Nukleiinhapped: struktuur, funktsioon, tüübid ja näited

Nukleiinhapped esindavad ühte neljast põhikategooriast biomolekulid, mis on rakud moodustavad ained. Teised on valgud, süsivesikud ja lipiidid (või rasvad).

Nukleiinhapped, mille hulka kuuluvad: DNA (desoksüribonukleiinhape) ja RNA (ribonukleiinhape), erinevad ülejäänud kolmest biomolekulist selle poolest, et neid ei saa vanemorganismi energiaga varustamiseks metaboliseerida.

(Seetõttu ei näe toitumisalase teabe etikettidel "nukleiinhapet".)

DNA ja RNA ülesandeks on geneetilise teabe salvestamine. Teie enda DNA täieliku koopia võib leida peaaegu iga teie keha raku tuumast, muutes selle DNA kogumi - nn. kromosoomid selles kontekstis - pigem nagu sülearvuti kõvaketas.

Selles skeemis nimetatakse sellist tüüpi RNA pikkust messenger RNA sisaldab kodeeritud juhiseid ainult ühe valguprodukti kohta (s.t. see sisaldab ühte geeni) ja on seetõttu pigem nagu "oluline ajam", mis sisaldab ühte olulist faili.

DNA ja RNA on omavahel väga tihedalt seotud. Vesinikuaatomi (–H) üks asendamine DNA-s hüdroksüülrühma (–OH) külge, mis on kinnitatud vastav süsinikuaatom RNA-s moodustab nende kahe kogu keemilise ja struktuurse erinevuse nukleiinhapped.

Nagu näete, on aga nii, nagu keemias nii sageli juhtub, sellel, mis tundub aatomi tasandil väikese erinevusena, ilmsed ja sügavad praktilised tagajärjed.

Nukleiinhapped koosnevad nukleotiididest, mis on ained, mis ise koosnevad kolmest erinevast keemilisest rühmast: a pentoosisuhkur, üks kuni kolm fosfaatrühmad ja a lämmastikuga alus.

RNA-s olev pentoosisuhkur on riboos, samas kui DNA-s on desoksüriboos. Samuti on nukleiinhapetes nukleotiididel ainult üks fosfaatrühm. Üks näide tuntud nukleotiidist, millel on mitu fosfaatrühma, on ATPvõi adenosiinitrifosfaat. ADP (adenosiindifosfaat) osaleb paljudes samades protsessides, mida teeb ATP.

Üksikud DNA molekulid võivad olla erakordselt pikk ja võib ulatuda terve kromosoomi ulatuses. RNA molekulide suurus on palju piiratum kui DNA molekulidel, kuid kvalifitseeruvad siiski makromolekulideks.

Riboos (RNA suhkur) on viie aatomiga tsükkel, mis sisaldab nelja viiest suhkrus sisalduvast süsinikust. Kolm ülejäänud on hõivatud hüdroksüül (–OH) rühmadega, üks vesiniku aatomi ja üks hüdroksümetüül (–CH2OH) rühmaga.

Ainus erinevus desoksüriboos (DNA suhkur) seisneb selles, et üks kolmest hüdroksüülrühmast (see, mis asub 2-süsiniku asendis) on kadunud ja asendatakse vesinikuaatomiga.

Kuigi nii DNA-s kui ka RNA-s on nukleotiide, milles on üks neljast võimalikust lämmastikalusest, varieeruvad need kahe nukleiinhappe vahel veidi. DNA sisaldab adeniini (A), tsütosiini (C), guaniini (G) ja tümiini. kusjuures RNA-l on A, C ja G, kuid uratsiil (U) tümiini asemel.

Enamik DNA ja RNA funktsionaalsetest erinevustest on seotud nende märkimisväärselt erineva rolliga rakkudes. DNA on koht, kus on salvestatud elamise geneetiline kood - mitte ainult paljunemine, vaid igapäevane elu.

RNA või vähemalt mRNA vastutab sama teabe kogumise ja ribosoomidesse viimise eest väljaspool tuuma, kuhu on ehitatud valgud, mis võimaldavad neid eelpool nimetatud metaboolseid aineid läbi viia tegevused.

Nukleiinhappe alusjärjestus on see, kus kanduvad selle spetsiifilised sõnumid ja lämmastik alused võib seega öelda, et nad on lõpuks vastutavad sama liigi loomade erinevuste eest - see on, sama tunnuse erinevad ilmingud (nt silmade värv, keha juuste muster).

Nukleiinhapete kaks alust (A ja G) on puriinid, samas kui kaks (C ja T DNA-s; R ja R) C ja U on pürimidiinid. Puriini molekulid sisaldavad kahte kondenseerunud ringi, pürimidiinidel on ainult üks ja üldiselt väiksemad. Nagu varsti teada saate, on DNA molekul kaheahelaline sideme tõttu nukleotiidid külgnevates suundades.

