Nukleorūgštys: struktūra, funkcija, tipai ir pavyzdžiai

Nukleino rūgštys yra viena iš keturių pagrindinių kategorijų biomolekules, kurios yra ląsteles sudarančios medžiagos. Kiti yra baltymai, angliavandeniai ir lipidai (arba riebalai).

Nukleorūgštys, tarp kurių yra DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR (ribonukleino rūgštis), skiriasi nuo kitų trijų biomolekulių tuo, kad jų negalima metabolizuoti tiekiant energiją pirminiam organizmui.

(Todėl informacijos apie maistingumą etiketėse nematote „nukleino rūgšties“.)

DNR ir RNR funkcija yra saugoti genetinę informaciją. Išsamią jūsų pačios DNR kopiją galima rasti beveik kiekvienos jūsų kūno ląstelės branduolyje, todėl ši DNR agregacija, vadinama chromosomos šiame kontekste - veikiau kaip nešiojamojo kompiuterio kietasis diskas.

Šioje schemoje vadinamas RNR ilgis pasiuntinio RNR yra užkoduotos tik vieno baltymo produkto instrukcijos (t. y. jame yra vienas genas), todėl jis labiau panašus į „nykščio diską“, kuriame yra vienas svarbus failas.

DNR ir RNR yra labai glaudžiai susijusios. Vienintelis vandenilio atomo (–H) pakeitimas DNR hidroksilo grupei (–OH), prijungtai prie atitinkamas anglies atomas RNR sudaro visą šių dviejų cheminį ir struktūrinį skirtumą nukleorūgštys.

Vis dėlto, kaip pamatysite, kaip dažnai nutinka chemijoje, tai, kas atrodo mažas skirtumas atominiame lygmenyje, turi akivaizdžių ir gilių praktinių padarinių.

Nukleorūgštys susideda iš nukleotidų, kurie yra medžiagos, kurios pačios susideda iš trijų skirtingų cheminių grupių: a pentozės cukraus, nuo vieno iki trijų fosfatų grupės ir a azoto bazė.

RNR esantis pentozės cukrus yra ribozė, o DNR - dezoksiribozė. Be to, nukleorūgštyse nukleotidai turi tik vieną fosfatų grupę. Vienas gerai žinomo nukleotido, pasižyminčio keliomis fosfatų grupėmis, pavyzdys yra ATParba adenozino trifosfatas. ADP (adenozino difosfatas) dalyvauja daugelyje tų pačių procesų, kuriuos daro ATP.

Vienos DNR molekulės gali būti nepaprastai ilgas ir gali tęstis visos chromosomos ilgį. RNR molekulių dydis yra daug ribotesnis nei DNR molekulių, tačiau jos vis tiek kvalifikuojamos kaip makromolekulės.

Ribozė (RNR cukrus) turi penkių atomų žiedą, kuriame yra keturi iš penkių anglies angliavandenilių. Tris iš kitų užima hidroksilo (–OH) grupės, vieną - vandenilio atomas, o kitą - hidroksimetilo (–CH2OH) grupė.

Vienintelis skirtumas dezoksiribozė (DNR cukrus) yra tai, kad viena iš trijų hidroksilo grupių (esanti 2-anglies padėtyje) dingo ir yra pakeista vandenilio atomu.

Be to, nors ir DNR, ir RNR turi nukleotidų su viena iš keturių galimų azoto bazių, tarp dviejų nukleorūgščių jie šiek tiek skiriasi. DNR yra adeninas (A), citozinas (C), guaninas (G) ir timinas. kadangi RNR turi A, C ir G, bet uracilas (U) vietoje timino.

Dauguma funkcinių skirtumų tarp DNR ir RNR yra susiję su jų ženkliai skirtingu vaidmeniu ląstelėse. DNR yra vieta, kur saugomas gyvenimo genetinis kodas - ne tik dauginimasis, bet ir kasdieninė veikla.

RNR ar bent jau mRNR yra atsakinga už tos pačios informacijos rinkimą ir jos patekimą į ribosomas už branduolio ribų, kur yra pastatyti baltymai, leidžiantys atlikti minėtą medžiagų apykaitą veikla.

Nukleorūgšties bazinė seka yra ta vieta, kur yra jos specifiniai pranešimai, ir azoto Taigi galima sakyti, kad pagrindai yra atsakingi už tos pačios rūšies gyvūnų skirtumus yra, skirtingos to paties bruožo apraiškos (pvz., akių spalva, kūno plaukų raštas).

Dvi iš bazių nukleorūgštyse (A ir G) yra purinai, o dvi (C ir T DNR; C ir U RNR) yra pirimidinai. Purino molekulėse yra du susilieję žiedai, tuo tarpu pirimidinai turi tik vieną ir apskritai yra mažesni. Kaip netrukus sužinosite, DNR molekulė yra dvigubas dėl sujungimo tarp nukleotidai gretimose sruogose.

