ნუკლეინის მჟავები: სტრუქტურა, ფუნქცია, ტიპები და მაგალითები

Ნუკლეინის მჟავა წარმოადგენს ოთხი ძირითადი კატეგორიიდან ერთს ბიომოლეკულები, რომლებიც წარმოადგენენ უჯრედების შემადგენელ ნივთიერებებს. დანარჩენები ცილები, ნახშირწყლები და ლიპიდები (ან ცხიმები).

ნუკლეინის მჟავები, რომლებიც მოიცავს დნმ (დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა) და RNA (რიბონუკლეინის მჟავა), განსხვავდება დანარჩენი სამი ბიომოლეკულისგან იმით, რომ მათი მეტაბოლიზირება შეუძლებელია მშობლის ორგანიზმის ენერგიით მომარაგების მიზნით.

(ამიტომ კვების ინფორმაციის ეტიკეტზე ვერ ნახავთ "ნუკლეინის მჟავას").

დნმ-ის და რნმ-ის ფუნქციაა გენეტიკური ინფორმაციის შენახვა. თქვენი საკუთარი დნმ-ის სრული ასლი შეგიძლიათ იპოვოთ თქვენი სხეულის თითქმის ყველა უჯრედის ბირთვში, რაც ქმნის დნმ-ს ამ აგრეგაციას - ე.წ. ქრომოსომები ამ კონტექსტში - უფრო ლეპტოპი კომპიუტერის მყარი დისკის მსგავსად.

ამ სქემაში, RNA– ს სიგრძის სიგრძე ეწოდება მესინჯერი RNA შეიცავს დაშიფრულ ინსტრუქციებს მხოლოდ ერთი ცილის პროდუქტისთვის (ე.ი. ის შეიცავს ერთ გენს) და ამიტომ უფრო ჰგავს "thumb drive" - ​​ს, რომელიც შეიცავს ერთ მნიშვნელოვან ფაილს.

დნმ და რნმ ძალიან მჭიდრო კავშირშია. წყალბადის ატომის (–H) ერთჯერადი ჩანაცვლება ჰიდროქსილის ჯგუფში (–OH) დნმ – ში შესაბამისი ნახშირბადის ატომი წარმოადგენს RNA– ს მთლიან ქიმიურ და სტრუქტურულ სხვაობას ნუკლეინის მჟავა.

როგორც დაინახავთ, როგორც ეს ხშირად ხდება ქიმიაში, ატომურ დონეზე მცირე განსხვავება ჩანს აშკარა და ღრმა პრაქტიკულ შედეგებს.

ნუკლეინის მჟავები შედგება ნუკლეოტიდებისგან, რომლებიც არიან ნივთიერებები, რომლებიც თავად შედგება სამი განსხვავებული ქიმიური ჯგუფისგან: ა პენტოზის შაქარი, ერთიდან სამამდე ფოსფატების ჯგუფები და აზოტოვანი ფუძე.

პენტოზის შაქარი რნმ – ში არის რიბოზა, ხოლო დნმ – ში დეოქსირიბოზა. ასევე, ნუკლეინის მჟავებში ნუკლეოტიდებს აქვთ მხოლოდ ერთი ფოსფატის ჯგუფი. ცნობილი ნუკლეოტიდის ერთი მაგალითი, რომელიც გამოირჩევა მრავალი ფოსფატური ჯგუფით, არის ATP, ან ადენოზინტრიფოსფატი. ADP (ადენოზინის დიფოსფატი) მონაწილეობს ბევრ იმავე პროცესში, რასაც ATP ახორციელებს.

დნმ-ის ცალკეული მოლეკულები შეიძლება იყოს არაჩვეულებრივად გრძელია და შეიძლება გაგრძელდეს მთელი ქრომოსომის სიგრძეზე. RNA მოლეკულების ზომა ბევრად უფრო შეზღუდულია ვიდრე დნმ-ის მოლეკულები, მაგრამ მაინც მაკრომოლეკულების კვალიფიკაციას იძენს.

რიბოსე (RNA– ს შაქარს) აქვს ხუთი ატომური რგოლი, რომელიც მოიცავს შაქრის ხუთი ნახშირბადიდან ოთხს. დანარჩენი სამიდან იკავებს ჰიდროქსილის (–OH) ჯგუფებს, ერთი წყალბადის ატომს და ერთი ჰიდროქსიმეთილს (–CH2OH) ჯგუფს.

