Všeobecnost
Nukleové kyseliny jsou velké biologické molekuly DNA a RNA, jejichž přítomnost a správné fungování v živých buňkách jsou zásadní pro jejich přežití.
Generická nukleová kyselina pochází ze spojení velkého počtu nukleotidů v lineárních řetězcích.
Obrázek: Molekula DNA.
Nukleotidy jsou malé molekuly, na jejichž konstituci se podílejí tři prvky: fosfátová skupina, dusíkatá báze a 5-uhlíkový cukr.
Nukleové kyseliny jsou životně důležité pro přežití organismu, protože spolupracují při syntéze proteinů, molekul nezbytných pro správnou implementaci buněčných mechanismů.
DNA a RNA se od sebe v některých ohledech liší.
Například DNA má dva antiparalelní nukleotidové řetězce a má deoxyribózu jako 5-uhlíkový cukr. Na druhé straně RNA má obvykle jeden řetězec nukleotidů a má ribózu jako cukr s 5 atomy uhlíku.
Co jsou nukleové kyseliny?
Nukleové kyseliny jsou biologické makromolekuly DNA a RNA, jejichž přítomnost v buňkách živých bytostí je nezbytná pro jejich přežití a správný vývoj.
Podle jiné definice jsou nukleové kyseliny biopolymery vznikající spojením velkého počtu nukleotidů v dlouhých lineárních řetězcích.
Biopolymer nebo přírodní polymer je velká biologická sloučenina složená z molekulárních jednotek, které jsou všechny stejné, které se nazývají monomery.
NUKLEICKÉ KYSELINY: KDO JE V POSLEDNOSTÍ?
Nukleové kyseliny sídlí nejen v buňkách eukaryotických a prokaryotických organismů, ale také v acelulárních formách života, jako jsou viry, a v buněčných organelách, jako jsou mitochondrie a chloroplasty.
Obecná struktura
Na základě výše uvedených definic jsou nukleotidy molekulární jednotky, které tvoří DNA a RNA nukleových kyselin.
Budou tedy představovat hlavní téma této kapitoly, věnované struktuře nukleových kyselin.
STRUKTURA GENERICKÉHO NUCLEOTIDU
Generický nukleotid je sloučenina organické povahy, která je výsledkem spojení tří prvků:
- Fosfátová skupina, která je derivátem kyseliny fosforečné;
- Pentóza, tj. Cukr s 5 atomy uhlíku;
- Dusíkatá báze, což je aromatická heterocyklická molekula.
Pentóza představuje centrální prvek nukleotidů, protože se na ni váže fosfátová skupina a dusíkatá báze.
Obrázek: Prvky, které tvoří generický nukleotid nukleové kyseliny. Jak je vidět, fosfátová skupina a dusičná báze se vážou na cukr.
Chemická vazba, která drží pentózu a fosfátovou skupinu pohromadě, je fosfodiesterová vazba, zatímco chemická vazba, která váže pentózu a dusíkatou bázi, je N-glykosidická vazba.
JAK SE PENTÓZA PODÍLÍ NA RŮZNÝCH ODKAZECH S OSTATNÍMI PRVKY?
Předpoklad: chemici mysleli na číslování uhlíků, které tvoří organické molekuly, tak, aby se zjednodušilo jejich studium a popis. Zde tedy 5 uhlíků pentózy tvoří: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5.
Kritérium přiřazení čísla je poměrně složité, proto považujeme za vhodné vynechat vysvětlení.
Z 5 uhlíků, které tvoří pentózu nukleotidů, jsou uhlíky 1 a uhlík 5 zapojené do vazeb s dusíkatou bází a fosfátovou skupinou.
- Pentózový uhlík 1 → N-glykosidická vazba → dusíková báze
- Pentózový uhlík 5 → fosfodiesterová vazba → fosfátová skupina
JAKÝ JE CHEMICKÁ VAZBA VAZBA NA NUCLEOTIDY JADERNÝCH KYSELIN?
Obrázek: Struktura pentózy, číslování jejích základních uhlíků a vazby s dusíkovou bází a fosfátovou skupinou.
Při skládání nukleových kyselin se nukleotidy organizují do dlouhých lineárních řetězců, známějších jako vlákna.
Každý nukleotid tvořící tato dlouhá vlákna se váže na další nukleotid pomocí fosfodiesterové vazby mezi uhlíkem 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostředně následujícího nukleotidu.
