Nukleinske kisline: struktura in funkcija. Biološka vloga nukleinskih kislin

Nukleinske kisline hranijo in prenašajo genetske podatke, ki jih podedujemo od naših prednikov. Če imate otroke, bodo vaši genetski podatki v njihovem genomu rekombinirani in združeni z genetskimi informacijami vašega partnerja. Vaš lastni genom se podvoji, kadar je vsaka celica razdeljena. Poleg tega nukleinske kisline vsebujejo določene segmente, imenovane gene, ki so odgovorne za sintezo vseh proteinov v celicah. Lastnosti genov nadzirajo biološke lastnosti vašega telesa.

Splošne informacije

Obstajata dva razreda nukleinske kisline: deoksiribonukleinska kislina (bolj znan kot DNA) in ribonukleinsko kislino (bolj znan kot RNA).

DNA je nitna veriga genov, ki je potrebna za rast, razvoj, vitalno aktivnost in razmnoževanje vseh znanih živih organizmov in večine virusov.

Spremembe v DNA večceličnih organizmov bodo privedle do sprememb v naslednjih generacijah.

DNA je biogenetski substrat, ki ga najdemo v vseh obstoječih živih bitjih, od najpreprostejših živih organizmov do visoko organiziranih sesalcev.

Mnogi virusni delci (virioni) vsebujejo RNA v jedru kot genetski material. Vendar pa je treba omeniti, da virusi ležijo na meji živih in neživih, saj brez gostiteljskega mobilnega aparata ostanejo neaktivni.

Zgodovinsko ozadje

Leta 1869 je Friedrich Mischer izločil jedra iz levkocitov in ugotovil, da vsebujejo snov, bogata s fosforjem, ki jo je imenoval nuklein.

Hermann Fisher je v 1880. letih odkril purinske in pirimidinske baze v nukleinskih kislinah.

Leta 1884 je R. Hertwig predlagal, da so nukleinske kisline odgovorne za prenos dednih lastnosti.

Leta 1899 je Richard Altman uvedel izraz "core acid".

Še kasneje so v 40. letih 20. stoletja znanstveniki Kaspersson in Brashe odkrili povezavo med nukleinskimi kislinami in sintezo proteinov.

Nukleotidi

Polinukleotidi so sestavljeni iz nukleotidov - monomerov, povezanih v verige.

V strukturi nukleinskih kislin so izolirani nukleotidi, od katerih ima vsaka naslednjo strukturo:

• Dušikova baza.
• Pentosomski sladkor.
• Fosfatna skupina.

Vsak nukleotid vsebuje dušik vsebujoč aromatski osnove pritrjeno na pentoze (pet-ogljik) saharida, ki pa je vezan na ostanek fosforjeve kisline. Takšni monomeri, ki povezujejo med seboj, tvorijo polimerne verige. Povezani so s kovalentnimi vodikovi vezi, ki nastanejo med enim fosfornim delom in enim pentoznim sladkorjem druge verige. Te povezave se imenujejo fosfodiester. Fosfodiesterne vezi oblikujejo fosfat-ogljikovodikove ogrodje (skelet) tako DNK kot RNK.

Deoksiribonukleotid

Razmislite o lastnostih nukleinskih kislin v jedru. DNK tvori kromosomski aparat jedra naših celic. DNK vsebuje "programska navodila" za normalno delovanje celice. Ko celica reproducira podobno, se ta navodila prenesejo v novo celico med mitozo. DNK ima obliko dvojno verižne makromolekule, ki je vtaknjena v dvojno vijačno nit.

Kot del nukleinske kisline prisotna saharidno deoksiriboznega-fosfat hrbtenico in štirih dušikovih baz: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) in timin (T). Dvojni verižni vijačnici adenin parova z timin (A-T), gvanina, - s citozin (G-C).