Puriinialus saab siduda ainult pürimidiinalusega, sest kaks puriini võtaks liiga palju ruumi ahelate ja kahe pürimidiini vahel liiga vähe, puriini-pürimidiini kombinatsioon on just õige suurus.

Kuid asju kontrollitakse tegelikult rangemalt: nukleiinhapetes on Avõlakirjad ainultT (võiU RNA-s), kusjuures C seondub ainult G-ga.

DNA molekuli täielik kirjeldus kui a kaheahelaline heeliks James Watsoni ja Francis Cricki poolt 1953. aastal pälvisid duo Nobeli preemia, ehkki Rosalind Franklin oli selle saavutuseni viinud aastatel paaris edu saavutamisel oluline ja aastal alahinnatud ajalooraamatud.

Looduses DNA eksisteerib spiraalina sest see on energeetiliselt kõige soodsam vorm selle sisalduva konkreetse molekulikomplekti jaoks.

DNA molekuli külgahelad, alused ja muud osad kogevad elektrokeemiliste atraktsioonide ja elektrokeemiliste ühendite õiget segu tõuked nii, et molekul oleks kõige mugavam kahe spiraali kujul, üksteisest veidi nihkes, nagu põimitud spiraalstiilis trepikojad.

DNA ahelad koosnevad vahelduvatest fosfaatrühmadest ja suhkrujääkidest, kusjuures lämmastikalused on kinnitatud suhkruosa erinevasse ossa. DNA või RNA ahel pikeneb tänu ühe nukleotiidi fosfaatrühma ja järgmise suhkrujäägi vahel tekkinud vesiniksidemetele.

Täpsemalt, fosfaat sissetuleva nukleotiidi süsinikuarvul 5 (sageli kirjutatud 5 ') on kinnitatud hüdroksüülrühma asemel kasvava polünukleotiidi (väike nukleiinhape) süsinikul number 3 (või 3 ') hape). Seda tuntakse kui fosfodiesteri sidumine.

Samal ajal on kõik A-alustega nukleotiidid rivistatud nukleotiididega, mille DNA-s on T-alused, ja RNA-s U-alustega nukleotiididega; C paarid ainulaadselt G-ga mõlemas.

Väidetavalt on DNA molekuli kaks ahelat täiendavad üksteisele, kuna ühe alusjärjestuse saab määrata teise alusjärjestuse abil tänu lihtsale aluse paaristamise skeemile, mida nukleiinhappemolekulid jälgivad.

Nagu märgitud, on RNA keemiliselt erakordselt sarnane DNA-ga, kusjuures ainult üks lämmastikalune alus nelja seas on erinev ja üks "ekstra" hapniku aatom RNA suhkrus. Ilmselt on need näiliselt tühised erinevused piisavad, et tagada biomolekulide oluliselt erinev käitumine.

Nimelt on RNA üheahelaline. See tähendab, et te ei näe selle nukleiinhappe kontekstis terminit "komplementaarne ahel". Sama RNA ahela erinevad osad võivad aga omavahel suhelda, mis tähendab, et RNA kuju varieerub tegelikult rohkem kui DNA kuju (eranditult topeltheeliks). Vastavalt sellele on arvukalt erinevaid RNA tüüpe.

• mRNAvõi messenger RNA kasutab teate kandmiseks komplementaarset aluspaari. DNA annab selle transkriptsiooni ajal ribosoomidesse, kus see sõnum tõlgitakse valgusünteesiks. Transkriptsiooni kirjeldatakse üksikasjalikult allpool.
• rRNAvõi ribosomaalne RNA moodustab olulise osa ribosoomide massist, valgusünteesi eest vastutavad rakkude struktuurid. Ülejäänud ribosoomide mass koosneb valkudest.
• tRNAvõi ülekantav RNA mängib translatsioonis kriitilist rolli, viies kasvava polüpeptiidahela jaoks määratud aminohapped kohale, kuhu valgud kokku pannakse. Looduses on 20 aminohapet, millest igaühel on oma tRNA.
  

Kujutage ette, et teile esitatakse nukleiinhappe ahel koos aluse järjestusega AAATCGGCATTA. Ainuüksi selle teabe põhjal peaksite saama kaks asja kiiresti järeldada.

Üks, et see on DNA, mitte RNA, nagu näitab tümiini (T) olemasolu. Teine asi, mida saate öelda, on see, et selle DNA molekuli komplementaarsel ahelal on alusjärjestus TTTAGCCGTAAT.

