Kwasy nukleinowe przechowują i przekazują informacje genetyczne, które odziedziczyliśmy po naszych przodkach. Jeśli masz dzieci, informacje genetyczne w ich genomie zostaną zrekombinowane i połączone z informacjami genetycznymi partnera. Twój własny genom jest duplikowany za każdym razem, gdy każda komórka się dzieli. Ponadto kwasy nukleinowe zawierają pewne segmenty zwane genami, które są odpowiedzialne za syntezę wszystkich białek w komórkach. Właściwości genów kontrolują cechy biologiczne twojego ciała.
Informacje ogólne
Istnieją dwie klasy kwasów nukleinowych: kwas dezoksyrybonukleinowy (lepiej znany jako DNA) i kwas rybonukleinowy (lepiej znany jako RNA).
DNA to nitkowaty łańcuch genów, który jest niezbędny do wzrostu, rozwoju, życia i reprodukcji wszystkich znanych organizmów żywych i większości wirusów.
Zmiany w DNA organizmów wielokomórkowych doprowadzą do zmian w kolejnych pokoleniach.
DNA jest substratem biogenetycznym,znaleźć we wszystkich istniejących żywych istotach, od najprostszych żywych organizmów po wysoce zorganizowane ssaki.
Wiele cząsteczek wirusa (wirionów) zawiera RNA w jądrze komórkowym jako materiał genetyczny. Należy jednak wspomnieć, że wirusy leżą na pograniczu przyrody ożywionej i nieożywionej, ponieważ bez aparatu komórkowego żywiciela pozostają nieaktywne.
Tło historyczne
W 1869 Friedrich Miescher wyizolował jądra z białych krwinek i odkrył, że zawierają one bogatą w fosfor substancję, którą nazwał nukleiną.
Hermann Fischer odkrył zasady purynowe i pirymidynowe w kwasach nukleinowych w latach 80. XIX wieku.
W 1884 r. R. Hertwig zasugerował, że nukleiny są odpowiedzialne za przenoszenie cech dziedzicznych.
W 1899 r. Richard Altmann ukuł termin „kwas rdzeniowy”.
A później, w latach 40. XX wieku, naukowcy Kaspersson i Brachet odkryli powiązanie między kwasami nukleinowymi a syntezą białek.
Nukleotydy
Polinukleotydy są zbudowane z wielu nukleotydów - monomerów połączonych ze sobą w łańcuchy.
W strukturze kwasów nukleinowych izolowane są nukleotydy, z których każdy zawiera:
- Baza azotowa.
- Cukier pentozowy.
- Grupa fosforanów.
Każdy nukleotyd zawiera aromatyczną zasadę zawierającą azot przyłączoną do sacharydu pentozowego (pięciowęglowego), który z kolei jest przyłączony do reszty kwasu fosforowego. Takie monomery po połączeniu ze sobą tworzą polimerwięzy. Są one połączone kowalencyjnymi wiązaniami wodorowymi, które występują między resztą fosforową jednego łańcucha a cukrem pentozowym drugiego łańcucha. Wiązania te nazywane są wiązaniami fosfodiestrowymi. Wiązania fosfodiestrowe tworzą szkielet fosforanowo-węglowodanowy (szkielet) zarówno DNA, jak i RNA.
Deoksyrybonukleotyd
Rozważmy właściwości kwasów nukleinowych znajdujących się w jądrze. DNA tworzy aparat chromosomowy jądra naszych komórek. DNA zawiera „instrukcje oprogramowania” dotyczące normalnego funkcjonowania komórki. Kiedy komórka reprodukuje swój własny rodzaj, instrukcje te są przekazywane nowej komórce podczas mitozy. DNA ma wygląd dwuniciowej makrocząsteczki skręconej w podwójną spiralną nić.
Kwas nukleinowy zawiera szkielet sacharydowy fosforanowo-dezoksyrybozowy i cztery zasady azotowe: adeninę (A), guaninę (G), cytozynę (C) i tyminę (T). W dwuniciowej helisie pary adenina z tyminą (A-T), pary guanina z cytozyną (G-C).
W 1953 roku James D. Watson i Francis H. K. Crick zaproponował trójwymiarową strukturę DNA na podstawie krystalograficznych danych rentgenowskich o niskiej rozdzielczości. Odnieśli się również do ustaleń biologa Erwina Chargaffa, że w DNA ilość tyminy jest równoważna ilości adeniny, a ilość guaniny jest równoważna ilości cytozyny. Watson i Crick, którzy zdobyli Nagrodę Nobla w 1962 roku za swój wkład w naukę, postulowali, że dwie nici polinukleotydów tworzą podwójną helisę. Nici, choć są identyczne, skręcają się w przeciwnych kierunkach.wskazówki. Łańcuchy fosforanowo-węglowe znajdują się na zewnątrz helisy, podczas gdy zasady leżą wewnątrz, gdzie łączą się z zasadami na drugim łańcuchu wiązaniami kowalencyjnymi.
