Vigtige nukleinsyrer i naturen inkluderer deoxyribonukleinsyre eller DNA og ribonukleinsyre eller RNA. De kaldes syrer, fordi de er protondonorer (dvs. hydrogenatom), og derfor bærer de en negativ ladning.
Kemisk er DNA og RNA polymerer, hvilket betyder at de består af gentagne enheder, ofte et meget stort antal af dem. Disse enheder kaldes nukleotider. Alle nukleotider inkluderer igen tre forskellige kemiske dele: et pentosesukker, en phosphatgruppe og en nitrogenholdig base.
DNA adskiller sig fra RNA på tre primære måder. Den ene er, at det sukker, der udgør den strukturelle "rygrad" i nukleinsyremolekylet, er deoxyribose, mens det i RNA er ribose. Hvis du overhovedet er fortrolig med den kemiske nomenklatur, vil du erkende, at dette er en lille forskel i den overordnede strukturelle ordning; ribose har fire hydroxyl (-OH) grupper, mens deoxyribose har tre.
Den anden forskel er, at mens en af de fire nitrogenholdige baser, der findes i DNA, er thymin, er den tilsvarende base i RNA uracil. De nitrogenholdige baser af nukleinsyrer er det, der dikterer disse ultimative egenskaber molekyler, fordi fosfat- og sukkerdelene ikke varierer inden for eller mellem molekylerne i samme type.
Endelig er DNA dobbeltstrenget, hvilket betyder at det består af to lange kæder af nukleotider kemisk bundet af to nitrogenholdige baser. DNA'et er viklet i en "dobbelt helix" -form, som en fleksibel stige snoet i modsatte retninger i begge ender.
Generelle egenskaber ved DNA
Deoxyribose består af en fem-atomring, fire carbonatomer og et ilt, formet som en femkant eller måske hjemmeplade i baseball. Fordi kulstof danner fire bindinger og ilt to, efterlader dette otte bindingssteder fri på de fire kulstofatomer, to pr. Kulstof, et over og et under ringen. Tre af disse pletter er optaget af hydroxyl (-OH) grupper, og fem hævdes af hydrogenatomer.
Dette sukkermolekyle kan binde til en af fire nitrogenholdige baser: adenin, cytosin, guanin og thymin. Adenin (A) og guanin (G) er puriner, mens cytosin (C) og thymin (T) er pyrimidiner. Puriner er større molekyler end pyrimidiner; fordi de to tråde af ethvert komplet DNA-molekyle er bundet i midten af deres nitrogenholdige baser, disse bindinger skal dannes mellem en purin og en pyrimidin for at holde den samlede størrelse af de to baser på tværs af molekylet omtrent konstant. (Det hjælper med at henvise til ethvert diagram over nukleinsyrer ved læsning, såsom dem i referencerne.) Som det sker, binder A sig udelukkende til T i DNA, mens C binder udelukkende til G.
Deoxyribose bundet til en nitrogenholdig base kaldes a nukleosid. Når en fosfatgruppe tilsættes til deoxyribose ved kulstoffet to pletter væk fra, hvor basen er bundet, dannes et komplet nukleotid. Særlige egenskaber ved de respektive elektrokemiske ladninger på de forskellige atomer i nukleotider er ansvarlig for dobbeltstrenget DNA, der naturligt danner en spiralform, og de to DNA-tråde i molekylet hedder komplementære tråde.
Generelle egenskaber ved RNA
Pentosesukkeret i RNA er ribose snarere end deoxyribose. Ribose er identisk med deoxyribose bortset fra at ringstrukturen er bundet til fire hydroxyl- (-OH) grupper og fire hydrogenatomer i stedet for henholdsvis tre og fem. Ribosedelen af et nukleotid er bundet til en phosphatgruppe og en nitrogenholdig base, som med DNA, med alternerende phosphater og sukker, der danner RNA "rygraden". Baserne, som nævnt ovenfor, inkluderer A, C og G, men den anden pyrimidin i RNA er uracil (U) snarere end T.
