Нуклеинске киселине

Опћенитост

Нуклеинске киселине су велики биолошки молекули ДНК и РНК, чије су присуство и правилно функционисање, унутар живих ћелија, неопходни за опстанак ових других.
Генеричка нуклеинска киселина потиче од сједињења, у линеарним ланцима, великог броја нуклеотида.

Слика: Молекул ДНК.

Нуклеотиди су мали молекули, у чијем саставу учествују три елемента: фосфатна група, азотна база и шећер са 5 угљеника.

Нуклеинске киселине су виталне за опстанак организма, јер сарађују у синтези протеина, молекула неопходних за правилну примену ћелијских механизама.
ДНК и РНК се међусобно разликују у неким аспектима.
На пример, ДНК има два антипаралелна нуклеотидна ланца и има деоксирибозу као шећер са 5 угљеника. РНА, с друге стране, обично има један ланац нуклеотида и поседује рибозу као шећер са 5 атома угљеника.

Шта су нуклеинске киселине?

Нуклеинске киселине су биолошке макромолекуле ДНК и РНК, чије је присуство, унутар ћелија живих бића, од суштинског значаја за опстанак и правилан развој ових последњих.
Према другој дефиницији, нуклеинске киселине су биополимери настали спајањем, у дугим линеарним ланцима, великог броја нуклеотида.
Биополимер или природни полимер је велико биолошко једињење састављено од молекуларних јединица које су све исте, а које се називају мономери.

НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ: КО ЈЕ У ПОСЈЕДУ?

Нуклеинске киселине не налазе се само у ћелијама еукариотских и прокариотских организама, већ и у ацелуларним облицима живота, попут вируса, и у ћелијским органелама, попут митохондрија и хлоропласта.

Општа структура

На основу горњих дефиниција, нуклеотиди су молекуларне јединице које чине ДНК и РНК нуклеинских киселина.
Стога ће они представљати главну тему овог поглавља, посвећену структури нуклеинских киселина.

СТРУКТУРА ГЕНЕРИЧКОГ НУКЛЕОТИДА

Генерички нуклеотид је једињење органске природе, резултат уједињења три елемента:

• Фосфатна група, која је дериват фосфорне киселине;
• Пентоза, односно шећер са 5 атома угљеника;
• Азотна база, која је ароматични хетероциклични молекул.

Пентоза представља централни елемент нуклеотида, јер се за њу везују фосфатна група и азотна база.

Слика: Елементи који чине генерички нуклеотид нуклеинске киселине. Као што се може видети, фосфатна група и азотна база везују се за шећер.

Хемијска веза која држи пентозу и фосфатну групу заједно је фосфодиестерска веза, док је хемијска веза која везује пентозу и азотну базу Н-гликозидна веза.

КАКО ПЕНТОЗА УЧЕСТВУЈЕ У РАЗНИМ ЛИНКОВИМА СА ОСТАЛИМ ЕЛЕМЕНТИМА?

Простор: хемичари су смислили нумерисање угљеника који сачињавају органске молекуле на такав начин да поједноставе њихово проучавање и опис. Овде, дакле, 5 угљеника пентозе постају: угљеник 1, угљеник 2, угљеник 3, угљеник 4 и угљеник 5.

Критеријум за додељивање бројева је прилично сложен, па сматрамо да је примерено изоставити објашњење.
Од 5 угљеника који чине пентозу нуклеотида, они који су укључени у везе са азотном базом и фосфатном групом су угљеник 1 и угљеник 5.

• Пентозни угљеник 1 → Н-гликозидна веза → база азота
• Пентозни угљеник 5 → фосфодиестерска веза → фосфатна група

КАКВЕ ХЕМИЈСКЕ ВЕЗЕ ВЕЗУЈУ НУКЛЕОТИДЕ НУКЛЕИНСКИХ КИСЕЛИНА?

Слика: Структура пентозе, нумерисање њених саставних угљеника и веза са азотном базом и фосфатном групом.

