Карактеристике нуклеинских киселина

Важне нуклеинске киселине у природи укључују деоксирибонуклеинску киселину или ДНК и рибонуклеинску киселину или РНК. Називају се киселинама, јер су донатори протона (тј. Атома водоника), и зато носе негативан набој.

Хемијски, ДНК и РНК су полимери, што значи да се састоје од понављајућих јединица, често врло великог броја. Ове јединице су позване нуклеотиди. Сви нуклеотиди заузврат укључују три различита хемијска дела: пентозни шећер, фосфатну групу и азотну базу.

ДНК се разликује од РНК на три примарна начина. Једна је да је шећер који чини структурну „окосницу“ молекула нуклеинске киселине деоксирибоза, док је у РНК рибоза. Ако сте уопште упознати са хемијском номенклатуром, препознаћете да је то мала разлика у целокупној структурној шеми; рибоза има четири хидроксилне (-ОХ) групе, док деоксирибоза има три.

Друга разлика је у томе што док је једна од четири азотне базе које се налазе у ДНК тимин, одговарајућа база у РНК је урацил. Азотне базе нуклеинских киселина су оно што диктира њихове крајње карактеристике молекула, јер се делови фосфата и шећера не разликују унутар или између молекула исти тип.

Коначно, ДНК је дволанчана, што значи да се састоји од два дугачка ланца нуклеотида који су хемијски везани са две азотне базе. ДНК је намотана у облик "двоструке завојнице", попут флексибилне лествице увијене у супротним смеровима на оба краја.

Деоксирибоза се састоји од пет атомског прстена, четири угљеника и кисеоника, обликована попут петоугла или можда домаће плоче у бејзболу. Пошто угљеник формира четири везе, а кисеоник две, ово оставља осам места везивања на четири атома угљеника, два по угљенику, једно изнад и једно испод прстена. Три од ових тачака заузимају хидроксилне (-ОХ) групе, а пет заузимају атоми водоника.

Овај молекул шећера може се везати за једну од четири азотне базе: аденин, цитозин, гванин и тимин. Аденин (А) и гванин (Г) су пурини, док су цитозин (Ц) и тимин (Т) пиримидини. Пурини су већи молекули од пиримидина; јер су две нити било ког комплетног молекула ДНК у средини повезане својим азотним базама, тим везама мора да се формира између једног пурина и једног пиримидина да би се приближно задржала укупна величина две базе у молекулу константан. (Помаже при позивању на било који дијаграм нуклеинских киселина, попут оних у Литератури.) Како се то дешава, А се везује искључиво за Т у ДНК, док се Ц везује искључиво за Г.

Деоксирибоза везана за азотну базу назива се а нуклеозид. Када се фосфатна група дода деоксирибози на угљенику на два места од места на које је везана база, формира се комплетан нуклеотид. Посебности одговарајућих електрохемијских наелектрисања на различитим атомима нуклеотида су одговоран за дволанчану ДНК која природно формира спирални облик и два ланца ДНК у молекулу се зове комплементарне нити.

Шећер у пентози у РНК је рибоза, а не деоксирибоза. Рибоза је идентична деоксирибози, с тим што је прстенаста структура везана за четири хидроксилне (-ОХ) групе и четири атома водоника уместо за три, односно за пет. Дио рибозе нуклеотида везан је за фосфатну групу и азотну базу, као код ДНК, са наизменичним фосфатима и шећери који чине РНК „кичму“. Базе, као што је горе напоменуто, укључују А, Ц и Г, али други пиримидин у РНК је пре урацил (У) него Т.

Док се ДНК бави само складиштењем информација (ген је једноставно ланац ДНК који кодира један протеин), различите врсте РНК преузимају различите функције. Мессенгер РНА, или мРНА, направљена је од ДНК када се обично дволанчана ДНК подели на две појединачне нити у сврху транскрипције. Добијена мРНА се на крају креће према деловима ћелија у којима се дешава производња протеина, носећи упутства за овај процес које даје ДНК. Друга врста РНК, трансфер РНА (тРНА), учествује у производњи протеина. То се дешава на ћелијским органелама који се називају рибосоми, а сами рибосоми се углавном састоје од треће врсте РНК која се назива, тачно, рибосомска РНК (рРНК).

Пет азотних база - аденин (А), цитозин (Ц), гванин (Г) и тимин (Т) у ДНК и прве три плус урацил (У) у РНК - су делови нуклеинских киселина који су у крајњој линији одговорни за разноликост генских производа у читавом животу ствари. Делови шећера и фосфата су неопходни јер пружају структуру и скеле, али базе су места на којима се генеришу кодови. Ако свој преносни рачунар мислите као нуклеинску киселину или бар као низ нуцелотида, хардвер (нпр. Диск јединице, монитор екран, микропроцесор) аналоган је шећерима и фосфатима, док су било који софтвер и апликације које покрећете попут азотних базе, јер јединствени асортиман програма које сте учитали у свој систем ефикасно чини ваш рачунар јединственим „организам“.

Као што је раније описано, азотне базе су класификоване или као пурини (А и Г) или као пиримидини (Ц, Т и У). А се увек удвара у ланцу ДНК са Т, а Ц увек са Г. Важно је када се ДНК ланац користи као образац за синтезу РНК (транскрипција), у свакој тачки дуж растућег молекула РНК, нуклеотид РНК који је створен од „матичног“ ДНК нуклеотида укључује базу која је она коју „матична“ база увек веже до. Ово се истражује у даљем одељку.

