Nukleorūgščių charakteristikos

Gamtoje svarbios nukleorūgštys yra dezoksiribonukleino rūgštis arba DNR ir ribonukleino rūgštis arba RNR. Jie vadinami rūgštimis, nes yra protonų (t. Y. Vandenilio atomo) donorai, todėl jie turi neigiamą krūvį.

Chemiškai DNR ir RNR yra polimerai, o tai reiškia, kad jie susideda iš besikartojančių vienetų, dažnai labai daug jų. Šie vienetai vadinami nukleotidai. Visi nukleotidai savo ruožtu apima tris skirtingas chemines dalis: cukrų pentozę, fosfatų grupę ir azoto bazę.

DNR skiriasi nuo RNR trimis pagrindiniais būdais. Vienas iš jų yra tai, kad cukrus, kuris sudaro struktūrinį nukleorūgšties molekulės „pagrindą“, yra dezoksiribozė, o RNR - ribozė. Jei iš viso esate susipažinę su cheminės medžiagos nomenklatūra, suprasite, kad tai yra nedidelis bendros struktūrinės schemos skirtumas; ribozė turi keturias hidroksilo (-OH) grupes, o dezoksiribozė - tris.

Antrasis skirtumas yra tas, kad nors viena iš keturių DNR randamų azoto bazių yra timinas, atitinkama RNR bazė yra uracilas. Nukleorūgščių azoto bazės lemia pagrindines jų savybes molekulės, nes fosfatų ir cukraus dalys nesiskiria nei molekulėse, nei tarp jų to paties tipo.

Galiausiai, DNR yra dviguba grandinė, vadinasi, ji susideda iš dviejų ilgų nukleotidų grandinių, chemiškai sujungtų dviem azoto bazėmis. DNR suvyniota į „dvigubos spiralės“ formą, tarsi lanksčios kopėčios, susuktos priešingomis kryptimis iš abiejų galų.

Dezoksiribozė susideda iš penkių atomų žiedo, keturių anglies junginių ir deguonies, panašaus į penkiakampį ar galbūt namų beisbolo plokštę. Kadangi anglis sudaro keturias jungtis, o deguonis - dvi, ant keturių anglies atomų lieka laisvos aštuonios jungimosi vietos, dvi angliai, viena viršuje ir viena žemiau žiedo. Tris iš šių dėmių užima hidroksilo (-OH) grupės, o penkias - vandenilio atomai.

Ši cukraus molekulė gali prisijungti prie vienos iš keturių azoto bazių: adenino, citozino, guanino ir timino. Adeninas (A) ir guaninas (G) yra purinai, o citozinas (C) ir timinas (T) yra pirimidinai. Purinai yra didesnės molekulės nei pirimidinai; nes dvi bet kurios pilnos DNR molekulės grandinės yra sujungtos viduryje jų azoto bazėmis, šiomis jungtimis turi susidaryti tarp vieno purino ir vieno pirimidino, kad apytiksliai molekulėje išliktų bendras dviejų bazių dydis pastovus. (Tai padeda remtis bet kuria nukleorūgščių diagrama skaitant, pavyzdžiui, pateiktomis nuorodose.) Kaip atsitinka, A DNR jungiasi tik su T, o C - tik su G.

Dezoksiribozė, prisijungusi prie azoto bazės, vadinama a nukleozidas. Pridėjus fosfato grupę į deoksiribozę ties anglimi dviem taškais nuo tos vietos, kur yra pagrindas, susidaro visas nukleotidas. Skirtingų nukleotidų atomų elektrocheminių krūvių ypatumai yra atsakinga už dvigubos grandinės DNR, natūraliai formuojančią spiralinę formą, ir dvi DNR grandines molekulėje yra vadinami papildomos sruogos.

RNR esantis pentozės cukrus yra ribozė, o ne dezoksiribozė. Ribozė yra identiška dezoksiribozei, išskyrus tai, kad žiedo struktūra yra susieta su keturiomis hidroksilo (-OH) grupėmis ir keturiais vandenilio atomais vietoj atitinkamai trijų ir penkių. Nukleotido ribozės dalis yra sujungta su fosfatų grupe ir azoto baze, kaip ir DNR, kintant fosfatams ir cukrus, formuojantis RNR „stuburą“. Bazės, kaip pažymėta aukščiau, apima A, C ir G, tačiau antrasis RNR pirimidinas yra uracilas (U), o ne nei T.