У састављању нуклеинских киселина, нуклеотиди се организују у дугачке линеарне ланце, познатије као филаменти.
Сваки нуклеотид који формира ове дугачке нити се везује за следећи нуклеотид помоћу фосфодиестерске везе између угљеника 3 његове пентозе и фосфатне групе непосредно следећег нуклеотида.

ЕКСТРЕМИТЕТИ

Нуклеотидни ланци (или полинуклеотидни ланци), који сачињавају нуклеинске киселине, имају два краја, позната као 5 "крај (читај" пет основних ") и 3" крај (читај "три основна"). По конвенцији, биолози и генетичари су установили да "крај 5" представља главу нити која формира нуклеинску киселину, док "крај 3" представља њен реп.
Са хемијског становишта, "5 крај" нуклеинских киселина поклапа се са фосфатном групом првог нуклеотида ланца, док се "3 крај" нуклеинских киселина подудара са хидроксилном (ОХ) групом на угљенику 3 последњег нуклеотида.
На основу ове организације се у књигама о генетици и молекуларној биологији нуклеотидни ланци нуклеинске киселине описују на следећи начин: П -5 "→ 3" -ОХ.

* Напомена: слово П означава атом фосфора фосфатне групе.

Примењујући концепте 5 "краја и 3" краја на један нуклеотид, "5 крај" овог последњег је фосфатна група везана за угљеник 5, док је њен 3 "крај хидроксилна група повезана са угљеником 3.
У оба случаја, с "позива читаоца да обрати пажњу на бројчано понављање: крај 5" - фосфатна група на угљенику 5 и крај 3 " - хидроксилна група на угљенику 3.

Општа функција

Нуклеинске киселине садрже, транспортују, дешифрују и изражавају генетске информације у протеинима.
Сачињени од аминокиселина, протеини су биолошке макромолекуле, које играју фундаменталну улогу у регулацији ћелијских механизама живог организма.
Генетске информације зависе од низа нуклеотида који сачињавају низове нуклеинских киселина.

Наговештаји историје

Заслуга за откриће нуклеинских киселина, које се догодило 1869. године, припада швајцарском лекару и биологу Фридриху Мишеру.
Миесцхер је дошао до својих налаза док је проучавао ћелијско језгро леукоцита, са намером да боље разуме њихов унутрашњи састав.
Миесцхерови експерименти представљали су прекретницу у области молекуларне биологије и генетике, јер су покренули низ студија које су довеле до идентификације структуре ДНК (Ватсон и Црицк, 1953.) и РНК, до познавања механизама генетско наслеђе и идентификација прецизних процеса синтезе протеина.

ПОРЕКЛО ИМЕНА

Нуклеинске киселине имају ово име, јер их је Мишер идентификовао унутар језгра леукоцита (језгро - нуклеинско) и открио да садрже фосфатну групу, дериват фосфорне киселине (дериват фосфорне киселине - киселине).

ДНК

Међу познатим нуклеинским киселинама, ДНК је најпознатија, јер представља складиште генетских информација (или гена) које служе за усмеравање развоја и раста ћелија живог организма.
Скраћеница ДНК означава деоксирибонуклеинску киселину или деоксирибонуклеинску киселину.

ДВОЈНИ ХЕЛИКС

Године 1953., да би објаснили структуру "ДНК нуклеинске киселине, биолози Јамес Ватсон и Францис Црицк предложили су модел - који се касније показао тачним - такозване" двоструке спирале ".
Према моделу "двоструке спирале", ДНК је велики молекул, настао спајањем два дугачка ланца антипаралелних нуклеотида и савијених један у други.
Израз "антипаралелно" указује на то да две нити имају супротну оријентацију, то јест: глава и реп једне нити узајамно делују са репом, а глава друге нити.

Према другој важној тачки модела "двоструке спирале", нуклеотиди нуклеинске киселине ДНК имају такав распоред да су азотне базе оријентисане према централној оси сваке спирале, док пентозе и фосфатне групе чине скелу. друго.

КОЈА ЈЕ ПЕНТОЗА ДНК?

Пентоза која чини нуклеотиде ДНК нуклеинске киселине је деоксирибоза.
Овај шећер са 5 угљеника дугује своје име недостатку кисеоника на угљенику 2. На крају крајева, деоксирибоза значи „без кисеоника“.