Пурини се састоје од шесточланог прстена азота и угљеника и петочлана прстена азота и угљеника, попут шестерокута и петоугла који деле бочну страну. Синтеза пурина укључује хемијско прилагођавање шећера рибозе, праћено додавањем амино (-НХ₂) групе. Пиримидини такође имају шесточлани прстен азота и угљеника, попут пурина, али им недостаје петочлани прстен азота и угљеника пурина. Пурини стога имају већу молекулску масу од пиримидина.

Синтеза нуклеотида који садрже пиримидине и синтеза нуклеотида који садрже пурине јављају се у супротном редоследу у једном кључном кораку. У пиримидинима се основни део прво састави, а остатак молекула се касније модификује у нуклеотид. У пуринима се део који на крају постане аденин или гванин модификује према крају формирања нуклеотида.

Транскрипција је стварање ланца мРНК из ДНК шаблона, који носи иста упутства (тј. Генетски код) за прављење одређеног протеина као и шаблон. Процес се дешава у ћелијском језгру, где се налази ДНК. Када се дволанчани молекул ДНК одвоји у појединачне ланце и настави се транскрипција, мРНА која се генерише из једног ланац „унзипованог“ ДНК пара идентичан је ДНК другог ланца унзиповане ДНК, с тим што мРНА уместо У садржи Т. (Опет је корисно позивање на дијаграм; видети референце.) МРНК, након што заврши, напушта језгро кроз поре у нуклеарној мембрани. Након што мРНК напусти језгро, она се веже за рибосом.

Ензими се затим везују за рибосомски комплекс и помажу у процесу превођења. Превођење је претварање упутстава мРНК у протеине. То се дешава када се аминокиселине, подјединице протеина, генеришу из трицуклеотидних „кодона“ на ланцу мРНА. Процес такође укључује рРНА (с обзиром да се транслација одвија на ребсомима) и тРНА (која помаже у састављању аминокиселина).

Ланци ДНК окупљају се у двоструку завојницу због сплета сродних фактора. Једна од њих су водоничне везе које се природно постављају на различите делове молекула. Како се спирала формира, парови везивања азотних база су окомити на осу двоструке завојнице у целини. Сваки пуни завој укључује укупно око 10 везаних парова база-база. Оно што би се могло назвати „страницама“ ДНК када се постави као „лествица“, сада се назива „ланцима“ двоструке завојнице. Они се састоје готово у целини од дела нуклеотида и рибозе и фосфата, са базама које су унутра. Каже се да спирала има и главне и споредне жлебове који одређују њен крајње стабилан облик.

Иако се хромозоми могу описати као врло дуги ланци ДНК, ово је велико поједностављење. Тачно је да би се дати хромозом, у теорији, могао одмотати да би открио један непрекинути молекул ДНК, али ово не указује на сложено намотавање, намотавање и груписање које ДНК иде на пут ка стварању а хромозом. Један хромозом садржи милионе ДНК парова база и ако би се сва ДНК развукла без прекида спирале, његова дужина би се протезала од неколико милиметара до преко центиметра. У стварности, ДНК је далеко згуснутија. Протеини звани хистони настају из четири пара протеинских подјединица (укупно осам подјединица). Овај октамер служи као врста калема за двоструку спиралу ДНК која се два пута омотава попут конца. Ова структура, октамер плус ДНК омотана око ње, назива се нуклеозом. Када се хромозом делимично одмота у нит која се назива хроматида, ови нуклеозоми се појављују на микроскопији као зрнца на жици. Али изнад нивоа нуклеозома долази до даље компресије генетског материјала, иако прецизан механизам остаје недостижан.

У обзир се узимају ДНК, РНК и протеини биополимери јер су то поновљени низови информација и аминокиселина који су повезани са живим бићима („био“ значи „живот“). Молекуларни биолози данас препознају да ДНК и РНК у неком облику претходе настанку живота Земље, али од 2018. године нико није открио пут од раних биополимера до једноставног живљења ствари. Неки су претпостављали да је РНК у неком облику изворни извор свих ових ствари, укључујући ДНК. Ово је „хипотеза о РНК свету“. Међутим, ово представља неку врсту сценарија са пилетином и јајима за биологе, јер довољно велики молекули РНК наизглед нису могли настати ни на који други начин транскрипција. У сваком случају, научници, са све већом жељом, тренутно истражују РНК као мету за први самореплицирајући молекул.

Хемикалије које опонашају састојке нуклеинских киселина данас се користе као лекови, а даљи развој у овој области је у току. На пример, благо модификовани облик урацила, 5-флуороурацил (5-ФУ), деценијама се користи за лечење карцинома дебелог црева. То чини тако што имитира истинску азотну базу довољно уско да се убаци у новопроизведену ДНК. То на крају доводи до слома синтезе протеина.

Имитатори нуклеозида (који су, сећате се, шећер рибозе и азотна база) коришћени су у антибактеријским и антивирусним терапијама. Понекад је основни део нуклеозида подвргнут модификацији, а понекад лек циља део шећера.