Općenitost
Nukleinske kiseline su velike biološke molekule DNA i RNA, čija je prisutnost i pravilno funkcioniranje unutar živih stanica bitne za opstanak potonje.
Generička nukleinska kiselina proizlazi iz sjedinjenja, u linearnim lancima, velikog broja nukleotida.
Slika: molekula DNA.
Nukleotidi su male molekule u čijem sastavu sudjeluju tri elementa: fosfatna skupina, dušikova baza i šećer s 5 ugljika.
Nukleinske kiseline su vitalne za opstanak organizma jer surađuju u sintezi bjelančevina, molekula neophodnih za ispravnu provedbu staničnih mehanizama.
DNA i RNA se međusobno razlikuju u nekim aspektima.
Na primjer, DNA ima dva antiparalelna lanca nukleotida i ima deoksiribozu kao šećer s 5 ugljika. RNA, s druge strane, obično ima jedan lanac nukleotida i posjeduje ribozu kao šećer s 5 ugljikovih atoma.
Što su nukleinske kiseline?
Nukleinske kiseline su biološke makromolekule DNA i RNA, čija je prisutnost unutar stanica živih bića bitna za opstanak i ispravan razvoj potonjih.
Prema drugoj definiciji, nukleinske kiseline su biopolimeri nastali spajanjem, u dugim linearnim lancima, velikog broja nukleotida.
Biopolimer ili prirodni polimer veliki je biološki spoj sastavljen od molekularnih jedinica koje su sve iste, a koje se nazivaju monomeri.
NUKLEINSKE KISELINE: TKO JE U POSJEDU?
Nukleinske kiseline ne nalaze se samo u stanicama eukariotskih i prokariotskih organizama, već i u staničnim oblicima života, poput virusa, te u staničnim organelama, poput mitohondrija i kloroplasta.
Opća struktura
Na temelju gornjih definicija, nukleotidi su molekularne jedinice koje čine DNK i RNK nukleinskih kiselina.
Stoga će oni predstavljati glavnu temu ovog poglavlja, posvećenu strukturi nukleinskih kiselina.
STRUKTURA GENERIČKOG NUKLEOTIDA
Generički nukleotid je spoj organske prirode, rezultat spajanja triju elemenata:
- Fosfatna skupina, koja je derivat fosforne kiseline;
- Pentoza, odnosno šećer s 5 ugljikovih atoma;
- Dušikova baza, koja je aromatska heterociklična molekula.
Pentoza predstavlja središnji element nukleotida, jer se na nju vežu fosfatna skupina i dušikova baza.
Slika: Elementi koji čine generički nukleotid nukleinske kiseline. Kao što se može vidjeti, fosfatna skupina i dušikova baza vežu se za šećer.
Kemijska veza koja drži pentozu i fosfatnu skupinu zajedno je fosfodiesterska veza, dok je kemijska veza koja veže pentozu i dušikovu bazu N-glikozidna veza.
KAKO PENTOZA SUDJELUJE U RAZLIČIM LINKOVIMA S OSTALIM ELEMENTIMA?
Prostor: kemičari su smislili numerirati ugljike koji tvore organske molekule na takav način da pojednostave njihovo proučavanje i opis. Ovdje, dakle, 5 ugljika pentoze postaju: ugljik 1, ugljik 2, ugljik 3, ugljik 4 i ugljik 5.
Kriterij dodjele broja prilično je složen, pa smatramo da je prikladno izostaviti objašnjenje.
Od 5 ugljika koji tvore pentozu nukleotida, oni koji su uključeni u veze s dušikovom bazom i fosfatnom skupinom su ugljik 1 i ugljik 5.
- Pentozni ugljik 1 → N-glikozidna veza → dušikova baza
- Pentozni ugljik 5 → fosfodiesterska veza → fosfatna skupina
KAKVE KEMIJSKE VEZE VEZUJU NUKLEOTIDE NUKLEINSKIH KISELINA?
Slika: Struktura pentoze, numeriranje njezinih sastavnih ugljika i veza s dušikovom bazom i fosfatnom skupinom.
U sastavljanju nukleinskih kiselina nukleotidi se organiziraju u dugačke linearne lance, poznatije kao niti.
Svaki nukleotid koji tvori ove dugačke niti veže se za sljedeći nukleotid pomoću fosfodiesterske veze između ugljika 3 njegove pentoze i fosfatne skupine neposredno slijedećeg nukleotida.