Слика: деоксирибоза.

Због присуства деоксирибозе, нуклеотиди ДНК нуклеинске киселине називају се деоксирибонуклеотиди.

ВРСТЕ НУКЛЕОТИДА И БАЗЕ АЗОТА

ДНК нуклеинска киселина има 4 различите врсте деоксирибонуклеотида.
За разликовање 4 различите врсте деоксирибонуклеотида је само азотна база, повезана са формирањем пентозо-фосфатне групе (која се за разлику од азотне базе никада не мења).
Из очигледних разлога, стога, азотне базе ДНК су 4, конкретно: аденин (А), гванин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т).
Аденин и гванин припадају класи пурина, ароматичних хетероцикличних једињења са двоструким прстеном.
Цитозин и тимин, с друге стране, спадају у категорију пиримидина, ароматичних хетероцикличних једињења са једним прстеном.
Са моделом "двоструке спирале", Ватсон и Црицк су такође објаснили која је организација азотних база унутар ДНК:

• Свака азотна база филамента спаја се, помоћу водоничних веза, са азотном базом присутном на антипаралелној нити, ефикасно формирајући пар, пар, база.
• Упаривање између азотних база два влакна је врло специфично: у ствари, аденин се везује само за тимин, док се цитозин везује само за гванин.
  Ово важно откриће навело је молекуларне биологе и генетичаре да сковају термине "комплементарности између азотних база" и "комплементарног упаривања између азотних база", како би указали на јединственост везивања аденина са тимином и цитозина са гванином. .

ГДЕ СЕ НАЛАЗИ У ЖИВИМ ЋЕЛИЈАМА?

Код еукариотских организама (животиње, биљке, гљиве и протисти), нуклеинска киселина ДНК се налази у језгру свих ћелија које имају ову ћелијску структуру.

У прокариотским организмима (бактерије и археје), нуклеинска киселина ДНК се налази у цитоплазми, јер прокариотским ћелијама недостаје језгро.

РНК

Између две нуклеинске киселине које постоје у природи, РНК представља биолошку макромолекулу која преводи ДНК нуклеотиде у аминокиселине које сачињавају протеине (процес синтезе протеина).
У ствари, РНК нуклеинске киселине је упоредива са речником генетских информација, који се налази у ДНК нуклеинске киселине.
Скраћеница РНА значи рибонуклеинска киселина.

РАЗЛИКЕ ПО КОЈИМА СЕ РАЗЛИКУЈУ ОД ДНК

РНК нуклеинске киселине има неколико разлика у поређењу са ДНК:

• РНК је мањи биолошки молекул од ДНК, обично се састоји од једне нити нуклеотида.
• Пентоза која чини нуклеотиде рибонуклеинске киселине је рибоза. За разлику од деоксирибозе, рибоза има атом кисеоника на угљенику 2.
  Због присуства шећера рибозе, биолози и хемичари су доделили назив рибонуклеинској киселини РНК.
• РНК нуклеотиди су такође познати као рибонуклеотиди.
• РНК нуклеинске киселине дели само 3 од 4 азотне базе са ДНК. У ствари, уместо тимина, има душикову базу урацил.
• РНК се може налазити у различитим деловима ћелије, од језгра до цитоплазме.

ВРСТЕ РНК

Слика: рибоза.

Унутар живих ћелија, РНК нуклеинске киселине постоји у четири главна облика: транспортна РНК (или Пренос РНК или тРНА), мессенгер РНА (или РНК гласник или мРНА), рибосомална РНК (или рибосомска РНК или рРНК) и мала нуклеарна РНК (о мала нуклеарна РНК или снРНА).
Иако играју различите специфичне улоге, четири поменута облика РНК сарађују ради заједничког циља: синтезе протеина, почевши од нуклеотидних секвенци присутних у ДНК.

Вештачки модели

Последњих деценија молекуларни биолози синтетизовали су у лабораторији неколико нуклеинских киселина, идентификованих са придевом "вештачка".
Међу вештачким нуклеинским киселинама заслужују посебан помен: ТНА, ПНА, ЛНА и ГНА.