Leta 1953 sta James D. Watson in Francis H.K. Creek je predlagal tridimenzionalno strukturo DNA, ki temelji na rentgenskih kristalografskih podatkih z nizko ločljivostjo. Prav tako so se sklicevali na ugotovitve biologa Erwina Chargaffa, da je količina timina v DNA enaka količini adenina, količina gvanina pa je enaka količini citozina. Watson in Creek, ki si je leta 1962 zaslužil Nobelovo nagrado za svoj prispevek k znanosti, je napovedal, da dve vrsti polinukleotidov tvorita dvojno vijačnico. Niti, čeprav so enaki, vendar se zavrtijo v nasprotnih smereh. Fosfat-ogljikove verige se nahajajo na zunanji strani spirale in baze ležijo znotraj, kjer se povezujejo z bazami na drugi verigi skozi kovalentne vezi.

Ribonukleotidi

Molekula RNK obstaja kot enostranski spiralni filament. Struktura RNA prisotne riboza-fosfatnega ogrodja ogljikovih hidratov in nitrata baze: adenin, gvanin, citozin in uracil (U). Ko je hoja v RNA transkripcijo proizvedena od matrične DNA, proizvaja gvanin povezal z citozin (G-C) in adenin s uracila (A-U).

RNA fragmenti se uporabljajo za reprodukcijo beljakovin v vseh živih celicah, kar zagotavlja nenehno rast in delitev.

Obstajajo dve glavni funkciji nukleinskih kislin. Prvič, pomagajo DNK, ki služi kot posredniki, ki prenašajo potrebne dedne informacije nešteto ribosomov v našem telesu. Druga primarna funkcija RNK je zagotoviti pravilno aminokislino, potrebno za vsak ribosom, da bi ustvarila nov protein. Obstaja več različnih razredov RNA.

Informacijska RNA (mRNA ali mRNA-matrika) je kopija bazne sekvence regije DNA, pridobljene kot posledica prepisovanja. Informacijska RNA posreduje med DNA in ribosomi - celični organeli, ki vzamejo aminokisline iz transportne RNK in jih uporabijo za izgradnjo polipeptidne verige.

Transportna RNA (tRNA) aktivira branje dednih podatkov iz matriksne RNK, zaradi česar se začne proces prevajanja sinteze ribonukleinske kisline - beljakovine. Prav tako prenaša želene aminokisline na mesta, kjer se beljakovina sintetizira.

Ribosomska RNA (rRNA) je glavni gradbeni material ribosomov. Matriks ribonukleotid veže na določenem mestu, kjer je mogoče prebrati njene podatke, s čimer se sproži proces prevajanja.

MikroRNA so majhne molekule RNK, ki delujejo kot regulatorji mnogih genov.

Funkcije nukleinskih kislin so izredno pomembne za življenje na splošno in za vsako celico posebej. Skoraj vse funkcije, ki jih izvaja celica, urejajo proteini, sintetizirani z RNA in DNA. Encimi, beljakovinski izdelki, katalizirajo vse vitalne procese: dihanje, prebavo, vse vrste presnove.

Razlike med strukturo nukleinskih kislin

Posebne lastnosti baz nukleinskih kislin

Adenin in gvanin sta purini v njihovih lastnostih. To pomeni, da njihova molekularna struktura vključuje dva kondenzirana benzenska obroča. Citozin in timin se nato nanašata na pirimidine in imata en benzenski obroč. Monomeri RNK gradijo svoje verige z uporabo adeninskih, gvaninskih in citozinskih baz in namesto timina pritrdijo uracil (Y). Vsaka od pirimidinskih in purinskih baz ima svojo edinstveno strukturo in lastnosti, lastno skupino funkcionalnih skupin, povezanih z benzenskim obročem.

V molekularni biologiji so bile sprejete posebne enopasne okrajšave, ki označujejo dušikove baze: A, T, T, C ali Y.

Pentosomski sladkor

Poleg različnih nizov dušikovih baz, se DNA in RNA monomeri razlikujejo v sestavi pentoznih sladkorjev. Pet-atomski ogljikovodik v DNA je deloksibrioza, medtem ko je v RNK riboza. V strukturi so skoraj enaki, le z eno razliko: riboza doda hidroksilno skupino in se v deoksiribozo nadomesti z vodikovim atomom.

Sklepi

V razvoju bioloških vrst in kontinuitete življenja, vloge nukleinskih kislin ni mogoče preveč poudariti. Kot sestavni del vseh jeder živih celic so odgovorni za aktiviranje vseh življenjskih procesov, ki potekajo v celicah.