ერთადერთი განსხვავება დეოქსირიბოზა (დნმ-ის შაქარი) არის ის, რომ სამი ჰიდროქსილის ჯგუფიდან ერთი (ის 2-ნახშირბადის პოზიციაზე) გაქრა და წყდება წყალბადის ატომით.

გარდა ამისა, მიუხედავად იმისა, რომ დნმ-სა და RNA- ს აქვს ნუკლეოტიდები, რომელთაგან ერთ – ერთია ოთხი შესაძლო აზოტოვანი ფუძე, ეს ოდნავ განსხვავდება ორ ნუკლეინის მჟავას შორის. დნმ-ს შემადგენლობაში შედის ადენინი (A), ციტოზინი (C), გუანინი (G) და თიმინი. ვინაიდან RNA– ს აქვს A, C და G მაგრამ ურაცილი (U) თიმინის ადგილას.

ფუნქციონალური განსხვავების უმეტესობა დნმ-სა და რნმ-ს შორის უკავშირდება უჯრედებში მათ მნიშვნელოვნად განსხვავებულ როლს. დნმ ინახება ცხოვრების გენეტიკური კოდი - არა მხოლოდ გამრავლება, არამედ ყოველდღიური ცხოვრებისეული საქმიანობა.

RNA, ან თუნდაც mRNA, პასუხისმგებელია იგივე ინფორმაციის შეგროვებასა და რიბოსომამდე მისვლაზე ბირთვის გარეთ, სადაც აშენებულია ცილები, რომლებიც საშუალებას აძლევს აღნიშნულ მეტაბოლურ პროცესს საქმიანობის.

ნუკლეინის მჟავის ფუძის მიმდევრობა არის მისი სპეციფიკური შეტყობინებები და აზოტოვანი ამრიგად, შეიძლება ითქვას, რომ ბაზები საბოლოოდ აგებენ პასუხს იმავე სახეობის ცხოველებში - ეს არის არის, ერთი და იგივე თვისების სხვადასხვა გამოვლინებები (მაგალითად, თვალის ფერი, სხეულის თმის ნიმუში).

ნუკლეინის მჟავების ორი ფუძე (A და G) პურინებია, ხოლო ორი (C და T დნმ – ში); C და U რნმ – ში) არიან პირიმიდინები. პურინის მოლეკულები შეიცავს ორ შერწყმულ რგოლს, ხოლო პირიმიდინებს მხოლოდ ერთი აქვთ და ზოგადად უფრო მცირე ზომისაა. როგორც მალე გაიგებთ, დნმ-ის მოლეკულაა ორჯაჭვიანი კავშირის გამო ნუკლეოტიდები მიმდებარე ბოჭკოებში.

პურინის ფუძეს მხოლოდ პირიმიდინის ფუძესთან შეუძლია კავშირი, რადგან ორი პურინი ძალიან დიდ ადგილს დაიკავებს ძაფებსა და ორ პირიმიდინს შორის ძალიან ცოტაა, პურინ-პირიმიდინის კომბინაცია სწორია ზომა

სინამდვილეში ყველაფერი უფრო მკაცრად კონტროლდება, ვიდრე ეს: ნუკლეინის მჟავებში, აობლიგაციები მხოლოდთ (ანუ რნმ-ში), ვინაიდან C კავშირდება მხოლოდ G- სთან.

დნმ-ის მოლეკულის სრული აღწერა, როგორც ა ორჯაჭვიანი სპირალი ჯეიმს უოტსონმა და ფრენსის კრიკმა 1953 წელს დუეტს ნობელის პრემია მიანიჭეს, თუმცა რენტგენის დიფრაქციული ნამუშევარი როსალინდ ფრანკლინი ამ მიღწევის წლების განმავლობაში მნიშვნელოვან როლს ასრულებდა წყვილის წარმატებაში და ხშირად არცთუ მნიშვნელოვანია ისტორიის წიგნები.