Nors DNR rūpi tik informacijos saugojimas (genas yra tiesiog DNR grandinė, koduojanti vieną baltymą), skirtingų tipų RNR atlieka skirtingas funkcijas. „Messenger“ RNR arba mRNR yra pagaminta iš DNR, kai įprastai dvigubos grandinės DNR transkripcijos tikslais padalijama į dvi vijas. Gauta mRNR galiausiai eina link ląstelių dalių, kuriose vyksta baltymų gamyba, turėdama šio proceso instrukcijas, kurias pateikia DNR. Antroji RNR rūšis, pernešanti RNR (tRNR), dalyvauja gaminant baltymus. Tai įvyksta ląstelių organeliuose, vadinamuose ribosomomis, o pačios ribosomos daugiausia susideda iš trečios rūšies RNR, vadinamos tinkama, ribosomų RNR (rRNR).

Penkios azoto bazės - adeninas (A), citozinas (C), guaninas (G) ir timinas (T) DNR ir trys pirmieji plius uracilas (U) RNR yra nukleorūgščių dalys, galiausiai atsakingos už genų produktų įvairovę visame gyvenime daiktus. Cukraus ir fosfato dalys yra būtinos, nes jos suteikia struktūrą ir pastolius, tačiau pagrindai yra tie, kur generuojami kodai. Jei galvojate apie savo nešiojamąjį kompiuterį kaip apie nukleorūgštį ar bent jau eilę nukelotidų, aparatinė įranga (pvz., Diskų įrenginiai, monitorius) ekranas, mikroprocesorius) yra analogiškas cukrams ir fosfatams, o bet kokia jūsų naudojama programinė įranga ir programos yra kaip azoto pagrindai, nes unikalus programų, kurias įkėlėte į savo sistemą, asortimentas efektyviai paverčia jūsų kompiuterį vieninteliu „organizmas“.

Kaip aprašyta anksčiau, azoto bazės klasifikuojamos kaip purinai (A ir G) arba pirimidinai (C, T ir U). A visada poruojasi DNR grandinėje su T, o C visada poruojasi su G. Svarbu tai, kad kai DNR grandinė naudojama kaip RNR sintezės (transkripcijos) šablonas kiekviename augančios RNR molekulės taške, RNR nukleotidas, kuris yra sukurtas iš „pirminio“ DNR nukleotido, apima bazę, kurią „pagrindinė“ bazė visada jungia į. Tai nagrinėjama kitame skyriuje.

Purinus sudaro šešių narių azoto ir anglies žiedas ir penkių narių azoto ir anglies žiedas, pavyzdžiui, šešiakampis ir penkiakampis, turintys šoną. Purino sintezė apima cheminį ribozės cukraus koregavimą, po kurio pridedamas amino (-NH₂) grupės. Pirimidinai taip pat turi šešių narių azoto ir anglies žiedą, kaip purinai, tačiau neturi penkių narių azoto ir anglies purinų žiedo. Todėl purinų molekulinė masė yra didesnė nei pirimidinų.

Nukleotidų, kuriuose yra pirimidinų, sintezė ir nukleotidų, turinčių purinų, sintezė vyksta priešinga tvarka vienu svarbiu etapu. Pirimidinuose pirmiausia surenkama pagrindo dalis, o likusi molekulė vėliau modifikuojama į nukleotidą. Purinuose dalis, kuri galiausiai tampa adeninu arba guaninu, modifikuojama link nukleotidų susidarymo pabaigos.

Transkripcija yra iRNR grandinės sukūrimas iš DNR šablono, turintis tas pačias instrukcijas (t. Y. Genetinį kodą) tam tikram baltymui gaminti kaip ir šablonas. Procesas vyksta ląstelės branduolyje, kur yra DNR. Kai dvigubos grandinės DNR molekulė išsiskiria į atskiras grandines ir vyksta transkripcija, iRNR, kuri susidaro iš vienos „neužtrauktos“ DNR poros grandinė yra identiška kitos neišsegtos DNR grandinės DNR, išskyrus tai, kad mRNR yra U, o ne T. (Vėlgi, nuoroda į diagramą yra naudinga; žr. Nuorodas.) Kai baigiasi, iRNR palieka branduolį per branduolio membranos poras. Po to, kai MRNR palieka branduolį, ji prisijungia prie ribosomos.

Tada fermentai prisijungia prie ribosomų komplekso ir padeda vertimo procese. Vertimas yra iRNR nurodymo pavertimas baltymais. Tai įvyksta, kai aminorūgštys, baltymų daliniai, susidaro iš trijų nukleotidų „kodonų“ ant iRNR grandinės. Procesas taip pat apima rRNR (nes transliacija vyksta ribsomose) ir tRNR (kuri padeda surinkti aminorūgštis).

