Nukleiinihapot: rakenne, toiminta, tyypit ja esimerkit

Nukleiinihapot edustavat yhtä neljästä pääryhmästä biomolekyylit, jotka ovat aineita, jotka muodostavat solut. Muut ovat proteiineja, hiilihydraatteja ja lipidejä (tai rasvoja).

Nukleiinihapot, jotka sisältävät DNA (deoksiribonukleiinihappo) ja RNA (ribonukleiinihappo), eroavat kolmesta muusta biomolekyylistä siinä, että niitä ei voida metaboloida toimittamaan energiaa emo-organismille.

(Siksi et näe "nukleiinihappoa" ravintotietotarroissa.)

DNA: n ja RNA: n tehtävänä on tallentaa geneettistä tietoa. Täydellinen kopio omasta DNA: stasi löytyy melkein jokaisen kehosi solun ytimestä, mikä tekee tämän DNA-aggregaatin - nimeltään kromosomit tässä yhteydessä - pikemminkin kuin kannettavan tietokoneen kiintolevy.

Tässä kaaviossa kutsutaan sellaista RNA: n pituutta lähettäjän RNA sisältää koodatut ohjeet vain yhdelle proteiinituotteelle (ts. se sisältää yhden geenin) ja on siksi enemmän kuin "peukalo", joka sisältää yhden tärkeän tiedoston.

DNA ja RNA liittyvät hyvin läheisesti toisiinsa. Vetyatomin (–H) yksittäinen korvaaminen DNA: ssa hydroksyyliryhmään (–OH), joka on kiinnittynyt vastaava hiiliatomi RNA: ssa vastaa näiden kahden kemiallista ja rakenteellista eroa nukleiinihapot.

Kuten huomaat, kuten kemiassa niin usein tapahtuu, pienellä atomitason erolla näyttävällä on ilmeisiä ja syvällisiä käytännön seurauksia.

Nukleiinihapot koostuvat nukleotideista, jotka ovat aineita, jotka itse koostuvat kolmesta erillisestä kemiallisesta ryhmästä: a pentoosisokeri, yhdestä kolmeen fosfaattiryhmät ja a typpipitoinen emäs.

RNA: n pentoosisokeri on riboosi, kun taas DNA: ssa se on deoksiriboosi. Lisäksi nukleiinihapoissa nukleotideilla on vain yksi fosfaattiryhmä. Yksi esimerkki tunnetusta nukleotidista, jolla on useita fosfaattiryhmiä, on ATPtai adenosiinitrifosfaatti. ADP (adenosiinidifosfaatti) osallistuu moniin samoihin prosesseihin kuin ATP.

Yksittäiset DNA-molekyylit voivat olla poikkeuksellisen pitkä ja voi ulottua koko kromosomin pituudelle. RNA-molekyylien koko on paljon pienempi kuin DNA-molekyylien, mutta silti ne luokitellaan makromolekyyleiksi.

Riboosi (RNA: n sokeri) on viiden atomin rengas, joka sisältää neljä viidestä sokerissa olevasta hiilestä. Kolme muusta on hydroksyyli (–OH) -ryhmien käytössä, yksi vetyatomin ja yksi hydroksimetyyli (–CH2OH) -ryhmän.

Ainoa ero deoksiriboosi (DNA: n sokeri) on se, että yksi kolmesta hydroksyyliryhmästä (yksi 2-hiili-asemassa) on kadonnut ja korvataan vetyatomilla.

Vaikka sekä DNA: lla että RNA: lla on nukleotideja, joihin sisältyy yksi neljästä mahdollisesta typpipitoisesta emäksestä, nämä vaihtelevat hieman kahden nukleiinihapon välillä. DNA sisältää adeniinia (A), sytosiinia (C), guaniinia (G) ja tymiinia. kun taas RNA: lla on A, C ja G, mutta urasiili (U) tymiinin sijasta.

