Nukleīnskābes: struktūra, funkcija, veidi un piemēri

Nukleīnskābes pārstāv vienu no četrām galvenajām biomolekulas, kas ir vielas, kas veido šūnas. Pārējie ir olbaltumvielas, ogļhidrāti un lipīdi (vai tauki).

Nukleīnskābes, kas ietver DNS (dezoksiribonukleīnskābe) un RNS (ribonukleīnskābe), atšķiras no pārējām trim biomolekulām ar to, ka tās nevar metabolizēt, lai nodrošinātu enerģiju vecākorganismam.

(Tāpēc uztura informācijas etiķetēs jūs neredzat "nukleīnskābi".)

DNS un RNS funkcija ir ģenētiskās informācijas uzglabāšana. Pilnīga jūsu DNS kopija ir atrodama gandrīz visu jūsu ķermeņa šūnu kodolā, padarot šo DNS agregāciju, ko sauc hromosomas šajā kontekstā - drīzāk kā klēpjdatora cietais disks.

Šajā shēmā tika saukts tāda veida RNS garums kurjera RNS satur kodētas instrukcijas tikai vienam olbaltumvielu produktam (t.i., tajā ir viens gēns), un tāpēc tas drīzāk atgādina "īkšķa disku", kas satur vienu svarīgu failu.

DNS un RNS ir ļoti cieši saistītas. Ūdeņraža atoma (–H) atsevišķa aizstāšana DNS ar hidroksilgrupu (–OH), kas piestiprināta pie atbilstošais oglekļa atoms RNS veido visu ķīmisko un strukturālo atšķirību starp abiem nukleīnskābes.

Tomēr, kā jūs redzēsiet, kā tas bieži notiek ķīmijā, tam, kas šķiet maza atšķirība atomu līmenī, ir acīmredzamas un dziļas praktiskas sekas.

Nukleīnskābes sastāv no nukleotīdiem, kas ir vielas, kuras pašas sastāv no trim atšķirīgām ķīmiskām grupām: a pentozes cukurs, viens līdz trīs fosfātu grupas un a slāpekļa bāze.

RNS esošais pentozes cukurs ir riboze, bet DNS - dezoksiriboze. Arī nukleīnskābēs nukleotīdiem ir tikai viena fosfātu grupa. Viens labi pazīstama nukleotīda, kas var lepoties ar vairākām fosfātu grupām, piemērs ir ATPvai adenozīna trifosfāts. ADP (adenozīna difosfāts) piedalās daudzos tajos pašos procesos, ko veic ATP.

Atsevišķas DNS molekulas var būt ārkārtīgi garš un var izstiepties visas hromosomas garumā. RNS molekulu izmērs ir daudz ierobežotāks nekā DNS molekulām, bet tās joprojām kvalificē kā makromolekulas.

Riboze (RNS cukurs) ir piecu atomu gredzens, kas satur četrus no pieciem cukurā esošajiem oglekļiem. Trīs no pārējām aizņem hidroksilgrupas (–OH), vienu ūdeņraža atoms un vienu hidroksimetilgrupa (–CH2OH).

Vienīgā atšķirība dezoksiriboze (DNS cukurs) ir tā, ka viena no trim hidroksilgrupām (viena ar 2-oglekļa atomu) ir aizgājusi un tiek aizstāta ar ūdeņraža atomu.

Lai gan gan DNS, gan RNS ir nukleotīdi ar vienu no četrām iespējamām slāpekļa bāzēm, starp abām nukleīnskābēm tie nedaudz atšķiras. DNS ir adenīns (A), citozīns (C), guanīns (G) un timīns. tā kā RNS ir A, C un G, bet uracils (U) timīna vietā.

Lielākā daļa funkcionālo atšķirību starp DNS un RNS ir saistītas ar to ievērojami atšķirīgajām lomām šūnās. DNS ir tas, kur tiek glabāts dzīves ģenētiskais kods - ne tikai vairošanās, bet ikdienas dzīves aktivitātes.

RNS vai vismaz mRNS ir atbildīga par tās pašas informācijas vākšanu un nogādāšanu ribosomās ārpus kodola, kur tiek veidoti proteīni, kas ļauj veikt iepriekšminēto vielmaiņu aktivitātes.

Nukleīnskābes bāzes secība ir tā specifiskā vēstījuma vieta un slāpekļa Tādējādi var teikt, ka bāzes ir galīgi atbildīgas par vienas sugas dzīvnieku atšķirībām - tas ir ir, vienas pazīmes dažādas izpausmes (piemēram, acu krāsa, ķermeņa matu krāsa).

Divas no nukleīnskābju bāzēm (A un G) ir purīni, bet divas (C un T DNS; C un U RNS) ir pirimidīni. Purīna molekulas satur divus sakausētus gredzenus, savukārt pirimidīniem ir tikai viens un kopumā tie ir mazāki. Kā jūs drīz uzzināsiet, DNS molekula ir divdzīslu sakarā ar saikni starp nukleotīdi blakus esošajos virzienos.