Samuti võite olla kindel mRNA ahelas, mis tuleneks sellest DNA ahelast, mis läbib RNA transkriptsiooni. See oleks sama aluste järjestus nagu komplementaarne DNA ahel, kusjuures tümiin (T) on asendatud uratsiiliga (U).

Selle põhjuseks on see, et DNA replikatsioon ja RNA transkriptsioon toimivad sarnaselt matriitsahelast tehtud ahelaga mitte selle haru duplikaat, kuid selle komplement või samaväärne RNA.

Selleks, et DNA molekul saaks endast koopia teha, peavad topeltheeliksi kaks ahelat kopeerimise läheduses eralduma. Seda seetõttu, et iga ahel kopeeritakse (kopeeritakse) eraldi ja seetõttu, et ensüümid ja muud molekulid, milles osalevad DNA replikatsioon vajavad suhtlemiseks ruumi, mida topeltheeliks ei paku. Nii eralduvad need kaks ahelat füüsiliselt ja väidetavalt on DNA denatureeritud.

Iga eraldatud DNA ahel muudab uue ahela iseendaga komplementaarseks ja jääb sellega seotuks. Nii et mõnes mõttes ei erine miski uues kaheahelalises molekulis tema vanemast. Keemiliselt on neil sama molekulaarne koostis. Kuid üks kahekordse spiraali kiududest on täiesti uus, teine ​​aga jääb replikatsioonist endast alles.

Kui DNA replikatsioon toimub samaaegselt mööda eraldatud komplementaarset ahelat, toimub uute ahelate süntees tegelikult vastassuunas. Ühelt poolt kasvab uus ahel lihtsalt DNA denatureerimise käigus "lahti tõmbamise" suunas.

Teisel pool sünteesitakse aga väikeseid fragmente uuest DNA-st ära ahelate eraldamise suunast. Neid nimetatakse Okazaki fragmentideks ja pärast teatud pikkuse saavutamist ühendavad need ensüümid. Need kaks uut DNA ahelat on antiparalleelne üksteisele.

RNA transkriptsioon on sarnane DNA replikatsiooniga selle poolest, et selle käivitamiseks on vaja DNA-ahelate paaritumist. mRNA valmistatakse piki DNA matriiti RNA polümeraasi ensüümi RNA nukleotiidide järjestikuse lisamise teel.

See DNA-st loodud RNA esialgne ärakiri loob selle, mida me nimetame pre-mRNA. See pre-mRNA ahel sisaldab mõlemat intronid ja eksonid. Intronid ja eksonid on DNA / RNA sektsioonid, mis kas geeniprodukti osi kas kodeerivad või ei kodeeri.

Intronid on kodeerimata sektsioonid (neid nimetatakse ka "intsektsioonid ") eksonid on kodeerivad jaotised (neid nimetatakse ka "ntpressitud sektsioonid ").

Enne selle mRNA ahela lahkumist tuumast valguks tõlkimiseks vabastavad tuumas olevad ensüümid ehk lõigatud intronid, kuna need ei kodeeri selles konkreetses geenis midagi. Seejärel ühendavad ensüümid ülejäänud intronjärjestused, et saada lõplik mRNA ahel.

Üks mRNA ahel sisaldab tavaliselt täpselt aluse järjestust, mis on vajalik ühe ainulaadse valgu kokku saamiseks allavoolu tõlge protsess, mis tähendab, et üks mRNA molekul kannab tavaliselt teavet ühe kohta geen. Geen on DNA järjestus, mis kodeerib konkreetset valguprodukti.

Kui transkriptsioon on lõppenud, eksporditakse mRNA ahel tuumast välja tuuma ümbrises olevate pooride kaudu. (RNA molekulid on liiga suured, et lihtsalt läbi tuumamembraani difundeerida, nagu ka vesi ja muud väikesed molekulid). Seejärel "dokkib" ribosoomid - tsütoplasmas või teatud organellides ja valgusüntees algatatakse.

Nukleiinhappeid ei saa kütuseks metaboliseerida, kuid neid saab luua väga väikestest molekulidest või jagada nende täielikul kujul väga väikesteks osadeks. Nukleotiidid sünteesitakse anaboolsete reaktsioonide kaudu, sageli nukleosiididest, mis on nukleotiidid miinus fosfaatrühmad (see tähendab, et nukleosiid on riboossuhkur pluss lämmastikalus).

Samuti võib DNA ja RNA laguneda: nukleotiididest nukleosiidideks, seejärel lämmastikalusteks ja lõpuks kusihappeks.

Nukleiinhapete lagunemine on oluline üldine tervis. Näiteks on puriinide lõhustamatus seotud podagraga, mis on valus haigus, mis mõjutab mõnda liigest tänu uraatide kristallide ladestumisele nendes kohtades.