Suurin osa DNA: n ja RNA: n toiminnallisista eroista liittyy niiden huomattavasti erilaisiin rooleihin soluissa. DNA on paikka, jossa elämisen geneettinen koodi - paitsi lisääntyminen, myös päivittäinen elämä - on tallennettu.

RNA tai ainakin mRNA on vastuussa saman tiedon keräämisestä ja tuomisesta ribosomeihin ytimen ulkopuolella, johon rakennetaan proteiineja, jotka mahdollistavat edellä mainitun aineenvaihdunnan toimintaa.

Nukleiinihapon emässekvenssi sisältää sen spesifiset viestit ja typpipitoisen emästen voidaan siten sanoa olevan viime kädessä vastuussa saman lajin eläinten eroista - se On, saman ominaisuuden erilaiset ilmenemismuodot (esim. silmien väri, vartalon hiuskuvio).

Kaksi nukleiinihappojen emäksistä (A ja G) ovat puriineja, kun taas kaksi (C ja T DNA: ssa; C ja U RNA: ssa) ovat pyrimidiinit. Puriinimolekyylit sisältävät kaksi fuusioitunutta rengasta, kun taas pyrimidiinillä on vain yksi ja ne ovat yleensä pienempiä. Kuten pian opit, DNA-molekyyli on kaksijuosteinen koska nukleotidit vierekkäisissä säikeissä.

Puriiniemäs voi sitoutua vain pyrimidiiniemäseen, koska kaksi puriinia vie liikaa tilaa säikeiden ja kahden pyrimidiinin välillä liian vähän, ja puriini-pyrimidiini-yhdistelmä on juuri oikea koko.

Mutta asioita hallitaan tarkemmin kuin tämä: Nukleiinihapoissa Ajoukkovelkakirjoja vainT (taiU RNA: ssa), kun taas C sitoutuu vain G: hen.

Täydellinen kuvaus DNA-molekyylistä a kaksisäikeinen kierukka James Watson ja Francis Crick antoivat duolle vuonna 1953 Nobel-palkinnon, vaikka röntgendiffraktiotyö Rosalind Franklin tähän saavutukseen johtaneina vuosina oli tärkeä parin menestyksessä ja on usein aliarvioitu historiakirjat.

Luonnossa, DNA esiintyy kierukkana koska tämä on energeettisesti edullisin muoto tietylle molekyyliryhmälle, jonka se sisältää.

DNA-molekyylin sivuketjuilla, emäksillä ja muilla osilla on oikea sekoitus sähkökemiallisia vetovoimia ja sähkökemiallisia karkotukset niin, että molekyyli on "mukavin" kahden spiraalin muotoinen, hieman toisistaan ​​poikkeava, kuten kudottu spiraalityyli portaat.

DNA-säikeet koostuvat vuorotellen fosfaattiryhmistä ja sokerijäännöksistä typpipitoisten emästen kiinnittyessä sokerin osan eri osaan. DNA- tai RNA-juoste pidennetään yhden nukleotidin fosfaattiryhmän ja seuraavan sokerijäännöksen välille muodostuneiden vetysidosten ansiosta.

Erityisesti fosfaatti sisääntulevan nukleotidin hiilessä numero 5 (usein kirjoitettu 5 ') on kiinnittynyt hydroksyyliryhmän sijasta kasvavan polynukleotidin (pieni nukleiinihappo 3-hiili) happo). Tätä kutsutaan nimellä fosfodiesteri-sidos.

Samaan aikaan kaikki nukleotidit, joilla on A-emäkset, rivitetään nukleotideihin, joissa on T-emäkset DNA: ssa, ja nukleotideihin, joissa on U-emäksiä RNA: ssa; C-parit ainutlaatuisesti G: n kanssa molemmissa.

DNA-molekyylin kahden säikeen sanotaan olevan täydentävä toisilleen, koska yhden emässekvenssi voidaan määrittää käyttämällä toisen emässekvenssiä yksinkertaisen emäspariliitoskaavion ansiosta, joita nukleiinihappomolekyylit tarkkailevat.

