ogólność
Kwasy nukleinowe są wspaniałymi cząsteczkami biologicznymi DNA i RNA, których obecność i prawidłowe funkcjonowanie w żywych komórkach ma zasadnicze znaczenie dla przetrwania tych ostatnich.
Generyczny kwas nukleinowy pochodzi z połączenia w łańcuchach liniowych o dużej liczbie nukleotydów.
Rysunek: cząsteczka DNA.
Nukleotydy są małymi cząsteczkami, w które zaangażowane są trzy elementy: grupa fosforanowa, zasada azotowa i cukier z 5 atomami węgla.
Kwasy nukleinowe są niezbędne do przeżycia organizmu, ponieważ współpracują w syntezie białek, niezbędnych cząsteczek do prawidłowej realizacji mechanizmów komórkowych.
DNA i RNA różnią się pod pewnymi względami.
Na przykład DNA ma dwa łańcuchy antyrównoległych nukleotydów i ma, podobnie jak cukier z 5 atomami węgla, dezoksyrybozę. RNA, z drugiej strony, zazwyczaj przedstawia pojedynczy łańcuch nukleotydów i posiada, jak cukier z 5 atomami węgla, rybozę.
Czym są kwasy nukleinowe?
Kwasy nukleinowe są biologicznymi makrocząsteczkami DNA i RNA, których obecność w komórkach istot żywych ma fundamentalne znaczenie dla przetrwania i prawidłowego rozwoju tych ostatnich.
Zgodnie z inną definicją, kwasy nukleinowe są biopolimerami powstającymi w wyniku połączenia, w długich liniowych łańcuchach, o dużej liczbie nukleotydów .
Biopolimer lub naturalny polimer jest dużym związkiem biologicznym złożonym z identycznych jednostek molekularnych, zwanych monomerami .
KWASY NUKLEICZNE: KTO JEST W POSZUKIWANIU?
Kwasy nukleinowe znajdują się nie tylko w komórkach organizmów eukariotycznych i prokariotycznych, ale także w bezkomórkowych formach życia, takich jak wirusy, i w organellach komórkowych, takich jak mitochondria i chloroplasty .
Ogólna struktura
W oparciu o powyższe definicje nukleotydy są jednostkami molekularnymi, które tworzą kwasy nukleinowe DNA i RNA.
Dlatego będą stanowić główny temat tego rozdziału, poświęcony strukturze kwasów nukleinowych.
STRUKTURA GENERYCZNEGO NUKLEOTYDU
Generyczny nukleotyd jest związkiem natury organicznej, wynikiem połączenia trzech elementów:
- Grupa fosforanowa, która jest pochodną kwasu fosforowego;
- Pentoza, czyli cukier z 5 atomami węgla ;
- Baza azotowa, która jest aromatyczną cząsteczką heterocykliczną.
Pentoza jest centralnym elementem nukleotydów, ponieważ wiąże się z nią grupa fosforanowa i zasada azotowa.
Rysunek: Elementy, które stanowią ogólny nukleotyd kwasu nukleinowego. Jak widać, grupa fosforanowa i zasada azotowa są związane z cukrem.
Wiązanie chemiczne, które utrzymuje razem pentozę i grupę fosforanową, jest wiązaniem fosfodiestrowym, podczas gdy wiązanie chemiczne łączące pentozę i zasadę azotową jest wiązaniem N-glikozydowym .
W JAKI SPOSÓB PENTOSO DOŁĄCZA SIĘ DO RÓŻNYCH OBLIGACJI Z INNYMI ELEMENTAMI?
Założenie: chemicy pomyśleli o numerowaniu węgli, które tworzą cząsteczki organiczne w taki sposób, aby uprościć ich badania i opis. Tutaj więc, że 5 węgli pentozy staje się: węglem 1, węglem 2, węglem 3, węglem 4 i węglem 5.
Kryterium przypisywania liczb jest dość złożone, dlatego uważamy za stosowne pominąć wyjaśnienie.
Spośród 5 węgli, które tworzą pentozę nukleotydów, te zaangażowane w wiązania z zasadą azotową i grupą fosforanową są odpowiednio węglem 1 i węglem 5 .
- Pentozowy węgiel 1 → N-glikozydowy → azotowa baza
- Wiązanie pentozy z węglem 5 → fosfodiester → grupa fosforanowa
JAKI RODZAJ CHEMICZNYCH KWASÓW NUKLEOTYDOWYCH KWASÓW NUKLEINOWYCH?
Rysunek: Struktura pentozy, numeracja składowych węgli i wiązanie z zasadą azotową i grupą fosforanową.
Tworząc kwasy nukleinowe, nukleotydy organizują się w długie łańcuchy liniowe, lepiej znane jako włókna .