Purino pagrindas gali susijungti tik su pirimidino baze, nes du purinai užimtų per daug vietos tarp sruogų ir dviejų pirimidinų per mažai, o purino ir pirimidino derinys yra teisingas dydžio.

Bet viskas iš tikrųjų yra griežčiau kontroliuojama: nukleorūgštyse Aobligacijas tikT (arbaU RNR), tuo tarpu C jungiasi tik su G.

Išsamus DNR molekulės aprašymas kaip a dvipusė spiralė 1953 m. Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas duetui pelnė Nobelio premiją, nors rentgeno Rosalind Franklin per kelerius metus, pasiekusius šį pasiekimą, buvo svarbi poros sėkmei ir dažnai yra nepakankamai įvertinta istorijos knygos.

Gamtoje, DNR egzistuoja kaip spiralė nes tai yra energetiškai palankiausia forma tam tikram jame esančių molekulių rinkiniui.

Šoninės grandinės, pagrindai ir kitos DNR molekulės dalys patiria tinkamą elektrocheminių traukos ir elektrocheminių junginių mišinį atstumimai, kad molekulė būtų „patogiausia“ dviejų spiralių pavidalo, šiek tiek atsikišusi viena nuo kitos, kaip persipynę spiralės stiliaus laiptinės.

DNR grandinės susideda iš besikeičiančių fosfatų grupių ir cukraus likučių, o azoto bazės pritvirtintos prie kitos cukraus dalies dalies. DNR arba RNR grandinė pailgėja dėl vandenilio ryšių, susidariusių tarp vieno nukleotido fosfato grupės ir kito cukraus liekanos.

Konkrečiai, fosfatas prie gaunamo nukleotido anglies-5 (dažnai parašyta 5 ') yra prijungtas vietoje hidroksilo grupės ant augančio polinukleotido (mažo nukleino rūgšties) anglies (3) rūgštis). Tai vadinama a fosfodiesterio jungtis.

Tuo tarpu visi nukleotidai su A bazėmis yra išrikiuoti su nukleotidais su T bazėmis DNR ir nukleotidais su U bazėmis RNR; C poros unikaliai su G abiejuose.

Sakoma, kad yra dvi DNR molekulės grandinės papildo vienas kitam, nes vienos bazės seką galima nustatyti naudojant kitos bazės seką dėka paprastos bazių susiejimo schemos stebi nukleorūgščių molekulės.

RNR, kaip pažymėta, nepaprastai panaši į DNR cheminiu lygmeniu, tik viena azoto bazė tarp keturių yra skirtinga ir vienas „papildomas“ deguonies atomas RNR cukruje. Akivaizdu, kad šių, regis, nereikšmingų skirtumų pakanka užtikrinti iš esmės skirtingą biomolekulių elgesį.

Pažymėtina, kad RNR yra viengrandis. Tai yra, jūs nematysite termino „komplementari grandinė“, vartojamo šios nukleorūgšties kontekste. Tačiau skirtingos tos pačios RNR grandinės dalys gali sąveikauti viena su kita, o tai reiškia, kad RNR forma iš tikrųjų skiriasi daugiau nei DNR forma (visada dviguba spiralė). Atitinkamai yra daugybė skirtingų RNR tipų.

• iRNR, arba pasiuntinė RNR, naudoja papildomą bazių poravimą, kad perneštų pranešimą. DNR ją perduoda transkripcijos metu į ribosomas, kur ši žinia yra paverčiama baltymų sinteze. Transkripcija išsamiai aprašyta toliau.
• rRNRarba ribosominė RNR sudaro didelę ribosomų, ląstelių struktūrų, atsakingų už baltymų sintezę, masės dalį. Likusią ribosomų masės dalį sudaro baltymai.
• tRNRarba pernešti RNR vaidina svarbų vaidmenį transliacijoje, perduodant aminorūgštis, skirtas augančiai polipeptidų grandinei, į vietą, kurioje surenkami baltymai. Gamtoje yra 20 amino rūgščių, kurių kiekviena turi savo tRNR.
  

Įsivaizduokite, kad jums pateikiama nukleorūgšties grandinė su bazine AAATCGGCATTA seka. Remiantis vien šia informacija, turėtumėte sugebėti greitai padaryti du dalykus.

Viena, kad tai yra DNR, o ne RNR, kaip rodo timinas (T). Antras dalykas, kurį galite pasakyti, yra tai, kad šios DNR molekulės komplementari grandinė turi bazinę seką TTTAGCCGTAAT.