Ბუნებაში, დნმ არსებობს სპირალის სახით რადგან ეს არის ყველაზე ენერგეტიკულად ხელსაყრელი ფორმა იმ მოლეკულების გარკვეული ნაკადის მისაღებად, რომელიც მას შეიცავს.

გვერდითი ჯაჭვები, ფუძეები და დნმ-ის მოლეკულის სხვა ნაწილები განიცდიან ელექტროქიმიური ატრაქციებისა და ელექტროქიმიის სწორ შერწყმას მოგერიება ისე, რომ მოლეკულა ყველაზე "კომფორტული" იყოს ორი სპირალის ფორმისგან, ოდნავ კომპენსირებული ერთმანეთისგან, როგორც ჩახლართული სპირალური სტილის კიბეები.

დნმ-ის ძაფები შედგება ფოსფატების ალტერნატიული ჯგუფებისა და შაქრის ნარჩენებისგან, აზოტოვანი ფუძეები შაქრის ნაწილის სხვადასხვა ნაწილზეა მიმაგრებული. დნმ-ის ან რნმ-ის ძაფი გრძელდება წყალბადური ბმების წყალობით, რომლებიც წარმოიქმნება ერთი ნუკლეოტიდის ფოსფატურ ჯგუფსა და შემდეგის შაქრის ნარჩენებს შორის.

კერძოდ, ფოსფატი შემომავალი ნუკლეოტიდის ნომერი 5 ნახშირბადში (ხშირად დაწერილი 5 ') ჰიდროქსილის ჯგუფის ადგილას მზარდი პოლინუკლეოტიდის (მცირე ბირთვიანი) 3 ნახშირბადის (ან 3 ') რიცხვზე მჟავა). ეს ცნობილია, როგორც ა ფოსფოდიესტერული კავშირი.

ამასობაში, A ფუძის მქონე ყველა ნუკლეოტიდი განლაგებულია დნმ – ში T ფუძის მქონე ნუკლეოტიდებით და RNA– ში ნუკლეოტიდებით U ფუძეებით; C წყვილი ცალსახად G- ით არის.

ამბობენ, რომ დნმ-ის მოლეკულის ორი შტოა კომპლემენტარული ერთმანეთს, რადგან ერთის ფუძის თანმიმდევრობა შეიძლება განისაზღვროს სხვისი ფუძის თანმიმდევრობის გამოყენებით, მარტივი ბაზის დაწყვილების სქემის წყალობით, რომელსაც აკვირდება ნუკლეინის მჟავის მოლეკულები.

RNA, როგორც აღინიშნა, არაჩვეულებრივად ჰგავს დნმ-ს ქიმიურ დონეზე, ოთხიდან მხოლოდ ერთი აზოტოვანი ფუძე განსხვავდება და რნმ-ის შაქარში ერთი "დამატებითი" ჟანგბადის ატომია. ცხადია, ეს ერთი შეხედვით ტრივიალური განსხვავებები საკმარისია ბიომლეკულებს შორის არსებითად განსხვავებული ქცევის უზრუნველსაყოფად.

აღსანიშნავია, რომ RNA არის ერთჯაჭვიანი. ანუ, თქვენ ვერ ნახავთ ამ ნუკლეინის მჟავის კონტექსტში გამოყენებულ ტერმინს "დამატებითი ბოჭკო". ამასთან, ერთი და იგივე რნმ – ის სტრიქონის სხვადასხვა ნაწილს შეუძლია ურთიერთქმედება ერთმანეთთან, რაც ნიშნავს, რომ RNA– ს ფორმა უფრო განსხვავდება ვიდრე დნმ – ის ფორმა (უცვლელად ორმაგი სპირალი). შესაბამისად, არსებობს უამრავი სხვადასხვა სახის რნმ.

• mRNA, ან მესენჯერი RNA, იყენებს დამატებით ბაზის დაწყვილებას გზავნილის გასატარებლად, რომელსაც დნმ აძლევს მას რიბოზომებში ტრანსკრიფციის დროს, სადაც ეს შეტყობინება ითარგმნება ცილების სინთეზში. ტრანსკრიფცია დეტალურად არის აღწერილი ქვემოთ.
• rRNA, ან რიბოსომული RNA, წარმოადგენს რიბოსომების მასის მნიშვნელოვან ნაწილს, უჯრედების სტრუქტურებს, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ცილების სინთეზზე. რიბოსომების მასის დარჩენილი ნაწილი ცილებისგან შედგება.
• tRNAან გადასცეს RNA, გადამწყვეტ როლს ასრულებს თარგმანში ამინომჟავების დახურვით, რომლებიც განკუთვნილია მზარდი პოლიპეპტიდური ჯაჭვისთვის იმ ადგილზე, სადაც ცილებია აწყობილი. ბუნებაში 20 ამინომჟავაა, თითოეულს აქვს საკუთარი tRNA.
  

