אלמנטים של חומצות גרעין

החיים על פני כדור הארץ קיימים רק בזכות סוג של תרכובות אורגניות הנקראות חומצות גרעין. סיווג זה של תרכובות מורכב מפולימרים הבנויים מנוקליאוטידים. בין חומצות הגרעין הידועות ביותר נכללים DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית) ו- RNA (חומצה ריבונוקלאית). ה- DNA מספק את תכנית החיים של תאים חיים ואילו ה- RNA מאפשר תרגום של הקוד הגנטי לחלבונים, המרכיבים את מרכיבי החיים הסלולריים. כל נוקלאוטיד בחומצת גרעין מורכב ממולקולת סוכר (ריבוז ב- RNA ודאוקסיריבוז ב- DNA) לבסיס חנקני וקבוצת פוספט. קבוצות הפוספט מאפשרות לקשר בין הנוקלאוטידים, ויוצרים את עמוד השדרה הסוכר-פוספט של חומצת הגרעין ואילו הבסיסים החנקניים מספקים את אותיות האלף-בית. רכיבים אלה של חומצות גרעין בנויים מחמישה יסודות: פחמן, מימן, חמצן, חנקן וזרחן.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

במובנים רבים, החיים על פני כדור הארץ דורשים תרכובות הנקראות חומצות גרעין, סידורים מורכבים של פחמן, מימן, חמצן, חנקן וזרחן הפועלים כהדפסים כחולים, וקוראי הדפסים כחולים, של אורגניזמים גנטיקה.

כמולקולה אורגנית, פחמן משמש כמרכיב מפתח של חומצות גרעין. אטומי פחמן מופיעים בסוכר של עמוד השדרה של חומצת הגרעין, ובבסיסים החנקניים.

אטומי חמצן מופיעים בבסיסים החנקניים, בסוכר ובפוספטים של הנוקלאוטידים. הבדל חשוב בין DNA ו- RNA טמון במבנה הסוכרים שלהם. מחוברים למבנה טבעת הפחמן-חמצן של הריבוז שוכבות ארבע קבוצות הידרוקסיל (OH). בדאוקסיריבוז מימן אחד מחליף קבוצת הידרוקסיל אחת. הבדל זה באטום חמצן מוביל למונח "דאוקסי" בדאוקסיריבוז.

אטומי מימן קשורים לאטומי פחמן וחמצן בתוך הסוכר ובסיסי החנקן של חומצות גרעין. הקשרים הקוטביים הנוצרים על ידי קשרי מימן-חנקן בבסיסי החנקן מאפשרים ליצור קשרי מימן בין קווצות גרעין חומצות, מה שמביא ליצירת דנ"א כפול גדילי, כאשר שני גדילי דנ"א מוחזקים יחד על ידי קשרי המימן של הבסיס זוגות. ב- DNA זוגות בסיס אלה מיישרים קו עם אדנין לתימין וגואנין לציטוזין. לזיווג בסיס זה תפקיד חשוב הן בשכפול והן בתרגום של ה- DNA.

הבסיסים המכילים חנקן של חומצות גרעין מופיעים כפירמידינים ופורינים. פירימידינים, מבנים טבעתיים בודדים עם חנקן הנמצאים במיקום הראשון והשלישי של הטבעת, כוללים ציטוזין ותימין, במקרה של DNA. תחליפי אורציל לתימין ב- RNA. לפורינים מבנה טבעתי כפול, שבו טבעת פירימידין מצטרפת לטבעת שנייה באטומי הפחמן הרביעי והחמישי לטבעת המכונה טבעת אימידאזול. טבעת שנייה זו מכילה אטומי חנקן נוספים במיקום השביעי והתשיעי. אדנין וגואנין הם בסיסי הפורין המצויים ב- DNA. לאדנין, ציטוזין וגואנין יש קבוצת אמינו נוספת (המכילה חנקן) המחוברת למבנה הטבעת. קבוצות אמינו מחוברות אלה מעורבות בקשרי מימן הנוצרים בין זוגות בסיס של גדילי חומצות גרעין שונות.

לכל סוכר מחוברת קבוצת פוספט המורכבת מזרחן וחמצן. פוספט זה מאפשר לקשר בין מולקולות הסוכר של נוקלאוטידים שונים בשרשרת פולימרית.