Każdy nukleotyd tworzący te długie nici wiąże się z następnym nukleotydem za pomocą wiązania fosfodiestrowego między węglem 3 jego pentozy i grupą fosforanową bezpośrednio następującego nukleotydu.
KOŃCÓWKI
Włókna nukleotydowe (lub filamenty polinukleotydowe ), które tworzą kwasy nukleinowe, mają dwa końce, znane jako koniec 5 ' (czytaj „najpierw końcówka pięć”) i koniec 3 ” (czytaj„ najpierw końcówka trzy ”). Zgodnie z konwencją, biologowie i genetycy ustalili, że koniec 5 'reprezentuje głowę włókna tworzącego kwas nukleinowy, podczas gdy koniec 3' reprezentuje jego ogon .
Z chemicznego punktu widzenia koniec 5 'kwasów nukleinowych pokrywa się z grupą fosforanową pierwszego nukleotydu łańcucha, podczas gdy koniec 3' kwasów nukleinowych pokrywa się z grupą hydroksylową (OH) umieszczoną na węglu 3 ostatniego nukleotydu,
Na podstawie tej organizacji, w księgach genetyki i biologii molekularnej, nici nukleotydowe kwasu nukleinowego są opisane w następujący sposób: P-5 '→ 3'-OH.
* Uwaga: litera P oznacza atom fosforu w grupie fosforanowej.
Przez zastosowanie pojęć końców 5 'i końców 3' do pojedynczego nukleotydu, koniec 5 'tego ostatniego jest grupą fosforanową związaną z węglem 5, podczas gdy koniec 3' jest grupą hydroksylową połączoną z węglem 3.
W obu przypadkach czytelnik jest proszony o zwrócenie uwagi na powtarzalność liczbową: koniec 5 '- grupa fosforanowa na końcu węgla 5 i 3' - grupa hydroksylowa na węglu 3.
Funkcja ogólna
Kwasy nukleinowe zawierają, transportują, rozszyfrowują i wyrażają informację genetyczną w białkach .
Składające się z aminokwasów białka są biologicznymi makrocząsteczkami, które odgrywają zasadniczą rolę w regulacji mechanizmów komórkowych żywego organizmu.
Informacje genetyczne zależą od sekwencji nukleotydów, które tworzą nici kwasów nukleinowych.
Wskazówki dotyczące historii
Zasługą odkrycia kwasów nukleinowych, które nastąpiło w 1869 roku, jest szwajcarski lekarz i biolog Friedrich Miescher .
Miescher dokonał ustaleń podczas badania jądra komórkowego leukocytów, z zamiarem lepszego zrozumienia składu wewnętrznego.
Eksperymenty Mieschera stanowiły punkt zwrotny w dziedzinie biologii molekularnej i genetyki, kiedy rozpoczęli serię badań, które doprowadziły do identyfikacji struktury DNA (Watson i Crick, w 1953 r.) I RNA, do wiedzy o mechanizmy dziedziczenia genetycznego i identyfikacja precyzyjnych procesów syntezy białek.
POCHODZENIE NAZWISKA
Kwasy nukleinowe mają tę nazwę, ponieważ Miescher zidentyfikował je w jądrze leukocytów (jądro - jądro) i odkrył, że zawierają grupę fosforanową, pochodną kwasu fosforowego (pochodna kwasu fosforowego - kwasy).
DNA
Wśród znanych kwasów nukleinowych DNA jest najbardziej znany, ponieważ reprezentuje magazyn informacji genetycznej (lub genów ), który służy do kierowania rozwojem i wzrostem komórek w żywym organizmie.
Skrót DNA oznacza kwas deoksyrybonukleinowy lub kwas deoksyrybonukleinowy .
DOUBLE PROPELLER
W 1953 roku, aby wyjaśnić strukturę DNA kwasu nukleinowego, biologowie James Watson i Francis Crick zaproponowali model - który później okazał się słuszny - tak zwanej „ podwójnej helisy ”.
Bazując na modelu „podwójnej helisy”, DNA jest dużą cząsteczką, powstałą w wyniku połączenia dwóch długich nici antyrównoległych nukleotydów i zwiniętych w siebie.
Określenie „przeciwrównoległe” wskazuje, że dwa włókna mają przeciwną orientację, tj. Głowa i ogon włókna oddziałują odpowiednio z ogonem i końcem drugiego włókna.
Według innego ważnego punktu modelu „podwójnej helisy”, nukleotydy DNA kwasu nukleinowego posiadają takie rozmieszczenie, że zasady azotowe są zorientowane w kierunku centralnej osi każdej spirali, podczas gdy pentozy i grupy fosforanowe tworzą rusztowanie zewnętrzny z tego drugiego.
CO TO JEST PENTOSO DNA?
Pentozą tworzącą nukleotydy kwasu nukleinowego DNA jest dezoksyryboza .
Ten cukier z 5 atomami węgla zawdzięcza swoją nazwę brakowi atomów tlenu na węglu 2. Ponadto deoksyryboza oznacza „beztlenowy”.