წარმოიდგინეთ, რომ წარმოდგენილია ნუკლეინის მჟავას ბოჭკოვანი ფუძის თანმიმდევრობით AAATCGGCATTA. მხოლოდ ამ ინფორმაციის საფუძველზე, სწრაფად უნდა დაასრულო ორი რამ.

ერთი, რომ ეს არის დნმ და არა რნმ, რაც თიმინის (T) არსებობით გამოვლინდა. მეორე, რისი თქმაც შეგიძლიათ, არის ის, რომ ამ დნმ-ის მოლეკულის კომპლემენტაციას აქვს ფუძის მიმდევრობა TTTAGCCGTAAT.

ასევე შეგიძლიათ დარწმუნებული იყოთ mRNA ძაფში, რომელიც წარმოიქმნება დნმ-ის ამ ჯაჭვის შედეგად, რომელიც გადის RNA ტრანსკრიფციას. იგივე ექნებოდა ბაზების თანმიმდევრობა როგორც დამატებითი დნმ-ის ზოლი, თიმინის (T) ჩანაცვლების ნებისმიერი შემთხვევა ურაცილით (U).

ეს ხდება იმის გამო, რომ დნმ – ის რეპლიკაცია და RNA ტრანსკრიფცია მოქმედებს ანალოგიურად იმით, რომ შაბლონის ძაფისგან გაკეთებული სტრიქონი არის არ არის ამ სტრიქონის დუბლიკატი, მაგრამ მისი კომპლემენტი ან ექვივალენტი რნმ-ში.

იმისათვის, რომ დნმ-ის მოლეკულა თვითონ გააკეთოს ასლი, ორმაგი სპირალის ორი ძაფი უნდა გამოეყოს კოპირების სიახლოვეს. ეს იმიტომ ხდება, რომ თითოეული სტრიქონი კოპირებულია (ტირაჟირებულია) ცალკე და იმიტომ, რომ ფერმენტები და სხვა მოლეკულები, დნმ-ის რეპლიკაცია საჭიროა ურთიერთქმედების ოთახი, რომელსაც ორმაგი სპირალი არ იძლევა. ამრიგად, ორი ძაფი ფიზიკურად განცალკევდება და ამბობენ, რომ დნმ დენატურირებული.

დნმ-ის თითოეული განცალკევებული სტრიქონი ახდენს თავის ახალ კომპონენტს და რჩება მასთან დაკავშირებული. ასე რომ, გარკვეული გაგებით, თითოეულ ახალ ორმაგი ჯაჭვური მოლეკულისგან არაფერი განსხვავდება მისი მშობლისგან. ქიმიურად, მათ აქვთ იგივე მოლეკულური შემადგენლობა. მაგრამ თითოეული ორმაგი სპირალის ერთ-ერთი სტრიქონი ახალია, ხოლო მეორე რეპლიკაციისგან არის დარჩენილი.

როდესაც დნმ – ის რეპლიკაცია ხდება ერთდროულად გამოყოფილი დამატებითი ძაფების გასწვრივ, ახალი ძაფების სინთეზი სინამდვილეში ხდება საპირისპირო მიმართულებით. ერთ მხარეს, ახალი ძაფი უბრალოდ იზრდება დნმ-ის "გაპარსვის" მიმართულებით, დენატურაციის დროს.

მეორე მხრივ, სინთეზირებულია ახალი დნმ – ის მცირე ფრაგმენტები მოშორებით ძაფის გამოყოფის მიმართულებით. მათ ოკაზაკის ფრაგმენტებს უწოდებენ და გარკვეული სიგრძის მიღწევის შემდეგ ფერმენტები უერთდებიან ერთმანეთს. ეს ორი ახალი დნმ-ის ზოლია ანტიპარალელური ერთმანეთს.