Purīna bāze var saistīties tikai ar pirimidīna bāzi, jo divi purīni aizņemtu pārāk daudz vietas starp pavedieniem un diviem pirimidīniem ir par maz, un purīna-pirimidīna kombinācija ir tieši piemērota Izmērs.

Bet lietas faktiski tiek stingrāk kontrolētas nekā šis: nukleīnskābēs Aobligācijas tikaiT (vaiU RNS), turpretī C saista tikai ar G.

Pilnīgs DNS molekulas apraksts kā a divdzīslu spirāle Džeimss Vatsons un Frensiss Kriks 1953. gadā duetam nopelnīja Nobela prēmiju, lai gan Rosalind Franklin gados, kas noveda pie šī sasnieguma, bija nozīmīgs pāra panākumos un bieži tiek novērtēts par zemu vēstures grāmatas.

Dabā, DNS pastāv kā spirāle jo šī ir enerģētiski visizdevīgākā forma konkrētajai tajā esošo molekulu kopai.

DNS molekulu sānu ķēdēm, pamatnēm un citām daļām ir piemērots elektroķīmisko pievilcību un elektroķīmisko savienojumu sajaukums atgrūšanās, lai molekula būtu visērtāk divu spirāļu formā, nedaudz nobīdīta viena no otras, piemēram, savīti spirālveida kāpnes.

DNS virknes sastāv no mainīgām fosfātu grupām un cukura atlikumiem, un slāpekļa bāzes ir piestiprinātas citā cukura daļas daļā. DNS vai RNS virkne pagarinās, pateicoties ūdeņraža saitēm, kas izveidojušās starp viena nukleotīda fosfātu grupu un nākamā cukura atlikumiem.

Konkrēti, fosfāts pie ienākošā nukleotīda 5-oglekļa (bieži rakstīts 5 ') ir piesaistīts hidroksilgrupas vietā uz augošā polinukleotīda (mazā nukleīnskābes - 3 oglekļa) skābe). Tas ir pazīstams kā a fosfodiesteru savienojums.

Tikmēr visi nukleotīdi ar A bāzēm ir sakārtoti ar nukleotīdiem ar T bāzēm DNS un nukleotīdiem ar U bāzēm RNS; C pāri unikāli ar G abos.

Tiek uzskatīts, ka abi DNS molekulas pavedieni ir papildinošs viens otram, jo vienas bāzes secību var noteikt, izmantojot otras bāzes secību, pateicoties vienkāršai bāzes savienošanas shēmai, ko novēro nukleīnskābes molekulas.

RNS, kā atzīmēts, ir ārkārtīgi līdzīgs DNS ķīmiskā līmenī, un tikai viena slāpekļa bāze starp četrām ir atšķirīga un viens "papildu" skābekļa atoms RNS cukurā. Acīmredzot šīs šķietami niecīgās atšķirības ir pietiekamas, lai nodrošinātu būtiski atšķirīgu biomolekulu izturēšanos.

Īpaši RNS ir vienpavediena. Tas ir, jūs neredzēsiet terminu "komplementārā virkne", ko lieto šīs nukleīnskābes kontekstā. Tomēr vienas un tās pašas RNS virknes dažādas daļas var savstarpēji mijiedarboties, kas nozīmē, ka RNS forma faktiski atšķiras vairāk nekā DNS forma (vienmēr dubultā spirāle). Attiecīgi ir daudz dažādu RNS veidu.

• mRNS, vai kurjera RNS, izmanto komplementāru bāzes savienošanu, lai nēsātu ziņojumu. DNS to piešķir transkripcijas laikā ribosomās, kur šis ziņojums tiek pārvērsts olbaltumvielu sintēzē. Transkripcija ir sīki aprakstīta zemāk.
• rRNSjeb ribosomālā RNS veido ievērojamu daļu no ribosomu masas - šūnās esošajām struktūrām, kas atbild par olbaltumvielu sintēzi. Ribosomu masas atlikumu veido olbaltumvielas.
• tRNSvai pārnest RNS ir kritiska loma tulkošanā, aizvietojot aminoskābes, kas paredzētas augošajai polipeptīdu ķēdei, uz vietu, kur tiek salikti olbaltumvielas. Dabā ir 20 aminoskābes, katrai no tām ir sava tRNS.
  

Iedomājieties, ka jums tiek piedāvāta nukleīnskābes virkne ar bāzes secību AAATCGGCATTA. Pamatojoties tikai uz šo informāciju, jums vajadzētu būt iespējai ātri secināt divas lietas.

Viens, ka tā ir DNS, nevis RNS, kā atklāj timīna (T) klātbūtne. Otra lieta, ko jūs varat pateikt, ir tā, ka šīs DNS molekulas komplementārajai virknei ir bāzes secība TTTAGCCGTAAT.