Mens DNA kun vedrører lagring af information (et gen er simpelthen en streng af DNA, der koder for et enkelt protein), antager forskellige typer RNA forskellige funktioner. Messenger-RNA, eller mRNA, er lavet af DNA, når det almindeligvis dobbeltstrengede DNA opdeles i to enkelte tråde med henblik på transkription. Det resulterende mRNA tager i sidste ende vej mod de dele af celler, hvor proteinfremstilling finder sted, og bærer instruktionerne til denne proces leveret af DNA. En anden type RNA, transfer RNA (tRNA), deltager i fremstillingen af proteiner. Dette sker på celleorganeller kaldet ribosomer, og ribosomer i sig selv består hovedsageligt af en tredje type RNA kaldet, passende, ribosomalt RNA (rRNA).
De kvælstofholdige baser
De fem nitrogenholdige baser - adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og thymin (T) i DNA og de første tre plus uracil (U) i RNA - er dele af nukleinsyrer, der i sidste ende er ansvarlige for mangfoldigheden af genprodukter på tværs af levende ting. Sukker- og fosfatdelene er essentielle, da de giver struktur og stillads, men baserne er, hvor koderne genereres. Hvis du tænker på din bærbare computer som en nukleinsyre eller i det mindste en streng af nukelotider, er hardwaren (f.eks. Diskdrev, skærm skærm, mikroprocessor) er analog med sukkerarter og fosfater, mens uanset hvilken software og apps du kører er som kvælstofholdige baser, fordi det unikke sortiment af programmer, du har indlæst på dit system, effektivt gør din computer til en enestående "organisme."
Som beskrevet tidligere klassificeres nitrogenholdige baser som enten puriner (A og G) eller pyrimidiner (C, T og U). A parres altid i en DNA-streng med T, og C parres altid med G. Det er vigtigt, at når en DNA-streng bruges som en skabelon til RNA-syntese (transkription), på hvert punkt langs det voksende RNA-molekyle, RNA-nukleotidet, der er skabt ud fra "forælder" DNA-nukleotidet, inkluderer den base, som er den, "moder" -basen altid binder til. Dette udforskes i et yderligere afsnit.
Puriner består af en seks-leders nitrogen-og-carbon-ring og en fem-leders nitrogen-og-carbon-ring, som en sekskant og en femkant, der deler en side. Purinsyntese involverer kemisk tilpasning af et ribosesukker efterfulgt af tilsætning af amino (-NH2) grupper. Pyrimidiner har også en seks-leders nitrogen- og kulstofring, som puriner, men mangler fem-leders nitrogen- og kulstofring af puriner. Puriner har derfor en højere molekylvægt end pyrimidiner.
Syntesen af nukleotider indeholdende pyrimidiner og syntesen af nukleotider indeholdende puriner forekommer i den modsatte rækkefølge i et afgørende trin. I pyrimidiner samles basedelen først, og resten af molekylet modificeres senere til et nukleotid. I puriner modificeres den del, der i sidste ende bliver adenin eller guanin, mod slutningen af dannelsen af nukleotider.
Transskription og oversættelse
Transkription er oprettelsen af en streng af mRNA fra en DNA-skabelon, der bærer de samme instruktioner (dvs. genetisk kode) til fremstilling af et bestemt protein som skabelonen gør. Processen sker i cellekernen, hvor DNA er placeret. Når et dobbeltstrenget DNA-molekyle adskilles i enkelte tråde og transkription fortsætter, mRNA, der genereres fra en streng af det "udpakkede" DNA-par er identisk med DNA'et for den anden streng af udpakket DNA, bortset fra at mRNA indeholder U i stedet for T. (Igen er det nyttigt at henvise til et diagram; se referencer.) Når mRNA'en er fuldstændig, forlader den kernen gennem porerne i kernemembranen. Efter at mRNA'en forlader kernen, binder den sig til et ribosom.