Kuten todettiin, RNA on poikkeuksellisen samanlainen kuin DNA kemiallisella tasolla, ja vain yksi typpipitoinen emäs neljän joukossa on erilainen ja yksi "ylimääräinen" happiatomi RNA: n sokerissa. Nämä näennäisesti triviaalit erot ovat ilmeisesti riittäviä varmistamaan olennaisesti erilainen käyttäytyminen biomolekyylien välillä.

Erityisesti RNA on yksisäikeinen. Toisin sanoen et näe termiä "komplementaarinen juoste", jota käytetään tämän nukleiinihapon yhteydessä. Saman RNA-juosteen eri osat voivat kuitenkin olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, mikä tarkoittaa, että RNA: n muoto vaihtelee itse asiassa enemmän kuin DNA: n muoto (poikkeuksetta kaksoiskierre). Vastaavasti on olemassa useita erityyppisiä RNA: ta.

• mRNA, tai messenger-RNA, käyttää komplementaarista emäsparia viestin kuljettamiseen. DNA antaa sen transkription aikana ribosomeihin, jossa kyseinen viesti muunnetaan proteiinisynteesiksi. Transkriptio kuvataan yksityiskohtaisesti alla.
• rRNA, tai ribosomaalinen RNA, muodostaa huomattavan osan ribosomien massasta, proteiinisynteesistä vastuussa olevien rakenteiden rakenteista. Loput ribosomien massasta koostuvat proteiineista.
• tRNAtai siirto-RNA: lla on kriittinen rooli translaatiossa siirtämällä kasvavalle polypeptidiketjulle tarkoitetut aminohapot pisteeseen, johon proteiinit kootaan. Luonnossa on 20 aminohappoa, joista jokaisella on oma tRNA.
  

Kuvittele, että sinulle esitetään nukleiinihapposäde, jossa on emässekvenssi AAATCGGCATTA. Pelkästään näiden tietojen perusteella sinun pitäisi pystyä tekemään kaksi asiaa nopeasti.

Yksi, että tämä on DNA, ei RNA, kuten paljastaa tymiinin (T) läsnäolo. Toinen asia, jonka voit kertoa, on se, että tämän DNA-molekyylin komplementaarisella juosteella on emässekvenssi TTTAGCCGTAAT.

Voit myös olla varma mRNA-juosteesta, joka johtuisi tästä DNA-juosteesta, jolle tehdään RNA-transkriptio. Sillä olisi sama emäsjärjestys kuten komplementaarinen DNA-juoste, jolloin kaikki tymiini (T) korvataan urasiililla (U).

Tämä johtuu siitä, että DNA-replikaatio ja RNA-transkriptio toimivat samalla tavalla kuin templaattisäikeestä valmistettu juoste on ei kopiota siitä säikeestä, mutta sen komplementti tai vastaava RNA: ssa.

Jotta DNA-molekyyli voisi tehdä kopion itsestään, kaksoiskierteen kahden säikeen on erotuttava kopioinnin läheisyydessä. Tämä johtuu siitä, että jokainen säie kopioidaan (replikoituu) erikseen ja koska entsyymit ja muut molekyylit, jotka osallistuvat siihen DNA kopiointi tarvitsevat tilaa vuorovaikutukseen, jota kaksoiskierre ei tarjoa. Siten nämä kaksi säiettä erotetaan fyysisesti, ja DNA: n sanotaan olevan denaturoitu.

Jokainen erotettu DNA-juoste tekee uuden juosteen täydentävän itseään ja pysyy sitoutuneena siihen. Joten tietyssä mielessä mikään ei eroa jokaisessa uudessa kaksijuosteisessa molekyylissä sen vanhemmasta. Kemiallisesti heillä on sama molekyylikoostumus. Mutta jokaisen kaksoiskierteen yksi säikeistä on upouusi, kun taas toinen jää jäljelle itse replikaatiosta.