Rysunek: dezoksyryboza.
Ze względu na obecność dezoksyrybozy, nukleotydy kwasu nukleinowego DNA nazywane są deoksyrybonukleotydami .
RODZAJE NUKLEOTYD I PODSTAW AZOTOWYCH
DNA kwasu nukleinowego ma 4 różne typy deoksyrybonukleotydów .
Aby odróżnić 4 różne typy deoksyrybonukleotydów, chodzi wyłącznie o zasadę azotową, powiązaną z tworzeniem się grupy pentozo-fosforanowej (która w przeciwieństwie do zasady azotowej nigdy się nie zmienia).
Z oczywistych względów istnieją 4 azotowe zasady DNA, w szczególności: adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T).
Adenina i guanina należą do klasy puryn, aromatycznych związków heterocyklicznych o podwójnym pierścieniu.
Z drugiej strony, cytozyna i tymina należą do kategorii pirymidyn, jednopierścieniowych aromatycznych związków heterocyklicznych.
W modelu „podwójnej helisy” Watson i Crick wyjaśnili również organizację zasad azotowych w DNA:
- Każda baza azotowa filamentu łączy się, za pomocą wiązań wodorowych, z zasadą azotową obecną na filtrze antyrównoległym, skutecznie tworząc parę, parowanie zasad.
- Parowanie między zasadami azotowymi dwóch nici jest wysoce specyficzne. W rzeczywistości adenina łączy się tylko z tyminą, podczas gdy cytozyna wiąże się tylko z guaniną.
To ważne odkrycie doprowadziło biologów molekularnych i genetyków do powiązania terminów „ komplementarność między zasadami azotowymi ” i „ komplementarnego parowania między zasadami azotowymi ”, aby wskazać jednoznaczne wiązanie adeniny z tyminą i cytozyną z guaniną.,
GDZIE POZOSTAJE WEWNĄTRZ ŻYWYCH KOMÓREK?
W organizmach eukariotycznych (zwierzęta, rośliny, grzyby i protisty) DNA kwasu nukleinowego znajduje się w jądrze wszystkich komórek mających tę strukturę komórkową.
W organizmach prokariotycznych (bakterie i archaebakterie) DNA kwasu nukleinowego znajduje się w cytoplazmie, ponieważ komórkom prokariotycznym brakuje jądra.
RNA
Wśród dwóch naturalnie występujących kwasów nukleinowych RNA reprezentuje biologiczną makrocząsteczkę, która przekształca nukleotydy DNA w aminokwasy tworzące białka (proces syntezy białek ).
W rzeczywistości kwas nukleinowy RNA jest porównywalny ze słownikiem informacji genetycznej, opisanym w DNA kwasu nukleinowego.
Akronim RNA oznacza kwas rybonukleinowy .
RÓŻNICE, KTÓRE ODRÓŻNIAJĄ OD DNA
Kwas nukleinowy RNA ma kilka różnic w porównaniu z DNA:
- RNA jest mniejszą cząsteczką biologiczną niż DNA, zazwyczaj utworzoną z pojedynczej nici nukleotydów .
- Pentozą, która stanowi nukleotydy kwasu rybonukleinowego, jest ryboza . W przeciwieństwie do deoksyrybozy, ryboza ma atom tlenu na węglu 2.
Ze względu na obecność cukru rybozy biologowie i chemicy przypisali nazwę kwasu rybonukleinowego do RNA.
- Nukleotydy kwasu nukleinowego RNA są również znane jako rybonukleotydy .
- RNA kwasu nukleinowego dzieli tylko 3 z 4 zasad azotowych z DNA. Zamiast tyminy, w rzeczywistości stanowi ona uracylową bazę azotową.
- RNA może znajdować się w różnych przedziałach komórki, od jądra do cytoplazmy.
RODZAJE RNA
Rysunek: ryboza.
W żywych komórkach RNA kwasu nukleinowego występuje w czterech głównych postaciach: transport RNA (lub transfer RNA lub tRNA ), informacyjny RNA (lub przekaźnik RNA lub mRNA ), rybosomalny RNA (lub rybosomalny RNA lub rRNA ) i mały jądrowy RNA (lub mały jądrowy RNA lub snRNA ).
Chociaż obejmują one różne specyficzne role, cztery wyżej wymienione formy RNA współdziałają dla wspólnego celu: syntezy białek, począwszy od sekwencji nukleotydowych obecnych w DNA.
Sztuczne modele
W ostatnich dziesięcioleciach biologowie molekularni zsyntetyzowali w laboratorium kilka kwasów nukleinowych, identyfikowanych z przymiotnikiem „sztuczny”.
Wśród sztucznych kwasów nukleinowych warto wymienić następujące: TNA, PNA, LNA i GNA.