Dėl susijusių veiksnių susiliejimo DNR grandinės kaupiasi į dvigubą spiralę. Vienas iš jų yra vandenilio jungtys, kurios natūraliai patenka į skirtingas molekulės dalis. Kai susisuka spiralė, jungiančiosios azoto bazių poros yra statmenos visos dvigubos spiralės ašiai. Į kiekvieną pilną posūkį iš viso įeina apie 10 sujungtų porų. Tai, kas galėjo būti vadinama DNR „šonais“, kai išdėstyta „kopėčiomis“, dabar vadinama dvigubos spiralės „grandinėmis“. Juos beveik visiškai sudaro nukleotidų ribozės ir fosfato dalys, kurių pagrindai yra viduje. Sakoma, kad spiralėje yra ir didelių, ir mažesnių griovelių, kurie lemia galiausiai stabilią jo formą.

Nors chromosomas galima apibūdinti kaip labai ilgas DNR grandines, tai yra paprastas supaprastinimas. Tiesa, kad tam tikra chromosoma teoriškai gali būti išvyniota, kad atskleistų vieną nepažeistą DNR molekulę, tačiau tai nenurodo sudėtingo susivyniojimo, riesties ir grupavimo, kurį DNR daro formuodamasis a chromosoma. Vienoje chromosomoje yra milijonai DNR bazių porų, ir jei visa DNR būtų ištiesta nesulaužant spiralės, jos ilgis būtų nuo kelių milimetrų iki daugiau nei centimetro. Iš tikrųjų DNR yra daug labiau sutirštinta. Baltymai, vadinami histonais, susidaro iš keturių porų subvieneto baltymų (iš viso aštuoni subvienetai). Šis oktameras tarnauja kaip tam tikra ritė, kad DNR dviguba spiralė apsisuktų du kartus, kaip siūlas. Ši struktūra, oktameras ir aplink jį apvyniota DNR, vadinama nukleosoma. Kai chromosoma iš dalies išvyniojama į grandinę, vadinamą chromatidu, šios nukleosomos mikroskopijos metu atrodo kaip virvelės karoliukai. Tačiau viršijant nukleosomų lygį, dar labiau suspaudžiama genetinė medžiaga, nors tikslus mechanizmas tebėra nepastebimas.

Atsižvelgiama į DNR, RNR ir baltymus biopolimerai nes tai yra pasikartojančios informacijos ir aminorūgščių sekos, susijusios su gyvaisiais („bio“ reiškia „gyvybė“). Molekuliniai biologai šiandien pripažįsta, kad DNR ir RNR tam tikra forma atsirado prieš gyvybės atsiradimą Žemė, tačiau nuo 2018 m. Niekas nebuvo išsiaiškinęs kelio nuo ankstyvųjų biopolimerų iki paprasto gyvenimo daiktus. Kai kurie teigia, kad RNR tam tikra forma buvo visų šių dalykų, įskaitant DNR, pirminis šaltinis. Tai yra „RNR pasaulio hipotezė“. Tačiau tai pateikia tam tikrą vištų ir kiaušinių scenarijų biologams, nes pakankamai didelės RNR molekulės, atrodo, negalėjo atsirasti jokiomis kitomis priemonėmis, išskyrus transkripcija. Bet kokiu atveju mokslininkai, vis labiau norėdami, šiuo metu tiria RNR kaip pirmosios save replikuojančios molekulės taikinį.

Chemikalai, imituojantys nukleorūgščių sudedamąsias dalis, šiandien naudojami kaip vaistai, šioje srityje vyksta tolesni pokyčiai. Pavyzdžiui, storos žarnos karcinomai gydyti dešimtmečius buvo naudojama šiek tiek modifikuota uracilo forma - 5-fluorouracilas (5-FU). Tai daro pakankamai tiksliai imituodamas tikrąją azoto bazę, kad ji būtų įterpta į naujai pagamintą DNR. Tai galiausiai lemia baltymų sintezės skilimą.

Nukleozidų imitatoriai (kurie, galite prisiminti, yra ribozės cukrus ir azoto bazė) buvo naudojami gydant antibakteriškai ir antivirusiškai. Kartais modifikuojama pagrindinė nukleozido dalis, o kitu metu vaistas nukreipiamas į cukraus dalį.