Jūs varat būt pārliecināts arī par mRNS virkni, kas rastos no šīs DNS virknes, kurā notiek RNS transkripcija. Tam būtu tas pats bāzu secība kā komplementārā DNS virkne, visus timīna (T) gadījumus aizstājot ar uracilu (U).

Tas ir tāpēc, ka DNS replikācija un RNS transkripcija darbojas līdzīgi, jo tā ir veidne, kas izgatavota no šablona virknes nav šīs daļas dublikāts, bet tā papildinājums vai ekvivalents RNS.

Lai DNS molekula varētu izveidot sevis kopiju, kopēšanas tuvumā jāatdala divi dubultās spirāles pavedieni. Tas ir tāpēc, ka katra virkne tiek kopēta (atkārtota) atsevišķi un tāpēc, ka fermenti un citas molekulas, kas piedalās DNS replikācija nepieciešama telpa mijiedarbībai, ko dubultā spirāle nenodrošina. Tādējādi abi pavedieni fiziski atdalās, un tiek teikts, ka DNS ir denaturēts.

Katra atdalītā DNS virkne padara jaunu virkni sev papildinošu un paliek saistīta ar to. Tātad savā ziņā katrā jaunajā divdzīslu molekulā nekas neatšķiras no vecāka. Ķīmiski viņiem ir tāds pats molekulārais sastāvs. Bet katrs no dubultās spirāles pavedieniem ir pavisam jauns, bet otrs paliek pāri no pašas replikācijas.

Kad DNS replikācija notiek vienlaicīgi pa atdalītiem komplementāriem pavedieniem, jauno virkņu sintēze faktiski notiek pretējos virzienos. No vienas puses jaunā virkne vienkārši aug tajā virzienā, kur DNS tiek “atvienots”, jo tā tiek denaturēta.

No otras puses, tomēr tiek sintezēti mazi jaunas DNS fragmenti prom no virzienu atdalīšanas virziena. Tos sauc par Okazaki fragmentiem, un pēc noteikta garuma sasniegšanas tos savieno fermenti. Šie divi jaunie DNS pavedieni ir pretparalēli viens otram.

RNS transkripcija ir līdzīgs DNS replikācijai ar to, ka, lai sāktos, ir nepieciešams atdalīt DNS virknes. mRNS tiek izgatavota pa DNS šablonu, secīgi pievienojot RNS nukleotīdus ar fermentu RNS polimerāzi.

Šis sākotnējais RNS atšifrējums, kas izveidots no DNS, rada to, ko mēs saucam pirmsmRNS. Šī pirmsmRNS virkne satur abus introni un eksoni. Introni un eksoni ir DNS / RNS sekcijas, kas vai nu kodē, vai nekodē gēnu produkta daļas.

Introns ir nekodētas sadaļas (sauktas arī par "intsadaļas "), kamēr eksoni ir kodēšanas sadaļas (sauktas arī par "piempresētas sekcijas ").

Pirms šī mRNS virkne atstāj kodolu, lai tas tiktu pārveidots par olbaltumvielu, fermenti kodolā akcīzes, jeb izgriezti, introni, jo tie neko nekodē šajā konkrētajā gēnā. Pēc tam fermenti savieno atlikušās introna sekvences, lai iegūtu galīgo mRNS virkni.

Viena mRNS virkne parasti satur tieši bāzes secību, kas nepieciešama, lai savāktu vienu unikālu olbaltumvielu lejtecē tulkojums process, kas nozīmē, ka viena mRNS molekula parasti nes informāciju par vienu gēns. Gēns ir DNS secība, kas kodē noteiktu olbaltumvielu produktu.

Kad transkripcija ir pabeigta, mRNS virkne tiek eksportēta no kodola caur porām kodola apvalkā. (RNS molekulas ir pārāk lielas, lai tās varētu vienkārši izkliedēties caur kodola membrānu, tāpat kā ūdens un citas mazas molekulas). Tad tas "piestāj" ar ribosomas - citoplazmā vai noteiktos organellos, un olbaltumvielu sintēze tiek uzsākta.

Nukleīnskābes nevar metabolizēt degvielai, bet tās var radīt no ļoti mazām molekulām vai no pilnīgas formas sadalīt ļoti mazās daļās. Nukleotīdi tiek sintezēti anabolisku reakciju rezultātā, bieži vien no nukleozīdiem, kas ir nukleotīdi, atņemot visas fosfātu grupas (tas ir, nukleozīdi ir ribozes cukurs plus slāpekļa bāze).

DNS un RNS var arī noārdīties: no nukleotīdiem līdz nukleozīdiem, pēc tam uz slāpekļa bāzēm un galu galā līdz urīnskābei.

Nukleīnskābju sadalīšanās ir svarīga vispārējā veselība. Piemēram, nespēja noārdīt purīnus ir saistīta ar podagru - sāpīgu slimību, kas ietekmē dažas locītavas, pateicoties urātu kristālu nogulsnēm šajās vietās.