Kun DNA-replikaatio tapahtuu samanaikaisesti erillisten komplementaaristen juosteiden varrella, uusien säikeiden synteesi tapahtuu tosiasiallisesti vastakkaisiin suuntiin. Toiselta puolelta uusi juoste yksinkertaisesti kasvaa siihen suuntaan, että DNA "puretaan" sen denaturoitumisen yhteydessä.

Toisaalta syntetisoidaan kuitenkin pieniä fragmentteja uudesta DNA: sta pois säikeiden erottamisen suunnasta. Näitä kutsutaan Okazaki-fragmenteiksi, ja entsyymit yhdistävät ne yhteen saavutettuaan tietyn pituuden. Nämä kaksi uutta DNA-säiettä ovat antiparallel toisilleen.

RNA-transkriptio on samanlainen kuin DNA-replikaatio siinä mielessä, että DNA-säikeiden parittaminen vaaditaan, jotta se voi alkaa. mRNA tehdään DNA-templaattia pitkin lisäämällä RNA-nukleotideja peräkkäin RNA-entsyymi-entsyymillä.

Tämä DNA: sta luotu RNA: n alkuperäinen transkriptio luo sen, mitä kutsumme pre-mRNA. Tämä pre-mRNA-juoste sisältää molemmat intronit ja eksonit. Intronit ja eksonit ovat osia DNA / RNA: ssa, jotka joko koodaavat tai eivät koodaa geenituotteen osia.

Intronit ovat koodaamattomia osioita (kutsutaan myös nimellä "intjaksot ") eksonit ovat koodaavia osioita (kutsutaan myös nimellä "expuristetut osat ").

Ennen kuin tämä mRNA-juoste jättää ytimen muunnettavaksi proteiiniksi, entsyymit ytimen sisällä valmistetaan, eli leikataan, intronit, koska ne eivät koodaa mitään kyseisessä geenissä. Entsyymit yhdistävät sitten jäljellä olevat intronisekvenssit, jotta saat lopullisen mRNA-juosteen.

Yksi mRNA-juoste sisältää yleensä tarkalleen emässekvenssin, joka tarvitaan yhden ainutlaatuisen proteiinin kokoamiseksi alavirtaan käännös mikä tarkoittaa, että yksi mRNA-molekyyli kuljettaa tyypillisesti tietoa yhdelle geeni. Geeni on DNA-sekvenssi, joka koodaa tiettyä proteiinituotetta.

Kun transkriptio on valmis, mRNA-juoste viedään ulos ytimestä huokosten läpi ydinkuoressa. (RNA-molekyylit ovat liian suuria diffundoitumiseen ydinkalvon läpi, kuten vesi ja muut pienet molekyylitkin). Sitten se "telakoituu" ribosomit - sytoplasmassa tai tietyissä organelleissa, ja proteiinisynteesi on aloitettu.

Nukleiinihappoja ei voida metabolisoida polttoaineeksi, mutta ne voidaan luoda hyvin pienistä molekyyleistä tai hajottaa niiden täydellisestä muodosta hyvin pieniksi osiksi. Nukleotidit syntetisoidaan anabolisten reaktioiden kautta, usein nukleosidista, jotka ovat nukleotideja miinus fosfaattiryhmät (ts. Nukleosidit ovat riboosisokeri plus typpipitoinen emäs).

DNA ja RNA voidaan myös hajottaa: nukleotideista nukleosideiksi, sitten typpipitoisiksi emäksiksi ja lopulta virtsahapoksi.

Nukleiinihappojen hajoaminen on tärkeää yleinen terveys. Esimerkiksi kyvyttömyys hajottaa puriineja liittyy kihtiin, tuskalliseen sairauteen, joka vaikuttaa joihinkin niveliin uraattikiteiden kerrostumien ansiosta näissä paikoissa.