Enzymer fastgøres derefter til det ribosomale kompleks og hjælper med oversættelsesprocessen. Oversættelse er omdannelsen af mRNA's instruktion til proteiner. Dette sker, når aminosyrer, underenhederne af proteiner, genereres fra tre-nukleotid "kodoner" på mRNA-strengen. Processen involverer også rRNA (da translation finder sted på ribsomer) og tRNA (som hjælper med at samle aminosyrer).
Fra DNA-tråde til kromosomer
DNA-tråde samles i en dobbelt helix på grund af en sammenflydning af relaterede faktorer. En af disse er de hydrogenbindinger, der naturligt falder på plads over forskellige dele af molekylet. Når spiralen dannes, er bindingsparret af nitrogenholdige baser vinkelret på aksen for den dobbelte helix som helhed. Hver fuld drejning inkluderer i alt ca. 10 bundbaserede par. Hvad der måske var blevet kaldt "siderne" af DNA'et, når det blev lagt ud som en "stige", kaldes nu "kæderne" i den dobbelte helix. Disse består næsten udelukkende af ribose- og fosfatdelene af nukleotider, hvor baserne er indeni. Helixen siges at have både større og mindre riller, der bestemmer dens i sidste ende stabile form.
Mens kromosomer kan beskrives som meget lange DNA-tråde, er dette en grov forenkling. Det er rigtigt, at et givet kromosom i teorien kunne vikles ud for at afsløre et enkelt ubrudt DNA-molekyle, men dette indikerer ikke den indviklede vikling, spoling og klyngedannelse, som DNA gør på vej til dannelse af en kromosom. Et kromosom har millioner af DNA-basepar, og hvis alt DNA blev strakt ud uden at bryde spiralen, ville dets længde strække sig fra nogle få millimeter til over en centimeter. I virkeligheden er DNA langt mere kondenseret. Proteiner kaldet histoner dannes fra fire par underenhedsproteiner (i alt otte underenheder). Denne oktamer tjener som en slags spole for DNA-dobbelthelixen til at vikle sig rundt to gange som en tråd. Denne struktur, octameren plus DNA viklet rundt om den, kaldes et nukleosom. Når et kromosom delvist vikles ud i en streng kaldet kromatid, ser disse nukleosomer ud i mikroskopi som perler på en streng. Men over nukleosomniveauet forekommer yderligere kompression af det genetiske materiale, selvom den nøjagtige mekanisme forbliver undvigende.
Nukleinsyrer og fremkomsten af liv
DNA, RNA og proteiner overvejes biopolymerer fordi de er gentagne informationssekvenser og aminosyrer, der er forbundet med levende ting ("bio" betyder "liv"). Molekylære biologer anerkender i dag, at DNA og RNA i en eller anden form er forud for fremkomsten af liv Jorden, men fra og med 2018 havde ingen fundet ud af vejen fra tidlige biopolymerer til simpel levevis ting. Nogle har teoretiseret, at RNA i en eller anden form var den oprindelige kilde til alle disse ting, inklusive DNA. Dette er "RNA-verdenshypotesen." Dette præsenterer imidlertid en slags kylling-og-æg-scenarie for biologer, fordi tilstrækkeligt store RNA-molekyler tilsyneladende ikke kunne have opstået på nogen anden måde end transkription. Under alle omstændigheder undersøger forskere med stigende iver i øjeblikket RNA som et mål for det første selvreplikerende molekyle.
Medicinske terapier
Kemikalier, der efterligner bestanddelene af nukleinsyrer, bruges i dag som medicin, med yderligere udvikling på dette område i gang. For eksempel er en let modificeret form for uracil, 5-fluorouracil (5-FU), blevet brugt i årtier til behandling af tyktarmskræft. Det gør det ved at efterligne en ægte nitrogenholdig base tæt nok, så den bliver indsat i nyproduceret DNA. Dette fører i sidste ende til en sammenbrud i proteinsyntese.
Efterlignere af nukleosider (som du måske husker er et ribosesukker plus en nitrogenholdig base) er blevet anvendt i antibakterielle og antivirale terapier. Nogle gange er det basedelen af nukleosidet, der gennemgår modifikation, og på andre tidspunkter er lægemidlet målrettet mod sukkerdelen.