EKSTREMITETI
Nukleotidni lanci (ili polinukleotidni lanci), koji čine nukleinske kiseline, imaju dva kraja, poznata kao 5 "kraj (čitaj" pet osnovnih ") i 3" kraj (čitaj "tri glavna"). Konvencijom su biolozi i genetičari ustanovili da "kraj 5" predstavlja glavu niti koja tvori nukleinsku kiselinu, dok "kraj 3" predstavlja njen rep.
S kemijskog gledišta, "5 kraj" nukleinskih kiselina poklapa se s fosfatnom skupinom prvog nukleotida lanca, dok se "3 kraj" nukleinskih kiselina podudara s hidroksilnom (OH) skupinom na ugljiku 3 posljednjeg nukleotida.
Na temelju ove organizacije, u knjigama o genetici i molekularnoj biologiji, nukleotidni lanci nukleinske kiseline opisani su na sljedeći način: P -5 "→ 3" -OH.
* Napomena: slovo P označava atom fosfora fosfatne skupine.
Primjenjujući koncepte 5 "kraja i 3" kraja na jedan nukleotid, "5 kraj" potonjeg je fosfatna skupina vezana na ugljik 5, dok je njegov 3 "kraj hidroksilna skupina spojena na ugljik 3.
U oba slučaja s "poziva čitatelja da obrati pozornost na brojčano ponavljanje: kraj 5" - fosfatna skupina na ugljiku 5 i kraj 3 " - hidroksilna skupina na ugljiku 3.
Opća funkcija
Nukleinske kiseline sadrže, prenose, dešifriraju i izražavaju genetske informacije u proteinima.
Proteini sastavljeni od aminokiselina su biološke makromolekule koje imaju temeljnu ulogu u regulaciji staničnih mehanizama živog organizma.
Genetske informacije ovise o slijedu nukleotida koji čine niti nukleinskih kiselina.
Nagovještaji povijesti
Zasluga za otkriće nukleinskih kiselina, koje se dogodilo 1869. godine, ima švicarski liječnik i biolog Friedrich Miescher.
Miescher je do svojih nalaza došao dok je proučavao jezgru stanica leukocita, s namjerom da bolje razumije njihov unutarnji sastav.
Miescherovi pokusi predstavljali su prekretnicu u području molekularne biologije i genetike, jer su pokrenuli niz studija koje su dovele do identifikacije strukture DNK (Watson i Crick, 1953.) i RNK, do spoznaje o mehanizmima genetsko nasljeđivanje i identifikacija preciznih procesa sinteze proteina.
POREKLO IMENA
Nukleinske kiseline imaju ovaj naziv, jer ih je Miescher identificirao unutar jezgre leukocita (jezgra - nukleinska) i otkrio da sadrže fosfatnu skupinu, derivat fosforne kiseline (derivat fosforne kiseline - kiseline).
DNK
Među poznatim nukleinskim kiselinama, DNK je najpoznatija, jer predstavlja skladište genetskih informacija (ili gena) koje služe za usmjeravanje razvoja i rasta stanica živog organizma.
Kratica DNA znači deoksiribonukleinska kiselina ili deoksiribonukleinska kiselina.
DVOJNI HELIKS
1953., kako bi objasnili strukturu "DNK nukleinske kiseline, biolozi James Watson i Francis Crick predložili su model - koji se kasnije pokazao točnim - takozvane" dvostruke spirale ".
Prema modelu "dvostruke spirale", DNK je velika molekula, nastala spajanjem dva duga lanca antiparalelnih nukleotida i savijenih jedno u drugo.
Izraz "antiparalelno" označava da dvije niti imaju suprotnu orijentaciju, to jest: glava i rep jedne niti međusobno djeluju s repom, a glava druge niti.
Prema drugoj važnoj točki modela "dvostruke spirale", nukleotidi DNA nukleinske kiseline posjeduju takav raspored da su dušične baze orijentirane prema središnjoj osi svake spirale, dok pentoze i fosfatne skupine tvore skelu. potonji.
KOJA JE PENTOZA DNK?
Pentoza koja čini nukleotide nukleinske kiseline DNA je deoksiriboza.
Ovaj šećer s 5 ugljika svoje ime duguje nedostatku kisika na ugljiku 2. Uostalom, deoksiriboza znači "bez kisika".