EXTREMITY
Nukleotidová vlákna (nebo polynukleotidová vlákna), která tvoří nukleové kyseliny, mají dva konce, známé jako 5 "konec (čti" pět prime ") a 3" konec (čti "tři prime"). Biologové a genetici konvencí stanovili, že „konec 5“ představuje hlavu vlákna tvořícího nukleovou kyselinu, zatímco „konec 3“ představuje jeho ocas.
Z chemického hlediska se „5 konec“ nukleových kyselin shoduje s fosfátovou skupinou prvního nukleotidu řetězce, zatímco „3 konec“ nukleových kyselin se shoduje s hydroxylovou (OH) skupinou na uhlíku 3 posledního nukleotidu.
Právě na základě této organizace jsou v knihách o genetice a molekulární biologii popsána nukleotidová vlákna nukleové kyseliny následovně: P -5 "→ 3" -OH.
* Poznámka: písmeno P označuje atom fosforu fosfátové skupiny.
Při použití konceptů 5 "konec a 3" konec na jeden nukleotid, "5 konec" posledně uvedeného je fosfátová skupina navázaná na uhlík 5, zatímco jeho 3 "konec je hydroxylová skupina spojená s uhlíkem 3.
V obou případech s "vyzývá čtenáře, aby věnoval pozornost numerické recidivě: konec 5" - fosfátová skupina na uhlíku 5 a konec 3 " - hydroxylová skupina na uhlíku 3.
Obecná funkce
Nukleové kyseliny obsahují, transportují, dešifrují a vyjadřují genetické informace v proteinech.
Proteiny, složené z aminokyselin, jsou biologické makromolekuly, které hrají zásadní roli v regulaci buněčných mechanismů živého organismu.
Genetická informace závisí na sekvenci nukleotidů, které tvoří vlákna nukleových kyselin.
Náznaky historie
Zásluhu na objevu nukleových kyselin, ke kterému došlo v roce 1869, má švýcarský lékař a biolog Friedrich Miescher.
Miescher svá zjištění provedl při studiu buněčného jádra leukocytů se záměrem lépe porozumět jejich vnitřnímu složení.
Miescherovy experimenty představovaly zlom v oblasti molekulární biologie a genetiky, protože zahájily sérii studií, které vedly k identifikaci struktury DNA (Watson a Crick, v roce 1953) a RNA, k poznání mechanismů genetická dědičnost a identifikace přesných procesů syntézy proteinů.
PŮVOD JMÉNA
Nukleové kyseliny mají tento název, protože je Miescher identifikoval v jádru leukocytů (jádro - nukleová) a zjistil, že obsahují fosfátovou skupinu, derivát kyseliny fosforečné (derivát kyseliny fosforečné - kyseliny).
DNA
Mezi známými nukleovými kyselinami je nejznámější DNA, protože představuje skladiště genetických informací (nebo genů), které slouží k usměrnění vývoje a růstu buněk živého organismu.
Zkratka DNA znamená deoxyribonukleovou kyselinu nebo deoxyribonukleovou kyselinu.
DVOJITÁ SPIRÁLA
V roce 1953, aby vysvětlili strukturu „DNA nukleové kyseliny, biologové James Watson a Francis Crick navrhli model - který se později ukázal jako správný - takzvané„ dvojité šroubovice “.
Podle modelu „dvojité šroubovice“ je DNA velká molekula, která vzniká spojením dvou dlouhých vláken antiparalelních nukleotidů a stočených do sebe.
Termín "antiparallel" naznačuje, že obě vlákna mají opačnou orientaci, to znamená: hlava a ocas jednoho vlákna interagují s ocasem a hlavou druhého vlákna.
Podle dalšího důležitého bodu modelu „dvojité šroubovice“ mají nukleotidy DNA nukleové kyseliny takové uspořádání, že dusíkaté báze jsou orientovány směrem ke středové ose každé spirály, zatímco pentózy a fosfátové skupiny tvoří lešení. dopis.
CO JE PENTÓZA DNA?
Pentóza, která tvoří nukleotidy nukleové kyseliny DNA, je deoxyribóza.
Tento cukr s 5 uhlíky vděčí za svůj název nedostatku kyslíku na uhlíku 2. Koneckonců, deoxyribóza znamená „bez kyslíku“.
Obrázek: deoxyribóza.