Taip pat galite būti tikri dėl iRNR grandinės, kuri atsirastų dėl šios DNR grandinės, kuriai atliekama RNR transkripcija. Tai būtų tas pats bazių seka kaip papildoma DNR grandinė, bet kokie timino (T) atvejai pakeičiami uracilu (U).

Taip yra todėl, kad DNR replikacija ir RNR transkripcija veikia panašiai, kaip ir iš šablono pagaminta grandinė ne tos srities kopija, bet jo komplementas arba ekvivalentas RNR.

Norint, kad DNR molekulė galėtų pasidaryti savo kopiją, šalia kopijavimo turi atsiskirti dvi dvigubos spiralės sruogos. Taip yra todėl, kad kiekviena grandinė yra nukopijuota (replikuojama) atskirai ir todėl, kad dalyvaujantys fermentai ir kitos molekulės DNR replikacija reikia vietos bendrauti, kurios dviguba spiralė nesuteikia. Taigi abi sruogos fiziškai išsiskiria ir sakoma, kad DNR yra denatūruotas.

Kiekviena atskirta DNR grandinė daro naują grandinę komplementarią sau ir lieka su ja susieta. Taigi tam tikra prasme kiekvienoje naujoje dvigubos grandinės molekulėje niekas nesiskiria nuo jos pirminio. Chemiškai jie turi tos pačios molekulinės sudėties. Bet viena iš dvigubų spiralių sruogų yra visiškai nauja, o kita lieka nuo paties replikavimo.

Kai DNR replikacija vyksta vienu metu palei atskiras komplementarias grandines, naujų grandžių sintezė iš tikrųjų vyksta priešingomis kryptimis. Viena vertus, naujoji grandinė tiesiog auga DNR „atsegimo“ kryptimi, kai ji denatūruojama.

Tačiau kitoje pusėje susintetinami nedideli naujos DNR fragmentai toli nuo sruogų atskyrimo krypties. Jie vadinami Okazaki fragmentais ir pasiekę tam tikrą ilgį, juos sujungia fermentai. Šios dvi naujos DNR grandinės yra antiparaleli vienas kitam.

RNR transkripcija yra panašus į DNR replikaciją tuo, kad jai pradėti reikia DNR grandinių nesuskaidymo. iRNR gaminama išilgai DNR šablono, nuosekliai pridedant RNR nukleotidus fermento RNR polimerazės būdu.

Šis pradinis RNR, sukurtas iš DNR, nuorašas sukuria tai, ką mes vadiname prieš iRNR. Šioje prieš iRNR esančioje grandinėje yra abu intronai ir egzonai. Intronai ir egzonai yra DNR / RNR sekcijos, kurios koduoja arba nekoduoja geno produkto dalis.

Intronai yra nekoduojantys skyriai (dar vadinami "tarpterferingo skyriai "), o egzonai yra kodavimo skyriai (dar vadinami "buvprispaustos sekcijos ").

Prieš tai, kai ši MRNR grandinė palieka branduolį virsti baltymu, fermentai branduolyje yra akcizais, dar kitaip iškirpti, intronai, nes jie nieko koduoja tame konkrečiame gene. Tada fermentai sujungia likusias introno sekas, kad gautumėte galutinę mRNR grandinę.

Viena iRNR grandinė paprastai apima tiksliai bazės seką, reikalingą norint surinkti vieną unikalų baltymą pasroviui vertimas procesas, o tai reiškia, kad viena MRNR molekulė paprastai perneša informaciją vienai genas. Genas yra DNR seka, koduojanti tam tikrą baltymų produktą.

Užbaigus transkripciją, iRNR grandinė eksportuojama iš branduolio per branduolio apvalkalo poras. (RNR molekulės yra per didelės, kad tiesiog difunduotų per branduolio membraną, kaip ir vanduo ir kitos mažos molekulės). Tada jis „prieplauka“ ribosomos - citoplazmoje arba tam tikrose organelėse ir baltymų sintezė yra inicijuojamas.

Nukleorūgštys negali būti metabolizuojamos kurui, tačiau jas galima sukurti iš labai mažų molekulių arba suskaidyti iš visos formos į labai mažas dalis. Nukleotidai sintezuojami per anabolines reakcijas, dažnai iš nukleozidų, kurie yra nukleotidai, atėmus bet kokias fosfatų grupes (tai yra, nukleozidai yra ribozės cukrus plius azoto bazė).

DNR ir RNR taip pat gali būti skaidomos: nuo nukleotidų iki nukleozidų, vėliau - į azoto bazes ir galiausiai į šlapimo rūgštį.

Nukleorūgščių skilimas yra svarbus bendros sveikatos. Pavyzdžiui, nesugebėjimas suskaidyti purinų yra susijęs su podagra - skausminga liga, pažeidžiančia kai kuriuos sąnarius, dėl tose vietose esančių uratų kristalų nuosėdų.