Slika: deoksiriboza.
Zbog prisutnosti deoksiriboze, nukleotidi DNA nukleinske kiseline nazivaju se deoksiribonukleotidi.
VRSTE NUKLEOTIDA I BAZE DUŠIKA
DNA nukleinska kiselina ima 4 različite vrste deoksiribonukleotida.
Za razlikovanje 4 različite vrste deoksiribonukleotida služi samo dušikova baza, povezana s stvaranjem pentozno-fosfatne skupine (koja se za razliku od dušikove baze nikada ne mijenja).
Iz očiglednih razloga, dakle, dušikove baze DNA su 4, točnije: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i timin (T).
Adenin i gvanin pripadaju klasi purina, aromatskih heterocikličkih spojeva s dvostrukim prstenom.
Citozin i timin, s druge strane, spadaju u kategoriju pirimidina, aromatskih heterocikličkih spojeva s jednim prstenom.
S modelom "dvostruke spirale", Watson i Crick su također objasnili kakva je organizacija dušikovih baza unutar DNK:
- Svaka dušikova baza filamenta spaja se, vodikovim vezama, s dušikovom bazom prisutnom na antiparalelnoj niti, učinkovito tvoreći par, par, baza.
- Uparivanje dušikovih baza dviju niti vrlo je specifično: Adenin se zapravo veže samo za timin, dok se citozin veže samo za gvanin.
Ovo važno otkriće potaknulo je molekularne biologe i genetičare da skovaju pojmove "komplementarnosti između dušikovih baza" i "komplementarnog uparivanja između dušikovih baza", kako bi ukazali na jedinstvenost vezanja adenina s timinom i citozina s gvaninom. .
GDJE SE NALAZI U ŽIVIM STANICAMA?
U eukariotskih organizama (životinje, biljke, gljive i protisti), nukleinska kiselina DNA stanuje u jezgri svih stanica koje imaju ovu staničnu strukturu.
U prokariotskim organizmima (bakterije i arheje) nukleinska kiselina DNA nalazi se u citoplazmi budući da prokariotskim stanicama nedostaje jezgra.
RNK
Između dvije nukleinske kiseline koje postoje u prirodi, RNA predstavlja biološku makromolekulu koja prevodi DNA nukleotide u aminokiseline koje čine proteine (proces sinteze proteina).
Zapravo, RNA nukleinske kiseline usporediva je s rječnikom genetskih podataka, koji se nalazi u DNK nukleinske kiseline.
Skraćenica RNA znači ribonukleinska kiselina.
RAZLIKE PO KOJIMA SE RAZLIKUJU OD DNK
RNA nukleinske kiseline ima nekoliko razlika u odnosu na DNA:
- RNA je manja biološka molekula od DNK, obično se sastoji od jedne niti nukleotida.
- Pentoza koja čini nukleotide ribonukleinske kiseline je riboza. Za razliku od deoksiriboze, riboza ima atom kisika na ugljiku 2.
Zbog prisutnosti šećera riboze, biolozi i kemičari dodijelili su naziv ribonukleinskoj kiselini RNK. - RNA nukleotidi su također poznati kao ribonukleotidi.
- RNA nukleinske kiseline dijeli samo 3 od 4 dušične baze s DNK. Zapravo, umjesto timina, ima dušikovu bazu uracil.
- RNA se može nalaziti u različitim odjeljcima stanice, od jezgre do citoplazme.
VRSTE RNK
Slika: riboza.
Unutar živih stanica RNA nukleinske kiseline postoji u četiri glavna oblika: transportna RNA (ili Prijenos RNA ili tRNA), messenger RNA (ili RNA glasnik ili mRNA), ribosomalna RNA (ili ribosomalna RNA ili rRNA) i male nuklearne RNA (o mala nuklearna RNK ili snRNA).
Iako igraju različite specifične uloge, četiri prethodno spomenuta oblika RNA surađuju radi zajedničkog cilja: sinteze proteina, počevši od nukleotidnih sekvenci prisutnih u DNK.
Umjetni modeli
Posljednjih desetljeća molekularni biolozi sintetizirali su u laboratoriju nekoliko nukleinskih kiselina identificiranih s pridjevom "umjetna".
Među umjetnim nukleinskim kiselinama zaslužuju posebno spomenuti: TNA, PNA, LNA i GNA.