Díky přítomnosti deoxyribózy se nukleotidy nukleové kyseliny DNA nazývají deoxyribonukleotidy.
TYPY NUCLEOTIDŮ A ZÁKLADŮ DUSÍKU
DNA nukleová kyselina má 4 různé typy deoxyribonukleotidů.
Rozlišit 4 různé typy deoxyribonukleotidů je pouze dusíková báze, spojená s tvorbou pentózofosfátové skupiny (která se na rozdíl od dusíkové báze nikdy nemění).
Ze zřejmých důvodů jsou tedy dusíkaté báze DNA 4, konkrétně: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T).
Adenin a guanin patří do třídy purinů, aromatických heterocyklických sloučenin s dvojitým kruhem.
Cytosin a thymin naopak spadají do kategorie pyrimidinů, jednokruhových aromatických heterocyklických sloučenin.
Watson a Crick s modelem „dvojité šroubovice“ také vysvětlili, jaká je organizace dusíkatých bází uvnitř DNA:
- Každá dusíkatá báze vlákna spojuje pomocí vodíkových vazeb dusíkatou bázi přítomnou na antiparalelním vláknu, čímž účinně tvoří pár, pár, bází.
- Párování mezi dusíkatými bázemi těchto dvou vláken je velmi specifické: ve skutečnosti se adenin váže pouze na thymin, zatímco cytosin se váže pouze na guanin.
Tento důležitý objev přiměl molekulární biology a genetiky k tomu, aby spojili termíny „komplementarita mezi dusíkatými bázemi“ a „komplementární párování mezi dusíkatými bázemi“, což naznačuje jedinečnost vazby adeninu s thyminem a cytosinu s guaninem. .
KDE SÍDÍ V ŽIVÝCH BUNĚČKÁCH?
V eukaryotických organismech (zvířata, rostliny, houby a prvoky) se nukleová kyselina DNA nachází v jádru všech buněk s touto buněčnou strukturou.
V prokaryotických organismech (bakterie a archea) však nukleová kyselina DNA sídlí v cytoplazmě, protože prokaryotickým buňkám chybí jádro.
RNA
Mezi dvěma v přírodě existujícími nukleovými kyselinami představuje RNA biologickou makromolekulu, která převádí nukleotidy DNA na aminokyseliny tvořící proteiny (proces syntézy proteinů).
Ve skutečnosti je RNA nukleové kyseliny srovnatelná se slovníkem genetických informací, uváděným na DNA nukleové kyseliny.
Zkratka RNA znamená ribonukleovou kyselinu.
ROZDÍLY, KTERÉ TO ROZDĚLUJÍ OD DNA
RNA nukleové kyseliny má ve srovnání s DNA několik rozdílů:
- RNA je menší biologická molekula než DNA, obvykle tvořená jedním vláknem nukleotidů.
- Pentóza, která tvoří nukleotidy ribonukleové kyseliny, je ribóza. Na rozdíl od deoxyribózy má ribóza atom kyslíku na uhlíku 2.
Je to kvůli přítomnosti ribózového cukru, že biologové a chemici přiřadili RNA název ribonukleové kyseliny. - RNA nukleotidy jsou také známé jako ribonukleotidy.
- Nukleová kyselina RNA sdílí s DNA pouze 3 ze 4 dusíkatých bází. Ve skutečnosti má místo tyminu dusíkatou bázi uracil.
- RNA může sídlit v různých kompartmentech buňky, od jádra po cytoplazmu.
TYPY RNA
Obrázek: ribóza.
V živých buňkách existuje RNA nukleové kyseliny ve čtyřech hlavních formách: transportní RNA (nebo Přenos RNA nebo tRNA), messenger RNA (nebo Posel RNA nebo mRNA), ribozomální RNA (nebo ribozomální RNA nebo rRNA) a malá jaderná RNA (o malá jaderná RNA nebo snRNA).
Ačkoli hrají různé specifické role, čtyři výše uvedené formy RNA spolupracují na společném cíli: syntéze proteinů, počínaje nukleotidovými sekvencemi přítomnými v DNA.
Umělé modely
V posledních desetiletích molekulární biologové syntetizovali v laboratoři několik nukleových kyselin identifikovaných s přídavným jménem „umělé“.
Mezi umělými nukleovými kyselinami si zaslouží zvláštní zmínku: TNA, PNA, LNA a GNA.
