukleotidy DNA na aminokyseliny tvoriace proteíny (proces syntézy bielkovín).
V skutočnosti je RNA nukleovej kyseliny porovnateľná so slovníkom genetických informácií uvádzaným na DNA nukleovej kyseliny.
Skratka RNA znamená kyselinu ribonukleovú.
ROZDIELY, KTORÉ TO ROZDIELUJE od DNA
RNA nukleovej kyseliny má v porovnaní s DNA niekoľko rozdielov:
- RNA je menšia biologická molekula ako DNA, zvyčajne pozostáva z jedného vlákna nukleotidov.
- Pentóza, ktorá tvorí nukleotidy ribonukleovej kyseliny, je ribóza. Na rozdiel od deoxyribózy má ribóza atóm kyslíka na uhlíku 2.
Je to kvôli prítomnosti ribózového cukru, že biológovia a chemici priradili RNA názov ribonukleovej kyseliny. - RNA nukleotidy sú tiež známe ako ribonukleotidy.
- RNA nukleovej kyseliny zdieľa s DNA iba 3 zo 4 dusíkatých báz. V skutočnosti má namiesto tymínu dusíkatú bázu uracil.
- RNA môže sídliť v rôznych kompartmentoch bunky, od jadra po cytoplazmu.
TYPY RNA
Obrázok: ribóza.
V živých bunkách existuje RNA nukleovej kyseliny v štyroch hlavných formách: transportná RNA (alebo Prenos RNA alebo tRNA), messenger RNA (alebo Posol RNA alebo mRNA), ribozomálna RNA (alebo ribozomálna RNA alebo rRNA) a malá jadrová RNA (o malá jadrová RNA alebo snRNA).
Napriek tomu, že hrajú rôzne špecifické úlohy, štyri vyššie uvedené formy RNA spolupracujú na spoločnom cieli: syntéze bielkovín, vychádzajúcich z nukleotidových sekvencií prítomných v DNA.
Umelé modely
V posledných desaťročiach molekulárni biológovia syntetizovali v laboratóriu niekoľko nukleových kyselín, identifikovaných s prívlastkom „umelé“.
Medzi umelými nukleovými kyselinami si zaslúžia osobitnú zmienku: TNA, PNA, LNA a GNA.