RNA ტრანსკრიფცია დნმ-ის რეპლიკაციის მსგავსია იმით, რომ მის დასაწყებად საჭიროა დნმ-ის ბოჭკოების დაწყვილება. mRNA მზადდება დნმ შაბლონის გასწვრივ RNA ნუკლეოტიდების თანმიმდევრული დამატებით ფერმენტ RNA პოლიმერაზას მიერ.

დნმ-დან შექმნილი RNA- ს ეს საწყისი ჩანაწერი ქმნის იმას, რასაც ჩვენ ვუწოდებთ წინასწარი mRNA. ეს mRNA- ის წინასწარი სტრიქონი შეიცავს ორივეს ინტრონები და ექსონები. ინტრონები და ეგზონები არის განყოფილებები დნმ / რნმ – ში, რომლებიც ან არ აკეთებენ კოდს გენური პროდუქტის ნაწილებისთვის.

ინტრონები არ არის კოდირების სექციები (ასევე მოუწოდა "ინტშეცდომით სექციები ") ხოლო ექსონები არის კოდირების სექციები (ასევე მოუწოდა "ყოფილიდაჭერილი განყოფილებები ").

სანამ mRNA– ს ეს სტრიქონი დატოვებს ბირთვს, რომ გადაითარგმნოს ცილად, ფერმენტები ბირთვის აქციზში, აკაზმული, ინტრონები, ვინაიდან ისინი არ ქმნიან კოდის მნიშვნელობას ამ კონკრეტულ გენში. შემდეგ ფერმენტები ერთმანეთთან აკავშირებენ ინტრონის დანარჩენ თანმიმდევრობებს, რომ მოგცეთ mRNA- ს საბოლოო ჯაჭვი.

MRNA– ის ერთი სტრიქონი ჩვეულებრივ მოიცავს ზუსტად ფუძის თანმიმდევრობას, რომელიც აუცილებელია ერთი უნიკალური ცილის ასაწყობად ქვემოთ თარგმანი პროცესი, რაც ნიშნავს, რომ mRNA– ს ერთი მოლეკულა ჩვეულებრივ ატარებს ინფორმაციას ერთისთვის გენი. გენი არის დნმ-ის თანმიმდევრობა, რომელიც კოდირებს კონკრეტულ ცილოვან პროდუქტს.

ტრანსკრიფციის დასრულების შემდეგ, mRNA ძაფი გადის ბირთვიდან ბირთვულ კონვერტში არსებული ფორების მეშვეობით. (რნმ მოლეკულები ძალიან დიდია ბირთვული მემბრანის გავრცელება, ისევე როგორც წყალი და სხვა მცირე მოლეკულები). შემდეგ ის "იწყებს" რიბოსომები ციტოპლაზმაში ან გარკვეულ ორგანელებში და ცილების სინთეზი ინიცირებულია.

ნუკლეინის მჟავები არ შეიძლება მეტაბოლიზდება საწვავად, მაგრამ ისინი შეიძლება შეიქმნას ძალიან მცირე მოლეკულებისგან ან დაიშალა მათი სრული ფორმიდან ძალიან მცირე ნაწილებად. ნუკლეოტიდების სინთეზირება ხდება ანაბოლური რეაქციების საშუალებით, ხშირად ნუკლეოზიდებიდან, რომლებიც ნუკლეოტიდებია, მინუს ნებისმიერი ფოსფატური ჯგუფები (ანუ ნუკლეოზიდი არის რიბოზის შაქარი და აზოტოვანი ფუძე).

დნმ-ის და რნმ-ის დეგრადირებაც შეიძლება: ნუკლეოტიდებიდან ნუკლეოზიდებამდე, აზოტოვან ფუძეებამდე და ბოლოს შარდმჟავად.

ნუკლეინის მჟავების დაშლა მნიშვნელოვანია საერთო ჯანმრთელობა. მაგალითად, პურინების დაშლის შეუძლებლობა უკავშირდება პოდაგრს, მტკივნეულ დაავადებას, რომელიც გავლენას ახდენს ზოგიერთ სახსრებზე ურატული ბროლის დეპოზიტების წყალობით ამ ადგილებში.