Rybonukleotydy
Cząsteczka RNA istnieje jako jednoniciowa spiralna nić. Struktura RNA zawiera szkielet węglowodanowo-fosforanowo-rybozowy oraz zasady azotanowe: adeninę, guaninę, cytozynę i uracyl (U). Kiedy RNA jest tworzone na matrycy DNA podczas transkrypcji, pary guanina z cytozyną (G-C) i adenina z uracylem (A-U).
Fragmenty RNA są wykorzystywane do reprodukcji białek we wszystkich żywych komórkach, co zapewnia ich ciągły wzrost i podział.
Są dwie główne funkcje kwasów nukleinowych. Po pierwsze, pomagają DNA, służąc jako pośrednicy, którzy przekazują niezbędne informacje dziedziczne niezliczonym rybosomom w naszym ciele. Inną główną funkcją RNA jest dostarczanie prawidłowego aminokwasu, którego każdy rybosom potrzebuje do wytworzenia nowego białka. Istnieje kilka różnych klas RNA.
Messaging RNA (mRNA lub mRNA - szablon) to kopia podstawowej sekwencji segmentu DNA uzyskanej w wyniku transkrypcji. Komunikator RNA służy jako pośrednik między DNA a rybosomami - organellami komórkowymi, które przyjmują aminokwasy z transferowego RNA i wykorzystują je do budowy łańcucha polipeptydowego.
Transfer RNA (tRNA) aktywuje odczyt danych dziedzicznych z informacyjnego RNA, co skutkuje procesem translacjikwas rybonukleinowy - synteza białek. Transportuje również odpowiednie aminokwasy tam, gdzie syntetyzowane jest białko.
Rybosomalny RNA (rRNA) jest głównym budulcem rybosomów. Wiąże szablonowy rybonukleotyd w określonym miejscu, w którym można odczytać jego informacje, rozpoczynając w ten sposób proces translacji.
MiRNA to małe cząsteczki RNA, które działają jako regulatory wielu genów.
Funkcje kwasów nukleinowych są niezwykle ważne dla życia w ogóle, aw szczególności dla każdej komórki. Prawie wszystkie funkcje, które wykonuje komórka, są regulowane przez białka syntetyzowane za pomocą RNA i DNA. Enzymy, produkty białkowe, katalizują wszystkie procesy życiowe: oddychanie, trawienie, wszystkie rodzaje metabolizmu.
Różnice między strukturą kwasów nukleinowych
| Dezoskirybonukleotyd | Rybonukleotyd | |
| Funkcja | Długotrwałe przechowywanie i przesyłanie danych dziedzicznych | Transformacja informacji przechowywanych w DNA w białka; transport aminokwasów. Przechowywanie danych dziedzicznych niektórych wirusów. |
| Monosacharyd | Deoksyryboza | Ryboza |
| Struktura | Kształt spirali dwuniciowej | Kształt spiralny jednoniciowy |
| Bazy azotanowe | T, C, A, G | U, C, G, A |
Wyróżniające właściwości zasad kwasów nukleinowych
Adenina i guanina przezich właściwościami są puryn. Oznacza to, że ich struktura molekularna obejmuje dwa skondensowane pierścienie benzenowe. Z kolei cytozyna i tymina należą do pirymidyn i mają jeden pierścień benzenowy. Monomery RNA budują swoje łańcuchy za pomocą zasad adeninowych, guaninowych i cytozyny, a zamiast tyminy dodają uracyl (U). Każda z zasad pirymidynowych i purynowych ma swoją unikalną strukturę i właściwości, własny zestaw grup funkcyjnych połączonych z pierścieniem benzenowym.
W biologii molekularnej stosuje się specjalne jednoliterowe skróty do oznaczania zasad azotowych: A, T, G, C lub U.
Cukier pentozowy
Oprócz innego zestawu zasad azotowych, monomery DNA i RNA różnią się zawartością cukru pentozowego. Węglowodan o pięciu atomach w DNA to dezoksyryboza, podczas gdy w RNA jest to ryboza. Są one prawie identyczne w budowie, z jedną tylko różnicą: ryboza dodaje grupę hydroksylową, podczas gdy w dezoksyrybozie zastępuje ją atom wodoru.
Wnioski
W ewolucji gatunków biologicznych i ciągłości życia nie można przecenić roli kwasów nukleinowych. Jako integralna część wszystkich jąder żywych komórek, odpowiadają za aktywację wszystkich procesów życiowych zachodzących w komórkach.
